一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法,其試驗(yàn)系統(tǒng)包括：支撐架、支撐平臺(tái)、CCD相機(jī)、圖像處理計(jì)算機(jī)、熱控加熱器、熱控程控電源、測(cè)溫元件、熱控測(cè)溫采集卡、熱控計(jì)算機(jī)；被測(cè)對(duì)象為測(cè)量結(jié)構(gòu)；測(cè)量結(jié)構(gòu)與支撐架均固定在支撐平臺(tái)上；CCD相機(jī)安裝于支撐架上，安裝位置滿足CCD相機(jī)監(jiān)測(cè)到測(cè)量結(jié)構(gòu)的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面；圖像處理計(jì)算機(jī)與CCD相機(jī)連接；熱控加熱器、測(cè)溫元件均布置于測(cè)量結(jié)構(gòu)的表面，熱控程控電源與熱控加熱器連接；熱控測(cè)溫采集卡與測(cè)溫元件連接，熱控計(jì)算機(jī)分別與熱控程控電源、熱控測(cè)溫采集卡連接。本發(fā)明的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法可以有效消除測(cè)試噪聲影響，保證常溫常壓條件下測(cè)試精度。
【專利說(shuō)明】
一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于航天器熱穩(wěn)定測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高精、高穩(wěn)、高敏捷已成為新一代高性能航天器的典型特征，機(jī)械支撐系統(tǒng)在軌尺寸穩(wěn)定性能作為關(guān)鍵要素之一直接影響相機(jī)、天線、星敏、陀螺等關(guān)鍵成像部件、數(shù)據(jù)接收與傳輸部件、姿態(tài)控制部件自身及彼此間的幾何關(guān)系，是決定圖像定位精度、相機(jī)成像質(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的重要因素之一。目前，以NASA、ESA為代表的國(guó)際知名宇航研究機(jī)構(gòu)均已開(kāi)展了長(zhǎng)期的航天器在軌尺寸穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法研究，研究成果已大量投入實(shí)際應(yīng)用，而我國(guó)的航天器結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性設(shè)計(jì)尚處于起步階段，距離需求最為急迫的“高熱穩(wěn)定性”指標(biāo)提出也僅有不到五年的時(shí)間，亟需開(kāi)展各層級(jí)機(jī)理研究與驗(yàn)證工作，目前多個(gè)領(lǐng)域“十三五”規(guī)劃、空間民用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)專項(xiàng)等均考慮將高精高穩(wěn)結(jié)構(gòu)研制納入指南編制規(guī)劃中。
[0003]高穩(wěn)定航天器結(jié)構(gòu)、部分民用高精度高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)熱變形位移量級(jí)一般在幾十微米，對(duì)于碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)熱變形一般在微米量級(jí)，對(duì)應(yīng)設(shè)備安裝面法線轉(zhuǎn)角變化為角秒級(jí)。由于對(duì)試驗(yàn)測(cè)試精度、試驗(yàn)環(huán)境等要求較高，目前對(duì)于試件級(jí)的熱膨脹系數(shù)測(cè)試漸趨成熟，但對(duì)于組件級(jí)、大尺寸結(jié)構(gòu)的熱變形測(cè)試尚無(wú)成熟的試驗(yàn)方法可循。根據(jù)ESA設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、外文型號(hào)報(bào)告等文獻(xiàn)及情報(bào)調(diào)研結(jié)果，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展的熱變形測(cè)試以在真空罐、環(huán)境模擬箱內(nèi)測(cè)試方式為主，配以相應(yīng)的復(fù)雜測(cè)試設(shè)備及對(duì)應(yīng)的附屬裝置等，影響環(huán)節(jié)眾多、系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、造價(jià)高昂，短期內(nèi)無(wú)法在國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)且依然具有上述問(wèn)題。國(guó)內(nèi)既有熱變形測(cè)量設(shè)備主要集中在機(jī)械制造領(lǐng)域，如精鍛模具熱變形檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法(CN102890097A)，三維高精度多功能熱變形實(shí)驗(yàn)裝置(CN2700874Y)、高速數(shù)控車床的溫度和熱變形綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法(CN102166722A)，其目的是監(jiān)測(cè)機(jī)械加工過(guò)程中加工設(shè)備或機(jī)械零部件的熱變形性能，但測(cè)試尺寸范圍、測(cè)試精度、測(cè)試環(huán)境等均不適合航天器組件級(jí)結(jié)構(gòu)(約0.2m?2m)微米級(jí)熱變形測(cè)量。常溫常壓下對(duì)于結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定試驗(yàn)尚處于探索階段，基于激光、光纖等手段開(kāi)展的試驗(yàn)方法研究，針對(duì)航天器組件級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)試的精度一般在幾十、甚至上百微米，無(wú)法滿足全場(chǎng)微米級(jí)精度測(cè)量，部分測(cè)試方法可實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量(如反射面型面精度攝影測(cè)量)，但僅停留在型面初始加工精度評(píng)估基礎(chǔ)上，未能對(duì)熱載荷下變形過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。
[0004]對(duì)于微米級(jí)熱變形測(cè)量目前僅能通過(guò)有限元仿真分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱變形預(yù)示，而仿真分析結(jié)果的正確性無(wú)法得到試驗(yàn)驗(yàn)證，仿真分析模型也無(wú)法基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)得以修正，亟需進(jìn)行微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法研究。
[0005]對(duì)于試驗(yàn)環(huán)境，為滿足通用性、快捷性、經(jīng)濟(jì)性要求，理想狀態(tài)是優(yōu)先在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下(常溫、常壓)即可實(shí)現(xiàn)熱載荷加載及變形測(cè)量。對(duì)于熱控系統(tǒng)，為滿足微熱變形試驗(yàn)要求，熱載荷的控制及采集精度應(yīng)優(yōu)于±2°C，由于試驗(yàn)獲取溫度場(chǎng)將作為仿真驗(yàn)證分析的輸入，反饋溫度還應(yīng)盡可能反映結(jié)構(gòu)全場(chǎng)溫度場(chǎng)。此外，熱控設(shè)備及測(cè)試設(shè)備還需滿足環(huán)境穩(wěn)定性要求。對(duì)于變形測(cè)量系統(tǒng)，需具備如下特性:I)測(cè)試精度達(dá)到微米級(jí)或夾角測(cè)試精度應(yīng)達(dá)到角秒級(jí);2)必須為大范圍全場(chǎng)測(cè)量，滿足大尺寸結(jié)構(gòu)測(cè)量要求;3)必須為非接觸式測(cè)量，避免測(cè)量?jī)x器對(duì)局部測(cè)量精度和測(cè)量區(qū)域的變形產(chǎn)生干擾;4)受環(huán)境和外部溫度變化干擾小，無(wú)需對(duì)試驗(yàn)環(huán)境本身進(jìn)行特殊處理，以滿足通用性要求;5)隨載荷變化必須具備實(shí)時(shí)測(cè)量能力，以滿足變形監(jiān)測(cè)頻率需求。對(duì)于數(shù)據(jù)處理，由于高精度測(cè)試對(duì)周圍環(huán)境噪聲較為敏感，需通過(guò)一定數(shù)據(jù)處理方法對(duì)測(cè)試噪聲進(jìn)行消除，以滿足測(cè)試精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。
[0007]—種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括:支撐架、支撐平臺(tái)、CCD相機(jī)、圖像處理計(jì)算機(jī)、熱控加熱器、熱控程控電源、測(cè)溫元件、熱控測(cè)溫采集卡、熱控計(jì)算機(jī);被測(cè)對(duì)象為測(cè)量結(jié)構(gòu)；
[0008]測(cè)量結(jié)構(gòu)與支撐架均固定在支撐平臺(tái)上;CCD相機(jī)安裝于支撐架上，安裝位置滿足CCD相機(jī)監(jiān)測(cè)到測(cè)量結(jié)構(gòu)的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面；圖像處理計(jì)算機(jī)與CCD相機(jī)連接；熱控加熱器、測(cè)溫元件均布置于測(cè)量結(jié)構(gòu)的表面，熱控程控電源與熱控加熱器連接;熱控測(cè)溫采集卡與測(cè)溫元件連接，熱控計(jì)算機(jī)分別與熱控程控電源、熱控測(cè)溫采集卡連接。
[0009]效果較好的，測(cè)溫元件的熱電偶精度需達(dá)到±2°C，測(cè)溫元件的熱敏電阻精度需達(dá)±1°C，熱電偶或熱敏電阻間距不大于結(jié)構(gòu)宏觀尺寸的10%。
[0010]效果較好的，支撐平臺(tái)平面度要求優(yōu)于0.5_。
[0011]效果較好的，CCD相機(jī)(4)兩臺(tái)為一組，常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)至少包含兩組。
[0012]效果較好的，支撐架由金屬桁架搭建。
[0013]效果較好的，本發(fā)明的上述的常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其包括以下步驟:
[0014]步驟I，將測(cè)量結(jié)構(gòu)表面涂上散斑；
[0015]步驟2，啟動(dòng)所述常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，熱控程控電源為熱控加熱器提供熱控所需電源，熱控加熱器為測(cè)量結(jié)構(gòu)加載熱載荷;熱控測(cè)溫采集卡通過(guò)測(cè)溫元件采集被測(cè)結(jié)構(gòu)上各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度;且加載熱載荷每至一個(gè)溫度時(shí)，各溫度載荷步的穩(wěn)定時(shí)間為50-60分鐘，各溫度載荷步的穩(wěn)定誤差為土 1°C;溫度穩(wěn)定后，熱控計(jì)算機(jī)控制熱控程控電源的啟動(dòng)與關(guān)閉，并獲取熱控測(cè)溫采集卡連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度，且采集頻率為I Hz，采集次數(shù)為60-100次；
[0016]在上述每一個(gè)溫度下，圖像處理計(jì)算機(jī)單獨(dú)控制CCD相機(jī)或者熱控計(jì)算機(jī)觸發(fā)圖像處理計(jì)算機(jī)控制CCD相機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集，采集的圖像數(shù)據(jù)為測(cè)量結(jié)構(gòu)的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面在三個(gè)空間方向上的變形;然后圖像處理計(jì)算機(jī)對(duì)CCD相機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行散斑變化的分析處理，獲得面的位移值和位移變化云圖；
[0017]步驟3，熱控計(jì)算機(jī)對(duì)熱控測(cè)溫采集卡連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度及該溫度下對(duì)應(yīng)的圖像處理計(jì)算機(jī)獲得的面的位移值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得并顯示熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。
[0018]效果較好的，在試驗(yàn)之前先進(jìn)行噪聲測(cè)試，內(nèi)容為:
[0019]在安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面上選取位移關(guān)鍵點(diǎn)，在常溫條件下進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集，測(cè)試頻率IHz，采集次數(shù)60-100次；
[0020]分別提取各面平均位移與關(guān)鍵點(diǎn)單點(diǎn)位移，對(duì)兩種位移求測(cè)試位移絕對(duì)值均值，根據(jù)兩種位移求測(cè)試位移絕對(duì)值均值獲知位移波動(dòng)幅值，若位移波動(dòng)幅值在設(shè)定范圍內(nèi)則直接進(jìn)行試驗(yàn)，否則調(diào)整測(cè)試系統(tǒng)或測(cè)試環(huán)境直到位移波動(dòng)幅值在設(shè)定范圍內(nèi)再進(jìn)行試驗(yàn)。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]本發(fā)明為非接觸式測(cè)量方法，試可適應(yīng)于各種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)微變形測(cè)試，不會(huì)受結(jié)構(gòu)形式的限制;避免熱控系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)的交叉干涉，便于保證熱控實(shí)施效果及測(cè)試系統(tǒng)精度;避免測(cè)量系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)微變形產(chǎn)生附加影響，進(jìn)一步減少誤差引入環(huán)節(jié);測(cè)試設(shè)備支撐裝置與試件在空間上解耦，減少了測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)試對(duì)象間的溫度、機(jī)械環(huán)節(jié)耦合影響。
[0023]在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條件下即可進(jìn)行熱載荷施加及微米級(jí)變形測(cè)量，適用于各領(lǐng)域組件級(jí)、大尺寸結(jié)構(gòu)熱變形測(cè)量，系統(tǒng)搭建便捷，滿足通用性、快捷性、經(jīng)濟(jì)型要求。較高密度的測(cè)溫點(diǎn)可反映結(jié)構(gòu)整體溫度分布情況，可滿足仿真分析熱載荷輸入要求?？蛇M(jìn)行全場(chǎng)熱變形測(cè)量，實(shí)時(shí)反映測(cè)試區(qū)域全場(chǎng)熱變形情況，消除了離散點(diǎn)熱變形測(cè)試的弊端。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)試驗(yàn)系統(tǒng)合理配置、組合，位移測(cè)試精度可以達(dá)到微米級(jí)，通過(guò)全場(chǎng)位移數(shù)據(jù)可進(jìn)一步擬合處理得到平面度變化及轉(zhuǎn)角變化，能夠滿足高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)變形測(cè)試要求。
[0024]測(cè)試數(shù)據(jù)均勻化處理方法可以有效消除測(cè)試噪聲影響，保證常溫常壓條件下測(cè)試精度。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明的常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)包括支撐架2、支撐平臺(tái)3、CCD相機(jī)
4、圖像處理計(jì)算機(jī)5、熱控加熱器6、熱控程控電源7、測(cè)溫元件8、熱控測(cè)溫采集卡9、熱控計(jì)算機(jī)10;被測(cè)對(duì)象為測(cè)量結(jié)構(gòu)I。
[0028]測(cè)量結(jié)構(gòu)I與支撐架2均固定在支撐平臺(tái)3上;CCD相機(jī)4安裝于支撐架2上，安裝位置滿足CCD相機(jī)4監(jiān)測(cè)到測(cè)量結(jié)構(gòu)I的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面；圖像處理計(jì)算機(jī)5與CCD相機(jī)4連接;熱控加熱器6、測(cè)溫元件8均布置于測(cè)量結(jié)構(gòu)I的表面，熱控程控電源7與熱控加熱器6連接;熱控測(cè)溫采集卡9與測(cè)溫元件8連接，熱控計(jì)算機(jī)10分別與熱控程控電源7、熱控測(cè)溫采集卡9連接。
[0029]支撐架2用于支撐數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量所用CCD相機(jī)4，支撐平臺(tái)3用于支撐待測(cè)結(jié)構(gòu)I及支撐架2，CCD相機(jī)4用于測(cè)量結(jié)構(gòu)I設(shè)備安裝面、主支撐結(jié)構(gòu)外表面三個(gè)方向變形，圖像處理計(jì)算機(jī)5用于控制CCD相機(jī)4的標(biāo)定、采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)顯示，熱控加熱器6用于結(jié)構(gòu)熱載荷加載，熱控程控電源7用于提供熱控所需電源，測(cè)溫元件8用于結(jié)構(gòu)I溫度控制及測(cè)量，熱控測(cè)溫采集卡9用于結(jié)構(gòu)I溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度采集，熱控計(jì)算機(jī)10用于控制加熱器加熱、溫度測(cè)量數(shù)據(jù)采集、熱控?cái)?shù)據(jù)顯示。
[0030]常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法按照下述步驟進(jìn)行:
[0031 ]步驟I，將測(cè)量結(jié)構(gòu)I表面涂上散斑。
[0032]步驟2，啟動(dòng)所述常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，熱控程控電源7為熱控加熱器6提供熱控所需電源，熱控加熱器6為測(cè)量結(jié)構(gòu)I加載熱載荷;熱控測(cè)溫采集卡9通過(guò)測(cè)溫元件8采集被測(cè)結(jié)構(gòu)I上各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度;且加載熱載荷每至一個(gè)溫度時(shí)，各溫度載荷步的穩(wěn)定時(shí)間為50-60分鐘，各溫度載荷步的穩(wěn)定誤差為± 1°C ;溫度穩(wěn)定后，熱控計(jì)算機(jī)10控制熱控程控電源7的啟動(dòng)與關(guān)閉，并獲取熱控測(cè)溫采集卡9連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度，且采集頻率為IHz，采集次數(shù)為60-100次；
[0033]在上述每一個(gè)溫度下，圖像處理計(jì)算機(jī)5單獨(dú)控制CCD相機(jī)4或者熱控計(jì)算機(jī)10觸發(fā)圖像處理計(jì)算機(jī)5控制CCD相機(jī)4進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集，采集的圖像數(shù)據(jù)為測(cè)量結(jié)構(gòu)I的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面在三個(gè)空間方向上的變形;然后圖像處理計(jì)算機(jī)5對(duì)CCD相機(jī)4采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行散斑變化的分析處理，獲得面的位移值和位移變化云圖；
[0034]步驟3，熱控計(jì)算機(jī)10對(duì)熱控測(cè)溫采集卡9連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度及該溫度下對(duì)應(yīng)的圖像處理計(jì)算機(jī)5獲得的面的位移值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得并顯示熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。
[0035]如圖2所示，熱控實(shí)施:依據(jù)熱分析結(jié)果在結(jié)構(gòu)I表面布置熱控加熱器6的電線回路，通過(guò)熱控程控電源7對(duì)結(jié)構(gòu)I進(jìn)行加載，同時(shí)在結(jié)構(gòu)表面高密度粘貼控溫(測(cè)溫)熱電偶和熱敏電阻8，充分滿足結(jié)構(gòu)溫度控制及采集要求，其中熱電偶精度需達(dá)到±2°C，熱敏電阻精度需達(dá)±1°C，為保證溫控精度及溫度采集可反映結(jié)構(gòu)I全場(chǎng)溫度情況，熱電偶或熱敏電阻間距不大于結(jié)構(gòu)宏觀尺寸的10%。
[0036]測(cè)試系統(tǒng)搭建:測(cè)試前，結(jié)構(gòu)I與支撐架2固定在支撐平臺(tái)3上，支撐平臺(tái)3平面度要求優(yōu)于0.5mm。結(jié)構(gòu)I表面涂有白(黑)隨機(jī)散斑，測(cè)試系統(tǒng)采用至少一組(2臺(tái))高像素CCD相機(jī)追蹤溫度加載前后的散斑變化。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，需對(duì)相機(jī)組數(shù)配置、相機(jī)與試件距離等進(jìn)行規(guī)劃，以滿足測(cè)試區(qū)域要求，如有效測(cè)試區(qū)域達(dá)到1.5mX 1.5m范圍，采用一組相機(jī)系統(tǒng)(2臺(tái)CCD相機(jī))時(shí)，為滿足測(cè)試視場(chǎng)需求，CCD相機(jī)需架設(shè)至距離被測(cè)面2m位置，由金屬桁架搭建支撐架2。
[0037]噪聲測(cè)試:為了確定當(dāng)前試驗(yàn)環(huán)境、測(cè)試區(qū)域下的系統(tǒng)精度，在結(jié)構(gòu)I熱穩(wěn)定性試驗(yàn)開(kāi)始前，需對(duì)其進(jìn)行常溫下噪聲測(cè)試，調(diào)試測(cè)試系統(tǒng)精度、確定相機(jī)支撐方式。
[0038]噪聲測(cè)試首先在結(jié)構(gòu)I確定測(cè)試區(qū)域，并在各測(cè)試區(qū)域靠近中心位置隨機(jī)選取關(guān)鍵點(diǎn)，在常溫條件下，對(duì)各測(cè)試區(qū)域進(jìn)行常溫條件下進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集，測(cè)試頻率IHz，采集次數(shù)60-100次。
[0039]噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)處理:測(cè)試結(jié)束后，分別提取各測(cè)試區(qū)域平均位移與關(guān)鍵點(diǎn)單點(diǎn)位移，對(duì)兩種位移分別進(jìn)行均勻化處理。測(cè)試位移絕對(duì)值均值可反映位移波動(dòng)幅值，測(cè)試位移均值可反映多次測(cè)試平均處理后的測(cè)試結(jié)果。
[0040]試驗(yàn)件熱載荷施加:正式試驗(yàn)前，根據(jù)試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)溫元件8閾值設(shè)置。試驗(yàn)過(guò)程中，各溫度載荷步需至少經(jīng)歷50-60分鐘的穩(wěn)定時(shí)間，保證各溫度測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定在土1°C。
[0041]試驗(yàn)件熱變形數(shù)據(jù)采集:溫度穩(wěn)定后，通過(guò)熱控測(cè)溫采集卡9及熱控計(jì)算機(jī)10對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行頻率為IHz的連續(xù)采集，采集次數(shù)為60-100次。
[0042]確定結(jié)構(gòu)熱變形關(guān)注點(diǎn):熱變形關(guān)注點(diǎn)一般為結(jié)構(gòu)I設(shè)備安裝面、主支撐結(jié)構(gòu)外表面，若安裝面材料與周圍結(jié)構(gòu)材料不一致，可能導(dǎo)致安裝面區(qū)域散斑測(cè)量計(jì)算誤差較大，此種情況下需選取安裝面周圍直徑20mm范圍內(nèi)周圍結(jié)構(gòu)區(qū)域。
[0043]試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:采用均勻化處理方法進(jìn)行各關(guān)注點(diǎn)熱變形數(shù)據(jù)處理，得到結(jié)構(gòu)I熱穩(wěn)定性三個(gè)方向位移測(cè)試結(jié)果，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲得平面度、轉(zhuǎn)角等其它熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。
[0044]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括:支撐架(2)、支撐平臺(tái)(3)、CCD相機(jī)(4)、圖像處理計(jì)算機(jī)(5)、熱控加熱器(6)、熱控程控電源(7)、測(cè)溫元件(8)、熱控測(cè)溫采集卡(9)、熱控計(jì)算機(jī)(10);被測(cè)對(duì)象為測(cè)量結(jié)構(gòu)(I); 測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)與支撐架(2)均固定在支撐平臺(tái)(3)上;CCD相機(jī)(4)安裝于支撐架(2)上，安裝位置滿足CCD相機(jī)(4)監(jiān)測(cè)到測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面；圖像處理計(jì)算機(jī)(5)與CCD相機(jī)(4)連接;熱控加熱器(6)、測(cè)溫元件(8)均布置于測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)的表面，熱控程控電源(7)與熱控加熱器(6)連接;熱控測(cè)溫采集卡(9)與測(cè)溫元件(8)連接，熱控計(jì)算機(jī)(10)分別與熱控程控電源(7)、熱控測(cè)溫采集卡(9)連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，測(cè)溫元件(8)的熱電偶精度需達(dá)到±2°C，測(cè)溫元件(8)的熱敏電阻精度需達(dá)±1°C，熱電偶或熱敏電阻間距不大于結(jié)構(gòu)宏觀尺寸的10%。3.如權(quán)利要求1所述的一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，支撐平臺(tái)(3)平面度要求優(yōu)于0.5_。4.如權(quán)利要求1所述的一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，CCD相機(jī)(4)兩臺(tái)為一組，常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)至少包含兩組。5.如權(quán)利要求1所述的一種常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，支撐架(2)由金屬桁架搭建。6.—種基于權(quán)利要求1所述的常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，將測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)表面涂上散斑； 步驟2，啟動(dòng)所述常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)，熱控程控電源(7)為熱控加熱器(6)提供熱控所需電源，熱控加熱器(6)為測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)加載熱載荷;熱控測(cè)溫采集卡(9)通過(guò)測(cè)溫元件(8)采集被測(cè)結(jié)構(gòu)(I)上各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度;且加載熱載荷每至一個(gè)溫度時(shí)，各溫度載荷步的穩(wěn)定時(shí)間為50-60分鐘，各溫度載荷步的穩(wěn)定誤差為± 1°C ;溫度穩(wěn)定后，熱控計(jì)算機(jī)(10)控制熱控程控電源(7)的啟動(dòng)與關(guān)閉，并獲取熱控測(cè)溫采集卡(9)連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度，且采集頻率為IHz，采集次數(shù)為60-100次； 在上述每一個(gè)溫度下，圖像處理計(jì)算機(jī)(5)單獨(dú)控制CCD相機(jī)(4)或者熱控計(jì)算機(jī)(10)觸發(fā)圖像處理計(jì)算機(jī)(5)控制CCD相機(jī)(4)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集，采集的圖像數(shù)據(jù)為測(cè)量結(jié)構(gòu)(I)的安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面在三個(gè)空間方向上的變形;然后圖像處理計(jì)算機(jī)(5)對(duì)CCD相機(jī)(4)采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行散斑變化的分析處理，獲得面的位移值和位移變化云圖； 步驟3，熱控計(jì)算機(jī)(10)對(duì)熱控測(cè)溫采集卡(9)連續(xù)采集的各溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度及該溫度下對(duì)應(yīng)的圖像處理計(jì)算機(jī)(5)獲得的面的位移值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得并顯示熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。7.如權(quán)利要求6所述的常溫常壓微米級(jí)熱穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于，在試驗(yàn)之前先進(jìn)行噪聲測(cè)試，內(nèi)容為: 在安裝面和主支撐結(jié)構(gòu)外表面上選取位移關(guān)鍵點(diǎn)，在常溫條件下進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集，測(cè)試頻率IHz，采集次數(shù)60-100次； 分別提取各面平均位移與關(guān)鍵點(diǎn)單點(diǎn)位移，對(duì)兩種位移求測(cè)試位移絕對(duì)值均值，根據(jù)兩種位移求測(cè)試位移絕對(duì)值均值獲知位移波動(dòng)幅值，若位移波動(dòng)幅值在設(shè)定范圍內(nèi)則直接進(jìn)行試驗(yàn)，否則調(diào)整測(cè)試系統(tǒng)或測(cè)試環(huán)境直到位移波動(dòng)幅值在設(shè)定范圍內(nèi)再進(jìn)行試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK105823793SQ201610318529
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】劉國(guó)青, 羅文波, 阮劍華, 白剛, 蔡錚, 孫騰飛, 童葉龍, 王杰利, 楊文濤, 張國(guó)斌, 楊國(guó)巍, 戴超, 曾福明, 楊巧龍, 史文華, 高峰, 錢志英
【申請(qǐng)人】北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部