CN108872300A - 一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，属于材料热膨胀系数测定技术领域，包括支撑框架，在支撑框架上安装有透明加热壳罩，在透明加热壳罩上设有密封盖，在透明加热壳罩内设有用于支撑待测样品的四脚支架，在四脚支架上放置有待测样品，在透明加热壳罩外部设有激光发射器，在激光发射器与透明加热壳罩之间设有光路***，激光发射器发出的激光束通过光路***分出六个分支激光束，六个分支激光束一一对应照射在待测样品的六个侧面上；在透明加热壳罩外部还设有用于测量待测样品侧面位移量的激光测距***；整体结构紧凑，而且便于与计算机数控自动化兼容融合，使得整个测量趋于智能化控制。
Description
技术领域
本发明属于材料热膨胀系数测定技术领域，特别涉及一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置。
背景技术
通常用热膨胀系数来衡量材料因温度改变而产生的胀缩程度，即在程序控温和负载力接近于零的情况下，测量样品尺寸变化与温度关系。可测量固体、熔融金属、粉末、涂料等各类样品，广泛应用于无机陶瓷、金属材料、塑胶聚合物、建筑材料、涂层材料、耐火材料、复合材料等领域。依据材料的微观结构不同可分为：线膨胀系数和体膨胀系数。热膨胀仪根据测量方法不同可分为：线膨胀仪，主要用来测量材料的线膨胀系数；体膨胀仪，主要用来测量材料的体膨胀系数。根据测量原理可分为：①光学热膨胀仪，分为光杠杆式和光干涉法膨胀仪，其中光干涉膨胀仪的优点是，光学非接触、绝对测量、测量准确度高。但造价昂贵、仪器结构及操作都很复杂、温度不容易超过1000℃，对样品形状及侧面要求苛刻，不适用于材料的烧结过程的研究；②电测法，分为电感式和电容式膨胀仪两种；③机械热膨胀仪，分为千分表式和顶杆式膨胀仪，其中顶杆法是一种经典方法，采用机械测量原理，即将试样的一端固定在支持器的端头上，另一端与顶杆接触，试样、支持器和顶杆同时加热，试样与这些部件的热膨胀差值被顶杆传递出来，并被测量，其优点是，使用容易、结构简单适用各种形状的样品等，缺点是，属于接触、相对测量方法，需要用标准样品对***定标，测长准确度低，但可达到很高温度，适用于材料的烧结过程的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，包括支撑框架，在支撑框架上安装有透明加热壳罩，在透明加热壳罩上设有密封盖，在透明加热壳罩内设有用于支撑待测样品的四脚支架，在四脚支架上放置有待测样品，在透明加热壳罩外部设有激光发射器，在激光发射器与透明加热壳罩之间设有光路***，激光发射器发出的激光束通过光路***分出六个分支激光束，六个分支激光束一一对应照射在待测样品的六个侧面上；在透明加热壳罩外部还设有用于测量待测样品侧面位移量的激光测距***。
优选的，所述光路***包括第一半透半反镜，激光发射器发出的激光束经过第一半透半反镜被分为沿竖直向上方向的第一主分支激光束和沿水平向右方向的第二主分支激光束；
第一主分支激光束经过第一反射镜反射后向待测样品方向传播，然后经过第二半透半反镜后被分为沿水平方向的顶面分支激光束和沿竖直向下方向的底面分支激光束，所述顶面分支激光束经过第二反射镜进入待测样品顶面，所述底面分支激光束经过第一反射镜组进入待测样品底面；
第二主分支激光束经过第三半透半反镜被分为沿水平向后方向的左后主分支激光束和沿水平向右方向的右前主分支激光束；
所述左后主分支激光束经过第四半透半反镜被分为沿水平向右方向的左面分支激光束和沿水平向后方向的后面分支激光束，左面分支激光束直接进入待测样品左面；后面分支激光束经过第二反射镜组进入待测样品后面；
所述右前主分支激光束经过第五半透半反镜被分为沿水平向右方向的右面分支激光束和沿水平向后方向的前面分支激光束，前面分支激光束直接进入待测样品前面；右面分支激光束经过第三反射镜组进入待测样品右面。
优选的，所述激光测距***发出的测距激光束照射在待测样品的其中一个侧面上以测量该侧面的位移量。
优选的，所述激光测距***为一至六个，所述激光测距***发出的测距激光束照射在待测样品的其中一个侧面上以测量该侧面的位移量，以此类推，对待测样品的六个侧面的位移量同时测量。
优选的，在密封盖上设有抽真空通孔。
优选的，在透明加热壳罩内安装有温度传感器。
本发明所具有的有益效果为：（1）采用全激光式加热和测量，与待测样品为非接触式测量，测量更加准确，测量精度也高；（2）采用激光加热的方式加热速度快，效率高，无需预热，大大提高了测量效率；（3）采用对待测样品的六个侧面同时加工，受热均匀，测量更加准确；（4）整体结构紧凑，而且便于与计算机数控自动化兼容融合，使得整个测量趋于智能化控制。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1所示，一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，包括支撑框架（为了便于显示主要结构，图中未示出），在支撑框架上安装有透明加热壳罩26，在透明加热壳罩26上设有密封盖，在透明加热壳罩26内设有用于支撑待测样品的四脚支架（为了便于显示主要结构，图中未示出），在四脚支架上放置有待测样品25，在透明加热壳罩26外部设有激光发射器1，在激光发射器1与透明加热壳罩26之间设有光路***，激光发射器1发出的激光束2通过光路***分出六个分支激光束，即顶面分支激光束9、底面分支激光束19、前面分支激光束15、后面分支激光束23、左面分支激光束20和右面分支激光束16，六个分支激光束一一对应照射在待测样品25的六个侧面上；在透明加热壳罩26外部还设有用于测量待测样品25侧面位移量的激光测距***12。
所述光路***包括第一半透半反镜3，激光发射器1发出的激光束2经过第一半透半反镜3被分为沿竖直向上方向的第一主分支激光束4和沿水平向右方向的第二主分支激光束6；
第一主分支激光束4经过第一反射镜5反射后向待测样品25方向传播，然后经过第二半透半反镜8后被分为沿水平方向的顶面分支激光束9和沿竖直向下方向的底面分支激光束19，所述顶面分支激光束9经过第二反射镜11进入待测样品25顶面，所述底面分支激光束19经过第一反射镜组18进入待测样品25底面；
第二主分支激光束6经过第三半透半反镜7被分为沿水平向后方向的左后主分支激光束21和沿水平向右方向的右前主分支激光束10；
所述左后主分支激光束21经过第四半透半反镜22被分为沿水平向右方向的左面分支激光束20和沿水平向后方向的后面分支激光束23，左面分支激光束20直接进入待测样品25左面；后面分支激光束23经过第二反射镜组24进入待测样品25后面；
所述右前主分支激光束10经过第五半透半反镜14被分为沿水平向右方向的右面分支激光束16和沿水平向后方向的前面分支激光束15，前面分支激光束15直接进入待测样品25前面；右面分支激光束16经过第三反射镜组17进入待测样品25右面。
所述激光测距***12发出的测距激光束13照射在待测样品25的其中一个侧面上以测量该侧面的位移量。当需要同时测量多个侧面的位移量时，也可以采用多个激光测距***12分别测量每个侧面进行测量。
对待测样品25侧面位移量的测量还可以采用另外一套光路***进行，例如迈克尔逊干涉仪、MZ马赫-曾德尔干涉仪等进行以达到更高精度的测量。
有些材料需要在一定的真空度环境下进行加热，因此在密封盖上设有抽真空通孔，在加热之前将透明加热壳罩26抽空气，以达到真空度要求。
本发明在使用时，首先固定好支撑框架，在支撑框架内固定好四脚支架以及在四脚支架放置好待测样品25，然后根据待测样品25的位置将光路***调好，根据实际需要测量的侧面个数选择激光测距***12的个数同时调整好激光测距***12的位置；打开激光发射器1，根据不同的试验要求，调节加热速率、设定目标温度或者采用阶梯式加热等以满足加热要求，透明加热壳罩26内的温度传感器实时显示内部的温度以参考；同时激光测距***12实时采集待测样品25侧面的位移量，并将数据传输到最终控制端从而计算给出待测样品25的温度-线/体膨胀系数曲线和膨胀前后的3D图像。
本发明所优点为：（1）采用全激光式加热和测量，与待测样品为非接触式测量，测量更加准确，测量精度也高；（2）采用激光加热的方式加热速度快，效率高，无需预热，大大提高了测量效率；（3）采用对待测样品的六个侧面同时加工，受热均匀，测量更加准确；（4）整体结构紧凑，而且便于与计算机数控自动化兼容融合，使得整个测量趋于智能化控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，包括支撑框架，在支撑框架上安装有透明加热壳罩，在透明加热壳罩上设有密封盖，在透明加热壳罩内设有用于支撑待测样品的四脚支架，在四脚支架上放置有待测样品，在透明加热壳罩外部设有激光发射器，在激光发射器与透明加热壳罩之间设有光路***，激光发射器发出的激光束通过光路***分出六个分支激光束，六个分支激光束一一对应照射在待测样品的六个侧面上；在透明加热壳罩外部还设有用于测量待测样品侧面位移量的激光测距***。
2.根据权利要求1所述的全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，所述光路***包括第一半透半反镜，激光发射器发出的激光束经过第一半透半反镜被分为沿竖直向上方向的第一主分支激光束和沿水平向右方向的第二主分支激光束；
第一主分支激光束经过第一反射镜反射后向待测样品方向传播，然后经过第二半透半反镜后被分为沿水平方向的顶面分支激光束和沿竖直向下方向的底面分支激光束，所述顶面分支激光束经过第二反射镜进入待测样品顶面，所述底面分支激光束经过第一反射镜组进入待测样品底面；
第二主分支激光束经过第三半透半反镜被分为沿水平向后方向的左后主分支激光束和沿水平向右方向的右前主分支激光束；
所述左后主分支激光束经过第四半透半反镜被分为沿水平向右方向的左面分支激光束和沿水平向后方向的后面分支激光束，左面分支激光束直接进入待测样品左面；后面分支激光束经过第二反射镜组进入待测样品后面；
所述右前主分支激光束经过第五半透半反镜被分为沿水平向右方向的右面分支激光束和沿水平向后方向的前面分支激光束，前面分支激光束直接进入待测样品前面；右面分支激光束经过第三反射镜组进入待测样品右面。
3.根据权利要求1或2所述的全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，所述激光测距***发出的测距激光束照射在待测样品的其中一个侧面上以测量该侧面的位移量。
4.根据权利要求1或2所述的全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，所述激光测距***为一至六个，所述激光测距***发出的测距激光束照射在待测样品的其中一个侧面上以测量该侧面的位移量，以此类推，对待测样品的六个侧面的位移量同时测量。
5.根据权利要求3所述的全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，在密封盖上设有抽真空通孔。
6.根据权利要求5所述的全激光式材料热膨胀系数快速自动化测量装置，其特征在于，在透明加热壳罩内安装有温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181123 |