[发明专利]一种湿热载荷下的物体表面应变测量装置

说明书

本发明提出了一种湿热载荷下的物体表面应变测量装置，属于精密测量技术领域，旨在实现湿热载荷下对物体表面应变的自动化无靶标高精度连续测量，包括：温湿度测试箱、测量单元和控制计算机，其中，温湿度测试箱用于保证箱体内的温湿度达到测量要求，测量单元安装在温湿度测试箱箱门上，其中底座固定在温湿度测试箱的观察窗下沿，直线模组固定在底座上，且与温湿度测试箱观察窗平行，支撑架固定在直线模组上的滑块上，支撑架上安装激光轮廓传感器，在运行时激光轮廓传感器可以随模组滑块相对于温湿度测试箱左右移动，并透过观察窗扫描箱体内夹具上的被测物体表面。控制计算机用于控制激光轮廓传感器移动并处理获取的点云数据求得应变。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种湿热载荷下的物体表面应变测量装置，可用于对物体表面应变的自动化无靶标高精度连续测量。

背景技术

物体在受到外力作用下会产生一定的变形，变形的程度称为应变。物体在温度变化时，会产生热应变。部分物体在湿空气中会吸收水分，进而产生湿应变。对于印刷电路板，塑封芯片等物体，在温度和湿度剧烈变化的情况下，热应变和湿应变的叠加会使物体产生较大的变形或者破坏，这将影响到其工作性能。为了研究热膨胀和吸湿膨胀因素在单独和共同作用时物体的应力分布，需要对表面应变进行精确测量。

为满足温度和湿度载荷下对物体的应变测量，测量设备应满足以下几点要求：一、测量设备应该能准确控制被测物体周围温湿度按照要求变化，且温度湿度应有较大的变化范围和变化速率；二、由于器件的充分吸湿是一个长时间的过程，可能达到一百多个小时，因此为确保测量结果的准确有效性，应该实现对物体整个应变过程的自动化连续测量，且测量方法应该具有较高的精度。

物体的表面应变数据，可以通过对比所测量的表面轮廓上点的坐标与零应变时表面轮廓上的对应点的坐标的方法确定。目前国内有一些物体表面应变或轮廓的测量技术与装备，其在一定程度上满足了上述两点要求。如中国电子科技集团公司张怡等发表在《电子元件与材料》2019年第38卷第1期61-66,77页的名称为“热循环载荷下LTCC基板焊接组件结构仿真分析与试验对比研究”的论文，公开了一种数字图像相关测量系统，用于测量低温共烧陶瓷基板焊接组件热试验的变形及应变。在该系统中，被测组件竖直放置在热试验箱内，正面朝向热试验箱的观察窗口，双目摄像机放置在观察窗口外，拍摄被测试件的表面轮廓并计算热变形数据。由于该系统中双目相机与热试验箱分开安装，抗干扰能力差，另外由于该系统使用的数字图像技术需要识别物体表面的匹配点对，因此试验前需要在被测试件表面喷涂一层散斑，该测量系统可以获取较精确的测量结果，但这种测量系统在测量过程中会对被测对象带来表面损伤，喷涂靶标不适用于高温湿度的测量环境，且会影响被测物体的湿热传导过程。又如申请公布号为CN108534679A，名称为“一种筒形件轴线位姿的无靶标自动测量装置及方法”的专利申请，提出了一种筒形件轴线位姿的无靶标自动测量装置，该装置通过电机驱动激光轮廓传感器对被测筒形件进行扫描获得表面轮廓点云数据，并通过计算机处理得到筒形件的位姿信息。该装置取消了靶标安装或喷涂的过程，简化了大批量产品的生产工序，提高了生产效率，选用激光轮廓传感器相比采用工业相机对被测物进行拍照的测量方式，激光的抗干扰能力更强，设备稳定性更好，但是该装置是专门针对筒形件的轮廓测量以及其轴线姿态推算，功能单一，且不适应于温湿度变化情况下的物体表面应变的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种湿热载荷下的物体表面应变测量装置，旨在实现湿热载荷下对被测物件的表面应变的连续测量，并提高测量精度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括温湿度测试箱1、测量单元2和控制计算机3，其中：

所述温湿度测试箱1，包括升降温装置、加湿除湿设备、温湿度控制界面，以及测试箱体11，该测试箱体11的侧面设置有箱门12，所述箱门12上设置有通过透明材料封闭的观察窗13，所述测试箱体11内部的支架上固定有夹具14，所述箱门12关闭时，内部空间与外界环境绝热绝湿，通过控制界面可以调节箱体内的温湿度。