CN209102254U - 一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，包括：所述图像采集组件、钻孔组件、激光发射组件依次布置于工作台上，且样品台通过双向运动组件设置于钻孔组件正前方的工作台上，通过双向运动组件实现样品台的上下左右运动调整；钻孔组件中通过高精度滑动平台驱动钻孔马达的前后位移，激光发射组件中通过高精度升降台、激光转台分别实现激光干涉器的高度、转角调整，进而通过CCD摄像机采集钻孔周围的散斑图像。本实用新型采用电子散斑技术测量残余应力在逐层钻孔测试过程中的应变值，能够实现高精度快速测量、钻孔深度的高精度自动控制以及应变的高精度快速测量，大大提高残余应力的测量精度和测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，属于残余应力测试技术领域。
背景技术
机械零件在加工制造、装配过程中，不可避免地产生残余应力，对零件的强度、刚度、疲劳等机械性能产生严重的影响。逐层钻孔法作为一种常用的残余应力测量方法，能够有效地测量机械零件的残余应力数值。
现有的残余应力测量装置多采用应变花测量钻孔过程中的应变值，其缺点在于：应变花位置与钻孔位置需要对中，对钻孔的位置精度要求较高；为接触式测量，要求应变花与工件表面粘贴牢固，对粘贴剂和粘贴过程要求十分苛刻；应变花受温度影响较大，不仅需要应变花的温度补偿应变片，还需要保证补偿应变片所在部位温度与应变花所在部位相同，由于钻孔过程中导致局部温度升高，这一条件较难达到。以上缺点导致应变花测量残余应力的操作过程复杂，操作要求严苛，测量精度不高。
电子散斑干涉技术是以激光散斑作为被测物场信息的载体，利用被测物体在受激光照射后产生散斑干涉条纹来检测双光束波前后的相位变化，采用CCD(电荷耦合器件)摄像机得到图像信号，由计算机软件处理分析后在监视器上显示表征物场信息的散斑干涉条纹图，通过数值计算将这些条纹解析出被测物体表面的位移场变化或形变信息。电子散斑干涉技术是一种非接触式全场实时测量技术，通用性强、测量精度高、测量简便、效率高等优点，十分适用于逐层钻孔法测量残余应力。
中国专利申请号201510293321.X，披露了一种基于数字图像相关法的应力测试***及其应用，主要包括数字摄像机、成像镜头、单色LED照明光源、位移平台、相机支撑杆、水平尺以及用于数字图像采集和分析处理的计算机，该发明仅给出了数字图像采集的装置以及操作过程，但是没有采用逐层钻孔法测量残余应力的装置及操作过程。本申请涉及的一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置同时包含了钻孔组件、电子散斑干涉组件，以及用于调整的相关机构等，并且给出了该装置测量残余应力的操作过程。
为了克服逐层钻孔—应变花技术测量残余应力装置操作复杂、要求高的缺点，本发明提供了一种操作便捷、测量精度高的基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，采用电子散斑干涉技术测量钻孔过程中孔周围的应变值，进而根据弹性力学理论计算残余应力。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，能够实现高精度快速测量、钻孔深度的高精度自动控制以及应变的高精度快速测量，大大提高残余应力的测量精度和测量效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，包括工作台、样品台、双向运动组件、钻孔组件、激光发射组件、图像采集组件；
其中，所述图像采集组件、钻孔组件、激光发射组件依次布置于工作台上，且样品台通过双向运动组件设置于钻孔组件正前方的工作台上，通过双向运动组件实现样品台的上下左右运动调整；
所述钻孔组件包括钻孔底座、高精度滑动平台、马达底座、钻孔马达，且高精度滑动平台设置于钻孔底座上；所述钻孔马达通过马达底座滑动连接于高精度滑动平台上，通过高精度滑动平台驱动钻孔马达的前后位移；所述激光发射组件包括激光底座、高精度升降台、激光转台、激光干涉器，且高精度升降台设置于激光底座上；所述激光干涉器通过激光转台安装于高精度升降台上，通过高精度升降台、激光转台分别实现激光干涉器的高度、转角调整；所述图像采集组件包括图像采集底座、CCD摄像机、摄像云台，且CCD摄像机通过摄像云台设置于图像采集底座上。
进一步的，所述双向运动组件包括纵向滑台、横向滑台、竖直丝杠、水平丝杠，且纵向滑台安装于工作台上；所述纵向滑台上设置有纵向滑轨，横向滑台通过与纵向滑轨的配合滑动连接于纵向滑台上；所述竖直丝杠安装于纵向滑台上，且竖直丝杠上设置有第一螺母，通过第一螺母带动横向滑台的升降调整；所述横向滑台上设置有横向滑轨，样品台通过与横向滑轨的配合滑动连接于横向滑台上；所述水平丝杠安装于横向滑台上，且水平丝杠上设置有第二螺母，通过第二螺母带动样品台的水平位移调整。
进一步的，所述竖直丝杠、水平丝杠分别通过丝杠电机实现驱动，可实现高精度自动化控制，从而实现快速测量，提高了测量效率。
进一步的，所述样品台一侧的工作台上设置有抽气泵及与抽气泵出气口连通的万向竹节吹气管，且万向竹节吹气管的出气管口对准样品台上的试样钻孔位置，便于调整管口方位，及时清除钻孔周围的切屑，保持钻孔周围洁净，保证散斑图像不被其他物体干扰，提高测量精度和测量效率。
进一步的，所述高精度滑动平台包括上下并列设置的滚珠丝杠、直线滑轨，且滚珠丝杠上套接有与直线滑轨相适配的丝杠滑块；所述马达底座固接于丝杠滑块上，通过驱动电机带动滚珠丝杠的转动实现丝杠滑块沿直线滑轨的滑动调整。
进一步的，所述钻孔马达采用电动马达或气动马达。
有益效果：本发明提供的一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、采用电子散斑技术测量残余应力在逐层钻孔测试过程中的应变值，该方法是一种非接触式、高精度快速测量方法，与高精度的逐层钻孔技术相结合，提升了残余应力测量水平；2、可实现钻孔深度的高精度自动控制，以及应变的高精度快速测量，大大提高了残余应力的测量精度和测量效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的操作流程图；
图3为本发明实施例中手动式双向运动组件的结构示意图；
图4为本发明实施例中电动式双向运动组件的结构示意图；
图5为本发明实施例中高精度滑动平台的结构示意图；
图中包括：1、工作台，2、钻孔底座，3、高精度滑动平台，4、钻孔马达，5、马达底座，6、高精度升降台，7、激光干涉器，8、试样，9、样品台，10、双向运动组件，11、万向竹节吹气管，12、CCD摄像机，13、图像采集底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，包括工作台1、样品台9、双向运动组件10、钻孔组件、激光发射组件、图像采集组件；
其中，所述图像采集组件、钻孔组件、激光发射组件依次布置于工作台1上，且样品台9通过双向运动组件10设置于钻孔组件正前方的工作台1上，通过双向运动组件10实现样品台9的上下左右运动调整；
所述钻孔组件包括钻孔底座2、高精度滑动平台3、马达底座5、钻孔马达4，且高精度滑动平台3设置于钻孔底座2上；所述钻孔马达4通过马达底座5滑动连接于高精度滑动平台3上，通过高精度滑动平台3驱动钻孔马达4的前后位移；所述激光发射组件包括激光底座、高精度升降台6、激光转台、激光干涉器7，且高精度升降台6设置于激光底座上；所述激光干涉器7通过激光转台安装于高精度升降台6上，通过高精度升降台6、激光转台分别实现激光干涉器7的高度、转角调整；所述图像采集组件包括图像采集底座13、CCD摄像机12、摄像云台，且CCD摄像机12通过摄像云台设置于图像采集底座13上。
如图3所示，所述双向运动组件10包括纵向滑台、横向滑台、竖直丝杠、水平丝杠，且纵向滑台安装于工作台1上；所述纵向滑台上设置有纵向滑轨，横向滑台通过与纵向滑轨的配合滑动连接于纵向滑台上；所述竖直丝杠安装于纵向滑台上，且竖直丝杠上设置有第一螺母，通过第一螺母带动横向滑台的升降调整；所述横向滑台上设置有横向滑轨，样品台9通过与横向滑轨的配合滑动连接于横向滑台上；所述水平丝杠安装于横向滑台上，且水平丝杠上设置有第二螺母，通过第二螺母带动样品台9的水平位移调整。
如图4所示，电动式双向运动组件中，所述竖直丝杠、水平丝杠分别通过丝杠电机实现驱动。
本实施例中，所述样品台9一侧的工作台1上设置有抽气泵及与抽气泵出气口连通的万向竹节吹气管11，且万向竹节吹气管11的出气管口对准试样8上的钻孔位置。
如图5所示，所述高精度滑动平台3包括上下并列设置的滚珠丝杠、直线滑轨，且滚珠丝杠上套接有与直线滑轨相适配的丝杠滑块；所述马达底座5固接于丝杠滑块上，通过驱动电机带动滚珠丝杠的转动实现丝杠滑块沿直线滑轨的滑动调整。
如图2所示，本发明的具体实施方式如下：
步骤A：将试样固定在样品台上，通过双向运动组件调整样品台在XY两个方向上的运动，使得试样上的测量位置与钻孔组件的钻孔轴线Z轴对齐，通过锁紧螺钉锁死样品台，固定试样；
步骤B：启动激光发射组件及图像采集组件，通过高精度升降台、激光转台分别实现激光干涉器的高度、转角调整，使得发射激光束、接收激光束、钻孔轴线保持在同一平面，并通过摄像云台调整CCD摄像机的角度，使得CCD摄像机的视野内呈现试样上的测量位置，进而通过CCD摄像机采集初始的散斑图像；
步骤C：调节万向竹节吹气管的姿态，使其出气管口对准试样上的钻孔位置，并打开抽气泵，保持抽气；
步骤D：启动钻孔马达，并通过高精度滑动平台控制钻孔马达沿Z轴推进实现逐层钻孔的精度；
步骤E：钻孔过程中CCD摄像机根据孔的进给深度采集载有应变信息的散斑图像(孔周围固定位置处表面)；
测量过程中，将图像采集组件所采集的初始散斑图像以及钻孔过程中采集的反应试样孔周围应变信息的散斑图像，传送至计算机，根据散斑干涉理论处理散斑图像得到孔周围的应变值，进一步根据弹性力学理论计算出残余应力数值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，包括工作台(1)、样品台(9)、双向运动组件(10)、钻孔组件、激光发射组件、图像采集组件；
其中，所述图像采集组件、钻孔组件、激光发射组件依次布置于工作台(1)上，且样品台(9)通过双向运动组件(10)设置于钻孔组件正前方的工作台(1)上，通过双向运动组件(10)实现样品台(9)的上下左右运动调整；
所述钻孔组件包括钻孔底座(2)、高精度滑动平台(3)、马达底座(5)、钻孔马达(4)，且高精度滑动平台(3)设置于钻孔底座(2)上；所述钻孔马达(4)通过马达底座(5)滑动连接于高精度滑动平台(3)上，通过高精度滑动平台(3)驱动钻孔马达(4)的前后位移；所述激光发射组件包括激光底座、高精度升降台(6)、激光转台、激光干涉器(7)，且高精度升降台(6)设置于激光底座上；所述激光干涉器(7)通过激光转台安装于高精度升降台(6)上，通过高精度升降台(6)、激光转台分别实现激光干涉器(7)的高度、转角调整；所述图像采集组件包括图像采集底座(13)、CCD摄像机(12)、摄像云台，且CCD摄像机(12)通过摄像云台设置于图像采集底座(13)上。
2.根据权利要求1所述一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，所述双向运动组件(10)包括纵向滑台、横向滑台、竖直丝杠、水平丝杠，且纵向滑台安装于工作台(1)上；所述纵向滑台上设置有纵向滑轨，横向滑台通过与纵向滑轨的配合滑动连接于纵向滑台上；所述竖直丝杠安装于纵向滑台上，且竖直丝杠上设置有第一螺母，通过第一螺母带动横向滑台的升降调整；所述横向滑台上设置有横向滑轨，样品台(9)通过与横向滑轨的配合滑动连接于横向滑台上；所述水平丝杠安装于横向滑台上，且水平丝杠上设置有第二螺母，通过第二螺母带动样品台(9)的水平位移调整。
3.根据权利要求2所述一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，所述竖直丝杠、水平丝杠分别通过丝杠电机实现驱动。
4.根据权利要求1所述一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，所述样品台(9)一侧的工作台(1)上设置有抽气泵及与抽气泵出气口连通的万向竹节吹气管(11)，且万向竹节吹气管(11)的出气管口对准试样(8)上的钻孔位置。
5.根据权利要求1所述一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，所述高精度滑动平台(3)包括上下并列设置的滚珠丝杠、直线滑轨，且滚珠丝杠上套接有与直线滑轨相适配的丝杠滑块；所述马达底座(5)固接于丝杠滑块上，通过驱动电机带动滚珠丝杠的转动实现丝杠滑块沿直线滑轨的滑动调整。
6.根据权利要求1所述一种基于逐层钻孔—电子散斑干涉技术的残余应力测量装置，其特征在于，所述钻孔马达(4)采用电动马达或气动马达。
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Cited By (2)
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| CN111721458A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-29 | 北京航空航天大学 | 一种基于图像识别的残余应力检测方法与装置 |
| CN114046921A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-15 | 天津大学 | 一种残余应力测量装置和方法 |
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