CN105353778A - 一种用于残余应力测试的自动调姿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于残余应力测试的自动调姿装置，包括移动平台、升降机构、类平行四边形传动机构、测试探头和多个测距传感器，所述升降机构安装在移动平台上，类平行四边形传动机构安装在升降机构上；所述类平行四边形传动机构整体可绕与升降机构的轴线垂直的轴线转动；所述测试探头和多个测距传感器固接在类平行四边形传动机构上，所述测试探头和多个测距传感器处于同一平面，且测距传感器均指向与所述测试探头同轴的特定点。相对于现有技术，本发明具有以下优势：实现残余应力测试探头姿态自动调整；简化测量调试环节，降低测试成本，节约测试时间；可实现无人测试，避免辐射。

Description

一种用于残余应力测试的自动调姿装置

技术领域

本发明属于测试设备技术领域，尤其是涉及一种用于残余应力测试的自动调姿装置。

背景技术

残余应力测试设备是根据材料对于X射线发射角度的差异，通过公式计算出残余应力值，测试过程中通过一束X射线从不同方向照射被测表面，用射线传感器接受反射的X射线，分析处理后，在应用一些已知的材料的性能参数，即可测得零件表面残余应力应力场的分布，并确定零件表面强化程度，该残余应力测试是验证工艺路线的合理性，以及进行零部件设计评估的重要环节。

现有设备的测试头通过安装支架与水平台固定，测试探头垂直地面。在使用过程中存在如下不足：1.由于测试之前要求测试探头与被测件表面垂直才可以进行后续测量，因此需人为调姿被测件以使被测表面与探头垂直，由此耗费大量测试时间；2.针对某些曲面零件，依靠人力很难实现测试探头与被测件垂直，造成此类零件无法进行测试；3.由于测试头与水平台固定，不能实现移动式、便携式测量，限制了使用范围。

针对上述问题，亟需一种自动调姿装置解决上述不足，以降低测试成本，节约测试时间，扩大测试范围。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于残余应力测试的自动调姿装置，以实现残余应力测试探头姿态自动调整，快速实现测试探头与被测件垂直。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于残余应力测试的自动调姿装置，包括移动平台、升降机构、类平行四边形传动机构、测试探头和多个测距传感器，所述升降机构安装在移动平台上，类平行四边形传动机构安装在升降机构上；所述类平行四边形传动机构整体可绕与升降机构的轴线垂直的轴线转动；

所述测试探头和多个测距传感器固接在类平行四边形传动机构上，所述测试探头和多个测距传感器处于同一平面，且测距传感器均指向与所述测试探头同轴的特定点。

进一步的，所述类平行四边形传动机构包括顺序连接的驱动杆、连接杆、弧形杆和转动杆，所述转动杆的左端与弧形杆的下部固接，转动杆的右端与驱动杆的底部通过转动副连接；所述驱动杆的上部与所述连接杆的右端通过转动副连接，所述连接杆的左端通过转动副连接所述弧形杆上通过滑动副连接的弧形滑块；

所述弧形杆的圆心、弧形滑块与连接杆铰接的中心、驱动杆与连接杆铰接的中心、以及所述驱动杆与转动杆铰接的中心，这四点连接为平行四边形；

所述弧形滑块固接测试探头，所述测试探头指向弧形杆的圆心。

进一步的，所述升降机构包括传动丝杠、滑动套、支撑大臂和支撑小臂，所述传动丝杠垂直安装在移动平台上，所述滑动套配合安装在传动丝杠上，所述传动丝杠由其底板连接的丝杠伺服电机驱动；

所述传动丝杠上配合安装滑动套，所述滑动套上固接支撑大臂和支撑小臂的一端，所述支撑大臂和支撑小臂的另一端与所述类平行四边形传动机构固定连接。

进一步的，所述转动杆与横向设置的支撑大臂通过与所述转动杆轴线重合的转动轴承连接，两个所述转动轴承分别安装在支撑大臂上两个垂直立柱上；所述转动杆靠近支撑大臂连接端安装有伺服电机一，所述伺服电机一与所述支撑大臂固定连接。

进一步的，所述驱动杆与转动杆连接的转动副连接有驱动其转动的伺服电机二。

进一步的，所述移动平台上还安装有与传动丝杠平行设置的导向柱，所述导向柱上配合安装导向套，所述导向套与滑动套固接。

进一步的，所述移动平台可采用轮式移动或通过轨道式移动。

进一步的，所述测距传感器有3个，3个均布的所述测距传感器均指向并相交于弧形杆的圆心。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)实现残余应力测试探头姿态自动调整，且结构简单，容易实现；

(2)简化测量调试环节，降低测试成本，节约测试时间；

(3)可实现无人测试，避免辐射。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述自动调姿装置的侧视图；

图2为本发明实施例所述自动调姿装置的立体图；

图3为本发明实施例所述类平行四边形传动机构示意图；

图4为图3中A-A剖截面；

图5为本发明实施例所述转动杆与支撑大臂连接示意图；

图6为本发明实施例所述自动调姿装置的测距传感器调姿原理图。

附图标记说明：

1、移动平台；2、丝杠伺服电机；3、传动丝杠；4、导向柱；5、滑动套；6、支撑大臂；7、支撑小臂；8a、伺服电机一；8b、伺服电机二；9、弧形滑块；10、驱动杆；11、连接杆；12、弧形杆；13、转动杆；14、测试探头；15、测距传感器；16、被测件；17、测试点；18、导向套；19、导轨；20、球副；21、转动轴承；22、类平行四边形传动机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明一种用于残余应力测试的自动调姿装置，如图1、2所示，包括移动平台1、升降机构、类平行四边形传动机构22、测试探头14和多个测距传感器15，所述升降机构安装在移动平台1上，类平行四边形传动机构22安装在升降机构上，升降机构可带动类平行四边形传动机构22进行升降；

所述升降机构包括传动丝杠3、滑动套5、支撑大臂6和支撑小臂7，所述传动丝杠3垂直安装在移动平台1上，所述滑动套5配合安装在传动丝杠3上，所述传动丝杠3由其底板连接的丝杠伺服电机2驱动；

所述支撑大臂6和所述支撑小臂7的一端均与滑动套5固接，所述类平行四边形传动机构22与所述支撑大臂6通过转动轴承21连接，与所述支撑小臂7通过球副20连接，所述类平行四边形传动机构22整体可实现绕转动轴承21的轴线转动；

所述传动丝杠3垂直安装在移动平台1上，所述滑动套5配合安装在传动丝杠3上，所述传动丝杠3由其底板连接的丝杠伺服电机2驱动；

所述移动平台1上还安装有与传动丝杠3平行设置的导向柱4，所述导向柱4上配合安装导向套18，所述导向套18与滑动套5通过连接杆固接，从而保证传动丝杠3的垂直导线。

所述类平行四边形传动机构22包括顺序连接的驱动杆10、连接杆11、弧形杆12和转动杆13，如图3所述，所述转动杆13的左端与弧形杆12的下部固接，转动杆13的右端与驱动杆10的底部通过转动副连接；所述驱动杆10的上部与所述连接杆11的右端通过转动副连接，如图4所示，所述连接杆11的左端通过转动副连接所述弧形杆12上通过滑动副连接的弧形滑块9；所述弧形杆12的圆心、弧形滑块9与连接杆11铰接的中心、驱动杆10与连接杆11铰接的中心、以及所述驱动杆10与转动杆13铰接的中心，这四点连接为平行四边形；因此，随着所述驱动杆10的运动，通过所述连接杆11传递至弧形滑块9，使所述弧形滑块9沿弧形杆12滑动，实现弧形滑块9绕所述弧形杆12圆心的转动；

所述驱动杆10与转动杆13连接的转动副连接有伺服电机二8b，所述伺服电机二8b安装在所述转动杆13上，所述伺服电机二8b的输出轴与所述驱动杆10固接，所述驱动杆10可实现绕转动杆13转动。

实施过程中所述转动杆13与横向设置的支撑大臂6通过与所述转动杆13轴线重合的转动轴承21连接，如图5所示，两个所述转动轴承21分别安装在支撑大臂6上两个垂直立柱上；所述转动杆13靠近支撑大臂6连接端安装有伺服电机一8a，所述伺服电机一8a与所述支撑大臂6固定连接。

所述测试探头14安装在所述类平行四边形传动机构22上，具体的，所述弧形滑块9固接测试探头14，所述测试探头14指向弧形杆12的圆心；所述测试探头14上均匀布置有处于同一平面的三个测距传感器15，所述测距传感器15均指向与所述测试探头14同轴的特定点，本实施例指向弧形杆12的圆心。

所述移动平台1可采用轮式移动或通过轨道式移动，从而实现整个装置的移动，本实施例所述移动平台1底部设有导轨19，移动平台1可在导轨19上移动。

本发明的测试原理如下：

如图6所示，所述三个测距传感器15均匀布置在同一平面上且所述测距传感器15的发射器与所述测试探头14角度一定，均指向并相交于弧形杆12的圆心；被测试件16的测试点17应位于弧形杆12的圆心，所述测距传感器15射出的直线在测试点17处形成圆点，若三个圆点与测试点17的距离在一定误差范围以内，根据几何原理可推理得测试探头14与被测件16表面垂直。

本发明在实际测试过程中，整个装置首先通过所述丝杠伺服电机2带动所述传动丝杠3确定所述测试探头14与被测件16的相对高度，之后锁定所述丝杠伺服电机2；

再通过所述类平行四边形传动机构22上的伺服电机一8a、伺服电机二8b完成测试探头14绕弧形杆12圆心的2个自由度的转动，采用智能控制系统，依据测距传感器15反馈的数值逐步调整测试探头14的位姿，直至测距传感器15测得数值在规定误差以内时，实现测试探头14与被测件16表面垂直并开始残余应力测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：包括移动平台(1)、升降机构、类平行四边形传动机构(22)、测试探头(14)和多个测距传感器(15)，所述升降机构安装在移动平台(1)上，类平行四边形传动机构(22)安装在升降机构上，升降机构可带动类平行四边形传动机构(22)进行升降；所述类平行四边形传动机构(22)整体可绕与升降机构的轴线垂直的轴线转动；

所述测试探头(14)和多个测距传感器(15)固接在类平行四边形传动机构(22)上，所述测试探头(14)和多个测距传感器(15)处于同一平面，且测距传感器(15)均指向与所述测试探头(14)同轴的特定点。

2.根据权利要求1所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述类平行四边形传动机构(22)包括顺序连接的驱动杆(10)、连接杆(11)、弧形杆(12)和转动杆(13)，所述转动杆(13)的左端与弧形杆(12)的下部固接，转动杆(13)的右端与驱动杆(10)的底部通过转动副连接，所述驱动杆(10)可实现绕转动杆(13)转动；所述驱动杆(10)的上部与所述连接杆(11)的右端通过转动副连接，所述连接杆(11)的左端通过转动副连接所述弧形杆(12)上通过滑动副连接的弧形滑块(9)；

所述弧形杆(12)的圆心、弧形滑块(9)与连接杆(11)铰接的中心、驱动杆(10)与连接杆(11)铰接的中心、以及所述驱动杆(10)与转动杆(13)铰接的中心，这四点连接为平行四边形；

所述弧形滑块(9)固接测试探头(14)，所述测试探头(14)指向弧形杆(12)的圆心。

3.根据权利要求2所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述升降机构包括传动丝杠(3)、滑动套(5)、支撑大臂(6)和支撑小臂(7)，所述传动丝杠(3)垂直安装在移动平台(1)上，所述滑动套(5)配合安装在传动丝杠(3)上，所述传动丝杠(3)由其底板连接的丝杠伺服电机(2)驱动；

所述传动丝杠(3)上配合安装滑动套(5)，所述滑动套(5)上固接支撑大臂(6)和支撑小臂(7)的一端，所述支撑大臂(6)和支撑小臂(7)的另一端与所述类平行四边形传动机构(22)固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述转动杆(13)与横向设置的支撑大臂(6)通过与所述转动杆(13)轴线重合的转动轴承(21)连接，两个所述转动轴承(21)分别安装在支撑大臂(6)上两个垂直立柱上；所述转动杆(13)靠近支撑大臂(6)连接端安装有伺服电机一(8a)，所述伺服电机一(8a)与所述支撑大臂(6)固定连接。

5.根据权利要求2所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述驱动杆(10)与转动杆(13)连接的转动副连接有伺服电机二(8b)，所述伺服电机二(8b)安装在所述转动杆(13)上，所述伺服电机二(8b)的输出轴与所述驱动杆(10)固接。

6.根据权利要求3所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述移动平台(1)上还安装有与传动丝杠(3)平行设置的导向柱(4)，所述导向柱(4)上配合安装导向套(18)，所述导向套(18)与滑动套(5)通过连接杆固接。

7.根据权利要求1所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述移动平台(1)可采用轮式移动或通过轨道式移动。

8.根据权利要求2所述的用于残余应力测试的自动调姿装置，其特征在于：所述测距传感器(15)有3个，3个均布的所述测距传感器(15)均指向并相交于弧形杆(12)的圆心。