CN105866149B - 一种类椭球形构件的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的类椭球形构件的定位方法，使用四维调节装置、基准光源及经纬仪进行至少三个位置的粗调与细调，实现了类椭球形构件在检测台面上的精确定位。该定位方法分别以基准光源所发出的正交激光束、经纬仪观察视场内的十字线与构件表面基准线的对齐状态作为调节依据，通过具有上下升降、360°旋转、前后倾动、左右倾动等具有四维运动功能的四维调节装置，对构件位置进行调节，直至基准线所在水平面的三个不同位置均为对齐状态。本发明的类椭球形构件的定位方法，适用于不带平整底面、具有类球对称几何外形、不易直接安装定位的密封容器等构件的中子应力检测场景，也可用于其它需要此类定位的检测场合。

Description

一种类椭球形构件的定位方法
技术领域
本发明属于残余应力的中子无损检测技术领域，具体涉及一种类椭球形构件的定位方法。
背景技术
由于对大多数金属材料具有强大的无损深穿透能力，中子应力检测是目前唯一一种可进行无损、深度地获取材料内部应力三维分布信息的技术，也是目前唯一可测定大体积工件三维残余应力分布的方法。残余应力关乎工程质量与安全可靠性，在工程领域中一直是备受关注且具有挑战性的课题。鉴于其优势，中子应力检测技术与工程问题联系更为密切，因而被国际公认为对工程领域极有应用价值。中子应力检测技术的工作原理与X射线方法类似，通过测量特征晶面衍射峰位置的偏移，基于布拉格定律得到应变值，并由广义胡克定律进一步得到应力大小。通过测量部件不同位置的衍射峰位置变化，基于上述换算即可得到应力分布。测量时，中子入射束与衍射束方向的矢量差（称为散射矢量）对应了所测应力的方向。通过对样品进行三维操作，进行不同方向的测量，最后可获得三维应力的分布。测量前，通常需要根据检测试件本身的几何外形特征，定义一套坐标系。进行不同方向测量时，以定义的坐标系为参照，将试件安装在检测台面上。安装时需保证测量方向与散射矢量方向平行一致，这个过程即为样品定位，是中子应力检测技术的重要环节。以圆柱外形的试件为例，一般定义径向、环向（即圆周切向）与轴向（即圆柱长轴方向）三个方向。如果进行径向方向测量时，把试件安放在样品承重台面上时必需保证轴向与台面垂直。
对于圆柱体、规则块体等具有对称几何外形且带平整底面的试件，较容易实现样品的准确定位。通常，直接安装或通过简易工装即可保证试件在中子应力检测台面上的定位准确性。然而，对于一些虽具有对称几何外形但并不带平整底面的试件，无法直接将其安装在检测台上。譬如，核电等工业领域中的一些特殊密封容器具有类椭球的几何外形。测量此类试件的残余应力时，需先考虑试件在检测台面的安装问题。一般，通过设计工装可实现此类试件在检测台面上的固定。然而，如果仅依靠手动摆正，并无法实现精确定位，例如无法保证试件的长轴方向垂直于样品台面。因此，采用中子衍射法测量这种不带平整底面、类椭球外形试件的残余应力时，实现其精确定位方法十分必要，是准确测得不同方向应力的关键前提。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种类椭球形构件的定位方法。
本发明的类椭球形构件的定位方法，其特点是，类椭球形构件的定位装置包括四维调节装置、基准光源和经纬仪，定位方法包括以下步骤：
a. 样品准备
观察构件，确认构件表面的标记为水平基准线或垂直基准线；
b. 硬件就位
将四维调节装置、基准光源和经纬仪三者按照三角位置关系排列，将构件安装在四维调节装置的载物台的支撑柱上；
c. 粗调
基准光源发出两束正交的激光束，在构件的表面上投射出水平轨迹线和垂直轨迹线，通过目测，初步调节四维调节装置，将水平轨迹线与水平基准线重合，或垂直轨迹线与垂直基准线重合；
d. 细调
通过经纬仪观察经纬仪视场中央的十字线与水平基准线或垂直基准线的重合情况，继续调节四维调节装置直至经纬仪视场中央的十字线与水平基准线或垂直基准线的重合，定义构件的此时位置为I；
e. 换点定位
调节四维调节装置将构件沿顺时针或逆时针方向旋转90°，到达位置IV或位置II，重复步骤c和步骤d，继续将构件沿相同方向旋转90°，到达位置III，重复步骤c和步骤d；
f. 最终确认
调节四维调节装置将构件沿顺时针或逆时针方向缓慢旋转，观察经纬仪视场中央的十字线与水平基准线或垂直基准线的重合情况，重合状态良好则结束调节工作，否则重复步骤c、步骤d、步骤e直至满足要求。
在步骤b中，通过固定位置的物理坐标，调节基准光源的正交激光束中心与经纬仪的视场十字线中心处于同一水平高度。
本发明的类椭球形构件的定位方法，使用四维调节装置、基准光源及经纬仪三大硬件组成部分，对类椭球形构件进行至少三个位置的粗调与细调，实现被测构件在样品台面上的精确定位。以已校准的、在墙面有固定标识的同一物理坐标为参照，使基准激光源的正交激光束中心与经纬仪视场十字线中心处于同一水平高度。分别以基准激光源所发出的正交激光束、经纬仪观察视场内的十字线与构件表面基准线的对齐状态作为调节依据，通过具有上下升降、360°旋转、前后倾动、左右倾动等四维运动功能的调节装置，对载物台上的被检构件进行调节，直至构件表面基准线所在水平面的三个不同位置均为对齐状态。
本发明的类椭球形构件的定位方法，适用于不带平整底面、具有类球对称几何外形、不易直接安装定位的密封容器等构件的中子应力检测场景，也可用于其它需要此类定位的检测场合。
附图说明
图1为本发明的类椭球形构件的定位方法的定位装置布局示意图；
图2为本发明的类椭球形构件的定位方法的工作流程图；
图3为构件在X-Y平面上的基准轮廓线及定位位置；
图中，1.四维调节装置 2.销孔 3.中子应力检测台面 4.构件 5.载物台 6.支撑柱 7.升降轴 8.旋转轴 9.前后倾动轴 10.左右倾动轴 11.基准光源 12.基准光源固定平台 13.基准光源三角架 14.基准光源三角架固定底座 15.水平轨迹线16.垂直轨迹线 17.水平基准线 18.垂直基准线 19.经纬仪 20.升降杆 21.经纬仪固定平台 22.经纬仪三角架 23.经纬仪三角架固定底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的类椭球形构件的定位方法的定位装置布局示意图，硬件组成包括四维调节装置1、基准光源11和经纬仪19三大部分，具体包括四维调节装置1、销孔2、中子应力检测台面3、载物台5、支撑柱6、上下升降轴7、旋转轴8、前后倾动轴9、左右倾动轴10、基准光源11、基准光源固定平台12、基准光源三角支架13、基准光源三角架固定底座14、经纬仪19、升降杆20、经纬仪固定平台21、经纬仪三角架22、经纬仪三角架固定底座23。
图2为本发明的类椭球形构件的定位方法的工作流程图，包括定位准备、至少三个位置的粗调与细调、定位完成。
图3为构件在X-Y平面上的基准轮廓线及定位位置。
图2中至少三个位置的粗调与细调是指对基准线所在水平面的三个不同位置（如图3中的I、II、III）逐一进行粗调与细调。
本发明的类椭球形构件的定位方法的具体步骤如下：
(1) 样品准备
观察被检构件4的外形特征，是否有可作为基准线的特征，如焊接等连接缝线等。如果无此类特征，则预先通过三坐标仪等装置对构件4进行基准划线。
(2)硬件就位
首先将中子应力检测台面3清空，通过销孔2将四维调节装置1安装到中子应力检测台面3上，同时将四维调节装置1的四维动作复位归零。然后，将构件4放到载物台5的支撑柱6上。
通过基准光源三角架固定底座14，将基准光源三角架13安放到中子应力检测台面3附近，然后将基准光源11安装在基准光源固定平台12上。打开基准光源11的电源，以已校准的、在墙面有固定标识的物理坐标为参照，使基准光源11发出的正交激光束中心与物理坐标标识对齐。此时，基准光源11处于就位状态。
通过经纬仪三角架固定底座23，将经纬仪三角架22安放到中子应力检测台面3附近，然后将经纬仪19安装在经纬仪固定平台21上，并通过升降杆20进行高度调整。同时，打开经纬仪19的电源，以已校准的、在墙面有固定标识的物理坐标为参照（与基准光源11的参照一致），调节经纬仪19的坐标、角度等参数，使经纬仪19的视场十字线中心与固定标识对齐。此时，经纬仪19的视场十字线中心与基准光源11的正交激光束中心处于同一水平高度，经纬仪19处于就位状态。
(3) 粗调
基准光源11发出两束正交的激光束，在构件4的表面上投射出两条相互垂直的轨迹线，即水平轨迹线15与垂直轨迹线16。通过四维调节装置1的升降轴7及旋转轴8，使水平轨迹线15、垂直轨迹线16分别向构件4的水平基准线17、垂直基准线18 靠近。通过目测，观察上述两条轨迹线是否与构件4的基准线对齐。如已对齐，则进一步开始细调；如未对齐，则继续通过四维调节装置1的升降轴7及旋转轴8对构件4进行姿态调整，调节至对齐状态。
(4)细调
通过经纬仪19的目镜观察视场中央的十字线是否与构件4的水平基准线17、垂直基准线18对齐。如已对齐，则转向下一位置点进行定位调节；如未对齐，则继续通过四维调节装置1的升降轴7、旋转轴8、前后倾动轴9、左右倾动轴10对构件4进行姿态调整，调节至对齐状态，定义构件4的此时位置为I。
(5) 换点定位
通过四维调节装置1的旋转轴8将构件4整体沿顺时针或逆时针旋转90°，到达位置IV或位置II，重复上述的粗调与细调步骤。定位调节到位后，通过四维调节装置1的旋转轴8继续将构件4整体沿顺时针或逆时针旋转90°，到达位置III，重复上述的粗调与细调步骤，直至调节到位。
(6) 最终确认
上述三个位置点的调节到位后，这些点所确定平面的定位基本到位，即构件4的水平基准线平面已被准确调节至与中子应力检测台面3基本平行，亦即垂直基准线平面已基本与中子应力检测台面3垂直。通过四维调节装置1的旋转轴8将构件4整体沿顺时针或逆时针缓慢旋转，与此同时，通过经纬仪19的目镜观察视场中央的十字线与构件4的基准线的对齐状态，以最终确认定位是否满足要求。
经过上述定位流程后，构件4的X-Y平面与中子应力检测台面3准确平行；相应地，构件4的Z轴与中子应力检测台面3准确垂直。在该定位状态下，通过中子应力检测技术可实现构件沿径向与环向两个方向应力的准确测量。
将构件4倒转90°放置，使构件4的Z轴大致平行于载物台5的平面，重复上述步骤(1)至(6)。定位完成后，构件4的X-Y平面与中子应力检测台面3准确垂直；相应地，构件4的Z轴与中子应力检测台面3准确平行。在该定位状态下，通过中子应力检测技术可实现构件沿轴向方向应力的准确测量。
综上，通过本发明的类椭球形构件的定位方法，可对此类特殊外形构件进行精确定位，从而满足此类特殊外形构件的中子应力三维测量等检测要求。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种类椭球形构件的定位方法，其特征在于，类椭球形构件的定位装置包括四维调节装置（1）、基准光源（11）和经纬仪（19），定位方法包括以下步骤：
a. 样品准备
观察构件（4），确认构件（4）表面的标记为水平基准线（17）或垂直基准线（18）；
b. 硬件就位
将四维调节装置（1）、基准光源（11）和经纬仪（19）三者按照三角位置关系排列，将构件（4）安装在四维调节装置的载物台（5）的支撑柱（6）上；
c. 粗调
基准光源（11）发出两束正交的激光束，在构件（4）的表面上投射出水平轨迹线（15）和垂直轨迹线（16），通过目测，初步调节四维调节装置（1），将水平轨迹线（15）与水平基准线（17）重合，或垂直轨迹线（16）与垂直基准线（18）重合；
d. 细调
通过经纬仪（19）观察视场中央的十字线与水平基准线（17）或垂直基准线（18）的重合情况，继续调节四维调节装置（1）直至视场中央的十字线与水平基准线（17）或垂直基准线（18）的重合，定义构件（4）的此时位置为I；
e. 换点定位
调节四维调节装置（1）将构件（4）沿顺时针或逆时针方向旋转90°，到达位置IV或位置II，重复步骤c和步骤d，继续将构件（4）沿相同方向旋转90°，到达位置III，重复步骤c和步骤d；
f. 最终确认
调节四维调节装置（1）将构件（4）沿顺时针或逆时针方向缓慢旋转，观察经纬仪（19 ）的视场中央十字线与水平基准线（17）或垂直基准线（18）的重合情况，重合状态良好则结束调节工作，否则重复步骤c、步骤d、步骤e直至满足要求。
2.根据权利要求1所述的类椭球形构件的定位方法，其特征在于，在步骤b中，以已校准的、在墙面有固定标识的同一物理坐标为参照，调节基准光源（11）的正交激光束中心与经纬仪（19）的视场十字线中心处于同一水平高度。
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