CN109738101B - 一种基于轮廓法测试残余应力的方法及配套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮廓法测试残余应力的方法及配套装置，该方法先将试样经过适当打磨擦拭预处理，并采用铝箔作为过渡带牢固粘贴到切割路径上，采用专用的直线型慢走丝线切割装置，将粘有过渡带的试样沿待测面切开后，使用激光轮廓仪扫描切割面获得变形轮廓数据，经过数据处理得到应力释放前后切割面上各点的位移变化。利用应力‑应变的关系采用有限元分析后最终获得整个截面的残余应力分布状况。该测试方法可以获得整个截面的应力分布状况，且对测试构件无形状材料等方面的要求，具有经济高效，操作简单的特点。方法中过渡带的使用降低了边界效应的影响，提高了测试精度。

Description

一种基于轮廓法测试残余应力的方法及配套装置

技术领域

本发明涉及残余应力检测领域，具体地说是涉及一种结构内部残余应力的测试方法和相应的测试装置。

背景技术

残余应力是威胁服役构件安全性的主要因素，它不仅会降低构件的强度，产生变形、裂纹等缺陷；还会降低材料的断裂韧性、疲劳强度、抗应力腐蚀等性能，与外载荷相互叠加之后，会大大增加设备失效风险。在能源、化工、航天、交通等服役环境比较复杂和恶劣的领域，倘若残余应力没有得到有效的检测和控制，往往会造成难以估计的经济和社会损失。因此，需要利用残余应力测量技术准确检测构件应力状态，以对其安全性能和使用寿命进行评估。

常用的测量方法主要分为机械法和无损检测法两大类：机械法是利用应力释放与应变的关系，通过机械方法去除一部分材料使剩余部分在残余应力作用下产生形变，利用一定手段获取变形量，最后利用弹性力学方法计算得到初始应力状态。它们的优点是测量误差小，精度高，技术成熟，测试理论完善，广泛应用在现场测试。机械法的典型代表有钻孔法、环芯法、深孔法、裂纹柔度法、层削法等。无损检测法通常是利用物理方法将材料内部应力状态与某种物理性质建立关联，通过测量材料物理性质的变化来计算得到应力或应变状态。无损检测最大的优势在于不会对试件产生破坏，但一般依赖于昂贵的检测设备和严苛的检测条件。典型的无损检测方法有X射线衍射法、中子衍射法等。下面列举几种常用残余应力测试方法：

(1)钻孔法的测试过程如下：在待测试样上钻一小孔，孔周围应力得到释放，根据事先粘贴在小孔周围的应变片测量的孔周围应变计算出应力。根据是否钻通试样又分为通孔法和盲孔法。钻孔法损伤范围小、操作简单、设备费用低、测量精度高，因此被广泛应用于工程上测量表面残余应力。但由于钻孔直径小，应力释放有限，只适用于小范围的测量。并且标准中规定钻孔法测试残余应力范围不应超过材料屈服强度的一半，对于较高水平的焊接残余应力的测量会存在较大误差。

(2)环芯法也广泛应用于残余应力测试，测试时在工件表面加工一个环形槽，中间区域即为环芯。随着环槽材料的去除，环芯部位应力得以释放而产生变形，利用粘贴在环芯表面的应变测量环芯部位的应变即可计算出局部应力大小。环形槽内径约为15～150mm，深度约为内径尺寸的25％～150％。环芯法的优点在于可测应变范围大，且应变易于检测。

(3)深孔法是结合钻孔法和环芯法而发明的一种新型残余应力测试方法。测量时在试样上钻一个直径很小的小孔(一般低于3mm)，精确测量出小孔的直径，然后以小孔为中心加工一个环槽，与环芯法相似，应力释放导致小孔的内径发生变化，通过测量小孔在某一深度不同方向的直径变化来获得应变数据，进而计算得到残余应力分布。深孔法的优势在于可以测出工件内部较深的残余应力，并对小孔深度各个方向的应力进行测量。但测试结果仅为局部应力，对于大型或应力分布不均的试样需要进行多次钻孔测量，操作较为繁琐。

(4)裂纹柔度法是一种基于断裂力学原理的测量手段。测试方法是在待测试样(通常是板材)表面加工一条深度逐渐增加的裂纹来释放残余应力，利用表面粘贴的应变片测量对应的应变随裂纹深度的变化来计算残余应力。但前提是假设试样为均匀材料，且残余应力只沿厚度方向改变，同一板厚上长度和宽度方向的应力均保持不变。

(5)层削法与裂纹柔度法一样需要假设残余应力在同一厚度上均匀分布。利用机械或者化学等方法在待测试样表面去除一层材料，剩余部分的应力平衡状态发生改变，应力重新恢复平衡会引起试样变形，该部分形变大小取决于被去除部分的残余应力，通过粘贴在背面的应变片测出变形量即可反推得到被去除部分的应力。沿试样厚度方向逐层去除材料就可以得到整个厚度方向的残余应力分布。该方法主要适用于板、梁类工件的内部残余应力测试，一般无法用于表面残余应力的测量。

(6)X射线衍射法是一种目前广范应用，具有成熟技术，可靠性较高的无损检测方法。利用材料微观晶体结构的衍射现象测量有应力与无应力状态时晶格面间距的改变量，进而计算应变和应力的大小，由于X射线穿透能力有限，一般有效测量深度约20μm。

(7)中子衍射法和X射线衍射法原理相类似，都是利用衍射现象来反应晶格面间距的改变，从而计算残余应力。由于中子的穿透能力远远大于常规X射线，可以测量试样内部应力状态，深度可达几十毫米。但缺点在于中子获取困难，需要核反应堆的支持，测试成本非常高，因此难以作为工程实践中的有效检测手段，但因其准确性较高，作为研究手段也必不可少。

表1对上述几种测试方法进行了对比。

表1

综上所述，测试结构内部应力就已经是一个棘手问题，而获取内部应力的分布情况更是一大难题。轮廓法理论上不仅可以测试构件内部残余应力，而且可获得整个截面的应力分布全貌。对于形状不规则、材料不均匀以及内部应力状态复杂多变的构件，轮廓法仍然适用，而其它测试方法则难以实现。轮廓法基本原理如图1所示：将待测试样沿着需要测定应力的平面一次性切开成为两半。切割面在自由状态下由残余应力释放产生变形，导致切割面形成两个相似的曲面，测量切割面各点的纵向位移，得到与应力相关联的变形数据，将这部分变形作为位移边界条件施加到有限元模型上，所需要的力即为切割前该平面上的原始残余应力分布。这里需要假设切割面的变形位移是由残余应力弹性释放造成的，以及切割过程中不会引入装夹、温差等干扰应力。

轮廓法相对于其它测试方法虽然具有诸多优势，但通过实验发现仍然存在以下问题有待解决：

(1)理想的切割面难以获得。由残余应力引起的轮廓面变形位移在几十微米左右，切割精度需要保证在微米级以确保不影响对有效轮廓的分析。而国内大部分采用的是快走丝和中走丝型线切割机，其往复式的走丝方式以及多次切割以达到精度要求的加工方式不符合轮廓法要求(往复走丝会导致切割条纹产生，多次切割会损毁有效变形轮廓)；而高精度的慢走丝线切割机又由于其几倍甚至几十倍于普通线切割机的成本而大大提高了使用门槛。

(2)轮廓测量一般采用三坐标测量仪(CMM)对切割面进行坐标测量。该方法有以下缺点：

a.接触式测量难免引入接触应力，对于应力水平较低的试样或试样局部影响十分显著，不可忽略；

b.采用逐点测量的方式需要耗费大量时间以采集足够的轮廓数据，测量效率非常低；

c.长时间测量需要严格控制室温，防止温度变化导致试样产生额外温差应变；

d.需要考虑探头尺寸的影响，对于小尺寸试样难以测得足够的轮廓数据等。

(3)通过对比有限元计算方法、中子衍射法和轮廓法的实验结果发现，轮廓法得到的结果在表层2-3mm区域误差较大，分析认为是边界效应所致。边界效应是指切割丝在进入和离开工件时由于电场突变以及切割丝震颤等原因导致的工件切割面边缘部位不平整的现象，且通常是过切，后果是得到的轮廓相对于实际变形更凹，计算后得到的应力值偏小甚至出现较大的压应力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于轮廓法测试残余应力的方法及配套装置。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种用于残余应力测试的直线慢走丝切割装置，包括床身，在床身上设置有走丝系统和用于放置工件的坐标工作台；

所述走丝系统包括储丝筒、滑轮组、恒张力机构、上导丝器、下导丝器和收丝筒，储丝筒中的电极丝依次经过滑轮组、恒张力机构、上导丝器和下导丝器后，由收丝筒缠绕收起，上导丝器设置在下导丝器的正上方，上导丝器、下导丝器和恒张力机构均固定在线架上，线架固定在立柱上；所述坐标工作台位于下导丝器的下方，坐标工作台与用于驱动其沿工件进给方向运动的步进电机传动连接，电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过工件切缝。

优选的，所述收丝筒与带动其转动的旋转电机传动连接，通过旋转电机控制电极丝的走丝速度，通过储丝筒和恒张力机构控制电极丝张力，滑轮组包括若干个导向滑轮，通过导向滑轮确保电极丝传动稳定连续，通过上导丝器和下导丝器保持电极丝稳定，防止抖动与偏移。

优选的，所述电极丝选用直径0.1mm的黄铜丝。

一种用于残余应力测试的激光轮廓测量装置，包括工作台和激光测距仪，激光测距仪设置在工作台的上方；

激光测距仪安装在Y直线导轨上，激光测距仪与用于带动其沿Y直线导轨移动的Y丝杠连接，Y丝杠与Y直流电机传动连接；

工作台安装在X直线导轨上，工作台与用于带动其沿X直线导轨移动的X丝杠连接，X丝杠与X直流电机传动连接；

所述Y直线导轨、Y直流电机、X直线导轨和X直流电机均安装在支架上，在支架的底部设置有支座。

一种基于轮廓法测试残余应力的方法，采用如上所述的装置，具体包括以下步骤：

(1)试样预处理

将工件待测路径上下表面及周边区域打磨并擦拭干净，将铝箔过渡带沿切割路径粘贴牢固；

(2)试样切割

采用直线慢走丝切割装置进行切割作业，工件通过夹具固定在坐标工作台上，步进电机驱动坐标工作台使工件做进给运动，与此同时电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过切割路径；

(3)轮廓测量

将工件固定在工作台上，通过X直流电机驱动激光测距仪沿X方向移动，通过Y直流电机驱动工作台沿Y方向移动；测量时首先调节X方向使激光测距仪的探头位于合适的起始位置，然后保持X方向不动，控制Y直流电机使工作台按恒定速度缓慢移动，激光探头同步记录该路径下的Z方向距离；

一条路径测量完毕后控制X直流电机使激光探头移动Δd距离后保持静止，重复上述测量步骤得到另一平行路径上的坐标信息；多次测量后即可得到整个轮廓面的坐标信息；

切割所得两部分试样的切割面均需要扫描测量；

(4)数据处理

将步骤(3)得到的两部分轮廓数据平均以消除对称误差，并进一步利用样条曲线拟合得到光滑的轮廓面数据；

(5)有限元分析

基于试样实际尺寸建立有限元模型，并赋予截面属性，将得到的轮廓面数据作为位移边界条件施加到有限元模型上，提交计算即可得到原始的应力分布状况。

上述铝箔过渡带采用环氧树脂AB胶粘贴，铝箔过渡带的厚度为2mm，宽度为80mm。

本发明的有益技术效果是：

本发明残余应力的轮廓测试方法具有测量构件内部应力分布全貌的突出优点，测试成本相对于中子衍射法等大大降低，而且该方法对测试材料和形状无特殊要求，适用于各类金属材料。

本发明方法中过渡带的引入可以有效地解决试验过程中边界误差的问题，且成本较低、操作简单。测量过程中，过渡带的存在可以减小边界处测量带来的不确定性。

本发明所设计的直线慢走丝切割装置既保留了慢走丝线切割机高精度的优点，又兼顾了经济性和实用性，大大降低了轮廓法的测试门槛。

本发明非接触式激光轮廓测量装置相较于接触式坐标测量仪具有无接触应力误差和探头尺寸的限制，测量精度、测量效率更高等优点。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为轮廓法原理示意图；

图2为铝箔过渡带在试样上布置的示意图；

图3为过渡带消除边界效应原理示意图；

图4为直线慢走丝切割装置的结构原理示意图；

图5为激光轮廓测量装置的结构原理示意图；

图6为平均轮廓以消除误差的原理图；

图7为拟合轮廓示意图；

图8为加过渡带的轮廓法测试结果应力云图；

图9为未加过渡带的轮廓法测试结果应力云图。

图2中：1-切割路径，2-过渡带；图3中：1-工件，2-过渡带，3-边界效应影响区；

图4中：1-床身，2-储丝筒，3-电极丝，4-导向滑轮，5-导向滑轮，6-导向滑轮，7-收丝筒，8-立柱，9-恒张力机构，10-线架，11-上导丝器，12-下导丝器，13-XY坐标工作台；

图5中：1-支座，2-X直线导轨，3-工作台，4-支架，5-X直流电机，6-X直线导轨，7-X丝杠，8-激光测距仪，9-Y直流电机。

具体实施方式

本发明对轮廓法进行改进以用于测试残余应力，采用专用的直线型慢走丝线切割装置，将粘有过渡带的试样沿待测面切开后，使用激光轮廓仪扫描切割面获得变形轮廓数据，经过数据处理得到应力释放前后切割面上各点的位移变化。利用应力-应变的关系采用有限元分析后最终获得整个截面的残余应力分布状况。该测试方法可以获得整个截面的应力分布状况，且对测试构件无形状材料等方面的要求，具有经济高效，操作简单的特点。方法中过渡带的使用降低了边界效应的影响，提高了测试精度。

在对本发明残余应力的测试方法进行介绍前，先对该方法中用到的直线慢走丝切割装置和激光轮廓测量装置的结构进行说明。

如图4所示，一种用于残余应力测试的直线慢走丝切割装置，包括床身1，在床身1上设置有走丝系统和用于放置工件的XY坐标工作台13。所述走丝系统包括储丝筒2、滑轮组、恒张力机构9、上导丝器11、下导丝器12和收丝筒7，储丝筒2中的电极丝3依次经过滑轮组、恒张力机构、上导丝器和下导丝器后，由收丝筒缠绕收起，上导丝器设置在下导丝器的正上方，上导丝器、下导丝器和恒张力机构均固定在线架10上，线架10固定在立柱8上。所述XY坐标工作台位于下导丝器的下方，XY坐标工作台与用于驱动其沿工件进给方向运动的步进电机传动连接，电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过工件切缝。

上述收丝筒7与带动其转动的旋转电机传动连接，通过旋转电机控制电极丝的走丝速度，通过储丝筒2和恒张力机构9控制电极丝张力，滑轮组包括若干个导向滑轮，通过导向滑轮确保电极丝传动稳定连续，通过上导丝器11和下导丝器12保持电极丝稳定，防止抖动与偏移。

上述电极丝3选用直径0.1mm的黄铜丝。

如图5所示，一种用于残余应力测试的激光轮廓测量装置，包括工作台3和激光测距仪8，激光测距仪8设置在工作台3的上方。激光测距仪8安装在Y直线导轨6上，激光测距仪与用于带动其沿Y直线导轨移动的Y丝杠7连接，Y丝杠7与Y直流电机5传动连接。工作台3安装在X直线导轨2上，工作台3与用于带动其沿X直线导轨2移动的X丝杠连接，X丝杠与X直流电机9传动连接。所述Y直线导轨、Y直流电机、X直线导轨和X直流电机均安装在支架4上，在支架4的底部设置有支座1。

本发明残余应力的测试方法，采用上述直线慢走丝切割装置和激光轮廓测量装置，大体包括以下步骤：

1、将待测面的切割路径上下表面及周边区域适当打磨并擦拭干净，用环氧树脂AB胶将2mm厚铝箔过渡带沿切割路径粘贴牢固，如图2所示。

2、确认切割装置各部件正常工作后，采用夹具将试样对称地固定于坐标工作台上，根据试样具体情况设置适当的切割参数沿待测路径将试样切割开来。所用切割装置如图4所示。

3、将切割得到的两半试样分别采用图5所示的激光轮廓仪扫描切割面轮廓。试样固定在工作台3上。X方向直流电机驱动激光测距仪8沿X向移动；Y方向直流电机驱动工作台沿Y方向移动，传动均采用滚珠丝杠机构。测量时首先调节X方向使激光探头位于合适的起始位置，然后保持X方向不动，控制Y方向电机使工作台按恒定速度缓慢移动，激光探头同步记录该路径下的Z方向距离。一条路径测量完毕后控制X方向电机使激光探头移动Δd距离后保持静止，重复上述测量步骤得到另一平行路径上的坐标信息。多次测量后即可得到整个轮廓面的坐标信息。切割所得两部分试样的切割面均需要扫描测量。

4、将得到的两部分轮廓数据平均以消除对称误差，并进一步利用样条曲线拟合得到光滑的轮廓面数据。

5、基于试样实际尺寸建立有限元模型，并赋予截面属性，将得到的轮廓面变形数据作为位移边界条件施加到有限元模型上，提交计算即可得到原始的应力分布状况。

下面结合附图对本发明残余应力的测试方法及原理进行更为具体地说明。

一种基于轮廓法测试残余应力的方法，采用如上所述的直线慢走丝切割装置和激光轮廓测量装置，具体包括以下步骤：

(1)试样预处理

将待测路径上下表面及周边区域适当打磨并擦拭干净，用环氧树脂AB胶将2mm厚、80mm宽的铝箔过渡带沿切割路径粘贴牢固，如图2所示。过渡带的实验思路是将切割时的边界效应转移到非实验对象上，从而使工件不受其影响。原理如图3所示，过渡带的使用使切割时的边界效应转移到过渡带上，从而保护了工件的近表层轮廓。采用铝箔的原因一方面是考虑导电性要求，线切割机的原理决定了切割对象必须具有良好的导电性；另一方面由于铝材质地较软，可以较好地贴合在工件表面，避免产生空隙而达不到“转移边界”的效果。过渡带厚度选用2mm是实验所得边界效应的影响范围。

(2)试样切割

理想的切割加工过程应满足：切割面平直光滑，不从已切割表面去除任何材料，不造成任何塑性变形或引入任何残余应力。因此，电火花线切割是目前最理想的切割方式。采用图4所示直线型慢走丝线切割机进行切割作业。类似装置已在机械加工相关领域广泛应用，相关零部件的详细说明不再赘述，仅对主要机构和设计点进行说明。本发明设计的直线型慢走丝线切割机床机械部分总体结构如图4所示，主要包括走丝系统和工作台系统，电极丝选用直径0.1mm的黄铜丝。电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过切缝。收丝筒7的旋转电机控制电极丝走丝速度，储丝筒2和恒张力机构9控制电极丝张力，导向滑轮4、5、6确保电极丝传动稳定连续，上导丝器11、下导丝器12保持电极丝稳定，防止抖动与偏移。工件通过夹具对称地固定在XY坐标工作台13上，步进电动机驱动工作台使工件做进给运动。

本装置相对于传统的往复走丝型线切割机，采用单向走丝的方式，走丝更加连续平稳，解决了电极丝的周期性换向在工件上留下加工条纹的问题。相对于常见的慢走丝线切割机，仅保留了直线切割功能，并在此基础上，对机床进行重新布局。本装置在保留了慢走丝切割机高精度优点的同时大大降低了设备成本和操作难度。

(3)轮廓测量

残余应力引起的表面轮廓变形在10μm到100μm量级，一般采用三坐标测量仪(CMM)对切割面进行坐标测量。该方法有以下缺点：1)接触式测量难免引入接触应力，对于较小量级的残余应力测量，其影响不可忽略；2)采用的逐点测量的方式需要耗费大量时间以采集足够的轮廓数据，测量效率非常低；3)长时间测量需要严格控制室温，防止温度变化导致试样产生额外温差应变；4)需要考虑探头尺寸的影响，对于小尺寸试样难以测得足够的轮廓数据。

本发明提出采用机械驱动，激光测量的方法为轮廓法设计专门的测量装置，激光测量可以弥补上述接触式测量的缺点，且具有更高的测量精度。一些相似的设备和相关零部件已经在测量领域得到广泛应用，本发明仅对主要部件进行介绍。如图5所示，试样固定在工作台3上。X直流电机5驱动激光测距仪8沿X向移动；Y直流电机9驱动工作台沿Y方向移动，传动均采用滚珠丝杠机构。测量时首先调节X方向使激光探头位于合适的起始位置，然后保持X方向不动，控制Y方向电机使工作台按恒定速度缓慢移动，激光探头同步记录该路径下的Z方向距离。一条路径测量完毕后控制X方向电机使激光探头移动Δd距离后保持静止，重复上述测量步骤得到另一平行路径上的坐标信息。多次测量后即可得到整个轮廓面的坐标信息。切割所得两部分试样的切割面均需要扫描测量。

(4)数据处理

轮廓法假设切割面变形前是绝对平面，然而在实际操作中，绝对平面假设是难以实现的。切割丝总会存在横向振动或偏离直线走丝轨迹，这对单侧切割轮廓会有很大的影响，通过将步骤(3)中测量得到的两组数据进行平均处理即可消除这种误差，原理如图6所示。

平均处理后还存在一些由于切割不规范，如断丝、厚度突变，或者外来粒子影响等因素，使得轮廓某些局部产生畸形，这类非对称误差无法平均消除，需要用适当的方法光滑拟合轮廓来减小误差。由于三次样条曲线具有二阶连续特征，采用三次样条差值函数拟合切割面的变形轮廓可以得到较好的拟合效果，如图7所示。

(5)有限元分析

数据处理完成后，基于试样尺寸建立三维有限元模型，将拟合后的轮廓作为位移边界条件施加到有限元模型上，计算可得到如图8所示算例的应力云图。与其他测试方法相比，轮廓法的突出优势就在于它可以测量整个截面上的应力分布全貌，由应力云图可以读取截面上任意一点的应力状态。图9为未加过渡带的实验结果，可见下边缘局部出现异常压应力，即为边界效应所导致。

本发明中试样需经过适当打磨擦拭预处理，并采用2mm厚铝箔作为过渡带牢固粘贴到切割路径上，线切割机主要针对直线型切割，采用慢走丝的进丝方式以确保达到足够的平面度和粗糙度要求，切割所用电极丝为0.1mm黄铜丝。本发明所述激光轮廓仪采用双直流电机驱动和光学测量的方式使激光探头沿路径扫描试样获取坐标信息；切割所得两个切割面轮廓数据需经过平均以及样条拟合处理得到光滑位移曲面；基于试样实际尺寸和材料参数建立有限元模型，将切割面的位移数据作为位移边界条件施加到有限元模型上。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变形方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于轮廓法测试残余应力的方法，采用一种用于残余应力测试的直线慢走丝切割装置以及一种用于残余应力测试的激光轮廓测量装置；

直线慢走丝切割装置包括床身，在床身上设置有走丝系统和用于放置工件的坐标工作台；走丝系统包括储丝筒、滑轮组、恒张力机构、上导丝器、下导丝器和收丝筒，储丝筒中的电极丝依次经过滑轮组、恒张力机构、上导丝器和下导丝器后，由收丝筒缠绕收起，上导丝器设置在下导丝器的正上方，上导丝器、下导丝器和恒张力机构均固定在线架上，线架固定在立柱上；坐标工作台位于下导丝器的下方，坐标工作台与用于驱动其沿工件进给方向运动的步进电机传动连接，电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过工件切缝；收丝筒与带动其转动的旋转电机传动连接，通过旋转电机控制电极丝的走丝速度，通过储丝筒和恒张力机构控制电极丝张力，滑轮组包括若干个导向滑轮，通过导向滑轮确保电极丝传动稳定连续，通过上导丝器和下导丝器保持电极丝稳定，防止抖动与偏移；电极丝选用直径0.1mm的黄铜丝；

激光轮廓测量装置包括工作台和激光测距仪，激光测距仪设置在工作台的上方；激光测距仪安装在Y直线导轨上，激光测距仪与用于带动其沿Y直线导轨移动的Y丝杠连接，Y丝杠与Y直流电机传动连接；工作台安装在X直线导轨上，工作台与用于带动其沿X直线导轨移动的X丝杠连接，X丝杠与X直流电机传动连接；所述Y直线导轨、Y直流电机、X直线导轨和X直流电机均安装在支架上，在支架的底部设置有支座；

其特征在于，包括以下步骤：

(1)试样预处理

将工件待测路径上下表面及周边区域打磨并擦拭干净，将铝箔过渡带沿切割路径粘贴牢固；

(2)试样切割

采用直线慢走丝切割装置进行切割作业，工件通过夹具固定在坐标工作台上，步进电机驱动坐标工作台使工件做进给运动，与此同时电极丝在走丝系统控制下匀速单向通过切割路径；

(3)轮廓测量

将工件固定在工作台上，通过X直流电机驱动激光测距仪沿X方向移动，通过Y直流电机驱动工作台沿Y方向移动；测量时首先调节X方向使激光测距仪的探头位于合适的起始位置，然后保持X方向不动，控制Y直流电机使工作台按恒定速度缓慢移动，激光探头同步记录该路径下的Z方向距离；

一条路径测量完毕后控制X直流电机使激光探头移动Δd距离后保持静止，重复上述测量步骤得到另一平行路径上的坐标信息；多次测量后即可得到整个轮廓面的坐标信息；

切割所得两部分试样的切割面均需要扫描测量；

(4)数据处理

将步骤(3)得到的两部分轮廓数据平均以消除对称误差，并进一步利用样条曲线拟合得到光滑的轮廓面数据；

(5)有限元分析

基于试样实际尺寸建立有限元模型，并赋予截面属性，将得到的轮廓面数据作为位移边界条件施加到有限元模型上，提交计算即可得到原始的应力分布状况。

2.根据权利要求1所述的一种基于轮廓法测试残余应力的方法，其特征在于：所述铝箔过渡带采用环氧树脂AB胶粘贴，铝箔过渡带的厚度为2mm，宽度为80mm。

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