CN110449635A - 实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置 - Google Patents

实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置 Download PDF

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赵胜军
唐香琼
付玉祥
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Abstract

本发明公开了一种实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，所述旋转柱的一端与所述底板转动连接，所述旋转柱的另一端与所述旋转座固定连接，所述旋转座的横截面为L型，所述待测件调控组件与所述底板固定连接，并位于所述底板的上端，所述激光定位组件和所述钻孔组件均与所述旋转座固定连接，且所述激光定位组件与所述钻孔组件之间呈90°夹角。达到残余应力测量的高精度定位及钻孔装置不但测量精度高，而且结构简单、操作简易的目的。

Description

实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置
技术领域
本发明涉及机械零件残余应力测量领域，尤其涉及一种实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置。
背景技术
随着电子产品不断向小型化、多功能化、高集成度方向发展，对新型封装技术的需求也日益增长，要求新型封装技术具有更多的I/O引脚数、更小的引脚间距、更微小的尺度、更高的电性能和热性能，相应对其可靠性的要求越来越高。电子器件组装过程中，焊点在再流焊过程中会经历固态到熔融而又冷凝的过程，在焊接完成后焊点内会产生并累积不小的内应力即焊后残余应力，残余应力的存在将会引起焊点的损伤，这种损伤在在后续的生产工艺以及产品使用过程中，会扩展汇合而形成宏观裂纹，直接导致器件的失效或者引起吸潮、界面脱层以及间接引起其它材料失效。为解决上述问题，因此需要一种能够实现高精度测量、结构简单、操作简易的对残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，以此防止残余应力对焊点的损伤。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够实现高精度测量、结构简单、操作简易的对残余应力测量的高精度定位及钻孔装置。
为实现上述目的，本发明采用的一种实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，包括支撑组件、待测件调控组件、激光定位组件和钻孔组件；
所述支撑组件包括底板、旋转柱和旋转座，所述旋转柱的一端与所述底板转动连接，所述旋转柱的另一端与所述旋转座固定连接，所述旋转座的横截面为L型，所述待测件调控组件与所述底板固定连接，并位于所述底板的上端，所述激光定位组件和所述钻孔组件均与所述旋转座固定连接，且所述激光定位组件与所述钻孔组件之间呈90°夹角；
经所述激光定位组件发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱90°，所述钻孔组件移动至待测样件，所述钻孔组件上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
其中，所述激光定位组件包括支撑架、高衬度平消物镜、镜座、目镜筒、广角目镜、激光筒和激光器；
所述支撑架与所述旋转座固定连接，所述高衬度平消物镜与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的下方，所述镜座与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的上方，所述目镜筒与所述镜座固定连接，并位于所述镜座的上方，所述广角目镜与所述目镜筒固定连接，并位于所述目镜筒远离所述镜座的一端，所述激光筒与所述镜座固定连接，并位于镜座的上方，且位于所述目镜筒的一侧，所述激光器与所述激光筒固定连接，并位于所述激光筒远离所述镜座的一侧。
其中，所述旋转柱的轴向线与所述激光器发出的光束之间的距离等于所述旋转柱的轴向线与待测样件的钻孔中心线之间的距离。
其中，所述镜座的横截面呈扇形结构，且所述目镜筒位于所述镜座的斜面上，且所述目镜筒与所述镜座倾斜设置。
其中，所述钻孔组件包括安装块、手柄、驱动件、夹持件和钻头，所述安装块与所述旋转座滑动连接，所述手柄与所述安装块固定连接，并位于所述安装块的侧壁，所述驱动件与所述安装块固定连接，并位于所述安装块远离所述旋转座的一端，所述钻头通过所述夹持件与所述驱动件的输出端可拆卸连接。
其中，所述激光器发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱90°，所述钻孔组件移动至待测样件，所述钻头的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
其中，所述待测件调控组件包括支撑件、X轴螺旋测微千分卡尺和Y轴螺旋测微千分卡尺，所述支撑件与所述底板固定连接，并位于所述底板的上方，所述X轴螺旋测微千分卡尺和所述Y轴螺旋测微千分卡尺均与所述底板固定连接，并分别位于待测样件的径向方向和轴向方向。
其中，所述旋转柱的外表壁上具有刻度线。
其中，所述支撑组件还包括固定圈，所述固定圈与所述底板螺纹连接，并位于所述旋转柱与所述底板的连接处。
本发明的有益效果体现在：通过所述激光定位组件发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，然后再转动所述旋转柱90°，所述钻孔组件移动至待测样件，所述钻孔组件上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点，然后利用所述钻孔组件对钻孔目标点径向钻孔，钻孔结束后该处的应力即被释放，残余应力将重新分布，同时钻孔处周围将产生一定的释放应变，其大小与被释放的应力相对应。通过动态应变仪测量到的释放应变传输至PC机，利用弹性理论推导出相应的计算公式，即可确定测点的残余应力，进而实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置的高精度测量，以此获得残余应力测量的高精度定位及钻孔装置不但测量精度高，而且结构简单、操作简易的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置的整体结构示意图。
图2是本发明的钻孔组件的结构示意图。
图3是本发明的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置的结构示意图。
图4是本发明的激光定位组件的结构示意图。
图5是本发明的待测件调控组件的结构示意图。
100-实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置、10-支撑组件、11-底板、12-旋转柱、13-旋转座、14-固定圈、20-待测件调控组件、21-支撑件、22-X轴螺旋测微千分卡尺、23-Y轴螺旋测微千分卡尺、30-激光定位组件、31-支撑架、32-高衬度平消物镜、33-镜座、34-目镜筒、35-广角目镜、36-激光筒、37-激光器、40-钻孔组件、41-安装块、42-手柄、43-驱动件、44-夹持件、45-钻头。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图5，本发明提供了一种实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置100，包括支撑组件10、待测件调控组件20、激光定位组件30和钻孔组件40；
所述支撑组件10包括底板11、旋转柱12和旋转座13，所述旋转柱12的一端与所述底板11转动连接，所述旋转柱12的另一端与所述旋转座13固定连接，所述旋转座13的横截面为L型，所述待测件调控组件20与所述底板11固定连接，并位于所述底板11的上端，所述激光定位组件30和所述钻孔组件40均与所述旋转座13固定连接，且所述激光定位组件30与所述钻孔组件40之间呈90°夹角；
经所述激光定位组件30发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱1290°，所述钻孔组件40移动至待测样件，所述钻孔组件40上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
在本实施方式中，所述底板11对所述待测件调控组件20、所述激光定位组件30和钻孔组件40起到支撑作用，首先将待测样件通过所述待测件调控组件20固定在所述底板11上，然后通过转动所述转动柱，进而通过所述旋转座13带动所述激光定位组件30转动至待测样件所在位置，然后启动所述激光定位组件30对待测样件发射激光束，同时利用所述待测件调控组件20逐渐调整待测样件直至合适的位置，从而使得光束与被测样件钻孔目标点重合，由于所述旋转座13的横截面为L型，所述激光定位组件30与所述钻孔组件40之间呈90°夹角，因此将所述旋转柱12进行转动，且转动90°后，所述钻孔组件40移动至待测样件，所述钻孔组件40上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。之后所述钻孔组件40动作，对钻孔目标点进行钻孔，钻孔结束后该处的应力即被释放，残余应力将重新分布，同时钻孔处周围将产生一定的释放应变，其大小与被释放的应力相对应。然后通过动态应变仪测量到的释放应变传输至PC机，利用弹性理论推导出相应的计算公式，即可确定测点的残余应力，其得到效果为：在产量巨大的现代制造工业背景下，以经济、效率和人机工程学作为第一要素考虑，通过设计高精度定位及钻孔装置精确实现残余应力的测量，同时该装置结构简单、操作简易，造价低廉，具有一定的应用前景。
进一步地，所述激光定位组件30包括支撑架31、高衬度平消物镜32、镜座33、目镜筒34、广角目镜35、激光筒36和激光器37；
所述支撑架31与所述旋转座13固定连接，所述高衬度平消物镜32与所述支撑架31固定连接，并位于所述支撑架31的下方，所述镜座33与所述支撑架31固定连接，并位于所述支撑架31的上方，所述目镜筒34与所述镜座33固定连接，并位于所述镜座33的上方，所述广角目镜35与所述目镜筒34固定连接，并位于所述目镜筒34远离所述镜座33的一端，所述激光筒36与所述镜座33固定连接，并位于镜座33的上方，且位于所述目镜筒34的一侧，所述激光器37与所述激光筒36固定连接，并位于所述激光筒36远离所述镜座33的一侧。
在本实施方式中，所述激光器37为可调焦机器视觉激光器37，所述广角目镜35为10倍高眼点广角目镜35，在所述旋转柱12带动所述激光定位组件30转动至待测样件所在位置后，所述激光器37沿着所述激光筒36发射光束，操作者通过置于所述目镜筒34的所述广角目镜35与所述高衬度平消物镜32对待测样件的目标点与光束观察，并在所述待测件调控组件20的配合下，使得光束与被测样件钻孔目标点重合。其中所述镜座33与所述支撑架31对主体结构起到支撑作用。
进一步地，所述旋转柱12的轴向线与所述激光器37发出的光束之间的距离等于所述旋转柱12的轴向线与待测样件的钻孔中心线之间的距离。
在本实施方式中，通过所述旋转柱12的轴向线与所述激光器37发出的光束之间的距离等于所述旋转柱12的轴向线与待测样件的钻孔中心线之间的距离的设置，能够使得待测样件置于所述底板11上时，所述激光器37发出的光束能够精准的落入至待测样件上，即使得光束与被测样件钻孔目标点重合，无需利用所述待测件调控组件20调整待测样件的位置，能够简化操作者的操作步骤，使得操作变得更加简易。
进一步地，所述镜座33的横截面呈扇形结构，且所述目镜筒34位于所述镜座33的斜面上，且所述目镜筒34与所述镜座33倾斜设置。
在本实施方式中，所述镜座33的横截面呈扇形结构，且所述目镜筒34位于所述镜座33的斜面上，且所述目镜筒34在所述镜座33上具有一定的倾斜角度的设置，能够方便操作者观察所述广角目镜35与所述高衬度平消物镜32对待测样件的目标点与光束。
进一步地，所述钻孔组件40包括安装块41、手柄42、驱动件43、夹持件44和钻头45，所述安装块41与所述旋转座13滑动连接，所述手柄42与所述安装块41固定连接，并位于所述安装块41的侧壁，所述驱动件43与所述安装块41固定连接，并位于所述安装块41远离所述旋转座13的一端，所述钻头45通过所述夹持件44与所述驱动件43的输出端可拆卸连接。
所述激光器37发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱1290°，所述钻孔组件40移动至待测样件，所述钻头45的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
在本实施方式中，通过所述旋转座13带动所述激光定位组件30转动至待测样件所在位置，然后启动所述激光器37对待测样件发射激光束，同时利用所述待测件调控组件20逐渐调整待测样件直至合适的位置，从而使得光束与被测样件钻孔目标点重合，由于所述旋转座13的横截面为L型，所述激光定位组件30与所述钻孔组件40之间呈90°夹角，因此将所述旋转柱12进行转动，且转动90°后，所述钻孔组件40移动至待测样件，所述钻孔组件40上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。其中所述驱动件43为电机，在确定所述钻孔组件40移动至待测样件，所述钻孔组件40上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点后，启动所述驱动件43转动，进而带动所述夹持件44夹持的所述钻头45转动，然后向下拉动所述手柄42，同时所述安装块41在所述旋转座13上，朝向所述底板11移动，进而所述钻头45对所述待测样件进行钻孔。
进一步地，所述待测件调控组件20包括支撑件21、X轴螺旋测微千分卡尺22和Y轴螺旋测微千分卡尺23，所述支撑件21与所述底板11固定连接，并位于所述底板11的上方，所述X轴螺旋测微千分卡尺22和所述Y轴螺旋测微千分卡尺23均与所述底板11固定连接，并分别位于待测样件的径向方向和轴向方向。
在本实施方式中，所述支撑件21对待测样件起到支撑作用，在需要对待测样件的位置进行调整时，可利用所述X轴螺旋测微千分卡尺22调整待测样件在径向方向(X轴方向)的位移，可利用所述Y轴螺旋测微千分卡尺23调整待测样件在轴向方向(Y轴方向)的位移，从而使得经所述激光器37发出的光束与待测样件的钻孔目标点重合。
进一步地，所述旋转柱12的外表壁上具有刻度线。
在本实施方式中，在所述钻头45对待测样件进行钻孔时，操作者可通过所述旋转柱12上的刻度线控制钻孔的深度，给操作者的操作带来了方便。
进一步地，所述支撑组件10还包括固定圈14，所述固定圈14与所述底板11螺纹连接，并位于所述旋转柱12与所述底板11的连接处。
在本实施方式中，所述固定圈14能够将所述旋转柱12与所述底板11之间的连接固定更加牢固。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
包括支撑组件、待测件调控组件、激光定位组件和钻孔组件；
所述支撑组件包括底板、旋转柱和旋转座，所述旋转柱的一端与所述底板转动连接，所述旋转柱的另一端与所述旋转座固定连接，所述旋转座的横截面为L型，所述待测件调控组件与所述底板固定连接，并位于所述底板的上端，所述激光定位组件和所述钻孔组件均与所述旋转座固定连接，且所述激光定位组件与所述钻孔组件之间呈90°夹角；
经所述激光定位组件发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱90°，所述钻孔组件移动至待测样件，所述钻孔组件上的钻孔件的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
2.如权利要求1所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述激光定位组件包括支撑架、高衬度平消物镜、镜座、目镜筒、广角目镜、激光筒和激光器；
所述支撑架与所述旋转座固定连接，所述高衬度平消物镜与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的下方，所述镜座与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的上方，所述目镜筒与所述镜座固定连接，并位于所述镜座的上方，所述广角目镜与所述目镜筒固定连接，并位于所述目镜筒远离所述镜座的一端，所述激光筒与所述镜座固定连接，并位于镜座的上方，且位于所述目镜筒的一侧，所述激光器与所述激光筒固定连接，并位于所述激光筒远离所述镜座的一侧。
3.如权利要求2所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述旋转柱的轴向线与所述激光器发出的光束之间的距离等于所述旋转柱的轴向线与待测样件的钻孔中心线之间的距离。
4.如权利要求3所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述镜座的横截面呈扇形结构，且所述目镜筒位于所述镜座的斜面上，且所述目镜筒与所述镜座倾斜设置。
5.如权利要求3所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述钻孔组件包括安装块、手柄、驱动件、夹持件和钻头，所述安装块与所述旋转座滑动连接，所述手柄与所述安装块固定连接，并位于所述安装块的侧壁，所述驱动件与所述安装块固定连接，并位于所述安装块远离所述旋转座的一端，所述钻头通过所述夹持件与所述驱动件的输出端可拆卸连接。
6.如权利要求5所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述激光器发出的光束与所述待测调控组件上的待测样件的钻孔目标点重合，转动所述旋转柱90°，所述钻孔组件移动至待测样件，所述钻头的中心线与待测样件所交的点即为钻孔目标点。
7.如权利要求6所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述待测件调控组件包括支撑件、X轴螺旋测微千分卡尺和Y轴螺旋测微千分卡尺，所述支撑件与所述底板固定连接，并位于所述底板的上方，所述X轴螺旋测微千分卡尺和所述Y轴螺旋测微千分卡尺均与所述底板固定连接，并分别位于待测样件的径向方向和轴向方向。
8.如权利要求1至7任一项所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述旋转柱的外表壁上具有刻度线。
9.如权利要求1所述的实现残余应力测量的高精度定位及钻孔装置，其特征在于，
所述支撑组件还包括固定圈，所述固定圈与所述底板螺纹连接，并位于所述旋转柱与所述底板的连接处。
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