CN112240812B - 残余应力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种残余应力测试装置，包括：第一支架，包括主体框架和连接在主体框架侧面的至少两个垫块，主体框架用于承载待测件；第一调节机构，包括固定板以及与垫块对应成组设置的支撑板、旋拧件和偏心轮，固定板水平设在第一支架下方，支撑板设在固定板上，旋拧件的第一端穿过支撑板且安装偏心轮，偏心轮的顶部与垫块底面接触，以通过旋拧件的转动改变第一支架在相应垫块处的高度，以调节第一支架的水平度；第二支架，用于固定钻头，钻头用于在待测件上打孔以测试应变；和第二调节机构，用于调节第二支架的水平度。该装置可通过调节提高待测件放置面的水平度以及钻头的垂直度，从而提高残余应力测试的准确性。

Description

残余应力测试装置

技术领域

本发明涉及于材料分析测试技术领域，尤其涉及一种残余应力测试装置。

背景技术

构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残余应力。

残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。机械方法目前用得最多的是钻孔法。钻孔法残余应力检测法就是在工件的被测部位贴上应变计，通过在应变片中心打一个Φ2mm左右的小盲孔引起残余应力的释放。同时，由残余应力测试仪将这种释放量测出并通过计算得出该部位的残余应力大小和方向。

残余应力测试仪的工作原理为：在被测工件的表面贴上应变片，通过在应变片的中心对工件打孔，使得工件的内应力的平衡状态打破产生一定量的应变进行应力释放，当所打小孔深度达到小孔孔径的1.2倍时应力基本完全释放。应变引起小孔周围的金属塑性流动来带动应变片中的电阻丝的形状发生改变，从而改变电阻丝电阻的大小使得分在电阻丝上的电压发生改变。应力应变测试仪将接受到的电信号根据弹性力学原理计算出工件产生的应变及残余应力。

在现有的残余应力检测过程中，需要操作人员用肉眼观察使钻头对准应变片的中心打孔释放应力，定位不准确，影响数据的准确性，另外检测时对于孔的垂直精度有着很高的要求，人工调整垂直度精度较低。

发明内容

本发明的实施例提供了一种残余应力测试装置，能够提高残余应力的测试精度。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种残余应力测试装置，包括：

第一支架，包括主体框架和连接在主体框架侧面的至少两个垫块，主体框架用于承载待测件；

第一调节机构，包括固定板以及与垫块对应成组设置的支撑板、旋拧件和偏心轮，固定板水平设在第一支架下方，支撑板设在固定板上，旋拧件的第一端穿过支撑板且安装偏心轮，偏心轮的顶部与垫块底面接触，以通过旋拧件的转动改变第一支架在相应垫块处的高度，以调节第一支架的水平度；

第二支架，用于固定钻头，钻头用于在待测件上打孔以测试应变；和

第二调节机构，用于调节第二支架的水平度。

在一些实施例中，残余应力测试装置还包括：两个水平度检测部件，分别设在第一支架和第二支架上，用于检测第一支架和第二支架的水平度。

在一些实施例中，垫块设有两个，分别设在第一支架的主体框架相对的两侧，固定板上设有铰接杆，第一支架的底部设有U形块，铰接杆位于U形块的两臂之间，且与U形块铰接设置，铰接轴垂直于两侧垫块所在的竖直平面。

在一些实施例中，第二调节机构包括多组相互配合的螺纹杆和螺纹套筒，螺纹杆连接在第二支架底部，螺纹套筒位于螺纹杆远离第二支架的一端。

在一些实施例中，残余应力测试装置还包括橡胶垫，设在螺纹套筒与基准面之间，基准面用于固定残余应力测试装置。

在一些实施例中，残余应力测试装置还包括：

第三支架，设在第二支架的中空腔体内，且位于待测件上方；和

定位部件，安装于第三支架，定位部件底部设有应变片，定位部件在水平面内的位置可调整，用于将钻头、应变片和待测件上需要打孔的位置对准。

在一些实施例中，残余应力测试装置还包括：

U形架，两个自由端连接在第二支架的底部，第一调节机构位于U形架形成的中空腔体内；

升降机构，一端安装于U形架的内底部，另一端与固定板底部连接，用于调节第二支架的高度位置，以在打孔时将待测件升高至与应变片接触。

在一些实施例中，第二支架包括：

底板，底板上设有通槽，第一支架从底板下方向上穿过通槽；

两个侧板，竖直连接在底板相对的两个侧端，且两个侧板顶部区域相对的内壁上设有水平延伸的第一导向槽；

滑板，相对的两端设有与第一导向槽配合的第一导向块，以使滑板沿第一方向可移动地设置，第一方向为第一导向槽的延伸方向；滑板内设有沿第二方向延伸的第二导向槽，第二方向在水平面内垂直于第一方向；和

套筒，沿高度方向穿过滑板，且套筒沿第一方向相对的两侧均设有第二导向块，第二导向块与相应侧的第二导向槽配合，套筒下方设有驱动电机，钻头设在驱动电机的输出端。

在一些实施例中，第二支架还包括T形压杆，T形压杆的竖直段穿入套筒内，以在需要打孔时通过向下压动T形压杆使钻头下移，T形压杆的竖直段上套设弹簧，以使钻头复位。

在一些实施例中，定位部件包括：

定位套筒，可供钻头穿过；和

观察套筒，同轴连接在定位套筒顶部，以在定位部件在水平面内调整的过程中观察应变片与待测件需要打孔位置的对准情况。

在一些实施例中，第三支架包括：

框架本体，相对的内侧壁上均设有水平延伸的第三导向槽；

两个连接板，分别设在框架本体的两侧，且与第二支架相应的内侧壁连接；

定位板，定位板的两端分别与两侧的第三导向槽配合，以使定位板沿第二方向可移动地设置，第二方向为第三导向槽的延伸方向，且定位板朝向定位部件的侧面设有沿第一方向延伸的燕尾槽，第一方向在水平面内垂直于第二方向；

连接件，一端设有与燕尾槽配合的燕尾块，另一端与定位部件连接。

在一些实施例中，还包括：

第一紧固件，用于锁定定位板与框架本体的相对位置；和

第二紧固件，用于锁定连接件与定位板的相对位置。

在一些实施例中，水平度检测部件包括U型管，U型管内容纳液体且壁面上设有刻度，U型管的两个端口处设有盖体。

在一些实施例中，第一支架的主体框架包括：主体部和衬板，主体部从顶部开设有中空腔体，衬板封闭主体部的顶部开口，待测件设在衬板上；

残余应力测试装置还包括：

两个第一电极，沿第二方向间隔固定设在衬板底面；

两个L形连接杆，分别设在两个第一电极沿第二方向的外侧，且两个L形连接杆的竖部与衬板连接，横部相对设置且共线；

第二电极，沿两个L形连接杆的横部可移动地设置，初始位置为两个第一电极的中间位置；和

第一控制部件，与两个第一电极和第二电极信号连接，以在打孔时衬板变形迫使第二电极移动时，获取第二电极与两个第一电极之间的电容差，从而计算出待测件的第一残余应力值。

在一些实施例中，残余应力测试装置还包括：

第三支架，设在第二支架的中空腔体内，且位于待测件上方；

定位部件，设在第三支架上，定位部件底部设有应变片，定位部件在水平面内的位置可调整，用于将钻头在水平面内定位至与待测件上需要打孔的位置对准；和

第二控制部件，与应变片电连接，用于在打孔时获取应变片测得的第二残余应力值；

其中，第一残余应力值和第二残余应力值的平均值作为待测件的残余应力值。

基于上述技术方案，本发明实施例的残余应力测试装置，通过第一调节结构调节第一支架的水平度，可提高待测件放置面的水平度，通过第二调节机构调节第二支架的水平度，可提高钻头的垂直度。这样在钻孔时，可提高钻孔相对于待测件表面的垂直精度，从而提高残余应力测试的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明残余应力测试装置的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中的A处放大图；

图3为第三支架的一个实施例的俯视图；

图4和图5分别为在第一支架和第二支架上设置水平度检测部件的结构示意图。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“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，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。在图1的实施例中，x向指水平面内的第一方向，y向指水平面内的第二方向，z向为竖直方向。当然，在其它替代实施例中，第一方向也可指y向，相应地，第二方向指x向。

如图1和图2所示，本发明提供了一种残余应力测试装置，在一些实施例中，包括：第一支架100、第一调节机构、第二支架200和第二调节机构。

其中，第二支架200可以为框架结构，例如长方体等，第二支架200具有中空腔体且底部设有通槽2，第一支架100从第二支架200底部从下至上穿过通槽2。

第一支架100包括主体框架和连接在主体框架侧面的至少两个垫块13，主体框架用于承载待测件19。

第一调节机构包括固定板8以及多组支撑板9、旋拧件11和偏心轮12，每组支撑板9、旋拧件11和偏心轮12与垫块13对应设置。

固定板8水平设在第一支架100下方，支撑板9竖直设在固定板8上，旋拧件11的第一端从外侧穿过支撑板9且安装偏心轮12，例如，偏心轮12的转轴可垂直于支撑板9，第二端可位于支撑板9的外侧，旋拧件11可以为T形杆，T形杆的横部位于支撑板9外侧，竖部位于支撑板9的两侧均设有限位块10，以对旋拧件11沿轴向的位置进行限定。偏心轮12的顶部与垫块13底面接触，在驱动旋拧件11的第二端带动偏心轮12转动的过程中，可改变第一支架100在相应垫块13处的高度，以调节第一支架100的水平度。

第二支架200用于固定钻头34。在需要测试残余应力时，在待测件19的表面贴设应变片52，钻头34用于在应变片52和待测件19上打孔，使得待测件19的内应力的平衡状态打破产生应变进行应力释放，应变引起小孔周围的金属塑性流动来带动应变片52中的电阻丝的形状发生改变，从而改变电阻丝电阻的大小使得分在电阻丝上的电压发生改变，从而根据弹性力学原理计算出待测件19产生的应变及残余应力。第二调节机构用于调节第二支架200的水平度。

本发明的该实施例通过第一调节结构微调第一支架100的水平度，可提高待测件19放置面的水平度，通过第二调节机构微调第二支架200的水平度，可提高钻头34的垂直度。这样在钻孔时，可提高钻孔相对于待测件19表面的垂直精度，从而提高残余应力测试的准确性。采用偏心轮调节具有如下优点：其一，能够简化传动机构，避免较多的传动机构造成调节误差；其二，与通过连杆与第一支架铰接调节高度的结构相比，通过一个偏心轮可单独地调节第一支架相应侧的高度，两侧的高度不会互相影响，便于控制，可提高调节精度。

进一步地，残余应力测试装置还可包括：两个水平度检测部件，分别设在第一支架100和第二支架200上，用于检测第一支架100和第二支架200的水平度。在调节第一支架100和第二支架200水平度的过程中，可准确定量地检测是否调整至水平状态，能够提高水平度调节的准确性，从而进一步提高残余应力测试的准确性。

优选地，水平度检测部件包括U型管，U型管内容纳液体且壁面上设有刻度，U型管的两个端口处设有盖体，当U型管两侧液面对应的刻度相同时，表明第一支架100或第二支架200已经调节至水平状态。

该实施例采用U型管检测水平度，U型管结构简单，造价低，相比于电子检测装置而言实用性和准确性均已经过实践验证，而且电子检测装置还要经常需要进行调试和维修，而采用U型管就省去了维修及调试费用，其检测精度和可靠性也不会受到钻孔时振动的影响。

如图4所示，第一支架100上设有第一U型管37，第一U型管37可设在第一支架100的主体部17上，例如设在主体部17外壁的顶端等易于观察的位置，第一U型管37所在平面与两个垫块13所在的竖直平面平行。

如图5所示，第二支架200上设有第二U型管38，第二U型管38可设在第二支架200的底板1或者侧板54上。

在一些实施例中，如图1所示，第一支架100的主体框架可采用矩形框架，垫块13设有两个，分别设在第一支架100的主体框架相对的两侧，固定板8上设有铰接杆14，第一支架100的底部设有倒置的U形块15，铰接杆14位于U形块15的两臂之间，且与U形块15铰接设置，铰接轴16垂直于两侧垫块13所在的竖直平面。相应地，支撑板9、旋拧件11和偏心轮12也设置两组。

在测试装置装配时，通过机加工尺寸保证第一支架100在x向的水平度，这样在实际打孔之前，只需要通过两个偏心轮12调节第一支架100在y向的水平度，调节简单方便，可提高调节效率。

在另一些实施例中，图中未示出，第一支架100的主体框架可采用矩形框架，垫块13设有四个，分别设在第一支架100的主体框架四个角的位置，第一支架100的底部的中心区域与固定板8通过球铰结构连接。在打孔之前，可通过四个偏心轮12配合调节第一支架100的水平度，此种结构能够降低对加工和装配精度的要求，调节更加灵活。

如图1所示，第二调节机构包括多组相互配合的螺纹杆3和螺纹套筒4，螺纹杆3可通过焊接等方式连接在第二支架200底部，优选地设在第一支架100各个角的位置，螺纹套筒4位于螺纹杆3远离第二支架200的一端。例如，对于矩形框架的第二支架200，可设置四组螺纹杆3和螺纹套筒4配合结构。

此种结构可通过螺纹配合结构调整第二支架200的水平度，由于第二支架200体积和重量较大，通过此种方式可减小调节过程中对力量的要求，调节方便，易于实现微调，而且能够对第二支架200起到稳定的支撑作用，提高打孔位置的准确性。

仍参考图1，本发明的残余应力测试装置还可包括橡胶垫5，设在螺纹套筒4与基准面之间，基准面用于固定残余应力测试装置。橡胶垫可以提供减振效果，减少打孔时产生的振动，利于保证打孔的垂直度和尺寸精度。

具体地，如图1所示，第一支架100包括：底板1，底板1的中央区域设有通槽2，第二支架200从底板1下方向上穿过通槽2；两个侧板54，竖直连接在底板1相对的两个侧端，例如沿y向的两个侧端，且两个侧板54顶部区域相对的内壁上设有水平延伸的第一导向槽56，例如矩形槽或T形槽等；滑板26，相对的两端设有与第一导向槽56配合的第一导向块55，以使滑板26沿第一方向(x向)可移动地设置，第一方向为第一导向槽56的延伸方向；滑板26内沿第二方向(y向)设有条形槽27，条形槽27的两侧对称地设置沿第二方向(y向)延伸的第二导向槽28，第二方向在水平面内垂直于第一方向；和套筒29，例如截面为矩形，沿高度方向从条形槽27穿过滑板26，且套筒29沿第一方向相对的两侧均设有第二导向块53，第二导向块53与相应侧的第二导向槽28配合，套筒29下方设有安装板32，安装板32上固定有驱动电机33，钻头34设在驱动电机33的输出端，驱动电机33工作时带动钻头34转动。

此种结构通过设置第一导向槽56和第二导向槽28，能够灵活地调整钻头34在第一方向和第二方向的位置，以将钻头34调整至与待测件19待打孔的位置对正，以提高打孔的位置精度。通过保证第一导向槽56与第一导向块55的配合尺寸，可保证滑板26与侧板54配合的垂直度；通过保证第二导向槽28与第二导向块53的配合尺寸，可保证滑板26与套筒29的垂直度，由此，在将第二支架200调节至水平之后，可保证钻头34的垂直度。

进一步地，第二支架200还包括T形压杆30，T形压杆30的竖直段穿入套筒29内，以在需要打孔时通过向下压动T形压杆30使钻头34下移，T形压杆30的竖直段上套设弹簧31，弹簧31位于T形压杆30的横部与套筒29之间，以使钻头34复位。

在此基础上，如图1所示，本发明的残余应力测试装置还包括：第三支架300，设在第二支架200的中空腔体内，且位于待测件19上方；和定位部件，安装于第三支架300，定位部件底部设有应变片52，定位部件在水平面内的位置可调整，用于将钻头34、应变片52和待测件19上需要打孔的位置对准。应变片52中设有电路，例如，对于矩形应变片52，打孔位置位于应变片52偏向于一侧的位置，以避开电路，为了使应变片52上待打孔的位置与待测件19上待打孔的位置对准，在应变片52上预设尺寸较小的引导孔521，以便使引导孔521与待测件19上待打孔位置的标记对准。

该实施例通过设置定位部件，能够对钻头34进行定位，而且通过定位部件在水平面内的灵活调整，可精确地使钻头34与应变片52和待测件19上待打孔的位置对准，提高残余应力测试的准确性。

进一步地，如图1所示，本发明的残余应力测试装置还包括：U形架6和升降机构7。其中，U形架6的两个自由端连接在第二支架200的底部，第一调节机构位于U形架6形成的中空腔体内。具体地，U形架6的两个自由端连接在底板1的底部，且U形架6外地面距离基准面具有预设距离，U形架6、第一支架100和第二支架200侧面开口的方向一致，以便于观察到整个装置的工作情况。升降机构7的一端安装于U形架6的内底部，另一端与固定板8底部连接，用于调节第二支架200的高度位置，以在打孔时将待测件19升高至与应变片52接触。例如，升降机构7可以为直线电机或者液压升降机构等，液压升降机构通过管路与液压站进行连接。

通过设置U形架6固定升降机构7，可使第一支架100与第二支架200形成整体结构，在安装于基准面上时更加方便，无需将升降机构7单独固定于基准面上。而且，在调节第二支架200的水平度时，第一支架100也相应地进行了调节，可减小第一调节机构的调节量，提高水平度调节效率。

如图2所示的A处放大图，定位部件包括：定位套筒43，可供钻头34穿过，定位套筒43的内径可大于钻头34的外径预设值，例如2mm～3mm，以对钻头34提供定位，定位套筒43包括圆筒和设在圆筒底部的法兰50，应变片52可通过缓冲垫51贴设在法兰50底部，以缓冲打孔过程中产生的振动，法兰50的形状可与应变片52适配，例如圆形或者矩形等；和观察套筒47，可采用目镜，同轴可滑动地连接在定位套筒43顶部，且与定位套筒43相通，以在定位部件在水平面内调整的过程中观察应变片52与待测件19需要打孔位置的对准情况。观察套筒47可采用阶梯状结构，直径减小部分可插入定位套筒43中安装。观察套筒47顶端可嵌设透明的观望镜48，或者可具有放大作用，例如采用放大倍数在2-5倍为低倍放大镜，观察套筒47内壁上对称固定安装两个LED灯49，两个LED灯49倾斜设置，以提高观察的准确性。

在打孔之前，可在调节定位部件的过程中，通过观察套筒47看应变片52上待打孔的位置与待测件19上待打孔的位置是否对正，如果对正，则取下观察套筒47，并调节钻头34在水平面的位置，按下T形压杆30，使钻头34穿过定位套筒43以进行打孔。由此，该实施例通过观察套筒43和定位套筒47配合使用，能够方便地实现应变片52与待测件19待打孔位置的对准，提高定位的准确度，相比于传统的人工用肉眼观察更精确，保证了残余应力检测的准确性。

具体地，如图1至图3所示，第三支架300包括：框架本体25，可采用矩形框架结构，其相对的内侧壁上均设有水平延伸的第三导向槽39；两个连接板24，分别设在框架本体25沿第二方向(y向)的两侧，且与第二支架200中相应的侧板54连接；定位板41，定位板41的两端分别与两侧的第三导向槽39配合，以使定位板41沿第二方向可移动地设置，第二方向为第三导向槽39的延伸方向，且定位板41朝向定位部件的侧面设有沿第一方向延伸的燕尾槽44，第一方向(x向)在水平面内垂直于第二方向；连接件42，一端设有与燕尾槽44配合的燕尾块45，另一端与定位部件中的定位套筒43连接。

该实施例能够通过第三导向槽39和燕尾槽44灵活地调整定位套筒43在水平面内的位置，以对钻头34进行定位，使钻头34与待测件19上需要打孔的位置对准，从而准确地测试残余应力。

进一步地，如图2和图3所示，本发明的残余应力测试装置还包括：第一紧固件46，用于锁定定位板41与框架本体25的相对位置；和第二紧固件48，用于锁定连接件42与定位板41的相对位置。该结构可使定位套筒43在调节至合适的位置后进行锁定，防止在打孔时由于振动而使定位套筒43发生位置偏移，提高打孔位置的准确性。

如图1所示，在通过应变片52测试残余应力的同时，为了提高测试的准确性，同时通过电容差法测试残余应力。具体地，第一支架100的主体框架包括：主体部17和衬板18，主体部17为矩形框架结构，从顶部开设有中空腔体，衬板18封闭主体部17的顶部开口，待测件19设在衬板18上。

在此结构基础上，残余应力测试装置还包括：两个第一电极20和21，沿第二方向(y向)间隔固定设在衬板18底面；两个L形连接杆22，分别设在两个第一电极20和21沿第二方向的外侧，且两个L形连接杆22的竖部与衬板18连接，横部相对设置且共线；第二电极23，沿两个L形连接杆22的横部可移动地设置，初始位置为两个第一电极20和21的中间位置；以及第一控制部件35，可采用万用表等，例如，固定在第二支架200的外壁上或者独立设置，且与两个第一电极20、21和第二电极23信号连接，在打孔时，待测件19释放残余应力，使得衬板18随待测件19的表面发生变形，迫使第二电极23沿L形连接杆22的横部移动，并通过第一控制部件35获取第二电极23与第一电极20和21之间的电容差，从而根据电容差与应变值的对应关系计算出待测件19的第一残余应力值。

例如，两个第一电极20、21和第二电极23均为矩形结构，材料为掺杂多晶硅，两个第一电极20、21表面涂有氮化硅。

进一步地，本发明的残余应力测试装置还包括：第二控制部件36，可采用静态电阻应变仪，例如，可固定在第二支架200的外壁上或者独立设置，第二控制部件36与应变片52电连接，用于在打孔时获取应变片52测得的第二残余应力值；其中，在第一残余应力值和第二残余应力值的差值在预设范围之内时，将两者的平均值作为待测件19的残余应力值，由此，可获得更加准确的应力数据；在第一残余应力值和第二残余应力值的差值超出预设范围时，表明其中一个数据不准确，可重新进行测试。

下面结合图1至图5来说明本发明残余应力测试装置的工作原理。

首先将本装置放置在工作区域，在进行检测之前，首先将本装置与电源进行连接，以保证本装置正常使用，其次，向第一U型管37和第二U型管38内注入水溶液，观察第一U型管37和第二U型管38内的液位，当第二U型管38两端液位不平时，旋转四个螺纹套筒4使得第二U型管38两端平衡，然后再旋转T型的旋拧件11，使得偏心轮12进行旋转，因为铰接杆14与U型块15为铰接，所以调动两个偏心轮12可以使得第一U型管37两端的液位平衡，这样保证了测试件19的水平度，使得本装置测量更加准确。而两个侧板54固定于底座1上，两且个侧板54大小高度均相同，这样使得滑板26也就与底座1平行，从而使得打孔电机33和钻头34垂直于测试件19，保证了打孔时的垂直度。

当全部调节完毕后，调节定位板41和连接板42，通过观察套筒47上的观望镜48进行观察，设置有LED灯49，保证了观望镜48能够正常进行使用，确定好中心位置后，使得定位套筒43正对测试件19顶面中央处的标记，将第一紧固件46和第二紧固件48固定，这样完成了定位工作。

此时使升降机构7上升，然后带动固定板8及其上的装置向上运动，使得测试件19与应变片52底端进行贴合，而在法兰50与应变片52之间设置有硅胶垫51，具有柔软的缓冲性能，定位完成后，将观察套筒47取出，调节套筒29的位置，然后压动T型压杆30，启动打孔电机33，使得钻头34转动，进入定位套筒43内，对测试件19进行打孔，这样保证了打孔的精确性。

当存在张力或压力时，衬板18将随测试件19的表面发生形变，通过两个L型连接杆22带动第二电极23左右移动，从而使得其与两个第一电极20和21之间的电容发生变化，这样打孔完毕后通过观察第一控制部件35和第二控制部件36上的数据，取平均值，即可得出准确的应力数据。

本装置通过第一支架100的主体部17上的第一U型管37以及第二支架200底板1上的第二U型管38配合使用，旋转螺纹套筒4和T型旋拧件11对其进行调节，保证了本装置的水平度，进一步的保证了打孔时的垂直精度，橡胶垫5可以提供减振效果，减少打孔时产生的振动，通过观察套筒47和定位套筒43配合使用，保证了本装置的定位精度，并且相较于传统的人工用肉眼进行观察更叫精确，保证了测试应力数据的准确性。

以上对本发明所提供的一种残余应力测试装置进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种残余应力测试装置，其特征在于，包括：

第一支架(100)，包括主体框架和连接在所述主体框架侧面的至少两个垫块(13)，所述主体框架用于承载待测件(19)；主体框架包括：主体部(17)和衬板(18)，所述主体部(17)从顶部开设有中空腔体，所述衬板(18)封闭所述主体部(17)的顶部开口，所述待测件(19)设在所述衬板(18)上；

第一调节机构，包括固定板(8)以及与各个所述垫块(13)对应成组设置的支撑板(9)、旋拧件(11)和偏心轮(12)，所述固定板(8)水平设在所述第一支架(100)下方，所述支撑板(9)设在所述固定板(8)上，所述旋拧件(11)的第一端穿过所述支撑板(9)且安装所述偏心轮(12)，所述偏心轮(12)的顶部与所述垫块(13)底面接触，以通过所述旋拧件(11)的转动改变所述第一支架(100)在相应所述垫块(13)处的高度，以调节所述第一支架(100)的水平度；

第二支架(200)，用于固定钻头(34)，所述钻头(34)用于在所述待测件(19)上打孔以测试应变；

第二调节机构，用于调节所述第二支架(200)的水平度；

两个第一电极(20；21)，沿第二方向间隔固定设在所述衬板(18)底面；

两个L形连接杆(22)，分别设在两个所述第一电极(20；21)沿所述第二方向的外侧，且两个所述L形连接杆(22)的竖部与所述衬板(18)连接，横部相对设置且共线；

第二电极(23)，沿两个所述L形连接杆(22)的横部可移动地设置，初始位置为两个所述第一电极(20；21)的中间位置；

第一控制部件(35)，与两个所述第一电极(20；21)和所述第二电极(23)信号连接，以在打孔时所述衬板(18)变形迫使所述第二电极(23)移动时，获取所述第二电极(23)与两个所述第一电极(20；21)之间的电容差，从而计算出所述待测件(19)的第一残余应力值；

第三支架(300)，设在所述第二支架(200)的中空腔体内，且位于所述待测件(19)上方；

定位部件，设在所述第三支架(300)上，所述定位部件底部设有应变片(52)，所述定位部件在水平面内的位置可调整，用于将所述钻头(34)在水平面内定位至与所述待测件(19)上需要打孔的位置对准；和

第二控制部件(36)，与所述应变片(52)电连接，用于在打孔时获取所述应变片(52)测得的第二残余应力值；其中，所述第一残余应力值和所述第二残余应力值的平均值作为所述待测件(19)的残余应力值。

2.根据权利要求1所述的残余应力测试装置，其特征在于，还包括：两个水平度检测部件，分别设在所述第一支架(100)和第二支架(200)上，用于检测所述第一支架(100)和所述第二支架(200)的水平度。

3.根据权利要求1所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述垫块(13)设有两个，分别设在所述第一支架(100)的主体框架相对的两侧，所述固定板(8)上设有铰接杆(14)，所述第一支架(100)的底部设有U形块(15)，所述铰接杆(14)位于所述U形块(15)的两臂之间，且与所述U形块(15)铰接设置，铰接轴(16)垂直于两侧所述垫块(13)所在的竖直平面。

4.根据权利要求1所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述第二调节机构包括多组相互配合的螺纹杆(3)和螺纹套筒(4)，所述螺纹杆(3)连接在所述第二支架(200)底部，所述螺纹套筒(4)位于所述螺纹杆(3)远离所述第二支架(200)的一端。

5.根据权利要求4所述的残余应力测试装置，其特征在于，还包括橡胶垫(5)，设在所述螺纹套筒(4)与基准面之间，所述基准面用于固定所述残余应力测试装置。

6.根据权利要求1所述的残余应力测试装置，其特征在于，还包括：

第三支架(300)，设在所述第二支架(200)的中空腔体内，且位于所述待测件(19)上方；和

定位部件，安装于所述第三支架(300)，所述定位部件底部设有应变片(52)，所述定位部件在水平面内的位置可调整，用于将所述钻头(34)、所述应变片(52)和所述待测件(19)上需要打孔的位置对准。

7.根据权利要求6所述的残余应力测试装置，其特征在于，还包括：

U形架(6)，两个自由端连接在所述第二支架(200)的底部，所述第一调节机构位于所述U形架(6)形成的中空腔体内；

升降机构(7)，一端安装于所述U形架(6)的内底部，另一端与所述固定板(8)底部连接，用于调节所述第二支架(200)的高度位置，以在打孔时将所述待测件(19)升高至与所述应变片(52)接触。

8.根据权利要求1所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述第二支架(200)包括：

底板(1)，所述底板(1)上设有通槽(2)，所述第一支架(100)从所述底板(1)下方向上穿过所述通槽(2)；

两个侧板(54)，竖直连接在所述底板(1)相对的两个侧端，且两个所述侧板(54)顶部区域相对的内壁上设有水平延伸的第一导向槽(56)；

滑板(26)，相对的两端设有与所述第一导向槽(56)配合的第一导向块(55)，以使所述滑板(26)沿第一方向可移动地设置，所述第一方向为所述第一导向槽(56)的延伸方向；所述滑板(26)内设有沿第二方向延伸的第二导向槽(28)，所述第二方向在水平面内垂直于第一方向；和

套筒(29)，沿高度方向穿过所述滑板(26)，且套筒(29)沿第一方向相对的两侧均设有第二导向块(53)，所述第二导向块(53)与相应侧的第二导向槽(28)配合，所述套筒(29)下方设有驱动电机(33)，所述钻头(34)设在所述驱动电机(33)的输出端。

9.根据权利要求8所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述第二支架(200)还包括T形压杆(30)，所述T形压杆(30)的竖直段穿入所述套筒(29)内，以在需要打孔时通过向下压动所述T形压杆(30)使所述钻头(34)下移，所述T形压杆(30)的竖直段上套设弹簧(31)，以使所述钻头(34)复位。

10.根据权利要求6所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述定位部件包括：

定位套筒(43)，可供所述钻头(34)穿过；和

观察套筒(47)，同轴连接在所述定位套筒(43)顶部，以在所述定位部件在水平面内调整的过程中观察所述应变片(52)与所述待测件(19)需要打孔位置的对准情况。

11.根据权利要求6所述的残余应力测试装置，其特征在于，所述第三支架(300)包括：

框架本体(25)，相对的内侧壁上均设有水平延伸的第三导向槽(39)；

两个连接板(24)，分别设在所述框架本体(25)的两侧，且与所述第二支架(200)相应的内侧壁连接；

定位板(41)，所述定位板(41)的两端分别与两侧的所述第三导向槽(39)配合，以使所述定位板(41)沿第二方向可移动地设置，所述第二方向为所述第三导向槽(39)的延伸方向，且所述定位板(41)朝向所述定位部件的侧面设有沿第一方向延伸的燕尾槽(44)，所述第一方向在水平面内垂直于第二方向；

连接件(42)，一端设有与所述燕尾槽(44)配合的燕尾块(45)，另一端与所述定位部件连接。

12.根据权利要求11所述的残余应力测试装置，其特征在于，还包括：

第一紧固件(46)，用于锁定所述定位板(41)与所述框架本体(25)的相对位置；和

第二紧固件(48)，用于锁定所述连接件(42)与所述定位板(41)的相对位置。

13.根据权利要求2所述的残余应力测试装置，其特征在于，水平度检测部件包括U型管(37；38)，所述U型管(37；38)内容纳液体且壁面上设有刻度，所述U型管(37；38)的两个端口处设有盖体。

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