CN114812891A - 一种基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，主要涉及残余应力检测技术领域，包括基体和测量单元，基体包括底座、机架和移动平台，测量单元包括X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统和控制系统。本发明从待测工件的表面形貌从而获取去除深度到残余应力的深层分布进行全方位精确测量，能够高分辨率测量待测工件的内部，高效获得工件在深度方向上的残余应力分布；利用X射线残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位，再利用高频脉冲激光对待测工件的测量区域进行定量的冷态材料去除，效率高，可控性好，容易进行无二次热、机应力影响的高分辨率、精准、高效材料去除。
Description
技术领域
本发明涉及一种残余应力检测设备，尤其是一种基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置。
背景技术
在现代工程和科研当中，工件经过各种加工或处理，都会产生残余应力，残余应力会对材料性能产生影响，为了探究以及控制残余应力的产生，首先需要对工件进行准确的残余应力分布检测，X射线衍射法是目前较为成熟的残余应力检测方法，但是此方法只能测量工件表面的残余应力，无法测量内部，要想精确测量工件深度方向的残余应力分布，必须要精确定量的去除工件表面的材料，并且不能在去除过程中使工件改性导致残余应力的局部状态发生改变，目前常用的材料去除方法为电解抛光法，但是电解抛光法效率低，可控性差，很难进行高分辨率的精准高效材料去除，为此我们提出一种基于高频脉冲激光实现无二次应力表层材料剥离的工件残余应力深度分布自动测量装置。
发明内容
本发明提供了一种基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，解决了上述背景技术中提及的技术问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：包括基体和测量单元，基体包括底座、机架和移动平台，移动平台设置在底座上侧，待测工件可拆卸固定在移动平台上，机架设置在底座上侧，且位于移动平台的侧后方，测量单元包括X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统和控制系统，X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统可拆卸设置在机架上，控制系统设置在底座上，X射线系统残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位且对待测工件进行残余应力深层分布测量，高频脉冲激光系统在控制系统和光学深度测量系统的辅助下对待测工件进行定量自动材料去除，光学深度测量系统通过光学测量原理对待测工件的表面形貌进行测量，以获取去除深度，通过测量形貌过后计算出平均材料去除深度，控制系统用于控制X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统和移动平台的启闭。
优选的，X射线残余应力测量系统包括探头、万向支架、纵向导轨和驱动电机二，探头安装在万向支架上，且可以根据待测工件的材料和形状调解测量角度，万向支架安装在纵向导轨上，纵向导轨安装在机架上。
优选的，机架顶部安装有横向导轨，高频脉冲激光系统安装在横向导轨上，高频脉冲激光系统包括驱动电机一和激光头，激光头用于对待测工件的待测点周围的工件表面进行定量冷态材料去除，高频脉冲激光系统可以进行反射光路控制，扩大激光的覆盖范围，且能在一定程度内调整激光的入射角度。
优选的，光学测量系统安装于激光头的侧面，光学测量系统包括测量光探头和驱动电机三，测量光探头对待测工件的表面形貌进行测量。
优选的，控制系统包括数控机和支撑臂，数控机中设置有自动化程序，支撑臂一端设置在底座上，支撑臂另一端支撑数控机，控制系统能够协调X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统进行全自动残余应力立体分布测量。
优选的，底座下方设置有多个呈矩阵样式分布的万向轮，万向轮带刹车。
本发明采用上述结构，具有以下的优点：
通过X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统和光学深度测量系统的配合，从待测工件的表面形貌测量从而获取去除深度到残余应力的深层分布进行全方位精确测量，测量彻底，能够高分辨率测量待测工件的内部，保证得出的测量参数精确可靠，高效获得工件在深度方向上的残余应力分布；利用X射线残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位，再利用高频脉冲激光对待测工件的测量区域进行定量的冷态材料去除，效率高，可控性好，容易进行无二次热、机应力影响的高分辨率、精准、高效材料去除。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图。
图中，1、激光头；2、测量光探头；3、光学深度测量系统；4、高频脉冲激光系统；5、驱动电机一；6、驱动电机二；7、纵向导轨；8、横向导轨；9、万向支架；10、X射线残余应力测量系统；11、探头；12、移动平台；13、底座；14、万向轮；15、支撑臂；16、数控机；17、控制系统；18、机架。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
实施例一
如图1所示，整体包括基体和测量单元，基体包括底座13、机架18和移动平台12，移动平台12安装在底座13上侧，待测工件可拆卸固定在移动平台12上，底座13下方安装有多个呈矩阵样式分布的万向轮14，万向轮14带刹车，机架18焊接在底座13上侧，且位于移动平台12的侧后方；
测量单元包括X射线残余应力测量系统10、高频脉冲激光系统4、光学深度测量系统3和控制系统17，X射线残余应力测量系统10、高频脉冲激光系统4、光学深度测量系统3可拆卸安装在机架18上，控制系统17安装在底座13上；
X射线系统残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位且对待测工件进行残余应力深层分布测量，X射线残余应力测量系统10包括探头11、万向支架9、纵向导轨7和驱动电机二6，探头11安装在万向支架9上，且可以根据待测工件的材料和形状调解测量角度，万向支架9安装在纵向导轨7上，且可以通过控制系统17操控驱动电机二6进行位置调控，纵向导轨7安装在机架18上；
X射线残余应力测量系统10适配多种靶材，可以根据待测工件的材料进行调换；
高频脉冲激光系统4在控制系统17和光学深度测量系统3的辅助下对待测工件进行定量自动材料去除，机架18顶部安装有横向导轨8，高频脉冲激光系统4安装在横向导轨8上，高频脉冲激光系统4包括驱动电机一5和激光头1，激光头1用于对待测工件的待测点周围的工件表面进行定量冷态材料去除，且可以通过控制系统17操控驱动电机一5进行位置调控，高频脉冲激光系统4可以进行反射光路控制，扩大激光的覆盖范围，且能在一定程度内调整激光的入射角度；
光学深度测量系统3通过光学测量原理对待测工件的表面形貌进行测量，以获取去除深度，通过测量形貌过后计算出平均材料去除深度，光学测量系统安装于激光头1的侧面，光学测量系统包括测量光探头2和驱动电机三，测量光探头2对待测工件的表面形貌进行测量，且可以通过控制系统17操控驱动电机三进行位置调控；
光学深度测量系统3进行高效精准自动残余应力三维方向分布的测量和高频脉冲激光做材料去除，实现三维分布测量，大体顺序是定位测量位置-测量该表层残余应力-激光去除指定深度材料-光学测量实际去除深度-再重复测量残余应力，然后循环往复到完成指定深度范围的残余应力分布测量，然后挪到另外一水平位置开始下一次测量；
控制系统17用于控制X射线残余应力测量系统10、高频脉冲激光系统4、光学深度测量系统3和移动平台12的启闭，控制系统17包括数控机16和支撑臂15，数控机16中输入有自动化程序，支撑臂15一端安装在底座13上，支撑臂15另一端支撑数控机16，控制系统17能够协调X射线残余应力测量系统10、高频脉冲激光系统4、光学深度测量系统3进行全自动残余应力立体分布测量；
驱动电机一5、驱动电机二6和驱动电机三均由数控机16进行数控，可以实现全自动精确位置调整。
工作时首先将待测工件固定在移动平台12上，由光学深度测量系统3对待测工件的表面形貌进行测量，X射线系统残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位，根据待测工件的材料调整X射线残余应力测量系统10参数，利用控制系统17控制X射线残余应力测量系统10进行残余应力表层分布自动测量，测量完表层残余应力分布后，通过控制系统17控制移动平台12将待测工件移动至高频脉冲激光系统4的激光头1下，在控制系统17和光学深度测量系统3的辅助下进行定量自动材料去除，在去除了表层残余应力后，再通过控制系统17和移动平台12将待测工件返回X射线残余应力测量系统10下，进行残余应力深层分布测量，如此反复，从而获得待测工件的残余应力立体分布。
其中，上述的激光头1、测量光探头2、万向支架9、探头11、移动平台12、万向轮14、数控机16、驱动电机和导轨均是现有技术。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：包括基体和测量单元，所述基体包括底座、机架和移动平台，所述移动平台设置在所述底座上侧，待测工件可拆卸固定在所述移动平台上，所述机架设置在所述底座上侧，且位于所述移动平台的侧后方，所述测量单元包括X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统和控制系统，所述X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统可拆卸设置在所述机架上，所述控制系统设置在所述底座上，所述X射线系统残余应力测量系统对待测工件的待测点进行定位且对待测工件进行残余应力深层分布测量，所述高频脉冲激光系统在所述控制系统和光学深度测量系统的辅助下对待测工件进行定量自动材料去除，所述光学深度测量系统通过光学测量原理对待测工件的表面形貌进行测量，以获取去除深度，通过测量形貌过后计算出平均材料去除深度，所述控制系统用于控制所述X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统和移动平台的启闭。
2.根据权利要求1所述的基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：所述X射线残余应力测量系统包括探头、万向支架、纵向导轨和驱动电机二，所述探头安装在所述万向支架上，且可以根据待测工件的材料和形状调解测量角度，所述万向支架安装在所述纵向导轨上，所述纵向导轨安装在所述机架上。
3.根据权利要求2所述的基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：所述机架顶部安装有横向导轨，所述高频脉冲激光系统安装在所述横向导轨上，所述高频脉冲激光系统包括驱动电机一和激光头，所述激光头用于对待测工件的待测点周围的工件表面进行定量冷态材料去除，所述高频脉冲激光系统可以进行反射光路控制，扩大激光的覆盖范围，且能在一定程度内调整激光的入射角度。
4.根据权利要求3所述的基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：所述光学测量系统安装于所述激光头的侧面，所述光学测量系统包括测量光探头和驱动电机三，所述测量光探头对待测工件的表面形貌进行测量。
5.根据权利要求4所述的基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：所述控制系统包括数控机和支撑臂，所述数控机中设置有自动化程序，所述支撑臂一端设置在所述底座上，所述支撑臂另一端支撑所述数控机，所述控制系统能够协调所述X射线残余应力测量系统、高频脉冲激光系统、光学深度测量系统进行全自动残余应力立体分布测量。
6.根据权利要求5所述的基于激光减材的工件残余应力深度分布自动测量装置，其特征在于：所述底座下方设置有多个呈矩阵样式分布的万向轮，所述万向轮带刹车。
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