CN114850538B - 用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，包括钻台、圆筒、调平组件和支撑组件；圆筒固定于钻台上，圆筒的轴线与钻台垂直，所述圆筒的内部圆孔穿过钻台；调平组件包括可垂直活动的安装于钻台上的至少两根活动指针，两根所述活动指针的下端位于钻台下方，所述活动指针的指示端头用于标记高度；所述支撑组件包括至少三个用于支撑钻台的支腿，各支腿的上部铰接于钻台上，各支腿的长度可调节，各支腿的底端设置有活动支脚，所述支腿上部的铰接处、各活动支脚处和各支腿的长度调节处均设有锁定机构。该发明具有解决残余应力检测部位复杂多样、边角焊缝无支撑点难题、提升盲孔法残余应力检测的适应性、稳定性和使用效率的优点。

Description

用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台

技术领域

本发明涉及钻孔设备技术领域，具体的说，涉及了一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台。

背景技术

残余应力是材料及其制品在铸造、焊接、各种机加工、热处理等过程中产生的平衡于材料和制品内部的一种不稳定的应力状态，当物体受到外力作用时，作用应力与残余应力相互作用，使其某些局部呈现塑性变形，内部应力重新分布；当外力作用去除后，整个物体将发生形变。

目前对结构中残余应力的检测方法应用最广泛的便是盲孔法，盲孔法检测残余应力主要是按照标准要求在应力分布区钻下直径￠1.5mm深度1.8～2mm的圆孔，释放孔周围一定区域内的应力，由预先贴好的电阻应变片来检测应变的变化。

由以上盲孔法检测残余应力的实现步骤可知，按照既定要求钻出符合要求的孔，即确保钻孔与应变花上圆心的同心度，和每次钻孔深度的变差在标准范围之内，是提高检测精度的关键要素。

因此，使用盲孔法检测残余应力的钻孔过程往往需要通过辅助钻孔的工具来保证钻孔精度，目前常用的辅助装置为三脚架，通过调整三脚架支腿末端的螺杆伸出长度，保证钻台与应力检测面平行。

在标准《GB/T 31310-2014金属材料 残余应力 钻孔应变法》中应用的一种常规三脚架结构是目前行业内主流的三脚架，如图5所示，其主要包括工装31、水平调节旋钮32、高度调节旋钮33和锁紧螺母34、底座帽35及底座36构成的支腿，使用时，先结合目镜37，通过高度调节旋钮33调整工装31的位置和其上圆筒内孔的对中性，调整完成后，将三个支腿通过锁紧螺母34、底座帽35及底座36锁紧固定，并将底座36粘贴在工件表面，然后再微调水平调节旋钮，使目镜37精确对中，然后将目镜37取下，更换为钻具开始打孔。

这种三脚架的应用受待测工件的结构限制，原因是：在平面范围的残余应力测试中，这种三脚架可以起到很好的效果；但是当待测面范围特别小时，这种三脚架的支腿会超出该范围导致无法支撑（有至少一个支腿悬空），进而导致该装置的使用难度剧增，甚至无法使用，例如宽度极窄的台阶状腰线等特殊环境。

为此，需要对现有的三脚架结构进行改良，解决现有三脚架适应范围小、在非理想环境下使用难度高、效率低、稳定性和精度不足的问题。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种解决小范围支撑难题、提升适应性、稳定性和使用效率的用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，包括钻台、圆筒、调平组件和支撑组件；

所述圆筒固定于钻台上，所述圆筒的轴线与钻台垂直，所述圆筒的内部圆孔穿过钻台；

所述调平组件包括可垂直活动的安装于钻台上的至少两根活动指针，两根所述活动指针的下端位于钻台下方，所述活动指针的指示端头用于标记高度；

所述支撑组件包括至少三个用于支撑钻台的支腿，各支腿的上部铰接于钻台上，各支腿的长度可调节，各支腿的底端设置有活动支脚，所述支腿上部的铰接处、各活动支脚处和各支腿的长度调节处均设有锁定机构。

基上所述，所述钻台呈平面状，所述支腿等角度的分布于所述钻台的四周，所述钻台的边缘靠近圆筒边界设置。

基上所述，所述钻台呈L形，所述圆筒设置于钻台的平面台，所述圆筒与钻台的平面台垂直，所述活动指针设置于钻台的平面台，所述活动指针的下端位于钻台的平面台的下方，所述钻台的平面台至少设置两个支腿，所述钻台的竖直台上设置有至少一个支腿，所述钻台的平面台的边缘靠近圆筒边界设置。

基上所述，所述活动指针的一侧面上设置有齿条，所述钻台上对应齿条设置有调节旋钮，所述调节旋钮的转轴上设置有与齿条啮合的齿轮，所述齿条的斜齿角度小于摩擦角设置以实现自锁。

基上所述，所述活动指针的顶端设置指示端头，所述指示端头朝向圆筒，所述圆筒上设置刻度，所述活动指针的底端设置为球面，所述活动指针的数量为四个，所述活动指针绕圆筒等角度设置。

基上所述，所述支腿包括螺套、螺杆、滚花高螺母、锁止螺母、蝶形螺母和不脱头螺钉；

所述螺杆的顶端螺纹部旋拧在所述螺套中，所述滚花高螺母的内端与螺杆顶部的外端固定，所述螺套的侧部通过一组由不脱头螺钉、蝶形螺母和铰接页板构成的第一铰接件铰接于钻台上，所述活动支脚通过一组不脱头螺钉和蝶形螺母构成的第二铰接件铰接于螺杆底端，所述第一铰接件的铰接方向与第二铰接件的铰接方向相同或不同。

一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，包括钻台、圆筒、调平组件和支撑组件；

所述钻台呈L形，所述钻台包括平面台和竖直台；

所述圆筒固定于钻台的平面台，所述圆筒的轴线与钻台的平面台垂直，所述圆筒的内部圆孔穿过钻台的平面台，所述钻台的平面台的边缘靠近圆筒边界设置；

所述调平组件包括可垂直活动的安装于钻台的平面台的至少两根活动指针，所述活动指针围绕圆筒等角度分布，两根所述活动指针的下端位于钻台的平面台的下方，所述活动指针的指示端头用于标记高度；

所述支撑组件包括至少三个用于支撑钻台的支腿，至少两个支腿的上部铰接于钻台的平面台，至少一个支腿可垂直活动的安装于钻台的竖直台上，各支腿的长度可调节，各支腿的底端设置有活动支脚，所述支腿上部的铰接处、各活动支脚处和各支腿的长度调节处均设有锁定机构。

基上所述，所述活动指针的一侧面上设置有齿条，所述钻台上对应齿条设置有调节旋钮，所述调节旋钮的转轴上设置有与齿条啮合的齿轮，所述齿条的斜齿角度小于摩擦角设置以实现自锁。

基上所述，所述活动指针的顶端设置指示端头，所述指示端头朝向圆筒，所述圆筒上设置刻度，所述活动指针的底端设置为球面，所述活动指针的数量为四个，所述活动指针绕圆筒等角度设置。

基上所述，位于钻台平面台的所述支腿包括螺套、第一螺杆、第一滚花高螺母、第一锁止螺母、蝶形螺母和不脱头螺钉，所述第一螺杆的顶端螺纹部旋拧在所述螺套中，所述第一滚花高螺母的内端与第一螺杆顶部的外端固定，所述第一锁止螺母配合螺套用于将第一螺杆锁定；所述螺套的侧部通过一组由不脱头螺钉、蝶形螺母和铰接页板构成的第一铰接件铰接于钻台上，第一活动支脚通过一组不脱头螺钉和蝶形螺母构成的第二铰接件铰接于第一螺杆底端，所述第一铰接件的摆动方向与第二铰接件的摆动方向相同或不同；

位于钻台竖直台上的所述支腿包括第二螺杆、第二滚花高螺母、第二锁止螺母以及蝶形螺母和不脱头螺钉构成的第三铰接件，所述第二螺杆与钻台的竖直台上的螺纹孔配合，所述第二滚花高螺母的内端与第二螺杆顶部的外端固定，所述第二锁止螺母配合钻台的竖直台用于将第二螺杆锁定，第二活动支脚通过第三铰接件铰接于第二螺杆的内端，所述第三铰接件的摆动方向为水平方向。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明改进传统的三脚架结构，增加了可多角度调节的支撑组件，新增了调平组件。调平组件包括活动指针，配置于钻台上，可上下活动，在使用过程中，通过对比各活动指针读数的大小，可判断钻台相对于打孔平面的平行度，作为对各支腿调节的依据；支撑组件包括若干可调整角度的支腿和支脚，通过支腿和支脚的调节，可以使该结构能够在各种小尺寸平面上实现调平支撑，尤其是各支脚可以不基于待测平面进行支撑，大幅提升了该装置的适应性，解决小范围支撑难题，且使用效率高，稳定性高。

进一步的，钻台设计为L形结构，这种结构在面临转角处的残余应力检测时，可以将竖直台挂靠在转角的竖直边，解决转角处面积过小无法安装支撑组件的问题，通过L形结构形成稳定的支撑。

进一步的，钻台的边缘尽可能的靠近圆筒的边缘，即最大化的缩小钻台的平面尺寸，占用尽量小的面积，克服面积过大导致与受测面积不匹配的问题，钻台形状可设计为三角形，将支腿位置分别设计在三角形的三个角处，将活动指针也设计在三角处，使三角形的边贴合圆筒外周，减少空间占用。

进一步的，活动指针上设置齿条，并配置调节旋钮和齿轮，通过齿轮调整活动指针的高度，通过齿的设计实现自锁。

进一步的，支腿和活动支脚的角度配合，解决支撑面与钻台水平的配合问题，可以实现面临复杂支撑面的情况下，也能够将钻台的端面调整至水平的目的。

附图说明

图1是本发明中实施例1中用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台的整体结构示意图。

图2是本发明中实施例1中支腿的整体结构示意图。

图3是本发明中实施例1中齿条和活动指针的配合结构示意图。

图4是本发明中实施例2中用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台的整体结构示意图。

图5是本发明现有技术中的打孔钻台的结构示意图。

图中：1.钻台；2.圆筒；3.活动指针；4.指示端头；5.齿条；6.调节旋钮；7.齿轮；8.压盖；9.支腿；10.活动支脚；101.第一活动支脚；102.第二活动支脚；11.螺套；12.螺杆；121.第一螺杆；122.第二螺杆；13.滚花高螺母；131.第一滚花高螺母；132.第二滚花高螺母；14.锁止螺母；141.第一锁止螺母；142.第二锁止螺母；15.蝶形螺母；16.不脱头螺钉；17.铰接页板；21.第一铰接件；22.第二铰接件；23.第三铰接件。

31.工装；32.水平调节旋钮；33.高度调节旋钮；34.锁紧螺母；35.底座帽；36.底座；37.目镜。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1-图3所示，一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，包括钻台1、圆筒2、调平组件和支撑组件。

所述圆筒2固定于钻台1上，所述圆筒2的轴线与钻台1垂直，所述圆筒2的内部圆孔穿过钻台1，圆筒用于放置钻孔设备，为钻孔设备提供支撑和基准。

本实施例中，所述钻台1呈平面状，支撑组件绕圆筒等角度的分布于所述钻台1的四周，所述钻台1的边缘靠近圆筒2边界设置，可以节约空间，使圆筒能够更灵活的与钻孔位置对齐，进而避免外部构件对该打孔平台造成空间上的干涉。

所述调平组件包括可垂直活动的安装于钻台1上的4根活动指针3，两根所述活动指针3的下端位于钻台1下方，所述活动指针3的指示端头4用于标记高度。

具体的，本实施例中，活动指针3的外端设置齿条5，齿条的齿为斜齿，在钻台上配置调节旋钮6，调节旋钮6的转轴上设置有与齿条5啮合的齿轮7，所述齿条的斜齿角度小于摩擦角设置以实现自锁，钻台1上安装有用于安装齿轮的压盖8和内六角螺钉，压盖形成一个槽形空间，齿轮安装在槽形空间中；圆筒2的侧壁上设置刻度，活动指针3的指示端头4朝向圆筒2，正对在圆筒2上的刻度，活动指针3的底端为球面，可以与受测面点接触，提高指示精度。

所述支撑组件包括三个用于支撑钻台的支腿9，各支腿9的上部铰接于钻台1上，各支腿9的长度可调节，各支腿9的底端设置有活动支脚10，所述支腿9上部的铰接处、各活动支脚10处和各支腿9的长度调节处均设有锁定机构。

具体的，所述支腿包括螺套11、螺杆12、滚花高螺母13、锁止螺母14、蝶形螺母15和不脱头螺钉16。

所述螺杆12的顶端螺纹部旋拧在所述螺套11中，所述滚花高螺母13的内端与螺杆12顶部的外端固定，所述螺套11的侧部通过一组由不脱头螺钉16、蝶形螺母15和铰接页板17构成的第一铰接件21铰接于钻台1上，所述活动支脚10通过一组不脱头螺钉16和蝶形螺母15构成的第二铰接件22铰接于螺杆12底端，所述第一铰接件21的铰接方向与第二铰接件22的铰接方向相同或不同。

活动支脚10的底面为平面，本实施例中，活动支脚通过胶粘的方式与支撑面固定，活动支脚10还可以采用磁吸原理，用电磁铁或永磁铁进行固定，适合使用环境为碳钢、铸铁、非奥氏体不锈钢等场景。

工作原理：

首先观察被测平面的环境，以平面环境为例，首先调整各支腿9处于竖直状态，并调整各支腿的长度至大致相等，然后配合目镜调整圆筒2的中心与受测面需钻孔的位置大致重合，其中，圆筒2作为目镜座使用，其上保留现有设计中的水平调节旋钮，可以通过水平调节的方式对圆筒进行微调；然后将各活动支脚10通过胶粘的方式或磁吸的方式固定在平面上，再调整活动指针3，使活动指针3的底端接触平面，观察各活动指针的读数，若不一致，调整较高或较低位置一侧的支腿9的长度或角度，直到各个活动指针3在调整至与底端接触的状态下读数也保持一致时，则证明达到了调平状态，将第一铰接件21和第二铰接件22锁死，再观察水平调节旋钮是否需要微调，若目镜与工件点位精确对准，则完成调整，取下目镜，换上钻具，开始打孔。

以复杂环境举例，如受测平面面积极小，四周的其它面均非平面，在这种状态下，通过调整第一铰接件21和第二铰接件22的角度以及各支腿的长度，将钻台调整至与受测平面平行，且圆筒位于打孔位置上方，然后将各活动支脚粘在对应的位置，或通过磁吸方式吸附在对应位置，再根据活动指针3的数据对各个支腿、第一铰接件21和第二铰接件22进行调节，直到各个活动指针3在调整至与底端接触的状态下读数也保持一致时，则证明达到了调平状态，将第一铰接件21和第二铰接件22锁死，再观察水平调节旋钮是否需要微调，若目镜与工件点位精确对准，则完成调整，取下目镜，换上钻具，开始打孔。

实施例2

如图4所示，一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，包括钻台1、圆筒2、调平组件和支撑组件。

其中，调平组件与实施例1相同，所述钻台呈L形，所述钻台1包括平面台和竖直台；所述圆筒2固定于钻台1的平面台，所述圆筒2的轴线与钻台1的平面台垂直，所述圆筒2的内部圆孔穿过钻台1的平面台，所述钻台1的平面台的边缘靠近圆筒2边界设置；

所述支撑组件同样包括三个用于支撑钻台的支腿，不同之处在于：位于钻台平面台的所述支腿包括螺套11、第一螺杆121、第一滚花高螺母131、第一锁止螺母141、蝶形螺母15和不脱头螺钉16，所述第一螺杆121的顶端螺纹部旋拧在所述螺套11中，所述第一滚花高螺母131的内端与第一螺杆121顶部的外端固定，所述第一锁止螺母141配合螺套11用于将第一螺杆121锁定；所述螺套11的侧部通过一组由不脱头螺钉15、蝶形螺母16和铰接页板17构成的第一铰接件21铰接于钻台上，第一活动支脚101通过一组不脱头螺钉15和蝶形螺母16构成的第二铰接件22铰接于第一螺杆121底端，所述第一铰接件21的摆动方向与第二铰接件22的摆动方向相同或不同；

位于钻台竖直台上的所述支腿包括第二螺杆122、第二滚花高螺母132、第二锁止螺母142以及蝶形螺母15和不脱头螺钉16构成的第三铰接件23，所述第二螺杆122与钻台1的竖直台上的螺孔螺纹配合，所述第二滚花高螺母132的内端固定于第二螺杆122顶部的外端，所述第二锁止螺母142配合钻台的竖直台用于将第二螺杆122锁定，第二活动支脚102通过第三铰接件23铰接于第二螺杆122的内端，所述第三铰接件23的摆动方向为水平方向。

工作原理：

本实施例中的打孔钻台适用于复杂环境，尤其是受测面位于转角处的结构，例如转角边缝处的焊缝结构，与实施例1工作方式的不同之处在于：其中两个支腿通过调节后固定在转角的平面上，第三个支腿则通过L形钻台结构的竖直台处水平压紧在转角的立面上实现打孔钻台的固定，其中，微调过程仍按照实施例1中的步骤进行，根据活动指针的读数来反馈调节各个支腿的长度、各个铰接件的角度等，最终实现钻台1的平面台与受测面平行，达到钻孔的标准。

其它实施例中，与实施例2的主要区别在于：所述钻台的竖直台上的支腿也是铰接配合，这种状态下的结构能够适应于更多种不同的转角角度，灵活性更高。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，其特征在于：包括钻台、圆筒、调平组件和支撑组件；

所述钻台呈L形，所述钻台包括平面台和竖直台；

所述圆筒固定于钻台的平面台，所述圆筒的轴线与钻台的平面台垂直，所述圆筒的内部圆孔穿过钻台的平面台，所述钻台的平面台的边缘靠近圆筒边界设置；

所述调平组件包括可垂直活动的安装于钻台的平面台上的至少两根活动指针，所述活动指针围绕圆筒等角度分布，两根所述活动指针的下端位于钻台的平面台的下方，所述活动指针的指示端头用于标记高度；

所述支撑组件包括至少三个用于支撑钻台的支腿，至少两个支腿的上部铰接于钻台的平面台，至少一个支腿可垂直活动的安装于钻台的竖直台上，各支腿的长度可调节，各支腿的底端设置有活动支脚，所述支腿上部的铰接处、各活动支脚处和各支腿的长度调节处均设有锁定机构。

2.根据权利要求1所述的用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，其特征在于：所述活动指针的一侧面上设置有齿条，所述钻台上对应齿条设置有调节旋钮，所述调节旋钮的转轴上设置有与齿条啮合的齿轮，所述齿条的斜齿角度小于摩擦角设置以实现自锁。

3.根据权利要求2所述的用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，其特征在于：所述活动指针的顶端设置指示端头，所述指示端头朝向圆筒，所述圆筒上设置刻度，所述活动指针的底端设置为球面，所述活动指针的数量为四个，所述活动指针绕圆筒等角度设置。

4.根据权利要求3所述的用于盲孔法残余应力检测的适应性打孔钻台，其特征在于：位于钻台平面台的所述支腿包括螺套、第一螺杆、第一滚花高螺母、第一锁止螺母、蝶形螺母和不脱头螺钉，所述第一螺杆的顶端螺纹部旋拧在所述螺套中，所述第一滚花高螺母的内端与第一螺杆顶部的外端固定，所述第一锁止螺母配合螺套用于将第一螺杆锁定；所述螺套的侧部通过一组由不脱头螺钉、蝶形螺母和铰接页板构成的第一铰接件铰接于钻台上，第一活动支脚通过一组不脱头螺钉和蝶形螺母构成的第二铰接件铰接于第一螺杆底端，所述第一铰接件的摆动方向与第二铰接件的摆动方向相同或不同；

位于钻台竖直台上的所述支腿包括第二螺杆、第二滚花高螺母、第二锁止螺母以及蝶形螺母和不脱头螺钉构成的第三铰接件，所述第二螺杆与钻台的竖直台上的螺孔螺纹配合，所述第二滚花高螺母的内端与第二螺杆顶部的外端固定，所述第二锁止螺母配合钻台的竖直台用于将第二螺杆锁定，第二活动支脚通过第三铰接件铰接于第二螺杆的内端，所述第三铰接件的摆动方向为水平方向。