CN116878707A - 一种残余应力检测方法及及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种残余应力检测方法及及其检测装置，包括以下步骤：A.环境和测试设备的部署，构建空间坐标系，将舱体划分为若干个待测区域，并在待测区域内施加标记点，移动平台上承载有机械手、视觉相机和测试设备；B.检索标记点，调度移动平台依次行进至等待区域和检测区域；C.残余应力检测，由视觉相机引导机械手运行并对当前检测区域内的标记点对焦，关于每一标记点分别调整测试设备的姿态，并由视觉相机找正标记点的法线，对标记点进行残余应力检测；E.对当前待测区域内的标记点检测完毕后，进入下一待测区域外的等待区域，重复上述步骤，依次检测舱体上所有标记点；F.上传检测数据并分析应力。

Description

一种残余应力检测方法及及其检测装置

技术领域

本发明涉及舱体设备技术领域，具体涉及一种残余应力检测方法及其检测装置。

背景技术

目前对大体积的回转类舱体的残余应力检测主要采用非破坏性测试方法，常见的包括X射线衍射法(XRD)、中子衍射法(ND)、电磁超声波法(EMAT)、脉冲热敏法(PHT)等。

这些方法通过测量材料内部的应力分布情况来判断残余应力的存在。

这些方法具有无损、无污染、实时性强等优点，能够对较大体积的工件进行全面检测。

然而，对大体积回转类舱体的残余应力检测存在一些弊端和不利因素，主要在于：

1、对于大体积的待测舱体，现有的检测方法及设备难以应对复杂结构和非均匀几何的待测舱体，对于该类待测舱体的检测，多为人工手持仪器直接检测，检测精度和重复性得不到保障，人工参与和对检测的干预较高，对检测精度存在一定影响；

2、检测效率较低，通常为人工驱使检测设备对舱体进行逐一检测，时间成本高，且待测舱体的形状对测试可行性增添了极大限制，主要原因在于一是没有成熟的坐标标定程序，二是没有成熟的自动检测解决方案。所以仪器多是采用辅助工装或支架来搭载；

3、目前的XRD检测法虽具有检测范围广和非破坏性的特点，但其需要使用高功率的X射线源和探测器，以获取尽可能多的衍射信息，对操作人员的健康带来很大的影响，一些技术落后的设备，由于探测器技术水平落后，信号收集能力很弱，这类探测器技术落后的设备为了提高X射线衍射信号，往往采用进一步提高X射线功率的办法，但功率越大对操作人员的健康威胁也就越大；

4、现有技术中的残余应力检测设备的可操作性和检测可行性较低，仅应对实验室环境使用，仍处于人工测量的阶段，难以实施自动化测量和自动化生成残余应力云图。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种残余应力检测方法及其检测装置。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种残余应力检测方法，包括以下步骤：

A.环境和测试设备的部署，对舱体所处的空间和环境进行扫描，以构建检测实施地图和编辑检测路径，从而构建空间坐标系，将舱体划分为若干个待测区域，并在待测区域内施加标记点，并在检测路径内设定等待区域，在检测路径外设置初始站点，并在初始站点布置移动平台，移动平台上承载有机械手、视觉相机和测试设备；

B.检索标记点，调度移动平台行进至等待区域，并进一步移动移动平台至检测区域，直至当前检测区域内的标记点呈现在当前视野内；

C.残余应力检测，由视觉相机引导机械手运行并对当前检测区域内的标记点对焦，通过机械手关于每一标记点分别调整测试设备的姿态，并由视觉相机找正标记点的法线，由测试设备对标记点进行残余应力检测；

E.对当前待测区域内的标记点检测完毕后，进入下一待测区域外的等待区域，重复上述步骤，依次检测舱体上所有标记点；

F.上传检测数据并分析应力。

进一步，在步骤C中，测试设备通过对待测位置和/或标记点发射X射线，并对产品表面待测位置和/或标记点进行应力数据的采集，再通过数据分析处理软件对采集到的数据进行分析生成奥氏体相与非奥氏体相的德拜环、数据报表、应力云图。

进一步，在步骤C中，测试设备包括布置在机械手的执行末端的二维探测器和X射线发生装置，X射线发生装置关于标记点法向输出X射线，并通过二维探测器采集从标记点反馈的X射线衍射部分，从而生成当前标记点的德拜环图像，且，残余应力计算公式满足：

进一步，在步骤C中，还包括手动拖曳模式，人工控制移动平台并调整至检测区域，并确定待测标记点，切换机械手至手动控制模式并拖曳机械手，以校正测试设备至标记点，启动测试设备并调控机械手姿态至标记点的法向，完成对当前标记点的检测。

进一步，在步骤C中，机械手内置有六维力传感器，以检测机械手的末端接触力，并与机械手的控制模块信息交互，以辅助机械手在手动拖曳下柔性随动和碰撞检测。

进一步，所述机械手的执行末端设有拖曳手柄、测试设备、视觉相机、触摸按钮和/或电解抛光装置。

进一步，在步骤A中，还包括舱体部署，舱体以其轴向水平的姿态布置，并在舱体底部设置承载旋转装置，环绕舱体周侧设定为待测工作环境，由承载旋转装置驱使舱体转动，以将舱体表面的标记点呈现在测试设备面前。

进一步，所述移动平台上还设有防碰撞机构，其包括前置距离可设置的激光避障单元，用于检测障碍物尺寸的障碍检测单元，且所述移动平台通过激光避障单元和障碍检测单元在其两侧形成第一减速控制区，在其前方形成减速停止区，在减速停止区前方形成第二减速控制器，并在第一减速控制区和第二减速控制区内被设置为触发减速到设计速度，在减速停止区内被设置为触发减速至停止。

进一步，在步骤A中，首先构筑待测舱体的标准几何特征模型，添加标准应力数据，通过测试设备采集相应位置的实测应力数据，以绘制应力云图，生成基于几何模型与实测数据的残余应力模型，并在标准几何模型上添加、测试和记录标记点；

还包括数据库，以及分布式存存储在数据库内的至少一个工作项，工作项与测试设备相配置，工作项设置有几何数据单元，每个几何数据单元对应配置有标准存储单元和实测存储单元，其中，几何数据单元获取待测舱体的几何模型，标准存储单元获取几何模型的标准应力数据，实测存储单元获取待测舱体的实测应力数据。

进一步，还包括数据分析模块和数据管理模块，数据管理模块支持不同格式的数据录入，并连接多个工作项，以对多个测试设备录入实行模型表达与数据管理，数据分析模块对每个测试设备的测试数据和测试设备的设备状态数据实时分析，并对数据分析结果储存至数据库和呈现。

本发明还提供一种实施上述检测方法的残余应力检测装置，包括用于支承待测舱体的承载旋转装置，以及搭载有测试设备的移动平台，所述待测舱体外周规划有检测路径，且所述移动平台被设置为在待测舱体和检测路径之间相对移动至检测位置，且所述测试设备在检测位置对待测舱体上的标记点实施残余应力检测，所述测试设备包括机械手和设置在机械手执行末端的X射线发生装置和二维探测器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、移动平台、机械手和测试设备之间通过通讯协议形成相互关联和控制执行，保证在待测区域检测工作过程中的稳定性和可靠性，克服了传统设备在测试中对样品形状的测试限制，多自由度的移动平台和机械手的执行末端可以使得设备的检测部分可在空间360度范围内任意调整测试位置，使得该设备不仅对于规则形状样品测试非常方便、快捷，还对复杂形状的样品也可以实现原位测量，整个测试过程对测试样品的重量和尺寸均没有上限要求，最大程度的保证了测试工作的顺利开展；

2、通过建立运动仿真环境，和待测舱体的几何特征模型，对实际使用工况进行模拟仿真，验证设备装置的检测范围和末端执行机构的可达性，借由数据库和数据分析模块对每个待测区域、标记点进行应力检测数据的采集和分析，以得到应力影响的德拜环，得到残余应力的结果，并借由数据管理模块实时反馈应力数据，以及对标记点户进行实时的增补和录入，提高德拜环的强度信息分布，以及X射线衍射峰值的精度；

在检测过程中，通过视觉相机检索标记点，并控制移动平台沿规划的待测区域、标记点，沿检测路径逐个检测标记点，得到每个标记点的检测数据，最终将待测舱体、标记点的空间坐标数据和应力检测数据拟合，结合待测舱体的几何特征模型，生成应力云图模型，相较于传统的数据表格，检测结果更为直观；

3、本发明的二维探测器一次性采集获取完整的德拜环，单一角度一次入射即可完成残余应力测量，满足上述中对变化部分的复杂形状和狭窄空间的测量，且X射线单次曝光可获得500个衍射点进行残余应力数据拟合，结果更精确，使得残余应力的测量速度和精度大大提升，因此避免了测角仪偏差对测试结果的误差影响；

同时，本方案采用的设备使用了高灵敏度和分辨率的全二维面探测器，因此以较低的功率(45W)即可获得足够强度的X射线衍射强度，在保证高衍射强度的前提下将X射线对操作人员的辐射降到了最低，因此该设备更加安全、环保。

4、该设备将X射线发生装置、CCD摄像头、全二维面探测器、LED辅助定位系统、视觉相机都集中设计在了一个探测单元中，结构更加紧凑，使得该设备不仅可以在实验室内使用，还可非常方便的在户外或车间现场使用，提高可操作性。

附图说明

图1为本发明的移动平台的示意图；

图2为本发明的待测舱体与移动平台的检测位置示意图；

图3为本发明的待测舱体与移动平台的位置示意图；

图4为本发明的执行末端的结构示意图；

图5为本发明的移动平台的避障示意图；

图6为本发明的测试设备与标记点的定位示意图；

图7为本发明的α角度的示意图；

图8为本发明的X射线的辐射示意图；

图9为本发明的X射线的辐射数据表；

图10为本发明的面对变化部位的检测位置图；

图11为本发明的第一至第三检测区域的示意图；

图12为本发明的转动角度后的第一至第三检测区域的示意图；

图13为本发明的数据库的连接框图(变化工作项的数据模块与工作项的数据模块一致)；

图14为本发明的X射线的衍射图示；

图中：1、待测舱体；1.1、变化部分；1.2、第一变化部分；1.3、第二变化部分；

2、待测区域；2.1、第一检测区域；2.2、第二检测区域；2.3、第三检测区域；

3、标记点；4、移动平台；4.1、第一减速控制区；4.2、第二减速控制区；4.3、减速停止区；

5、检测路径；5.1、等待区域；5.2、检测区域；6、初始站点；

7、机械手；7.1、拖曳手柄；7.2、视觉相机；7.3、触摸按钮；

8、测试设备；8.1、X射线发生装置；8.2、二维探测器；8.3、一类检测装置；8.4、二类检测装置；8.5、三类检测装置；8.6、定位光束；8.7、校正区域；8.8、准直器；

9、承载选装装置；

10、数据库；11、数据分析模块；12、数据管理模块；13、工作项；14、标准存储单元；15、实测存储单元；16、几何数据单元；17、变化工作项；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解尽管在本文中出现了术语上、中、下、顶端、一端等以描述各种元件，但这些元件不被这些术语限制。这些术语仅用于将元件彼此区分开以便于理解，而不是用于定义任何方向或顺序上的限制。

如图1-13所示，一种残余应力检测方法，包括以下步骤：

A.环境和测试设备8的部署，将舱体划分为若干个待测区域2，并在待测区域2内施加标记点3，同时对舱体所处的空间和环境进行扫描，以构建检测实施地图和编辑检测路径5(图3中虚线部分)，同时构件空间坐标系，并在检测路径5内设定等待区域5.1，在检测路径5外设置初始站点6，并在初始站点6布置移动平台4，移动平台4上承载有测试设备8，测试设备8包括机械手7，以及设置在机械手7的执行末端上的视觉相机7.2和测试设备8，测试设备8为残余应力测试设备8；

B.检索标记点3，调度移动平台4行进至等待区域5.1，并进一步移动移动平台4至检测区域5.2，直至当前检测区域5.2内的标记点3呈现在当前视野内，

C.残余应力检测，由视觉相机7.2引导机械手7运行并对当前检测区域5.2内的标记点3对焦，通过机械手7关于每一标记点3分别调整测试设备8的姿态，并由视觉相机7.2找正标记点3的法线，由测试设备8对标记点3进行残余应力检测；

E.对当前待测区域2内的标记点3检测完毕后，进入下一待测区域2外的等待区域5.1，重复上述步骤，依次检测舱体上所有标记点3；

F.上传检测数据并分析应力。

移动平台4被设置为承载工作人员移动，并且通过显示屏的方式将视觉相机7.2的采集到的画面反馈至工作人员，由此，在当前待测区域2检索标记点3的过程中，工作人员得以手动控制移动平台4的位置，以辅助视觉相机7.2能够覆盖当前的待测区域2。

需要指出的是，标记点由弧面点位的切线上，通过构建的检测实施地图形成空间坐标系，且每个移动平台、机械手及其执行末端共用空间坐标系，得以快速统一标定位置，在上述的工具设备更新时只需要简单的操作即可完成协同标定，为设备的多功能用途提供保证。

得益于视觉相机和空间坐标系，由视觉相机有效识别产品上的待测标记点，并得到标记点的空间坐标系，对于本发明中待测舱体的标记点，通过切线法相确认算法，同时得到当前标记点的径向法向、曲率等参数。

作为示例的，以机械手基座为基础坐标系，执行末端为末端坐标系end，视觉相机为独立坐标系cam，测试设备为工具坐标系tool，通过将各模块坐标系皆以坐标系为基准进行换算标定，最终统一全部模块坐标，实现协同配合动作。

在步骤A中，首先构筑待测舱体1的标准几何特征模型，添加标准应力数据，在标准几何模型上添加、测试和记录标记点3，并将待测舱体的模型及其上的标记点的空间位置数据导入至空间坐标系中，其中，标准应力数据可以理解为允许的应力范围；

在步骤B至步骤C中，移动平台根据规划的待测区域及其标记点，沿规划的检测路径依次行进，并检索标记点，并对标记点逐一实施应力检测，并得到实测应力数据；

在当前待测区域内，通过视觉相机确定标记点的实时空间位置，从而引导移动平台和机械手调整姿态至步骤C中的位置，通过测试设备8采集相应位置的实测应力数据，以绘制应力云图，生成基于几何模型与实测数据的残余应力模型，有利于保证标记点位置以及应力数据的可靠性；

并且，在构建应力云图时，得益于共用空间坐标，通过将坐标数据与实测数据拟合至几何特征模型，生成应力云图模型，检测结果更为直观。

通过上述，得以由3D图形展示舱体几何信息，以支持常见图形操作，进行待测舱体1几何的关键位置标注，加入测试标记点，测试距离、角度、带宽等信息摆放测试设备8/仪器位置，记录测试点/测试设备8坐标，并将其保存在对应工作项13中，便于对测试结果进行处理，在3D图形中进行计算处理并根据坐标位置在被测实物模型中进行成像，在几何图形中显示实测数据结果。

得益于空间坐标系的布置，有利于待测舱体和移动平台的布置，以及移动平台的路线规划，方便移动平台进行流畅快速的移动，进而实现移动平台的自动行进，以及机械手驱动测试设备自动进行应力检测，最终输出应力云图和相应的德拜环。

如图13所示，测试设备8还包括数据库10，以及分布式存储在数据库10内的至少一个工作项13，空间坐标系被存储至数据库内，工作项13与测试设备8相配置，工作项13设置有几何数据单元16，每个几何数据单元16对应配置有标准存储单元14和实测存储单元15，其中，几何数据单元16获取待测舱体1的几何模型，标准存储单元14获取几何模型的标准应力数据，实测存储单元15获取待测舱体1的实测应力数据。

通过上述，得以通过设置多个移动平台，并通过对多个移动平台布置待测区域，每个移动平台对应一个工作项，以使检测工作快速实施。

测试设备8还包括数据分析模块11和数据管理模块12，数据管理模块12支持不同格式的数据录入，并连接多个工作项13，以对多个测试设备8录入实行模型表达与数据管理，数据分析模块11对每个测试设备8的测试数据和测试设备8的设备状态数据实时分析，并对数据分析结果储存至数据库10和呈现。

每个几何数据单元16还配置有对应标记点存储单元，标记点存储单元与数据分析模块连接，通过对标记点的空间位置的确认，即标记点在构建出的实施空间坐标系的坐标等数据，并进一步分析和确定出待测舱体的曲面曲率，从而解决曲面弧形工件的数据参数难以确认的问题。

对于数据管理模块12，针对在测试过程中可能出现的数据获取不完整，包括条件信息、状态信息、部分应力数据信息，以及数据分析时可能需要的补录信息，如补入标记点3，以及应对变化部分1.1的情况，数据管理中心支持在界面中手动导入Excel、CSV、SAS等格式文件，并支持SPSS等扩展内容。

测试设备8还包括数据采集模块，其用于收集和整理对应待测区域2、标记点3、变化部分1.1的实测应力数据和德拜环，并传输至数据库10。

测试设备还包括设备控制模块，设备控制模块以测试仪器、传感器等采集、控制设备为管理对象，进行统一调度、管理、监控的通讯集成模块，在实际测试场景中，设备都与测试设备总线链接，并接受控制及采集指令，一方面而简化了链接过程，并提高了应用效率；另一方面为测试状态和测试设备本身的一系列管理工作提供了应用基础。

设备控制模块具体包含配置项交互界面、数据接口协议的执行和控制指令集，在测试过程中，该模块负责根据测试规划、在线数据以及判读结果，对实际测试环境下的测试设备的自动或手动控制任务进行调度，在实际测试过程中，判读结果可以包含条件设置、在线数据实时反馈值、以及统计分析结果进行高效调整。

从而，通过上述的模块和测试设备的通讯协议，实现在同一空间坐标系内的共同协作，对移动平台和测试设备的检测指令的下达，待测区域和检测区域的到达，实现残余应力的标记点自动采样和位置的确定，机械手和测试设备的引导，最终完成残余应力检测，生成直观的应力云图。

如图10至图12所示，作为对具有变化几何特征的待测舱体1的一种检测方法，在步骤C和步骤E中，将型面变化或几何特征变化的部位定义为变化部位，对变化部位规划为第一部分和第二部分，并将在移动平台4的检测路径5上编辑对覆盖第一部分的第一检测区域2.1，覆盖第二部分的第二检测区域2.2，以及覆盖第一部分和第二部分的第三检测区域2.3，在图11和图12中，第一检测区域2.1与第二检测区域2.2相邻排列(虚线表示)，第三检测区域2.3覆盖在第一检测区域2.1和第二检测区域2.2之间(实线表示)，在该检测路径5中，移动平台4驱动执行末端和测试设备8依次对第一检测区域2.1、第三检测区域2.3和第二检测区域2.2进行检测，以获得在变化部位处的多维度的实测残余应力数据，在同一部位的周侧得到多维度的衍射强度峰值，进而优化德拜环和应力云图的应力分布和数值的呈现，该检测方法的目的在于精确变化部位处的残余应力检测，由于残余应力对其周边部分具有延展的共同作用，该种检测方法有效减少相邻待测区域2之间出现数据断层和突窜，需要指出的是，在待测舱体1的其余部分具有相对的材料和晶体一致性，而在变化部分1.1与轮廓均与部分之间的区域也可采用上述的重合检测，以得到更为精确的应力云图和德拜环。

具体的，变化部分1.1还可根据多自由度的机械手7上的执行末端划分呈多个部分，并在检测路径5上设定出对应每一部分的检测区域5.2，以及覆盖多个部分的检测区域5.2，以获得更为精确的应力云图和德拜环，并且提高对不同几何特征部位的适应性。

另外的，变化部分1.1还可被定义为德拜环和应力云图的数据窜突和断层，该数据变化主要通过数据分析单元的实时检测得到，以通过人工或自动编辑录入相对应的新增待测区域2，从而使得移动平台4和执行末端的测试设备8快速响应。

作为该种实施方式的进一步改进，期望通过设置多个移动平台4和机械手7执行末端以相互协作，进而提高工作效率，该种情况下，多个移动平台及其搭载的测试设备之间通过控制调度系统分配连接，共享实施地图和检测路径所构成的空间坐标，并分配待测区域。

由此，可将移动平台4分配为一类检测装置8.3、二类检测装置8.4和三类检测装置8.5，其中，针对待测舱体1，一类检测装置8.3和二类检测装置8.4被设置为相对于待测舱体1的两侧进行同步检测，进而相对减少移动平台4的行进轨迹，以优化动作轨迹和检测耗时，而三类检测装置8.5被设置为辅助上述的检测装置，其用于在变化部位处进一步实施上述的重合检测，使得一类二类检测装置8.4能够继续沿其规划的检测路线逐一进行工作，该种方式，数据库10对应三类检测装置8.5增设独立的录入工作项13，以实时适应检测环境和检测数据的变化。

作为上述三类检测装置8.5的进一步优化，三类检测装置8.5的检测路径5被编辑在一类二类检测装置8.4的外环，以防止相互干涉，并在一类二类检测装置8.4离开当前待测区域2后，三类检测装置8.5行进至前一待测区域2，在该过程中，数据库10增设对应的变化工作项1713，用于储存变化部位的数据变化信息和变化部位的具体位置信息。

上述的一类检测装置、二类检测装置和三类检测装置通过设备控制模块结合数据库内的空间坐标系统筹规划运行。

具体的，在步骤A中，还包括舱体部署，舱体以其轴向水平的姿态布置，并在舱体底部设置承载旋转装置9，环绕舱体周侧设定为待测工作环境，由承载旋转装置9驱使舱体转动，以将舱体表面的标记点3呈现在测试设备8面前，由此，在步骤B至步骤F的循环过程中，还包括承载旋转装置9动作并驱动舱体转动一角度，数据管理模块12分别记录承载旋转装置9的动作角度，以及待测舱体1的实际转动角度，实现对检测过程中数据的实时监控，而待测舱体1的转动优选是在当前移动平台4行进完成一次轴向方向上的检测之后进行。

其中，承载旋转装置9包括并排布置在待测舱体底部的两个传动辊，以及用于驱动两个传动辊转动的动力电机，以通过传动辊的作用带动待测舱体转动，亦或是借助外力驱使待测舱体转动，此时传动辊通过动力电机施以辅助引导的作用力。

承载旋转装置9与数据库10、数据分析单元、数据采集单元和数据管理模块12连接，数据库10对应旋转承载装置和舱体的转动动作设立监控数据库10，以记录和存储动作历史。

在一些情况下，待测舱体1的某一变化部分1.1在一次轴向的待测区域2检测过程中检测和分析完毕，此时，承载旋转装置9根据几何模型特征和其上的标记点3驱动舱体转动，使得周向上下一待测区域2呈现在移动平台4面前，应力检测和数据分析过程如上进行。

如图11至图12所示，在另一些情况下，待测舱体1的某一变化部分1.1存在回转方向上的延伸部分，致使变化部分1.1未能被覆盖检测，由此，在该步骤中，根据几何模型特征和变化部位的数据变化，确定转动角度，以一次或多次的方式实施角度转动(图中中心线为待测舱体1的转动轴线)，进而确保变化部分1.1在回转方向上被充分覆盖，将舱体从图11所示的位置转动至图12所示的位置，在图11和图12中以变化部位的位置体现，需要指出的是，对每一次实施的角度转动均进行应力检测，该检测具体由三类检测装置8.5进行，在该变化部分1.1或是数据变化部分1.1添加标记点3，而实际上，通过多自由度的机械手7和末端执行机构，得以减少舱体的转动次数，提高工作效率，且对回转方向上的变化部分1.1的检测规划，与上述重合检测方式一致，从而对变化部分1.1施加轴向维度和回转维度的检测，得到精确的德拜环和应力云图，以对残余应力进行针对性的去应力工作。

优选的，在针对回转的变化部分1.1的检测时，预设舱体转动第一角度，一类二类检测装置8.4对转动第一角度后的待测舱体1进行检测，数据管理单元在数据库10建立角度的检测数据信息，并在舱体回转至初始检测角度时，数据分析单元将第一角度的检测数据与初始检测角度的检测数据整合分析，并进一步提高初始角度和第一角度重合部分的检测精度，以及德拜环、应力云图的数据连续性。

(测试设备8)

具体的，在步骤C中，测试设备8包括布置在机械手7的执行末端的二维探测器8.2和X射线发生装置8.1，X射线发生装置8.1关于标记点3法向输出X射线，并通过二维探测器8.2采集从标记点3反馈的X射线衍射部分，从而生成当前标记点3的德拜环图像，且，残余应力计算公式满足：

如图7所示，为α角度的定义，επ+α，以及επ-α所在圆弧为不受应力影响下的德拜环示意，εα，以及ε-α所在圆弧为受应力影响下的德拜环示意，如图14所示，为X射线衍射的计算图示，其中，衍射峰2θ的范围为143°至166°，在图14中，B为入射X射线，ε为衍射面法向线(应变)，C所在的弧形虚线为德拜环示意，A为待测舱体上的衍射面，Z为衍射X射线。

在检测过程中，X射线入射光束照射到标记点3表面时，理想的均匀的各向同性材料形成的德拜环图像是一个衍射强度均匀分布的标准的圆形，当被测材料中存在残余应力时，此时的德拜环图像不再是标准的圆形，其形状会在应力影响下发生变形，进而直观表现应力影响情况，以及分析残余应力。

本发明的二维探测器8.2一次性采集获取完整的德拜环，X射线的单角度一次入射即可完成残余应力测量(通常为35°)，满足上述中对变化部分1.1的复杂形状和狭窄空间的测量，且X射线单次曝光可获得500个衍射点进行残余应力数据拟合，结果更精确，使得残余应力的测量速度和精度大大提升。

如图2和图8所示，具体的，在步骤C中，测试设备8通过对待测位置和/或标记点3发射X射线，X射线衍射部分将被探测器记录下衍射信息，从而得到德拜环，数据采集单元并对产品表面待测位置和/或标记点3进行应力数据的采集，并被分配至对应的工作项13，存储至数据库10，再通过数据分析处理软件对采集到的数据进行分析生成奥氏体相与非奥氏体相的德拜环、数据报表、应力云图，其中，待测区域2和/或标记处的德拜环在残余应力的影响下生成不标准的圆形，通过对于无应力条件下的德拜环和受应力影响后的德拜环进行分析，即可获得被测材料的晶格畸变信息，进而通过胡可定律结合系统内置软件可以计算得出被测材料表面的残余应力数据，而上述的重合检测进一步的满足了德拜环强度分布的完整性，使得数据分析更加可靠。

具体的，测试设备8还配备CCD摄像头、LED辅助定位系统、电子角度显示计，电子角度显示计用于调整被测样品表面和设备的相对水平。

如图6所示，在进行测试设备8与标记点3的定位时，测试设备8借由LED辅助定位系统输出环形的定位光束8.6，其在标记点3的光斑对应X射线的辐照位置，并借由CCD摄像头在标记点3生成校正区域8.7，通过调整机械手7姿态，当定位光束8.6位于校正区域8.7内时，则完成测试设备8与标记点3的定位，此时，根据当前的标记点3相对位置实施残余应力检测，得到德拜环的衍射强度信息，以及德拜环的完整性及强度分布特征，从而分析和判断出材料中是否有大晶粒及是否存在取向/组织结构，同时，上述德拜环信息和应力数据被存储至对应标记点3的工作项13，借由数据分析模块11和数据管理模块12整合，并输出残余应力检测报告。

值得一提的是，残余应力检测过程中X射线的辐射量与操作者的健康息息相关，该设备功率低，辐射剂量小，尽可能的从源头上减轻辐射对人体的影响。

如图8和图9所示，是本仪器在使用Cr靶，搭配φ1mm的准直器8.8在30KV 1.5mA条件下不同距离不同测试角度下的辐射数据。

在本发明中，移动平台、机械手、3D视觉相机及应力检测设备的组合，整体结构小巧轻量化，便于不同应用场景的快速切换，新场景下部署快，测试配方模块化，程序更新快，单独模块均可拆分独立搭载配合其他模块而适用于多种残余应力检测场景及其他的装配、运载、避障、测量等场景。

(移动平台4部署)

在步骤A中，在检测路径5中设置初始站点6，以及至少一个移动平台4，每个移动平台4上承载测试设备8，其中，移动平台4被设置为在平面路径上启停、直线移动、转弯和原地旋转等动作，在初始站点6处设置有充电桩和充电安全防护设施，以供移动平台4在初始站点6整备。

作为对充电桩的进一步实施方式，充电桩满足对移动平台4、机械手7及其执行末端、以及测试设备8的供电，并在充电桩上方设置有干粉灭火装置(图中未示出)，具体包括喷射嘴、感温玻璃球和压力表，以在周遭温度达到一定极值时，或是出现明火时，干粉灭活装置得以被高压启动，输出干粉以扑灭火源。

本发明还提供一种实施上述检测方法的残余应力检测装置，包括用于支承待测舱体的承载旋转装置9，以及搭载有测试设备的移动平台，所述待测舱体外周规划有检测路径，且所述移动平台被设置为在待测舱体和检测路径之间相对移动至检测位置，且所述测试设备在检测位置对待测舱体上的标记点实施残余应力检测，所述测试设备包括机械手和设置在机械手执行末端的X射线发生装置和二维探测器。

(移动平台4)

移动平台4配置有控制柜，控制柜内集成有机械手7控制器、残余应力检测仪控制器、以及移动平台4控制器，通过通讯接口实现控制器之间的协同作业。

如图5所示，具体的，所述移动平台4上还设有防碰撞机构，其包括前置距离可设置的激光避障单元，用于检测障碍物尺寸的障碍检测单元，触碰传感器、接近传感器，能够360度障碍物检测和立体检测低矮物体或平面障碍物，并主动减速和停止，实现人机协作，提升安全性能。

需要指出的是，移动平台4正确的到位是检测设备实施残余应力检测和分析的重要条件之一，因此，保证移动平台4的移动可靠性是有必要的，且所述移动平台4通过激光避障单元和障碍检测单元在其两侧形成第一减速控制区4.1，在其前方形成减速停止区4.3，在减速停止区4.3前方形成第二减速控制器，并在第一减速控制区4.1和第二减速控制区4.2内被设置为触发减速到设计速度，在减速停止区4.3内被设置为触发减速至停止。

值得一提的是，步骤A中环境地图的编辑通过移动平台4上的激光雷达得以实现，如激光避障单元，在移动平台4在检测路径5行进过程中，实时更新环境地图，对环境进行动态的检测和动态地图的更新，减少环境对移动平台4移动和应力检测工作的影响，保证测试设备8正常运行，另外，在设置多个移动平台的工况下，共享每个工作项内的几何数据和地图数据，以实时更新，且多个移动平台共用一空间坐标系和工作地图，确保相互之间的快速协作，并避免相互干涉。

对于移动平台4和机械手7之间的联动关系，在机械手7被控制动作，进行标记点3的检索和应力检测时，期望移动平台4被停止制动，因此在移动平台4与机械手7、测试设备8之间通过通讯协议建立连接，以满足协同作业的需求，本移动平台4配置的EAC扩展通讯协议，控制其他搭载组件的暂定、继续、执行、取消等动作指令，如机械手7和测试设备8，病通过移动平台4获取当前机械手7和测试设备8的动作状态以及执行结果，并在移动平台4上预留有相对应的通讯接口模块。

(机械手7及其执行末端)

如图1和图4所示，机械臂作为具体执行单元，带动其执行末端实现不同的姿态变化，以满足不同的应力检测位置，调整X射线发生装置8.1与相对标记点3的位置。

具体的，在步骤C中，还包括手动拖曳模式，人工控制移动平台4并调整至检测区域5.2，并确定待测标记点3，切换机械手7至手动控制模式并拖曳机械手7，以校正测试设备8至标记点3，启动测试设备8并调控机械手7姿态至标记点3的法向，完成对当前标记点3的检测。

具体的，在步骤C中，机械手7内置有六维力传感器，以及检测机械手7的末端接触力的力反馈摸亏，从而与机械手7的控制模块信息交互，以辅助机械手7在手动拖曳下柔性随动和碰撞检测。

具体的，所述机械手7的执行末端设有拖曳手柄7.1、测试设备8、视觉相机7.2、触摸按钮7.3和/或电解抛光装置。

优选的，为保证执行末端与标记点的相对位置，以便于精确获取标记点的空间坐标数据，执行末端上还设有激光测距模块，同时，激光测距模块还作为辅助安全设置，可以防止末端工具与产品发生接触。

其中，为避免在启动测试设备8时影响机械手7的位置精度，本发明的触摸按钮7.3由激光触发，触摸按钮7.3集成安装于执行末端的头部位置，在步骤C中，工作人员对测试设备8校准完毕后，用手指触发短暂延时后设备开始检测动作，触摸按钮7.3响应手指阻挡光线而不是压力，所以接触力可以几乎可以忽略。

在另一些实施例中，对触摸按钮7.3提供黄色区域罩(图中未示出)，以防止意外触发。提供对环境光、EMI和RFI的抗扰性。

作为对残余应力检测后的应力消除步骤，以金属工件为阳极，在电解液中进行电解，有选择地除去其粗糙面，提高表面光洁程度，电解抛光装置为电解笔，电解笔可选为构置在执行末端，通过上述的应力分析，引导移动平台4和机械手7保持在待消除应力位置，根据不同规格的电解笔的规格，处理不同形状、不同深度要求的电解抛光工作，同时，根据不同的抛光区域和抛光深度，以及抛光时间的选择，通过数字计数器精确的控制保证抛光速率的稳定性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种残余应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.环境和测试设备(8)的部署，对舱体所处的空间和环境进行扫描，以构建检测实施地图和编辑检测路径(5)，从而构建空间坐标系，舱体划分为若干个待测区域(2)，并在待测区域(2)内施加标记点(3)，并在检测路径(5)内设定等待区域(5.1)，在检测路径(5)外设置初始站点(6)，并在初始站点(6)布置移动平台(4)，移动平台(4)上承载有机械手(7)、视觉相机(7.2)和测试设备(8)；

B.检索标记点(3)，调度移动平台(4)行进至等待区域(5.1)，并进一步移动移动平台(4)至检测区域(5.2)，直至当前检测区域(5.2)内的标记点(3)呈现在当前视野内；

C.残余应力检测，由视觉相机(7.2)引导机械手(7)运行并对当前检测区域(5.2)内的标记点(3)对焦，通过机械手(7)关于每一标记点(3)分别调整测试设备(8)的姿态，并由视觉相机(7.2)找正标记点(3)的法线，由测试设备(8)对标记点(3)进行残余应力检测；

E.对当前待测区域(2)内的标记点(3)检测完毕后，进入下一待测区域(2)外的等待区域(5.1)，重复上述步骤，依次检测舱体上所有标记点(3)；

F.上传检测数据并分析应力。

2.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤C中，测试设备(8)通过对待测位置和/或标记点(3)发射X射线，并对产品表面待测位置和/或标记点(3)进行应力数据的采集，再通过数据分析处理软件对采集到的数据进行分析生成奥氏体相与非奥氏体相的德拜环、数据报表、应力云图。

3.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤C中，测试设备(8)包括布置在机械手(7)的执行末端的二维探测器(8.2)和X射线发生装置(8.1)，X射线发生装置(8.1)关于标记点(3)法向输出X射线，并通过二维探测器(8.2)采集从标记点(3)反馈的X射线衍射部分，从而生成当前标记点(3)的德拜环图像，且，残余应力计算公式满足：

4.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤C中，还包括手动拖曳模式，人工控制移动平台(4)并调整至检测区域(5.2)，并确定待测标记点(3)，切换机械手(7)至手动控制模式并拖曳机械手(7)，以校正测试设备(8)至标记点(3)，启动测试设备(8)并调控机械手(7)姿态至标记点(3)的法向，完成对当前标记点(3)的检测。

5.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤C中，移动平台根据规划的待测区域及其标记点，沿规划的检测路径依次行进，并检索标记点，获取和记录标记点的空间坐标，并对标记点逐一实施应力检测，得到实测应力数据；

在当前待测区域内，通过视觉相机确定标记点的实时空间位置，从而引导移动平台和机械手调整至检测姿态，通过测试设备采集相应位置的实测应力数据，并将标记点的空间坐标对应待测舱体上的检测数据拟合至几何特征模型，以绘制应力云图，生成基于几何模型与实测数据的残余应力模型。

6.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤A中，还包括舱体部署，舱体以其轴向水平的姿态布置，并在舱体底部设置承载旋转装置，环绕舱体周侧设定为待测工作环境，由承载旋转装置驱使舱体转动，以将舱体表面的标记点(3)呈现在测试设备(8)面前。

7.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：所述移动平台(4)上还设有防碰撞机构，其包括前置距离可设置的激光避障单元，用于检测障碍物尺寸的障碍检测单元，且所述移动平台(4)通过激光避障单元和障碍检测单元在其两侧形成第一减速控制区(4.1)，在其前方形成减速停止区(4.3)，在减速停止区(4.3)前方形成第二减速控制器，并在第一减速控制区(4.1)和第二减速控制区(4.2)内被设置为触发减速到设计速度，在减速停止区(4.3)内被设置为触发减速至停止。

8.根据权利要求1所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：在步骤A中，首先构筑待测舱体(1)的标准几何特征模型，添加标准应力数据，并在标准几何模型上添加、测试和记录标记点(3)，将几何特征模型和标记点配置于空间坐标系，通过测试设备(8)采集相应位置的实测应力数据，将坐标数据与实测应力数据拟合至几何特征模型，以绘制应力云图，生成基于几何模型与实测数据的残余应力模型；

还包括数据库(10)，以及分布式存存储在数据库(10)内的至少一个工作项(13)，工作项(13)与测试设备(8)相配置，工作项(13)设置有几何数据单元(16)，每个几何数据单元(16)对应配置有标准存储单元(14)和实测存储单元(15)，其中，几何数据单元(16)获取待测舱体(1)的几何模型，标准存储单元(14)获取几何模型的标准应力数据，实测存储单元(15)获取待测舱体(1)的实测应力数据。

9.根据权利要求8所述的一种残余应力检测方法，其特征在于：还包括数据分析模块(11)和数据管理模块(12)，数据管理模块(12)支持不同格式的数据录入，并连接多个工作项(13)，以对多个测试设备(8)录入实行模型表达与数据管理，数据分析模块(11)对每个测试设备(8)的测试数据和测试设备(8)的设备状态数据实时分析，并对数据分析结果储存至数据库(10)和呈现。

10.一种残余应力检测装置，其特征在于：包括用于支承待测舱体的承载旋转装置，以及搭载有测试设备的移动平台，所述待测舱体外周规划有检测路径，且所述移动平台被设置为在待测舱体和检测路径之间相对移动至检测位置，且所述测试设备在检测位置对待测舱体上的标记点实施残余应力检测，所述测试设备包括机械手和设置在机械手执行末端的X射线发生装置和二维探测器。