CN206618699U - 一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置 - Google Patents

Abstract

一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，包括CCD相机、显微镜、显微镜支架、显微镜裂纹捕捉移动平台及计算机；显微镜通过显微镜支架水平安装在显微镜裂纹捕捉移动平台上，CCD相机的镜头端与显微镜的目镜端相连，显微镜的物镜端正对被测材料表面；CCD相机的信号输出端与计算机相连；显微镜裂纹捕捉移动平台的动作控制信号由计算机输出；显微镜裂纹捕捉移动平台包括X向水平移动平台和Y向水平移动平台，X向水平移动平台设置在Y向水平移动平台上。本实用新型在整个测量过程中不受人为因素影响，裂纹扩展过程可实时捕捉，裂纹扩展长度和时间关系数据由计算机精确记录，裂纹扩展速率则在计算机中计算得出并同步显示，提高了测量效率和测量精度。

Description

一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置

技术领域

本实用新型属于金属材料疲劳性能检测技术领域，特别是涉及一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置。

背景技术

材料疲劳寿命分为裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段，而研究裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率，可以获取材料在交变载荷作用下的微小裂纹扩展规律，以便为实际应用该材料的零部件和机械结构提供检修和使用寿命的理论依据，进而保证零部件和机械结构的安全性和可靠性。目前，材料疲劳裂纹扩展速率的测量方式主要有两种，分为直接法和间接法。

直接法为：将显微镜对准材料裂纹萌生处，并通过人眼直接读取显微镜中的刻度，进而得到裂纹扩展长度值，再结合时间参数就可得到疲劳裂纹扩展速率。但是，在读数时，必须停止交变载荷的加载，从而形成“加载-停止加载-读数-加载”的间断式测量模式，测量效率较为低下，而且受人为因素的影响，测量精度的误差范围较大，，由于读数完全通过人工方式进行，还存在人员劳动强度大及人工成本高的缺点。

间接法为：通过读取其他物理量的变化值，并间接得到裂纹扩展长度值，再结合时间参数就可得到疲劳裂纹扩展速率。而且，间接法又可分为电位法和柔度法，电位法要求被测材料必须是导体，而且需要事先标定电位差与裂纹长度的对应关系，导致测量工序十分复杂，很容易引入测量误差，从而降低测量精度；柔度法要求首先求出并给定被测材料的柔度系数，而且柔度系数与被测材料的试样形状密切相关，被测材料的试样形状不同，柔度系数也会相应发生变化，而且在裂纹扩展长度计算公式中还存在较多的变量，这些变量也容易存在误差，从而也会严重影响裂纹扩展长度的计算精度，最终影响疲劳裂纹扩展速率的精度。

公告号为CN102253087A的中国专利申请，公开了一种疲劳裂纹扩展速率自动测量装置及方法，属于间接法，其是基于裂纹扩展引起平行断裂线的通断，并间接测量断裂根数来获得裂纹扩展长度，而裂纹扩展长度的测量精度直接与断裂线的间距和粗细相关，能达到的精度十分有限，而且断裂线具有弹性，当裂纹很小时，断裂线发生弹性变形，必然造成误差，而且断裂线是人工粘贴的，很容易导致断裂线粘贴不平行或粘贴不牢的情况，从而带入初始误差，最终都会降低测量精度。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，整个测量过程不受人为因素的影响，裂纹扩展过程能够被实时捕捉，裂纹扩展长度和时间关系数据直接通过计算机进行精确记录，而裂纹扩展速率则直接在计算机中计算得出和同步显示，进而有效提高了测量效率和测量精度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，包括CCD相机、显微镜、显微镜支架、显微镜裂纹捕捉移动平台及计算机；所述显微镜通过显微镜支架水平安装在显微镜裂纹捕捉移动平台上，所述CCD相机的镜头端与显微镜的目镜端相连，显微镜的物镜端正对被测材料表面；所述CCD相机的信号输出端与计算机相连；所述显微镜裂纹捕捉移动平台的动作控制信号由计算机输出。

所述显微镜裂纹捕捉移动平台包括X向水平移动平台和Y向水平移动平台，所述X向水平移动平台设置在Y向水平移动平台上，所述显微镜通过显微镜支架水平安装在X向水平移动平台上。

所述X向水平移动平台包括X向水平支架、X向驱动电机、X向水平滚珠丝杠、X向水平导杆及X向滑块；所述X向水平滚珠丝杠通过轴承安装在X向水平支架内，X向驱动电机通过联轴器与X向水平滚珠丝杠一端相固连；所述X向水平导杆固定安装在X向水平支架内，且X向水平导杆与X向水平滚珠丝杠相平行；所述X向滑块通过内置丝母套装于X向水平滚珠丝杠上，在X向滑块上还设置有导向光孔，所述X向水平导杆穿装于X向滑块的导向光孔内；所述X向驱动电机的动作控制信号由计算机输出；所述显微镜通过显微镜支架水平安装在X向水平移动平台的X向滑块上。

所述Y向水平移动平台包括Y向水平支架、Y向驱动电机、Y向水平滚珠丝杠、Y向水平导杆及Y向滑块；所述Y向水平滚珠丝杠通过轴承安装在Y向水平支架内，Y向驱动电机通过联轴器与Y向水平滚珠丝杠一端相固连；所述Y向水平导杆固定安装在Y向水平支架内，且Y向水平导杆与Y向水平滚珠丝杠相平行；所述Y向滑块通过内置丝母套装于Y向水平滚珠丝杠上，在Y向滑块上还设置有导向光孔，所述Y向水平导杆穿装于Y向滑块的导向光孔内；所述Y向驱动电机的动作控制信号由计算机输出；所述X向水平移动平台通过X向水平支架固定设置在Y向水平移动平台的Y向滑块上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型与现有技术相比，整个测量过程不受人为因素的影响，裂纹扩展过程能够被实时捕捉，裂纹扩展长度和时间关系数据直接通过计算机进行精确记录，而裂纹扩展速率则直接在计算机中计算得出和同步显示，进而有效提高了测量效率和测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置结构示意图；

图2为本实用新型的显微镜裂纹捕捉移动平台结构示意图；

图中，1—CCD相机，2—显微镜，3—显微镜支架，4—被测材料，5—X向水平移动平台，6—Y向水平移动平台，7—X向水平支架，8—X向驱动电机，9—X向水平滚珠丝杠，10—X向水平导杆，11—X向滑块，12—Y向水平支架，13—Y向驱动电机，14—Y向水平滚珠丝杠，15—Y向水平导杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，包括CCD相机1、显微镜2、显微镜支架3、显微镜裂纹捕捉移动平台及计算机；所述显微镜2通过显微镜支架3水平安装在显微镜裂纹捕捉移动平台上，所述CCD相机1的镜头端与显微镜2的目镜端相连，显微镜2的物镜端正对被测材料4表面；所述CCD相机1的信号输出端与计算机相连；所述显微镜裂纹捕捉移动平台的动作控制信号由计算机输出。

所述显微镜裂纹捕捉移动平台包括X向水平移动平台5和Y向水平移动平台6，所述X向水平移动平台5设置在Y向水平移动平台6上，所述显微镜2通过显微镜支架3水平安装在X向水平移动平台5上。

所述X向水平移动平台5包括X向水平支架7、X向驱动电机8、X向水平滚珠丝杠9、X向水平导杆10及X向滑块11；所述X向水平滚珠丝杠9通过轴承安装在X向水平支架7内，X向驱动电机8通过联轴器与X向水平滚珠丝杠9一端相固连；所述X向水平导杆10固定安装在X向水平支架7内，且X向水平导杆10与X向水平滚珠丝杠9相平行；所述X向滑块11通过内置丝母套装于X向水平滚珠丝杠9上，在X向滑块11上还设置有导向光孔，所述X向水平导杆10穿装于X向滑块11的导向光孔内；所述X向驱动电机8的动作控制信号由计算机输出；所述显微镜2通过显微镜支架3水平安装在X向水平移动平台5的X向滑块11上。

所述Y向水平移动平台6包括Y向水平支架12、Y向驱动电机13、Y向水平滚珠丝杠14、Y向水平导杆15及Y向滑块；所述Y向水平滚珠丝杠14通过轴承安装在Y向水平支架12内，Y向驱动电机13通过联轴器与Y向水平滚珠丝杠14一端相固连；所述Y向水平导杆15固定安装在Y向水平支架12内，且Y向水平导杆15与Y向水平滚珠丝杠14相平行；所述Y向滑块通过内置丝母套装于Y向水平滚珠丝杠14上，在Y向滑块上还设置有导向光孔，所述Y向水平导杆15穿装于Y向滑块的导向光孔内；所述Y向驱动电机13的动作控制信号由计算机输出；所述X向水平移动平台5通过X向水平支架7固定设置在Y向水平移动平台6的Y向滑块上。

下面结合附图说明本实用新型的一次使用过程：

首先将制备成试样的被测材料4安装到交变载荷试验机中，将本实用新型的测量装置置于交变载荷试验机前方。

启动计算机，控制显微镜裂纹捕捉移动平台动作，首先控制X向水平移动平台5的X向驱动电机8动作，将显微镜2的物镜镜头对准被测材料4待观测的表面，以使裂纹尖端能够处于CCD相机1的可视区域内，然后调整显微镜2的焦距和光线至合适状态。

启动交变载荷试验机，对被测材料4施加交变载荷，通过计算机控制Y向水平移动平台6的Y向驱动电机13动作，进而控制显微镜2实时追踪裂纹尖端，同时将观测到的裂纹长度与时间关系的数据传输到计算机中，并在计算机中自动计算出疲劳裂纹扩展速率，同时在计算机的显示器中实时呈现。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，其特征在于：包括CCD相机、显微镜、显微镜支架、显微镜裂纹捕捉移动平台及计算机；所述显微镜通过显微镜支架水平安装在显微镜裂纹捕捉移动平台上，所述CCD相机的镜头端与显微镜的目镜端相连，显微镜的物镜端正对被测材料表面；所述CCD相机的信号输出端与计算机相连；所述显微镜裂纹捕捉移动平台的动作控制信号由计算机输出。

2.根据权利要求1所述的一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，其特征在于：所述显微镜裂纹捕捉移动平台包括X向水平移动平台和Y向水平移动平台，所述X向水平移动平台设置在Y向水平移动平台上，所述显微镜通过显微镜支架水平安装在X向水平移动平台上。

3.根据权利要求2所述的一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，其特征在于：所述X向水平移动平台包括X向水平支架、X向驱动电机、X向水平滚珠丝杠、X向水平导杆及X向滑块；所述X向水平滚珠丝杠通过轴承安装在X向水平支架内，X向驱动电机通过联轴器与X向水平滚珠丝杠一端相固连；所述X向水平导杆固定安装在X向水平支架内，且X向水平导杆与X向水平滚珠丝杠相平行；所述X向滑块通过内置丝母套装于X向水平滚珠丝杠上，在X向滑块上还设置有导向光孔，所述X向水平导杆穿装于X向滑块的导向光孔内；所述X向驱动电机的动作控制信号由计算机输出；所述显微镜通过显微镜支架水平安装在X向水平移动平台的X向滑块上。

4.根据权利要求3所述的一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，其特征在于：所述Y向水平移动平台包括Y向水平支架、Y向驱动电机、Y向水平滚珠丝杠、Y向水平导杆及Y向滑块；所述Y向水平滚珠丝杠通过轴承安装在Y向水平支架内，Y向驱动电机通过联轴器与Y向水平滚珠丝杠一端相固连；所述Y向水平导杆固定安装在Y向水平支架内，且Y向水平导杆与Y向水平滚珠丝杠相平行；所述Y向滑块通过内置丝母套装于Y向水平滚珠丝杠上，在Y向滑块上还设置有导向光孔，所述Y向水平导杆穿装于Y向滑块的导向光孔内；所述Y向驱动电机的动作控制信号由计算机输出；所述X向水平移动平台通过X向水平支架固定设置在Y向水平移动平台的Y向滑块上。