一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备

1.本发明涉及超声波无损检测技术领域，特别是涉及一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备。


背景技术：

2.材料的失效一直是工业建设上的一大重要问题，而材料的残余内应力则是诱导材料疲劳老化的一个关键因素，因此，检测材料的残余应力是一项关键且重要的技术手段，有利于及时了解材料的力学性能，判断服役情况，能够及时在材料出现问题前进行必要的措施避免发生问题。
3.目前，虽然有几种常用的残余应力检测方法，然而这些方法的特点是需要破坏材料本身或者需要对相同状态下的同种材料进行测试，又或者检测精度不足。近些年来，一些无损应力测试等新的残余应力检测方法开始被使用，包括射线检测法、电磁检测法等，然而这些方法多多少少会面临着一些缺点，比如射线检测的环境辐射危害，仪器本身复杂笨重，又如电磁检测的材料局限性和精度不稳定等弊端。
4.利用超声波进行应力检测在一些使用场景中因具有独特的优势而被大量的采用，其具有外部结构相对简单，精度更稳定和精确，以及对人与环境更健康友好等优点。利用超声波脉冲收发装置并通过计算机对比不同残余应力影响下的试样波形差别，可以简单的计算出该材料的应力差，方便快捷。但是现有的超声波应力检测装置需要操作人员进行手动操作来进行控制，这就需要操作人员有熟练且稳定的操作，避免因耦合变化而导致测量产生误差，对操作人员的操作手法与工作经验有较高要求，测量效率也将会大大降低，因此，有必要针对这一缺点对超声波应力检测方法进行改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，用以解决上述背景技术提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，包括承载箱体和机械走行机构，所述承载箱体的内部填充有耦合液；所述机械走行机构包括x轴电动导轨、y轴电动导轨以及z轴电动导轨；所述z轴电动导轨布设在在所述承载箱体的上端；所述x轴电动导轨滑动设置在所述z轴电动导轨上，所述x轴电动导轨可沿所述z轴电动导轨的布设方向滑动位移；所述y轴电动导轨滑动设置在所述x轴电动导轨上，所述y轴电动导轨可沿所述x轴电动导轨的布设方向滑动位移；所述y轴电动导轨上滑动设置有滑块，所述滑块可沿所述y轴电动导轨的布设方向滑动位移；
所述滑块的底部设置有固定板，所述固定板的底部设置有超声波收发探头组；所述承载箱体的内部设置有用于承载待测量工件的承载台，所述承载台的位置与所述超声波收发探头组的位置相互对应。
7.进一步地，所述承载台的底部转动连接在底座上，所述底座的底端设置有安装板，所述安装板可拆卸设置在所述承载箱体的内部底端处；所述安装板上还设置有电机，所述电机的输出轴上设置有传动皮带，所述传动皮带一端套设在所述电机的输出轴上，所述传动皮带的另一端套设在所述承载台的底端，所述电机通过所述传动皮带带动所述承载台转动。
8.进一步地，所述安装板上还设置有皮带收紧装置，所述传动皮带在所述皮带收紧装置作用下实现收紧或放松。
9.进一步地，所述固定板与所述超声波收发探头组之间还设置有找平结构。
10.进一步地，所述承载箱体的四个侧表面均采用透明材质组成，所述承载箱体的骨架采用不锈钢材质组成。
11.进一步地，所述承载箱体的底端设置有若干个支腿，每个所述支腿的底部均设置有支撑脚螺栓。
12.进一步地，所述承载箱体的侧壁上设置有信号处理主机，所述信号处理主机与所述x轴电动导轨、y轴电动导轨、z轴电动导轨、滑块、超声波收发探头组以及电机均电性连接。
13.进一步地，所述承载箱体的底部设置有排液阀，所述排液阀与所述承载箱体的内部相互连通。
14.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过x轴电动导轨、y轴电动导轨和z轴电动导轨的互相配合，实现超声波收发探头组的空间位移能力。
15.本发明承载箱体内部的耦合液浸没测量工件和超声波收发探头组，保证超声波收发探头组与测量工件之间充分耦合，确保测量结果高度精确。
16.本发明无需操作人员手动操作来进行控制，且能够有效避免因耦合变化而导致测量产生误差，大大增加测量效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明水浸式盘环件残余应力自动测试设备的结构示意图；图2为图1中a的局部放大图；图3为本发明中承载箱体的内部的结构示意图；附图标记说明：1、承载箱体；2、x轴电动导轨；3、y轴电动导轨；4、z轴电动导轨；5、固定板；6、超声波收发探头组；7、承载台；8、底座；9、安装板；10、电机；11、传动皮带；12、皮带收紧装置；13、
找平结构；14、支腿；15、支撑脚螺栓；16、信号处理主机；17、滑块。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
20.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“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技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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技术的限制。
21.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
24.参阅图1-2所示，描述本技术实施例的水浸式盘环件残余应力自动测试设备，包括承载箱体1和机械走行机构，承载箱体1的内部填充有耦合液；机械走行机构包括x轴电动导轨2、y轴电动导轨3以及z轴电动导轨4；z轴电动导轨4布设在在承载箱体1的上端；x轴电动导轨2滑动设置在z轴电动导轨4上，x轴电动导轨2可沿z轴电动导轨4的布设方向滑动位移；y轴电动导轨3滑动设置在x轴电动导轨2上，y轴电动导轨3可沿x轴电动导轨2的布设方向滑动位移；y轴电动导轨3上滑动设置有滑块17，滑块17可沿y轴电动导轨3的布设方向滑动位移；滑块17的底部设置有固定板5，固定板5的底部设置有超声波收发探头组6；承载箱体1的内部设置有用于承载待测量工件的承载台7，承载台7的位置与超声波收发探头组6的位置相互对应。
25.具体而言，滑块17能够带动超声波收发探头组6在y轴电动导轨3上实现三维空间中的y向移动，y轴电动导轨3能够带动滑块17和超声波收发探头组6一起在x轴电动导轨2上实现三维空间中的x向移动，x轴电动导轨2能够带动y轴电动导轨3、滑块17以及超声波收发探头组6一起在z轴电动导轨4上端实现三维空间中的z向移动，因此，使得超声波收发探头
组6具有了空间位移能力，用以测量工件不同位置处的应力。
26.需要说明的是，承载箱体1的内部填充的耦合液需要完全浸没超声波收发探头组6和待测量工件。
27.具体而言，耦合液能够保证超声波收发探头组6与测量工件之间充分耦合，确保测量结构高度精确。
28.需要说明的是，超声波收发探头组6是由一对应力探头（即超声波发射探头和超声波接收探头）、距离感应器以及探头楔块组成。
29.另外，承载台7的底部转动连接在底座8上，底座8的底端设置有安装板9，安装板9可拆卸设置在承载箱体1的内部底端处；安装板9上还设置有电机10和皮带收紧装置12，电机10的输出轴上设置有传动皮带11，传动皮带11的一端套设在电机10的输出轴上，传动皮带11的另一端套设在承载台7的底端，电机10通过传动皮带11带动承载台7转动；传动皮带11在皮带收紧装置12作用下实现收紧或放松。
30.具体而言，承载台7能够在底座8上转动，而电机10能够通过传动皮带11带动承载台7旋转，放置于承载台7上的测量工件也会随之转动，便于超声波收发探头组6能够围绕测量工件表面进行旋转测量。
31.需要说明的是，皮带收紧装置12为现有技术，在此不多做赘述。
32.另外，承载箱体1的侧壁上可设置信号处理主机16，信号处理主机16对整个自动测试设备进行信号接收和发送；信号处理主机16与x轴电动导轨2、y轴电动导轨3以及z轴电动导轨4、超声波收发探头组6、电机10均电性连接。
33.具体而言，通过对信号处理主机16进行编程来设置机械走行机构的定点运动，可以实现测量工件外表面的自动化全域检测，机械走行机构的精确定位与保持稳定性可代替人工操作，测得的人为误差可以大大降低。
34.具体而言，超声波发射探头发射脉冲超声信号波，信号波由超声探头传入耦合液（水，轻质机油等适合的液态物质）中，并继续传播到测量工件的表面并进入测量工件内的浅表层，根据测量工件内残余应力的情况，信号波的波形会发生一些变化并会被超声波接收探头探测到，并传输到信号处理主机16中处理此超声波信号即可得到残余应力数据。
35.另外，承载箱体1的四个侧表面均可采用透明材质组成，承载箱体1的骨架可采用不锈钢材质组成。
36.具体而言，承载箱体1的四个侧表面为透明的，能够方便观察承载箱体1的内部情况。
37.需要说明的是，承载箱体1的四个侧表面也可采用不锈钢材质组成，以增强承载箱体的整体强度。
38.另外，固定板5与超声波收发探头组6之间还可设置找平结构13，即使承载箱体1处于倾斜状态，也能够通过找平结构13对超声波收发探头组6进行水平调整。
39.需要说明的是，找平结构13为现有技术，在此不多做赘述。
实施例2
40.本实施例与实施例一的区别在于，固定板5与超声波收发探头组6之间不设置置找平结构13，而是在承载箱体1的底端设置若干个支腿14，每个支腿14的底部均设置支撑脚螺
栓15。
41.具体而言，通过在每个支腿14的底部均设置支撑脚螺栓15，可以对整个承载箱体1进行高差调整，保证承载箱体1的水平平稳性。
42.需要说明的是，本技术上述的两个实施例中，承载箱体1的底部还可设置排液阀（附图中未体现），排液阀与承载箱体1的内部相互连通，便于对承载箱体1内部的耦合液进行定量或全部排出。
43.需要说明的是，本技术上述的两个实施例中，还可以在固定板5的底部并排设置多组超声波收发探头组6，并在安装板9并排设置相应数量的底座8，并在每个底座8上均转动设置承载台7，设置一台位于多组承载台7的最外侧的电机10，电机10的输出轴上与相邻的承载台7通过传动皮带11传动连接，与该承载台7相邻的另一个承载台7也通过传动皮带11传动连接，如此，将所有的承载台7均传动连接，并在每个传动皮带11上均设置皮带收紧装置12，使得本技术的设备能够同时对多个测量工件进行测量，大大增加了测量效率。
44.需要说明的是，待测量的工件应结构简单，待测量的工件表面为平面或有较大半径的圆柱面，对于表面光洁、粗糙度高、无氧化皮或渗镀层且无缺陷的工件，本设备会有更好的检测精度。
45.需要说明的是，在测量前应先用同批次工件制成的基准试样进行校准并标定应力基准与残余应力系数，残余应力系数的具体操作方式为：根据批次数量和测量精度要求，从待测量工件中挑选一个或几个标定试样；分别对标定试样进行材料拉伸试验，根据实验得到的应力-应变曲线确定残余应力系数k；应力基准（即名义上零应力点）的确定方式有两种，其一是取同批材料，经过整形处理后制成去应力试块，经一系列去应力操作（去应力退火，超声应力消除等方法）后，可认定为零值基准；另一方法是根据实验得到的应力-应变曲线推算确定零值基准。
46.需要说明的是，测量时，首先在信号处理主机17上输入工件的尺寸信息（例如直径、长度等）、机械走行机构定位信息（例如检测运行起始点、行走速度、方向、与工件距离等）、数据采集信息（例如发射频率、发射间隔、噪声强度等），设置好一系列参数后设备便可自动进行测量面的应力值测量；测试结束后，测量数据会被自动记录，信号处理主机17可以实时根据数据生成以二维坐标为基础的数值热力图，其方式类似于超声c型扫描图，即根据指定坐标点的应力值大小用不同的颜色来表示；可以清晰明了的看出个位置的具体残余应力的大小和变化趋势。通过更换不同频率的探头还可以检测工件不同深度的残余应力情况，可以实现三维的残余应力趋势显示，实现更多的功能。
47.本文中应用了具体个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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，包括承载箱体和机械走行机构，所述承载箱体的内部填充有耦合液；所述机械走行机构包括x轴电动导轨、y轴电动导轨以及z轴电动导轨；所述z轴电动导轨布设在在所述承载箱体的上端；所述x轴电动导轨滑动设置在所述z轴电动导轨上，所述x轴电动导轨可沿所述z轴电动导轨的布设方向滑动位移；所述y轴电动导轨滑动设置在所述x轴电动导轨上，所述y轴电动导轨可沿所述x轴电动导轨的布设方向滑动位移；所述y轴电动导轨上滑动设置有滑块，所述滑块可沿所述y轴电动导轨的布设方向滑动位移；所述滑块的底部设置有固定板，所述固定板的底部设置有超声波收发探头组；所述承载箱体的内部设置有用于承载待测量工件的承载台，所述承载台的位置与所述超声波收发探头组的位置相互对应。2.根据权利要求1所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述承载台的底部转动连接在底座上，所述底座的底端设置有安装板，所述安装板可拆卸设置在所述承载箱体的内部底端处；所述安装板上还设置有电机，所述电机的输出轴上设置有传动皮带，所述传动皮带一端套设在所述电机的输出轴上，所述传动皮带的另一端套设在所述承载台的底端，所述电机通过所述传动皮带带动所述承载台转动。3.根据权利要求2所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述安装板上还设置有皮带收紧装置，所述传动皮带在所述皮带收紧装置作用下实现收紧或放松。4.根据权利要求1所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述固定板与所述超声波收发探头组之间还设置有找平结构。5.根据权利要求1所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述承载箱体的四个侧表面均采用透明材质组成，所述承载箱体的骨架采用不锈钢材质组成。6.根据权利要求1所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述承载箱体的底端设置有若干个支腿，每个所述支腿的底部均设置有支撑脚螺栓。7.根据权利要求2所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述承载箱体的侧壁上设置有信号处理主机，所述信号处理主机与所述x轴电动导轨、y轴电动导轨、z轴电动导轨、滑块、超声波收发探头组以及电机均电性连接。8.根据权利要求1所述的一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，其特征在于，所述承载箱体的底部设置有排液阀，所述排液阀与所述承载箱体的内部相互连通。

技术总结
本发明公开了一种水浸式盘环件残余应力自动测试设备，包括承载箱体和机械走行机构，承载箱体的内部填充有耦合液；机械走行机构包括相互滑动连接的X轴电动导轨、Y轴电动导轨以及Z轴电动导轨；Y轴电动导轨上滑动设置有滑块；滑块的底部设置有固定板，固定板的底部设置有超声波收发探头组；承载箱体的内部设置有用于承载待测量工件的承载台，承载台的位置与超声波收发探头组的位置相互对应；本发明通过X轴电动导轨、Y轴电动导轨和Z轴电动导轨的互相配合，实现超声波收发探头组的空间位移能力；承载箱体内部的耦合液浸没测量工件和超声波收发探头组，保证超声波收发探头组与测量工件之间充分耦合，确保测量结构高度精确。确保测量结构高度精确。确保测量结构高度精确。


技术研发人员：王涛雨 李思远 夏鹏 刘涛 王永峰 裴宁
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/8/9