[发明专利]残余应力沿深度分布分析仪

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种光学无损检测仪器。

背景技术

残余应力及其沿深度方向分布的测试一直是实验固体力学研究的难点和热点。残余应力的存在使得结构不稳定甚至破坏的例子屡见不鲜，无损检测领域也将残余应力检测列为极为重要的研究领域。例如，对于港口瞬变负荷，在大容量电网可稳定运行；但在应急状况下，采用较小容量备用电站供电时，一般做法是通过增大电站容量来满足港口这类特殊用电负荷的要求；但是机组频繁突加突卸，机组转速频繁大幅波动，机组轴系扭矩冲击剧烈，将大幅降低轴系疲劳寿命，造成严重问题。开展港口瞬变负荷备用柴油发电机组技术研究，采用蓄能机组应对冲击瞬变负荷，机组轴系串接了蓄能飞轮，轴系冲击较普通机组小，通过“残余应力沿深度分布分析仪”来测试残余应力及其沿深度方向分布，从而研究轴系长期冲击和疲劳状态下材料的残余应力，以保证轴系使用寿命和安全。

专利为ZL200510027941.5的发明中公布了一种面内三方向云纹干涉仪，该仪器应用高密度衍射光栅和激光干涉技术进行位移和变形的测量，因为残余应力的成因很复杂，造成它的大小及分布也非常复杂，尤其是沿深度方向。钻孔测试残余应力是最常见的方法，美国ASTM专门制订了电阻应变花结合钻孔测量残余应力及其沿深度分布的标准。由于电阻应变花在测量钻孔过程的释放应变存在难以克服的缺陷，限制了该方法的测量精度。

目前，国内外还未有上述“电阻应变花结合钻孔测量残余应力及其沿深度分布”的装置，只是应用粘贴应变片（又叫电阻应变花）的电测方法来间接和逐点测量，贴到应变片的地方有数据，没有贴到的没有数据，所以这是一种逐点测量技术，且受到环境、温度等限制，既不稳定，还很不准确。

发明内容

本发明的目的是：提供一种光学无损检测仪器，该仪器能直接获得试件沿深度上的残余应力分布数据。

本发明的技术方案是：一种残余应力沿深度分布分析仪，它包括：激光器、空间滤波器、三方向云纹仪本体、试件平台、相移器全反射部件、钻孔装置、图像采集装置及控制处理系统；

激光器固定在支撑架上；

空间滤波器包括：高倍物镜、针孔、物镜调节座、物镜调节座支撑、滑动平板、固定平板、针孔调节座支撑、针孔调节座、螺柱A、调平板、固定板和螺柱B；高倍物镜的一端外围带有螺纹，将高倍物镜拧入物镜调节座中，物镜调节座通过物镜调节座支撑与固定平板固定连接；针孔固定在针孔调节座上，针孔调节座由两个套接的圆盘组成，针孔固定在里侧圆盘中，里侧圆盘与外侧圆盘间通过一个弹簧与两个调节螺栓固定，弹簧与两个调节螺栓对里侧圆盘进行三点支撑，孔调节座通过针孔调节座支撑与滑动平板固定连接，滑动平板放置在固定平板上，针孔调节座支撑底部安有螺柱A，螺柱A的一端旋入固定平板中，固定平板位于调平板的上表面；固定板与调平板通过螺柱B连接，在固定板与调平板之间放有弹子与弹簧，空间滤波器通过固定板安装在支撑架上；

三方向云纹仪本体包括：大面积全反射镜、非球面镜及其调节座、三方向云纹组合板以及支架；非球面镜及其调节座包括：两块中心带有等直径通孔的平板，非球面镜、弹簧与钢球，非球面镜嵌入一块平板中，两块平板通过螺栓连接，在两个平板之间放置弹簧与钢球；三方向云纹组合板包括上下设置的两块圆板，上面的圆板a以其圆心为原点，在其x轴、y轴以及45°轴上，对称的设有6个方孔，下面的圆板b以其圆心为原点，在其y轴上，对称的设有2个方孔；大面积全反射镜、非球面镜及其调节座、三方向云纹组合板依次安装在支架上，其中大面积全反射镜与水平面呈45°夹角；

以相移器全反射部件的圆心为原点，沿其x轴、y轴以及45°轴方向开有6个斜孔，斜孔的斜面与水平夹角为α，在每个斜孔的斜面上安装2块全反射镜，其中，内侧斜面上的全反射镜与三方向云纹组合板中圆板a的方孔上下对应，在外侧斜面的x轴、y轴以及45°轴上每组全反射镜的其中一块的背面安装相移器；

试件安装在试件平台内，其中心对应相移器全反射部件外圈反射镜的聚点，在试件的正上方的试件平台上设有与水平夹角45°的全反射镜A，图像采集装置用于采集全反射镜A反射的图像，并将采集到的图像传送至控制处理系统，控制处理系统同时对钻孔装置及相移器全反射部件中的相移器进行控制，三方向云纹仪本体与相移器全反射部件安装在试件上方的试件平台的上方。

本发明的有益效果是：1）本发明采用空间滤波器有效的滤除光场边缘杂质，并提高了扩束面积，还使得光场更加均匀和纯净，从而提高了条纹的对比度；