[发明专利]一种用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置

说明书

本发明提供了一种用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置。所述三维定标测量装置首先利用三维扫描仪配合样品台多自由度运动，将放置于样品台上的样品的扫描图像采集到计算机中，建立样品的三维模型。然后对三维模型进行分网处理，并对每个网格赋予唯一标识。通过手动或自动模式在三维模型上任选一个目标网格，借助安装在计算机中的运动控制程序控制样品台运动，使得入射狭缝对准该目标网格，同时，衍射狭缝、准直器和中子探测器移动到相应位置，中子源发射中子束，开始中子衍射应力测量。该三维定标测量装置可以实现对样品的精确三维定标，对空间要求低，不需要额外安装基准点光源，避免引入额外的误差，测试样品的定位精度可达100μm。

技术领域

本发明属于材料结构与性能的中子衍射原位测量技术领域，具体涉及一种用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置。

背景技术

内应力起源于材料内部不同区域或相的错配性/非相容性。从材料合成到工程装备的每一个环节都可能引入内应力。由于是外加负荷撤销后的残留作用，也被称为残余应力。理解和控制残余应力是工程材料研发及应用的先决条件。中子衍射应力分析技术同时面向工程应用和基础研究。该技术同X射线分析方法类似，均是根据衍射峰的位移计算应变，然后转化为应力结果。对比后者，中子在穿透深度以及区分相邻元素等方面具有明显优势，可满足整体测试的需求，适合测试大体积形状不规则材料或构件的内应力。同时提供可调的空间分辨，允许对样品的灵活操作，可监视环境加载条件下内应力的变化。业界普遍认为中子衍射分析技术是目前多晶材料内部三维应力无损检测的唯一技术手段。近年来，随着工程和材料科学应用需求的增加和人们认识的深入，多家中子散射实验室建立专门的中子衍射应力分析谱仪，中子衍射应力分析技术正受到越来越多的关注。该技术属于精密实验技术范畴，被测构件或样品的定位至关重要，如果定位发生偏差，造成的后果是中子束流入射到样品表面的区域将发生偏移，进而造成实验结果不准确。为了克服这一弊端，通常采用三维定位技术确定中子入射位置。传统的三维激光/红外定位技术需要三个点光源提供基准定位光线，三个点光源的安装布局对测试样品周围空间有一定要求。如果中子衍射应力谱仪的起飞角发生变化，点光源的位置也要做出相应的调整，容易引入额外的误差。

当前，亟需一种高精度的用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置。

本发明的用于中子衍射应力分析的三维定标测量装置，其特点是，所述的三维定标测量装置包括三维扫描仪、样品台、计算机、入射狭缝、衍射狭缝、准直器和中子探测器；

样品放置在所述的样品台上，中子源发射的中子射线经入射狭缝入射至样品，衍射后的中子射线沿衍射狭缝入射至准直器后由中子探测器接收，入射狭缝和衍射狭缝呈布拉格角排列；所述的三维扫描仪扫描样品，并将扫描图像传输至计算机；所述的计算机控制样品台移动，改变三维扫描仪扫描的样品的测量点位置，通过计算机中的中子衍射应力分析模块实现样品的中子衍射应力分析的三维定标测量。

所述的三维扫描仪包括光栅投影仪，摄像机Ⅰ和摄像机Ⅱ，光栅投影仪发射光栅束至样品，通过摄像机Ⅰ和摄像机Ⅱ的互补测量获得样品的扫描图像。

所述的样品台为四自由度运动机构，通过电机带动样品在X、Y、Z方向运动和水平旋转。

所述的三维扫描仪与计算机之间的通讯采用光纤通讯、串口通讯或以太网通讯中的一种。

所述的样品台与计算机之间的通讯采用串口通讯或以太网通讯中的一种。

所述的入射狭缝和衍射狭缝窗口尺寸范围为0mm×0mm至20mm×100mm的矩形窗口。

所述的准直器为径向准直器或Soller准直器中的一种。

所述的中子探测器的结构为多丝正比室结构或3He管组成的探测器阵列结构中的一种。