一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113245585A(43)申请公布日2021.08.13(21)申请号202110510850.6(22)申请日2021.05.11(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号申请人首都航天机械有限公司(72)发明人张以都高子涵吴琼高瀚君李杰祝世强(51)Int.Cl.B23B41/00(2006.01)B23Q3/06(2006.01)B23B47/20(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置(57)摘要本发明设计了一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置，该装置包括钻孔系统、装夹系统、定位系统和自动测试系统。钻孔系统可针对测试样件任意平面进行钻孔；装夹系统通过顶紧和压紧的形式进行装夹，可最大程度上减少装夹应力，减小测量误差；定位系统可自动识别应变片的位置，计算钻孔位置坐标；自动测试系统根据图像识别的应变片位置进行自动对刀和自动钻孔，钻孔结束后软件根据每次进给后的应变值和图像识别测量的实际钻孔孔径，计算样件不同深度和表层的残余应力。CN113245585ACN113245585A权利要求书1/1页1.一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置，该装置包括钻孔系统、装夹系统、定位系统和自动测试系统；所述的钻孔系统包括X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴滑轨、A轴电机、钻孔主轴和刀具，A轴涡轮电机可控制Y轴滑轨绕着Y轴做±180°转动，该钻孔系统可针对测试样件任意平面进行钻孔操作；所述的装夹系统由T型槽台面、顶紧夹具、压紧卡具和样件组成，通过顶紧和压紧的形式进行装夹，可最大程度上减少装夹引入的应力，减小测量误差；所述的定位系统包括双目摄像头、补光灯和图像识别系统，可自动识别应变片的位置，计算钻孔位置坐标；所述的自动测试系统包括应变仪、应变片和控制软件，根据图像识别的应变片位置进行自动对刀和自动钻孔，钻孔深度为2mm，单次进给为0.05mm，钻孔结束后软件根据每次进给后的应变值和图像识别测量的实际钻孔孔径，计算样件不同深度和表层的残余应力。2.根据权利要求1所述的装夹系统由T型槽台面、顶紧夹具、压紧卡具和样件组成，样件平放在T型槽台面上，分别在样件的左、前、后侧面用顶紧夹具进行顶紧，在右侧用压紧夹具压紧；所述的顶紧夹具包括顶紧底座、顶紧螺栓和顶紧销。3.根据权利要求1所述的一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置的控制方法为钻孔控制系统可控制X轴滑轨电机、Y轴滑轨电机、Z轴滑轨电机、A轴电机，实现钻孔主轴在X轴、Y轴、Z轴方向的移动和绕X轴的转动，还可以控制钻孔主轴的转速。4.根据权利要求1所述的定位系统通过双目摄像头获取应变片的三维位置坐标，确定钻孔的位置，然后通过自动测试系统计算钻孔策略，控制钻孔控制系统进行钻孔操作；同时自动测试系统可根据双目摄像头测量的钻孔孔径实际大小来对残余应力测量值进行修正。5.根据权利要求1所述的一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置的测试过程为首先将应变片用胶水粘贴在需要测试的位置并连接好线缆，待胶水干透后将样件装夹在T型槽台面上，同时利用动态应变仪测量装夹引入的应力，当装夹系统引入的应力大于2MPa时，通过调整顶紧夹具和压紧夹具的预紧力使装夹引入的残余应力小于2MPa后才能开始后续测量；利用钻孔控制系统将钻孔主轴移动到应变片附近位置，通过双目摄像头可以观察到应变片图像；此时定位系统会自动确定钻孔位置然后开始单次0.05mm进给的钻孔过程，钻孔深度达到2mm后，钻孔结束，双目摄像头识别钻孔直径并结合应变数据，自动计算该测点沿深度方向的残余应力大小，此过程自动完成，无需人工干预。2CN113245585A说明书1/4页一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置技术领域[0001]本发明专利涉及一种盲孔法残余应力自动钻孔测试装置，它包括钻孔系统、装夹系统、定位系统和自动测试系统，该装置能够实现自动对刀、自动钻孔和自动修正测量误差的功能。背景技术[0002]残余应力是当没有外力作用时，物体维持内部平衡存在的应力，在机械制造工艺，如铸造、切削、焊接、热处理和装配中，会出现不同程度的残余应力。残余应力会影响材料的加工变形、疲劳寿命和结构强度等，随着材料科学的发展，对材料的残余应力要求也越来越高。目前残余应力的测试方法分为无损检测和有损检测两大类，在有损检测方法中盲孔法是最常用的方法。目前盲孔法的检测原理比较成熟，通过一次钻孔可获得一定深度范围内不同深度的残余应力，但是盲孔法的检测设备发展还是相对比较缓慢。传统的盲孔法仅可测量一定范围内的平均应力，且钻孔定位装置需要用磁座固定，对于非铁质、非平面零件固定、测量不方便，且稳定性不高；激光散斑衍射盲孔法残余应力测试可获得不同深度范围内的应力，但设