本發(fā)明屬于與應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)，具體是指一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置與檢測方法。

背景技術(shù)：

1、關(guān)鍵構(gòu)件是高端裝備的核心主承力件，當(dāng)關(guān)鍵構(gòu)件承受循環(huán)載荷時會萌生疲勞裂紋，經(jīng)過疲勞裂紋的擴(kuò)展，最終發(fā)生疲勞斷裂，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。裂紋萌生的根本原因是由于應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)用于描述應(yīng)力集中的程度，因此提高應(yīng)力集中系數(shù)的計算精度是實現(xiàn)關(guān)鍵構(gòu)件技術(shù)升級的基礎(chǔ)研究工作。缺口試樣是gb/t?2039——2012《金屬材料單軸拉伸蠕變試驗方法》中研究關(guān)鍵構(gòu)件疲勞性能的標(biāo)準(zhǔn)試棒。應(yīng)力集中系數(shù)可分為結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)與表面應(yīng)力集中系數(shù)，計算缺口試樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)時需要得到缺口試樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算表面應(yīng)力集中系數(shù)時需要得到缺口試樣底部表面微觀三維形貌的表征參數(shù)，因此準(zhǔn)確獲取這些參數(shù)是后續(xù)計算應(yīng)力集中系數(shù)的基礎(chǔ)工作。

2、目前針對缺口試樣的測量，常見的商業(yè)儀器不具備同時測量結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)和表面應(yīng)力集中表征參數(shù)的功能，需使用多種不同原理的測量儀器來測量不同方面的參數(shù)，如采用激光共聚焦顯微鏡和圖像尺寸測量儀等商業(yè)儀器，這導(dǎo)致測量表征參數(shù)的步驟復(fù)雜，測量基準(zhǔn)無法統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)處理造成極大的困難，影響參數(shù)的測量精度。在使用商業(yè)儀器的過程中，若要測量不同的缺口底部區(qū)域上的表面形貌，需要依靠人工進(jìn)行試棒的旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致不易測到不同區(qū)域上的表面形貌。商業(yè)儀器中所采取的去除趨勢的方式?jīng)]有根據(jù)實際缺口的趨勢進(jìn)行校平，容易導(dǎo)致在校平過程中丟失關(guān)鍵信息從而使測量不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

2、現(xiàn)有技術(shù)不能同時測量結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)和表面應(yīng)力集中表征參數(shù)的功能，這導(dǎo)致測量表征參數(shù)的步驟復(fù)雜；需要依靠人工進(jìn)行試棒的旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致不易測到不同區(qū)域上的表面形貌；去除趨勢的方式?jīng)]有根據(jù)實際缺口的趨勢進(jìn)行校平，容易導(dǎo)致在校平過程中丟失關(guān)鍵信息從而使測量不準(zhǔn)確。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：

4、一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，包括底座、圖像尺寸測量系統(tǒng)、白光干涉測量系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)臺，所述圖像尺寸測量系統(tǒng)固定安裝在底座的兩側(cè)，所述白光干涉測量系統(tǒng)通過z軸移動裝置固定立設(shè)在底座上側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)臺通過精密二維移動平臺固定設(shè)置在底座上，缺口試樣拆卸固定在旋轉(zhuǎn)臺上。

5、進(jìn)一步的，所述圖像尺寸測量系統(tǒng)包括ccd工業(yè)相機(jī)一、遠(yuǎn)心鏡頭和同軸平行光源，所述ccd工業(yè)相機(jī)一通過安裝座固定在底座的一側(cè)，所述遠(yuǎn)心鏡頭設(shè)于安裝座的另一側(cè)和ccd工業(yè)相機(jī)一位置對應(yīng)，所述同軸平行光源固定設(shè)于底座遠(yuǎn)離遠(yuǎn)心鏡頭的一側(cè)。

6、進(jìn)一步的，所述白光干涉測量系統(tǒng)包括ccd工業(yè)相機(jī)二、白光干涉鏡頭和白光光源，所述ccd工業(yè)相機(jī)二通過連接架固定在z軸移動裝置上，所述白光干涉鏡頭安裝在ccd工業(yè)相機(jī)二靠近缺口試樣的一側(cè)，所述白光光源固定在白光干涉鏡頭的一側(cè)。

7、進(jìn)一步的，所述z軸移動裝置包括滾珠絲杠和壓電陶瓷，所述滾珠絲杠通過安裝橋架固定在底座上側(cè)，所述壓電陶瓷固定安裝在滾珠絲杠上，所述ccd工業(yè)相機(jī)二通過連接架固定在壓電陶瓷上。

8、進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)臺包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、夾持轉(zhuǎn)盤和固定臺，所述精密二維移動平臺上設(shè)有安裝板，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)固定設(shè)于安裝板的一側(cè)且輸出軸貫穿安裝板設(shè)置，所述夾持轉(zhuǎn)盤固定在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，所述固定臺安裝在安裝板遠(yuǎn)離夾持轉(zhuǎn)盤的一端，所述缺口試樣夾持在夾持轉(zhuǎn)盤和固定臺之間。

9、進(jìn)一步地，所述安裝板固定在滾珠絲杠的螺母上且和滾珠絲杠相對滑動。

10、進(jìn)一步的，使用與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

11、s1：利用ccd工業(yè)相機(jī)一、遠(yuǎn)心鏡頭和同軸平行光源采集缺口試樣的圖像；

12、s2：利用ccd工業(yè)相機(jī)二、白光干涉鏡頭、白光光源和滾珠絲杠采集缺口試樣的底部表面微觀形貌點(diǎn)云；

13、s3：利用圖像尺寸測量技術(shù)得到缺口試樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)尺寸，

14、其中結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)包括缺口深度h、缺口底部圓弧半徑r、缺口角度φ，使用霍夫變換進(jìn)行直線與圓的檢測，以此進(jìn)行缺口底部圓弧半徑r、缺口角度φ的計算，利用圖像灰度值遍歷尋找特征點(diǎn)以此計算缺口深度h；

15、s4：根據(jù)圖像尺寸測量系統(tǒng)得到缺口底部的顯微圖像，對白光干涉測量系統(tǒng)所得到的微觀形貌點(diǎn)云進(jìn)行趨勢校平，對基于白光干涉測量系統(tǒng)的缺口底部表面微觀形貌點(diǎn)云進(jìn)行處理，根據(jù)s1步驟中圖像的缺口最低底點(diǎn)與采樣點(diǎn)云的大小來確定所選取曲線趨勢的范圍，利用圖像處理得到缺口底部曲線的趨勢并將其拓展為光滑曲面，將測量所得的粗糙曲面減去所拓展的光滑曲面得到趨勢去除后的表面微觀形貌，并通過中值濾波去除噪聲點(diǎn)；

16、s5：對趨勢去除后的點(diǎn)云進(jìn)行iso?25178中表面微觀形貌三維表征參數(shù)的計算，在三維點(diǎn)云中提取二維截面輪廓，通過公式計算iso?4287中的二維表征參數(shù)。

17、進(jìn)一步的，所述二維表面應(yīng)力集中表征參數(shù)計算公式與計算結(jié)果為：

18、

19、rz＝zp+zv

20、

21、其中，輪廓算術(shù)平均偏差ra、輪廓最大高度rz、輪廓單元的平均高度ry。

22、進(jìn)一步的，所述三維表面應(yīng)力集中表征參數(shù)計算公式與計算結(jié)果為：

23、

24、sz＝zmax(x,y)+zmin(x，y)

25、

26、其中，表面粗糙度sa、最大峰-谷高度sz、十點(diǎn)高度sz10。

27、采用上述結(jié)構(gòu)本發(fā)明取得的有益效果如下：

28、1、通過設(shè)置圖像尺寸測量系統(tǒng)和白光干涉測量系統(tǒng)精簡步驟且可以同時進(jìn)行與結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中相關(guān)的尺寸參數(shù)和與表面應(yīng)力集中相關(guān)的表面表征參數(shù)的測量；

29、2、通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)臺對試樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便對試樣不同區(qū)域的表面形貌進(jìn)行測量，克服人工旋轉(zhuǎn)造成的誤差；

30、3、通過缺口試樣圖像來進(jìn)行表面形貌點(diǎn)云趨勢的去除以計算表面應(yīng)力集中表征參數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：包括底座(1)、圖像尺寸測量系統(tǒng)(2)、白光干涉測量系統(tǒng)(3)和旋轉(zhuǎn)臺(6)，所述圖像尺寸測量系統(tǒng)(2)固定安裝在底座(1)的兩側(cè)，所述白光干涉測量系統(tǒng)(3)通過z軸移動裝置(4)固定立設(shè)在底座(1)上側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)臺(6)通過精密二維移動平臺(5)固定設(shè)置在底座(1)上，缺口試樣(7)拆卸固定在旋轉(zhuǎn)臺(6)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：所述圖像尺寸測量系統(tǒng)(2)包括ccd工業(yè)相機(jī)一(8)、遠(yuǎn)心鏡頭(9)和同軸平行光源(10)，所述ccd工業(yè)相機(jī)一(8)通過安裝座固定在底座(1)的一側(cè)，所述遠(yuǎn)心鏡頭(9)設(shè)于安裝座的另一側(cè)和ccd工業(yè)相機(jī)一(8)位置對應(yīng)，所述同軸平行光源(10)固定設(shè)于底座(1)遠(yuǎn)離遠(yuǎn)心鏡頭(9)的一側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：所述白光干涉測量系統(tǒng)(3)包括ccd工業(yè)相機(jī)二(11)、白光干涉鏡頭(12)和白光光源(13)，所述ccd工業(yè)相機(jī)二(11)通過連接架固定在z軸移動裝置(4)上，所述白光干涉鏡頭(12)安裝在ccd工業(yè)相機(jī)二(11)靠近缺口試樣(7)的一側(cè)，所述白光光源(13)固定在白光干涉鏡頭(12)的一側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：所述z軸移動裝置(4)包括滾珠絲杠(14)和壓電陶瓷(15)，所述滾珠絲杠(14)通過安裝橋架固定在底座(1)上側(cè)，所述壓電陶瓷(15)固定安裝在滾珠絲杠(14)上，所述ccd工業(yè)相機(jī)二(11)通過連接架固定在壓電陶瓷(15)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)臺(6)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(16)、夾持轉(zhuǎn)盤(17)和固定臺(18)，所述精密二維移動平臺(5)上設(shè)有安裝板，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(16)固定設(shè)于安裝板的一側(cè)且輸出軸貫穿安裝板設(shè)置，所述夾持轉(zhuǎn)盤(17)固定在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(16)的輸出軸上，所述固定臺(18)安裝在安裝板遠(yuǎn)離夾持轉(zhuǎn)盤(17)的一端，所述缺口試樣(7)夾持在夾持轉(zhuǎn)盤(17)和固定臺(18)之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，其特征在于：所述安裝板固定在滾珠絲杠(14)的螺母上且和滾珠絲杠(14)相對滑動。

7.使用與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置的檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置的檢測方法，其特征在于：所述二維表面應(yīng)力集中表征參數(shù)計算公式與計算結(jié)果為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置的檢測方法，其特征在于：所述三維表面應(yīng)力集中表征參數(shù)計算公式與計算結(jié)果為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置，包括底座、圖像尺寸測量系統(tǒng)、白光干涉測量系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)臺，使用與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：采集缺口試樣的圖像，采集缺口試樣的底部表面微觀形貌點(diǎn)云，計算缺口試樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)尺寸，趨勢校平，進(jìn)行三維表面應(yīng)力集中表征參數(shù)的計算。本發(fā)明屬于與應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)技術(shù)領(lǐng)域，具體解決了現(xiàn)有技術(shù)不能同時測量結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中表征參數(shù)和表面應(yīng)力集中表征參數(shù)的功能，需要人工進(jìn)行試棒旋轉(zhuǎn)，去除趨勢時容易在校平過程中丟失關(guān)鍵信息從而使測量不準(zhǔn)確的問題，是一種新型與關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力集中系數(shù)相關(guān)的參數(shù)的檢測裝置與檢測方法。

技術(shù)研發(fā)人員：陳俊英,莊英棋,陳秀玉,蔣清山,陳仕齊,李毅,許志龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：集美大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26