用于中子探测工程构件深部应力与织构的多功能样品台

1.本实用新型涉及材料与大构件的原位测量技术领域，特别涉及一种用于中子探测工程构件深部应力与织构的多功能样品台。


背景技术：

2.真实而直接测量材料和构件深部的应力一直是众多研究人员追求的目标，而大型复杂构件内部应力的分布状态难以通过理论分析、有限元计算和传统的无损测试手段准确获得，极大地阻碍了高端构件的发展。由于中子的穿透能力强且对构件没有损害，使得中子散射技术能够直接检测晶体结构材料和构件深部原子面间距的变化，来体现材料内部的应力状态，探测构件内部的织构状态。建造一台适用于工程构件深部应力和织构探测的中子谱仪是现代工程制造和工程材料研究的迫切需求，而一台可便利调整被测样品的姿态，使被测样品取样体积中心(被测点)能始终处于入射中子束与衍射中子束交点的多功能样品台是影响中子谱仪适用性、测量精度和测量范围的核心部件之一，是样品精确运动、定位和测量的基础。
3.工程领域对构件应力检测的需求不断提高，一方面，要满足对大体积、大重量构件应力测试的需求，另一方面，需要提高中子衍射的强度，提高测试效率，如铝合金等构件，通常采用塑性成形，内部存在一定的织构取向。因此，在中子衍射应力测试中，找出并选择一个较好的测试角度，能成倍提高测试效率；其次，对一定尺寸和重量的构件进行织构检测，需要具有欧拉环(承载样品的尺寸和重量很小)功能的样品台支持。因此，迫切需要创造性地研制一台具有以上综合功能的样品台。
4.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种用于工程构件深部应力与织构中子衍射测试时位置和姿态调整的多功能样品台。
6.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于中子探测工程构件深部应力与织构的多功能样品台，包括大行程的多自由度运动安装台以及小行程的多自由度样品安装台，所述多自由度样品安装台包括c形导轨、与所述c形导轨活动连接的第一旋转台、与所述第一旋转台活动连接的第一x轴平移台、与所述第一x轴平移台活动连接的第一y轴平移台、以及与所述第一y轴平移台活动连接的第一z轴升降台，所述第一z轴升降台上固定样品，所述c形导轨安装在所述多自由度运动安装台上，所述多自由度运动安装台具有多个运动自由度，控制所述多自由度样品安装台整体大幅度运动。
7.进一步地，所述c形导轨的内侧布设有内齿圈，所述第一旋转台与滑块连接，所述滑块与所述c形导轨滑动连接，同时所述滑块上转动设置有与所述内齿圈啮合的第一齿轮，
所述第一齿轮通过与所述滑块连接的第一电机驱动。
8.进一步地，所述第一z轴升降台为剪型电控升降台。
9.进一步地，所述c形导轨的底端布设有底座，所述c形导轨通过所述底座与所述多自由度运动安装台连接。
10.进一步地，所述多自由度运动安装台包括与所述底座固定的安装板，所述安装板与第二x轴平移台连接，所述第二x轴平移台与第二y轴平移台连接，所述第二y轴平移台与第二z轴升降台连接，所述第二z轴升降台与第二旋转台连接，所述第二旋转台与支撑台连接。
11.进一步地，所述第二旋转台的外侧布设有外齿圈，所述支撑台上转动布设有多个与所述外齿圈啮合的第二齿轮，所述第二齿轮通过与所述支撑台连接的第二电机驱动。
12.本实用新型的上述方案有如下的有益效果：
13.本实用新型提供的多功能样品台，具有多自由度、大承重、大行程、运动平稳、装夹次数少、定位精度高等优点，可满足大体积、大重量工件内部中子衍射应力测试和织构测试的需要，依靠多自由度样品安装台的安装方式以及高精度运动运动，可在测试构件残余应力时择优选择方向，选择较好的测试角度，以提高信号衍射强度，提高测试效率，并可以满足对一定尺寸和重量的构件进行织构检测的要求；
14.本实用新型的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
15.图1为本实用新型的整体结构示意图。
16.【附图标记说明】
17.1-c形导轨；2-第一旋转台；3-第一x轴平移台；4-第一y轴平移台；5-第一z轴升降台；6-底座；7-内齿圈；8-滑块；9-第一齿轮；10-第一电机；11-安装板；12-第二x轴平移台；13-第二y轴平移台；14-第二z轴升降台；15-第二旋转台；16-支撑台；17-外齿圈；18-第二齿轮；19-第二电机。
具体实施方式
18.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。另外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种用于中子探测工程构件深部应力与织构的多功能样品台，包括大行程的多自由度运动安装台以及小行程的多自由度样品安装
台。其中，多自由度运动安装台还具有大承重的特点，实现样品的大行程平移及旋转，用于在中子衍射应力测试时支撑大型构件、平移选取被测工件内部测点、将工件内部被测点移动至预设高度处(中子束高度)、转动选取工件被测点的应力测试方向。
21.多自由度样品安装台安装在多自由度运动安装台上，与多自由度运动安装台配合，使样品被测点移动至预设高度处后，实现高精度平移和旋转，用于中子衍射测定工件的织构及在中子衍射测定工件的应力时择优选择弱织构的强信号方向。
22.其中，多自由度样品安装台包括c形导轨1、与c形导轨1活动连接的第一旋转台2，与第一旋转台2活动连接的第一x轴平移台3、与第一x轴平移台3活动连接的第一y轴平移台4以及与第一y轴平移台4活动连接的第一z轴升降台5。本实施例中第一z轴升降台5优选为剪型电控升降台，检测时在剪型电控升降台上固定样品。第一x轴平移台3、第一y轴平移台4以及第一旋转台2等均采用高精度运动平台，第一旋转台2的旋转自由度为φ。当然在其他实施例中还可采用其他形式，只需满足高精度即可，此处不做具体限制。
23.c形导轨1安装在多自由度运动安装台上，c形导轨1的底端布设有底座6，通过底座6与多自由度运动安装台连接。c形导轨1的内侧布设有内齿圈7，第一旋转台2与滑块8连接，滑块8与c形导轨1滑动连接，同时滑块8上转动设置有与内齿圈7啮合的第一齿轮9，第一齿轮9通过与滑块8连接的第一电机10驱动，因此通过第一电机10的驱动，能够控制滑块8上的整体沿c形导轨1滑动，产生β向旋转运动。
24.在本实施例中，多自由度运动安装台包括与底座6固定的安装板11，安装板11与第二x轴平移台12连接，第二x轴平移台12与第二y轴平移台13连接，第二y轴平移台13与第二z轴升降台14连接，第二z轴升降台14与第二旋转台15连接，第二旋转台15与支撑台16连接，具有绕z轴的旋转自由度。因此，多自由度运动安装台包括三个平移自由度和一个旋转自由度，实现多自由度大行程调整。
25.其中，第二x轴平移台12、第二y轴平移台13、第二旋转台15等均采用大行程的运动平台，在其他实施例中还可以采用其他形式，只需满足大行程即可，此处不做具体限制。
26.在本实施例中，第二旋转台15的外侧布设有外齿圈17，支撑台16上转动布设有多个与外齿圈17啮合的第二齿轮18，第二齿轮18通过与支撑台16连接的第二电机19驱动，因此通过第二电机19的驱动，能够控制第二旋转台15旋转，产生绕z轴的旋转运动。
27.作为优选，本实施例中多自由度运动安装台的最大承重1000kg，x向和y向(水平面方向)可平移
±
400mm、z向(垂直方向)可平移550mm、定位精度0.03mm，整体可绕自身z轴360度高精度旋转，定位精度0.005
°
。
28.多自由度样品安装台可实现样品(最大重量20kg)x向和y向(水平面方向)
±
37.5mm的高精度平移运动、z向(垂直方向)0～60mm的高精度升降运动，β方向0
°
～90
°
的旋转运动，φ方向0
°
～360
°
的旋转运动。
29.在一种具体的实施方案中，需要通过中子衍射法对含织构样件进行残余应力测试。中子束的高度为1400mm。首先根据实际工作情况选择多自由度样品安装台的安装方式，这里以c形导轨1卧式安装(对应c形导轨1角度范围-45
°
～45
°
)为例，将多自由度样品安装台与多自由度运动安装台连接，将样品固定在多自由度样品安装台的对应位置。
30.多自由度样品安装台与多自由度运动安装台配合工作，多自由度运动安装台用于实现样品的高度支撑和大行程运动，多自由度样品安装台用于实现样品的小行程运动，使
样品被测点移动到中子束位置。通过多自由度运动安装台的平移可选取大构件内部的取样体积、通过多自由度运动安装台的转动可选取大构件应力测试方向(0
°
或90
°
)。
31.通过多自由度样品安装台的旋转运动，实现测试某个方向应力时的方向择优选择。这里方向择优选择通过绕对应的轴旋转实现。核反应堆裂变产生的中子经过中子导管后，通过单色器选出特定波长的中子束，中子束流经样品后被中子探测器捕获。例如测量样品x向残余应力，通过绕x轴旋转来择优选择方向，选择一个较好的测试角度，获得质量好的峰形，以便准确获知衍射峰的峰位、半高宽和峰强，从而得出残余应力信息。
32.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。