[实用新型]非常规材料小尺寸试件弹性常数超声无损检测装置

说明书

技术领域

非常规试件材料弹性常数超声无损检测装置属于无损检测领域。 

背景技术

近年来，在材料科学与工程领域中，涌现出多种性能优异的新型材料及结构，诸如，块体纳米材料，块体金属玻璃，各向异性复合材料以及各种涂层结构等非常规材料。这些材料/结构具有独特的物理、化学、电学、磁学、热学及力学等性能，在机械工程、航空航天、电子信息、生物工程、国防科技及日常生活中有着广泛的应用前景。 

实际工程中对材料力学性能(弹性性质)的要求，利用常规的力学性能破坏试验进行测试足以满足，各种测试手段也比较完备。但对于前述的新型非常规材料，由于其尺寸的特殊性，达不到标准试件尺寸要求，传统的力学性能测试方法受到很大的挑战，新型测量方法受到国内外学者的极大关注。在新的测试技术还未成熟之前，目前主要采用纳米压痕方法和激光超声方法，但都存在一些各自的缺点，如设备昂贵、技术复杂，操作不便等，并且在国内没有形成专用的测试仪器。为此，研制具有自主知识产权的新型检测装置具有重要的学术意义和广泛的应用价值。 

本实用新型采用声学显微镜技术，利用线聚焦超声探头激励/接收超声波，通过对探头不同散焦位置下，超声波经试件发射、透射和波型转换的回波信号的采集、分析和处理，进而反演非常规材料小尺寸试件的弹性常数。但该方法需要连续测量探头不同散焦距离下的回波信号，方可实现有效测量。这需要在测量过程中，实现小间距精确定位散焦，一般情况下，间距为0.01mm，散焦次数不少于500次。因此，设计研制一套高精度超声无损检测装置是该方法实现的前提和关键。 

实用新型内容

本实用新型目的在于实现非常规试件材料弹性常数超声无损检测。本实用新型研制了一套非常规材料小尺寸试件弹性常数超声测量 装置，可实现小尺寸常规试件和块体纳米材料、块体金属玻璃以及涂层结构等非常规金属材料弹性常数超声无损检测。本实用新型特别针对涂层材料对检测设备要求高的特点，对超声聚焦探头与试件上表面间的垂直度、散焦定位精度做了特殊设计，形成了一套高精度超声散焦定位无损检测装置，为新型非常规材料弹性常数无损检测提供了技术手段和可靠保证。 

为了实现上述目的，本实用新型专利采用了如下方案：非常规材料小尺寸试件弹性常数超声无损检测装置，其特征在于：包括有包含有嵌入式控制器8的嵌入式微机1、四轴运动控制卡2、四轴运动控制器3、四轴运动机构4、校准装置5、超声脉冲激励/接收仪6和超声波聚焦探头7；所述包含有嵌入式控制器8的嵌入式微机1与四轴运动控制卡2和数字化仪9相连接；所述四轴运动控制卡2和四轴运动控制器3相连接；四轴运动控制器3与四轴运动机构4相连接；所述超声脉冲激励/接收仪6通过数字化仪9和嵌入式微机1相连接；所述四轴运动机构4通过校准装置5与超声波聚焦探头7相连接。所述的校准装置5由连接杆16、校准器10组成，超声波聚焦探头7通过校准装置5的连接杆16与超声脉冲激励/接收仪6相连接。 

进一步，所述的非常规材料小尺寸试件弹性常数超声无损检测装置，其特征在于：所述的校准装置5由连接杆16、校准器10组成，所述校准器10由校准旋钮11、装夹块15、连接杆顶丝14、连接杆孔12和校准平台13组成；校准平台13上部有与四轴运动机构4Z轴相连的装夹块15，在校准平台上有插入探头连接杆的连接杆孔12和连接杆顶丝14，装夹块上设有使校准平台水平的校准旋钮11，装夹块固定在四轴运动机构4的Z轴上；校准器10通过连接杆顶丝14与连接杆16相连。 

如图1所示，所述非常规试件材料弹性常数超声无损检测装置包括：嵌入式微机、四轴运动控制卡、四轴运动控制器、四轴运动机构。嵌入式微机检测需要的精度得到控制输出信号，经四轴运动控制卡传送给四轴运动控制器，经驱动器放大，输出给X、Y、Z轴方向和Z轴旋转方向的电机，电机带动四轴运动机构移动，运动位移经四 轴运动控制卡输入到嵌入式微机中，便于运动控制算法程序处理给出新的运动控制信号，从而调整运动平台位置，实现探头的精确定位。 

所述校准装置包括精探头连接杆、校准器。使用时校准器卡紧探头连接杆，并通过校准器上的装夹块固定在四轴运动机构的Z轴上；校准器如图2的a、b、c所示，通过调整校准器的两个旋钮可以调整超声波探头的聚焦线与被测试件表面平行，从而增加检测精度；所述校准器由校准旋钮、装夹块、连接杆顶丝、连接杆孔和校准平台组成；校准平台上部有与四轴运动机构Z轴相连的装夹块，在校准平台上有插入探头连接杆的连接杆孔和连接杆顶丝，装夹块上设有使校准平台水平的校准旋钮，装夹块固定在四轴运动机构的Z轴上；校准器通过连接杆顶丝与连接杆相连。