本發(fā)明涉及無損檢測技術領域，特指一種基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)及方法。

技術背景

目前殘余應力的檢測方法主要包括：機械法和物理檢測法。

(1)機械法

機械法主要包括小孔法、切條法、切槽法等。機械法檢測殘余應力需要釋放工件的應力，這就需要對工件進行局部的分離或者分割，從而會對工件造成一定的損傷或者破壞，但是機械法理論完善，技術成熟，目前在現(xiàn)場檢測中被廣泛使用，其中尤其小孔法的破壞最小，使用最為廣泛，并且美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)制定了小孔法測試殘余應力的標準ASTM E 837–08，將其確定為標準的殘余應力測試方法。

(2)物理檢測法

物理檢測法主要包括X射線法、中子衍射法、超聲波法等。X射線法檢測工件殘余應力依據(jù)的是彈性力學以及X射線晶體學理論。當晶體材料中存在殘余應力時，必然存在彈性應變與之相對應，造成材料局部區(qū)域的變形，并導致材料內部原子之間的相對位置發(fā)生變化，從而在X射線衍射圖譜上有所反映，通過分析這些衍射信息，即可以確定材料內部殘余應力的大小。中子衍射法檢測工件殘余應力的基本原理與X射線法是一致的，只是中子的穿透深度相比于X射線大的多，可以用來測試工件更深層的殘余應力。超聲波法檢測工件殘余應力的原理是建立在聲彈性理論基礎上的，即利用受應力材料中的聲雙折射現(xiàn)象來檢測工件中殘余應力的大小。這些方法都屬于無損檢測法，不會造成工件的損傷或者破壞。

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的快速發(fā)展，也涌現(xiàn)了一批新的殘余應力檢測方法，如納米壓痕法、掃描電子聲顯微鏡法、拉曼光譜法等。不過這些檢測方法由于設備成本的高昂，條件復雜以及測試理論尚未完善，并未真正的走向實際的應用。本發(fā)明提出一種基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)及方法，屬于無損的殘余應力檢測方法。所謂殘余應力在線無損檢測指的是工件在加工制造的過程中對殘余應力進行實時檢測。

技術實現(xiàn)要素：

為了能夠對工件的殘余應力進行在線無損檢測，本發(fā)明提出一種基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)及方法。

基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器、聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器安裝在工件上，聲發(fā)射傳感器的輸出通道與前置放大器的輸入通道連接，前置放大器的輸出通道與主放大器的輸入通道連接，主放大器的輸出通道與數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道與上位機系統(tǒng)連接。

上位機系統(tǒng)包括獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號的聲發(fā)射信號獲取模塊，獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)的有效值電壓獲取模塊，殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關系設置模塊。

基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測方法，其特征在于：在殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關系設置模塊中預置σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)中的聲發(fā)射信號獲取模塊獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號；上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應力。

本發(fā)明的技術構思是：由上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器以及聲發(fā)射傳感器構成基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)；在殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關系設置模塊中預置σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應力，從而實現(xiàn)對殘余應力進行在線無損檢測。

本發(fā)明的有益效果是:

1、聲發(fā)射傳感器能夠獲取工件加工制造過程中的聲發(fā)射信號，進一步獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓，并建立有效值電壓與殘余應力之間的定量化函數(shù)關系，能夠實現(xiàn)對殘余應力進行在線無損檢測。

2、上位機系統(tǒng)能夠自動獲取聲發(fā)射信號與聲發(fā)射信號的有效值電壓，實現(xiàn)對殘余應力進行在線無損檢測，無需手動操作，減少了工作量，提高了工作效率。

附圖說明

圖1基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)示意圖。

圖2基于聲發(fā)射技術的激光表面處理殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)示意圖。

圖3殘余應力與有效值電壓之間的相互關系。

具體實施方式

參照附圖，進一步說明本發(fā)明：

基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、主放大器、前置放大器、聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器安裝在工件上，聲發(fā)射傳感器的輸出通道與前置放大器的輸入通道連接，前置放大器的輸出通道與主放大器的輸入通道連接，主放大器的輸出通道與數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道與上位機系統(tǒng)連接。

上位機系統(tǒng)包括獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號的聲發(fā)射信號獲取模塊，獲取聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)的有效值電壓獲取模塊，殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關系設置模塊。

基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測方法，其特征在于：在殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間相互關系設置模塊中預置σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式；上位機系統(tǒng)中的聲發(fā)射信號獲取模塊獲取數(shù)據(jù)采集卡采集到的聲發(fā)射信號；上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS；上位機系統(tǒng)將獲取的有效值電壓代入σ_r與RMS之間相互關系的函數(shù)表達式，計算出工件的殘余應力。

為了獲取殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的相互關系，對ASTM A36碳素結構鋼進行激光表面處理，采用本發(fā)明提出的基于聲發(fā)射技術的殘余應力在線無損檢測系統(tǒng)，獲取ASTM A36碳素結構鋼激光表面處理過程中的聲發(fā)射信號，上位機系統(tǒng)中的有效值電壓獲取模塊獲取聲發(fā)射信號的RMS。改變ASTM A36碳素結構鋼激光表面處理的工藝參數(shù)可以獲取相對應的聲發(fā)射信號，同時可以獲取相對應的聲發(fā)射信號的RMS，進一步采用小孔法獲取相對應的ASTM A36碳素結構鋼的殘余應力。采用Origin軟件繪制出殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的關系(見圖3)。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間具有較強的線性關系，采用Origin軟件的曲線擬合功能建立的殘余應力σ_r(MPa)與RMS(V)之間的函數(shù)表達式為σ_r＝2248.30-4658190×RMS，表明通過獲取工件加工制造過程中的聲發(fā)射信號的有效值電壓(RMS)，就可以對工件加工制造過程中的殘余應力進行實時檢測，即實現(xiàn)對工件殘余應力進行在線無損檢測。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。