專利名稱：一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)械構(gòu)件的制造主要通過焊接、機(jī)械加工、鑄造等工藝方法實(shí)現(xiàn)，由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、多樣性，在制造的過程中常常會(huì)在構(gòu)件表面產(chǎn)生砂眼、劃痕、裂紋、麻坑等微觀缺陷。機(jī)械構(gòu)件在服役過程中，其表面產(chǎn)生的這些缺陷，由于受高低溫、疲勞、腐蝕等應(yīng)力的作用，微觀缺陷發(fā)展為大缺陷，從而降低了構(gòu)件的抗腐蝕性、抗磨性、疲勞極限等使用性能，直接影響零件本身的使用壽命，限制了設(shè)備性能的發(fā)揮，也給安全使用帶來極大的隱患。目前對(duì)于結(jié)構(gòu)表面缺陷的檢測，大多是在靜止?fàn)顟B(tài)下，采用顯微鏡的方法對(duì)結(jié)構(gòu)表面的缺陷進(jìn)行觀測和測量。而在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)狀況下或結(jié)構(gòu)上缺陷動(dòng)態(tài)演變情況下，顯微鏡對(duì)結(jié)構(gòu)上的缺陷觀測和測量跟蹤困難，并且很難對(duì)焦，這就需要結(jié)構(gòu)停機(jī)來完成對(duì)結(jié)構(gòu)表面的缺陷進(jìn)行觀測和測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有測量裝置無法在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下對(duì)其表面狀態(tài)的監(jiān)測的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置。本發(fā)明所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，它包括:計(jì)算機(jī)、C⑶攝像機(jī)、光學(xué)顯微鏡、固定塊、光纖傳像束、轉(zhuǎn)接口、微型顯微鏡、螺紋接口、二維微調(diào)系統(tǒng)和夾具；所述二維微調(diào)系統(tǒng)包括縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；且在縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的一端設(shè)置有連接螺紋通孔；所述夾具包括U型槽和鎖緊旋鈕；該鎖緊旋鈕設(shè)置在U型槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述夾具的U型槽的底部固定連接在二維微調(diào)系統(tǒng)的橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上；所述微型顯微鏡的物鏡嵌入在所述螺紋接口的一端，該螺紋接口的另一端與縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的螺紋通孔固定連接，且所述螺紋接口的內(nèi)腔與所述螺紋通孔連通；所述螺紋接口與二維微調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置；所述微型顯微鏡的目鏡通過轉(zhuǎn)接口與光纖傳像束的一端連通；該光纖傳像束的另一端通過固定塊與光學(xué)顯微鏡的物鏡連通；所述固定塊設(shè)置在光學(xué)顯微鏡樣品臺(tái)的正上方；所述光學(xué)顯微鏡的目鏡側(cè)設(shè)置有CXD攝像機(jī)，該CXD攝像機(jī)通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過傳像束將零件(或結(jié)構(gòu))表面狀態(tài)圖像傳遞到顯微鏡的目鏡端進(jìn)行放大，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件(或結(jié)構(gòu))固定區(qū)域的隨動(dòng)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)服役階段零件表面產(chǎn)生的缺陷，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)服役過程中的安全。采用本發(fā)明可以比較迅速地監(jiān)測與測量到試樣表面缺陷的演變圖像，通過標(biāo)定結(jié)果計(jì)算出裂紋長度，并且其具有較高的精度。


圖1是本發(fā)明所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置的光學(xué)傳遞原理圖；圖3是本發(fā)明的隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置的左視圖；圖4是本發(fā)明的隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置的俯視圖；圖5是本發(fā)明采用一字標(biāo)定板的標(biāo)定圖像；圖6為具體實(shí)施方式
六中所述的將夾具10夾在6系6061鋁合金的板狀試樣上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1為具體實(shí)施方式
六中所述的使用本發(fā)明的裝置固定在6系6061鋁合金的板狀試樣上的布置位置圖；圖8為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在Os時(shí)刻的缺陷效果圖；圖9為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在180s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖10為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在190s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖11為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在200s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖12為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在210s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖13為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在220s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖14為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在230s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖15為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在240s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖16為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在250s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖17為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在260s時(shí)刻的缺陷效果圖；圖18為本發(fā)明監(jiān)測鋁合金試樣表面在270s時(shí)刻的缺陷效果圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:下面結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，它包括:計(jì)算機(jī)1、(XD攝像機(jī)2、光學(xué)顯微鏡3、固定塊4、光纖傳像束5、轉(zhuǎn)接口 6、微型顯微鏡7、螺紋接口 8、二維微調(diào)系統(tǒng)9和夾具10 ；所述二維微調(diào)系統(tǒng)9包括縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-1和橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-2 ;且在縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-1的一端設(shè)置有連接螺紋通孔9-3 ；所述夾具10包括U型槽和鎖緊旋鈕10-1 ;該鎖緊旋鈕10-1設(shè)置在U型槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述夾具10的U型槽的底部固定連接在二維微調(diào)系統(tǒng)9的橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-2上；所述微型顯微鏡7的物鏡嵌入在所述螺紋接口 8的一端，該螺紋接口 8的另一端與縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-1的螺紋通孔9-3固定連接，且所述螺紋接口 8的內(nèi)腔與所述螺紋通孔
9-3連通；所述螺紋接口 8與二維微調(diào)系統(tǒng)9構(gòu)成隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置；所述微型顯微鏡7的目鏡通過轉(zhuǎn)接口 6與光纖傳像束5的一端連通；該光纖傳像束5的另一端通過固定塊4與光學(xué)顯微鏡3的物鏡連通；所述固定塊4設(shè)置在光學(xué)顯微鏡3樣品臺(tái)的正上方；所述光學(xué)顯微鏡3的目鏡側(cè)設(shè)置有CXD攝像機(jī)2，該CXD攝像機(jī)2通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)I連接。
具體實(shí)施方式
二:下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述的微型顯微鏡7的物鏡與待測樣品的垂直距離為20mm 22mm。
具體實(shí)施方式
三:下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述微型顯微鏡7的目鏡與光纖傳像束5的一端之間的距離為5mm 7mm0具體實(shí)施方式
四:下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述光學(xué)顯微鏡3物鏡與光纖傳像束5的另一端的距離為14mm 15mm。
具體實(shí)施方式
五:下面結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是采用實(shí)施方式一所述的一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，應(yīng)用該裝置對(duì)CCD攝像機(jī)2所采集的圖像區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定:以一字標(biāo)定板為例:一字標(biāo)定板上刻度值長10mm，劃分100等分，格值為
0.1mm，監(jiān)測圖像區(qū)域共發(fā)現(xiàn)三個(gè)刻度值，則采集到的圖像中的像素點(diǎn)與像素點(diǎn)之間的距離為 3.125 u m。
具體實(shí)施方式
六:下面結(jié)合圖1至圖18說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是根據(jù)具體實(shí)施方式
一至具體實(shí)施方式
五所記載的裝置的技術(shù)方案，應(yīng)用上述的技術(shù)方案對(duì)6系6061招合金的板狀試樣表面缺陷演變進(jìn)行監(jiān)測:試樣長為250mm,寬為40mm,高為15mm,試樣底部開V型缺口，試樣以200mm跨距放置于加載機(jī)上，三點(diǎn)彎曲加載機(jī)的速度設(shè)為1.2mm/min。將夾具10夾在6系6061鋁合金的板狀試樣上，鎖緊鎖緊旋鈕10_1，如圖6所示，使夾具10能固定在試樣上，且讓縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9-1的螺紋通孔9-3正對(duì)著試樣底部開的V型缺口 ；如圖7所示；通過調(diào)整隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置使得微型顯微鏡7的物鏡始終正對(duì)試樣底部開的V型缺口即圖2中AB的位置處，增大微型顯微鏡7的目鏡與物鏡之間的距離，在中間成像A1 B'介于微型顯微鏡7的目鏡的一倍焦距與兩倍焦距之間，使物鏡所成的像位于目鏡前焦點(diǎn)F2的外側(cè)，此像再經(jīng)過微型顯微鏡7的目鏡放大，即可在目鏡的另一側(cè)得到一個(gè)經(jīng)二次放大的正立實(shí)像A " B"；光纖傳像束5將經(jīng)過微型顯微鏡7放大的正立實(shí)像A" B"傳輸?shù)焦鈱W(xué)顯微鏡3的一倍焦距與兩倍焦距之間，通過光學(xué)顯微鏡3的一系列光路后會(huì)在一個(gè)平面(像平面)上成像，把攝像頭的CCD感光芯片調(diào)節(jié)到這個(gè)平面后就能夠得到清晰的像，攝像設(shè)備將成像的光信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字圖像的形式儲(chǔ)存或傳輸給計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)加載機(jī)同時(shí)觸發(fā)圖像采集程序，設(shè)置每秒采集一幀圖像并保存。在計(jì)算機(jī)I上發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)展快超出屏幕監(jiān)測范圍時(shí)，停止加載。整個(gè)監(jiān)測過程約為270秒左右完成。從所采集到的監(jiān)測圖像可以看出，試樣V型缺口的45°和135°方向存在裂紋擴(kuò)展，在加載機(jī)加載180s后，試樣V型缺口的135°方向發(fā)現(xiàn)塑性變形，此后塑性變形區(qū)域擴(kuò)大，在200s出現(xiàn)小裂紋，約為211 y m，隨著載荷的增加，裂紋不斷擴(kuò)展，最終可以看出試樣V型缺口裂紋擴(kuò)展呈樹丫狀，長度約為0.75mm。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，它包括:計(jì)算機(jī)(1)、CCD攝像機(jī)(2)、光學(xué)顯微鏡(3)、固定塊(4)、光纖傳像束(5)、轉(zhuǎn)接口(6)、微型顯微鏡(7)、螺紋接口(8)、二維微調(diào)系統(tǒng)(9)和夾具(10)； 所述二維微調(diào)系統(tǒng)(9)包括縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9-1)和橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9-2);且在縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9-1)的一端設(shè)置有連接螺紋通孔(9-3)； 所述夾具(10)包括U型槽和鎖緊旋鈕(10-1);該鎖緊旋鈕(10-1)設(shè)置在U型槽的一個(gè)側(cè)壁上； 所述夾具(10)的U型槽的底部固定連接在二維微調(diào)系統(tǒng)(9)的橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9-2)上； 所述微型顯微鏡(7)的物鏡嵌入在所述螺紋接口(8)的一端，該螺紋接口(8)的另一端與縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9-1)的螺紋通孔(9-3)固定連接，且所述螺紋接口(8)的內(nèi)腔與所述螺紋通孔(9-3)連通；所述螺紋接口(8)與二維微調(diào)系統(tǒng)(9)構(gòu)成隨動(dòng)三維調(diào)節(jié)裝置； 所述微型顯微鏡(7)的另一端通過轉(zhuǎn)接口(6)與光纖傳像束(5)的一端連接； 該光纖傳像束(5)的另一端通過固定塊(4)與光學(xué)顯微鏡(3)相連接； 所述固定塊(4)設(shè)置在光學(xué)顯微鏡(3)樣品臺(tái)的正上方；所述光學(xué)顯微鏡(3)上設(shè)置有CXD攝像機(jī)(2 )，該CXD攝像機(jī)(2 )通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，所述微型顯微鏡(7)的物鏡與待測樣品的垂直距離為20mm 22mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光纖傳像束(5)靠近微型顯微鏡(7)的端口距離微型顯微鏡(7)目鏡的距離為5mm 7mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光纖傳像束(5)靠近光學(xué)顯微鏡(3)的端口距離光學(xué)顯微鏡(3)物鏡的距離為14mm 15mm。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)缺陷光纖顯微監(jiān)測裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有測量裝置無法在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下對(duì)其表面狀態(tài)的監(jiān)測的問題。它包括計(jì)算機(jī)、CCD攝像機(jī)、光學(xué)顯微鏡、固定塊、光纖傳像束、轉(zhuǎn)接口、微型顯微鏡、螺紋接口、二維微調(diào)系統(tǒng)和夾具；二維微調(diào)系統(tǒng)包括縱向和橫向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；夾具包括U型槽和鎖緊旋鈕；夾具的U型槽的底部固定連接在二維微調(diào)系統(tǒng)上；微型顯微鏡的物鏡嵌入在螺紋接口的一端，其另一端與縱向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的螺紋通孔固定連接，微型顯微鏡的目鏡通過轉(zhuǎn)接口與光纖傳像束的一端連通；其另一端通過固定塊與光學(xué)顯微鏡的物鏡連通；光學(xué)顯微鏡的目鏡側(cè)設(shè)置有CCD攝像機(jī)，該CCD攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。用于監(jiān)測部件磨損和缺陷。
文檔編號(hào)G01N21/88GK103196923SQ201310146418
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者剛鐵, 朱榮華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)