[發(fā)明專利]基于波能耗散原理的大型高速回轉(zhuǎn)裝備結(jié)合面接觸應(yīng)力測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911410557.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN113125060A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚久彬;劉恩曉;孫傳智;王曉明;劉永猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/25
• 分類號(hào): G01L1/25;G01M15/00;G01M15/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.基于波能耗散原理的大型高速回轉(zhuǎn)裝備結(jié)合面接觸應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量方法應(yīng)用于基于激光超聲的大型高速回轉(zhuǎn)裝備接觸應(yīng)力測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)，所述測(cè)量裝置包括：Nd:YAG激光器(1)、分光鏡(2)、透鏡(3)、轉(zhuǎn)子裝配體(4)、激光超聲探測(cè)儀(5)、PIN硅光電二極管(6)、數(shù)據(jù)采集卡(7)、計(jì)算機(jī)(8)和精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)，所述轉(zhuǎn)子裝配體(4)坐落于所述精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上表面，所述激光超聲探測(cè)儀(5)的輸出端和PIN硅光電二極管(6)的信號(hào)輸出端均通過所述數(shù)據(jù)采集卡(7)與計(jì)算機(jī)(8)的信號(hào)輸入端連接，所述計(jì)算機(jī)(8)的信號(hào)輸出端分別與所述Nd:YAG激光器(1)的信號(hào)輸入端、激光超聲探測(cè)儀(5)的信號(hào)輸入端和精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)的信號(hào)輸入端連接，所述Nd:YAG激光器(1)、分光鏡(2)、透鏡(3)和PIN硅光電二極管(6)設(shè)置于轉(zhuǎn)子裝配體(4)的上法蘭的上方，所述激光超聲探測(cè)儀(5)設(shè)置于轉(zhuǎn)子裝配體(4)的下法蘭的下方，所述Nd:YAG激光器(1)、透鏡(3)和激光超聲探測(cè)儀(5)始終處于同一軸線上，所述測(cè)量方法包括以下步驟：

步驟一、調(diào)整Nd:YAG激光器(1)、分光鏡(2)和透鏡(3)的位置及姿態(tài)，使Nd:YAG激光器(1)發(fā)射的脈沖激光通過分光鏡(2)和透鏡(3)照射在轉(zhuǎn)子裝配體(4)的連接法蘭表面；

步驟二、調(diào)整PIN硅光電二極管(6)的位置及姿態(tài)，使其能夠接收到來自分光鏡(2)的脈沖激光；

步驟三、調(diào)整激光超聲探測(cè)儀(5)的位置及姿態(tài)，使激光超聲探測(cè)儀(5)與Nd:YAG激光器(1)和透鏡(3)處于同一軸線上；

步驟四、將轉(zhuǎn)子裝配體(4)置于精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上，調(diào)整轉(zhuǎn)子裝配體(4)的位置，使轉(zhuǎn)子裝配體(4)的回轉(zhuǎn)軸線與精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)保持一致，調(diào)整完成后采用夾具將轉(zhuǎn)子裝配體(4)固定在精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)上；

步驟五、計(jì)算機(jī)(8)發(fā)送指令使Nd:YAG激光器(1)發(fā)射脈沖激光，脈沖激光被分光鏡(2)分成兩束，其中一束入射到PIN硅光電二極管(6)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡(7)，作為超聲信號(hào)的采集觸發(fā)，另一束經(jīng)過透鏡(3)后聚焦到轉(zhuǎn)子裝配體(4)的上法蘭的上表面并在上法蘭內(nèi)部激發(fā)出超聲波，超聲波在上法蘭內(nèi)部傳播并穿過上法蘭與下法蘭的結(jié)合面到達(dá)下法蘭下表面，到達(dá)下法蘭下表面的超聲波信號(hào)由激光超聲探測(cè)儀(5)接收并傳輸至數(shù)據(jù)采集卡(7)，數(shù)據(jù)采集卡(7)將所述超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸至計(jì)算機(jī)(8)進(jìn)行保存、數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)顯示，第一個(gè)點(diǎn)的超聲波信號(hào)V₁獲取完成；

步驟六、選定一個(gè)方向，計(jì)算機(jī)(8)控制精密回轉(zhuǎn)臺(tái)(9)向所述選定方向調(diào)整角度，轉(zhuǎn)動(dòng)完成后重復(fù)步驟五，完成第二個(gè)點(diǎn)的超聲波信號(hào)V₂的獲??；

步驟七、重復(fù)執(zhí)行步驟六，直至轉(zhuǎn)子裝配體(4)回轉(zhuǎn)一周，完成該回轉(zhuǎn)半徑上超聲信號(hào)V₁、V₂......V_i的獲??；

步驟八，將Nd:YAG激光器(1)、分光鏡(2)、透鏡(3)、激光超聲探測(cè)儀(5)、PIN硅光電二極管(6)在保持原有姿態(tài)和相互之間相對(duì)位置不變的前提下整體平移，使其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子裝配體(4)的另一回轉(zhuǎn)半徑；

步驟九，重復(fù)步驟六至步驟八，直至完成轉(zhuǎn)子裝配體(4)法蘭所有回轉(zhuǎn)半徑上所有點(diǎn)的超聲信號(hào)的獲?。?/p>

步驟十，根據(jù)超聲波信號(hào)V_i計(jì)算出該信號(hào)的能量值E_i，利用能量值E_i與接觸應(yīng)力σ_i之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得轉(zhuǎn)子裝配體(4)結(jié)合面接觸應(yīng)力的分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波能耗散原理的大型高速回轉(zhuǎn)裝備結(jié)合面接觸應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，所述信號(hào)的能量值E為離散時(shí)間域[t_s，t_f]內(nèi)超聲波信號(hào)V的二次函數(shù)，即：

其中，V為激光超聲探測(cè)儀(5)接收的超聲波信號(hào)，f_s為采樣頻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波能耗散原理的大型高速回轉(zhuǎn)裝備結(jié)合面接觸應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，在步驟十中，所述能量值E_i與接觸應(yīng)力σ_i之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過標(biāo)定得出，即：

E_i＝Cσ_i (1)

其中，C為實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得出的超聲信號(hào)能量值E_i與接觸應(yīng)力σ_i之間的關(guān)系系數(shù)。