[實用新型]金屬薄板彈性各向異性全自動檢測儀

無效

• 申請號: 90216085.0
• 申請日: 1990-07-17
• 公開（公告）號: CN2085981U
• 公開（公告）日: 1991-10-02
• 發明（設計）人: 張金鐸;施永鑒;陳洪蓀
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F15/46
• 分類號: G06F15/46
• 代理公司: 北京大學專利事務所
• 代理人: 朱美棟

金屬薄板彈性各向異性全自動檢測儀屬機械、聲學和電子技術領域。

實用金屬經軋制板材的塑性變形后，由于晶粒的滑移和旋轉過程而具有各向異性特征。材料結構的各向異性導致其彈性性質呈現各向異性。

探討金屬材料彈性的各向異性，在理論研究上采用超聲波透射金屬塊形材料，直接測量各個獨立彈性參數。但由于各向異性材料，獨立彈性常數較為復雜，視材料結構的對稱性不同，獨立彈性常數最多將達21個。即使把軋制板材視為正交結構，其獨立彈性常數也有9個之多，測量這些獨立彈性常數，除要采用純縱波外，還要不同偏振的橫波，且波的傳播方向也有特殊要求，為此增加了換能器的復雜性。同時，由于需要由邊界直接耦合來產生樣品中的多種波，這種方法在工程上是難以實施的。特別是對金屬薄板（不是塊形材料）獨立彈性常數的測量，未發現有采用這種方法的先例。

目前一般測試薄板彈性各向異性的方法是：將薄板沿板面各向切割成細條作為樣品，分別測量其彎曲橫振動的固有振動頻率及自由扭轉的振動頻率。經計算得到楊氏模量和切變模量，并由兩者導出泊松比。被切割的樣品的長度必須為被測板材寬和厚的十倍以上，因此被測薄板越厚，用材量越大，而且要求設備的體積也大。為測量薄板各向異性，須按各方向分別切條，因而測量的各向異性彈性值不可能很細膩，其數據也只能代表較大尺寸范圍內平均的各向異性性能，因而測量精度不高。此外，由于將各方向樣品分別測量兩種振動頻率，所以測試速度慢，而且對操作技術要求較高。

本實用新型的目的是：

1.利用超聲波透射金屬薄板的特性，建立一種新的測量裝置。

2.解決目前對金屬薄板彈性各向異性的測量中大量浪費板材并改變對樣品做破壞性測試問題。

3.簡化檢測程序，應用電子技術和機械技術，配合使用計算機，實現高精度、全自動快速檢測。

本實用新型的原理是利用超聲波束透射金屬薄板時，其透射系數隨入射角而改變的物理特性，確定薄板中縱波與橫波的聲速，并通過聲速與材料彈性的關系用計算方法，準確得到被測樣品的彈性常數值。

本實用新型裝置如圖1所示，由正弦波脈沖信號發生器1、發射換能器2、待測樣品3、樣品方位轉動機構9、樣品平面轉動機構10、接收換能器4、放大檢波器5、A／D轉換卡6、計算機7、控制卡8組成，其工作過程如下：由正弦波填充脈沖信號發生器1，輸出脈沖電信號，通過發射換能器2，轉換成脈沖超聲波信號，透過待測樣品3后由接收換能器4轉換為電信號，經放大檢波器5濾波解調后得到脈沖包絡，放大后送計算機A／D轉換卡6，并由計算機7記憶。在得到一次數據后，計算機通過接口卡8，控制樣品方位轉動機構9，使超聲波對樣品的入射角按要求改變一個增量后，接著再進行下一次聲脈沖發射。如此直至方位角由－α°轉至＋α°。測畢后計算機通過接口卡8控制樣品平面轉動機構，使樣品在樣品平面內按要求在360°范圍內任意旋轉某一角度，以便在不同方位繼續上述測量。最后經計算機處理，打印輸出測試結果。在檢測過程中，計算機可通過屏幕將檢測曲線顯示給操作人員，以使操作人員隨時了解樣品各向異性特征和透射系數峰谷值位置。

組合裝置圖1中所指超聲波信號發生器、發射換能器、接收換能器、放大檢波器為一般通用超聲波發射一接收儀器。樣品方位轉動機構9，如圖2所示由步進電機11、諧波齒輪減速器13與樣品臺架19組成同軸驅動機構。樣品平面轉動機構10，采用步進電機12、諧波齒輪減速器14、齒帶傳動機構15、16、17組成，安裝在樣品臺架上隨方位轉動機構轉動，兩套轉動機構均可保證樣品的聲波入射角和樣品的平面角度按高精度分度變化，并保證在任意位置上啟動和停止。

為了提高測量精度，還設有換能器姿態調正裝置，由螺紋和杠桿系統組成。它能調整換能器的方位、俯仰、高低和左右姿態，使超聲波束通過樣品平面的轉動中心，并在方位轉軸的垂直面內，以便得到較小的測試直徑范圍和較高的測量準確度。

超聲換能器采用縱波換能器，樣品、超聲波收發換能器均浸于液體（水）中進行檢測。

本實用新型為測量金屬薄板彈性各向異性，不僅提供了一種簡單的測量方法，避免了浪費金屬板材和費工、費時、精度低和測量技術復雜的缺點，還提供了高精度、快速度的全自動測量手段。

本實用新型的實施例如下：

金屬薄板彈性各向異性全自動測量儀由一臺APPLE計算機，一套超聲波脈沖發射與接收裝置，一臺步進電機電源和測試主機組成。測試主機結構如附圖2所示，主機包括：

樣品方位轉動機構——步進電機11，諧波齒輪減速器13，樣品臺架19。