拋噴丸強化是一種廣泛使用的方法，其在工件表面產(chǎn)生壓縮應力，使其更耐用。如許多制造工藝一樣，拋噴丸強化也需要包括應力值的質(zhì)量控制。用于測量拋噴丸強化工件殘余應力的常用技術(shù)是X射線(xiàn)衍射。
Stresstech在無(wú)損過(guò)程控制和質(zhì)量檢驗方面擁有30多年的經(jīng)驗。Stresstech產(chǎn)品線(xiàn)包括利用巴克豪森噪聲技術(shù)、孔鉆(ESPI：電子散斑圖案干涉術(shù))以及本文焦點(diǎn) - X射線(xiàn)衍射的應力分析儀。隨著(zhù)技術(shù)和制造的進(jìn)步，產(chǎn)品線(xiàn)包括許多自動(dòng)測量功能，并使用了工業(yè)機器人。工業(yè)機器人可用于測量具有復雜形狀和寬表面工件的殘余應力，通過(guò)自動(dòng)化創(chuàng )建靈活的測量過(guò)程。Stresstech機器人的X射線(xiàn)測量系統被稱(chēng)為Xstress機器人。
圖1：機器人通過(guò) X 射線(xiàn)衍射在具有復雜形狀、寬表面或難以到達區域的零件上簡(jiǎn)易測量殘余應力
根據X射線(xiàn)衍射數據測定殘余應力
X射線(xiàn)是具有較短波長(cháng)(即比可見(jiàn)光具有更高的能量)的電磁輻射波。短波長(cháng)X射線(xiàn)非常適合探測材料中的面間距。使用面間距作為極限標距長(cháng)度，X射線(xiàn)技術(shù)是理想的技術(shù)，并適用于所有結晶材料，特別是金屬，同時(shí)也適用于陶瓷。其測量應力，而無(wú)需無(wú)應力樣品進(jìn)行校準。
具有周期性晶格結構的材料可以用所謂的單位晶胞描述，其是包含用于各種材料晶體結構信息的小體積單元。通過(guò)連接原子所在的點(diǎn)形成晶格結構。用于描述這些單位晶胞的常用的坐標系是米勒指數計數法。
常見(jiàn)的X射線(xiàn)源是X射線(xiàn)管，其中電子被轟擊至目標金屬陽(yáng)極。通過(guò)加熱充當陰極的鎢絲形成熱離子電子。用高電壓(25 kV至60 kV)將電子加速，這給予電子足夠的能量使其從目標金屬原子，發(fā)射特定于陽(yáng)極材料的標識特征射線(xiàn),這種接近單色射線(xiàn)可用于X射線(xiàn)衍射分析。
通過(guò)衍射峰位置計算應變，由衍射數據確定殘余應力。作用在測量材料上的應力改變了晶面間距，其可以被測量。在實(shí)踐中，首先測量無(wú)應力的金屬粉末以對特定材料的器件進(jìn)行校準。在校準期間，將檢測器放置到粉末的已知衍射角，并設置角度盤(pán)。然后通過(guò)測量具有多個(gè)傾斜角的晶格距離來(lái)計算應力，并且結果被繪制為d vs sin2X圖，其中d是測量的晶面間距，X是傾斜角?？蓮脑?/span>d vs sin2X圖的斜率確定殘余應力。
X射線(xiàn)衍射是測量殘余應力的非破壞性的、簡(jiǎn)便的方法。曝光區域量會(huì )影響測量時(shí)間，而使用較大的準直器會(huì )減少測量所需時(shí)間。
圖2：來(lái)自晶格面的X射線(xiàn)衍射(布拉格定律)
布拉格定律描述了來(lái)自晶格面的X射線(xiàn)衍射。表示為λ=2dsinθ，其中λ是X射線(xiàn)的波長(cháng)，d是晶面間距，θ是衍射角，如圖2所示。布拉格定律假定入射波和衍射波同相并經(jīng)歷相長(cháng)干涉。布拉格定律已證明其本身是的、正確的，使其成為衍射應用的有用工具。
用機器人達到極限
工業(yè)機器人系統包括具有多個(gè)軸的機器人臂，其由機器人控制器控制?？刂破鬟€可以控制外部軸和旋轉單元，可用于操作工件。機器人具有不同的尺寸、不同的有效載荷和可達性。機器人應用的重要部分是附接到機器人凸緣的工具，機器人需要完成其任務(wù)。該工具幾乎可以是任何東西：夾子、焊槍、點(diǎn)膠機等。機器人系統通常具有外圍I/O設備，其可以通過(guò)機器人控制器進(jìn)行操作和監視。其中一個(gè)關(guān)鍵特征是機器人也是可重新編程的。
Xstress機器人系統是用于測量殘余應力的交鑰匙解決方案。它使用工業(yè)機器人作為測角儀，從而為測量過(guò)程帶來(lái)更多的靈活性和自動(dòng)化。Xstress機器人系統由包括機器人控制器、X射線(xiàn)管和準直器的工業(yè)機器人、X3003主機和帶有XTronic軟件的計算機組成。作為選項，Xstress機器人可以使用迷你管而非標準的G3 X射線(xiàn)管進(jìn)入圖3所示的較小空間。
在X射線(xiàn)測量中使用Xstress機器人與工業(yè)機器人的優(yōu)勢是能夠將G3測量頭移動(dòng)到其他難以到達的空間，從而生成準確的測量結果。寬工作區為Xstress機器人提供了測量大型、復雜零件的方法，無(wú)需在測量之間移動(dòng)零件。此外，由于XTronic中測量點(diǎn)的映射特征，測量過(guò)程是自動(dòng)的。Xstress機器人是敏捷的，能移動(dòng)至難以到達的位置(如可以移動(dòng)至圓柱形管)，而對標準測角儀來(lái)說(shuō)這是一個(gè)不可能的任務(wù)。機器人可輕易地將測量頭帶入管內以測量如圖4所示的管焊縫的應力。
圖4：Xstress機器人測量圓柱體零件的內部
該系統可以包括外部軸線(xiàn)以在測量期間旋轉諸如曲軸的零件，從而給予機器人更多的可用于測量的空間。Xstress機器人系統可以利用旋轉軸訪(fǎng)問(wèn)：例如軸的各側。旋轉單元是高度自動(dòng)化應用的理想選擇，如圖5所示。
圖5：Xstress機器人在曲軸上進(jìn)行測量
使用方便
Stresstech在設計Xstress機器人時(shí)考慮了終用戶(hù)。大多數工作是使用XTronic軟件完成的，XTronic軟件控制機器人并計算殘余應力。在正常操作中，首先將附接到機器人臂的G3測角儀手動(dòng)定位到測量位置。位置被映射到測量程序，然后通過(guò)XTronic軟件加以執行。在測量程序期間，機器人將G3測角儀移動(dòng)到測量位置，并根據XTronic中定義的參數測量工件。實(shí)時(shí)計算殘余應力，用XTronic在圖中顯示數據。終用戶(hù)無(wú)需為數據處理花費時(shí)間，因為能以用戶(hù)友好的形式從XTronic中即刻讀取測量結果。
XTronic提供各種功能支持Xstress機器人測角儀的操作?？梢酝ㄟ^(guò)XTronic將機器人移動(dòng)到編程位置，無(wú)需使用機器人示教器。這有助于驗證測量點(diǎn)。此外，XTronic具有對準X射線(xiàn)管以實(shí)現更準確測量結果的功能。必須手動(dòng)進(jìn)行標準測角儀的對準，機器人測角儀只能通過(guò)修改XTronic的工具數據和機器人自動(dòng)對準本身進(jìn)行對齊。
測量服務(wù)
Stresstech集團在芬蘭、德國、印度和美國的實(shí)驗室設施為客戶(hù)提供不同方法的測量服務(wù)?？蛻?hù)可以將拋噴丸強化的工件直接送到實(shí)驗室進(jìn)行X射線(xiàn)測量。該服務(wù)是一個(gè)很好的選擇，若需測量有*的工件，安裝自己的機器人系統將不再是所要求的解決方案。Stresstech的測量實(shí)驗室配備了各種測量工具，包括Xstress機器人系統，主要用于測量大型、復雜的工件。也可以尋求當地w
若需測量的工件太大，則無(wú)法將其送到實(shí)驗室。由于Xstress Robot的移動(dòng)性，也可以在現場(chǎng)進(jìn)行測量。在測量實(shí)驗室使用的Xstress機器人系統是一個(gè)安裝在移動(dòng)推車(chē)上的一體化包裝系統，能以小的工作量將其帶到客戶(hù)的工廠(chǎng)場(chǎng)地。由于Xstress機器人非常緊湊從而可以裝進(jìn)一輛面包車(chē)，可以將整個(gè)Xstress機器人系統很容易地運輸到客戶(hù)的工廠(chǎng)進(jìn)行壓力測量。
移動(dòng)性也有利于機器人的可達性極限。即使極大的工件，也可以通過(guò)在測量位置之間移動(dòng)Xstress機器人而非移動(dòng)工件來(lái)進(jìn)行測量。首先，機器人可以移動(dòng)到某個(gè)位置，并且所有的測量均可在機器人的可達性?xún)韧瓿?。接下?lái)，機器人被移動(dòng)到新位置以用于下一測量，而無(wú)需移動(dòng)重工件。重復該過(guò)程，直到完成所有測量。得益于Xstress機器人系統的移動(dòng)性，能以小的工作量和短測量時(shí)間現場(chǎng)測量大型、復雜的工件。
Stresstech Oy的測量服務(wù)實(shí)驗室為客戶(hù)提供服務(wù)，是一家通過(guò)非破壞性X射線(xiàn)衍射法進(jìn)行殘余應力和殘余奧氏體測量的測試實(shí)驗室。(SFS-EN ISO/IEC 17025:20050)測量實(shí)驗室(FINAS T294)。
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