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Stresstech產(chǎn)品線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射線衍射的應(yīng)力分析儀。隨著技術(shù)和制造的進(jìn)步，產(chǎn)品線包括許多自動(dòng)測(cè)量功能，并使用了工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人可用于測(cè)量具有復(fù)雜形狀和寬表面工件的殘余應(yīng)力，通過(guò)自動(dòng)化創(chuàng)建靈活的測(cè)量過(guò)程。Stresstech機(jī)器人的X射線測(cè)量系統(tǒng)被稱為Xstress機(jī)器人。

圖1：機(jī)器人通過(guò) X 射線衍射在具有復(fù)雜形狀、寬表面或難以到達(dá)區(qū)域的零件上簡(jiǎn)易測(cè)量殘余應(yīng)力 

根據(jù)X射線衍射數(shù)據(jù)測(cè)定殘余應(yīng)力

X射線是具有較短波長(zhǎng)(即比可見(jiàn)光具有更高的能量)的電磁輻射波。短波長(zhǎng)X射線非常適合探測(cè)材料中的面間距。使用面間距作為極限標(biāo)距長(zhǎng)度，X射線技術(shù)是理想的技術(shù)，并適用于所有結(jié)晶材料，特別是金屬，同時(shí)也適用于陶瓷。其測(cè)量絕對(duì)應(yīng)力，而無(wú)需無(wú)應(yīng)力樣品進(jìn)行校準(zhǔn)。

具有周期性晶格結(jié)構(gòu)的材料可以用所謂的單位晶胞描述，其是包含用于指定各種材料晶體結(jié)構(gòu)信息的Z小體積單元。通過(guò)連接原子所在的點(diǎn)形成晶格結(jié)構(gòu)。用于描述這些單位晶胞的常用的坐標(biāo)系是米勒指數(shù)計(jì)數(shù)法。

Z常見(jiàn)的X射線源是X射線管，其中電子被轟擊至目標(biāo)金屬陽(yáng)極。通過(guò)加熱充當(dāng)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(biāo)金屬原子，發(fā)射特定于陽(yáng)極材料的標(biāo)識(shí)特征射線,這種接近單色射線可用于X射線衍射分析。

 通過(guò)衍射峰位置計(jì)算應(yīng)變，由衍射數(shù)據(jù)確定殘余應(yīng)力。作用在測(cè)量材料上的應(yīng)力改變了晶面間距，其可以被測(cè)量。在實(shí)踐中，首先測(cè)量無(wú)應(yīng)力的金屬粉末以對(duì)特定材料的器件進(jìn)行校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)期間，將檢測(cè)器放置到粉末的已知衍射角，并設(shè)置角度盤(pán)。然后通過(guò)測(cè)量具有多個(gè)傾斜角的晶格距離來(lái)計(jì)算應(yīng)力，并且結(jié)果被繪制為d vs sin2X圖，其中d是測(cè)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(yīng)力。

X射線衍射是測(cè)量殘余應(yīng)力的非破壞性的、簡(jiǎn)便的方法。曝光區(qū)域量會(huì)影響測(cè)量時(shí)間，而使用較大的準(zhǔn)直器會(huì)減少測(cè)量所需時(shí)間。

 
圖2：來(lái)自晶格面的X射線衍射(布拉格定律) 

　　布拉格定律描述了來(lái)自晶格面的X射線衍射。表示為λ=2dsinθ，其中λ是X射線的波長(zhǎng)，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(zhǎng)干涉。布拉格定律已證明其本身是精準(zhǔn)的、正確的，使其成為衍射應(yīng)用的有用工具。

用機(jī)器人達(dá)到極限

 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)包括具有多個(gè)軸的機(jī)器人臂，其由機(jī)器人控制器控制?？刂破鬟€可以控制外部軸和旋轉(zhuǎn)單元，可用于操作工件。機(jī)器人具有不同的尺寸、不同的有效載荷和可達(dá)性。機(jī)器人應(yīng)用的重要部分是附接到機(jī)器人凸緣的工具，機(jī)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(jī)等。機(jī)器人系統(tǒng)通常具有外圍I/O設(shè)備，其可以通過(guò)機(jī)器人控制器進(jìn)行操作和監(jiān)視。其中一個(gè)關(guān)鍵特征是機(jī)器人也是可重新編程的。

Xstress機(jī)器人系統(tǒng)是用于測(cè)量殘余應(yīng)力的交鑰匙解決方案。它使用工業(yè)機(jī)器人作為測(cè)角儀，從而為測(cè)量過(guò)程帶來(lái)更多的靈活性和自動(dòng)化。Xstress機(jī)器人系統(tǒng)由包括機(jī)器人控制器、X射線管和準(zhǔn)直器的工業(yè)機(jī)器人、X3003主機(jī)和帶有XTronic軟件的計(jì)算機(jī)組成。作為選項(xiàng)，Xstress機(jī)器人可以使用迷你管而非標(biāo)準(zhǔn)的G3 X射線管進(jìn)入圖3所示的較小空間。

在X射線測(cè)量中使用Xstress機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人的Z大優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)?/span>G3測(cè)量頭移動(dòng)到其他難以到達(dá)的空間，從而生成準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。寬工作區(qū)為Xstress機(jī)器人提供了測(cè)量大型、復(fù)雜零件的方法，無(wú)需在測(cè)量之間移動(dòng)零件。此外，由于XTronic中測(cè)量點(diǎn)的映射特征，測(cè)量過(guò)程是自動(dòng)的。Xstress機(jī)器人是敏捷的，能移動(dòng)至難以到達(dá)的位置(如可以移動(dòng)至圓柱形管)，而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)角儀來(lái)說(shuō)這是一個(gè)不可能的任務(wù)。機(jī)器人可輕易地將測(cè)量頭帶入管內(nèi)以測(cè)量如圖4所示的管焊縫的應(yīng)力。

  
圖4：Xstress機(jī)器人測(cè)量圓柱體零件的內(nèi)部

該系統(tǒng)可以包括外部軸線以在測(cè)量期間旋轉(zhuǎn)諸如曲軸的零件，從而給予機(jī)器人更多的可用于測(cè)量的空間。Xstress機(jī)器人系統(tǒng)可以利用旋轉(zhuǎn)軸訪問(wèn)：例如軸的各側(cè)。旋轉(zhuǎn)單元是高度自動(dòng)化應(yīng)用的理想選擇，如圖5所示。

圖5：Xstress機(jī)器人在曲軸上進(jìn)行測(cè)量 

使用方便

Stresstech在設(shè)計(jì)Xstress機(jī)器人時(shí)考慮了Z終用戶。大多數(shù)工作是使用XTronic軟件完成的，XTronic軟件控制機(jī)器人并計(jì)算殘余應(yīng)力。在正常操作中，首先將附接到機(jī)器人臂的G3測(cè)角儀手動(dòng)定位到測(cè)量位置。位置被映射到測(cè)量程序，然后通過(guò)XTronic軟件加以執(zhí)行。在測(cè)量程序期間，機(jī)器人將G3測(cè)角儀移動(dòng)到測(cè)量位置，并根據(jù)XTronic中定義的參數(shù)測(cè)量工件。實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力，用XTronic在圖中顯示數(shù)據(jù)。Z終用戶無(wú)需為數(shù)據(jù)處理花費(fèi)時(shí)間，因?yàn)槟芤杂脩粲押玫男问綇?/span>XTronic中即刻讀取測(cè)量結(jié)果。

XTronic提供各種功能支持Xstress機(jī)器人測(cè)角儀的操作?？梢酝ㄟ^(guò)XTronic將機(jī)器人移動(dòng)到編程位置，無(wú)需使用機(jī)器人示教器。這有助于驗(yàn)證測(cè)量點(diǎn)。此外，XTronic具有對(duì)準(zhǔn)X射線管以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的功能。必須手動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)角儀的對(duì)準(zhǔn)，機(jī)器人測(cè)角儀只能通過(guò)修改XTronic的工具數(shù)據(jù)和機(jī)器人自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)本身進(jìn)行對(duì)齊。