全文摘要
本实用新型提供一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，包括上下设置的顶板和底座、竖直设置在顶板和底座间的多个支撑连接柱、以及分别设置在顶板和底座中心位置的上定位件和下定位件，在两个定位件上设置同轴且等直径的通孔以用于容置探针的上下两端，在每个定位件上均设有与紧固螺钉匹配且与定位件内通孔连通的螺纹孔，所述螺纹孔水平设置且位于探针的同一侧，通过紧固螺钉的旋进旋出实现对探针两端的夹紧和放松，通过沿螺纹方向转动定位件调整两个定位件间的距离进而实现探针的拉直。本实用新型在保证探针安装精度和垂直度的前提下，实现对探针的快速更换和拉直绷紧操作，探的针安装精度高，有利于样品的精确定位。
主设计要求
1.一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，包括顶板(1)、底座(2)、上定位件(3)、下定位件(4)、上紧固螺钉(5)和下紧固螺钉(6)；所述顶板(1)和底座(2)上下设置且在二者间设有多个竖直的支撑连接柱(7)，所述底座(2)直接或间接固定在中子衍射谱仪的样品台(02)上，所述上定位件(3)和下定位件(4)分别设置在所述顶板(1)和底座(2)上且两个定位件在竖直方向上的距离可调，在所述上定位件(3)和下定位件(4)的对应位置分别设有同轴且等直径的通孔以用于容置探针(01)的上下两端，在两个定位件上还分别设有与所述上紧固螺钉(5)和下紧固螺钉(6)匹配的螺纹孔，所述螺纹孔水平设置且一端与定位件内的通孔连通以用于实现紧固螺钉与通孔内探针的接触，两个紧固螺钉上下平行且位于所述探针的同侧方向，通过紧固螺钉的旋进旋出实现对探针两端的夹紧和放松，并通过调整两个定位件间的距离实现对探针的拉直操作。
设计方案
1.一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，包括顶板(1)、底座(2)、上定位件(3)、下定位件(4)、上紧固螺钉(5)和下紧固螺钉(6)；
所述顶板(1)和底座(2)上下设置且在二者间设有多个竖直的支撑连接柱(7)，所述底座(2)直接或间接固定在中子衍射谱仪的样品台(02)上，所述上定位件(3)和下定位件(4)分别设置在所述顶板(1)和底座(2)上且两个定位件在竖直方向上的距离可调，在所述上定位件(3)和下定位件(4)的对应位置分别设有同轴且等直径的通孔以用于容置探针(01)的上下两端，在两个定位件上还分别设有与所述上紧固螺钉(5)和下紧固螺钉(6)匹配的螺纹孔，所述螺纹孔水平设置且一端与定位件内的通孔连通以用于实现紧固螺钉与通孔内探针的接触，两个紧固螺钉上下平行且位于所述探针的同侧方向，通过紧固螺钉的旋进旋出实现对探针两端的夹紧和放松，并通过调整两个定位件间的距离实现对探针的拉直操作。
2.根据权利要求1所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，所述上定位件(3)和下定位件(4)均通过螺纹分别固定连接在所述顶板(1)和底座(2)上，且在定位件带螺纹一端的穿出部分设置配套的垫片和调整螺母(8)。
3.根据权利要求2所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，所述支撑连接柱(7)的两端与所述顶板(1)及底座(2)间采用可拆装式连接；或所述支撑连接柱(7)和所述顶板(1)及底座(2)一体成型。
4.根据权利要求3所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，所述支撑连接柱(7)间隔均匀地分布在以定位件上通孔的轴心线为圆心的圆周上。
5.根据权利要求4所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，两个定位件上的通孔为所述顶板(1)、底座(2)、上定位件(3)、下定位件(4)和连接柱(7)装配成一体后一次加工成型，以确保上下两个通孔间的同轴度，进而保证被夹持探针相对于底座(2)的垂直度以及中子衍射测量时对样品的定位精度。
6.根据权利要求5所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，在所述底座(2)上还设有多个用于实现其与样品台(02)间固连的螺栓连接孔；或在所述底座(2)的下方设置连接底盘(9)且在所述连接底盘(9)上设有多个用于实现其与样品台(02)间固连的螺栓连接孔。
7.根据权利要求6所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，当所述探针夹持装置还包括连接底盘(9)时，在所述连接底盘(9)的底部设有空腔，所述空腔用于容置下定位件(4)的一端及下紧固螺钉(6)，或用于容置下定位件(4)的一端及调整螺母(8)。
8.根据权利要求7所述用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其特征在于，所述底座(2)和连接底盘(9)间通过连接螺钉(10)固连，或二者一体成型。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及中子衍射残余应力检测技术领域，具体涉及一种探针夹持装置，该探针夹持装置应用于利用中子衍射对材料及构件残余应力进行测量时的样品定位。
背景技术
国家的快速发展离不开工程领域的支撑。如今，在各类工程项目中关于大型构件的使用变得越来越广泛且频繁，而一旦发生由于大型构件损坏而导致的安全事故，其在人力和物力方面造成的损失都将是巨大的。
根据相关研究表明，残余应力是引发材料及构件的局部或整体性破坏的重要因素之一。目前，能检测构件内部残余应力大小的方法主要分为有损测试法和无损测试法，其中，中子衍射法是无损测试法中的代表方法，也是迄今为止关于残余应力检测的最为有效的无损检测方法。中子衍射谱仪是应用中子衍射原理进行残余应力测量的装置，目前国际上使用的定位方法大多采用中子束扫边定位法：对于外形轮廓尺寸已知的规则被测样品，中子束扫边定位法首先将样品准确安装在样品台上并进行初始位置的标定，测量时再调整样品至合适的角度及位置，控制样品的移动，使样品从表面边界轮廓开始测量，得到衍射中子束强度，逐步平移使取样体积进入样品内部，记录每次中子束衍射出射强度，直至采样体积从外边界逐步移去，从样品厚度的两个边界间的“移入-退出”测量过程中会产生一个中子束峰强分布谱，称为“进入曲线”。该曲线两边的跳变位置间隔即为样品厚度，曲线高度的一半所对应的位置为样品边界移动到衍射点的位置。再根据事先已知的样品的轮廓几何信息和安装位置计算确定样品几何中心在测量空间的位置和姿态。
这种扫边定位方法要求被测样品具有规则且已知的轮廓外形或具有特定的表面形状，同时要多次扫描表面才能得到正确的“进入曲线”，需要的定位时间比较长、精度低。然而在实际测量过程中，样品的形状是不定且变化多样的，而且当扫描的表面有织构、大晶粒或高吸收材料的情况时，入射曲线还会发生变形，不能够实现精确的定位。
为了克服上述缺点，特提出了基于标准探针的样品定位方法，其核心就是通过细长的探针先找到衍射测量原点(利用探针校正取样体积的中心位置)并以此为基础进行测量标定，然后通过确定各坐标系的相对位置关系实现对样品中测量点的定位，最后完成样品中残余应力的测量。
由于在不同的实验环境下，需要用到不同直径和材质的探针来标定衍射测量原点，而目前使用的探针在安装时均采用和样品夹具相同的一体装夹方法，且一次安装后位置不可调整，在实际操作过程中存在探针更换繁琐的问题，加之由于探针具有很大的长径比且采用一端固定而另一端悬空的设置方式，极易发生变形和折断现象。如果在实验中需频繁更换探针或探针折断都将会严重影响实验进度，大大增加了实验的准备时间，导致宝贵的中子束时间被严重浪费，从而造成巨大的经济损失。同时，在上述基于探针的样品定位方法中，还必须时刻保证探针的安装精度和垂直度，这就对探针的装夹和更换过程提出了很高要求。
针对上述问题和要求，行业内急需一种新的与中子衍射谱仪配套使用的探针夹持装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种拆装便捷灵活、探针更换方便、安装精度高的探针夹持装置，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，包括顶板、底座、上定位件、下定位件、上紧固螺钉和下紧固螺钉；
所述顶板和底座上下设置且在二者间设有多个竖直的支撑连接柱，所述底座直接或间接固定在中子衍射谱仪的样品台上，所述上定位件和下定位件分别设置在所述顶板和底座上且两个定位件在竖直方向上的距离可调，在所述上定位件和下定位件的对应位置分别设有同轴且等直径的通孔以用于容置探针的上下两端，在两个定位件上还分别设有与所述上紧固螺钉和下紧固螺钉匹配的螺纹孔，所述螺纹孔水平设置且一端与定位件内的通孔连通以用于实现紧固螺钉与通孔内探针的接触，两个紧固螺钉上下平行且位于所述探针的同侧方向，通过紧固螺钉的旋进旋出实现对探针两端的夹紧和放松，并通过调整两个定位件间的距离实现对探针的拉直操作。
所述探针与上、下定位件通孔间的配合采用6级精度的基轴制间隙配合形式，以保证探针的同轴度和相对于底盘的垂直度。
优选地，所述上定位件和下定位件均通过螺纹分别固定连接在所述顶板和底座上，且在定位件带螺纹一端的穿出部分设置配套的垫片和调整螺母。
优选地，所述支撑连接柱的两端与所述顶板及底座间采用可拆装式连接；或所述支撑连接柱和所述顶板及底座一体成型。
优选地，所述支撑连接柱间隔均匀地分布在以定位件上通孔的轴心线为圆心的圆周上。更优选地，所述支撑连接柱的数量为四个，在保证支撑作用的同时尽量使夹持探针的可视角度范围(可视范围是指从探针取样体积位置处往入射口或探测器看，能看到的两相邻连接柱间的范围)最大化。
优选地，两个定位件上的通孔为所述顶板、底座、上定位件、下定位件和连接柱装配成一体后一次加工成型，以确保上下两个通孔间的同轴度，进而保证被夹持探针相对于底座的垂直度以及中子衍射测量时对样品的定位精度。
优选地，在所述底座上还设有多个用于实现其与样品台间固连的螺栓连接孔；或在所述底座的下方设置连接底盘且在所述连接底盘上设有多个用于实现其与样品台间固连的螺栓连接孔。
优选地，当所述探针夹持装置还包括连接底盘时，在所述连接底盘的底部设有空腔，所述空腔用于容置下定位件的一端及下紧固螺钉，或用于容置下定位件的一端及调整螺母。
优选地，所述底座和连接底盘间通过连接螺钉固连，或二者一体成型。
为了保证装置本身的可靠性、耐磨性、抗弯曲能力及防腐蚀性，本实用新型各部件的材料选用不锈钢或在强度、耐磨性、抗氧化性和抗腐蚀性方面具有良好表现的高性能铝合金。为了实现探针的有效夹紧和拉直，同时确保探针的垂直度和安装精度，所述定位件与顶板和底座间的螺纹配合均为细牙螺纹配合，可使其具备良好的微调效果且更适合于承受较大的拉力及冲击力。
本实用新型提供的技术方案至少具有如下有益效果：
1、本实用新型具有良好的实用性，结构简单、拆装方便、使用灵活且易于携带，可解决目前一体型探针夹持装置所带来的问题，在保证探针的安装精度和垂直度的要求下，实现中子衍射测量中对探针的安装固定、夹紧和拉直操作，有利于被测样品的精确定位，能大幅减少基于标准探针的样品定位实验方案所耗费的时间，节省宝贵的中子束时间，可进一步提高其定位测量的效率。
2、本实用新型将用于夹持探针的定位件设置成螺纹连接形式，不仅便于根据不同定位实验的需要随时更换上下定位件，适用于不同直径规格的探针，还通过化直为曲的方式实现对探针的微调，由于采用了旋进式调距方法，可保证探针在移动过程中始终不偏离中心轴线，确保测量实验时的定位精准度。
3、本实用新型通过将上下两个紧固螺钉相互平行地设置在探针的同一侧，使得探针的上下两端同时受到来自同一方向的作用力，确保探针始终保持相对于底座的垂直度，提高样品的定位精度；同时，在对上下两个定位件上的通孔进行作业时，采用将装置主要部件装配完成后一次加工成型的方式，确保两个通孔的同轴性，也有利于确保探针的垂直度进而提高样品的定位精度。
4、本实用新型设置轴对称的四个支撑连接柱，不仅便于确定中心轴线的位置，还可在中子衍射测量时给中子束留出足够的空间，有利于在实验测量中确定取样体的中心位姿，达到扩大所夹持探针的可视角度范围的效果，避免入射中子束或衍射中子束与探针夹持装置发生干涉。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需使用到的附图作简单地介绍，显而易见地，下列附图仅仅用于帮助理解本实用新型中的部分实施例而非技术方案的全部，其中：
图1是本实用新型实施例1的立体示意图；
图2是图1的轴向剖视图；
图3是本实用新型实施例2的立体示意图；
图4是图3的轴向剖视图；
图5是本实用新型实施例3的立体示意图；
图6是图5的轴向剖视图；
图7是本实用新型探针夹持装置在样品定位实验中的工作示意图；
其中：01探针，02样品台，03入射狭缝，04中子探测器，05入射中子束，06衍射中子束，021负载托板，022 X轴驱动伺服电机，023 Y轴驱动伺服电机，024 Z轴第一级升降缸，025 Z轴第二级升降缸，026 Z轴旋转机构；1顶板，2底座，3上定位件，4下定位件，5上紧固螺钉，6下紧固螺钉，7支撑连接柱，8调整螺母，9连接底盘，10连接螺钉。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
参见图1和图2，一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，包括顶板1、底座2、上定位件3、下定位件4、上紧固螺钉5、下紧固螺钉6和连接底盘9。
所述底座2设置在所述连接底盘9的中心位置且二者间通过过盈配合及连接螺钉10固连，在所述连接底盘9上设有多个用于实现其与样品台02间固连的螺栓连接孔，所述顶板1设置在所述底座2的正上方且二者间设有竖直的支撑连接柱7，所述上定位件3和下定位件4分别设置在所述顶板1和底座2上且两个定位件在竖直方向上的距离可调，在所述上定位件3和下定位件4的中心位置分别设有同轴且等直径的通孔以用于容置探针01的上下两端，且在两个定位件上还分别设有与所述上紧固螺钉5和下紧固螺钉6匹配的螺纹孔，所述螺纹孔水平设置且一端与定位件内的通孔连通以用于实现紧固螺钉与通孔内探针的接触，两个紧固螺钉上下平行且位于所述探针的同侧方向；通过紧固螺钉的旋进旋出实现对探针两端的夹紧和放松，并通过调整两个定位件间的距离实现对探针的拉直操作。
在本实施例中，所述支撑连接柱7的数量为四个且间隔均匀地分布在以定位件上通孔的轴心线为圆心的圆周上，多个支撑连接柱形成一个轴对称的中空结构，该结构的中心轴线与两个定位件上通孔的中心轴线重合，两个定位件上的通孔为所述顶板1、底座2、上定位件3、下定位件4和连接柱7装配成一体后一次加工成型，以确保上下两个通孔间的同轴度，进而保证被夹持探针相对于底座2的垂直度以及中子衍射测量时对样品的定位精度。所述支撑连接柱7和所述顶板1及底座2间采用一体成型方式且三者间形成一个中空且四周镂空的圆柱形。
在本实施例中，所述上定位件3和下定位件4均通过螺纹分别固定连接在所述顶板1和底座2上，且两个定位件带螺纹的一端相对设置而在非螺纹的一端设置紧固螺钉，在所述上定位件3带螺纹一端的穿出部分设置有配套的垫片和调整螺母8，所述下定位件4还穿过所述连接底盘9，在所述连接底盘9的底部设有用于容置下定位件4的非螺纹端及下紧固螺钉6的空腔。
实施例2
参见图3和图4，一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，除了所述底座2和连接底盘9间取消连接螺钉10且采用一体成型方式外，其他结构与实施例1完全相同。
实施例3
参见图5和图6，一种用于中子衍射测量中样品定位的高精度探针夹持装置，其结构与实施例1基本相同，区别点如下：在本实施例中，所述支撑连接柱7和所述顶板1及底座2间采用可拆装式连接，具体地，所述支撑连接柱7的两端设计成螺栓形式且通过匹配的螺母或螺纹孔分别与所述顶板1及底座2固连；本实施例不包括连接底盘9，因此也无需连接螺钉10，所述底座2直接固定在中子衍射谱仪的样品台02上且在底座2上设有多个螺栓连接孔；在本实施例中，两个定位件带螺纹的一端均朝下设置，且在两个定位件带螺纹一端的穿出部分均设置有配套的垫片和调整螺母8，在所述底座2的底部还设有用于容置下定位件4的螺纹穿出端及调整螺母8的空腔，为了给下定位件4提供足够的上下移动空间，所述底座2设计成中部凸起的结构，所述下定位件4设置在底座2的凸起位置上。
结合图7，中子衍射测量的实验条件包括中子衍射谱仪的样品台02、入射狭缝03、中子探测器04、中子束挡板、屏蔽大鼓和全站仪测量系统(图中未全部示出)。测量方法为基于探针的样品定位方法。
中子衍射测量的过程如下：
1、组装好探针夹持装置并将探针中点设为标记点，通过内六角螺栓和螺栓连接孔的配合将整个探针夹持装置固定在样品台02的负载托板021上，同时将待进行残余应力测量的样品也固定在负载托板021上，此时样品上任一点与标记点的相对位置为固定值；
2、通过入射狭缝03发出入射中子束05，通过中子探测器04接收衍射中子束06；
3、通过X轴驱动伺服电机022、Y轴驱动伺服电机023、两个Z轴升降缸以及Z轴旋转机构26驱动负载托板021在X轴、Y轴、Z轴方向移动或绕Z轴旋转，以标记点为衍射测量参考点，用中子束扫边法确定取样体积中心位姿，使探针上的标记点移动到由入射中子束05和衍射中子束06的交会点位置，即衍射点；
4、利用全站仪测量系统对样品台等进行坐标系标定，计算出样品上将要进行残余应力测量的点(即待测量点)与探针中点(即标记点)在样品台坐标系中的相对位姿；
5、驱动样品台02运动且运动量为计算出的相对位姿大小，将样品上待测量点移动到衍射点进行残余应力测量；
6、由中子探测器04对衍射中子束06的波长变化进行分析，通过布拉格原理计算得出样品上待测量点的残余应力。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。在本实用新型的精神和原则之内，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本实用新型的专利保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920012173.3
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:43(湖南)
授权编号:CN209356430U
授权时间:20190906
主分类号:G01N 23/20025
专利分类号:G01N23/20025;G01L5/00;G01L1/25
范畴分类:31E;
申请人:中南大学
第一申请人:中南大学
申请人地址:410012 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
发明人:李群明;邓华;张绪烨
第一发明人:李群明
当前权利人:中南大学
代理人:郑隽;吴婷
代理机构:43214
代理机构编号:长沙七源专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计