专利名称：一种结构动态缺陷光纤显微监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构动态缺陷光纤显微监测装置，属于光学领域。
背景技术：
机械构件的制造主要通过焊接、机械加工、铸造等工艺方法实现，由于生产工艺的复杂性、多样性，在制造的过程中常常会在构件表面产生砂眼、划痕、裂纹、麻坑等微观缺陷。机械构件在服役过程中，其表面产生的这些缺陷，由于受高低温、疲劳、腐蚀等应力的作用，微观缺陷发展为大缺陷，从而降低了构件的抗腐蚀性、抗磨性、疲劳极限等使用性能，直接影响零件本身的使用寿命，限制了设备性能的发挥，也给安全使用带来极大的隐患。目前对于结构表面缺陷的检测，大多是在静止状态下，采用显微镜的方法对结构表面的缺陷进行观测和测量。而在结构动态状况下或结构上缺陷动态演变情况下，显微镜对结构上的缺陷观测和测量跟踪困难，并且很难对焦，这就需要结构停机来完成对结构表面的缺陷进行观测和测量。
发明内容
本发明目的是为了解决现有测量装置无法在结构动态状态下对其表面状态的监测的问题，提供了一种结构动态缺陷光纤显微监测装置。本发明所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，它包括:计算机、C⑶摄像机、光学显微镜、固定块、光纤传像束、转接口、微型显微镜、螺纹接口、二维微调系统和夹具；所述二维微调系统包括纵向调节机构和横向调节机构；且在纵向调节机构的一端设置有连接螺纹通孔；所述夹具包括U型槽和锁紧旋钮；该锁紧旋钮设置在U型槽的一个侧壁上；所述夹具的U型槽的底部固定连接在二维微调系统的横向调节机构上；所述微型显微镜的物镜嵌入在所述螺纹接口的一端，该螺纹接口的另一端与纵向调节机构的螺纹通孔固定连接，且所述螺纹接口的内腔与所述螺纹通孔连通；所述螺纹接口与二维微调系统构成随动三维调节装置；所述微型显微镜的目镜通过转接口与光纤传像束的一端连通；该光纤传像束的另一端通过固定块与光学显微镜的物镜连通；所述固定块设置在光学显微镜样品台的正上方；所述光学显微镜的目镜侧设置有CXD摄像机，该CXD摄像机通过数据线与计算机连接。本发明的优点:本发明通过传像束将零件(或结构)表面状态图像传递到显微镜的目镜端进行放大，可以实现对零件(或结构)固定区域的随动监测，及时发现服役阶段零件表面产生的缺陷，保证机械结构服役过程中的安全。采用本发明可以比较迅速地监测与测量到试样表面缺陷的演变图像，通过标定结果计算出裂纹长度，并且其具有较高的精度。
图1是本发明所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置的结构示意图；图2是本发明所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置的光学传递原理图；图3是本发明的随动三维调节装置的左视图；图4是本发明的随动三维调节装置的俯视图；图5是本发明采用一字标定板的标定图像；图6为具体实施方式
六中所述的将夹具10夹在6系6061铝合金的板状试样上的结构示意图；图1为具体实施方式
六中所述的使用本发明的装置固定在6系6061铝合金的板状试样上的布置位置图；图8为本发明监测铝合金试样表面在Os时刻的缺陷效果图；图9为本发明监测铝合金试样表面在180s时刻的缺陷效果图；图10为本发明监测铝合金试样表面在190s时刻的缺陷效果图；图11为本发明监测铝合金试样表面在200s时刻的缺陷效果图；图12为本发明监测铝合金试样表面在210s时刻的缺陷效果图；图13为本发明监测铝合金试样表面在220s时刻的缺陷效果图；图14为本发明监测铝合金试样表面在230s时刻的缺陷效果图；图15为本发明监测铝合金试样表面在240s时刻的缺陷效果图；图16为本发明监测铝合金试样表面在250s时刻的缺陷效果图；图17为本发明监测铝合金试样表面在260s时刻的缺陷效果图；图18为本发明监测铝合金试样表面在270s时刻的缺陷效果图。
具体实施例方式具体实施方式
一:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，它包括:计算机1、(XD摄像机2、光学显微镜3、固定块4、光纤传像束5、转接口 6、微型显微镜7、螺纹接口 8、二维微调系统9和夹具10 ；所述二维微调系统9包括纵向调节机构9-1和横向调节机构9-2 ;且在纵向调节机构9-1的一端设置有连接螺纹通孔9-3 ；所述夹具10包括U型槽和锁紧旋钮10-1 ;该锁紧旋钮10-1设置在U型槽的一个侧壁上；所述夹具10的U型槽的底部固定连接在二维微调系统9的横向调节机构9-2上；所述微型显微镜7的物镜嵌入在所述螺纹接口 8的一端，该螺纹接口 8的另一端与纵向调节机构9-1的螺纹通孔9-3固定连接，且所述螺纹接口 8的内腔与所述螺纹通孔
9-3连通；所述螺纹接口 8与二维微调系统9构成随动三维调节装置；所述微型显微镜7的目镜通过转接口 6与光纤传像束5的一端连通；该光纤传像束5的另一端通过固定块4与光学显微镜3的物镜连通；所述固定块4设置在光学显微镜3样品台的正上方；所述光学显微镜3的目镜侧设置有CXD摄像机2，该CXD摄像机2通过数据线与计算机I连接。
具体实施方式
二:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的微型显微镜7的物镜与待测样品的垂直距离为20mm 22mm。
具体实施方式
三:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述微型显微镜7的目镜与光纤传像束5的一端之间的距离为5mm 7mm0具体实施方式
四:下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述光学显微镜3物镜与光纤传像束5的另一端的距离为14mm 15mm。
具体实施方式
五:下面结合图5说明本实施方式，本实施方式是采用实施方式一所述的一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，应用该装置对CCD摄像机2所采集的图像区域进行标定:以一字标定板为例:一字标定板上刻度值长10mm，划分100等分，格值为
0.1mm，监测图像区域共发现三个刻度值，则采集到的图像中的像素点与像素点之间的距离为 3.125 u m。
具体实施方式
六:下面结合图1至图18说明本实施方式，本实施方式是根据具体实施方式
一至具体实施方式
五所记载的装置的技术方案，应用上述的技术方案对6系6061招合金的板状试样表面缺陷演变进行监测:试样长为250mm,宽为40mm,高为15mm,试样底部开V型缺口，试样以200mm跨距放置于加载机上，三点弯曲加载机的速度设为1.2mm/min。将夹具10夹在6系6061铝合金的板状试样上，锁紧锁紧旋钮10_1，如图6所示，使夹具10能固定在试样上，且让纵向调节机构9-1的螺纹通孔9-3正对着试样底部开的V型缺口 ；如图7所示；通过调整随动三维调节装置使得微型显微镜7的物镜始终正对试样底部开的V型缺口即图2中AB的位置处，增大微型显微镜7的目镜与物镜之间的距离，在中间成像A1 B'介于微型显微镜7的目镜的一倍焦距与两倍焦距之间，使物镜所成的像位于目镜前焦点F2的外侧，此像再经过微型显微镜7的目镜放大，即可在目镜的另一侧得到一个经二次放大的正立实像A " B"；光纤传像束5将经过微型显微镜7放大的正立实像A" B"传输到光学显微镜3的一倍焦距与两倍焦距之间，通过光学显微镜3的一系列光路后会在一个平面(像平面)上成像，把摄像头的CCD感光芯片调节到这个平面后就能够得到清晰的像，摄像设备将成像的光信息转换成电信号经模数转换后以数字图像的形式储存或传输给计算机，启动加载机同时触发图像采集程序，设置每秒采集一帧图像并保存。在计算机I上发现裂纹扩展快超出屏幕监测范围时，停止加载。整个监测过程约为270秒左右完成。从所采集到的监测图像可以看出，试样V型缺口的45°和135°方向存在裂纹扩展，在加载机加载180s后，试样V型缺口的135°方向发现塑性变形，此后塑性变形区域扩大，在200s出现小裂纹，约为211 y m，随着载荷的增加，裂纹不断扩展，最终可以看出试样V型缺口裂纹扩展呈树丫状，长度约为0.75mm。
权利要求
1.一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，其特征在于，它包括:计算机(1)、CCD摄像机(2)、光学显微镜(3)、固定块(4)、光纤传像束(5)、转接口(6)、微型显微镜(7)、螺纹接口(8)、二维微调系统(9)和夹具(10)； 所述二维微调系统(9)包括纵向调节机构(9-1)和横向调节机构(9-2);且在纵向调节机构(9-1)的一端设置有连接螺纹通孔(9-3)； 所述夹具(10)包括U型槽和锁紧旋钮(10-1);该锁紧旋钮(10-1)设置在U型槽的一个侧壁上； 所述夹具(10)的U型槽的底部固定连接在二维微调系统(9)的横向调节机构(9-2)上； 所述微型显微镜(7)的物镜嵌入在所述螺纹接口(8)的一端，该螺纹接口(8)的另一端与纵向调节机构(9-1)的螺纹通孔(9-3)固定连接，且所述螺纹接口(8)的内腔与所述螺纹通孔(9-3)连通；所述螺纹接口(8)与二维微调系统(9)构成随动三维调节装置； 所述微型显微镜(7)的另一端通过转接口(6)与光纤传像束(5)的一端连接； 该光纤传像束(5)的另一端通过固定块(4)与光学显微镜(3)相连接； 所述固定块(4)设置在光学显微镜(3)样品台的正上方；所述光学显微镜(3)上设置有CXD摄像机(2 )，该CXD摄像机(2 )通过数据线与计算机(I)连接。
2.根据权利要求1所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，其特征在于，所述微型显微镜(7)的物镜与待测样品的垂直距离为20mm 22mm。
3.根据权利要求1所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，其特征在于，所述光纤传像束(5)靠近微型显微镜(7)的端口距离微型显微镜(7)目镜的距离为5mm 7mm。
4.根据权利要求1所述一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，其特征在于，所述光纤传像束(5)靠近光学显微镜(3)的端口距离光学显微镜(3)物镜的距离为14mm 15mm。
全文摘要
一种结构动态缺陷光纤显微监测装置，属于光学领域，为解决现有测量装置无法在结构动态状态下对其表面状态的监测的问题。它包括计算机、CCD摄像机、光学显微镜、固定块、光纤传像束、转接口、微型显微镜、螺纹接口、二维微调系统和夹具；二维微调系统包括纵向和横向调节机构；夹具包括U型槽和锁紧旋钮；夹具的U型槽的底部固定连接在二维微调系统上；微型显微镜的物镜嵌入在螺纹接口的一端，其另一端与纵向调节机构的螺纹通孔固定连接，微型显微镜的目镜通过转接口与光纤传像束的一端连通；其另一端通过固定块与光学显微镜的物镜连通；光学显微镜的目镜侧设置有CCD摄像机，该CCD摄像机与计算机连接。用于监测部件磨损和缺陷。
文档编号G01N21/88GK103196923SQ201310146418
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者刚铁, 朱荣华 申请人:哈尔滨工业大学