X射线衍射系统和方法技术方案

提供了一种光束裸露的Ｘ射线衍射系统和方法，该系统和方法包括以可拆卸方式连接到底座部件的组合式Ｘ射线光头，该底座具有普通的传动部件，在Ｘ射线衍射测量操作期间，该传动部件可在一个精确的轨道上移动该光头。根据将要进行的测量操作的需要，该光头可被调整成适合不同的性能标准。为达到这个目标，多个光头之一可以是微型光头，该微型光头可用来测量通过其它方式难以接近的表面，比如管状部件的内部。此外，为了提高精确度和速度，提供了针对传动部件的改进。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过使用X射线衍射技术来测量部件材料的强度相关特性的系统和方法，尤其涉及针对各种尺寸和配置的部件使用这种技术的系统和方法。
技术介绍
在像金属或陶瓷材料这样的晶体基片中，使用X射线衍射技术来测量残余应力是公知的。一般说来，使用X射线衍射的含义就是使材料经受X射线的辐射，结果会检测到X射线衍射峰，该衍射峰可被解释为对强度相关特性的测量，即该部件材料的应力、残留奥氏体、硬度等，从而显示出该材料的疲劳程度。更具体地讲，本专利技术涉及使用悬臂式X射线测角器光头的光束裸露型X射线衍射装置，该光头具有纤维光学检测器且该检测器面向该光头的前端。相反，有些X射线衍射系统属于闭环类，意思是X射线光头位于环形支架上某一位置，检测器通常放置在该环形支架上X射线光头的对面，即检测器位于该环形支架上穿过光头位置的那条直径的另一端，而待测部件材料则插放在X射线光头和检测器之间。在这样的系统中，部件尺寸受限于X射线光头与检测器的这种方位排布，并且通常必须从待测部件上拿走取样管。使用光束裸露的方法，就不必使取样管从待测部件上分离出来，因为X射线光头与检测器已合并成一个整体。然而，目前光束裸露型X射线装置仍然具有下述的缺点。问题之一便是现在还没有这样的光束裸露型X射线装置，它能够对大量不同部件和/或不同材料或具有不同特性的材料进行上述诸多种类的测量，其中不同的特性可以是关于晶体结构等。通常，测角器光头或X射线管光头的尺寸与其运行功率有关。功率电平越高，为便于散热，X射线管的直径就越大。选择测角器光头的功率以产生足够的X射线流，以用于针对特定材料或材料特性的X射线衍射过程。使用用于测量的且直径较大的X射线光头所产生的问题在于，对于某些像导管这样的部件，期望测量的往往是该部件内部的材料。根据X射线衍射装置的光头的直径尺寸与该导管的内部直径的相对尺寸，在物理上或许就不可能使X射线光头适合伸到导管中并进行适当的测量。此外，有时部件表面是受限制的区域，比如在动叶片的根部航空转盘的圆角上可找到彼此面对面靠得很近的受限区域，在这种情形中，将会很难把X射线衍射装置设置成可以精确地把X射线对准想要测量的表面区域，并且当较大的X射线光头本身必须被操纵时该装置的结构通常是不实用的。因为目前光束裸露型X射线衍射部件所具有的X射线光头是特别制造成适合一种或多种待测材料的，所以为测量范围更广的具有不同材料或材料特性和/或具有不同配置的不同部件，通常必然需要许多不同尺寸和类型的X射线衍射部件，因此增加了设备成本。由此，需要这样的一种，就不同类型的部件和部件几何形状而言，该系统和方法允许有更大的灵活性，并可以对不同类型的部件和部件几何形状进行精确的X射线衍射测量。使用该装置所产生的另一个问题在于所需的测量精度以及由此所产生的与在测量操作期间绕轴旋转或使管筒旋转的系统传动装置相关的问题。在X射线测量操作期间，通常管筒绕轴旋转以改变X射线发射器或准直器的位置以便通过采样技术获得更精确的测量，这与那种将管筒和准直器相对于待测部件固定住的执法正相反，其中X射线是从准直器中发出并朝着待测部件的。如上所述，管筒通常是悬臂式的并且通过马达传动沿着固定的弓形齿轨来回地绕轴旋转，该马达传动包括与管筒一起绕轴旋转的小齿轮。在另一个实施例中，马达绕齿轨旋转，而齿轨固定到管筒。在上述情形中，马达也是目前X射线衍射部件的悬臂式结构中的一部分。因此，目前的X射线衍射部件具有很重的悬臂重量，尤其那些具有较大X射线管筒的部件。因为所使用的X射线衍射技术依赖于区分在检测到的X射线衍射峰以及花纹中微小的差别，所以要求X射线光头精确地旋转于枢轴上。目前的传动装置会产生误差的原因有很多，比如传动带会伸缩的问题和/或齿隙游移问题等，齿隙游移是由于啮合的齿轮之间的间隙而发生在该啮合的齿轮之间的问题，像上述的齿轨和小齿轮装置就会产生齿隙游移问题。因此，需要这样的一种传动装置，它能使X射线光头精确地移动，从而可以进行有效且精确的测量。各种部件尺寸和配置向标准X射线衍射测量技术提出了另一个问题，那就是，较佳的测量技术d、v、sine2ψ不能够用来测量所有的部件配置。当使用该技术时，放置多个传感器使得它们保持在一个平面上，该平面与光头本身的角旋转所在平面相平行。因为X射线发射器、部件以及传感器之间有这样的几何关系，该技术是用来测量部件的强度相关特性的最精确方式。然而，该技术需要足够的空间以使光头来回地摆动而同时传感器并不碰到待测部件本身。因此，便有这样的情形，其中必须使用一种被称为d、v、sine2χ的测量方法。当使用该技术时，传感器所处的位置是从d、v、sine2ψ配置为起点绕发射器的纵轴移动90度而来，使得该传感器大致对准或平行于该X射线管的纵轴。然后，在X射线衍射测量期间，光头像通常那样旋转。这种传感器配置允许用户在狭窄的地方进行测量，比如在叶片的根部之间。然而，使用d、v、sine2χ技术需要牺牲测量精度。目前，为了从一种技术改变成另一种技术，人们必须改变X射线衍射装置。因此，会需要一种能根据其使用的测量技术而灵活变化的X射线衍射装置。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有X射线光头或测角器光头的X射线衍射装置，这些光头是组合式的以允许它们彼此间相互替换从而使该装置达到最优化。这样，通过使用相同的X射线衍射装置底座配以不同的组合式光头，就可以对范围更广的部件尺寸及配置以及不同部件测量或测量特性进行测量而不需要不同的X射线衍射部件，这些光头都是根据将要进行测量的部件的操作要求来选择的。例如，如果待测部件包括像管道内表面这样的测量区域，这些区域很难或不可能通过使用标准的尺寸较大的X射线管来接近，则可使用较小的X射线光头来替代较大的光头并以可拆卸的方式连接到该装置，以用来进行X射线衍射测量。如果因待测部件材料和/或几何形状的原因而最好使用高功率X射线光头，则可将较大的X射线光头安装到该装置上以替换原来较小的光头。很明显，本专利技术不要求每个不同的光头各自带有不同的X射线衍射部件，那样会增大所承担的房屋使用面积及成本，相反，本专利技术允许单个底座部件与不同的组合式X射线光头配合使用，从而允许这些光头彼此间可相互替换以使该装置的性能达到最优化。可以把可编程模块与每个光头关联起来以向底座部件控制器发送信息，该信息涉及特定光头的尺寸及其它操作、性能特性，这些可编程模块包括连接到该部件的X射线检测器系统，以使该部件能正常运行而不需要在每次更换光头时输入这些信息。每个组合式光头都具有X射线管、发射器/检测器部件、以及用于将光头连接到装置底座的转接器部分，尤其还具有联动转接器部分。光头转接器部分可以是通过底座转轴连接到底座转接器部分的轴孔，该转轴由传动齿轮组和马达来驱动以使X射线光头如本文进一步描述的那样移动。轴孔最好是圆锥形的，且转轴具有用于紧密连接到X射线光头轴孔中的圆锥形末端。为了完全将转轴固定到轴孔中，转轴可包括键槽而光头转接器可具有配对键，该键用来以可解除锁定的方式锁入该键槽以防止在转轴与以可拆卸方式连接到该转轴上的X射线光头之间会有相对地旋转。或者，键和键槽可以在转轴和轴孔上互换位置。每个X射线管光头都具有从管筒中悬挂出的发射器或准直器，该发射器或准直器通常垂直于该管筒纵轴以便将X射线往下对准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于针对不同部件进行Ｘ射线衍射测量的组合式Ｘ射线衍射系统，所述Ｘ射线衍射系统包括：　　　　底座；　　　　多个组合式Ｘ射线光头，所述光头用于以可拆卸方式连接到所述底座；　　　　普通的传动组件，所述组件连接到所述底座并在Ｘ射线衍射测量操作期间用于在精确的轨道上移动连接到所述底座上的光头；以及　　　　适配器，所述适配器位于所述底座与所述Ｘ射线光头之间用于将所述光头连接到所述底座上或从所述底座上拆除所述光头，以允许操作人员选择将要用于特定的Ｘ射线衍射测量操作的光头。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M布劳斯，
申请(专利权)人：普罗托制造有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]