CN104048978A - X射线衍射装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种X射线衍射装置，其具有X射线衍射头、用于支承X射线衍射头的框架以及框架的一对驱动机构，驱动机构被配置成产生X射线衍射头围绕第一和第二正交轴的枢转运动。框架被配置成使得驱动机构中的一个驱动机构使X射线衍射头围绕第一轴枢转的操作产生两个驱动机构围绕第一轴的枢转。

Description

X射线衍射装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于利用X射线衍射技术来测量部件的与强度相关的特性的装置和方法，并且更具体地，涉及一种用于测量相对于部件的各种位置处的与强度相关的特性的装置和方法。

背景技术

X射线衍射技术测量诸如金属或陶瓷材料的晶体物质中残余应力的用途是已知的。使用X射线衍射的一般思路是使材料受到X射线的辐射，对所产生的感测X射线衍射峰进行解释以得到对部件材料的与强度相关的特性，例如应力、残留奥氏体和硬度的测量。一些X射线衍射设备具有X射线头，围绕部件移动X射线头，使得能够在部件的足够多的位置上取得测量值，以从其中获得信息。

例如，一些现有的X射线衍射设备的X射线衍射头具有带下端的从属准直管，穿过该下端朝向被分析的部件发射X射线。在部件的分析期间，使X射线衍射头围绕Ω轴枢转，并且使X射线衍射头沿弧形路径围绕χ轴运动。Ω轴和χ轴在准直管的末端处彼此垂直地相交。然而，这些现有的χ射线衍射设备利用复杂的驱动结构来提供X射线头围绕χ轴和Ω轴的运动。为提供X射线衍射头围绕χ轴和Ω轴的所需运动，复杂的结构可能限制能够被X射线衍射设备分析的部件的尺寸。

附图说明

图1为具有设置在X射线衍射设备的隔间内的X射线衍射装置的X射线衍射设备的立体图；

图2为图1的X射线衍射装置的立体图，其示出了该装置的紧固至隔间的台的安装部分；

图3为图2的X射线衍射装置的立体图，其示出了该装置的安装在被配置成沿着弧形齿条行进的托架上的X射线头。

图4为图2的X射线衍射装置的立体图，其示出了与弧形齿条啮合的托架的驱动齿轮和辊子；

图5为图2的X射线衍射装置的正视图，其示出了处于沿着弧形齿条的位置处的托架，该位置处的托架把X射线衍射头的旋转的Ω轴定向在通常平行于隔间台的零度角；

图6为与图5类似的正视图，其示出了沿着齿条移动以将Ω轴线定向成以相对于隔间台的-45度角延伸的托架。

图7为正视图，其示出了围绕齿条朝向齿条的相对端移动的托架，该托架将Ω轴线定向成以相对于隔间台的+45度角延伸；

图8为图2的X射线衍射装置的侧面正视图，其示出了从齿条向外延伸的托架。

具体实施方式

根据一个方面，提供了一种X射线衍射装置，其具有X射线衍射头、用于支承X射线衍射头的框架以及框架的一对驱动机构，驱动机构被配置成产生X射线衍射头围绕由驱动机构限定的相应第一轴和第二轴的枢转运动。该框架被配置成使得驱动机构中的一个驱动机构使X射线衍射头围绕第一轴枢转的操作产生两个驱动机构围绕第一轴的枢转。

在一种形式中，框架包含弧形导轨，该弧形导轨具有与第一轴相交的曲率中心。该框架包括诸如托架的驱动框架和安装在驱动框架上的两个驱动机构，驱动框架连接至弧形导轨，并具有X射线衍射头。这些驱动机构中的一个驱动机构被配置成使托架沿着弧形导轨前进，这产生两个驱动机构沿着弧形导轨并围绕第一轴的运动。第一轴可以是X射线衍射装置的χ轴，并且第二轴可以是X射线衍射装置的Ω轴。

参照图1和图2，示出了具有封闭的隔间12的X射线衍射设备10，该封闭的隔间12中包含X射线衍射装置14。由于X射线衍射装置14对被分析的部件有更少的空间限制，因此X射线衍射设备10与一些现有的X射线衍射设备相比能够分析更大的部件。

更具体地，X射线衍射装置14具有长形X射线衍射头20，长形X射线衍射头20具有准直器22和其末端24，末端24使X射线指向被分析的部件。装置14具有用于支承X射线衍射头20并在装置14的一侧上提供扩大的部件接收区域32的框架30，该扩大的部件接收区域32可以比一些现有设备的部件接收区域更大。框架30提供用于对部件接收区域32加载及卸载部件的无障碍路径34。此外，与能够限制操作者将更大的部件加载到现有设备中的能力的现有X射线衍射设备的框架相比，框架30可以在隔间12中占据更少的空间。

框架30具有基部安装部分40和相对较窄或较薄宽度的支承部44，基部安装部分40被紧固至设备隔间12的台42，支承部分44在隔间12内从基部安装部分40直立起来。支承部分44包含围绕曲率中心70弯曲的弧形齿条50，曲率中心70被定位在X射线衍射头20的旋转的χ轴52上，如图3和图8中所示。框架30被配置成在齿条50与旋转中心70之间提供紧凑距离72，使得隔间12内的装置14的整体深度74能够最小化，如图8中所示。

参照图3，框架30包括用于使X射线头20围绕χ轴52并沿着弧形架50振荡的可调整座54。可调整座54包含托架60，托架60带有能够工作以沿着弧形齿条50移动托架60的驱动机构62。在一种形式中，驱动机构62包含用于选择性地使托架60沿着弧形齿条50前进的齿条齿轮机构。

框架30包含用于使X射线头20围绕Ω轴90振荡的第二可调整座80。Ω轴90在旋转中心70处与χ轴52垂直地相交，如图3中所示。可调整座80包含驱动机构82，驱动机构82耦接至X射线头20所安装到的支架84。驱动机构82可以包含马达85，马达85能够工作以转动驱动传动装置的螺旋传动件86，该传动装置被配置成产生通常以Ω轴90为中心的X射线头20的旋转运动。

参照图4，托架60具有支承板100和传动板102，Ω轴驱动机构82被安装到支承板100，χ轴驱动机构62被安装到传动板102。因此，托架60具有安装在其上的χ轴驱动机构62和Ω轴驱动机构82两者。以此方式，驱动机构62或82或其支承结构均不会干扰X射线头20围绕轴52和90的基本上全范围的旋转运动，从而使X射线头20能够从具有复杂几何形的诸如齿轮齿之类的部件获取X射线衍射测量。

具体地，χ轴驱动机构62包含紧固至传动板102的马达110，驱动轴112从传动板102延伸。χ轴驱动机构62包含固定至驱动轴112的驱动齿轮114，并且弧形齿条50包含沿其设置的、被配置成啮合驱动齿轮114的外齿轮齿120。

参照图4，齿条50具有内部部分130和外部部分134，内部部分130具有径向向内延伸的轨道132，外部部分134具有径向向外延伸的轨道136，其中从齿轮齿120横向以及径向向外地布置轨道136。χ轴驱动机构62被配置成啮合轨道132、136并且沿着轨道132、136行进，轨道132、136的作用是抵抗托架60围绕齿条50的扭曲运动，并且保持长形X射线头20相对于χ轴52的大致垂直的取向。

参照图3，齿条50包括矩形本体部分140，矩形本体部分140具有其内表面142、外表面144，并且轨道132、134延伸超过外表面142、144。在一种形式中，齿条齿轮齿120形成在表面144并且被配置成啮合托架60的驱动齿轮114。

参照图4，托架60包含位于齿条50的相对侧上并以可旋转的方式安装到传动板102的多组开槽的辊150。辊150包含被配置成在其中接纳轨道132、134并从而使托架60啮合至齿条50的内部部分130和外部部分134的周向沟道或凹槽152。辊150与齿条50的内部部分130和外部部分134的啮合限制托架60沿着齿条50围绕χ轴52进行的震荡弧形运动。

参照图5至图7，示出了托架60和安装至托架60的X射线头20的运动。参照图5，托架60被示出为以关于χ轴的零度位置的方式被布置在齿条50的中央部分159，使得由Ω轴驱动机构82限定的Ω轴90被定向成通常平行于隔间台42地延伸。为了围绕X轴52（见图3和图8）移动X射线衍射头20，X轴线驱动机构62能够被操作以使驱动齿轮114旋转并使托架60朝向齿条50的下端部160行进。如图6中所示，弧形齿条50使托架60和连接至托架60的Ω轴驱动机构82被定向，使得由驱动机构82限定的Ω轴被定向成以-45度角延伸。χ轴驱动机构62也能够被操作以使驱动齿轮114沿反方向旋转，并且使托架60朝向齿条50的上部162行进，如图7中所示。在该位置，弧形齿条50使托架60和连接至托架60的Ω轴驱动机构82被定向，使得Ω轴以相对于隔间台42的+45度角延伸。

虽然已经示出并描述了本发明的特定实施方式，但要理解的是，本领域技术人员会想到许多改变和改型，并且意在使所有这些改变和改型都落入本发明的真实精神和范围内。

Claims (34)

1.一种X射线衍射装置，包括：

X射线头；

用于支承所述X射线头的框架；

所述框架的第一驱动机构，被配置成围绕第一轴移动所述X射线头；和

所述框架的第二驱动机构，被配置成围绕通常垂直于所述第一轴的第二轴一起移动所述X射线头，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构。

2.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含围绕所述第二轴延伸的弧形引导构件，并且所述第二驱动机构被配置成使所述X射线头，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构一起沿着所述弧形引导构件移位。

3.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含弧形引导构件和托架，所述托架被配置用于沿着所述弧形引导构件移位，其中所述X射线头被安装到所述托架上。

4.如权利要求3所述的X射线衍射装置，其中所述第二驱动机构被配置成沿着所述弧形引导构件驱动所述托架和安装到所述托架上的X射线头。

5.如权利要求3所述的X射线衍射装置，其中所述第一驱动机构和所述第二驱动机构被安装到所述托架上，并且能够沿着所述弧形引导构件移位。

6.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含齿条，并且所述第二驱动机构包含与所述齿条啮合的可旋转驱动构件，使得所述驱动构件的旋转沿着所述齿条驱动所述X射线头，第一驱动机构和第二驱动机构

7.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含引导构件和托架，所述托架连接到所述引导构件以沿着所述引导构件移位并且延伸到所述引导构件的一侧，其中所述X射线头被安装到所述托架以在所述引导构件的所述一侧与所述引导构件间隔开。

8.如权利要求7所述的X射线衍射装置，其中所述第一驱动机构被安装到所述托架，以在所述引导构件的所述一侧与所述引导构件间隔开。

9.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含引导构件和能够沿着所述引导构件移位的托架，其中所述X射线头和第一与第二驱动机构被安装到所述托架上；和

所述托架的辊组件，其与所述引导构件啮合，用于随着所述第二驱动机构的工作沿着所述引导构件进行滚动运动。

10.如权利要求9所述的X射线衍射装置，其中所述引导构件具有弧形配置，所述弧形配置具有一个曲率半径，所述曲率半径的中心与所述第二轴相交。

11.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含弧形引导构件和托架，其中第一驱动机构被安装到所述托架上，所述托架被连接到所述弧形引导构件，用于沿着所述弧形引导构件移位到预定位置，所述预定位置包含：

所述托架沿着所述引导构件被移位到的上部位置，该上部位置使得所述第一轴以负45度角延伸，

所述托架沿着所述引导构件移位到的中间位置，所述中间位置使得所述第一轴以零度角延伸，和

所述托架沿着所述引导构件被移位到的下部位置，该下部位置使得所述第一轴以正45度角延伸。

12.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述第一轴是所述X射线衍射装置的Ω轴，所述第二轴是所述X射线衍射装置的χ轴。

13.如权利要求1所述的X射线衍射装置，其中所述框架包含具有恒定曲率半径的弧形引导构件，和上面具有所述X射线衍射头的托架，所述托架被配置用于沿着所述弧形引导构件进行移位。

14.一种X射线衍射装置，包括：

具有曲率半径的长形弧形引导构件；

安装到所述弧形引导构件上的托架，所述托架用于围绕预定引导轴而被移动，所述预定引导轴穿过所述弧形引导构件的所述曲率半径的中心延伸；

安装到所述托架上的X射线头；

安装到所述托架上的第一驱动机构，用于围绕通常垂直于所述引导轴的预定X射线头轴移动所述X射线头；和

第二驱动机构，被配置成围绕所述引导轴驱动所述托架和安装到所述托架上的所述X射线头。

15.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述托架被安装到所述弧形引导构件以沿着所述弧形引导构件移位，所述第二驱动机构被配置成沿着所述弧形引导构件并围绕所述引导轴驱动所述托架，所述X射线头和所述第一驱动机构。

16.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述托架包含与所述弧形引导构件啮合的辊组件，所述辊组件用于随着所述第二驱动机构的操作沿着所述引导构件进行滚动运动。

17.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述托架包含多个可旋转构件，所述可旋转构件在所述弧形引导构件的相对侧与所述弧形引导构件啮合。

18.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述弧形引导构件包含齿条，所述第二驱动机构包含可旋转驱动构件，所述可旋转驱动构件与所述齿条啮合，使得所述第二驱动机构的操作围绕所述引导轴驱动所述托架。

19.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述托架和所述弧形引导构件之一包含凹槽，所述托架和所述弧形引导构件的另一个包含与所述凹槽啮合的导轨。

20.如权利要求14所述的X射线衍射装置，其中所述托架和所述弧形引导构件之一包含一对凹槽，所述托架和所述弧形引导构件的另一个包含在所述弧形引导构件的相对侧与所述凹槽啮合的一对导轨。

21.一种X射线衍射装置，包括：

围绕横向轴延伸的长形弧形引导构件；

安装到所述弧形引导构件上并且能够沿着所述弧形引导构件移位的托架；

在所述弧形引导构件的一个横向侧从所述弧形引导构件横向安装到所述托架上的X射线头；和

驱动机构，被安装到所述托架上并且被配置成围绕通常垂直于所述横向轴的X射线头轴移动所述X射线头。

22.如权利要求21所述的X射线衍射装置，其中在所述弧形引导构件的所述一个横向侧从所述弧形引导构件横向地把所述驱动机构安装到所述托架上。

23.如权利要求21所述的X射线衍射装置，还包括另一个驱动机构，其被安装到所述托架上并且被配置成使所述托架沿着所述弧形引导构件移位。

24.如权利要求23所述的X射线衍射装置，其中在所述弧形引导构件的所述一个横向侧从所述弧形引导构件横向地把所述另一个驱动机构安装到所述托架上。

25.如权利要求21所述的X射线衍射装置，其中所述驱动机构包含从所述弧形引导构件横向布置并且比所述X射线衍射头更远的马达。

26.如权利要求21所述的X射线衍射装置，其中所述托架包含传动板，所述传动板具有面对所述弧形引导构件的所述一侧的第一侧，和面离所述弧形引导构件的所述一侧的第二侧，其中所述X射线头被安装到所述传动板的所述第二侧。

27.如权利要求21所述的X射线衍射装置，其中所述托架包含辊组件，所述辊组件用于随着所述托架沿着所述引导构件的运动而沿着所述弧形引导构件进行滚动运动。

28.一种操作X射线衍射装置的方法，所述方法包括：

操作第一马达以围绕第一轴移动X射线头；和

操作第二马达以围绕通常垂直于所述第一轴的第二轴移动所述X射线头，所述第一马达和所述第二马达。

29.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含使所述X射线头，所述第一马达和所述第二马达沿着弧形引导构件移位。

30.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含使携带所述X射线头和所述第一马达的托架沿着弧形引导构件移位。

31.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含使与齿条啮合的驱动构件旋转，以及沿着所述齿条驱动所述X射线头，第一马达和第二马达。

32.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含把所述X射线头，第一马达和第二马达移动到上部位置，使得所述第一轴以接近负45度的角度延伸。

33.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含把所述X射线头，第一马达和第二马达移动到中间位置，使得所述第一轴以接近零度的角度延伸。

34.如权利要求28所述的方法，其中操作所述第二马达包含把所述X射线头，第一马达和第二马达移动到下部位置，使得所述第一轴以接近正45度的角度延伸。