專利名稱：X射線衍射系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)使用X射線衍射技術(shù)來(lái)測(cè)量部件材料的強(qiáng)度相關(guān)特性的系統(tǒng)和方法，尤其涉及針對(duì)各種尺寸和配置的部件使用這種技術(shù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在像金屬或陶瓷材料這樣的晶體基片中，使用X射線衍射技術(shù)來(lái)測(cè)量殘余應(yīng)力是公知的。一般說(shuō)來(lái)，使用X射線衍射的含義就是使材料經(jīng)受X射線的輻射，結(jié)果會(huì)檢測(cè)到X射線衍射峰，該衍射峰可被解釋為對(duì)強(qiáng)度相關(guān)特性的測(cè)量，即該部件材料的應(yīng)力、殘留奧氏體、硬度等，從而顯示出該材料的疲勞程度。
更具體地講，本發(fā)明涉及使用懸臂式X射線測(cè)角器光頭的光束裸露型X射線衍射裝置，該光頭具有纖維光學(xué)檢測(cè)器且該檢測(cè)器面向該光頭的前端。相反，有些X射線衍射系統(tǒng)屬于閉環(huán)類，意思是X射線光頭位于環(huán)形支架上某一位置，檢測(cè)器通常放置在該環(huán)形支架上X射線光頭的對(duì)面，即檢測(cè)器位于該環(huán)形支架上穿過(guò)光頭位置的那條直徑的另一端，而待測(cè)部件材料則插放在X射線光頭和檢測(cè)器之間。在這樣的系統(tǒng)中，部件尺寸受限于X射線光頭與檢測(cè)器的這種方位排布，并且通常必須從待測(cè)部件上拿走取樣管。使用光束裸露的方法，就不必使取樣管從待測(cè)部件上分離出來(lái)，因?yàn)閄射線光頭與檢測(cè)器已合并成一個(gè)整體。然而，目前光束裸露型X射線裝置仍然具有下述的缺點(diǎn)。
問(wèn)題之一便是現(xiàn)在還沒(méi)有這樣的光束裸露型X射線裝置，它能夠?qū)Υ罅坎煌考?或不同材料或具有不同特性的材料進(jìn)行上述諸多種類的測(cè)量，其中不同的特性可以是關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)等。通常，測(cè)角器光頭或X射線管光頭的尺寸與其運(yùn)行功率有關(guān)。功率電平越高，為便于散熱，X射線管的直徑就越大。選擇測(cè)角器光頭的功率以產(chǎn)生足夠的X射線流，以用于針對(duì)特定材料或材料特性的X射線衍射過(guò)程。
使用用于測(cè)量的且直徑較大的X射線光頭所產(chǎn)生的問(wèn)題在于，對(duì)于某些像導(dǎo)管這樣的部件，期望測(cè)量的往往是該部件內(nèi)部的材料。根據(jù)X射線衍射裝置的光頭的直徑尺寸與該導(dǎo)管的內(nèi)部直徑的相對(duì)尺寸，在物理上或許就不可能使X射線光頭適合伸到導(dǎo)管中并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)量。此外，有時(shí)部件表面是受限制的區(qū)域，比如在動(dòng)葉片的根部航空轉(zhuǎn)盤的圓角上可找到彼此面對(duì)面靠得很近的受限區(qū)域，在這種情形中，將會(huì)很難把X射線衍射裝置設(shè)置成可以精確地把X射線對(duì)準(zhǔn)想要測(cè)量的表面區(qū)域，并且當(dāng)較大的X射線光頭本身必須被操縱時(shí)該裝置的結(jié)構(gòu)通常是不實(shí)用的。因?yàn)槟壳肮馐懵缎蚗射線衍射部件所具有的X射線光頭是特別制造成適合一種或多種待測(cè)材料的，所以為測(cè)量范圍更廣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，通常必然需要許多不同尺寸和類型的X射線衍射部件，因此增加了設(shè)備成本。由此，需要這樣的一種X射線衍射系統(tǒng)和方法，就不同類型的部件和部件幾何形狀而言，該系統(tǒng)和方法允許有更大的靈活性，并可以對(duì)不同類型的部件和部件幾何形狀進(jìn)行精確的X射線衍射測(cè)量。
使用該裝置所產(chǎn)生的另一個(gè)問(wèn)題在于所需的測(cè)量精度以及由此所產(chǎn)生的與在測(cè)量操作期間繞軸旋轉(zhuǎn)或使管筒旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)傳動(dòng)裝置相關(guān)的問(wèn)題。在X射線測(cè)量操作期間，通常管筒繞軸旋轉(zhuǎn)以改變X射線發(fā)射器或準(zhǔn)直器的位置以便通過(guò)采樣技術(shù)獲得更精確的測(cè)量，這與那種將管筒和準(zhǔn)直器相對(duì)于待測(cè)部件固定住的執(zhí)法正相反，其中X射線是從準(zhǔn)直器中發(fā)出并朝著待測(cè)部件的。如上所述，管筒通常是懸臂式的并且通過(guò)馬達(dá)傳動(dòng)沿著固定的弓形齒軌來(lái)回地繞軸旋轉(zhuǎn)，該馬達(dá)傳動(dòng)包括與管筒一起繞軸旋轉(zhuǎn)的小齒輪。在另一個(gè)實(shí)施例中，馬達(dá)繞齒軌旋轉(zhuǎn)，而齒軌固定到管筒。在上述情形中，馬達(dá)也是目前X射線衍射部件的懸臂式結(jié)構(gòu)中的一部分。因此，目前的X射線衍射部件具有很重的懸臂重量，尤其那些具有較大X射線管筒的部件。因?yàn)樗褂玫腦射線衍射技術(shù)依賴于區(qū)分在檢測(cè)到的X射線衍射峰以及花紋中微小的差別，所以要求X射線光頭精確地旋轉(zhuǎn)于樞軸上。目前的傳動(dòng)裝置會(huì)產(chǎn)生誤差的原因有很多，比如傳動(dòng)帶會(huì)伸縮的問(wèn)題和/或齒隙游移問(wèn)題等，齒隙游移是由于嚙合的齒輪之間的間隙而發(fā)生在該嚙合的齒輪之間的問(wèn)題，像上述的齒軌和小齒輪裝置就會(huì)產(chǎn)生齒隙游移問(wèn)題。因此，需要這樣的一種傳動(dòng)裝置，它能使X射線光頭精確地移動(dòng)，從而可以進(jìn)行有效且精確的測(cè)量。
各種部件尺寸和配置向標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射測(cè)量技術(shù)提出了另一個(gè)問(wèn)題，那就是，較佳的測(cè)量技術(shù)d、v、sine2ψ不能夠用來(lái)測(cè)量所有的部件配置。當(dāng)使用該技術(shù)時(shí)，放置多個(gè)傳感器使得它們保持在一個(gè)平面上，該平面與光頭本身的角旋轉(zhuǎn)所在平面相平行。因?yàn)閄射線發(fā)射器、部件以及傳感器之間有這樣的幾何關(guān)系，該技術(shù)是用來(lái)測(cè)量部件的強(qiáng)度相關(guān)特性的最精確方式。然而，該技術(shù)需要足夠的空間以使光頭來(lái)回地?cái)[動(dòng)而同時(shí)傳感器并不碰到待測(cè)部件本身。因此，便有這樣的情形，其中必須使用一種被稱為d、v、sine2χ的測(cè)量方法。當(dāng)使用該技術(shù)時(shí)，傳感器所處的位置是從d、v、sine2ψ配置為起點(diǎn)繞發(fā)射器的縱軸移動(dòng)90度而來(lái)，使得該傳感器大致對(duì)準(zhǔn)或平行于該X射線管的縱軸。然后，在X射線衍射測(cè)量期間，光頭像通常那樣旋轉(zhuǎn)。這種傳感器配置允許用戶在狹窄的地方進(jìn)行測(cè)量，比如在葉片的根部之間。然而，使用d、v、sine2χ技術(shù)需要犧牲測(cè)量精度。目前，為了從一種技術(shù)改變成另一種技術(shù)，人們必須改變X射線衍射裝置。因此，會(huì)需要一種能根據(jù)其使用的測(cè)量技術(shù)而靈活變化的X射線衍射裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有X射線光頭或測(cè)角器光頭的X射線衍射裝置，這些光頭是組合式的以允許它們彼此間相互替換從而使該裝置達(dá)到最優(yōu)化。這樣，通過(guò)使用相同的X射線衍射裝置底座配以不同的組合式光頭，就可以對(duì)范圍更廣的部件尺寸及配置以及不同部件測(cè)量或測(cè)量特性進(jìn)行測(cè)量而不需要不同的X射線衍射部件，這些光頭都是根據(jù)將要進(jìn)行測(cè)量的部件的操作要求來(lái)選擇的。例如，如果待測(cè)部件包括像管道內(nèi)表面這樣的測(cè)量區(qū)域，這些區(qū)域很難或不可能通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的尺寸較大的X射線管來(lái)接近，則可使用較小的X射線光頭來(lái)替代較大的光頭并以可拆卸的方式連接到該裝置，以用來(lái)進(jìn)行X射線衍射測(cè)量。如果因待測(cè)部件材料和/或幾何形狀的原因而最好使用高功率X射線光頭，則可將較大的X射線光頭安裝到該裝置上以替換原來(lái)較小的光頭。很明顯，本發(fā)明不要求每個(gè)不同的光頭各自帶有不同的X射線衍射部件，那樣會(huì)增大所承擔(dān)的房屋使用面積及成本，相反，本發(fā)明允許單個(gè)底座部件與不同的組合式X射線光頭配合使用，從而允許這些光頭彼此間可相互替換以使該裝置的性能達(dá)到最優(yōu)化。可以把可編程模塊與每個(gè)光頭關(guān)聯(lián)起來(lái)以向底座部件控制器發(fā)送信息，該信息涉及特定光頭的尺寸及其它操作、性能特性，這些可編程模塊包括連接到該部件的X射線檢測(cè)器系統(tǒng)，以使該部件能正常運(yùn)行而不需要在每次更換光頭時(shí)輸入這些信息。
每個(gè)組合式光頭都具有X射線管、發(fā)射器/檢測(cè)器部件、以及用于將光頭連接到裝置底座的轉(zhuǎn)接器部分，尤其還具有聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)接器部分。光頭轉(zhuǎn)接器部分可以是通過(guò)底座轉(zhuǎn)軸連接到底座轉(zhuǎn)接器部分的軸孔，該轉(zhuǎn)軸由傳動(dòng)齒輪組和馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)以使X射線光頭如本文進(jìn)一步描述的那樣移動(dòng)。軸孔最好是圓錐形的，且轉(zhuǎn)軸具有用于緊密連接到X射線光頭軸孔中的圓錐形末端。為了完全將轉(zhuǎn)軸固定到軸孔中，轉(zhuǎn)軸可包括鍵槽而光頭轉(zhuǎn)接器可具有配對(duì)鍵，該鍵用來(lái)以可解除鎖定的方式鎖入該鍵槽以防止在轉(zhuǎn)軸與以可拆卸方式連接到該轉(zhuǎn)軸上的X射線光頭之間會(huì)有相對(duì)地旋轉(zhuǎn)?；蛘?，鍵和鍵槽可以在轉(zhuǎn)軸和軸孔上互換位置。
每個(gè)X射線管光頭都具有從管筒中懸掛出的發(fā)射器或準(zhǔn)直器，該發(fā)射器或準(zhǔn)直器通常垂直于該管筒縱軸以便將X射線往下對(duì)準(zhǔn)待測(cè)部件。提供一個(gè)弓形支架，檢測(cè)器位于該支架的某個(gè)末端，發(fā)射器準(zhǔn)直器位于該弓形支架的中間，這便是這些發(fā)射器/檢測(cè)器組件在目前的X射線管中的典型配置。因此，底座部件或馬達(dá)的運(yùn)行使輸出轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)接器旋轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)而使X射線管旋轉(zhuǎn)，該X射線管通過(guò)它的軸孔轉(zhuǎn)接器部分以可拆卸方式連接到部件轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)接器。因此，光頭轉(zhuǎn)接器部分的旋轉(zhuǎn)以及連接于其上的管筒的旋轉(zhuǎn)使所載的準(zhǔn)直器面向該管筒的前端從而沿預(yù)定的精確軌道移動(dòng)，如此，X射線從X射線管光頭中以不同的角度出射，對(duì)準(zhǔn)到待測(cè)部件的某一區(qū)域。盡管X射線光頭組件是從底座部件中向前伸出懸臂的，但是包括馬達(dá)傳動(dòng)裝置和輸出轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)裝置都放置在底座部件中以使組合式X射線光頭的懸臂重量達(dá)到最小，從而提高了光頭移動(dòng)的精度，作為對(duì)比，現(xiàn)有技術(shù)的X射線光頭更重一些，它們的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)裝置與光頭結(jié)合在一起，像之前描述過(guò)的那樣以懸臂方式向外延伸。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包括防齒隙游移裝置的改進(jìn)型傳動(dòng)組件，從而在傳動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行的作用下光頭可以精確地移動(dòng)。這種精確移動(dòng)使更精確的X射線衍射測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)。防齒隙游移裝置最好使用連接到傳動(dòng)齒輪系的拼合齒輪，并且更具體地講，最好使用底座傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)軸組件。該齒輪從軸向可分開成這樣的齒輪部分，其相應(yīng)的齒相對(duì)于彼此對(duì)立地偏置。這樣，拼合齒輪的齒面牢牢地咬合著馬達(dá)傳動(dòng)軸齒輪的齒面，從而使兩齒面間的任何松動(dòng)的間隔和間隙基本上達(dá)到最小?；蛘?，可在馬達(dá)傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸上提供拼合齒輪，用于與輸出轉(zhuǎn)軸組件上的齒輪相嚙合。
與之前描述的現(xiàn)有技術(shù)的齒軌和小齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)不同，拼合齒輪避免了齒隙游移，在現(xiàn)有技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)X射線光頭沿齒軌到達(dá)其前進(jìn)的末端即齒軌的兩個(gè)末端之一時(shí)，馬達(dá)會(huì)改變方向從而發(fā)生了齒隙游移。齒軌和小齒輪系統(tǒng)在使用X射線光頭進(jìn)行的測(cè)量中引入了誤差，該誤差是由當(dāng)馬達(dá)改變方向時(shí)齒輪間的間隙導(dǎo)致的。作為對(duì)比，本發(fā)明的拼合齒輪使其齒面與馬達(dá)的齒面牢牢地咬合，甚至是當(dāng)馬達(dá)改變方向并沿某個(gè)方向朝向其弓形的前進(jìn)軌道末端的時(shí)候。因此，這種防齒隙游移裝置避免了在現(xiàn)有技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)中由于齒輪齒之間的間隙而導(dǎo)致的誤差。
如上所述，這種X射線衍射裝置的X射線光頭的積木性使各種尺寸和/或配置的X射線光頭用在同一個(gè)底座部件上。為了這個(gè)目標(biāo)，該光頭的尺寸范圍可從比如直徑大約四英寸的相對(duì)較大的光頭，直到很小的光頭或微型光頭，其直徑尺寸的量級(jí)大約在1.25英寸到3/8英寸。管筒上的觀察窗通常被釬接到例如像不銹鋼這樣的管筒材料上并與準(zhǔn)直器對(duì)準(zhǔn)，這允許從管筒中產(chǎn)生的X射線通過(guò)。然而，在微型管筒中使用中間的銅焊材料所帶來(lái)的問(wèn)題在于，它增加了熔化的可能性，進(jìn)而增加了污染管筒、從管筒中產(chǎn)生泄漏的可能性。因此，與微型管筒X射線光頭一起使用的觀察窗最好是通過(guò)電子束焊接到管筒材料上，以避免使用中間的銅焊材料。
另一種適合于微型管筒的改裝是撓性電路板的使用，該電路板接收來(lái)自檢測(cè)器的信號(hào)并將該信號(hào)用于其處理過(guò)程。撓性電路板可符合微型管筒X射線光頭的曲面，從而避免了該光頭的直徑顯著增大。通常，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)較大的X射線管，檢測(cè)器是通過(guò)光纖光學(xué)的纜線連接到處理器部件的，處理器部件被安裝成面向X射線光頭的背面或在X射線光頭的上面，從而妨礙了那些較難測(cè)量的部件所需要的對(duì)光頭的操縱。因此，在到達(dá)待測(cè)部件上難以接近的目標(biāo)表面方面，在微型管筒上使用撓性電路板可維持其增強(qiáng)的適應(yīng)性，該待測(cè)部件是要用X射線衍射來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。
在本發(fā)明的組合式X射線衍射裝置所使用的組合式X射線光頭組中有其它一些較大的光頭，其另一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)特征是能夠使發(fā)射器/傳感器組件相對(duì)于X射線光頭移動(dòng)，如此，兩個(gè)主要的精密技術(shù)d、v、sine2ψ和d、v、sine2χ在需要使用時(shí)都是可用的。盡管本文中較佳的系統(tǒng)所提供的X射線光頭的積木性允許不同的發(fā)射器/傳感器配置被固定到不同的管筒上，依據(jù)要使用的那一種測(cè)量技術(shù)，這些管筒可很容易地被替換，但是，從便利性的觀點(diǎn)看，最好在特定的管筒上移動(dòng)發(fā)射器/傳感器組件，以避免像上文所描述的不得不替換管筒。
通常，發(fā)生器/傳感器子組件包括一個(gè)弓形支架，傳感器如上文的那樣安裝到該支架上。當(dāng)這些傳感器的定位參數(shù)為d、v、sine2ψ時(shí)，無(wú)論在管筒縱軸的哪一側(cè)，它們都與該管筒縱軸有所偏移，因此當(dāng)對(duì)難以測(cè)量的部件表面形狀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這些傳感器可用作管筒移動(dòng)的障礙。因此，通過(guò)允許移動(dòng)傳感器弓形支架使其定位參數(shù)變?yōu)閐、v、sine2χ，此時(shí)傳感器沿管筒軸排成一行，X射線光頭可以被更好的放置，因?yàn)楣沃Ъ墁F(xiàn)在處于其入侵程度最小的定位中，雖然這會(huì)讓人想到該精密技術(shù)在用于X射線衍射時(shí)還不夠精確。
在一種形式中，提供人工傳動(dòng)裝置，該裝置允許操作人員人工調(diào)節(jié)傳感器的位置，使其在上述諸多配置之間。人工傳動(dòng)裝置可以是被偏置到兩個(gè)小孔之一中的插銷，該小孔與期望的傳感器配置相對(duì)應(yīng)。該插銷包括把手拉環(huán)以允許用戶將插銷從小孔中拉出，使得與其偏置狀態(tài)相反，從而將傳感器移動(dòng)到另外的配置。將插銷對(duì)準(zhǔn)另外的小孔，松開拉環(huán)并將插銷偏置到所對(duì)準(zhǔn)的小孔以便將傳感器固定在所選的配置中。因此，拉環(huán)人工傳動(dòng)裝置可以有效、迅速地對(duì)傳感器配置作出調(diào)節(jié)，從而使在大量不同的部件配置中使用較大的X射線光頭時(shí)可以更靈活。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)X射線衍射系統(tǒng)的透視圖，該圖示出了具有準(zhǔn)直器和傳感器的X射線光頭，用于對(duì)固定在其下面的部件進(jìn)行X射線衍射測(cè)量；圖2是圖1所示的X射線衍射部件的分解透視圖，該圖示出了在馬達(dá)底座部件和組合式X射線光頭之間的適配器，該適配器包括馬達(dá)部件的輸出適配器轉(zhuǎn)軸部分；圖3-5是尺寸不同的組合式X射線光頭的立面圖，每個(gè)光頭包括完全相同的用于與傳動(dòng)部件的輸出轉(zhuǎn)軸適配器部分配對(duì)的后插口適配器部分，圖6是圖5的微型X射線光頭的透視圖，該圖示出了該光頭的固定傳感器排列以及用于處理來(lái)自傳感器的信號(hào)的撓性電路板；圖7是圖6的X射線光頭部分截面的側(cè)視圖，該圖示出了光頭的管筒內(nèi)壁結(jié)構(gòu)以及用虛線表示的目標(biāo)陽(yáng)極；圖8是沿圖7的8-8線取來(lái)的前視圖，該圖示出了該管筒的入水口和出水口冷卻端口；圖9是沿圖7的9-9線取來(lái)的底面平面圖，該圖示出了在管筒底部形成的觀察窗，該觀察窗用于引導(dǎo)X射線穿過(guò)該窗；圖10是沿圖1的10-10線取來(lái)的傳動(dòng)組件的平面圖，該圖示出了輸出適配器轉(zhuǎn)軸末端部分的馬達(dá)和截頭圓錐體的配置；圖11是沿圖10的11-11線取來(lái)的傳動(dòng)組件的前視圖，該圖示出了用虛線表示的馬達(dá)傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸以及與輸出轉(zhuǎn)軸相連接的防齒隙游移齒輪組件；圖12是沿圖10的12-12線取來(lái)的橫截面圖，該圖示出了馬達(dá)傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的小齒輪，該小齒輪與防齒隙游移齒輪相嚙合，防齒隙游移齒輪包括在輸出轉(zhuǎn)軸組件上的偏置型拼合齒輪；圖13是沿圖12的13-13線取來(lái)的齒輪組件的正視圖，該圖示出了用于迫使拼合齒輪以一定角度彼此相對(duì)的偏置裝置；圖14是拼合齒輪的橫截面圖，通過(guò)在每個(gè)拼合齒輪的各自的支柱之間連接上彈簧來(lái)使拼合齒輪相對(duì)于彼此被組裝以及被偏置。
圖15是拼合齒輪構(gòu)件的前視圖，該圖示出了該構(gòu)件的表面之一上的狹縫和支柱；圖16是圖15的拼合齒輪構(gòu)件的側(cè)視圖；圖17是拼合齒輪構(gòu)件中另外那個(gè)齒輪的前視圖，示出了該構(gòu)件表面上的支柱；圖18是圖17的拼合齒輪構(gòu)件的側(cè)視圖；
圖19是在拼合齒輪構(gòu)件的各個(gè)齒輪齒上偏置行為的效果示意圖，該圖示出了齒輪齒占據(jù)了在小齒輪上相鄰齒輪齒之間的空隙；圖20是示出了使用本發(fā)明的組合式X射線光頭裝置進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的步驟的流程圖；圖21是微型X射線光頭的透視圖，該圖示出了用于該光頭的可選的水歧管，并且使傳感器固定在參數(shù)為d、v、sine2χ的定位中；圖22是包括檢測(cè)器移動(dòng)組件的管筒較大的X射線光頭的側(cè)視圖，該圖以實(shí)線示出了傳感器的定位參數(shù)d、v、sine2ψ，以虛線示出了傳感器的定位參數(shù)d、v、sine2χ；圖23是圖22的光頭和檢測(cè)器移動(dòng)組件的前視圖，該圖示出了人工拉環(huán)傳動(dòng)裝置，該拉環(huán)用于以可松開的方式將旋轉(zhuǎn)的移動(dòng)構(gòu)件固定到它的支架構(gòu)件上；圖24是圖22和23的光頭和檢測(cè)器移動(dòng)組件的不完整底面平面圖；圖25是與圖24相似的底面平面圖，該圖示出了檢測(cè)器被移動(dòng)到d、v、sine2χ方位上從而與X射線管軸排成一行；圖26是沿圖24的26-26線取來(lái)的部分截面放大的側(cè)視圖，該圖示出了拉環(huán)傳動(dòng)裝置的彈簧裝載柱塞構(gòu)件，而后一起被在移動(dòng)與支架構(gòu)件中的對(duì)準(zhǔn)小孔所容納；圖27是沿圖23的27-27線取來(lái)的部分截面的底部平面圖，該圖示出了支架構(gòu)件上的另一個(gè)小孔，當(dāng)檢測(cè)器被移動(dòng)到d、v、sine2χ方位時(shí)該小孔用于容納柱塞；圖28是另一個(gè)組合式X射線光頭組件的側(cè)視圖，該組件用于對(duì)小而淺的通透小孔中的表面進(jìn)行X射線衍射測(cè)量；以及圖29是圖28的X射線光頭組件的前視圖，該圖示出了用于X射線檢測(cè)器的橫向調(diào)節(jié)支架。
具體實(shí)施例方式
先參照?qǐng)D1，在一個(gè)典型的實(shí)施例中描述了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的X射線衍射裝置10，該裝置10的結(jié)構(gòu)包括組合式X射線測(cè)角器光頭12，該光頭12以可拆卸的方式連接到底座部件14以便對(duì)各自部件進(jìn)行X射線衍射測(cè)量，比如圖示的齒輪16，它被下面的固定設(shè)備17嚴(yán)格地固定住。X射線光頭可在多個(gè)不同的線性方向上移動(dòng)，比如圖示的垂直Z軸方向和橫向Y軸方向。除了繞不同的樞軸旋轉(zhuǎn)移動(dòng)光頭12或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)光頭以外，X軸也可以在前后方向上移動(dòng)。普通的傳動(dòng)組件18(圖10-12)移動(dòng)X射線管光頭組件12以及發(fā)射器或準(zhǔn)直器20，在精確的軌道22中的發(fā)射器或準(zhǔn)直器20從管罩12a中懸垂出來(lái)并位于管罩的前端，這樣，當(dāng)管筒在其精確的軌道22中前后擺動(dòng)時(shí)X射線以多種不同的角度對(duì)準(zhǔn)部件16上的區(qū)域，從而提供了若干不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)，測(cè)量信息便可以從這些數(shù)據(jù)點(diǎn)中收集。底座部件14的支架臺(tái)19可支撐連同固定設(shè)備17在一起的部件16以及傳動(dòng)組件18。
為了允許不同的X射線發(fā)射管光頭或光頭組件(參考圖3-5和28)被互換到底座部件14以被普通的傳動(dòng)組件18所驅(qū)動(dòng)，如圖2所示關(guān)于光頭12，在每個(gè)光頭與底座部件14之間提供適配器24。在較佳的圖示形狀中，適配器24包括與底座部件18相連接的輸出轉(zhuǎn)軸末端部分26以及與每個(gè)X射線光頭相連接的插口部件28。明白地，適配器部分26和28可以在光頭和底座部件上互換，盡管最好還是讓轉(zhuǎn)軸部分26位于支架14上，可使得組合式X射線光頭組不具有用于其適配器部分28的小突出的部分。
輸出轉(zhuǎn)軸適配器部分26和插口適配器部分28可具有圓錐形或截頭圓錐體的配置，使得它們可以用錐形面彼此密合在一起，從而在使用適配器24的過(guò)程中能輕松地對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)操作傳動(dòng)組件18來(lái)產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)軸適配器部分26的旋轉(zhuǎn)，從而在其精確的軌道22上移動(dòng)管筒光頭12。為了這個(gè)目的，在適配器24中，通過(guò)在適配器轉(zhuǎn)軸26上形成沿軸向延伸出鍵突出物30，可提供鍵與鍵槽連接，當(dāng)角度對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該突出物30正適合插口28中形成的軸向凹陷物31。這樣，輸出轉(zhuǎn)軸適配器部分26以不可旋轉(zhuǎn)的方式被容納在插口28內(nèi)以便將扭矩從傳動(dòng)組件18傳遞到管筒光頭12，如此光頭在其弓形軌道22中隨馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)而擺動(dòng)。
組合式X射線發(fā)生器光頭組件的規(guī)定允許不同的光頭被調(diào)整成適合于要進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的不同部件或材料的要求?，F(xiàn)在預(yù)想可提供具有不同尺寸和配置的X射線光頭，如圖3-5以及圖28所示，圖3是較大的X射線光頭12，圖4是中等的X射線光頭32，圖5是微型的光頭34。同樣，可提供特別專用的X射線光頭200(圖28)，該光頭可以對(duì)非常特別的部件幾何形狀進(jìn)行X射線衍射測(cè)量，這在下文中會(huì)更加全面地進(jìn)行討論。因此，本裝置10允許單個(gè)底座部件14與若干不同的X射線光頭一起使用，比如圖示的光頭組12、32、34和200。在本示例中，X射線光頭12可用于需要較高功率的情形中，較高的功率產(chǎn)生X射線以對(duì)特殊部件材料進(jìn)行材料，而較小的光頭32和34可用于功率并非關(guān)鍵因素且需要接近困難的部件幾何形狀的情形中。特別地，使用微管筒34時(shí)，它可進(jìn)入狹窄的空間中，比如要對(duì)其內(nèi)表面進(jìn)行X射線測(cè)量的管狀部件的內(nèi)表面。光頭組件200特別用于對(duì)小的通透孔進(jìn)行測(cè)量，這種孔相對(duì)較淺，可在航空轉(zhuǎn)盤204中找到圖示的螺栓孔202。
除了尺寸以外，在其它若干方面也可以調(diào)節(jié)組合式光頭。例如，X射線的波長(zhǎng)也可被調(diào)節(jié)以適合于待測(cè)材料，這樣是為了更好地匹配該材料的晶格結(jié)構(gòu)。為了做到這一點(diǎn)，位于每個(gè)管筒光頭的前部高壓端的目標(biāo)陽(yáng)極36的材料是可以改變的。示例性的陽(yáng)極材料可以包括銅、鈷、鎢、銀、鉬、錳、鐵或鈦。通過(guò)在各種X射線光頭上提供不同的準(zhǔn)直器20，可以調(diào)節(jié)光束形狀以適合于待測(cè)的零件。例如，對(duì)于那些具有期望被測(cè)量到的長(zhǎng)而窄的狹縫或孔的表面的零件，準(zhǔn)直器20可被配置成產(chǎn)生較窄的X射線光束以避免測(cè)量誤差。
除了準(zhǔn)直器以外，每個(gè)X射線光頭還載有X射線檢測(cè)器組件37，它包括X射線檢測(cè)器或傳感器38和40，38和40通常通過(guò)弓形X射線支架42被安裝在準(zhǔn)直器20的任一側(cè)。X射線光頭可使這些檢測(cè)器38的位置相對(duì)于準(zhǔn)直器20沿支架42或在隨光頭不同而尺寸也不同的支架42上變化，使得它們與光頭所產(chǎn)生的X射線以及材料的響應(yīng)相匹配，該材料便是使用該X射線光頭進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的材料。支架42本身可以移動(dòng)以用于不同的測(cè)量技術(shù)或調(diào)節(jié)不同的衍射角，比如下文中會(huì)進(jìn)行描述的組件光頭200中的衍射角。很明顯，諸如X射線光頭12、32、34和200這樣的組合式X射線光頭使裝置10具有更大的調(diào)節(jié)靈活性，以適合于將要進(jìn)行X射線操作的特定需求而不需要使用若干不同的X射線衍射部件。
較佳的組合式X射線光頭裝置10的另一個(gè)特征是使用了電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與每個(gè)X射線光頭12、32、34和200相連接的可編程模塊43、與底座部件14相連接的控制器44、以及電子鏈接部件46，46可將模塊42連接到控制器44，同時(shí)所選的光頭之一以可拆卸方式連接到部件14。如圖2所示，電子鏈接部件46可包括與模塊43相連的纜線48，該纜線48在其自由端具有插頭適配器50，用于插入固定在底座部件14上的插口適配器52。在一個(gè)方面中，數(shù)據(jù)流向控制器44是不可以的，除非光頭通過(guò)適配器24適當(dāng)?shù)剡B接到底座部件。為了這個(gè)目的，電子觸點(diǎn)53a和53b可被安排在適配器部分26和28，當(dāng)該部分適當(dāng)?shù)嘏鋵?duì)在一起時(shí)，26、28分別在電子通信中。這樣，該觸點(diǎn)也構(gòu)成控制系統(tǒng)的電子連接部件46的一部分。如圖20所示的流程圖，如果成功地完成安裝使得觸點(diǎn)53a、53b處于電子通信中，則當(dāng)插銷適配器50被插入插口適配器52中時(shí)，控制器44識(shí)別出已經(jīng)發(fā)生的那個(gè)適當(dāng)安裝并自動(dòng)配置該系統(tǒng)以允許測(cè)量操作在光頭已選定的情況下正常地進(jìn)行。
模塊43可包括可編程存儲(chǔ)器，所以可以用與特定X射線光頭有關(guān)的信息來(lái)為模塊43預(yù)編程，模塊43與該光頭一起被攜帶。例如，X射線光頭可以被特別調(diào)節(jié)成適合測(cè)量特定類型的材料或材料特性，通過(guò)產(chǎn)生合適的X射線流量以及合適的X射線波長(zhǎng)即可，該合適的X射線流量和波長(zhǎng)是對(duì)待測(cè)部件進(jìn)行衍射測(cè)量所必需的。因此，當(dāng)X射線光頭安裝成功，控制器44會(huì)使信息或系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)被發(fā)送到那里，比如與底座部件14相連的特定的X射線光頭有關(guān)的信息、準(zhǔn)直器20的大小、光頭陽(yáng)極36的材料類型、X射線管光頭本身的尺寸、以及光頭的額定功率。例如，關(guān)于前文中所討論的三個(gè)尺寸不同的X射線光頭12、32和34，每個(gè)光頭具有與其尺寸相關(guān)的不同額定功率。因此，較大的X射線光頭12的直徑大約四英寸而額定功率為3000瓦，中等的X射線光頭32的直徑大約1.5英寸而額定功率為300瓦，微型X射線光頭34的直徑大約1.25英寸到3/8英寸而額定功率為200瓦或更小。此外，比如當(dāng)有一些尺寸相同但目標(biāo)陽(yáng)極36不同的光頭時(shí)，對(duì)特定尺寸的X射線管光頭的功率要求是可以改變的。在每種情形中，通過(guò)在可編程模塊42和控制器44之間的電適配器46，與底座部件14相連的特定的組合式X射線光頭的額定功率被提供給控制系統(tǒng)。一旦這種信息被收到，控制器44根據(jù)光頭的額定功率調(diào)節(jié)電源以啟動(dòng)X射線光頭的運(yùn)行。
在X射線光頭之間其它可以作為數(shù)據(jù)信息被發(fā)送到控制器44的變量包括X射線光頭的焦距以及X射線檢測(cè)器系統(tǒng)37的諸多細(xì)節(jié)，比如檢測(cè)器類型或檢測(cè)器的數(shù)目、檢測(cè)器寬度和檢測(cè)器所提供的分辨率。此外，如果X射線光頭使用固定的檢測(cè)器配置，則與之相連的模塊42可以被編程以表明將要由控制系統(tǒng)所使用的測(cè)量技術(shù)，這是由預(yù)定的固定的檢測(cè)器配置所規(guī)定的。
本文所揭示的較小的或微型管狀X射線光頭34可包括為其提供的可選的冷卻系統(tǒng)。參照?qǐng)D6，典型的用于已知的X射線光頭的冷卻系統(tǒng)包括用來(lái)使諸如水或甘油基的液體等冷卻液體流入流出的冷卻管線56、58，冷卻液體通過(guò)安裝在光頭前端或自由端62上的液體歧管60進(jìn)入管罩54，歧管60的安裝是由連接到自由端62的蓋子構(gòu)件63來(lái)完成的。如圖所示關(guān)于微型光頭34，冷卻管線56和58向上延伸，然后沿管罩54的頂部向部件14延伸。就其深入到諸如管狀部件內(nèi)部這樣的受限空間中的能力而言，這種配置顯著地增加了管罩54的尺寸或直徑。因此，針對(duì)微型光頭34也描述了可選的冷卻系統(tǒng)，其中冷卻管線56和58沒(méi)有沿管罩54的外部往回延伸，反而繼續(xù)向前從X射線光頭34穿過(guò)在管罩蓋子63上形成的冷卻管線端口63a和63b。這樣，冷卻管線56和58沒(méi)有增加管罩54的有效直徑，從而允許它深入到管狀部件的內(nèi)部而不會(huì)遭遇到當(dāng)冷卻管線56和58沿管罩外部時(shí)來(lái)自冷卻管線56和58的沖突，該管狀部件的內(nèi)直徑可能僅比微型管罩54的直徑大一點(diǎn)。
針對(duì)微型管筒34的另一個(gè)改裝尤其在于撓性電路板64的使用，該電路板64包括印在其上并用于處理從檢測(cè)器38和40中接收到的信號(hào)的電路66，檢測(cè)器38、40分別位于準(zhǔn)直器20的各一側(cè)。在現(xiàn)有的X射線光頭中，檢測(cè)器所包括的纜線通常從檢測(cè)器向上延伸到用于處理X射線信號(hào)的控制部件，該纜線限制了這些光頭的可移動(dòng)性以及它們可接近受限空間的能力。另一方面，這里使用了撓性印刷電路板64的同時(shí)，由于電路板64可被固定到管狀外罩54的外表面上并面向它的末端62，同時(shí)還與檢測(cè)器38和40非常接近而且基本上與其所覆蓋的外罩54符合，所以只需要提供在檢測(cè)器38和40之間延伸的長(zhǎng)度非常短的纖維光學(xué)纜線68以及電路板64即可。這樣，管罩54的有效直徑只象征性地增加了薄印刷電路板64的厚度，隨之而來(lái)的優(yōu)點(diǎn)便是除去了現(xiàn)有系統(tǒng)中由于大而長(zhǎng)的纜線從檢測(cè)器38和40向上延伸到固定在X射線光頭上方的處理部件而引起的障礙突起物。因此，使用了這種包括電路66并用于處理X射線檢測(cè)器信號(hào)的撓性電路板64之后，檢測(cè)器纜線長(zhǎng)度達(dá)到最小因?yàn)樗谎由斓焦苷?4的外表面，其延伸距離即檢測(cè)器38和40之間的距離，而檢測(cè)器38和40分別安裝在完整的弓形支架41的任一端上，電路板64固定在管罩54上。如圖6所示，電路板64的構(gòu)成材料要有足夠的可彎曲性，以使它可以環(huán)繞管罩54的外部曲面，這樣，當(dāng)電路板被固定到管罩上時(shí)電路板可以與管罩直接接合。
如圖9所示，微型管筒光頭34包括面向前端62的底部凹陷69，該凹陷69具有與準(zhǔn)直器20對(duì)準(zhǔn)的觀察窗70，準(zhǔn)直器20允許管筒34a中所產(chǎn)生的X射線的通過(guò)并通過(guò)目標(biāo)陽(yáng)極36引導(dǎo)X射線穿過(guò)準(zhǔn)直器，但使管罩54內(nèi)部保持真空。通常，這些觀察窗通過(guò)中間的銅焊材料被釬接到管罩的材料上。但是，微型管罩54的內(nèi)部體積很小且還要求高度真空，所以使用銅焊材料會(huì)有問(wèn)題，比如銅焊材料的熔化會(huì)污染管罩54的內(nèi)部，X射線流從管罩54中泄漏等問(wèn)題。因此，較佳的微型管罩54所使用的觀察窗是由像鈹這樣的材料通過(guò)電子束焊接將其連接到管罩54的不銹鋼材料上的，所以沒(méi)有使用中間的銅焊材料。在這點(diǎn)上，這種包括被電子束焊接上的觀察窗70的微型X射線管光頭34并不具有銅焊材料，因此避免了在現(xiàn)有X射線光頭中使用銅焊觀察窗所引起的污染和泄漏問(wèn)題。
下面參看圖28和29，所示的光頭組件200特別適合于對(duì)通透孔的內(nèi)表面進(jìn)行X射線衍射測(cè)量，這種通透孔比如可以是航空盤204中的扣件通透孔202。通過(guò)載重支持架206，X射線管200a的定位配置可以與之前描述的管筒12a、32a、34a不同。在這一點(diǎn)上，X射線管200a可以按y方向橫向延伸，尤其是垂直于之前描述的X射線管12a、32a、34a的方向。
載重支持架206可具有通常為U形的配置，開口向下面向部件，該部件是將要使用X射線管200a對(duì)其進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的部件，一起提供的還有一個(gè)上方支架，它通常在待測(cè)部件的上方并偏到一側(cè)。更具體地講，載重支持架206包括后垂直延伸部分208，該部分208包括面向其底部的插口適配器部分28。面對(duì)垂直部分208的上端，有一個(gè)向前延伸部分210，該部分210包括支持X射線管200a的掛鉤212，X射線管200a在后方支持部分的前面并且在上方部分210的下面。
通過(guò)調(diào)節(jié)槽214和相連的引導(dǎo)扣件，支架部分208、210和掛鉤212包括在兩者之間的可調(diào)支架，槽214和引導(dǎo)扣件允許管筒光頭200a在z軸方向垂直地被調(diào)節(jié)以及在x方向前后地被調(diào)節(jié)。此外，光頭組件207包括向上延伸的法蘭盤218，法蘭盤218具有從動(dòng)件220，從動(dòng)件220以可調(diào)節(jié)的方式被固定在掛鉤212的弓形引導(dǎo)槽222中以便在復(fù)合的x和z軸角方向中按弓形調(diào)節(jié)光頭207。作為載重支持架206所提供的可調(diào)節(jié)性的體現(xiàn)，準(zhǔn)直器20的位置可被調(diào)節(jié)，以允許從其中發(fā)射出的X射線光束的角度相對(duì)于待測(cè)部件204而變化，特別地通透孔202使其軸202a在x軸方向延伸。這樣，相對(duì)于通透孔202的配置和尺寸，可實(shí)現(xiàn)管筒200a和準(zhǔn)直器20的最佳定位。
相似地，探測(cè)器組件37可以以可調(diào)節(jié)的方式被載重支持架206支撐著，并且特別地是通過(guò)向前、向下延伸物224來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖所示，延伸物224與檢測(cè)器組件37一起從上方支持部分210的前端向下凸出，檢測(cè)器組件37包括弓形支架42，支架42以可調(diào)節(jié)的方式被固定在槽形滑動(dòng)托架226上，從而將檢測(cè)器放置在待測(cè)部件204的一側(cè)，與管筒200a和準(zhǔn)直器20放置的那一側(cè)正相反。如圖28和29所示，滑動(dòng)托架226可允許檢測(cè)器組件37的x、y、z方向的調(diào)節(jié)。這樣，被固定到弓形支架42上的檢測(cè)器38和40可調(diào)節(jié)其位置使之達(dá)到最佳，以檢測(cè)來(lái)自通透孔202的內(nèi)表面的衍射的X射線。此外，如圖28所示，滑動(dòng)托架226可允許該支架在軌道228中被調(diào)節(jié)角度。
如前文所述，用于在X射線衍射測(cè)量操作期間使X射線光頭在其弓形軌道22上擺動(dòng)的傳動(dòng)組件18被集成到底座部件14中，而沒(méi)有被集成到X射線光頭組件中，并且傳動(dòng)部件18像現(xiàn)有X射線衍射系統(tǒng)那樣從底座部件14中與光頭一起向前懸垂。這樣，與現(xiàn)有系統(tǒng)不同，無(wú)論就其速度還是就其精度而言，傳動(dòng)組件18的重量都不影響X射線衍射測(cè)量操作。如圖所示，這種X射線光頭傳動(dòng)組件18包括通過(guò)托架74被安裝到底座部件14的馬達(dá)72。馬達(dá)72包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸76，該轉(zhuǎn)軸76將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力發(fā)送到輸出轉(zhuǎn)軸組件77，組件77包括末端適配器部分26。如圖12所示，在所示的且較佳的形式中，傳動(dòng)組件18包括螺紋齒輪傳送傳動(dòng)裝置78。傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸76橫向延伸并且特別地垂直于輸出轉(zhuǎn)軸組件77，而螺紋齒輪傳動(dòng)裝置78包括傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸76上的傳動(dòng)齒輪80以及輸出轉(zhuǎn)軸組件77上的傳動(dòng)齒輪82。在此處較佳的螺紋齒輪傳動(dòng)裝置78中，傳動(dòng)齒輪可以是螺紋傳動(dòng)齒輪80而傳動(dòng)齒輪可以是螺紋輪子82，這些齒輪80和82都各自包括螺旋狀的齒輪齒80a和82a，以便彼此間嚙合相互驅(qū)動(dòng)。
如圖10-19所示，為使由齒隙游移所引起的測(cè)量誤差達(dá)到最小，提供帶有防齒隙游移裝置84的上述螺紋齒輪78。更具體地是，螺紋輪子82是軸向拼合的，所以有兩個(gè)環(huán)形齒輪部分86和88，通過(guò)至少一個(gè)且最好兩個(gè)彈簧90和92，兩部分86、88相對(duì)于彼此有角度地且可旋轉(zhuǎn)地被偏置，這樣，基本上所有時(shí)間甚至是當(dāng)馬達(dá)72反轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪齒82a也確實(shí)與齒輪齒80a正向接觸，馬達(dá)72的反轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)在測(cè)量操作期間當(dāng)X射線光頭到達(dá)其弓形軌道22的末端的時(shí)候。如圖14所示，通過(guò)在齒輪部分86的內(nèi)部直徑上形成的鍵槽96以及在轉(zhuǎn)軸組件77的主轉(zhuǎn)軸部分94上形成的軸向突出物98，齒輪部分86被鍵入輸出轉(zhuǎn)軸組件77的主轉(zhuǎn)軸部分94以使其被固定從而便于其間的旋轉(zhuǎn)。齒輪部分86包括弓形引導(dǎo)槽100和102(圖15)，它們延伸穿過(guò)環(huán)形體104。一對(duì)有支架的凸起物或桿106和108從齒輪體104的表面104a軸向延伸。引導(dǎo)槽100和102形成于齒輪體104的徑向相反的兩個(gè)位置，彼此間隔大約180度。凸起物106和108也形成于齒輪體104的徑向相反的兩個(gè)位置，彼此間隔大約180度，而槽孔100、102與凸起物106和108分別間隔90度。
齒輪部分88被安裝在轉(zhuǎn)軸部分94以便于自由旋轉(zhuǎn)。如圖14和16所示，齒輪部分86包括從表面104b軸向延伸的中心部分110，并且110包括槽缺口96。齒輪部分88也包括一對(duì)位于齒輪體116徑向相反的兩個(gè)位置處的有支架的凸起物或桿112和114，112和114表面116a沿軸向延伸。如圖18所示，齒輪體116也包括中心部分118，118從齒輪體116的反面116b沿軸向延伸。如圖14所示，改變中心部分118的內(nèi)直徑的大小以使其大小與中心部分110的外直徑大約相同或比110的外直徑稍大一點(diǎn)，所以當(dāng)齒輪部件86和88組裝在一起時(shí)，中心118可繞中心110旋轉(zhuǎn)。組裝后，偏置的齒輪部分86和88一起合作以構(gòu)成用于傳動(dòng)組件18的防齒隙游移裝置84。為了防齒隙游移裝置84的組裝，齒輪部分86和88互相沿軸向前進(jìn)，使得各齒輪體表面104b和116a被接合在一起，其中桿112和114對(duì)準(zhǔn)并插入引導(dǎo)槽100和102，而中心118套在中心110外面。如圖11和13所示，隨著桿112和114插入槽孔100和102，然后彈簧90和92被連接上，所以它們?cè)邶X輪部分86的桿106、108之一以及齒輪部分88的桿112、114之一之間延伸。
因此，如圖19所示，較佳的和所示的防齒隙游移裝置84包括螺紋輪齒輪82，它從軸向分成兩個(gè)環(huán)形齒輪部分86、88，86、88有角度地或旋轉(zhuǎn)地被預(yù)裝載或相對(duì)于彼此被偏置，使得保持拼合齒輪82的輪齒82a與齒輪80的輪齒80a之間的確切的接觸。換句話說(shuō)，偏置齒輪部分86和88允許形成于其上的各自的傳動(dòng)齒86a和88a在馬達(dá)72運(yùn)行期間基本上總是與輪齒80a的傳動(dòng)表面接合，從而避免了由相互嚙合的輪齒之間的空隙所引起的測(cè)量誤差，這種情況可以在之前描述的用在光束裸露的X射線衍射系統(tǒng)中的現(xiàn)有齒軌和小齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。彈簧90和92向拼合齒輪82的輪齒86a和88a提供偏置力，拼合齒輪82是放置在齒輪80的相鄰輪齒80a之間的，所以在其間有角度偏移，該偏移允許它們與輪齒80a保持不變的傳動(dòng)接合，這樣，在馬達(dá)運(yùn)行包括反轉(zhuǎn)期間輪齒部分86a、88a之一與一個(gè)輪齒80a相接合而另一個(gè)共同運(yùn)轉(zhuǎn)的輪齒部分86a、88a則與下一個(gè)鄰近的輪齒80a接合，盡管改變單個(gè)輪齒部分86a和88a的尺寸是為了在嚙合時(shí)在鄰近的輪齒80a之間提供間隔。
參考圖19，向拼合齒輪82提供的偏置力使輪齒86a及其傳動(dòng)表面300牢牢地與左輪齒80a及其端面?zhèn)鲃?dòng)表面302接合，而另一個(gè)共同運(yùn)轉(zhuǎn)的輪齒部分88a及其傳動(dòng)表面304牢牢地與右輪齒80a及其端面?zhèn)鲃?dòng)表面306接合。輪齒部分86a的表面308是在其傳動(dòng)表面300的對(duì)面并與右輪齒80a的傳動(dòng)表面306保持一定間隔。相似的是，輪齒部分88a的表面310在其傳動(dòng)表面304的對(duì)面并與左輪齒80a的傳動(dòng)表面302保持一定間隔。然而，如上所述，預(yù)載的拼合齒輪82能夠占據(jù)這個(gè)在齒輪80的鄰近輪齒之間用一個(gè)輪齒部分或另一個(gè)來(lái)留間隔的間隙，以此保持與它的持續(xù)傳動(dòng)接觸。因此，在這里使用了防齒隙游移裝置84，通常會(huì)在輪齒之間發(fā)現(xiàn)的間隙就被偏置的輪齒部分86a和88a占據(jù)。因此，較佳的傳動(dòng)組件18被包括在底座14中并帶有防齒隙游移裝置84，這使得關(guān)于光頭和準(zhǔn)直器20相對(duì)于待測(cè)部件16的位置的精確信息可以被知道。
參看圖16和18，輪齒部分86a和88a在軸向可以是相反的錐形或具有相反的特定斷面形狀，使得在組裝時(shí)它們相互配合構(gòu)成凹面120以適合于復(fù)合輪齒82a，該復(fù)合輪齒82a由共同運(yùn)轉(zhuǎn)的輪齒部分86a和88a形成。齒輪表面的凹形剖面120使其更好地符合螺紋齒輪80的輪齒剖面。這樣，在嚙合的齒輪80和82的輪齒80a和82a之間有更好的接觸表面，以充分利用螺紋齒輪傳動(dòng)78的承重能力。
微型管筒34可使其檢測(cè)器38和40如圖6所示分別固定在管筒軸34b的任一側(cè)或交替地，這樣它們?nèi)鐖D21所示沿管軸34b排成一行以提高管筒34在受限空間中的可移動(dòng)性。顯然，另外的X射線光頭12和32也可以具有兩個(gè)版本，所以使用特定的X射線管光頭尺寸可進(jìn)行兩種測(cè)量技術(shù)。如上所述，當(dāng)傳感器38和40沿軸向排成一行，所使用的測(cè)量技術(shù)d、v、sine2χ減小了測(cè)量精度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D22-26，示出了檢測(cè)器調(diào)節(jié)器或移動(dòng)組件122，它允許用戶在兩個(gè)位置之間移動(dòng)纖維光學(xué)檢測(cè)器38和40，那兩個(gè)位置與期望被使用的測(cè)量技術(shù)d、v、sine2ψ或d、v、sine2χ相對(duì)應(yīng)。檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件122提供了顯著的靈活性，通過(guò)允許無(wú)論哪種測(cè)量技術(shù)是根據(jù)所采取的測(cè)量操作的需要來(lái)選用的而不需要像之前所要求的那樣去改變X射線光頭或利用不同的X射線衍射部件。因此，如果精度并不關(guān)鍵而且對(duì)于難以接近的空間的可接近能力更為重要，則探測(cè)器調(diào)節(jié)組件122可用來(lái)移動(dòng)探測(cè)器38和40，使得如圖25所示它們沿管軸12a排成一行，這時(shí)所使用的是d、v、sine2χ測(cè)量技術(shù)。在另一方面，當(dāng)精度比光頭的可移動(dòng)性更重要時(shí)，探測(cè)器38和40可被移動(dòng)到如圖23和24所示的位置，它們分別在管軸任一側(cè)橫向地被隔開，從圖25的位置旋轉(zhuǎn)大致90度以實(shí)現(xiàn)d、v、sine2ψ測(cè)量技術(shù)。
因此，檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件122避免了針對(duì)兩種測(cè)量技術(shù)分別提供不同的X射線光頭的需要。盡管用微型光頭34可以實(shí)現(xiàn)該組件，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為獲得光頭34減小尺寸后所導(dǎo)致的最大益處，最好提供它的兩個(gè)版本，如圖6和21所示，檢測(cè)器弓形支架41固定到或管罩54上或與管罩54形成一體。
檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件122可包括人工傳動(dòng)裝置，比如形如拉環(huán)組件124，該組件124允許操作人員人工調(diào)節(jié)檢測(cè)器組件37的位置。具體地講，組件122包括形如轉(zhuǎn)盤126的移動(dòng)構(gòu)件，該轉(zhuǎn)盤126使檢測(cè)器支架42固定到其上。轉(zhuǎn)盤126可以被固定在相對(duì)于其上方圓盤支架構(gòu)件128的兩個(gè)不同位置中的一個(gè)選定的位置處，該兩個(gè)位置與此處所討論的兩個(gè)X射線衍射測(cè)量技術(shù)相對(duì)應(yīng)。為了這個(gè)目的，圓盤支架構(gòu)件128包括一對(duì)小孔130和132，這對(duì)小孔相隔90度并分別與d、v、sine2ψ和d、v、sine2χ測(cè)量技術(shù)相對(duì)應(yīng)。
轉(zhuǎn)盤構(gòu)件126攜帶拉環(huán)組件124的柱塞構(gòu)件134。柱塞構(gòu)件134被彈性地裝入形成于圓盤構(gòu)件126中的通透孔136中。通透孔136可與小孔130和132中的任一個(gè)對(duì)準(zhǔn)以按期望的方式固定檢測(cè)器系統(tǒng)37的位置。參看圖26，通透孔136具有徑向延伸的帶緣內(nèi)壁部分138，138大約延伸到底部孔。柱塞構(gòu)件134具有徑向擴(kuò)大軸環(huán)端140，140的直徑比圓盤支架構(gòu)件128中的小孔130和132的直徑要大。從柱塞軸環(huán)部分140向上延伸的是柱塞構(gòu)件134的上方插銷部分142，其尺寸符合小孔130和132。彈簧144在朝上的方向上偏置插銷部分142，并當(dāng)與之對(duì)準(zhǔn)時(shí)插入小孔130和132之一。彈簧144包括繞柱塞構(gòu)件134延伸的簧線，簧線末端固定在內(nèi)壁部分138和軸環(huán)部分140。柱塞構(gòu)件134向下延伸穿過(guò)由內(nèi)壁部分138構(gòu)成的孔，并將拉環(huán)146固定在它的較低的末端。
如圖23、24和27所示，插銷部分142被偏置到小孔130中，使得檢測(cè)器38和40被分別放置在管軸的兩側(cè)并使用d、v、sine2ψ測(cè)量技術(shù)來(lái)進(jìn)行X射線衍射測(cè)量操作。為了轉(zhuǎn)換檢測(cè)器系統(tǒng)37的配置，操作人員通過(guò)拉環(huán)146向下拉動(dòng)柱塞構(gòu)件124，使得插銷部分142逆著彈簧144所提供的偏置力從小孔130中縮回，這時(shí)彈簧簧線在內(nèi)壁部分138和柱塞軸環(huán)部分140之間被壓縮。然后，操作人員旋轉(zhuǎn)圓盤構(gòu)件126，方向按照?qǐng)D27中的箭頭所指的方向148，直到柱塞構(gòu)件134對(duì)準(zhǔn)小孔132。這時(shí)，操作人員松開拉環(huán)146，由彈簧144提供的偏置力迫使插銷部分142進(jìn)入支架構(gòu)件128的小孔132，以將探測(cè)器系統(tǒng)的位置固定到d、v、sine2χ方向，同時(shí)檢測(cè)器38和40沿X射線光頭的管軸排成一行。
詳細(xì)地講，每個(gè)X射線光頭12、32和34都安裝在載重支持架150上，150從X射線光頭罩向后面延伸到其后端處的懸垂法蘭盤支架部分152。后方法蘭盤支架部分152包括插口適配器部分28，針對(duì)每個(gè)光頭和它的載重支持架150，插口適配器部分28都被配置的完全一樣，這其中包括針對(duì)光頭200和它的之前描述過(guò)的載重支持架150。每個(gè)載重支持架150包括向前延伸的懸垂支持部分154，154在其上攜帶光頭12、32和34，使得它們各自的縱軸12b、32b和34b通常沿x軸方向前后延伸，偏離插口軸28a并在其上方留有間隔。這樣，普通傳動(dòng)組件18的運(yùn)轉(zhuǎn)使光頭12、32和34以及它們的準(zhǔn)直器20橫向穿過(guò)或掠過(guò)弓形軌道22，弓形軌道22以每個(gè)光頭的插口適配器28的偏斜軸28a為中心。類似地，插口軸28a通常會(huì)偏離光頭組件200的管筒200a，使得傳動(dòng)組件18的運(yùn)轉(zhuǎn)引起它的準(zhǔn)直器20橫穿弓形軌道22。同時(shí)，每次轉(zhuǎn)軸適配器部分26和插口適配器部分28之一被連接到底座部件14時(shí)，它們會(huì)配合將每個(gè)光頭對(duì)準(zhǔn)到相同的預(yù)定位置中。因此，當(dāng)光頭12、32、34和200中任一個(gè)以可拆卸的方式連接到底座部件14時(shí)，轉(zhuǎn)軸適配器軸26a會(huì)與插口軸28a對(duì)準(zhǔn)，以在這里一致且可重復(fù)地放置組合式X射線光頭。
繼續(xù)參看圖3-5，用于較小光頭32和34的載重支持架150就其向前的懸臂部分154而言可以是完全相同的，而用于較大的X射線光頭12的載重支持架150則可以被修改以便為較重的光頭12提供更有力的支持。如圖1-3所示，向前延伸部分154可具有支架配置，該支架配置包括從底面向上延伸環(huán)繞該較大的X射線光頭12后背部分之一的弓形側(cè)面部分156和158，使得底面和側(cè)面提供對(duì)光頭12的支持。如圖3所示，角撐板160可在載重支持架150的后端部分與懸垂法蘭盤部分152之間提供加固。作為對(duì)比，尺寸較小重量較輕的光頭32和34基本上避免了對(duì)其載重支持架150提供強(qiáng)力支持的需要。如圖所示，中等尺寸的光頭32被載在載物部分154的前端部分162。如圖5所示，重量極輕的微型光頭34允許它被固定成符合載物部分154，所以其后端164以基本上面對(duì)面的關(guān)系被固定到載重支持架150的前端166。微型光頭34的對(duì)準(zhǔn)支架也提高了其可移動(dòng)性，因?yàn)橄蚯暗闹С植糠?54基本上和微型光頭的管狀外罩54具有相同的直徑。
下面參看圖2、10和12，可以看到螺紋齒輪傳動(dòng)78被裝在環(huán)形外殼168中。外殼168包括前、后內(nèi)表面部分170和172，它們分別被擴(kuò)孔以便容納像球形軸承174和176這樣的高精度軸承。使用從前內(nèi)壁部分170向前突出的錐形適配器部分26，轉(zhuǎn)軸組件77通過(guò)軸承174和176被用作旋轉(zhuǎn)的軸頸。也可提供繞轉(zhuǎn)軸組件77的軸襯177，特別地為主轉(zhuǎn)軸部分94提供軸承支持。徑向放大的前、后法蘭盤178和180配合緊緊地抓住轉(zhuǎn)軸組件77，用于分別與軸承174和176一起旋轉(zhuǎn)。如圖12所示，后法蘭盤180可形成于后蓋構(gòu)件182上，針對(duì)輸出轉(zhuǎn)軸組件，后蓋構(gòu)件182被鎖在主轉(zhuǎn)軸94的后端。馬達(dá)外殼168可被固定到其后端的y軸載物部分184或與184集成到一起，y軸載物部分184通過(guò)楔形榫頭被安裝到z軸載物部分186，186可沿底座部件支架19的垂直架子188垂直地上下滑動(dòng)。
盡管已示出并描述了本發(fā)明的諸多特定實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以進(jìn)行大量的變化和修改，而本發(fā)明旨在覆蓋所有那些落在本發(fā)明的精神和范圍在內(nèi)的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于針對(duì)不同部件進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的組合式X射線衍射系統(tǒng)，所述X射線衍射系統(tǒng)包括底座；多個(gè)組合式X射線光頭，所述光頭用于以可拆卸方式連接到所述底座；普通的傳動(dòng)組件，所述組件連接到所述底座并在X射線衍射測(cè)量操作期間用于在精確的軌道上移動(dòng)連接到所述底座上的光頭；以及適配器，所述適配器位于所述底座與所述X射線光頭之間用于將所述光頭連接到所述底座上或從所述底座上拆除所述光頭，以允許操作人員選擇將要用于特定的X射線衍射測(cè)量操作的光頭。
2.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述適配器包括與所述底座以及每個(gè)光頭相連接的部分，同時(shí)所述部分具有預(yù)定的密接配置，所以所述底座與所述光頭適配器部分是以可移動(dòng)的方式在其一中容納另一個(gè)的。
3.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述適配器包括所述傳動(dòng)組件的輸出轉(zhuǎn)軸部分以及完全相同的軸孔，所述軸孔與每個(gè)光頭相連并被配置成用來(lái)容納插入其中的所述轉(zhuǎn)軸部分。
4.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述光頭包括彼此間相互不同的預(yù)定運(yùn)行特征以允許所述光頭被選擇性地連接到所述底座上，而被選中的光頭可針對(duì)將要進(jìn)行的特定的測(cè)量操作來(lái)使測(cè)量性能達(dá)到最佳。
5.如權(quán)利要求4所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)行特征包括X射線光頭功率、X射線波長(zhǎng)、以及X射線光束形狀。
6.如權(quán)利要求4所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述光頭各自具有控制模塊，所述底座具有與其相連接的控制器；以及用于將所述模塊與所述控制器相互連接的鏈接器，所述鏈接器可將所述光頭的預(yù)定運(yùn)行特征發(fā)送到所述控制器。
7.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)X射線光頭包括具有不同尺寸的光頭以允許較小的光頭用于需要接近被限制的空間這樣的情形中。
8.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)組件包括具有防齒隙游移裝置的齒輪裝置，所述齒輪裝置用于在X射線衍射測(cè)量操作期間在所述弓形軌道上精確地移動(dòng)所述光頭。
9.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)組件包括馬達(dá)、由馬達(dá)運(yùn)行來(lái)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸以及輸出轉(zhuǎn)軸，而所述適配器包括所述輸出轉(zhuǎn)軸的適配器末端部分、與每個(gè)光頭相連接并用于將所述轉(zhuǎn)軸末端部分容納于其中的適配器軸孔；以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸齒輪和輸出轉(zhuǎn)軸齒輪，它們相互配合將動(dòng)力從所述傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸傳到所述輸出轉(zhuǎn)軸，這樣，通過(guò)所述適配器并使用所述齒輪之一可在所述弓形軌道上移動(dòng)所連接的光頭，所述齒輪是拼合的并包括這樣的齒輪部分，所述齒輪部分相對(duì)于彼此以轉(zhuǎn)動(dòng)方式被偏置從而使所述傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸齒輪和輸出轉(zhuǎn)軸齒輪的齒之間的間隙達(dá)到最小。
10.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述光頭包括X射線檢測(cè)器、X射線發(fā)射器，以及用于在至少兩個(gè)位置之間移動(dòng)所述檢測(cè)器的檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件，所述至少兩個(gè)位置與兩個(gè)不同的X射線衍射測(cè)量技術(shù)相關(guān)聯(lián)。
11.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)組合式X射線光頭包括微型光頭，所述微型光頭包括大約1.25英寸或更小的管罩以適合于受限制的空間。
12.如權(quán)利要求1所述的組合式X射線衍射系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)組合式X射線光頭包括其管罩尺寸最小以便于盡可能接近受限空間的微型光頭、X射線檢測(cè)器、以及具有用于處理來(lái)自所述檢測(cè)器的信號(hào)的電路的撓性基片，所述撓性基片被所述管罩覆蓋，并使所述管罩基本上符合所述基片以使所述管罩的尺寸保持在最小值。
13.一種X射線衍射裝置，它包括用于產(chǎn)生X射線的伸長(zhǎng)型X射線光頭；用于將X射線對(duì)準(zhǔn)部件的光頭的發(fā)射器，所述部件是將要進(jìn)行X射線衍射測(cè)量的部件；所述光頭的檢測(cè)器，它用來(lái)檢測(cè)所述發(fā)生衍射的X射線；以及包括移動(dòng)構(gòu)件和傳動(dòng)裝置的檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件，所述檢測(cè)器安裝到所述移動(dòng)構(gòu)件上，所述傳動(dòng)裝置允許所述檢測(cè)器被移動(dòng)到不同的位置以適合于同所述X射線光頭一起使用不同的X射線衍射測(cè)量技術(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的X射線衍射裝置，其特征在于，所述X射線光頭包括縱軸，而所述檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件允許所述檢測(cè)器在兩個(gè)位置之間移動(dòng)，所述檢測(cè)器在所述X射線光頭軸的無(wú)論哪一側(cè)橫向地留有一定的間隔，這便是所述兩個(gè)位置之一，所述檢測(cè)器沿所述的軸排成一行便是所述的另一個(gè)位置。
15.如權(quán)利要求13所述的X射線衍射裝置，其特征在于，所述移動(dòng)構(gòu)件是旋轉(zhuǎn)的移動(dòng)構(gòu)件，用于在所述不同的位置之間旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求13所述的X射線衍射裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器調(diào)節(jié)組件的傳動(dòng)裝置是人工傳動(dòng)裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的X射線衍射裝置，其特征在于，所述人工傳動(dòng)裝置包括彈簧預(yù)載柱塞以及位于不同位置處的小孔，所述每個(gè)小孔都與所述檢測(cè)器的不同位置之一相對(duì)應(yīng)，當(dāng)所述檢測(cè)器對(duì)準(zhǔn)所述小孔時(shí)所述柱塞被偏置到所述小孔中。
全文摘要
提供了一種光束裸露的X射線衍射系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法包括以可拆卸方式連接到底座部件的組合式X射線光頭，該底座具有普通的傳動(dòng)部件，在X射線衍射測(cè)量操作期間，該傳動(dòng)部件可在一個(gè)精確的軌道上移動(dòng)該光頭。根據(jù)將要進(jìn)行的測(cè)量操作的需要，該光頭可被調(diào)整成適合不同的性能標(biāo)準(zhǔn)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，多個(gè)光頭之一可以是微型光頭，該微型光頭可用來(lái)測(cè)量通過(guò)其它方式難以接近的表面，比如管狀部件的內(nèi)部。此外，為了提高精確度和速度，提供了針對(duì)傳動(dòng)部件的改進(jìn)。
文檔編號(hào)G01N23/20GK1816740SQ200480011751
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者M·布勞斯 申請(qǐng)人:普羅托制造有限公司