[发明专利]一种利用振动去除残余应力的双层毛细管弯管装置及方法

权利要求书

1.一种利用振动去除残余应力的双层毛细管弯管装置，包括弯管夹具、主控制器、检测超声驱动模块、振动加载驱动模块和弯折加载驱动模块，其特征在于：

弯管夹具包括底板、导夹(11)、主夹(12)、主夹座(13)、轮模(14)和轮模轴(15)；导夹(11)呈长方体形，底面固定在底板上，侧面沿水平方向设置有与毛细管配合的条形半圆槽，毛细管的侧壁可以与导夹(11)的半圆槽匹配；轮模(14)的形状为半圆弧和三条直线组成的框形成的封闭形状沿着竖直方向平移形成的物体；轮模(14)的侧面包括三个平面和一个半圆柱面，其中两个平面和其之间的半圆柱面沿水平方向设置有与毛细管配合的条形半圆槽；毛细管的侧壁可以与轮模(14)的半圆槽匹配；沿着半圆柱面的轴线设置有轮模轴(15)使得轮模(14)可以绕着轮模轴(15)旋转；主夹(12)的形状和导夹(11)的形状相同，主夹(12)通过主夹座(13)固定在轮模(14)的平面的侧壁上，且主夹(12)与轮模(14)接触的侧面上沿水平方向设置有与毛细管配合的条形半圆槽，使得轮模(14)和主夹(12)的两个半圆槽组成一条圆柱孔；

轮模(14)的转动范围具有两个端点，转动到第一端时主夹(12)的一侧与导夹(11)的一侧接触，此时轮模(14)和主夹(12)的两个半圆槽组成圆柱孔与导夹(11)侧面的条形半圆槽共轴；转动到第二端时轮模(14)的另一平面侧壁和导夹(11)的一侧接触，使得轮模(14)和导夹(11)的两个半圆槽组成一条圆柱孔，且轮模(14)和导夹(11)的两个半圆槽组成的圆柱孔与轮模(14)和主夹(12)的两个半圆槽组成的圆柱孔平行；

导夹(11)、主夹(12)和轮模(14)侧面的条形半圆槽在竖直方向上均为两条，且半径不相等；

主控制器连接检测超声驱动模块、振动加载驱动模块和弯折加载驱动模块；

检测超声驱动模块连接一个发射探头(21)和一个收集探头(22)，发射探头(21)用于发射超声波，发射探头(21)发出的超声波沿着毛细管的延伸方向传播，收集探头(22)用于收集从发射探头(21)发射出的超声波；

发射探头(21)和收集探头(22)分别设置在毛细管的两端；

振动加载驱动模块连接函数发生器和回波采集器(24)，函数发生器用于发出扫频信号，函数发生器连接电磁振荡器(23)，电磁振荡器(23)根据函数发生器发出的扫频信号进行扫频振荡；电磁振荡器(23)和回波采集器(24)均设置在主夹(12)上，且设置在主夹(12)与毛细管接触的面的相对的侧面上，从而使得电磁振荡器(23)发出的振荡可以传递至毛细管；回波采集器(24)采集从毛细管反射回来的振荡信号；

弯折加载驱动模块连接角度编码器和加载电机；角度编码器用于检测轮模(14)转动的角度，加载电机用于控制轮模(14)转动。

2.根据权利要求1所述的利用振动去除残余应力的双层毛细管弯管装置，其特征在于：

发射探头(21)和收集探头(22)的结构相同，包括一个端面圆板(31)，端面圆板(31)设置有一环形凹槽(32)，环形凹槽用于将毛细管的端面放入；凹槽的外侧设置有等间距环形布置的8个超声换能器(33)；从而使得一端的发射探头(21)的8个换能器发出8个超声波，另一端的收集探头(22)的8个超声换能器(33)对应收集8个传递的振动信号，收集探头(22)将收集的8路振动信号的强度反馈给主控制器。

3.一种使用权利要求2所述的双层毛细管弯管装置去除残余应力的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，使用弯管夹具将毛细管弯折成多个梯度变化的角度，分别为20°、40°、60°、80°、100°、120°、140°、160°、180°；然后将弯折好的毛细管取下并进行退火处理，以去除弯折过程中产生的应力；

步骤2，将退火后的毛细管重新安装在弯管夹具上，并安装好发射探头(21)和收集探头(22)，发射探头(21)和收集探头(22)分别安装到毛细管的两端；在发射探头(21)使用相同强度的8路超声驱动下测量退火后的毛细对应收集探头(22)的8路振动信号的强度，并将8路收集的信号作为基准信号R_i＝[r₁,r₂,…,r₈]，其中i为1～9，对应不同的弯折角度，即每一个弯折角度对应一组基准信号；

步骤3，将新的未弯折的毛细管安装到弯管夹具上并分别弯折至20°、40°、60°、80°、100°、120°、140°、160°、180°的角度，在一个角度下，控制振动加载驱动模块进行扫频振荡，并同时检测回波采集器(24)的信号强度I是否稳定，如果I产生阶跃变化，这说明毛细管安装不稳定，需要重新测量；在扫频的同时发射探头(21)使用相同强度的8路超声驱动下测量退火后的毛细对应收集探头(22)的8路振动信号的强度，并将8路收集的信号作为检测信号Q_ij＝[q_1j,q_2j,…,q_8j]，其中j为检测时的振动加载驱动模块扫频的频率，i为1～9，对应不同的弯折角度，即每一个振荡频率和一个弯折角度对应一组检测信号，共i×j组信号；

步骤4，将步骤3中的i×j组检测信号按照i相同进行分组，共分成9组，每一组中的j组检测信号分别计算其与对应的i的基准信号的马氏距离；并从每一个i对应的组筛选出一个马氏距离最小的j；得到9个j，分别为J₁，J₂，…，J₉；这9个J即为从20°-180°对应的最佳振动加载驱动模块驱动的振荡频率；

步骤5，以0-180°的角度为横坐标，以频率为纵坐标，将(20°，J₁)、(40°，J₂)、(60°，J₃)、(80°，J₄)、(100°，J₅)、(120°，J₆)、(140°，J₇)、(160°，J₈)、(180°，J₉)填入坐标图中，然后连成一条曲线，即为振荡驱动曲线；

步骤6，将待弯折的毛细管安装到弯折夹具上，控制加载电机进行弯折加载，然后根据角度编码器检测的弯折角度，控制振动加载驱动模块以振荡驱动曲线上该角度对应的频率进行驱动振荡；直至弯折至所需的角度，并在终点角度下以终点角度在振荡驱动曲线上对应的频率持续振荡一段时间后完成去除残余应力的工作。