MFN訪談丨基于Cos-Alpha法的快速簡易X射線殘余應力測量技術

本著“創造新價值”的理念，技術開發公司PULSTEC推出了款真正便攜式快速無損X射線殘余應力分析儀。

日本PULSTEC Industrial Co., Ltd.用創新cos-alpha應力分析方法，開發出種快速、可靠、高度便攜的X射線殘余應力分析儀。

近期，MFN對日本PULSTEC Industrial Co., Ltd.的銷售總監Yoshiyuki Aono和*Yoshinobu Teramoto進行了采訪，本采訪全文刊登于MFN 2021 Vol.22。

(?)MFN：請介紹下貴公司PULSTEC。

(!) Y. A.：PULSTEC Industrial Co., Ltd.成立于1969年，距今已有52年的歷史。公司位于日本靜岡縣濱松市，差不多位于日本主島的中心，在東京和大阪之間。濱松是座工業城市，人口約80萬，是雅馬哈、本田和鈴木等汽車和樂器行業許多公司的長期駐地。PULSTEC初作為這些行業的各種測量儀器和系統的開發商和供應商贏得了良好的聲譽，經常為客戶開發定制產品以滿足客戶的技術指標需求。憑借過去的研發經歷，PULSTEC工程師在電子、機械、軟件技術，別是用于分析微弱電信號和光學技術的測量儀器方面積累了豐富的經驗。創業期過后，PULSTEC通過向高科技市場推出原創產品，成功拓展了業務域，并在東京證券交易所上市。我們的業務持續多元化發展，進入了不同的域，例如鋼鐵行業、光學測量和醫療器械域等等。在過去的52年里，我們與日本及其他各地的客戶所建立的良好合作關系是我們企業的生存之本。

(?)MFN：請向我們介紹下PULSTEC便攜式X射線殘余應力分析儀。

(!)Y. A.：在過去，殘余應力測量裝置十分復雜且非常耗時，而且由于所用測量儀器的設計和劑量率等原因，通常只能由接受過業培訓的人員在實驗室中使用。我們開發的這款便攜式殘余應力分析儀輻射曝光低、安裝和操作簡單，因此殘余應力測量變得更快、更輕松。

該儀器實現了分析技術的飛躍發展，其中配備了個用大面積二維X射線探測器，與X射線管起安裝于小型便攜式裝置中。此外，全自動cos-alpha測量數據分析方法將操作者對測量的干預降到了至低。Cos-alpha分析方法是位日本教授在1978年提出的。這種測量方法采用了完整的“德拜-謝樂環”（德拜環）數據，這里的德拜環數據由二維探測器在單次短時間X射線曝光后采集獲得。在cos-alpha方法發展的早期階段，必須使用X射線膠片，然后在對曝光的膠片進行顯影后方可得到德拜環圖像，并通過手動計算來確定殘余應力。

近期，PULSTEC與該教授合作，改進了對衍射X射線的檢測和分析效果。應用PULSTEC技術，對樣品進行單次短時間X射線曝光，隨后進行X射線探測、分析，然后立即重置探測器，這些操作可以在幾分鐘內完成，而且實現了全自動化。我們通過在便攜式應力分析儀中使用影像板（IP）代替X射線敏感膠片實現了這技術，該影像板可重復使用并可自動讀取。

我們已經在進研發工程域，別是在機械制造和工程結構域使用cos-alpha方法測量殘余應力的應用中獲得了很多成功案例。

早在2012年，我們就發布了X射線殘余應力分析儀的版個版本。開始，有人懷疑該系統是否可以與現有的XRD方法相媲美，比較有代表性的問題就是“是否可以使用如此小巧簡單的儀器測量殘余應力？”2020年，cos-alpha方法經材料科學學會批準成為了日本學術協會的項標準，并對該儀器的測量質量進行了立驗證。在標準化工作組進行大量循環測試后，他們驗證了這種測量方法與現有基于XRD的方法之間的相關性。此外，他們還證實了基于二維探測器和單次低功率短時X射線曝光技術的德拜環殘余應力分析方法的實用性和準確性。分析得出的結論是，該項技術在未來可能會得到廣泛應用，因此需要考慮將其標準化。

感謝您給予機會介紹這項技術！我希望這些信息能夠對研究人員和工程師有所幫助。

Yoshiyuki Aono（右）和*Yoshinobu Teramoto（左）

(?)MFN：目前的業務發展如何？

(!)Y. T.：到目前為止，我們已經在各地的各種學術會議和展覽中遇到了許多工程師和研究人員，他們的反饋證實了測量工程組件和結構中殘余應力的重要性。我們已經了解到了對因該設備的體積小、重量輕而帶來的可移動性和便攜性有需求的各應用域；例如，現場應用以及與機器人系統的集成。目前，PULSTEC的工程師已經擁有了豐富的經驗，并通過與客戶的密切合作提出了各種解決方案以滿足客戶的需求。

目前，PULSTEC已經在17個國家安裝了400多臺便攜式X射線殘余應力分析儀；在本文發表時，可能會達到450臺。

我們的銷售基地位于濱松市，在日本東京和美國加福尼亞設有分支機構。PULSTEC的客戶群遍布各處，因此與諸多代理公司建立合作伙伴關系非常必要。例如，在歐洲，我們的合作伙伴之是德國創新企業“Sentenso”，該公司在表面增強工程方面擁有豐富的經驗。

此外，我們的系統也被用于諸多大學和研究實驗室中，包括日本、美國、英國、德國、中國和新加坡，以及各大主要汽車制造商和許多其他工程制造企業。我想將我們開發的系統介紹給更多的人，希望它能夠幫助從事研發和生產的人員，別是諸如汽車、機械、航空航天域等等各個行業的技術人員。我們相信，這系統的廣泛推廣將有助于開發新技術及質安全產品。

(?)MFN：未來有哪些計劃？

(!)Y. T.：我們不僅開發了主機系統，還開發了各種測量輔助工具和屏蔽柜等安全設施，這些將作為選件提供給有需求的客戶。PULSTEC致力于與我們的客戶保持良好的合作溝通關系，傾聽他們的需求并為其提供*佳解決方案。從以往來看，殘余應力測量系統的便攜性解決了許多現場測量問題。PULSTEC開發了各種輔助工具來幫助解決現場測試問題。某些情況下，組件形狀復雜，有些客戶可能需要測量大型物體，而另些客戶則可能需要測量小零件，其中可能是狹窄部位等等。事實證明，使用其他類型的XRD系統進行這類測量很難獲得可靠的數據。

我們提供的選件之就是各種孔徑的準直器和工具以改變X射線斑點尺寸。同時，我們還提供了多種類型的X射線管。為了充分用測量速度快這性能，我們提供了個自動Mapping選件，可以實現區域應力測量。還有個顯微觀察工具選件，用于精確定位小直徑的X射線斑點。其中有位客戶需要對大型零件進行許多測量，我們的工程師設計并制造了輛推車用來支撐X射線殘余應力分析儀。

我們在分析金屬表面精加工處理引起的應力方面擁有豐富的經驗。XRD方法是種非常合適的表面/次表面殘余應力測量手段；但偶爾需要確定應力隨零件表面以下深度的變化情況。因此，PULSTEC開發了款電解拋光機，可用于通過電化學方法對金屬做剝層處理，通過重復“拋光-測量”操作，可以得到殘余應力隨深度變化的分布曲線。

增材制造技術是項新興技術，通常需要在3D打印中進行殘余應力測量。我認為，隨著越來越多的制造商使用這種生產方法，表面應力分布圖形式的殘余應力測量結果將成為許多行業更為重要的參考數據。

近期，我們將我們的X射線衍射技術應用到了種新的測量手段中，即稱為“muraR”的“非接觸表面硬度變化掃描儀”。這不是單的X射線點測量，而是對物體表面進行X射線掃描。例如，該掃描儀已用于檢測熱處理工藝引起的偏差或變化，這種變化增強了晶體結構的變形，且與硬度測量結果有關；類似地，對于更局部化的結構變化，例如在機械燒蝕后，這些變化導致了硬度的局部變化。鑒于其掃描區域大且分析時間短，我們預計該儀器將作為鋼鐵產品制造質量控制的部分而用于生產加工中。

PULSTEC持續為客戶提供質解決方案。

MFN非常感謝Yoshiyuki Aono和Yoshinobu Teramoto接受此次采訪！

原文鏈接：https://www.mfn.li/archive/issue_view.php?id=2112&kat=6

*有刪節

編者：QUANTUM DESIGN中國公司于2015年將PULSTEC公司小而輕的便攜式X射線殘余應力分析儀引進中國，目前已在國內銷售安裝近百臺，客戶遍布高校、科研院所及各工業域。

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