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原文传递一种薄板拐角结构检测装置、方法及其楔块优化方法

专利名称：	一种薄板拐角结构检测装置、方法及其楔块优化方法
摘要：	本发明公开一种薄板拐角结构检测装置、方法及其楔块优化方法，涉及超声无损检测技术领域，用于解决传统直接入射检测方式声波偏转角度过大、传播路径复杂、缺陷信号信噪比低的问题。本发明包含薄板拐角结构检测装置，该装置包括相控阵超声线性换能器、楔块、薄板拐角结构件和检测区域；薄板拐角结构检测方法，采用两种以上的反射方式进行相控阵超声入射，并计算所述相控阵超声入射的偏转聚焦法则，通过利用基于所述相控阵超声线性换能器的超声相控阵检测技术实现声束的灵活可控；楔块优化方法，用于设计楔块的几何尺寸及位置。该检测技术具有灵活可控的特点，并且可以获得较好的信噪比。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京无线电计量测试研究所
发明人：	高磊;曹凯;王威;王宇浩;宋金宝;张文谦
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
申请号：	CN201911384632.1
公开号：	CN111024825A
代理机构：	北京正理专利代理有限公司
代理人：	付生辉
分类号：	G01N29/28;G01N29/26;G01N29/24;G01N29/06;G01N29/44;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/28;G01N29/26;G01N29/24;G01N29/06;G01N29/44
申请人地址：	100854 北京市海淀区142信箱408分箱
主权项：	1.一种薄板拐角结构检测装置，其特征在于：包括相控阵超声线性换能器、楔块、薄板拐角结构件和检测区域，所述楔块前置地设置在所述相控阵超声线性换能器和薄板拐角结构件之间，以确保所述相控阵超声线性换能器和薄板拐角结构件之间保持稳定耦合，其中所述相控阵超声线性换能器用于检测薄板拐角结构件的检测区域。 2.根据权利要求1所述的一种薄板拐角结构检测装置，其特征在于：所述检测区域为焊接区域，所述焊接区域中包含有水平焊缝和竖直焊缝。 3.一种薄板拐角结构检测方法，所述检测方法根据权利要求1至2任意一项所述的一种薄板拐角结构检测装置进行实施，其特征在于：所述方法采用两种以上的反射方式进行相控阵超声入射，并计算所述相控阵超声入射的偏转聚焦法则，通过利用基于所述相控阵超声线性换能器的超声相控阵检测技术实现声束可控。 4.根据权利要求3所述的一种薄板拐角结构检测方法，其特征在于：采用所述相控阵超声线性换能器实现薄板拐角结构件的焊缝区域检测满足：相控阵超声入射声束基本垂直于换能器表面；相控阵超声声束基本覆盖整个焊缝区域；及在检测区域处实现声束的偏转聚焦。 5.根据权利要求4所述的一种薄板拐角结构检测方法，其特征在于：所述相控阵超声线性换能器检测方式为：采用相控阵扇形扫描方式，利用两个以上的固定阵元，通过控制波束的偏转实现在焊缝检测区域的扇形扫查；同时，扇扫中不同的通道按照不同的偏转角度和聚焦深度，使聚焦点处于焊缝上的不同位置。 6.根据权利要求3所述的一种薄板拐角结构检测方法，其特征在于：所述相控阵超声入射的偏转聚焦法则公式为：其中，c1为楔块材料中声速，c2为工件中声速，α为入射角，β为对应的声束在薄板拐角结构件中的横波折射角。 7.根据权利要求6所述的薄板拐角结构检测方法，其特征在于，所述入射角α的取值范围计算公式为：对应的声束在薄板拐角结构件中的横波折射角β的取值范围计算公式为：其中，γ1为第一临界角，γ2为第二临界角，c1L为楔块材料中纵波声速，c2L为工件中纵波声速，c2S为工件中横波声速。 8.一种楔块优化方法，所述楔块应用在权利要求1至2中任意一项所述的一种薄板拐角结构检测装置中，其特征在于：所述楔块包括前沿高度AD、第一阵元高度FG、楔块斜面倾斜角θ、楔块横向距离AB、楔块高度BC及楔块位置参数l，所述楔块的几何尺寸及参数采用迭代设计法反复优化得出，所述优化方法包括设计楔块的几何尺寸及位置，包括：选取楔块各参数的初始值并完成Matlab声束路径建模，其中AD、FG、l为根据薄板拐角结构件几何尺寸、工艺技术要求选取的固定参数，θ、AB、BC为需要优化的参数；基于所述模型的参数确定扇扫扫查角度范围，使工件中波束角度上下限通过一次或一次以上反射方式聚焦在焊缝上表面点和下表面点；根据相控阵偏转聚焦原理，对总共M个通道中的第j个通道的总共N个阵元的第i个阵元所需的延迟时间Ti,j进行叠加，所述叠加公式为：其中，所述Ttotal为叠加结果；基于下式求出所述叠加结果最小值所对应的楔块斜面倾斜角θ'：其中，β1为声束在薄板拐角结构件中的第一折射角，β2为声束在薄板拐角结构件中的第二折射角，c1L为楔块材料中横波声速，c2L为工件中横波声速，c2S为工件中纵波声速；根据确定的θ'，基于下式计算AB的最小长度：其中，\|GH\|＝(N-1)d，线性换能器阵元个数为N，阵元间距为d，α2为β2对应的入射角；及重复上述步骤直至斜面长度大于所述阵列阵元长度。
所属类别：	发明专利