[發明專利]測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波探頭聲透鏡及其設計方法、檢測裝置和檢測方法無效

申請號：	200810015173.5	申請日：	2008-03-17
公開（公告）號：	CN101246002A	公開（公告）日：	2008-08-20
發明（設計）人：	侯懷書;范應元;馬中華	申請（專利權）人：	侯懷書
主分類號：	G01B17/00	分類號：	G01B17/00;G01N29/07
代理公司：	濰坊正信專利事務所	代理人：	宮克禮
地址：	200093上海市楊浦區軍工路51***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	測量齒輪焊縫超聲波探頭透鏡及其設計方法檢測裝置
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【權利要求書】：

1.測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波探頭聲透鏡，其特征在于：所述超聲波探頭聲透鏡沿多聯齒輪軸向的剖面形狀為內凹的球面弧形，所述球面弧形的聚焦點經過作為耦合劑的水和齒輪體位于所述多聯齒輪的焊縫處；所述超聲波探頭聲透鏡沿所述多聯齒輪徑向的剖面形狀為外凸的近弧形結構，所述近弧形結構的聚焦點經過作為耦合劑的水和齒輪體也位于所述多聯齒輪的相同焊縫處。

2.如權力要求1所述的超聲波探頭聲透鏡的設計方法，其特征在于：以被檢齒輪的中心為原點，建立坐標系(Y，Z)；

從熔合點(Θ)引齒輪內壁圓(ψ)的切線，這樣就得到兩條線段(ε、ε’)；兩條線段之間所夾的齒輪內壁部分就表示有縱波折射的所有入射縱波所能透過的全部區域；將這兩條線段之間所夾的齒輪內壁圓弧等分成若干份，將各點分別與熔合點(Θ)連接，得到多對兩兩對稱的線段和中間一條與坐標系縱軸(Z)重合的線段，代表超聲波折射后的縱波入射聲束；通過解析圖分別測量出坐標系縱軸(Z)一側超聲波縱波入射聲束水鋼界面鋼中的多個折射角β_Z(z＝1，2...5)，鋼中以及水中超聲波縱波聲速已知，根據下式：

Cz1sinβ1=Cr1sinα1---(1)]]>

式中：

C_z1：水鋼界面鋼中折射聲束聲速；

C_r1：水鋼界面水中入射聲束聲速；

β₁：水鋼界面鋼中聲束折射角；

α₁：水鋼界面聲束在水中入射角；

分別求出超聲波水鋼界面水中入射角α_r(r＝1，2...5)，分別將水鋼界面水中入射聲束γ_α(α＝1，2...5)一一畫出，坐標系縱軸(Z)另一側的入射聲束γ_β‘(β＝1，2...5)分別與γ_α(α＝1，2...5)沿坐標系縱軸(Z)對稱；選取聲透鏡距離齒輪內壁的距離L，并在此距離處作水平輔助線，與水鋼界面水中入射聲束γ₁相交，交點A₁作為最靠近坐標系縱軸(Z)的一對水鋼界面水中聲束入射線所對應的聲透鏡上的一點；因為壓電換能器發射出的超聲波可認為垂直入射入超聲波探頭聲透鏡內部，且由于超聲波探頭聲透鏡厚度較薄，因此超聲波在超聲波探頭聲透鏡內傳播途徑與坐標系縱軸(Z)平行；過A₁作與坐標系縱軸(Z)平行的輔助線ν，表示聲束在超聲波探頭聲透鏡內的傳播途徑；輔助線ν與γ₁之間的夾角為δ₁，超聲波在超聲波探頭聲透鏡與水界面從超聲波探頭聲透鏡內折射入水中，折射角為ξ₁，聲波在超聲波探頭聲透鏡與水界面超聲波探頭聲透鏡內的入射角φ₁，此三者之間的關系由圖2：

????????????δ₁+ξ₁＝Φ₁????????????????????????????(2)

根據式(1)可得：

Cr2sinΦ1=Cz2sinξ1---(3)]]>

式中：

C_r2：超聲波探頭聲透鏡與水界面超聲波探頭聲透鏡內入射聲束聲速；

C_z2：超聲波探頭聲透鏡與水界面水中折射聲束聲速；

Φ₁：超聲波探頭聲透鏡與水界面超聲波探頭聲透鏡內聲束入射角；

ξ₁：超聲波探頭聲透鏡與水界面聲束在水中折射角；

水中及超聲波探頭聲透鏡中聲速已知，根據式(3)得出超聲波探頭聲透鏡與水界面超聲波在水中折射角ξ₁后，即可作超聲波探頭聲透鏡與水界面過A₁點的法線λ₁，λ₁為與γ₁之間成ξ₁夾角的直線，亦即超聲波探頭聲透鏡與水交界面在A₁點的半徑方向，因為超聲波探頭聲透鏡徑截面曲線是按坐標系縱軸(Z)對稱的，所以作λ₁沿坐標系縱軸(Z)對稱線，此對稱線與λ₁的交點即為過A₁點的圓弧圓心O₁，以O₁為圓心，以O₁A₁為半徑作圓弧，與γ₂交于A₂，在點A₂重復以上步驟。最終可以采用曲線擬合的方法近似求出超聲波探頭聲透鏡在徑截面的曲線方程，該曲線沿坐標系縱軸(Z)對稱分布；