[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

技術領域

本發明涉及一種超聲波探頭聲透鏡，還涉及了聲透鏡的設計方法，以及測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波檢測裝置和檢測方法。

背景技術

目前，很多汽車變速箱總成中采用多聯齒輪方式進行動力傳動，多聯齒輪之間多采用電子束焊接或者激光焊接(如圖4所示)。因此，如何檢測電子束或者激光焊縫熔深成為控制產品質量的關鍵。傳統的檢測方法是金相法，即從每一批產品中任意抽取幾件產品解剖，然后進行金相檢測，此方法盡管檢測有效，但費時費力且浪費嚴重。

隨著技術的發展，采用超聲波對多聯齒輪電子束或激光焊縫熔深進行檢測，檢測效率大大提高，檢測成本明顯下降。

而傳統的超聲波探頭的聲透鏡忽視了超聲波入射界面的特殊形狀，而是按照平面入射界面采用球面聚焦超聲波探頭聲透鏡。如圖6所示的多聯齒輪徑截面分析可見，超聲波自內凹球面超聲波探頭聲透鏡傳播至水鋼結合面，縱波入射聲束A、B、C均會在界面發生縱波全反射，形成縱波反射聲束A’、B’、C’，進入到多聯齒輪內部并傳播至熔合點O的超聲波縱波僅為入射聲束I。換句話說，能夠起到檢測作用的僅僅是靠近入射聲束I極小范圍內的部分入射聲束。因此，此時有效檢測超聲波的能量極低，檢測裝置信噪比較低，容易受檢測環境干擾，導致檢測精度極大下降，失去超聲波檢測的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種依據入射面的具體形狀設計專門聚焦超聲波探頭聲透鏡，使得絕大部分超聲波縱波能夠折射進入多聯齒輪內，并順利聚焦于熔合點的測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波探頭聲透鏡。

本發明所要解決的另一技術問題是提供上述超聲波探頭聲透鏡的設計方法。

本發明所要解決的另一技術問題是提供一種使用上述探頭的測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波檢測裝置以及檢測方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：測量多聯齒輪焊縫熔深的超聲波探頭聲透鏡，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。

上述的超聲波探頭聲透鏡的設計方法，其步驟是：以被檢齒輪的中心為原點，建立坐標系；

從熔合點引齒輪內壁圓的切線，這樣就得到兩條線段；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連接，得到多對兩兩對稱的線段和中間一條與坐標系縱軸重合的線段，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；