[發明專利]一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法

有效

• 申請號: 201710920102.9
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107747922B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 居冰峰;王傳勇;孫安玉;孫澤青;朱吳樂;薛茂盛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G01N21/17;G01N29/07
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法，所述亞表面缺陷為裂紋或壓痕，其特征在于，包括以下步驟：

將脈沖激光器探頭(3)安裝在位移運動平臺(2)上，位移運動平臺的運動方向與亞表面缺陷(6)的長度方向垂直；

2)脈沖激光器探頭(3)和超聲探頭(4)分別放置在亞表面缺陷(6)的兩側，且脈沖激光器探頭照射在工件(1)上的激光光斑(7)與超聲探頭(4)的連線與亞表面缺陷垂直；

3)脈沖激光器探頭(3)照射在工件(1)上的激光光斑(7)在工件(1)的表面和內部激勵出超聲波，利用超聲探頭(4)分別測得表面波信號R₁和從缺陷反射回的超聲波信號PR₁，繼而得到表面波信號R₁到達超聲探頭(4)的時間t_R1以及從缺陷反射回的超聲波信號PR₁到達超聲探頭(4)的時間t_PR1；

4)控制位移運動平臺(2)向缺陷移動位移Δd，重復步驟3)，得到表面波信號R₂到達超聲探頭(4)的時間t_R2以及從缺陷反射回的超聲波信號PR₂到達超聲探頭(4)的時間t_PR2，控制位移運動平臺繼續向缺陷移動Δd距離，繼而得到表面波信號R₃到達超聲探頭(4)的時間t_R3以及從缺陷反射回的超聲波信號PR₃到達超聲探頭(4)的時間t_PR3，依次類推，總共掃描n個點，其中n≥2；

5)通過步驟3)和4)中超聲探頭(4)測量得到的直達波信號和缺陷回波信號到達時間，計算出亞表面缺陷的埋藏深度h，埋藏深度h的計算公式為：

其中d為步驟3)中激光光斑(7)與亞表面缺陷(6)之間的距離，v_R為表面聲波在工件(1)中的傳播速度，v_P為縱波在工件(1)中的傳播速度，v_S為橫波在工件(1)中的傳播速度；其中角度θ計算公式為：θ＝arcsin(v_S/v_P)。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：超聲源的激發方法為點源激發，即：脈沖激光器探頭(3)發出脈沖激光經過雙凸透鏡聚焦成點源激光，照射在工件(1)表面并激勵出超聲波。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：超聲源的激發方法為線源激發，即：脈沖激光器探頭(3)發出脈沖激光經過柱透鏡將激光聚焦成線源激光，照射在工件(1)表面并激勵出超聲波。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于：所述的亞表面缺陷(6)為圓柱形缺陷，且所述的線源激光與亞表面缺陷(6)的長度方向平行。