[发明专利]一种基于激光扫描与声波波速测量楔形体角度的方法

说明书

本发明公开了一种基于激光扫描与声波速度测量楔形体角度的方法，所述方法包括以下步骤：建立激光在长方体边界线扫描产生的超声波阵面模型；根据所述长方体的超声波阵面获得波速、激光扫描速度的数学表达式：根据所述数学表达式区分楔形体的超声波阵面中的横波和纵波；根据所述横波和纵波建立对应的激光在楔形体边界线扫描产生的超声波阵面模型；根据所述楔形体的超声波阵面模型及相似三角形原理计算楔形角。本方法通过间接法有效、快速的得出楔形体倾角的度数，减小了误差。

技术领域

本发明涉及激光超声检测技术领域，尤其涉及一种测量楔形体角度的方法。

背景技术

楔形体结构材料是一种非常常见的结构材料。金属楔形构件特别是楔形铝材在工业材料及其零部件中有广泛的应用。在工业运用中，楔形体的角度性质对于技术实验而言显得十分重要，确定楔形体的角度是对其进行相关加工运用的首要目标。因此，寻找一种简易且误差较小的测量楔形体角度的方法是十分必要的。

激光超声是一种非接触，高精度，无损伤的新型超声检测技术。它利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波，并用激光束探测超声波的传播，从而获取工件信息。当激光的能量聚焦照射到弹性材料表面时，部分会转移到材料本身并以热能和应力波动能的形式表现出来。通过改变激发激光的几何形状可以控制能量在材料中的分布以及对材料的影响。激光超声就是利用高能激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，通过热弹效应(少数情况是热蚀效应)在固体表面产生应变和应力场，使粒子产生波动，进而在物体内部产生超声波。当激光入射到材料上时，所产生的超声波以不同的类型传播出去，主要有纵波、横波和表面波。激光超声检测技术在上世纪九十年代晚期出现成熟的商用系统并最早在无缝钢管产业开始应用。目前该技术的工业应用已经扩展到激光焊接焊缝质量在线监控，风力发电机叶片检测，飞机机身搭接腐蚀检测，高温陶瓷，金属，复合材料检测，电子元器件/半导体封装质量检测，各种材料涂层缺陷检测等众多领域。

但是，目前还并未有利用激光超声检测技术间接测量工业材料楔形体角度的研究。楔形体角度测量在工业上经常会因为人为因素、仪器因素、环境因素等方面而产生误差，给生产应用带来不利，并且会一定程度上影响经济效益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于激光扫描与声波波速测量楔形体角度的方法，以解决现有技术中存在的未有激光超声检测技术测量工业材料楔形体角度的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于激光扫描与声波速度测量楔形角度的方法，所述方法包括以下步骤：

建立激光在长方体边界线扫描产生的超声波阵面模型；

根据所述长方体的超声波阵面获得波速、激光扫描速度的数学表达式：

根据所述数学表达式区分楔形体的超声波阵面中的横波和纵波；

根据所述横波和纵波建立对应的激光在楔形体边界线扫描产生的超声波阵面模型；

根据所述楔形体的超声波阵面模型及相似三角形原理计算楔形角。

进一步的，所述超声波阵面通过将不同扫描点所产生的超声波信号连接起来获得。

进一步的，所述波速、激光扫描速度的数学表达式为：

sinγ＝v_声/v_扫，

其中，γ为长方体的超声波阵面的波阵面角，v_扫为激光扫描速度，v_声为声波波速。

进一步的，所述楔形角通过如下数学公式计算获得：

当激光沿劈尖段开始扫描时，所述数学公式为：

sin(α+θ)＝v_L/v₁，