i个阵元中心I之间的距离ΒΙ为
[0086] BI=pX(i-l)+s〇； (1.1)
[0087] 其中，s。为B点到离其最近阵元中心的距离，p为阵元间距，即相邻阵元中心间的 距离，p=g+e，其中g为阵元间隙尺寸，e为阵元宽度；
[0088] 由此可计算出，A点到第i个阵元中心I之间的距离AI，
[0095] 由正弦定理计算得，
[0096]
[0097] 上述计算所用参数进行汇总，如表一所示。
[0098] 表一所用参数汇总表
[0099]
[0100] 计算获得各阵元中心所在位置，如表二所示。
[0101] 表二各阵元中心位置
[0102]
[0103] A5)得到入射点位置的方程。
[0104] 定义第i个阵元激发的声波的入射点D所在的位置为DO^t，ΘD)，入射角为α1; 声聚焦点P所在的位置为P(Rp，θρ)，折射角为dp
[0114] 其中，cw为楔块材料声速，c3为管材料声速；
[0115] 化简后得到关于0D的方程为，
[0117] 为了避免出现分母为零的情形，方便编程计算，公式转化为，
[0118]
[0119] A6)获取入射点位置的取值范围。
[0120] 用直线连接I与P，直线与圆弧相交的点为E，E所在的位置为Ε(Ι?_，ΘΕ)， 取值范围在Θ^ΡΘe之间。
[0121] 在ΔΙ0Ρ中，
[0122]
[0127] 所以
[0128] Θ E= jt - Ζ ΕΙ0-Ζ ΙΕ0+θι〇 (2.10)
[0129] A7)根据入射点位置的取值范围和方程（2. 6)，采用二分法数值计算，获取入射点 位置值。
[0130] 将入射点位置值带入（2. 1)和（2. 3)可求得DI和DP。
[0131] A8)根据入射点位置值获取阵元的延时。
[0132] 为第i个阵元中心I，发射声波传到P点所用的声时为，
[0133]
[0134] 那么第i个阵元的延时为，
[0135] Δti=max(t)_tJt。 (2. 12)
[0136] 其中，
[0137] max(t)为h中的最大值；
[0138] t。为延时设置中的初始延时，为一固定常数，可以令其为0。
[0139] 设P点位置为（30mm，30° )，各阵元的延时如表三所示。
[0140] 表三直射波检测时，各阵元的延时
[0141]
[0143] 由见表三可见，在所列的参数系统下，各阵元辐射声波入射至楔块一工件界面的 入射角在一较小范围内变化，其声透射率变化不大。
[0144] 经圆柱内壁反射后聚焦检测时各阵元延时计算方法：
[0145] B1)构建缺陷检测模型，沿探头中心作横切面，具体如图4所示.
[0146] B2)定义横切面与管轴相交的点为原点0,建立极坐标系。
[0147] B3)楔块斜面的后端点B所在的位置为B(Rb，θB);楔块下表面的后端点A所在的 位置为Α(υ)，IU等于管外径。
[0148] B4)计算各阵元中心所在的位置（与步骤A4 -样）。
[0149] B5)得到入射点位置的方程。
[0150] 定义第i个阵元激发的声波的入射点Η所在的位置为H0U，ΘΗ)，入射角为βι; 声聚焦点Ρ所在的位置为P0V，θρ();管内壁反射点F所在的位置为F(Rin，0F)，折 射角为βρRin为管内径。
[0151] 在ΔΙ0Η中，
[0163] 在AF0H中，由正弦定理计算Z0FH为，
[0173] B6)获取入射点位置的取值范围。
[0174] 用直线连接I与P，直线与圆弧相交的点为K，K所在的位置为K0U，θκ)，0"的 取值范围在和θ I(之间，米用步骤Α6中的方法计算θκ。
[0175]Β7)根据入射点位置的取值范围和方程，采用二分法数值计算，获取入射点位置 值。
[0176] 将入射点位置值带入公式（3. 1)、（3. 3)和（3. 10)可求得HI、HF和PF。
[0177] B8)根据入射点位置值获取阵元的延时。
[0178] 为第i个阵元中心I，发射声波传到P'点所用的声时为，
[0179]
[0180] 那么第i个阵元的延时为，
[0181]Δtr ；=max(t)' ~t';+?〇 (3. 13)
[0182] 其中，max(t)'为1i中的最大值。
[0183] 设P点位置为（34mm，45° )，各阵元的延时如表四所示。
[0184] 表三反射波检测时，各阵元的延时
[0185]
[0187] 由见表四可见，在所列的参数系统下，各阵元辐射声波入射至楔块一工件界面的 入射角在一较小范围内变化，其声透射率变化不大。
[0188] 上述的延时计算方法计算的延时可以形成较好的检测声束，能有效检测外径较小 (一般小于159_)的轴或管状工件，包括小径管对接焊缝中的横向缺陷，也可以用于该类 工件中其它缺陷的补充检测，辅助缺陷定性。
[0189] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.圆柱形曲面工件相控聚焦超声检测的延时计算方法，其特征在于：包括直射检测时 各阵元延时计算方法和经圆柱内壁反射后聚焦检测时各阵元延时计算方法； 所述直射检测时各阵元延时计算方法过程为： A1)构建缺陷检测模型，沿探头中屯、作横切面； A2)定义横切面与管轴相交的点为原点0,建立极坐标系； A3)模块斜面的后端点B所在的位置为B(Re，Θ,);模块下表面的后端点A所在的位置 为A(R。。。0)，R。。,为管外径； A4)计算各阵元中屯、所在的位置； 定义第i个阵元中屯、I所在的位置为I巧1，Θ1);其中，AI为A点到第i个阵元中屯、I之间的距离，BI为B点到第i个阵元中屯、I之间 的距离；H。为A点到B点之间的距离，α。为模块的倾斜角； ΒΙ=ρΧ(i-l)+s〇 s。为B点到离其最近阵元中屯、的距离，p为阵元间距，即相邻阵元中屯、间的距离，p=g+e，其中g为阵元间隙尺寸，e为阵元宽度； A5)根据Snell定律，得到入射点位置的方程； 定义第i个阵元激发的声波的入射点D所在的位置为D(R。。,，Θ。）；声聚焦点P所在的 位置为P(Rp，θρ); 关于θ。的方程为，其中，为模块材料声速，C.为管材料声速； A6)获取入射点位置的取值范围； 用直线连接I与P，直线与圆弧相交的点为E，E所在的位置为E(R。。,，θ,)，Θ。的取值 范围在Θ1和ΘΕ之间； Α7)根据入射点位置的取值范围和方程，采用二分法数值计算，获取入射点位置值； Α8)根据入射点位置值获取阵元的延时；第i个阵元的延时Ati为， Δ ti = m曰X (t) _t i+t〇 其中，%第i个阵元中屯、I，发射声波传到P点所用的声时；max(t)为ti中的最大值； t。为延时设置中的初始延时，为一固定常数； 经圆柱内壁反射后聚焦检测时各阵元延时计算方法： B1)构建缺陷检测模型，沿探头中屯、作横切面； B2)定义横切面与管轴相交的点为原点0,建立极坐标系； B3)模块斜面的后端点B所在的位置为B(Re，Θ,);模块下表面的后端点A所在的位置 为Aαu，o)，R。。t等于管外径； B4)计算各阵元中屯、所在的位置； 定义第i个阵元中屯、I所在的位置为I巧1，Θ1);其中，AI为A点到第i个阵元中屯、I之间的距离，BI为B点到第i个阵元中屯、I之间 的距离；H。为A点到B点之间的距离，α。为模块的倾斜角； ΒΙ=ΡX(i-1) +s〇 s。为B点到离其最近阵元中屯、的距离，p为阵元间距，即相邻阵元中屯、间的距离，p=g+e，其中g为阵元间隙尺寸，e为阵元宽度； B5)根据Snell定律和正余弦定理，得到入射点位置的方程； 定义第i个阵元激发的声波的入射点Η所在的位置为H(R。。,，θ");声聚焦点P'所在 的位置为Ρ'0V，ΘρΟ;管内壁反射点F所在的位置为F巧1。，ΘΡ)，Rm为管内径； 关于ΘΗ的方程为，Β6)获取入射点位置的取值范围； 用直线连接I与Ρ'，直线与圆弧相交的点为Κ，Κ所在的位置为K(R。。,，θκ)，Θη的取 值范围在θ1和θκ之间； Β7)根据入射点位置的取值范围和方程，采用二分法数值计算，获取入射点位置值； B8)根据入射点位置值获取阵元的延时； 第i个阵元的延时Ati'为， Δti'=max(t)'_ti' +t〇 其中，为第i个阵元中屯、I，发射声波传到P'点所用的声时；max(t)'为ti'中的最大值。
【专利摘要】本发明公开了一种圆柱形曲面工件相控聚焦超声检测的延时计算方法，其特征在于：包括直射检测时各阵元延时计算方法和经圆柱内壁反射后聚焦检测时各阵元延时计算方法。本发明提出的延时计算方法计算的延时可以形成较好的检测声束，能有效检测外径较小的轴或管状工件，包括小径管对接焊缝中的横向缺陷，也可以用于该类工件中其它缺陷的补充检测，辅助缺陷定性。
【IPC分类】G01N29/44
【公开号】CN105241964
【申请号】CN201510575567
【发明人】姜学平, 韩庆邦
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月10日