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申请/专利权人：深圳职业技术大学;昌河飞机工业(集团)有限责任公司

摘要：本发明涉及智能制造装备产业领域，特别涉及一种基于临界折射纵波的残余应力检测装置及方法。该装置包括：信号处理模块、探头模块、运动模块和信号收发模块；探头模块包括与同一信号收发模块连接的三个水浸探头，第一水浸平探头和第二水浸平探头相对于第三水浸聚焦探头呈对称分布，与水平面的夹角均为第一临界折射角，第三水浸聚焦探头与前述两个探头位于同一平面内且与水平面垂直；运动模块用于控制探头模块运动，并将探头模块的位移量发送给信号处理模块；信号处理模块与信号收发模块连接，包括脉冲收发仪和AD采集卡，用于对探头模块位移量和采集信号进行分析，得到待测工件残余应力。本方案能够实现零件表层残余应力分布的无损快速检测。

主权项：1.一种基于临界折射纵波的残余应力检测装置，包括信号处理模块以及由两个按预设的角度倾斜布置的水浸平探头和一个垂直布置的水浸聚焦探头组成的探头模块、运动模块和信号收发模块，其中：所述探头模块包括与同一所述信号收发模块连接的三个水浸探头，第一水浸平探头和第二水浸平探头关于第三水浸聚焦探头呈对称分布，所述第一水浸平探头和所述第二水浸平探头与水平面的夹角均为超声波的第一临界折射角，所述第一水浸平探头和所述第二水浸平探头均用于同时激发和接收临界折射纵波，并将所述临界折射纵波发送给所述信号收发模块，第三水浸聚焦探头与所述第一水浸平探头和所述第二水浸平探头位于同一平面内并与水平面垂直，所述第三水浸聚焦探头用于同时激发和接收垂直反射纵波，并将所述垂直反射纵波发送给所述信号收发模块；所述运动模块用于控制所述探头模块进行运动，并将所述探头模块的位移量发送给所述信号处理模块，所述运动包括旋转运动、水平运动和垂直运动；所述信号处理模块与所述信号收发模块连接，所述信号收发模块包括脉冲收发仪和AD采集卡，所述脉冲收发仪用于激励三个所述水浸探头同时发送超声波，并将接收到的所述临界折射纵波和所述垂直反射纵波转换为模拟电压输出信号，所述AD采集卡用于将所述模拟电压输出信号转换为数字电压信号并发送给所述信号处理模块；所述信号处理模块用于对所述探头模块的位移量和所述数字电压输出信号进行计算，得到待测工件残余应力；所述信号处理模块具体是通过如下方式进行计算的：基于所述探头模块的位移量和所述数字电压输出信号，计算得到所述临界折射纵波的传播距离；基于所述临界折射纵波的传播距离和所述数字电压输出信号，计算得到所述临界折射纵波的传播速度；基于所述临界折射纵波的传播速度和预先标定的声弹性常数，计算得到所述待测工件的残余应力；其中，所述声弹性常数是通过单向拉伸实验标定得到；所述信号处理模块在执行所述基于所述探头模块的位移量和所述数字电压输出信号，计算得到所述临界折射纵波的传播距离时，用于执行如下操作：L1＝2x·cotθ 式中，x为第三水浸聚焦探头与待测工件表面垂直距离的变化量；L1为待测工件表面水平时，临界折射纵波的传播距离；θ为超声波的第一临界折射角；为待测工件表面倾角；D1为探头模块的水平位移；L2为待测工件表面倾角为时，临界折射纵波的传播距离；所述信号处理模块在执行所述基于所述临界折射纵波的传播距离和所述数字电压输出信号，计算得到所述临界折射纵波的传播速度时，用于执行如下操作： 式中，VC为临界折射纵波的传播速度，t2为第三水浸聚焦探头与待测工件表面距离发生变化后，第一水浸平探头和第二水浸平探头接收到临界折射纵波的时间；所述信号处理模块在执行所述基于所述临界折射纵波传播速度和预先标定的声弹性常数，计算得到所述待测工件的残余应力时，具体用于执行如下操作： 式中，σ为残余应力；K为声弹性常数；VC0为无残余应力时临界折射纵波的传播速度。

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