[發明專利]焊接變形實時檢測系統及其檢測方法

有效

• 申請號: 201410265592.X
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104006757B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 唐正宗;劉建立;張龍;劉小波;陳廣飛
• 申請（專利權）人: 蘇州西博三維科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴,夏振

技術領域

本發明屬于變形測量技術領域，具體涉及一種焊接變形實時檢測系統及其檢測方法。

背景技術

焊接時，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導致在結構內部產生了焊接應力與變形。焊縫金屬冷卻時，當它由液態轉為固態時，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯系的，因此，焊縫金屬并不能自由收縮，這將引起整個焊件的變形，同時在焊縫中引起殘余應力。

殘余變形的存在不僅影響結構的尺寸精度和外觀，而且有可能降低其承載能力和機械性能，因此控制和調整焊接變形十分重要。對焊接變形進行快速、準確的檢測，是評價控制和調整焊接變形效果的必要手段，同時也可用于驗證焊接變形數值模擬結果的合理程度。因此，國內外研究者都花費了大量的時間去設計各種方法對焊接變形進行檢測。

焊接變形的檢測方法大致可以分為動態測量和靜態測量兩大類。動態測量需要在測量變形的同時對溫度加以測量，得到一系列隨著時間和溫度變化而變化的變形數據，然后借助于數值計算得到變形量。常用動態測量方法有應變計測量法、傳感器與熱電偶測量法、高速攝影測量法。靜態測量是指在焊接變形穩定之后，才對焊接變形進行測量，不需要測量溫度，可以直接得到變形量，但是不能實時測量。常用靜態測量方法有長度測量法、光學法。

對焊接變形進行快速準確的測量，是評價控制和調整焊接變形效果的必要手段。然而，現有的方法均有其各自的優點和不足：(1)應變計測量法：能夠直接從焊接變形測量儀器上直接得到焊接變形的數值，但是比較手續麻煩，效率低，適應性差，難以工業化應用。(2)傳感器測量法：能夠實時地測出焊件的動態變形，對于焊接數值計算有較好的驗證效果，可以充分檢驗數值計算中所做假設的合理性，但是需要借助于數值計算方法才能得到最終的焊接變形值，其值誤差較大，精度較低，不適應于焊接變形的質量評估，而且由于焊接時環境惡劣，導致其測量設備的投資也是比較昂貴。(3)高速攝影測量法：為非接觸式方法，因為需要貼標志點，所以不適用于復雜焊接變形及微小焊接變形。(4)長度測量法：不需要任何與焊接相關特殊匹配，可以很容易確定橫向和縱向收縮，但是受人為影響因素大，精度不高。(5)光學法：精度是非常高的，但所測變形量過小。本發明因此而來。

發明內容

本發明目的在于提供一種焊接變形實時檢測系統，解決了現有技術中傳統的焊接變形測量方法所存在的種種不足。另外，鑒于傳統的焊接變形測量方法所存在的種種優點與不足，本發明也提供了一種基于圖像識別的三維散斑應變測量裝置及其測量方法。這種測量方法采用兩個CCD攝像機(工業相機)實時采集物體各個變形階段的散斑圖像，結合數字圖像相關技術與雙目立體視覺技術，利用計算機的圖形識別功能，進行物體表面變形點的匹配，重建出匹配點的三維空間坐標，然后進行位移場數據的計算處理和變形信息的可視化分析，從而實現變形過程中物體表面的三維坐標、位移及應變的測量，具有便攜、速度快、精度高、易操作等特點。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：

一種焊接變形實時檢測系統，其特征在于所述系統包括在被照射的焊接工件表面產生散斑場并形成散斑圖像，然后采集焊接工件表面焊接時各個階段的散斑圖像的CCD攝像機(4)、提供采集散斑圖像時焊接工件附近照明的環境光源(5)、對采集的散斑圖像進行處理，根據各個階段的散斑圖像上識別散斑圖像上焊接工件表面變形點的三維坐標變化，獲得焊接工件表面的三維位移場和應變場的檢測模塊以及為CCD攝像機提供電力支持并控制圖像采集過程的控制模塊。

優選的，所述CCD攝像機(4)架設在相機支架(3)上，所述相機支架通過旋轉云臺(2)安裝在升降臺(1)上；所述升降臺(1)驅動CCD攝像機(4)進行上下移動；所述CCD攝像機(4)外側設置環境光源(5)。

優選的，所述檢測模塊包括根據各個階段的散斑圖像上識別檢測區域并通過在檢測區域劃分網格進行標記的標記子模塊、在焊接前的散斑圖像各個網格內確定種子點的種子點子模塊、在各個階段的散斑圖像網格上進行種子點追蹤的散斑匹配子模塊、根據種子點追蹤結果進行三維焊接工件重建的三維重建子模塊、根據相應種子點的三維坐標位置變化判斷焊接工件表面的三維位移場和應變場的變形檢測子模塊

優選的，所述應變場是根據種子點周圍的9個點在不同階段的三維坐標位移變化計算出來的。

優選的，所述CCD攝像機的數量為2個，兩CCD攝像機同時對同一焊接工件進行拍攝。

本發明的另一目的在于提供一種采用所述的焊接變形實時檢測系統進行檢測的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：