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焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括在被照射的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像，然后采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像的CCD攝像機(jī)(4)、提供采集散斑圖像時(shí)焊接工件附近照明的環(huán)境光源(5)、對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的檢測(cè)模塊以及為CCD攝像機(jī)提供電力支持并控制圖像采集過程的控制模塊。該方法不僅降低了成本，而且提高了效率和精度，更有巨大的現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說明】焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于變形測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接時(shí)，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形。焊縫金屬冷卻時(shí)，當(dāng)它由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時(shí)，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯(lián)系的，因此，焊縫金屬并不能自由收縮，這將引起整個(gè)焊件的變形，同時(shí)在焊縫中引起殘余應(yīng)力。
[0003]殘余變形的存在不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀，而且有可能降低其承載能力和機(jī)械性能，因此控制和調(diào)整焊接變形十分重要。對(duì)焊接變形進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，是評(píng)價(jià)控制和調(diào)整焊接變形效果的必要手段，同時(shí)也可用于驗(yàn)證焊接變形數(shù)值模擬結(jié)果的合理程度。因此，國(guó)內(nèi)外研究者都花費(fèi)了大量的時(shí)間去設(shè)計(jì)各種方法對(duì)焊接變形進(jìn)行檢測(cè)。
[0004]焊接變形的檢測(cè)方法大致可以分為動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量?jī)纱箢?。?dòng)態(tài)測(cè)量需要在測(cè)量變形的同時(shí)對(duì)溫度加以測(cè)量，得到一系列隨著時(shí)間和溫度變化而變化的變形數(shù)據(jù)，然后借助于數(shù)值計(jì)算得到變形量。常用動(dòng)態(tài)測(cè)量方法有應(yīng)變計(jì)測(cè)量法、傳感器與熱電偶測(cè)量法、高速攝影測(cè)量法。靜態(tài)測(cè)量是指在焊接變形穩(wěn)定之后，才對(duì)焊接變形進(jìn)行測(cè)量，不需要測(cè)量溫度，可以直接得到變形量，但是不能實(shí)時(shí)測(cè)量。常用靜態(tài)測(cè)量方法有長(zhǎng)度測(cè)量法、光學(xué)法。
[0005]對(duì)焊接變形進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量，是評(píng)價(jià)控制和調(diào)整焊接變形效果的必要手段。然而，現(xiàn)有的方法均有其各自的優(yōu)點(diǎn)和不足:(I)應(yīng)變計(jì)測(cè)量法:能夠直接從焊接變形測(cè)量?jī)x器上直接得到焊接變形的數(shù)值，但是比較手續(xù)麻煩，效率低，適應(yīng)性差，難以工業(yè)化應(yīng)用。
(2)傳感器測(cè)量法:能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)出焊件的動(dòng)態(tài)變形，對(duì)于焊接數(shù)值計(jì)算有較好的驗(yàn)證效果，可以充分檢驗(yàn)數(shù)值計(jì)算中所做假設(shè)的合理性，但是需要借助于數(shù)值計(jì)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(yīng)于焊接變形的質(zhì)量評(píng)估，而且由于焊接時(shí)環(huán)境惡劣，導(dǎo)致其測(cè)量設(shè)備的投資也是比較昂貴。(3)高速攝影測(cè)量法:為非接觸式方法，因?yàn)樾枰N標(biāo)志點(diǎn)，所以不適用于復(fù)雜焊接變形及微小焊接變形。(4)長(zhǎng)度測(cè)量法:不需要任何與焊接相關(guān)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(xué)法:精度是非常高的，但所測(cè)變形量過小。本發(fā)明因此而來(lái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的焊接變形測(cè)量方法所存在的種種不足。另外，鑒于傳統(tǒng)的焊接變形測(cè)量方法所存在的種種優(yōu)點(diǎn)與不足，本發(fā)明也提供了一種基于圖像識(shí)別的三維散斑應(yīng)變測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。這種測(cè)量方法采用兩個(gè)CCD攝像機(jī)(工業(yè)相機(jī))實(shí)時(shí)采集物體各個(gè)變形階段的散斑圖像，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)與雙目立體視覺技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)的圖形識(shí)別功能，進(jìn)行物體表面變形點(diǎn)的匹配，重建出匹配點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，然后進(jìn)行位移場(chǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和變形信息的可視化分析，從而實(shí)現(xiàn)變形過程中物體表面的三維坐標(biāo)、位移及應(yīng)變的測(cè)量，具有便攜、速度快、精度高、易操作等特點(diǎn)。
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0008]一種焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括在被照射的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像，然后采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像的CCD攝像機(jī)(4)、提供采集散斑圖像時(shí)焊接工件附近照明的環(huán)境光源(5)、對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的檢測(cè)模塊以及為CCD攝像機(jī)提供電力支持并控制圖像采集過程的控制模塊。
[0009]優(yōu)選的，所述CXD攝像機(jī)(4)架設(shè)在相機(jī)支架(3)上，所述相機(jī)支架通過旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(2)安裝在升降臺(tái)(I)上；所述升降臺(tái)(I)驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)(4)進(jìn)行上下移動(dòng)；所述CCD攝像機(jī)(4)外側(cè)設(shè)置環(huán)境光源(5)。
[0010]優(yōu)選的，所述檢測(cè)模塊包括根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別檢測(cè)區(qū)域并通過在檢測(cè)區(qū)域劃分網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)記的標(biāo)記子模塊、在焊接前的散斑圖像各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)確定種子點(diǎn)的種子點(diǎn)子模塊、在各個(gè)階段的散斑圖像網(wǎng)格上進(jìn)行種子點(diǎn)追蹤的散斑匹配子模塊、根據(jù)種子點(diǎn)追蹤結(jié)果進(jìn)行三維焊接工件重建的三維重建子模塊、根據(jù)相應(yīng)種子點(diǎn)的三維坐標(biāo)位置變化判斷焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變形檢測(cè)子模塊
[0011]優(yōu)選的，所述應(yīng)變場(chǎng)是根據(jù)種子點(diǎn)周圍的9個(gè)點(diǎn)在不同階段的三維坐標(biāo)位移變化計(jì)算出來(lái)的。
[0012]優(yōu)選的，所述CXD攝像機(jī)的數(shù)量為2個(gè)，兩CXD攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一焊接工件進(jìn)行拍攝。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
[0014](I)進(jìn)行待焊接的焊接工件表面的預(yù)處理，使待焊接的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像；
[0015](2)在環(huán)境光源(5)提供穩(wěn)定照明條件下，標(biāo)定CCD攝像機(jī)，然后按照焊接工序利用CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像；
[0016](3)對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)焊接工序階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)。
[0017]優(yōu)選的，所述方法步驟(I)中形成散斑圖像的方法是隨機(jī)散斑法。
[0018]對(duì)焊接工件表面預(yù)處理的步驟可以是使用黑白啞光漆在核電組件表面噴涂黑白相間的隨機(jī)散斑圖案。
[0019]優(yōu)選的，所述方法步驟(2)中標(biāo)定CCD攝像機(jī)的方法是相同的照明條件下依次從八個(gè)不同方位采集標(biāo)定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算。
[0020]本發(fā)明采用了一種基于光束平差原理的自標(biāo)定算法，通過采集標(biāo)定板八個(gè)位置的圖片進(jìn)行計(jì)算相機(jī)的參數(shù)。
[0021]優(yōu)選的，所述方法步驟(3)中利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)同時(shí)拍攝焊接工件，利用CCD攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，以及數(shù)字圖像匹配的結(jié)果，則可以得到焊接工件表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)焊接工件表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行三維重建。
[0022]優(yōu)選的，所述方法步驟(3)中利用同一 CXD攝像機(jī)獲得同一散斑點(diǎn)及其周圍的9個(gè)點(diǎn)在不同焊接工序階段的三維點(diǎn)坐標(biāo)位移變化，得到焊接工件的三維應(yīng)變場(chǎng)。
[0023]本發(fā)明技術(shù)方案屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的一種新型測(cè)量方法。其測(cè)量原理包括:
[0024]1、數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital Image Correlation Technique, DIC):
[0025]也稱為數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)DSCM (Digital Speckle Correlation Method),是通過分析試件變形前后表面散斑圖的變化，來(lái)獲得位移和應(yīng)變場(chǎng)。與傳統(tǒng)的光測(cè)方法相比，數(shù)字散斑相關(guān)方法具有如下優(yōu)點(diǎn):光路簡(jiǎn)單，不需要特殊的光學(xué)儀器，可以使用白光做光源:對(duì)測(cè)試環(huán)境要求低，受外界影響小，便于實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；測(cè)量范圍和靈敏度可以自由變化，可以適用于從微觀到宏觀、從大變形到微變形的測(cè)量；具有非接觸性、無(wú)損測(cè)試的特點(diǎn)；數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高。
[0026]本發(fā)明通過數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)DSCM在物體表面劃分網(wǎng)格，該方法可以同時(shí)跟蹤成百上千點(diǎn)在不同狀態(tài)的位置。網(wǎng)格的大小，數(shù)目和距離均可根據(jù)需要自由設(shè)置。圖1每一個(gè)矩形框代表一個(gè)點(diǎn)。
[0027](2)全場(chǎng)測(cè)量:
[0028]通過在物體表面劃分網(wǎng)格，該方法可以同時(shí)跟蹤成百上千個(gè)點(diǎn)在不同狀態(tài)的位置。網(wǎng)格的大小，數(shù)目和距離均可根據(jù)需要自由設(shè)置。圖3中每一個(gè)矩形框代表一個(gè)點(diǎn)。
[0029](3)雙目立體視覺:
[0030]雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機(jī)器視覺的一種重要形式,它是基于視差原理并利用成像設(shè)備從不同的位置獲取被測(cè)物體的兩幅圖像，通過計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差，來(lái)獲取物體三維幾何信息的方法。如果用兩個(gè)相機(jī)同時(shí)拍攝變形物體，利用相機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，以及數(shù)字圖像相關(guān)匹配的結(jié)果，則可以得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而獲得三維位移及應(yīng)變場(chǎng)。
[0031](4)三維位移及應(yīng)變計(jì)算:
[0032]利用計(jì)算得到不同狀態(tài)點(diǎn)的三維點(diǎn)坐標(biāo)相減既可得到三維位移。利用某一點(diǎn)周圍的9個(gè)點(diǎn)在不同狀態(tài)的三維坐標(biāo)可以計(jì)算可到該點(diǎn)的應(yīng)變。最終得到所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)，三維位移場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)。
[0033]與現(xiàn)有傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，本發(fā)明技術(shù)方案的這種新型檢測(cè)系統(tǒng)和新型的焊接變形檢測(cè)方法具有巨大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，具體表現(xiàn)在:
[0034](I)這種新型的焊接變形檢測(cè)方法具有實(shí)時(shí)性。由于傳統(tǒng)的測(cè)量方法存在種種弊端，本發(fā)明提供的這種實(shí)時(shí)測(cè)量方法，即基于圖像識(shí)別的三維散斑應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)，很好地解決了檢測(cè)實(shí)時(shí)問題。
[0035](2)本發(fā)明新型的檢測(cè)方法實(shí)際應(yīng)用效率很高。這種方法只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的散斑噴涂、圖像采集，然后導(dǎo)入軟件中進(jìn)行計(jì)算測(cè)量，便可得出所需要的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的勞動(dòng)成本。
[0036](3)本發(fā)明新型檢測(cè)方法受環(huán)境因素的影響較小，不受空間，光線等因素的影響。而且，這種操作簡(jiǎn)便易行，在一些極端條件下(如焊縫狹小、曲折等)也可進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量幅面可自由調(diào)節(jié):從幾個(gè)暈米到幾米的范圍；應(yīng)變測(cè)量范圍:從最小0.01 %到大于200%的范圍；采集頻率自由調(diào)節(jié):0-12Hz，24Hz，480Hz，960Hz。[0037](4)本發(fā)明新型的焊接變形檢測(cè)方法具有很高的精度。經(jīng)過新型的檢測(cè)方法所測(cè)得的數(shù)據(jù)與其他幾種檢測(cè)方法所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這種檢測(cè)方法趨近于其他幾種檢測(cè)方法的收斂值，完全可以滿足實(shí)際的檢測(cè)需求。
[0038]由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和有關(guān)光學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺理論等方面的不斷發(fā)展，因此基于圖像識(shí)別的焊接變形檢測(cè)應(yīng)用將會(huì)有更大的發(fā)展。本發(fā)明的這套檢測(cè)方法不僅降低了成本，而且提高了效率和精度，更有巨大的現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0040]圖1為用于核電組件焊接變形檢測(cè)的具體方法流程圖；
[0041]圖2為噴涂后的核電組件；
[0042]圖3為一個(gè)位置的標(biāo)定圖片；其中(a)左相機(jī)采集的圖像(b)右相機(jī)采集的圖像；
[0043]圖4為左右相機(jī)實(shí)時(shí)采集的圖像；其中(a)左相機(jī)采集的圖像(b)右相機(jī)采集的圖像；
[0044]圖5為計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格；
[0045]圖6為添加種子點(diǎn)
[0046]圖7為全場(chǎng)變形計(jì)算結(jié)果；
[0047]圖8為單點(diǎn)變形分析數(shù)據(jù)；
[0048]圖9為三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0050]實(shí)施例
[0051]本實(shí)施例采用的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，包括在被照射的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像，然后采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像的CCD攝像機(jī)4、提供采集散斑圖像時(shí)焊接工件附近照明的環(huán)境光源5、對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的檢測(cè)模塊以及為CCD攝像機(jī)提供電力支持并控制圖像采集過程的控制模塊。所述CCD攝像機(jī)(4)架設(shè)在相機(jī)支架(3)上，所述相機(jī)支架通過旋轉(zhuǎn)云臺(tái)
(2)安裝在升降臺(tái)(I)上；所述升降臺(tái)(I)驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)(4)進(jìn)行上下移動(dòng)；所述CCD攝像機(jī)(4)外側(cè)設(shè)置環(huán)境光源(5)
[0052]具體應(yīng)用時(shí)，可以采用以下硬件組成:(1)升降架及旋轉(zhuǎn)云臺(tái):配合使用，用于調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的位置。(2)相機(jī)支架:用于調(diào)節(jié)兩個(gè)CCD相機(jī)距離及支撐LED等。(3)CCD相機(jī):用于焊接變形圖像采集。(4)LED燈:提供可靠的環(huán)境光源，使拍攝效果明顯，提高測(cè)量精度。(5)高性能計(jì)算機(jī):通過配合該設(shè)備而開發(fā)的軟件，對(duì)采集圖像進(jìn)行計(jì)算處理。(6)控制盒:為相機(jī)提供電力支持并控制圖像記錄。
[0053]如圖1所示為具體進(jìn)行焊接工件表面焊接變形的檢測(cè)時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行:[0054](I)焊接工件的表面預(yù)處理制作人為散斑圖案:
[0055]首先使用黑白啞光漆在核電組件表面噴涂黑白相間的隨機(jī)散斑圖案。下圖1為噴涂后的核電組件。
[0056]如果被測(cè)物體僅有很少表面特征，例如它有一個(gè)均勻表面，則需要通過一些合適的方法來(lái)準(zhǔn)備這些表面，例如使用隨機(jī)散斑。
[0057](2)相機(jī)調(diào)整及標(biāo)定。
[0058]為了對(duì)采集焊接過程中的二維圖像重建出核電組件表面的三維數(shù)據(jù)(坐標(biāo)、位移等)，需要對(duì)本發(fā)明測(cè)量設(shè)備的雙目相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明采用了一種基于光束平差原理的自標(biāo)定算法。需要采集標(biāo)定板八個(gè)位置的圖片進(jìn)行計(jì)算相機(jī)的參數(shù)。其中一個(gè)位置的標(biāo)定圖片如圖3所不。
[0059]采用八步法進(jìn)行標(biāo)定，即依次從八個(gè)不同方位采集標(biāo)定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算。兩個(gè)攝像頭的光軸所成的面稱為中心面，標(biāo)準(zhǔn)距離1000mm，標(biāo)定板順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。
[0060](3)焊接過程二維圖像采集。
[0061]要分析一個(gè)物體的材料變形，需要拍攝很多物體在不同變形狀態(tài)下的圖像。由于測(cè)量過程中產(chǎn)生的所有資料都會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在測(cè)量工程中，首先需要為測(cè)量任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)新的工程，工程名同時(shí)也是工程目錄名。之后設(shè)定工程參數(shù)，開始采集被測(cè)物體變形過程圖像。
[0062]對(duì)核電組件焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，采集設(shè)備的雙目CXD相機(jī)采用了巴斯勒高速相機(jī)，相機(jī)分辨率為1024pixel*1024pixel，相機(jī)最高幀率340frame/s，焊接過程根據(jù)需求采集頻率設(shè)置為5frame/S，每個(gè)焊接階段持續(xù)二十分鐘。采集圖像如圖4所示。
[0063](4)焊接變形的三維位移及應(yīng)變計(jì)算。
[0064]如圖5圖6所示，計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格，進(jìn)行計(jì)算之前首先標(biāo)記計(jì)算區(qū)域、添加種子點(diǎn)然后進(jìn)行變形計(jì)算。
[0065]計(jì)算結(jié)果可以顯示全場(chǎng)三維位移及應(yīng)變，其中一個(gè)狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果如下圖7所示。也可以輸出單個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)，如圖8所示。
[0066]這些計(jì)算包括4個(gè)步驟:標(biāo)記計(jì)算區(qū)域、添加種子點(diǎn)、散斑匹配計(jì)算、三維重建和變形計(jì)算。三維重建采用圖9的原理進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果以三維色譜圖的形式顯示，主要有重建得到的三維信息、位移場(chǎng)數(shù)據(jù)以及應(yīng)變場(chǎng)數(shù)據(jù)。如下圖所示的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng):
[0067]結(jié)果處理與輸出。
[0068]系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)的處理，繪制某一截線上的變形過程；也可對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，以減少不必要的噪聲或者加強(qiáng)局部效應(yīng)；如果計(jì)算結(jié)果顯示有孔，例如某點(diǎn)的散斑匹配失敗，需要通過插補(bǔ)來(lái)填滿這些孔；為了優(yōu)化顯示效果，可以修改顏色條設(shè)置顯示顏色。
[0069]最后將計(jì)算所得的所有數(shù)據(jù)如三維數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)、應(yīng)變數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、截線數(shù)據(jù)等以文檔或圖標(biāo)形式輸出，可支持txt、xls、av1、jpeg等格式。
[0070]上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括在被照射的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像，然后采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像的CCD攝像機(jī)(4)、提供采集散斑圖像時(shí)焊接工件附近照明的環(huán)境光源(5)、對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的檢測(cè)模塊以及為CCD攝像機(jī)提供電力支持并控制圖像采集過程的控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機(jī)(4)架設(shè)在相機(jī)支架(3)上，所述相機(jī)支架通過旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(2)安裝在升降臺(tái)(I)上；所述升降臺(tái)(I)驅(qū)動(dòng)CXD攝像機(jī)(4)進(jìn)行上下移動(dòng)；所述CXD攝像機(jī)(4)外側(cè)設(shè)置環(huán)境光源(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)模塊包括根據(jù)各個(gè)階段的散斑圖像上識(shí)別檢測(cè)區(qū)域并通過在檢測(cè)區(qū)域劃分網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)記的標(biāo)記子模塊、在焊接前的散斑圖像各個(gè)網(wǎng)格內(nèi)確定種子點(diǎn)的種子點(diǎn)子模塊、在各個(gè)階段的散斑圖像網(wǎng)格上進(jìn)行種子點(diǎn)追蹤的散斑匹配子模塊、根據(jù)種子點(diǎn)追蹤結(jié)果進(jìn)行三維焊接工件重建的三維重建子模塊、根據(jù)相應(yīng)種子點(diǎn)的三維坐標(biāo)位置變化判斷焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變形檢測(cè)子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述應(yīng)變場(chǎng)是根據(jù)種子點(diǎn)周圍的9個(gè)點(diǎn)在不同階段的三維坐標(biāo)位移變化計(jì)算出來(lái)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機(jī)的數(shù)量為2個(gè)，兩CXD攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一焊接工件進(jìn)行拍攝。
6.一種采用權(quán)利要 求1~5任意一項(xiàng)所述的焊接變形實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)進(jìn)行待焊接的焊接工件表面的預(yù)處理，使待焊接的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場(chǎng)并形成散斑圖像； (2)在環(huán)境光源(5)提供穩(wěn)定照明條件下，標(biāo)定CCD攝像機(jī)，然后按照焊接工序利用CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集焊接工件表面焊接時(shí)各個(gè)階段的散斑圖像； (3)對(duì)采集的散斑圖像進(jìn)行處理，根據(jù)各個(gè)焊接工序階段的散斑圖像上識(shí)別散斑圖像上焊接工件表面變形點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化，獲得焊接工件表面的三維位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(1)中形成散斑圖像的方法是隨機(jī)散斑法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(2)中標(biāo)定CCD攝像機(jī)的方法是相同的照明條件下依次從八個(gè)不同方位采集標(biāo)定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中利用兩個(gè)CCD攝像機(jī)同時(shí)拍攝焊接工件，利用CCD攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)，以及數(shù)字圖像匹配的結(jié)果，則可以得到焊接工件表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)焊接工件表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行三維重建。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中利用同一CCD攝像機(jī)獲得同一散斑點(diǎn)及其周圍的9個(gè)點(diǎn)在不同焊接工序階段的三維點(diǎn)坐標(biāo)位移變化，得到焊接工件的三維應(yīng)變場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104006757SQ201410265592
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】唐正宗, 劉建立, 張龍, 劉小波, 陳廣飛 申請(qǐng)人:蘇州西博三維科技有限公司