国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

焊接變形實時檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接變形實時檢測系統(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(huán)境光源(5)、對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)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。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)實使用價值，經(jīng)濟和社會效益。
【專利說明】焊接變形實時檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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(tǒng)及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]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(nèi)部產(chǎn)生了焊接應力與變形。焊縫金屬冷卻時，當它由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時，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，這將引起整個焊件的變形，同時在焊縫中引起殘余應力。
[0003]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(diào)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(diào)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(shù)值模擬結果的合理程度。因此，國內(nèi)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。
[0004]焊接變形的檢測方法大致可以分為動態(tài)測量和靜態(tài)測量兩大類。動態(tài)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(shù)據(jù)，然后借助于數(shù)值計算得到變形量。常用動態(tài)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(tài)測量是指在焊接變形穩(wěn)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(tài)測量方法有長度測量法、光學法。
[0005]對焊接變形進行快速準確的測量，是評價控制和調(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)點和不足:(I)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(shù)值，但是比較手續(xù)麻煩，效率低，適應性差，難以工業(yè)化應用。
(2)傳感器測量法:能夠?qū)崟r地測出焊件的動態(tài)變形，對于焊接數(shù)值計算有較好的驗證效果，可以充分檢驗數(shù)值計算中所做假設的合理性，但是需要借助于數(shù)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(zhì)量評估，而且由于焊接時環(huán)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(fā)明因此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種焊接變形實時檢測系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)的焊接變形測量方法所存在的種種不足。另外，鑒于傳統(tǒng)的焊接變形測量方法所存在的種種優(yōu)點與不足，本發(fā)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(yè)相機)實時采集物體各個變形階段的散斑圖像，結合數(shù)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(shù)據(jù)的計算處理和變形信息的可視化分析，從而實現(xiàn)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。
[0007]為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案是:
[0008]一種焊接變形實時檢測系統(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(huán)境光源(5)、對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)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。
[0009]優(yōu)選的，所述CXD攝像機(4)架設在相機支架(3)上，所述相機支架通過旋轉(zhuǎn)云臺(2)安裝在升降臺(I)上；所述升降臺(I)驅(qū)動CCD攝像機(4)進行上下移動；所述CCD攝像機(4)外側設置環(huán)境光源(5)。
[0010]優(yōu)選的，所述檢測模塊包括根據(jù)各個階段的散斑圖像上識別檢測區(qū)域并通過在檢測區(qū)域劃分網(wǎng)格進行標記的標記子模塊、在焊接前的散斑圖像各個網(wǎng)格內(nèi)確定種子點的種子點子模塊、在各個階段的散斑圖像網(wǎng)格上進行種子點追蹤的散斑匹配子模塊、根據(jù)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(jù)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
[0011]優(yōu)選的，所述應變場是根據(jù)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。
[0012]優(yōu)選的，所述CXD攝像機的數(shù)量為2個，兩CXD攝像機同時對同一焊接工件進行拍攝。
[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時檢測系統(tǒng)進行檢測的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
[0014](I)進行待焊接的焊接工件表面的預處理，使待焊接的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場并形成散斑圖像；
[0015](2)在環(huán)境光源(5)提供穩(wěn)定照明條件下，標定CCD攝像機，然后按照焊接工序利用CCD攝像機實時采集焊接工件表面焊接時各個階段的散斑圖像；
[0016](3)對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)各個焊接工序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。
[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散斑法。
[0018]對焊接工件表面預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散斑圖案。
[0019]優(yōu)選的，所述方法步驟(2)中標定CCD攝像機的方法是相同的照明條件下依次從八個不同方位采集標定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進行標定計算。
[0020]本發(fā)明采用了一種基于光束平差原理的自標定算法，通過采集標定板八個位置的圖片進行計算相機的參數(shù)。
[0021]優(yōu)選的，所述方法步驟(3)中利用兩個CCD攝像機同時拍攝焊接工件，利用CCD攝像機的標定參數(shù)，以及數(shù)字圖像匹配的結果，則可以得到焊接工件表面上對應點的三維坐標，根據(jù)焊接工件表面上對應點的三維坐標進行三維重建。
[0022]優(yōu)選的，所述方法步驟(3)中利用同一 CXD攝像機獲得同一散斑點及其周圍的9個點在不同焊接工序階段的三維點坐標位移變化，得到焊接工件的三維應變場。
[0023]本發(fā)明技術方案屬于測量【技術領域】的一種新型測量方法。其測量原理包括:
[0024]1、數(shù)字圖像相關法(Digital Image Correlation Technique, DIC):
[0025]也稱為數(shù)字散斑相關技術DSCM (Digital Speckle Correlation Method),是通過分析試件變形前后表面散斑圖的變化，來獲得位移和應變場。與傳統(tǒng)的光測方法相比，數(shù)字散斑相關方法具有如下優(yōu)點:光路簡單，不需要特殊的光學儀器，可以使用白光做光源:對測試環(huán)境要求低，受外界影響小，便于實現(xiàn)工程現(xiàn)場應用；測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量；具有非接觸性、無損測試的特點；數(shù)據(jù)處理自動化程度高。
[0026]本發(fā)明通過數(shù)字散斑相關技術DSCM在物體表面劃分網(wǎng)格，該方法可以同時跟蹤成百上千點在不同狀態(tài)的位置。網(wǎng)格的大小，數(shù)目和距離均可根據(jù)需要自由設置。圖1每一個矩形框代表一個點。
[0027](2)全場測量:
[0028]通過在物體表面劃分網(wǎng)格，該方法可以同時跟蹤成百上千個點在不同狀態(tài)的位置。網(wǎng)格的大小，數(shù)目和距離均可根據(jù)需要自由設置。圖3中每一個矩形框代表一個點。
[0029](3)雙目立體視覺:
[0030]雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機器視覺的一種重要形式,它是基于視差原理并利用成像設備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。如果用兩個相機同時拍攝變形物體，利用相機的標定參數(shù)，以及數(shù)字圖像相關匹配的結果，則可以得到對應點的三維坐標，進而獲得三維位移及應變場。
[0031](4)三維位移及應變計算:
[0032]利用計算得到不同狀態(tài)點的三維點坐標相減既可得到三維位移。利用某一點周圍的9個點在不同狀態(tài)的三維坐標可以計算可到該點的應變。最終得到所有點的三維坐標，三維位移場及應變場。
[0033]與現(xiàn)有傳統(tǒng)檢測方法相比，本發(fā)明技術方案的這種新型檢測系統(tǒng)和新型的焊接變形檢測方法具有巨大的優(yōu)勢和應用前景，具體表現(xiàn)在:
[0034](I)這種新型的焊接變形檢測方法具有實時性。由于傳統(tǒng)的測量方法存在種種弊端，本發(fā)明提供的這種實時測量方法，即基于圖像識別的三維散斑應變測量系統(tǒng)及其測量方法，可以實時檢測，很好地解決了檢測實時問題。
[0035](2)本發(fā)明新型的檢測方法實際應用效率很高。這種方法只需進行簡單的散斑噴涂、圖像采集，然后導入軟件中進行計算測量，便可得出所需要的應力應變數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的勞動成本。
[0036](3)本發(fā)明新型檢測方法受環(huán)境因素的影響較小，不受空間，光線等因素的影響。而且，這種操作簡便易行，在一些極端條件下(如焊縫狹小、曲折等)也可進行檢測。測量幅面可自由調(diào)節(jié):從幾個暈米到幾米的范圍；應變測量范圍: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方法具有很高的精度。經(jīng)過新型的檢測方法所測得的數(shù)據(jù)與其他幾種檢測方法所得到的數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)，這種檢測方法趨近于其他幾種檢測方法的收斂值，完全可以滿足實際的檢測需求。
[0038]由于計算機技術和有關光學、數(shù)字圖像處理、計算機視覺理論等方面的不斷發(fā)展，因此基于圖像識別的焊接變形檢測應用將會有更大的發(fā)展。本發(fā)明的這套檢測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)實使用價值，經(jīng)濟和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0040]圖1為用于核電組件焊接變形檢測的具體方法流程圖；
[0041]圖2為噴涂后的核電組件；
[0042]圖3為一個位置的標定圖片；其中(a)左相機采集的圖像(b)右相機采集的圖像；
[0043]圖4為左右相機實時采集的圖像；其中(a)左相機采集的圖像(b)右相機采集的圖像；
[0044]圖5為計算區(qū)域劃分網(wǎng)格；
[0045]圖6為添加種子點
[0046]圖7為全場變形計算結果；
[0047]圖8為單點變形分析數(shù)據(jù)；
[0048]圖9為三維坐標轉(zhuǎn)換的原理圖。
【具體實施方式】
[0049]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0050]實施例
[0051]本實施例采用的焊接變形實時檢測系統(tǒng)，包括在被照射的焊接工件表面產(chǎn)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(huán)境光源5、對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)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。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(zhuǎn)云臺
(2)安裝在升降臺(I)上；所述升降臺(I)驅(qū)動CCD攝像機(4)進行上下移動；所述CCD攝像機(4)外側設置環(huán)境光源(5)
[0052]具體應用時，可以采用以下硬件組成:(1)升降架及旋轉(zhuǎn)云臺:配合使用，用于調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的位置。(2)相機支架:用于調(diào)節(jié)兩個CCD相機距離及支撐LED等。(3)CCD相機: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，提高測量精度。(5)高性能計算機:通過配合該設備而開發(fā)的軟件，對采集圖像進行計算處理。(6)控制盒:為相機提供電力支持并控制圖像記錄。
[0053]如圖1所示為具體進行焊接工件表面焊接變形的檢測時，按照如下步驟進行:[0054](I)焊接工件的表面預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散斑圖案。下圖1為噴涂后的核電組件。
[0056]如果被測物體僅有很少表面特征，例如它有一個均勻表面，則需要通過一些合適的方法來準備這些表面，例如使用隨機散斑。
[0057](2)相機調(diào)整及標定。
[0058]為了對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、位移等)，需要對本發(fā)明測量設備的雙目相機進行標定。本發(fā)明采用了一種基于光束平差原理的自標定算法。需要采集標定板八個位置的圖片進行計算相機的參數(shù)。其中一個位置的標定圖片如圖3所不。
[0059]采用八步法進行標定，即依次從八個不同方位采集標定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進行標定計算。兩個攝像頭的光軸所成的面稱為中心面，標準距離1000mm，標定板順時針旋轉(zhuǎn)90°。
[0060](3)焊接過程二維圖像采集。
[0061]要分析一個物體的材料變形，需要拍攝很多物體在不同變形狀態(tài)下的圖像。由于測量過程中產(chǎn)生的所有資料都會自動存儲在測量工程中，首先需要為測量任務創(chuàng)建一個新的工程，工程名同時也是工程目錄名。之后設定工程參數(shù)，開始采集被測物體變形過程圖像。
[0062]對核電組件焊接過程進行實時圖像采集，采集設備的雙目CXD相機采用了巴斯勒高速相機，相機分辨率為1024pixel*1024pixel，相機最高幀率340frame/s，焊接過程根據(jù)需求采集頻率設置為5frame/S，每個焊接階段持續(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變計算。
[0064]如圖5圖6所示，計算區(qū)域劃分網(wǎng)格，進行計算之前首先標記計算區(qū)域、添加種子點然后進行變形計算。
[0065]計算結果可以顯示全場三維位移及應變，其中一個狀態(tài)的計算結果如下圖7所示。也可以輸出單個網(wǎng)格點的分析數(shù)據(jù)，如圖8所示。
[0066]這些計算包括4個步驟:標記計算區(qū)域、添加種子點、散斑匹配計算、三維重建和變形計算。三維重建采用圖9的原理進行計算，計算結果以三維色譜圖的形式顯示，主要有重建得到的三維信息、位移場數(shù)據(jù)以及應變場數(shù)據(jù)。如下圖所示的位移場和應變場:
[0067]結果處理與輸出。
[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；也可對結果數(shù)據(jù)進行平滑處理，以減少不必要的噪聲或者加強局部效應；如果計算結果顯示有孔，例如某點的散斑匹配失敗，需要通過插補來填滿這些孔；為了優(yōu)化顯示效果，可以修改顏色條設置顯示顏色。
[0069]最后將計算所得的所有數(shù)據(jù)如三維數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)、應變數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、截線數(shù)據(jù)等以文檔或圖標形式輸出，可支持txt、xls、av1、jpeg等格式。
[0070]上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種焊接變形實時檢測系統(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(huán)境光源(5)、對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)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。
2.根據(jù)權利要求1所述的焊接變形實時檢測系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機(4)架設在相機支架(3)上，所述相機支架通過旋轉(zhuǎn)云臺(2)安裝在升降臺(I)上；所述升降臺(I)驅(qū)動CXD攝像機(4)進行上下移動；所述CXD攝像機(4)外側設置環(huán)境光源(5)。
3.根據(jù)權利要求1所述的焊接變形實時檢測系統(tǒng)，其特征在于所述檢測模塊包括根據(jù)各個階段的散斑圖像上識別檢測區(qū)域并通過在檢測區(qū)域劃分網(wǎng)格進行標記的標記子模塊、在焊接前的散斑圖像各個網(wǎng)格內(nèi)確定種子點的種子點子模塊、在各個階段的散斑圖像網(wǎng)格上進行種子點追蹤的散斑匹配子模塊、根據(jù)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(jù)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。
4.根據(jù)權利要求3所述的焊接變形實時檢測系統(tǒng)，其特征在于所述應變場是根據(jù)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。
5.根據(jù)權利要求3所述的焊接變形實時檢測系統(tǒng)，其特征在于所述CCD攝像機的數(shù)量為2個，兩CXD攝像機同時對同一焊接工件進行拍攝。
6.一種采用權利要 求1~5任意一項所述的焊接變形實時檢測系統(tǒng)進行檢測的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)進行待焊接的焊接工件表面的預處理，使待焊接的焊接工件表面產(chǎn)生散斑場并形成散斑圖像； (2)在環(huán)境光源(5)提供穩(wěn)定照明條件下，標定CCD攝像機，然后按照焊接工序利用CCD攝像機實時采集焊接工件表面焊接時各個階段的散斑圖像； (3)對采集的散斑圖像進行處理，根據(jù)各個焊接工序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。
7.根據(jù)權利要求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散斑法。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(2)中標定CCD攝像機的方法是相同的照明條件下依次從八個不同方位采集標定板圖像，然后根據(jù)采集的圖像進行標定計算。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中利用兩個CCD攝像機同時拍攝焊接工件，利用CCD攝像機的標定參數(shù)，以及數(shù)字圖像匹配的結果，則可以得到焊接工件表面上對應點的三維坐標，根據(jù)焊接工件表面上對應點的三維坐標進行三維重建。
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中利用同一CCD攝像機獲得同一散斑點及其周圍的9個點在不同焊接工序階段的三維點坐標位移變化，得到焊接工件的三維應變場。
【文檔編號】G01B11/16GK104006757SQ201410265592
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】唐正宗, 劉建立, 張龍, 劉小波, 陳廣飛 申請人:蘇州西博三維科技有限公司