CN107860328A - 一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置及测量方法，装置包括测试计算机、CCD相机、激光头、光源装置、气源装置和激光焊接工作台，本装置能在风电材料薄板的焊接过程中对板件的二维方向上焊接变形进行非接触测量，能够再现板件的变形过程，对板件的在焊接过程任意时刻的二维方向上焊接变形都可测量出来。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其是一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置及测量方法。
背景技术
焊接变形是焊接过程中难以避免的一个问题，它对工件的后续装配，服役寿命，产品质量都产生及其恶劣的影响，因此广大的焊接研究人员对焊接变形如何准确的测试，如何正确的分析投入了大量的时间和精力，希望能够对焊接变形进行有效的控制，减少对生产的影响。
目前，对焊接变形的测量主要有两种方式，一种是对焊后变形进行测量，另一种是对焊接过程中采用与焊件接触的方法进行测量，这两种方法都有一定的弊端，对焊后变形进行测量，无法得知焊接过程的变形信息，不能够掌控焊接过程中板件的变形过程。对焊接过程采用接触的方法进行测量，对焊接过程产生一定的干扰，对焊接质量产生影响，不能够真实的反应出焊接过程的变形规律，同时板内变形对于装配精度有着很大的影响,不能对同一点的板内两个方向上的变形同时测量。
因此非接触式的焊接过程二维变形测试方法，使获取焊接过程变形信息成为可能，并且不会对焊接过程产生任何影响，无干扰，拥有重要的工程实践意义。所以本发明风电材料薄板的激光焊接过程二维方向变形测量方法具有重要的科研和实践意义,同时相比于三维测量其设备更加简单,在需要面内变形值时,二维测量更具有实践意义。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置及测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，包括测试计算机、CCD相机、激光头、光源装置、气源装置和激光焊接工作台，其中激光焊接工作台用于放置激光焊接测试的风电材料薄板，在风电材料薄板的垂直上方为激光头，在所述激光焊接工作台的一侧设置有相机支架， CCD相机设置于相机支架上用于在激光焊接过程中采集焊接变形的图片，所述CCD相机通过数据线与测试计算机相连，在所述CCD相机的镜头前设置有滤光片，用于将焊接产生的强光过滤去除以得到清洗的测试图像，在激光焊接工作台的一侧还设置有光源装置与气源装置。
在上述技术方案中，所述相机支架由固定座与调整支杆构成，调整支杆一端用于固定CCD相机，另一端与固定座相连，调整支杆可实现在水平方向调整CCD相机的位置，以得到清晰的测试图像。
在上述技术方案中，在所述测试计算机内安装有数字图像分析软件，所述数字图像分析软件为VIC-3D分析软件，来自北京睿拓时创代理的美国Correlated Solutions,Inc.公司。
在上述技术方案中，所述滤光片为615nm窄带宽滤光片,带通为15nm，该滤光片可使相机获得清晰地视野，可看清板件上的喷洒的散斑，不过分明亮，也不昏暗。
在上述技术方案中，所述气源装置采用离心鼓风机，作为吹气或吸气两用的通用气源，在激光焊接测试过程中去除焊接生成的大量气体。
在上述技术方案中，所述光源装置采用补光灯用以补充视野光亮。
一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量方法，按照下列步骤进行：
步骤一、将待焊接的风电材料薄板喷洒散斑，白色和黑色的斑点随机呈现，用于测试分析特征点，在重点实验部位的散斑，用于记号笔标记；
步骤二、打开气源装置与光源装置，调整CCD相机位置与焦距，使镜头垂直向下拍摄对准采集图像的区域；
步骤三、在测试计算机内打开图像采集软件，设置采集频率；
步骤四、进行焊接实验，测试板内沿焊接方向的变形和板内垂直于焊接方向的变形；
步骤五、采用数字图像分析软件对拍摄的图片进行分析，以未焊接时的板件图片作为参考图片，以板件长度作为二维测试的校准长度,焊接过程中拍摄的图片作为变形图片。
在上述技术方案中，所述采集频率为每秒1到30张。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、能在风电材料薄板的焊接过程中对板件的二维方向上焊接变形进行非接触测量，能够再现板件的变形过程，对板件的在焊接过程任意时刻的二维方向上焊接变形都可测量出来。
2、采用滤光片可对过滤焊接过程中强光进行过滤，可使相机获得清晰地视野，可看清板件上的喷洒的散斑，需满足焊接测试的条件，既不过分明亮，也不昏暗。
3、采用离心鼓风机，作为吹气或吸气两用的通用气源，在激光焊接测试过程中去除焊接生成的大量气体。
4、采用相机支架，可通过调整支杆实现在水平方向调整CCD相机的位置，以得到清晰的测试图像。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1为测试计算机，2为CCD相机，3为相机支架，4为激光头， 5为光源装置，6为气源装置，7为风电材料薄板，8为激光焊接工作台。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图中所示，一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，包括测试计算机1、CCD相机2、激光头4、光源装置5、气源装置6和激光焊接工作台8，其中激光焊接工作台用于放置激光焊接测试的风电材料薄板7，在风电材料薄板的垂直上方为激光头，在所述激光焊接工作台的一侧设置有相机支架，CCD相机设置于相机支架3上用于在激光焊接过程中采集焊接变形的图片，所述CCD相机通过数据线与测试计算机相连，在所述CCD相机的镜头前设置有滤光片，用于将焊接产生的强光过滤去除以得到清洗的测试图像，在激光焊接工作台的一侧还设置有光源装置与气源装置。
激光焊接过程变形测量的图片采集系统由一台工业相机、计算机、图像采集软件组成。焊接过程中辅助采集装备，分别为工业相机上搭配的滤去强光的滤光片，吹去烟尘的风扇，补充视野光亮的补光灯。图片的后续分析软件为采用数字图像相关算法进行运算的图片分析软件。
风电材料薄板的激光焊接过程二维方向上变形测量方法，针对风电材料薄板在激光焊接过程的连接中，能够对其焊接过程的二维方向上变形(板内沿焊接方向的变形，板内垂直于焊接方向的变形)进行测量，能够再现其板内二维方向上的变形过程，测量其变形过程中变形量的大小。本技术方案所述的测量变形装置并不与实际焊件进行接触，采用的是非接触的测量方式，不对板件造成影响，不对焊接过程造成影响。
本发明装置工作时，在不锈钢板件的焊接过程中，采用一台CCD相机，摆放时相机与被焊板件垂直成90度。相机镜头上装有滤去强光的滤光片，CCD相机采用数据线连接在计算机上，计算机上有相应的图片采集软件，设置的采集频率为同步采集速度设置为为每秒1到30张。将风扇和补光灯分别放置在板件的一侧，对焊接过程的烟尘进行吹散，防止采集的图片不清晰，补光灯调整至适宜亮度，使采集的图片亮度适中。在激光焊接开始采集，直到板件冷却至室温时停止采集。将采集到的图片采用图片分析软件进行分析，分析原理采用数字图像相关原理，以未焊接时的板件图片作为参考图片，以板件长度作为二维测试的校准长度, 其他图片作为变形图片，计算得出板内沿焊接方向的变形量，板内垂直于焊接方向的变形量。
实施例
如图1所示，激光焊接风电材料薄板7在激光头4和激光焊接工作台8下进行焊接，一台装有滤光片的CCD相机2垂直摆放在板件上方，不与板件进行接触，在焊接进行前，在整个焊接过程采集图片，光源装置5在焊接过程中补充光亮，使采集到的图片光亮适中和气源装置6放置在板件的一侧，将焊接过程中的烟尘吹散，在焊接完成后，将采集到的图片输入到图片分析软件中，采用数字图像相关原理进行运算，将第一张未焊接时的图片作为参考图片，以板件长度作为校准长度,其他图片作为变形图片进行运算，即可计算出焊接过程的二维方向上焊接变形(板内沿焊接方向的变形量，板内垂直于焊接方向的变形量)。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：包括测试计算机、CCD相机、激光头、光源装置、气源装置和激光焊接工作台，其中激光焊接工作台用于放置激光焊接测试的风电材料薄板，在风电材料薄板的垂直上方为激光头，在所述激光焊接工作台的一侧设置有相机支架，CCD相机设置于相机支架上用于在激光焊接过程中采集焊接变形的图片，所述CCD相机通过数据线与测试计算机相连，在所述CCD相机的镜头前设置有滤光片，用于将焊接产生的强光过滤去除以得到清洗的测试图像，在激光焊接工作台的一侧还设置有光源装置与气源装置。
2.根据权利要求1所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：所述相机支架由固定座与调整支杆构成，调整支杆一端用于固定CCD相机，另一端与固定座相连，调整支杆可实现在水平方向调整CCD相机的位置，以得到清晰的测试图像。
3.根据权利要求1所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：在所述测试计算机内安装有数字图像分析软件，所述数字图像分析软件为VIC-3D分析软件，来自北京睿拓时创代理的美国Correlated Solutions,Inc.公司。
4.根据权利要求1所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：所述滤光片为615nm窄带宽滤光片,带通为15nm，该滤光片可使相机获得清晰地视野，可看清板件上的喷洒的散斑，不过分明亮，也不昏暗。
5.根据权利要求1所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：所述气源装置采用离心鼓风机，作为吹气或吸气两用的通用气源，在激光焊接测试过程中去除焊接生成的大量气体。
6.根据权利要求1所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量装置，其特征在于：所述光源装置采用补光灯用以补充视野光亮。
7.一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量方法，其特征在于：按照下列步骤进行：
步骤一、将待焊接的风电材料薄板喷洒散斑，白色和黑色的斑点随机呈现，用于测试分析特征点，在重点实验部位的散斑，用于记号笔标记；
步骤二、打开气源装置与光源装置，调整CCD相机位置与焦距，使镜头垂直向下拍摄对准采集图像的区域；
步骤三、在测试计算机内打开图像采集软件，设置采集频率；
步骤四、进行焊接实验，测试板内沿焊接方向的变形和板内垂直于焊接方向的变形；
步骤五、采用数字图像分析软件对拍摄的图片进行分析，以未焊接时的板件图片作为参考图片，以板件长度作为二维测试的校准长度,焊接过程中拍摄的图片作为变形图片。
8.根据权利要求7所述的一种风电材料薄板的激光焊接过程二维变形测量方法，其特征在于：所述采集频率为每秒1到30张。
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