鎢極氬弧焊熔池三維面形測量系統(tǒng)的標(biāo)定研究.pdf

1、鎢極氣體保護(hù)焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)是一種重要的機(jī)械制造熱加工工藝,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前實現(xiàn)焊接過程自動化和智能化的前提條件是準(zhǔn)確可靠地檢測出反映熔接質(zhì)量的信息。焊接熔池是影響焊接質(zhì)量的重要參數(shù),準(zhǔn)確可靠地檢測出熔池表面的三維尺寸對于研究熔池質(zhì)量及熔透控制具有重要意義。
　　 傳統(tǒng)的傅里葉變換輪廓術(shù)(FTP)主要是針對表面是漫反射的物體,它在熔池(或類鏡面物體)的表面形貌恢復(fù)

2、中遇到了問題,由于熔池表面類鏡面反射特性,使得熔池表面高度的測量十分困難。本文提出一種方法來解決相位高度映射問題。以朗奇光柵產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光場投影到鎢針下面的待測熔池表面,在焊接過程中,融熔狀態(tài)的熔池表面具有類鏡面反射特性,能反射大部分入射光。以熔池表面作為輸入面在反射光路放置4f系統(tǒng),利用4f系統(tǒng)把攜帶有熔池表面形貌信息的變形光柵條紋圖像實時的轉(zhuǎn)移到輸出面,在輸出面放置白屏接收輸出圖像。根據(jù)透鏡的傅里葉變換特性,輸出面的像分布與輸入面的物

3、分布相等,CCD對屏成像可以看作是對熔池表面成像,且白屏的漫反射表面改變了激光的傳播方向,變鏡面反射為漫反射。因此,整個測量系統(tǒng)可以簡化為傳統(tǒng)的三角測量模型.在此基礎(chǔ)上,根據(jù)FTP的原理建立起Z方向的相位高度映射關(guān)系,通過在Z方向采樣一系列的高度和對應(yīng)的相位值,采用最小二乘法計算出高度和相位之間的映射關(guān)系式。
　　 本文采用針孔攝像機(jī)模型對于系統(tǒng)進(jìn)行橫向標(biāo)定,并對標(biāo)定結(jié)果的誤差進(jìn)行了分析。根據(jù)橫向和縱向的標(biāo)定結(jié)果,建立起X、Y面

4、內(nèi)的特征點(diǎn)的世界坐標(biāo)和對應(yīng)的圖像點(diǎn)的像素坐標(biāo)之間的映射關(guān)系,以及Z方向上相位-高度的準(zhǔn)確的映射關(guān)系,將熔池的測量結(jié)果映射到世界空間坐標(biāo)系中。實驗結(jié)果初步給出了熔池表面的三維面形恢復(fù)圖。
　　 討論了正交光軸測量系統(tǒng)中避免陰影和頻譜混疊并保證測量精度的方法,根據(jù)等效波長的定義,對FTP的光柵節(jié)距進(jìn)行選擇和優(yōu)化,并討論了CCD抽樣對FTP的影響,給出了抽樣條件及滿足抽樣條件的方法,說明了在實驗條件下投影光柵節(jié)距的選擇范圍,并給出了最