鎢極氬弧焊熔池三維面形測量系統(tǒng)的標定研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鎢極氣體保護焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)是一種重要的機械制造熱加工工藝,在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用。目前實現(xiàn)焊接過程自動化和智能化的前提條件是準確可靠地檢測出反映熔接質量的信息。焊接熔池是影響焊接質量的重要參數(shù),準確可靠地檢測出熔池表面的三維尺寸對于研究熔池質量及熔透控制具有重要意義。
   傳統(tǒng)的傅里葉變換輪廓術(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

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。以朗奇光柵產生的結構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.在此基礎上,根據(jù)FTP的原理建立起Z方向的相位高度映射關系,通過在Z方向采樣一系列的高度和對應的相位值,采用最小二乘法計算出高度和相位之間的映射關系式。
   本文采用針孔攝像機模型對于系統(tǒng)進行橫向標定,并對標定結果的誤差進行了分析。根據(jù)橫向和縱向的標定結果,建立起X、Y面

4、內的特征點的世界坐標和對應的圖像點的像素坐標之間的映射關系,以及Z方向上相位-高度的準確的映射關系,將熔池的測量結果映射到世界空間坐標系中。實驗結果初步給出了熔池表面的三維面形恢復圖。
   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

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