王立忠,張 振,趙建博,田錦華,葉美圖
(1.新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊830046;2.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安710049)
焊接工藝在絕大多數(shù)的工業(yè)領(lǐng)域中,是一種非常關(guān)鍵的材料加工工藝。金屬薄板在焊接加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各式各樣的變形,對(duì)于精度要求比較高的加工領(lǐng)域如果不了解其變形特點(diǎn),將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的外觀和使用性能有不好的影響[1]。薄板在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生1000℃以上的高溫,通常的應(yīng)變片將不能附著在鋼板上,非接觸式的應(yīng)變測(cè)量則能很好地解決此問(wèn)題,比如云紋干涉法[2]、激光干涉法[3]和數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital image corrla?tion)[4-7]。前者有原理復(fù)雜、測(cè)量過(guò)程繁瑣和受環(huán)境影響較大等缺點(diǎn),因此DIC是相較其他方法來(lái)說(shuō)更適合用來(lái)測(cè)量高溫焊接鋼板的應(yīng)變。本文應(yīng)用的是西安交通大學(xué)自主研制的基于數(shù)字圖像相關(guān)法原理的XJTUDIC視覺(jué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。談杰[8]等人用大幅面視場(chǎng)用DIC系統(tǒng)對(duì)Q345鋼和Q690鋼進(jìn)行焊接應(yīng)變測(cè)量,得出Q690高強(qiáng)鋼變形相對(duì)于Q345變形較小。Xiaobo Yang等人[9]提出一種數(shù)字圖像相關(guān)的用于熱障涂層的實(shí)時(shí)表面變形檢測(cè)方法,可測(cè)量900℃高溫環(huán)境下的變形。胡悅[10]等人,根據(jù)在不同顏色的高溫散斑制作下的數(shù)字圖像匹配精度,普通光源800℃以上失效,但紫外線能夠在1200℃依然能夠較好的采集圖片。黑色和藍(lán)色具有最佳的對(duì)比效果。潘兵[11]等人提出了一種基于帶通濾波成像的高溫?cái)?shù)字圖像相關(guān)方法。D.Gustafsson等人[12]采用數(shù)字圖像相關(guān)法研究了鉻鎳鐵合金過(guò)載條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展行為,實(shí)驗(yàn)最高溫度為650℃。
雖然很多人研究高溫環(huán)境下的DIC測(cè)量,但是針對(duì)電弧焊高溫環(huán)境下的近距離小幅面變形測(cè)量并未涉及。主要原因是測(cè)量小幅面焊縫變形時(shí),焊光以及火花產(chǎn)生的環(huán)境光對(duì)測(cè)量有極大的干擾;焊接過(guò)程中的高溫還會(huì)使普通散斑破壞掉落,會(huì)生成黑色底色干擾匹配,導(dǎo)致在小幅面(128 pixel×96 pixel)匹配時(shí)測(cè)量云圖有大面積孔洞;在焊接過(guò)程中焊縫溫度很高,電弧焊火花較大,對(duì)高精密儀器的安全構(gòu)成威脅。
為解決以上問(wèn)題,本文提出了一種小幅面的測(cè)量焊縫變形的測(cè)量方法:使用過(guò)濾黃光的窄通濾光片進(jìn)行強(qiáng)光過(guò)濾;在變形子區(qū)與參考子區(qū)灰度值關(guān)系中引入了兩個(gè)光補(bǔ)償系數(shù)以減小光照灰度差;對(duì)過(guò)濾后的圖像在頻域上運(yùn)用低通濾波進(jìn)行去噪處理,并對(duì)比驗(yàn)證證明此濾波方法可以提高匹配精度。
在設(shè)備材料上,以灰白色高溫膠為底色,黑色高溫漆為散斑進(jìn)行噴涂焊縫區(qū)域,生成有效的高溫散斑。為防止火花濺到儀器上,本文采用立焊的焊接方式,并用防具進(jìn)行火花阻擋,最后用非接觸式的DIC光學(xué)測(cè)量方法進(jìn)行小幅面測(cè)量。
最后通過(guò)兩組對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證,可以得出此測(cè)量方法穩(wěn)定且精度較高,可以運(yùn)用到小幅面測(cè)量電弧焊接位移場(chǎng)的測(cè)量中。
DIC的原理是在變形后的圖像(變形圖像)中找到變形前(基準(zhǔn)圖像)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。如圖1所示,圖左為參考圖像,圖右為經(jīng)過(guò)變形后的變形圖像。首先以基準(zhǔn)點(diǎn)A(x0,y0)為中心點(diǎn)取大小為(2M+1)×(2M+1)的參考子圖像(參考子區(qū)),通過(guò)設(shè)定好的搜索方法,從變形圖像中遍歷所有點(diǎn),并以每個(gè)點(diǎn)為中心取相同大小的變形子圖像(變形子區(qū)),通過(guò)已定義的相關(guān)系數(shù)尋找與參考子圖像相關(guān)性最大的變形子圖像,此時(shí)變形子 圖 像 的 中 心 點(diǎn)A′(x′0,y′0)即 為 參 考 圖 像 中A(x0,y0)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。
圖1 數(shù)字圖像相關(guān)法原理圖Fig.1 Schematic diagram of digital image correlation method
在進(jìn)行DIC的相關(guān)性匹配時(shí),需要對(duì)兩幅圖像設(shè)置一個(gè)映射函數(shù),本文所用常見(jiàn)的一階映射函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,此映射函數(shù)包括了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、平移運(yùn)動(dòng)、正應(yīng)變和剪應(yīng)變等分量。映射函數(shù)如式(1):
其中:u,v代表子區(qū)中心點(diǎn)的位移。Δx和Δy表示A點(diǎn)在x/y方向上的距離。A點(diǎn)灰度值與A′點(diǎn)的灰度值關(guān)系如下式:
其中:e(x i,y i)是圖像匹配中的噪聲部分,f(x i,y i)表示B點(diǎn)灰度值,g(x′i,y′i)表示B′點(diǎn)灰度值。變量r0/r1用于補(bǔ)償光照強(qiáng)度引起的灰度差[4],一定程度上可以降低焊光等環(huán)境光帶來(lái)的干擾。
2.2.1 濾光片
在焊接過(guò)程中,不可避免的會(huì)有火花的干擾,以及焊光的影響。本文將使用帶通濾光片進(jìn)行環(huán)境光的過(guò)濾,帶通濾光片只能夠通過(guò)某一波段信號(hào),因?yàn)榄h(huán)境光的光信號(hào)較強(qiáng),因此選用帶通比較窄的濾光片進(jìn)行濾波[11]。本文所采用的濾光片的波長(zhǎng)范圍為620~650 nm,可以有效減少入射光強(qiáng),避免環(huán)境光的干擾,本文采用濾波片的參數(shù)如表1。
表1 窄通濾光片若干參數(shù)表Tab.1 Narrow-pass filter parameter
單一功能的濾光片無(wú)法達(dá)到要求,因焊接火花大部分為黃色,因此本文選用具有濾黃光功能的窄通濾光片,如圖2??梢詼p小火花以及焊光帶來(lái)的部分環(huán)境光影響。
圖2 濾黃光窄通濾光片F(xiàn)ig.2 Narrow-pass filter lens for yellow light filtering
2.2.2 強(qiáng)光降噪處理
濾光片可以一定程度上減少環(huán)境光的影響,但是拍出的圖片還是有強(qiáng)光區(qū)域,為了能在環(huán)境光干擾的條件下進(jìn)行數(shù)字圖像相關(guān)分析,必須對(duì)強(qiáng)光干擾進(jìn)行消除。強(qiáng)光可以看作是一種高頻的噪聲,對(duì)采集的圖片進(jìn)行頻域上的處理,將高頻噪聲去掉。
假設(shè)干擾區(qū)域?yàn)镸×N,運(yùn)用傅里葉變換將子區(qū)域中的灰度值f(x,y)進(jìn)行傅里葉變換,變換公式為:
反變換公式為:
圖3 焊接過(guò)程中的無(wú)強(qiáng)光區(qū)域以及頻域圖Fig.3 Welding area without strong light and frequency domain diagram
圖4 焊接過(guò)程中的強(qiáng)光區(qū)域以及頻域圖Fig.4 Welding area with strong light and frequency do?main diagram
由圖可以看出,強(qiáng)光子區(qū)的頻域圖有大量的高頻噪聲信息,必須對(duì)其中的強(qiáng)光噪聲進(jìn)行濾波(去噪),能夠順利提取圖像真實(shí)的信息。
因?yàn)榄h(huán)境光的波長(zhǎng)大多比較高,因此應(yīng)選用低通濾波器,本文運(yùn)用的是高斯低通濾波器進(jìn)行焊接試件的圖像噪聲的濾波,為驗(yàn)證精度,選用理想低通濾波器作為對(duì)比試驗(yàn)。以去噪后的圖片峰值信噪比(PSNR)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)比較兩種去噪方法的圖像質(zhì)量。
理想低通濾波的傳遞函數(shù)H(u,v)表示為:
其中:1和0是濾波器的截止頻率。D(u,v)表示的是頻域圖的頻域原點(diǎn)到(u,v)點(diǎn)的距離值。D0為選定閾值。理想濾波器原理以及操作簡(jiǎn)單而且速度很快,但是在運(yùn)算中會(huì)在D0處會(huì)有不連續(xù)值,會(huì)造成圖像的波紋模糊現(xiàn)象。
高斯濾波器的傳遞函數(shù)H(u,v)可表示為:
當(dāng)D(u,v)=D0,n=1時(shí),H G(u,v)=1/e。高斯濾波器的過(guò)濾帶比較平滑,理論上過(guò)濾后的圖像質(zhì)量較好。
用圖片峰值信噪比(PSNR)數(shù)值比較去噪后的圖像質(zhì)量,PSNR值表示光信號(hào)受干擾程度,值越大受干擾程度越小。PSNR公式如下:
其中:MSE表示均方誤差,fuv與指的是點(diǎn)(u,v)在去噪前后的灰度值。MAX表示所選范圍中灰度的最大值。D0取150 mm,去噪結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知,對(duì)于噴涂散斑的鋼板來(lái)說(shuō),運(yùn)用高斯低通濾波后的圖像強(qiáng)光過(guò)濾效果比較好,根據(jù)PSNR值也可以對(duì)比出高斯低通濾波過(guò)后的圖像質(zhì)量也較好,受干擾的程度較低。
圖5 去噪結(jié)果Fig.5 Denoising result
因此,在本文小幅面鋼板測(cè)量方法中,打算對(duì)圖像局部運(yùn)用高斯低通濾波進(jìn)行強(qiáng)光去噪。在此之前需要尋找最佳的截止頻率D0,以及驗(yàn)證高斯低通濾波是否影響DIC匹配的精度。
2.2.3 去噪最優(yōu)參數(shù)選定和精度驗(yàn)證
用實(shí)驗(yàn)中鋼板圖像來(lái)測(cè)定高斯低通濾波的最優(yōu)參數(shù)。具體步驟:首先對(duì)所測(cè)鋼板進(jìn)行強(qiáng)光模擬,選用10到100之間的截止頻率進(jìn)行去噪計(jì)算,然后求每一幅去噪后圖像的PSNR數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)畫(huà)成曲線尋找去噪效果最好的截止頻率。
模擬恒定的強(qiáng)光照射鋼板,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)材料能隔絕部分焊光,剩余環(huán)境光最高可達(dá)到60 lm,因此光源亮度模擬60 lm左右,光的照射位置固定。CCD攝像機(jī)固定在滑道上垂直鋼板拍攝,并將攝像機(jī)的曝光和光圈大小設(shè)置為正規(guī)實(shí)驗(yàn)數(shù)值。實(shí)驗(yàn)擺放場(chǎng)景如圖6所示。
圖6 實(shí)驗(yàn)擺放場(chǎng)景Fig.6 Scene of experiment arrangement
圖7上圖為模擬強(qiáng)光中的鋼板圖,右側(cè)有明顯的強(qiáng)光干擾,A點(diǎn)在強(qiáng)光區(qū),B點(diǎn)在強(qiáng)光區(qū)外。選用初始截止頻率為10,增量為5帶入公式(7)中,求出PSNR曲線,如圖8所示,圖中最高的PSNR值為33.854 dB,對(duì)應(yīng)的截止頻率為35 mm。因此將35 mm作為本次實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)截止頻率。
圖8 實(shí)驗(yàn)截止頻率測(cè)試圖Fig.8 Experimental cut-off frequency test image
用數(shù)值為35的截止頻率對(duì)鋼板強(qiáng)光區(qū)進(jìn)行高斯低通去噪,結(jié)果如圖7下圖所示。
圖7 鋼板處理圖Fig.7 Steel plate processing image
為驗(yàn)證截止頻率為35時(shí)去噪是否影響DIC的匹配精度,采用了一種定位移的DIC精度驗(yàn)證方法。驗(yàn)證方法如下:相機(jī)在滑道上相對(duì)鋼板做剛體平動(dòng),強(qiáng)光照射位置不變,對(duì)降噪前后的圖像都進(jìn)行DIC位移匹配,測(cè)出的位移值與基準(zhǔn)值求誤差。
每次相機(jī)移動(dòng)5 mm。以非強(qiáng)光區(qū)域的B點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),比較A點(diǎn)降噪后和不降噪后的位移與基準(zhǔn)的誤差。表2為檢測(cè)表。
表2 位移測(cè)試表Tab.2 Test results
圖9為表1的位移誤差圖。
圖9 降噪前后位移誤差圖Fig.9 Displacement deviation before and after denoising
根據(jù)上圖數(shù)據(jù)求出降噪后的平均誤差為0.00495 mm,未降噪的平均誤差為0.01157 mm,降噪后的誤差要小。最終可以得出,在此次實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用截止頻率數(shù)值為35的高斯低通濾波方法能夠提高數(shù)字圖像相關(guān)法測(cè)量的精度。因此可以應(yīng)用到DIC測(cè)量焊接環(huán)境光的去噪中。
本文采用前方進(jìn)行焊接,后方進(jìn)行視覺(jué)動(dòng)態(tài)測(cè)量的豎立焊接的焊接方式。鋼板材料為Q345B。
總體的實(shí)驗(yàn)流程主要是:在鏡頭安裝濾黃光窄通濾光片;安置高溫測(cè)量?jī)x、DIC測(cè)量?jī)x器等;然后對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行小幅面(128 mm×96 mm)標(biāo)定與圖像采集;導(dǎo)出圖像進(jìn)行高斯低通濾波,將濾波后的圖像轉(zhuǎn)回設(shè)備進(jìn)行位移計(jì)算。
在實(shí)驗(yàn)材料上運(yùn)用了高溫膠與高溫漆混合噴涂的方式,增添防具防止火花飛濺。
進(jìn)行兩組對(duì)比試驗(yàn),第一組是對(duì)普通高溫處理的鋼板也進(jìn)行小幅面測(cè)量,證明本文測(cè)量方法的穩(wěn)定性。另外一組是用大幅面(400 mm×300 mm)測(cè)出的準(zhǔn)確值與本文測(cè)量方法測(cè)出的值進(jìn)行對(duì)比,證明本文測(cè)量方法的精度。圖10為實(shí)驗(yàn)流程圖。
圖10 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.10 Experimental overall flow chart
本文實(shí)驗(yàn)使用松下焊接機(jī)器人(型號(hào)為T(mén)A-1800),高溫紅外熱像儀系統(tǒng)(型號(hào)為FLIR),小虎鉗和鐵皮防具。DIC測(cè)量?jī)x器為西安交通大學(xué)自主研制測(cè)量應(yīng)變的XJTUDIC視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng),XJTUDIC系統(tǒng)由一臺(tái)同步控制箱、一臺(tái)高性能電腦、相機(jī)三角架、兩臺(tái)高精度工業(yè)相機(jī)(Basler acA 1920-40μm)和LED光源組成。
圖11 高溫焊接應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)圖Fig.11 High-temperature welding strain measurement system
布置如上圖所示,本文實(shí)驗(yàn)用的是弧焊機(jī)器人,火花、煙霧等干擾比較大,因此用鐵皮防具防止火花損傷儀器。
此焊接試驗(yàn)是對(duì)鋼板背面進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量,鋼板背面必須進(jìn)行噴涂散斑處理以增加表面特征,首先將鋼板進(jìn)行噴砂處理,在焊縫區(qū)域用灰色高溫膠當(dāng)做底色,非焊縫區(qū)域用白色高溫漆為底色,黑色高溫漆為斑點(diǎn)進(jìn)行噴涂。將高溫膠上劃上裂口防止高溫起泡變形影響測(cè)量。
本文以普通處理實(shí)驗(yàn)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn),普通處理鋼板全部以白漆為底黑漆為散斑,并且圖像不經(jīng)過(guò)濾光片,也不用高斯低通濾波進(jìn)行去噪。圖12為普通處理與本文方法處理后的鋼板散斑圖。
圖12 鋼板噴涂散斑圖Fig.12 Speckle pattern of steel plate spraying
本次試驗(yàn)測(cè)量的是圖12鋼板中的小幅面應(yīng)變區(qū)域,鋼板在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)焊接時(shí)間比較短,要采集到焊接的全部過(guò)程,因此測(cè)溫儀器和XJTU?DIC要先進(jìn)行圖像的采集,后進(jìn)行鋼板的焊接。最后對(duì)DIC的測(cè)量精度進(jìn)行檢驗(yàn)。
本文所選用的是電弧焊,焊絲材料型號(hào)為er50-6,采用松下機(jī)器人自配的混合氣焊接,焊接長(zhǎng)度為7 cm。保護(hù)氣體為99.9%的氬氣。表3是焊接機(jī)器人以及實(shí)驗(yàn)材料的試驗(yàn)參數(shù)。
表3 焊接機(jī)器人試驗(yàn)參數(shù)Tab.3 Test parameters of welding robot
紅外測(cè)溫儀的精度在0.15℃以內(nèi),由軟件和硬件兩部分組成,表4是紅外測(cè)溫儀在焊接時(shí)的測(cè)量參數(shù)。
表4 紅外測(cè)溫儀試驗(yàn)參數(shù)Tab.4 Infrared thermometer test parameters
XJTUDIC系統(tǒng)中工業(yè)相機(jī)標(biāo)定運(yùn)用的是自帶的標(biāo)定法,焊接前后采用不同的采集速度進(jìn)行采集,相機(jī)距離鋼板53 cm水平放置,表5是系統(tǒng)測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)。
表5 XJTUDIC試驗(yàn)參數(shù)Tab.5 XJT UDIC test parameters
焊接過(guò)程分為焊接階段和自然冷卻階段,焊接階段經(jīng)歷時(shí)間為7 s,自然冷卻階段為300 s,在焊接過(guò)程中溫度從小于300℃快速升到1116℃,焊接結(jié)束后逐步降溫降到300℃以下。過(guò)程中散斑無(wú)脫落和變色。表6為溫度測(cè)試結(jié)果。
表6 高溫測(cè)溫儀測(cè)試結(jié)果Fig.6 Results of the pyrometer
圖13是3組普通處理與本文方法測(cè)量的匹配效果對(duì)比圖,當(dāng)用普通處理的鋼板和方法進(jìn)行焊接測(cè)量時(shí),測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生大面積孔洞,而本文測(cè)量方法在全程無(wú)云圖孔洞產(chǎn)生,云圖變化均勻。3組實(shí)驗(yàn)本文方法都較為穩(wěn)定,因此可以得出結(jié)論:針對(duì)高溫焊縫變形的測(cè)量本文方法比普通處理的測(cè)量方法更加穩(wěn)定。
圖13 兩種方法測(cè)量效果對(duì)比圖Fig.13 Comparison image
圖14是第一組實(shí)驗(yàn)本文測(cè)量方法的結(jié)果,以起始階段時(shí)刻、開(kāi)始焊接時(shí)刻、焊接中間時(shí)刻、焊接結(jié)束時(shí)刻和冷卻300 s后時(shí)刻進(jìn)行形變位移測(cè)量的研究。從圖中可以看出,焊槍是從右向左進(jìn)行焊接,在焊接部分變形比較大其余非焊接區(qū)域變形較小。
圖14 XJTUDIC測(cè)試結(jié)果圖Fig.14 XJTUDIC test results
開(kāi)始焊接時(shí)選定區(qū)域的最大位移為2.802 mm,焊接結(jié)束時(shí)刻測(cè)試區(qū)域的最大位移為4.482 mm,冷卻300 s時(shí)的鋼板焊縫區(qū)域位移在緩慢增大,最大為5.129 mm,變形增幅為10%。集中變形區(qū)域?yàn)楹缚p周邊3~5 cm,其余區(qū)域變形較小。變形后鋼板為反馬鞍狀,中間焊接區(qū)域凹陷。
本文用大幅面散斑處理的DIC匹配作為上述實(shí)驗(yàn)的第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn),其測(cè)量方法的精度在文獻(xiàn)[8],文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[15]中已經(jīng)被求證,其精度與接觸式引伸計(jì)相當(dāng)。圖15為測(cè)量點(diǎn)和焊縫區(qū)位置。大幅面測(cè)量過(guò)程中,將標(biāo)定幅面換成400 mm×300 mm,鋼板是以噴砂處理表面為底,高溫膠作為散斑進(jìn)行噴涂。其余實(shí)驗(yàn)過(guò)程不變。
圖15 與大幅面對(duì)比試驗(yàn)Fig.15 Comparison test with large format
本文用大幅面方法求出的A點(diǎn)與B點(diǎn)匹配結(jié)果與上小節(jié)實(shí)驗(yàn)得到的匹配結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,A和B點(diǎn)位置如圖15所示。對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試3組,以下數(shù)據(jù)全都是基于3組結(jié)果的平均值。
圖16是位移對(duì)比圖,以大幅面測(cè)量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),A點(diǎn)和B點(diǎn)最低誤差為0.023 mm和0.027 mm,平均誤差為0.030 mm和0.037 mm。在原論文中測(cè)出精度公差為0.5%,因此加上大幅面測(cè)量方法的精度公差,本文方法A點(diǎn)和B點(diǎn)的平均誤差最高在0.054 mm和0.059 mm??傻贸稣`差在1%以下,精度符合標(biāo)準(zhǔn)。
圖16 位移對(duì)比圖Fig.16 Compare images of displacement
根據(jù)圖17所示,最終本文方法測(cè)出的焊縫中心線的最大的位移為1.23 mm。此方法的焊縫中心線匹配結(jié)果與大幅面焊縫中心線的匹配結(jié)果進(jìn)行比較,趨勢(shì)相似,平均誤差為0.045 mm,加上大幅面測(cè)量方法公差后平均誤差最高0.069 mm,符合精度條件。說(shuō)明本文方法求出焊縫區(qū)域的位移較準(zhǔn)確。
圖17 焊縫區(qū)域位移對(duì)比圖Fig.17 Displacement map of weld zone
由于是小幅面DIC測(cè)量,在相機(jī)標(biāo)定以及像素計(jì)算方面都比大幅面的要更加精確,因?yàn)閷?duì)于本次實(shí)驗(yàn)用的相機(jī)來(lái)說(shuō),像元尺寸為3.45μm/pixel,幅面越小距離被測(cè)物體越近,每個(gè)像素的被測(cè)物體的信息越細(xì)致,計(jì)算結(jié)果越精確。
最終可得結(jié)論:本文提出的小幅面焊接變形測(cè)量方法測(cè)出數(shù)據(jù)與已驗(yàn)證的精確值對(duì)比,誤差很小,精確度較高,因此本文測(cè)量方法可以測(cè)量小幅面鋼板的焊縫變形。并且在理論上精度更高。
本文提出了一種可以準(zhǔn)確對(duì)電弧焊接下的鋼板焊縫區(qū)進(jìn)行小幅面的位移測(cè)量的視覺(jué)測(cè)量方法,并運(yùn)用對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果可知此方法測(cè)量精確而且穩(wěn)定。
(1)本文運(yùn)用無(wú)接觸的數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)進(jìn)行鋼板的測(cè)量。具有精度高、操作以及原理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
(2)并針對(duì)焊接試驗(yàn)圖像的環(huán)境光干擾,在變形子區(qū)與參考子區(qū)的關(guān)系中引入了兩個(gè)光補(bǔ)償系數(shù);硬件方面在相機(jī)前加裝了一種過(guò)濾黃光的窄通濾波片。
(3)在圖像頻域?qū)用妫\(yùn)用一種高斯低通濾波器對(duì)高頻噪聲去噪,與理想低通濾波器相比,去噪后的圖像質(zhì)量更高,且更加清楚。經(jīng)過(guò)增量差值測(cè)試,測(cè)出本次試驗(yàn)鋼板的高斯低通濾波的最佳截止頻率為35 mm,并用定位移的DIC對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行精度驗(yàn)證,得出去噪后DIC匹配測(cè)量誤差更小、精度更高。并在最終實(shí)驗(yàn)中也通過(guò)了精度驗(yàn)證。
(4)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料準(zhǔn)備上,為能夠穩(wěn)定安全的采集與計(jì)算圖像,本文用灰白色高溫膠為底色,黑色高溫漆為散斑噴涂鋼板的焊縫區(qū)域,用立焊的焊接方式加防具進(jìn)行火花阻擋。
從對(duì)比驗(yàn)證的結(jié)果可知,此測(cè)量方法的匹配過(guò)程穩(wěn)定且精確度較高,精度高于1%。能夠有效對(duì)小幅面高溫焊縫圖像進(jìn)行測(cè)量與匹配分析。