專利名稱：一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位方法，特別是關(guān)于一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法。
背景技術(shù)：
焊接作為一種高效的連接方法廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁、建筑、航空等制造行業(yè)，然而，由于焊接過(guò)程本身的復(fù)雜性，使得焊接結(jié)構(gòu)的殘余變形成為焊接領(lǐng)域一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。焊接過(guò)程中，材料的局部不均勻受熱、板厚方向的熱梯度、材料的局部非協(xié)調(diào)塑性應(yīng)變是產(chǎn)生各種焊接變形的根本原因。焊接變形的存在不僅可能造成焊接結(jié)構(gòu)形狀的變異， 影響結(jié)構(gòu)尺寸精度，降低承載能力和機(jī)械性能，而且在工作荷載作用下引起的附加彎矩和應(yīng)力集中現(xiàn)象是焊接結(jié)構(gòu)早期失效的主要原因，也是造成焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度降低的主要原因，因此，如何精確控制和調(diào)整焊接變形變得十分重要。對(duì)焊接變形進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，是評(píng)價(jià)控制和調(diào)整焊接變形效果的必要手段， 同時(shí)也可用于驗(yàn)證焊接變形數(shù)值模擬結(jié)果的合理程度。因此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者通過(guò)設(shè)計(jì)各種不同的方法對(duì)焊接變形進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的焊接變形測(cè)量方法一般包括動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量?jī)煞N。動(dòng)態(tài)測(cè)量方法一般是利用位移傳感器進(jìn)行接觸式的變形測(cè)量，可實(shí)時(shí)測(cè)量焊件某點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位移，但是需要通過(guò)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)才能得到焊接變形的變化過(guò)程，很難實(shí)時(shí)顯示變形情況，另外測(cè)量時(shí)需要屏蔽焊接條件下的強(qiáng)烈干擾，且受高精度傳感器的測(cè)量量程限制，所以很難用于大變形量的測(cè)量，而且在應(yīng)用于薄板焊接變形測(cè)量時(shí)，由于面外變形劇烈，所以更加困難。靜態(tài)測(cè)量一般采用尺寸測(cè)量方法，用于構(gòu)件尺寸比較小的情況，但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中構(gòu)件尺寸比較大情況下的焊接變形測(cè)量，難度較大，而且不能實(shí)時(shí)測(cè)量。三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種先進(jìn)的檢測(cè)儀器，可以獲得焊接工件表面上的空間坐標(biāo)。雖然此方法通用性較好，但是步驟繁雜，所測(cè)構(gòu)件的尺寸受到測(cè)量?jī)x器空間的限制，更重要的是，由于不能精確重復(fù)定位，對(duì)焊接前后同一位置的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量十分困難，從而很難算出焊接引起的位移變化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，該方法不僅解決了由于高溫帶來(lái)的同一位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)定位困難的問(wèn)題，而且能夠重復(fù)定位、實(shí)時(shí)測(cè)量、通用性好。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其包括以下步驟1)依據(jù)一定刻度，在板材上橫向、豎向分別劃出若干相互平行的直線；在橫向與豎向直線的各交點(diǎn)中，選取若干需要精確定位的交點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔，在盲孔位置分別放置一鋼珠；使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂；2)利用三維激光掃描儀對(duì)放置鋼珠的板材進(jìn)行掃描，得到板材和鋼珠焊接前的點(diǎn)云文件；3)將鋼珠取下，清除掉顯像劑，對(duì)板材進(jìn)行堆焊試驗(yàn)；4)焊接工作結(jié)束后，再次將鋼珠放置在盲孔的位置，使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂力)利用三維激光掃描儀對(duì)堆焊試驗(yàn)后的板材和鋼珠再次進(jìn)行掃描，得到板材和鋼珠焊接變形后的點(diǎn)云文件；6)對(duì)焊接前、 后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到焊接前、后標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算板材的位移和
焊接變形量。所述步驟6)中，對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的具體方法如下①將焊接前、后的點(diǎn)云文件導(dǎo)入Imageware軟件中，通過(guò)坐標(biāo)變換，將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)；②統(tǒng)一參考坐標(biāo)系后，根據(jù)焊接前、后掃描所得到的球面輪廓的點(diǎn)云文件，利用Imageware軟件計(jì)算得到焊接前鋼珠球心的三維坐標(biāo)O1,以及焊接后鋼珠球心的三維坐標(biāo)A ；③通過(guò)鋼珠球心的三維坐標(biāo)到被測(cè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)所在表面的垂直距離，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前的三維坐標(biāo)A1 (X1, Y1, Z1)和焊接后的三維坐標(biāo)A2 (X2, Y2, Z2)；④通過(guò)標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前、后的三維坐標(biāo)位移的差值，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)的前、后位移；多個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)即反映出焊接前后構(gòu)件的變形量。所述步驟①中，將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的具體方法為將板材放于同一水平面內(nèi)進(jìn)行掃描，以此掃描平面建立參考坐標(biāo)系；首先， 將板材所在的面與水平面進(jìn)行對(duì)齊；然后再將板材兩條相互垂直的邊與水平面內(nèi)建立的兩條相互垂直的線進(jìn)行對(duì)齊，作為坐標(biāo)系的X軸和Y軸，Z軸為垂直平面方向；利用Imageware 軟件中“將點(diǎn)云投影到面”選項(xiàng)，將掃描平面投影到Lnageware軟件中的坐標(biāo)面內(nèi)，即將面進(jìn)行了對(duì)齊。然后，在點(diǎn)云文件相互垂直的線上做兩條直線Xl和Y1，同時(shí)在Imageware軟件中建立兩條相互垂直的線X2和Y2，利用Imageware軟件中線對(duì)齊功能，將Xl和X2進(jìn)行對(duì)齊，Yl和Y2進(jìn)行對(duì)齊；至此，即將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)。所述步驟②中，鋼珠球心的三維坐標(biāo)求得方法具體為首先，利用Imageware軟件中“圈選點(diǎn)”功能將每個(gè)鋼珠的點(diǎn)云文件從板材中分離出來(lái)；然后，利用“云構(gòu)建曲面”功能， 將鋼珠的點(diǎn)云擬合成球體，將板材的點(diǎn)云擬合成面；最后，利用測(cè)量“點(diǎn)位置”功能，同時(shí)勾選“捕捉中心”選項(xiàng)，即可求得每個(gè)鋼珠球心的三維坐標(biāo)值。所述步驟③中，求得鋼珠球心在板材表面上的垂直距離的具體方法為鋼珠球心三維坐標(biāo)求得以后，利用Imageware軟件中，“測(cè)量距離”選項(xiàng)中的“點(diǎn)到曲面最小距離”選項(xiàng)，求得鋼珠球心在板材表面上的垂直距離，同時(shí)給出標(biāo)識(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)值。所述板材選取45#鋼薄板，所述45#鋼薄板的長(zhǎng)度、寬度、厚度尺寸選為 400mmX400mmX3mm，在所述45#鋼薄板上選擇50個(gè)點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在50個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔放置鋼珠，所述盲孔的直徑和深度為1mm。所述三維激光掃描儀與電腦相連，通過(guò)電腦實(shí)時(shí)觀測(cè)點(diǎn)云文件掃描的過(guò)程及其板材和鋼珠的點(diǎn)云文件的輸出。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過(guò)在焊板上打淺盲孔，在淺盲孔內(nèi)放置鋼珠的方式，進(jìn)行標(biāo)識(shí)點(diǎn)的精確重復(fù)定位，解決了三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量焊接變形時(shí)，不能精確重復(fù)定位，對(duì)焊接前后同一位置的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量十分困難的問(wèn)題。2、 本發(fā)明采用三維激光掃描儀進(jìn)行測(cè)量，利用鋼珠進(jìn)行精確重復(fù)定位，因此，能夠更加準(zhǔn)確和快速的獲得焊接前后同一標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而有效地的計(jì)算焊接位移和變形。3、本發(fā)明在焊接前在板材上打盲孔放置鋼珠，然后進(jìn)行掃描，得到焊接前的板材和鋼珠的點(diǎn)云文件；焊接時(shí)，拿掉鋼珠；焊接后，重新放置鋼珠，進(jìn)行掃描，得到焊接后板材和鋼珠的點(diǎn)云文件；因此，解決了應(yīng)用三維激光掃描儀測(cè)量時(shí)用于定位的標(biāo)識(shí)點(diǎn)(一般為貼標(biāo)識(shí)片的方式) 不能耐高溫的缺點(diǎn)，為焊接變形的測(cè)量和焊接前后同一位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)的精確重復(fù)定位提供了一種有效手段。4、本發(fā)明首先通過(guò)求得焊接前鋼珠球心的三維坐標(biāo)，以及焊接后鋼珠球心的三維坐標(biāo)，進(jìn)而獲得標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前的三維坐標(biāo)和焊接后的三維坐標(biāo)，因此，算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件焊接變形三維非接觸式測(cè)量時(shí)，焊接前后同一位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)的精確定位，解決了由于高溫帶來(lái)的同一位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)定位困難的問(wèn)題，提供了一種對(duì)構(gòu)件焊接變形過(guò)程中的角變形、彎曲變形、橫向收縮及縱向收縮等變形數(shù)據(jù)三維非接觸式測(cè)量方法， 這對(duì)于深入研究焊接變形的規(guī)律和機(jī)理、實(shí)現(xiàn)焊接變形的精確控制具有重要意義。


圖1是本發(fā)明流程示意2是本發(fā)明板材劃線示意3是本發(fā)明板材鉆淺盲孔后放置鋼球示意4是本發(fā)明焊接前放置鋼珠示意5是本發(fā)明焊接后放置鋼珠示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明方法包括以下步驟1)依據(jù)一定的刻度，應(yīng)用刻針工具在板材1上橫向、豎向分別劃出若干相互平行的直線，各橫向和豎向直線相互垂直(如圖2所示)；在橫向與豎向直線的各交點(diǎn)中，選取若干需要精確定位的交點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆淺盲孔，在淺盲孔位置分別放置一鋼珠2(如圖3所示)；使用顯像劑對(duì)板材1和鋼珠2進(jìn)行噴涂。其中，顯像劑的作用是降低板材1和鋼珠2的亮度，提高掃描的效率。2)利用三維激光掃描儀對(duì)放置鋼珠2的板材1進(jìn)行掃描，得到板材1和鋼珠2焊接前的點(diǎn)云文件。其中，三維激光掃描儀與電腦相連，通過(guò)電腦可以實(shí)時(shí)觀測(cè)點(diǎn)云文件掃描的過(guò)程，及板材1和鋼珠2的點(diǎn)云文件的輸出。掃描時(shí)保持三維激光掃描儀的平穩(wěn)，對(duì)板材 1和鋼珠2的每個(gè)位置勻速掃描，便于獲得完整的點(diǎn)云文件，用于后續(xù)的計(jì)算工作。3)掃描工作結(jié)束后，將鋼珠2取下，清除掉顯像劑，對(duì)板材1進(jìn)行堆焊試驗(yàn)。4)焊接工作結(jié)束后，再次將鋼珠2放置在淺盲孔的位置，使用顯像劑對(duì)板材1和鋼珠2進(jìn)行噴涂。5)利用三維激光掃描儀對(duì)堆焊試驗(yàn)后的板材1和鋼珠2再次進(jìn)行掃描，得到板材 1和鋼珠2焊接變形后的點(diǎn)云文件。6)對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所測(cè)位置標(biāo)識(shí)點(diǎn)在焊接前、后的三維坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算板材的位移和焊接變形量，用于評(píng)價(jià)控制和調(diào)整焊接變形效果，驗(yàn)證焊接變形數(shù)值模擬結(jié)果的合理程度。應(yīng)用三維激光掃描儀對(duì)板材1和鋼珠2進(jìn)行掃描后，得到的僅僅是實(shí)物整體的點(diǎn)云文件，如何得到板材1上具體標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)變化是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征之一。上述方法的步驟6)中，對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的具體方法如下1)將焊接前、后的點(diǎn)云文件導(dǎo)入如Imageware等軟件中；由于在焊接前、后的測(cè)量過(guò)程中，激光掃描儀的參考坐標(biāo)系與Imageware軟件中的坐標(biāo)系有可能不統(tǒng)一，因此，在點(diǎn)云文件后處理中需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，將焊接前、后的點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)。具體實(shí)現(xiàn)方法為焊接前、后，將板材1放于同一水平面內(nèi)進(jìn)行掃描，以此掃描平面建立參考坐標(biāo)系，即選取兩條固定的相互垂直的線作為X軸和Y軸，Z軸為垂直平面方向。以焊接前點(diǎn)云文件為例，首先利用Imageware軟件中“將點(diǎn)云投影到面”選項(xiàng)， 將掃描平面投影到Imageware軟件中的坐標(biāo)面內(nèi)，即將面進(jìn)行了對(duì)齊。然后，在點(diǎn)云文件相互垂直的線上做兩條直線Xl和Yl，同時(shí)在Imageware軟件中建立兩條相互垂直的線X2和 Y2，利用Imageware軟件中線對(duì)齊功能，將Xl和X2進(jìn)行對(duì)齊，Yl和Y2進(jìn)行對(duì)齊。同理，將焊接后的點(diǎn)云文件應(yīng)用同樣方法進(jìn)行坐標(biāo)變換。至此，可以將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)，從而可以進(jìn)行計(jì)算。2)如圖4、圖5所示，統(tǒng)一參考坐標(biāo)系之后，求得焊接前鋼珠2球心的三維坐標(biāo)O1, 以及焊接后鋼珠2球心的三維坐標(biāo)02。這是因?yàn)橹苯荧@得標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前的三維坐標(biāo)A1 (X1, Y1, Z1)和焊接后的三維坐標(biāo)A2 (X2，Y2, Z2)比較困難，而求得鋼珠2球心的三維坐標(biāo)比較容易，可以根據(jù)掃描所得到的球面輪廓的點(diǎn)云文件，利用如Imageware等軟件計(jì)算得到。具體實(shí)現(xiàn)方法為首先，利用Imageware軟件中“圈選點(diǎn)”功能將每個(gè)鋼珠2的點(diǎn)云文件從板材1 中分離出來(lái)；然后，利用“云構(gòu)建曲面”功能，將鋼珠2的點(diǎn)云擬合成球體，將板材1的點(diǎn)云擬合成面；最后，利用測(cè)量“點(diǎn)位置”功能，同時(shí)勾選“捕捉中心”選項(xiàng)，即可求得每個(gè)鋼珠2 的球心三維坐標(biāo)。3)由于鋼珠2的球心0三維坐標(biāo)變化和標(biāo)識(shí)點(diǎn)A的三維坐標(biāo)變化并不一致，因此，可以根據(jù)鋼珠2球心到被測(cè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)所在表面的垂直距離，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前的三維坐 ^A1 (XijYijZ1)和焊接后的三維坐標(biāo)A2 (X2，Y2, Z2)。具體實(shí)現(xiàn)方法為鋼珠2球心三維坐標(biāo)求得以后，利用軟件中“測(cè)量距離，，選項(xiàng)中的“點(diǎn)到曲面最小距離，，選項(xiàng)求得鋼珠2球心在板材1表面上的垂直距離，同時(shí)給出標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。4)通過(guò)標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前、后的三維坐標(biāo)位移的差值，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)的前、后位移；多個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)即可反映出焊接前、后構(gòu)件的變形量，即焊接變形。上述實(shí)施例中，板材1選取45#鋼薄板，45#鋼薄板的長(zhǎng)度、寬度、厚度尺寸選為 400mmX 400mmX 3mm，在45#鋼薄板上橫向、豎向分別劃出若干相互平行的直線，選擇45#鋼薄板上50個(gè)點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在50個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆淺盲孔放置鋼珠2，淺盲孔的直徑和深度為1mm。上述實(shí)施例中，應(yīng)用焊接機(jī)器人對(duì)板材進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊，焊接速度為4mm/s，電源電壓為22V，電流為110A。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其包括以下步驟1)依據(jù)一定刻度，在板材上橫向、豎向分別劃出若干相互平行的直線；在橫向與豎向直線的各交點(diǎn)中，選取若干需要精確定位的交點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔，在盲孔位置分別放置一鋼珠；使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂；2)利用三維激光掃描儀對(duì)放置鋼珠的板材進(jìn)行掃描，得到板材和鋼珠焊接前的點(diǎn)云文件；3)將鋼珠取下，清除掉顯像劑，對(duì)板材進(jìn)行堆焊試驗(yàn)；4)焊接工作結(jié)束后，再次將鋼珠放置在盲孔的位置，使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂；5)利用三維激光掃描儀對(duì)堆焊試驗(yàn)后的板材和鋼珠再次進(jìn)行掃描，得到板材和鋼珠焊接變形后的點(diǎn)云文件；6)對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到焊接前、后標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算板材的位移和焊接變形量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述步驟6)中，對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的具體方法如下①將焊接前、后的點(diǎn)云文件導(dǎo)入Imageware軟件中，通過(guò)坐標(biāo)變換，將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)；②統(tǒng)一參考坐標(biāo)系后，根據(jù)焊接前、后掃描所得到的球面輪廓的點(diǎn)云文件，利用 Imageware軟件計(jì)算得到焊接前鋼珠球心的三維坐標(biāo)O1,以及焊接后鋼珠球心的三維坐標(biāo) O2 ；③通過(guò)鋼珠球心的三維坐標(biāo)到被測(cè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)所在表面的垂直距離，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前的三維坐標(biāo)A1 (X1, Y1, Z1)和焊接后的三維坐標(biāo)A2 (X2, Y2, Z2)；④通過(guò)標(biāo)識(shí)點(diǎn)焊接前、后的三維坐標(biāo)位移的差值，求得標(biāo)識(shí)點(diǎn)的前、后位移；多個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)即反映出焊接前后構(gòu)件的變形量。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述步驟①中，將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的具體方法為將板材放于同一水平面內(nèi)進(jìn)行掃描，以此掃描平面建立參考坐標(biāo)系；首先，將板材所在的面與水平面進(jìn)行對(duì)齊；然后再將板材兩條相互垂直的邊與水平面內(nèi)建立的兩條相互垂直的線進(jìn)行對(duì)齊，作為坐標(biāo)系的X軸和Y軸，Z軸為垂直平面方向；利用Imageware軟件中“將點(diǎn)云投影到面”選項(xiàng)，將掃描平面投影到Imageware軟件中的坐標(biāo)面內(nèi)，即將面進(jìn)行了對(duì)齊。然后，在點(diǎn)云文件相互垂直的線上做兩條直線Xl和Y1，同時(shí)在Imageware軟件中建立兩條相互垂直的線X2和Y2，利用Imageware軟件中線對(duì)齊功能，將Xl和X2進(jìn)行對(duì)齊，Yl和Y2進(jìn)行對(duì)齊；至此，即將焊接前、后點(diǎn)云文件的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一個(gè)參考坐標(biāo)系之內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述步驟②中，鋼珠球心的三維坐標(biāo)求得方法具體為首先，利用Imageware軟件中 “圈選點(diǎn)”功能將每個(gè)鋼珠的點(diǎn)云文件從板材中分離出來(lái)；然后，利用“云構(gòu)建曲面”功能，將鋼珠的點(diǎn)云擬合成球體，將板材的點(diǎn)云擬合成面；最后，利用測(cè)量“點(diǎn)位置”功能，同時(shí)勾選“捕捉中心”選項(xiàng)，即可求得每個(gè)鋼珠球心的三維坐標(biāo)值。
5.如權(quán)利要求3所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述步驟②中，鋼珠球心的三維坐標(biāo)求得方法具體為首先，利用Imageware軟件中 “圈選點(diǎn)”功能將每個(gè)鋼珠的點(diǎn)云文件從板材中分離出來(lái)；然后，利用“云構(gòu)建曲面”功能，將鋼珠的點(diǎn)云擬合成球體，將板材的點(diǎn)云擬合成面；最后，利用測(cè)量“點(diǎn)位置”功能，同時(shí)勾選 “捕捉中心”選項(xiàng)，即可求得每個(gè)鋼珠球心的三維坐標(biāo)值。
6.如權(quán)利要求2或3或4或5所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述步驟③中，求得鋼珠球心在板材表面上的垂直距離的具體方法為 鋼珠球心三維坐標(biāo)求得以后，利用Imageware軟件中，“測(cè)量距離”選項(xiàng)中的“點(diǎn)到曲面最小距離”選項(xiàng)，求得鋼珠球心在板材表面上的垂直距離，同時(shí)給出標(biāo)識(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)值。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述板材選取45#鋼薄板，所述45#鋼薄板的長(zhǎng)度、寬度、厚度尺寸選為400mmX400mmX3mm，在所述45#鋼薄板上選擇50個(gè)點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在50個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔放置鋼珠，所述盲孔的直徑和深度為1mm。
8.如權(quán)利要求6所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法， 其特征在于所述板材選取45#鋼薄板，所述45#鋼薄板的長(zhǎng)度、寬度、厚度尺寸選為 400mmX400mmX3mm，在所述45#鋼薄板上選擇50個(gè)點(diǎn)做為標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在50個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔放置鋼珠，所述盲孔的直徑和深度為1mm。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或8所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述三維激光掃描儀與電腦相連，通過(guò)電腦實(shí)時(shí)觀測(cè)點(diǎn)云文件掃描的過(guò)程及其板材和鋼珠的點(diǎn)云文件的輸出。
10.如權(quán)利要求6或7所述的一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其特征在于所述三維激光掃描儀與電腦相連，通過(guò)電腦實(shí)時(shí)觀測(cè)點(diǎn)云文件掃描的過(guò)程及其板材和鋼珠的點(diǎn)云文件的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于焊接變形三維非接觸式測(cè)量的精確定位方法，其包括以下步驟1)在板材上橫向、豎向分別劃出若干相互平行的直線；在橫向與豎向直線的各交點(diǎn)中，選取標(biāo)識(shí)點(diǎn)，在標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置鉆盲孔放置鋼珠；使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂；2)利用三維激光掃描儀對(duì)放置鋼珠的板材進(jìn)行掃描，得到鋼珠及其板材焊接前的點(diǎn)云文件；3)將鋼珠取下，清除顯像劑，對(duì)板材進(jìn)行焊接；4)焊接結(jié)束后，再次將鋼珠放置在盲孔的位置，使用顯像劑對(duì)板材和鋼珠進(jìn)行噴涂；5)利用三維激光掃描儀對(duì)堆焊試驗(yàn)后的板材和鋼珠再次進(jìn)行掃描，得到鋼珠及其板材焊接變形后的點(diǎn)云文件；6)對(duì)焊接前、后的點(diǎn)云文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到標(biāo)識(shí)點(diǎn)在焊接前、后的三維坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算板材的位移和焊接變形量。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102288123SQ20111017545
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者何洪文, 徐興全, 王鵬, 趙海燕, 鈕文翀 申請(qǐng)人:清華大學(xué)