雷射焊接中微細焊縫中心與法矢檢測方法

《雷射焊接中微細焊縫中心與法矢檢測方法》是依託華中科技大學，由王平江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射焊接中微細焊縫中心與法矢檢測方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王平江
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

複雜空間曲面的薄壁等厚板雷射對接拼焊是目前雷射加工領域中的一道難題。其原因在於焊縫間隙狹窄、特徵不明顯，尤其是當拼縫間隙小於0.06mm時，現有拼縫檢測裝置不能穩定獲得拼縫信息或完全失去作用。為此，本申請提出複合視覺檢測技術，以解決對接拼焊時微細焊縫中心位置檢測的難題，從而提高雷射拼焊的質量。其基本思路是利用二維機器視覺在微觀檢測方面的優勢，得到焊縫在圖像坐標系下的寬度及中心位置；並利用三維機器視覺在巨觀檢測方面的優勢，得到檢測點處焊縫曲面的逼近微切平面及其法矢；再將二維測量信息與三維測量信息融合，將焊縫中心位置及寬度從二維圖像坐標系變換到三維測量局部坐標系，最終建立焊縫的三維形貌模型，為高能束拼焊軌跡最佳化、焊接工藝參數最佳化提供科學根據。其創新點在於，視覺測量裝置在同一位姿下的一次拍攝，即可以得到該位姿處微細焊縫中心位置、寬度及法矢。

結題摘要

1. 研究計畫要點 根據雷射焊接的工藝要求，等厚板對接拼縫檢測分為兩個層次。一是當焊縫間隙大於0.06mm時，焊縫檢測要得到焊縫的中心位置、法矢及寬度（以便根據間隙寬度調整雷射焊接速度、功率等參數）；二是當焊縫間隙小於0.06mm時，焊縫檢測的重點在於如何精確獲得焊縫的中心位置與法矢，此時焊縫的寬度檢測允許有較大的相對誤差。無論較寬的間隙還是微細間隙，焊縫的中心位置都必須有很高的檢測精度。 本項目研究兩塊薄壁等厚板對接時所形成的空間曲面雷射拼焊時，對所形成的狹窄微細（尤其是對於寬度小於0.06mm時）的焊縫的複合視覺檢測方法，將雷射三維測量技術和機器視覺二維測量技術結合起來，通過共用CCD相機實現測量系統的集成；利用信息融合技術，將兩種測量方法得到的數據進行融合，實現在一幅圖像中同時獲取焊縫中心的三維位置、拼接表面法矢及寬度，為實現薄壁板雷射對接焊中狹窄微細焊縫的檢測、幾何建模以及焊縫的實時跟蹤、焊接工藝參數的自適應控制等提供基礎性的技術支持。 根據課題研究的進展情況，圍繞微細焊縫檢測與跟蹤控制的難點，本課題在對接拼縫檢測的理論與技術上進行了創新與發展，首次提出了基於微景深的對接拼縫檢測方法，並進行了大量的理論分析與現場試驗，表明微景深對接拼縫的檢測方法，具有更好的可行性。 2. 研究工作進展及所取得的成果 本課題的研究取得如下的成果。 （1）發表了2篇學術論文； （2）獲得了一項國家發明專利；申請了一項國家發明專利； （3）培養博士生1名，碩士生3名； （4）本課題提出的基於2D/3D視覺信息融合的焊縫檢測方法，將二維影像測量與線結構光三維測量的優點結合起來，利用二維影像測量方法與線結構光三維測量方法獲取焊縫邊界、中心點的二維圖像坐標和焊縫截面輪廓的三維坐標，然後利用2D/3D視覺信息融合方法，從一幅包含三條結構光條紋的焊縫圖像中，同時獲取焊縫中心的三維位置、接頭間隙和焊縫局部表面法矢信息，滿足了雷射對接拼焊時對焊縫實時檢測的要求； （5）本課題提出的基於微景深的對接拼縫檢測方法，具有高的光學放大倍數，使得更細微的拼縫檢測的穩定性、精度更高，且大大縮小了焊接雷射焦點與拼縫檢測感測器檢測範圍中心的距離，使得雷射焊接時拼縫的實時跟蹤控制更容易、拼縫跟蹤的精度更高、控制的穩定性更好。（6）本課題研究的拼縫檢測方法及所培養的人才，在雙光束雷射焊接項目的實施中得到套用驗證