【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料检测，具体而言，涉及一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备和方法。
技术介绍
1、电子束焊接焊缝具有深宽比大、穿透能力强、焊接速度快、焊缝强度高、缺陷少的优点，在航空航天、原子能、军工、汽车、造船、电子仪表等行业得到了越来越广泛的应用。电子束焊接的质量对产品的性能有重要影响，焊接质量主要取决于焊缝组织和力学性能等，其中有效熔深和焊缝外观是重点评估的指标。
2、目前，对于常规焊接中关注的焊缝结构外形尺寸如焊宽、余高等参数，电子束焊缝还未有明确的提出测量需求，但是，与常规焊接类似，此类焊缝结构外形尺寸与焊接质量密切相关，也需要进行准确的测量。比如，研究表明焊宽的不均匀往往暗示着焊深的不均匀，余高的存在会对电子束焊接接头疲劳性能有较大影响。因此，对电子束焊缝的余高和焊宽进行准确的测量，是评估焊缝质量的有效手段。然而电子束焊缝与普通焊缝相比，具有焊宽窄、余高小(有时甚至为负)的特点，使用普通焊缝的外形尺寸测量方法很难准确检测。
3、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种材料检测领域，解决现有的焊缝结构外形尺寸检测方法难以对电子束焊缝宽度和余高进行准确检测。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，提供一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，包括：自然光源、线激光器、拍摄装置、数据处理器、标定装置和运动扫描装置。其中，自然光源用于为被测样品的电子束焊缝提供光照。线激光器用于在所述电子束焊缝
4、进一步的，所述自然光源和所述线激光器位于所述被测样品的斜上方；所述拍摄装置位于所述被测样品的正上方。所述拍摄装置包括相机和远心镜头。
5、进一步的，所述数据处理器包括：焊缝边界提取模块、焊缝宽度计算模块、焊缝宽度换算模块、焊缝中心线提取模块、偏离量计算模块和焊缝余高计算模块。其中，焊缝边界提取模块用于从所述电子束焊缝图像中提取出电子束焊缝边界。焊缝宽度计算模块用于计算出所述电子束焊缝边界的宽度对应的像素数。焊缝宽度换算模块用于根据标定的长度对所述像素数进行换算，得到所述电子束焊缝的实际宽度。焊缝中心线提取模块用于从电子束焊缝图像中提取出电子束焊缝中心线。偏离量计算模块用于根据所述电子束焊缝中心线计算出所述线激光光条在焊缝区域内的最高处与基底之间的最大横向偏离量，并将所述最大横向偏离量换算为对应的实际尺寸。焊缝余高计算模块用于根据所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角计算得到电子束焊缝余高。
6、进一步的，所述被测样品为平面基底元件或柱面基底元件。
7、进一步的，所述焊缝余高计算模块包括：第一焊缝余高计算单元和第二焊缝余高计算单元。其中，第一焊缝余高计算单元用于当所述被测样品为平面基底元件时，将所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角代入第一焊缝余高计算模型，计算得到电子束焊缝余高；所述第一焊缝余高计算模型的表达式为其中，h表示电子束焊缝余高，δ表示最大横向偏离量的实际尺寸，θ表示标定的夹角。第二焊缝余高计算单元，用于当所述被测样品为柱面基底元件时，将所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角代入第二焊缝余高计算模型，计算得到电子束焊缝余高；所述第二焊缝余高计算模型的表达式为其中，r表示柱面基底元件的半径。
8、第二方面，提供一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，包括以下步骤：利用自然光源从被测样品的斜上方照射所述被测样品的电子束焊缝；利用拍摄装置从所述被测样品的正上方采集多个扫描位置的多张电子束焊缝图像；根据多张电子束焊缝图像获取电子束焊缝宽度。利用线激光器从所述被测样品的斜上方在所述电子束焊缝上打出线激光光条；利用所述拍摄装置从所述被测样品的正上方采集多个扫描位置的多张线激光照明焊缝图像；所述线激光照明焊缝图像中具有所述线激光光条；根据多张线激光照明焊缝图像获取电子束焊缝余高。
9、进一步的，本方法还包括以下步骤：将所述被测样品安装在运动扫描装置上。所述运动扫描装置用于带动所述被测样品沿焊缝长度方向移动或带动所述被测样品旋转。
10、进一步的，所述拍摄装置包括相机和远心镜头。本方法还包括以下步骤：标定所述远心镜头的单个像素对应的长度；标定所述远心镜头的中心光轴与所述线激光器的中心光轴之间的夹角。
11、进一步的，采集电子束焊缝图像之前，包括以下步骤：将所述被测样品布置在所述远心镜头的焦面位置；调整所述被测样品的焊缝区域至所述远心镜头的成像视野内；设置所述拍摄装置的拍摄频率和拍摄时长；设置所述运动扫描装置的运动速度和运动时长。
12、进一步的，采集线激光照明焊缝图像之前，还包括以下步骤：将所述被测样品布置在所述远心镜头的焦面位置；调整所述被测样品的焊缝区域至所述远心镜头的成像视野内，并调整线激光照明区域至所述远心镜头的成像视野中心区域；设置所述拍摄装置的拍摄频率和拍摄时长；设置所述运动扫描装置的运动速度和运动时长。
13、进一步的，所述根据多张电子束焊缝图像获取电子束焊缝宽度，包括以下步骤：从所述电子束焊缝图像中提取出电子束焊缝边界；计算出所述电子束焊缝边界的宽度对应的像素数；根据标定的长度对所述像素数进行换算，得到所述电子束焊缝的实际宽度。
14、进一步的，所述根据多张线激光照明焊缝图像获取电子束焊缝余高，包括以下步骤：从电子束焊缝图像中提取出电子束焊缝中心线；根据所述电子束焊缝中心线计算出所述线激光光条在焊缝区域内的最高处与基底之间的最大横向偏离量，并将所述最大横向偏离量换算为对应的实际尺寸；根据所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角计算得到电子束焊缝余高。
15、进一步的，所述被测样品为平面基底元件或柱面基底元件。当所述被测样品为平面基底元件时，计算电子束焊缝余高的方法为：将所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角代入第一焊缝余高计算模型，计算得到电子束焊缝余高；所述第一焊缝余高计算模型的表达式为其中，h表示电子束焊缝余高，δ表示最大横向偏离量的实际尺寸，θ表示标定的夹角。当所述被测样品为柱面基底元件时，计算电子束焊缝余高的方法为：将所述最大横向偏离量的实际尺寸和标定的夹角代入第二焊缝余高计算模型，计算得到电子束焊缝余高；所述第二焊缝余高计算模型的表达式为其中，r表示柱面基底元件的半径。当所述被测样品为柱面基底元件时，采集线激光照明焊缝图像之前，还包括以下步骤：调整所述远心镜头的中心光轴与所述柱面基底元件的中轴线相交。
16、本专利技术与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述拍摄装置包括相机(1)和远心镜头(2)；
3.根据权利要求2所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述数据处理器包括：
4.根据权利3所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述被测样品(6)为平面基底元件或柱面基底元件；
5.一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述被测样品安装在运动扫描装置上；所述运动扫描装置用于带动所述被测样品沿焊缝长度方向移动或带动所述被测样品旋转。
7.根据权利要求6所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，所述拍摄装置包括相机和远心镜头；
8.根据权利要求7所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，
9.根据权利要求7或8所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高
10.根据权利要求9所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，所述被测样品为平面基底元件或柱面基底元件；
...【技术特征摘要】
1.一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述拍摄装置包括相机(1)和远心镜头(2)；
3.根据权利要求2所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述数据处理器包括：
4.根据权利3所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的设备，其特征在于，所述被测样品(6)为平面基底元件或柱面基底元件；
5.一种测量电子束焊缝宽度和余高的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种测量电子束焊缝宽度和余高的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李璐璐，刘乾，黄小津，李禾，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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