本发明专利技术涉及一种用于焊接变形三维非接触式测量的精确定位方法，其包括以下步骤：1)在板材上横向、竖向分别划出若干相互平行的直线；在横向与竖向直线的各交点中，选取标识点，在标识点的位置钻盲孔放置钢珠；使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂；2)利用三维激光扫描仪对放置钢珠的板材进行扫描，得到钢珠及其板材焊接前的点云文件；3)将钢珠取下，清除显像剂，对板材进行焊接；4)焊接结束后，再次将钢珠放置在盲孔的位置，使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂；5)利用三维激光扫描仪对堆焊试验后的板材和钢珠再次进行扫描，得到钢珠及其板材焊接变形后的点云文件；6)对焊接前、后的点云文件进行数据处理，得到标识点在焊接前、后的三维坐标值，进而计算板材的位移和焊接变形量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种定位方法，特别是关于。
技术介绍
焊接作为一种高效的连接方法广泛应用于船舶、桥梁、建筑、航空等制造行业，然而，由于焊接过程本身的复杂性，使得焊接结构的残余变形成为焊接领域一个非常棘手的问题。焊接过程中，材料的局部不均勻受热、板厚方向的热梯度、材料的局部非协调塑性应变是产生各种焊接变形的根本原因。焊接变形的存在不仅可能造成焊接结构形状的变异， 影响结构尺寸精度，降低承载能力和机械性能，而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接结构疲劳强度降低的主要原因，因此，如何精确控制和调整焊接变形变得十分重要。对焊接变形进行快速、准确的测量，是评价控制和调整焊接变形效果的必要手段， 同时也可用于验证焊接变形数值模拟结果的合理程度。因此，国内外研究学者通过设计各种不同的方法对焊接变形进行测量。传统的焊接变形测量方法一般包括动态测量和静态测量两种。动态测量方法一般是利用位移传感器进行接触式的变形测量，可实时测量焊件某点的动态位移，但是需要通过同时测量多点才能得到焊接变形的变化过程，很难实时显示变形情况，另外测量时需要屏蔽焊接条件下的强烈干扰，且受高精度传感器的测量量程限制，所以很难用于大变形量的测量，而且在应用于薄板焊接变形测量时，由于面外变形剧烈，所以更加困难。静态测量一般采用尺寸测量方法，用于构件尺寸比较小的情况，但是对于实际应用中构件尺寸比较大情况下的焊接变形测量，难度较大，而且不能实时测量。三维坐标测量机是一种先进的检测仪器，可以获得焊接工件表面上的空间坐标。虽然此方法通用性较好，但是步骤繁杂，所测构件的尺寸受到测量仪器空间的限制，更重要的是，由于不能精确重复定位，对焊接前后同一位置的坐标进行测量十分困难，从而很难算出焊接引起的位移变化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供，该方法不仅解决了由于高温带来的同一位置标识点定位困难的问题，而且能够重复定位、实时测量、通用性好。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案，其包括以下步骤1)依据一定刻度，在板材上横向、竖向分别划出若干相互平行的直线；在横向与竖向直线的各交点中，选取若干需要精确定位的交点做为标识点，在标识点的位置钻盲孔，在盲孔位置分别放置一钢珠；使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂；2)利用三维激光扫描仪对放置钢珠的板材进行扫描，得到板材和钢珠焊接前的点云文件；3)将钢珠取下，清除掉显像剂，对板材进行堆焊试验；4)焊接工作结束后，再次将钢珠放置在盲孔的位置，使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂力)利用三维激光扫描仪对堆焊试验后的板材和钢珠再次进行扫描，得到板材和钢珠焊接变形后的点云文件；6)对焊接前、 后的点云文件进行数据处理，得到焊接前、后标识点的三维坐标值，进而计算板材的位移和焊接变形量。所述步骤6)中，对焊接前、后的点云文件进行数据处理的具体方法如下①将焊接前、后的点云文件导入Imageware软件中，通过坐标变换，将焊接前、后点云文件的参考坐标系转换到同一个参考坐标系之内；②统一参考坐标系后，根据焊接前、后扫描所得到的球面轮廓的点云文件，利用Imageware软件计算得到焊接前钢珠球心的三维坐标O1,以及焊接后钢珠球心的三维坐标A ；③通过钢珠球心的三维坐标到被测标识点所在表面的垂直距离，求得标识点焊接前的三维坐标A1 (X1, Y1, Z1)和焊接后的三维坐标A2 (X2, Y2, Z2)；④通过标识点焊接前、后的三维坐标位移的差值，求得标识点的前、后位移；多个标识点即反映出焊接前后构件的变形量。所述步骤①中，将焊接前、后点云文件的参考坐标系转换到同一个参考坐标系内的具体方法为将板材放于同一水平面内进行扫描，以此扫描平面建立参考坐标系；首先， 将板材所在的面与水平面进行对齐；然后再将板材两条相互垂直的边与水平面内建立的两条相互垂直的线进行对齐，作为坐标系的X轴和Y轴，Z轴为垂直平面方向；利用Imageware 软件中“将点云投影到面”选项，将扫描平面投影到Lnageware软件中的坐标面内，即将面进行了对齐。然后，在点云文件相互垂直的线上做两条直线Xl和Y1，同时在Imageware软件中建立两条相互垂直的线X2和Y2，利用Imageware软件中线对齐功能，将Xl和X2进行对齐，Yl和Y2进行对齐；至此，即将焊接前、后点云文件的参考坐标系转换到同一个参考坐标系之内。所述步骤②中，钢珠球心的三维坐标求得方法具体为首先，利用Imageware软件中“圈选点”功能将每个钢珠的点云文件从板材中分离出来；然后，利用“云构建曲面”功能， 将钢珠的点云拟合成球体，将板材的点云拟合成面；最后，利用测量“点位置”功能，同时勾选“捕捉中心”选项，即可求得每个钢珠球心的三维坐标值。所述步骤③中，求得钢珠球心在板材表面上的垂直距离的具体方法为钢珠球心三维坐标求得以后，利用Imageware软件中，“测量距离”选项中的“点到曲面最小距离”选项，求得钢珠球心在板材表面上的垂直距离，同时给出标识点的坐标值。所述板材选取45#钢薄板，所述45#钢薄板的长度、宽度、厚度尺寸选为 400mmX400mmX3mm，在所述45#钢薄板上选择50个点做为标识点，在50个标识点的位置钻盲孔放置钢珠，所述盲孔的直径和深度为1mm。所述三维激光扫描仪与电脑相连，通过电脑实时观测点云文件扫描的过程及其板材和钢珠的点云文件的输出。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术通过在焊板上打浅盲孔，在浅盲孔内放置钢珠的方式，进行标识点的精确重复定位，解决了三维坐标测量机测量焊接变形时，不能精确重复定位，对焊接前后同一位置的坐标进行测量十分困难的问题。2、 本专利技术采用三维激光扫描仪进行测量，利用钢珠进行精确重复定位，因此，能够更加准确和快速的获得焊接前后同一标识点的三维坐标，从而有效地的计算焊接位移和变形。3、本专利技术在焊接前在板材上打盲孔放置钢珠，然后进行扫描，得到焊接前的板材和钢珠的点云文件；焊接时，拿掉钢珠；焊接后，重新放置钢珠，进行扫描，得到焊接后板材和钢珠的点云文件；因此，解决了应用三维激光扫描仪测量时用于定位的标识点(一般为贴标识片的方式) 不能耐高温的缺点，为焊接变形的测量和焊接前后同一位置标识点的精确重复定位提供了一种有效手段。4、本专利技术首先通过求得焊接前钢珠球心的三维坐标，以及焊接后钢珠球心的三维坐标，进而获得标识点焊接前的三维坐标和焊接后的三维坐标，因此，算法简单，容易实现。本专利技术可实现构件焊接变形三维非接触式测量时，焊接前后同一位置标识点的精确定位，解决了由于高温带来的同一位置标识点定位困难的问题，提供了一种对构件焊接变形过程中的角变形、弯曲变形、横向收缩及纵向收缩等变形数据三维非接触式测量方法， 这对于深入研究焊接变形的规律和机理、实现焊接变形的精确控制具有重要意义。附图说明图1是本专利技术流程示意2是本专利技术板材划线示意3是本专利技术板材钻浅盲孔后放置钢球示意4是本专利技术焊接前放置钢珠示意5是本专利技术焊接后放置钢珠示意图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术方法包括以下步骤1)依据一定的刻度，应用刻针工具在板材1上横向、竖向分别划出若干相互平行的直线，各横向和竖向直线相互垂直本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于焊接变形三维非接触式测量的精确定位方法，其包括以下步骤：１）依据一定刻度，在板材上横向、竖向分别划出若干相互平行的直线；在横向与竖向直线的各交点中，选取若干需要精确定位的交点做为标识点，在标识点的位置钻盲孔，在盲孔位置分别放置一钢珠；使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂；２）利用三维激光扫描仪对放置钢珠的板材进行扫描，得到板材和钢珠焊接前的点云文件；３）将钢珠取下，清除掉显像剂，对板材进行堆焊试验；４）焊接工作结束后，再次将钢珠放置在盲孔的位置，使用显像剂对板材和钢珠进行喷涂；５）利用三维激光扫描仪对堆焊试验后的板材和钢珠再次进行扫描，得到板材和钢珠焊接变形后的点云文件；６）对焊接前、后的点云文件进行数据处理，得到焊接前、后标识点的三维坐标值，进而计算板材的位移和焊接变形量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海燕，何洪文，王鹏，钮文翀，徐兴全，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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