一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置。其技术方案是：包括散斑制备系统、焊接系统、图像采集传输装置和数据处理装置，焊接系统包括焊丝、导丝嘴、送丝轮、伺服机构，图像采集传输装置包括对钢板进行实时拍照的两台CCD相机、对工件表面进行补光的LED光源以及置于工件右方的图像采集传输中心，CCD相机和LED光源分别通过导线连接到图像采集传输中心；数据显示及处理装置一端与电源相连接，另一端与图像采集传输中心相连接。有益效果是：本实用新型专利技术通过两台CCD相机便可对工件变形前后进行拍照记录，从而得到3D全场数据分布，可以有效测量焊接过程中的实时应变，进而计算出工件的力学性能，数据准确，实验成本低。

A non-contact real-time measurement device for strain measurement in welding process

The utility model relates to a non-contact real-time strain measurement experimental device in welding process. The technical scheme includes speckle preparation system, welding system, image acquisition and transmission device and data processing device. The welding system includes welding wire, wire guide nozzle, wire feed wheel and servo mechanism. The image acquisition and transmission device includes two CCD cameras which take real-time photos of the steel plate and LED light source which supplements the surface of the workpiece. The CCD camera and the LED light source are connected to the image acquisition and transmission center respectively through the wire. One end of the data display and processing device is connected with the power supply, the other end is connected with the image acquisition and transmission center. The utility model has the beneficial effect that the workpiece can be photographed and recorded before and after deformation by two CCD cameras, and the 3D full-field data distribution can be obtained. The real-time strain in the welding process can be effectively measured, and the mechanical properties of the workpiece can be calculated, the data is accurate, and the experimental cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置
本技术涉及焊接实验力学领域，特别涉及一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置。
技术介绍
在工业生产中，焊接早已成为一种不可或缺的制造加工手段，被广泛的应用于各个领域。在焊接过程中，焊缝和热影响区的应力应变变化过程较为复杂且直接影响焊件质量，进而直接影响设备和生产的安全性和可靠性。而焊接过程中数值模拟和仿真误差很大，焊缝区及热影响区的变形机理不明确。焊缝区1000℃以上高温导致实际测量特别困难，是困扰研究焊接过程中焊缝区及热影响区的应力应变的一个难题。传统的应变测量多为接触式测量方法，如利用电阻应变片和高温引伸计来实现应变的测量，但接触式应变测量方法存在如下缺点：（1）电阻应变片测量应变：一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一方向的应变，不能测量全域性的测量；只能测定电阻应变片栅长范围内的平均应变，对应力梯度大的应力场无法进行测量；因应变片需要粘贴在工件上，易出现人为损坏或粘贴不牢的现象；粘结剂对应变测量结果带来的影响不容忽视；（2）高温引伸计测量应变：安装精度要求高；引伸计刀口易钝化，导致打滑；夹具的震动易影响实验结果。由于接触式应变测量存在种种缺点，焊接过程机理复杂，因此设计一种焊接过程中非接触式实时应变测量实验装置是非常有必要的。
技术实现思路
本技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置，能够实时测量焊件的动态变形，可揭示焊接过程中的变形演化过程，对焊接数值计算有较好的验证效果，可以充分检验数值计算中的所做假设的合理性。其技术方案是：包括散斑制备系统、焊接系统、图像采集传输装置和数据处理装置，焊接系统包括焊丝（6）、导丝嘴（7）、送丝轮（8）、伺服机构（12），焊丝（6）的上端通过导丝嘴（7）和送丝轮（8）支撑连接，且焊丝（6）的上端通过连接线与伺服机构（12）连接，通过伺服机构（12）控制焊丝（6）的送丝；图像采集传输装置包括对钢板进行实时拍照的两台CCD相机（10）、对工件表面进行补光的LED光源（9）以及置于工件右方的图像采集传输中心（11），CCD相机（10）和LED光源（9）分别通过导线连接到图像采集传输中心（11）；数据显示及处理装置（14）一端与电源（13）相连接，另一端与图像采集传输中心（11）相连接。优选的，上述的散斑制备系统是在工作台（2）的上部安设工件（3），在工件（3）上表面设有多个散斑（4），且所述的工件（3）的上表面的中部设有坡口（1）。优选的，上述的送丝轮（8）安装在横向移动架（16），且所述横向移动架（16）通过支架（15）支撑连接。优选的，上述的焊丝（6）的下端为电弧（5），且电弧（5）设置在坡口处。所述的工作台（2）的一侧设有风机（17）。本技术的有益效果是：本技术通过两台CCD相机便可对工件变形前后进行拍照记录，从而得到3D全场数据分布，可以有效测量焊接过程中的实时应变，进而计算出工件的力学性能，数据准确，实验成本低；另外，本技术的应用范围广，不受周围环境的影响，不像接触式应变测量方法，花费大量时间磨平工件以及粘贴应变片，也不像条纹干涉法，对操作环境要求严格。附图说明附图1是本技术的连接示意图；附图2是本技术的结构示意图；上图中：坡口1、工作台2、工件3、散斑4、电弧5、焊丝6、导丝嘴7、送丝轮8、LED光源9、CCD相机10、图像采集传输装置11、伺服机构12、电源13、数据显示及处理装置14、支架15、横向移动架16、风机17。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提到的一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置，包括散斑制备系统、焊接系统、图像采集传输装置和数据处理装置，焊接系统包括焊丝6、导丝嘴7、送丝轮8、伺服机构12，焊丝6的上端通过导丝嘴7和送丝轮8支撑连接，且焊丝6的上端通过连接线与伺服机构12连接，通过伺服机构12控制焊丝6的送丝；图像采集传输装置包括对钢板进行实时拍照的两台CCD相机10、对工件表面进行补光的LED光源9以及置于工件右方的图像采集传输中心11，CCD相机10和LED光源9分别通过导线连接到图像采集传输中心11，LED光源可对工件表面进行补光，CCD相机可实时记录整个焊接过程，图像采集传输中心将由CCD相机拍摄的照片进行采集并将图像进行模拟转换后将数据传输给数据显示及处理装置。数据显示及处理装置14一端与电源13相连接，另一端与图像采集传输中心11相连接，上述的散斑制备系统是在工作台2的上部安设工件3，在工件3上表面设有多个散斑4，且所述的工件3的上表面的中部设有坡口1；上述的送丝轮8安装在横向移动架16，且所述横向移动架16通过支架15支撑连接；上述的焊丝6的下端为电弧5，且电弧5设置在坡口处，所述的工作台2的一侧设有风机17，便于对工作台上的工件进行吹风。所述的数据显示及处理装置主要包括数据处理系统，其为安装有基于VC编程数字图像处理程序的计算机，为现有技术，不再详述，使用数字相关方法对采集到的数字图像进行对比处理，得到不同时刻的应变云图，进而获得其他力学性能参数。本技术的实验操作方法，包括以下步骤：1.根据具体工况及焊接工艺要求，通过去油、热处理、喷丸处理、超声波清洗等方式处理工件表面，加工坡口。2.将工件打磨抛光并用酒精清洗后用吹风机将其吹干，然后将磷酸二氢铝和硅酸盐按1:1的比例配制成耐高温胶，均匀涂抹至工件表面，其厚度为0.15mm，然后将氧化铝粉末均匀的洒落到图层上。待其凝固后用吹风机吹扫其表面以去除粘固效果不好的涂层颗粒。将已制备好涂层的工件在室温下放置10h，接着在70℃的环境下保温2h，然后在140℃的环境下保温2h，即可获得尺寸、密度易控制，粘附效果好的耐高温散斑，最高耐热温度可达1000℃。散斑分布应当均一，大小一致，对比明显，且每个散斑点的尺寸不应小于5个像素。散斑太小，则CCD相机难以识别，散斑太大则会导致在屏幕上显示出一团黑色。因散斑大小受氧化铝颗粒大小的直接影响，所以可以轻松实现对散斑图质量的控制；3.将已制备好散斑的工件水平放在工作台上，然后将CCD相机固定在支架上并与数据采集传输装置和数据显示及处理装置相连接；4.标定出CCD相机与工件的相对位置，调节支架角度以使CCD相机的视野涵盖整个工件，调节CCD相机的光圈和曝光，以使得视野更加清晰。当焦距小于20mm时，CCD相机夹角应在20度左右；对于更短焦距的镜头，CCD相机夹角应在35度左右。当图像不够明亮或者对比度不高时，应增强光源补光；当工件表面出现反光时，应调节光源位置；当CCD相机具有一定角度时，应根据图像的明亮程度和景深对光圈大小调节；5.对焊接前的工件进行第一次拍照，记录原始数据；6.启动焊接系统，在伺服机构的控制下，电弧可以通过现有技术的横向移动架及支架沿坡口方向移动，CCD相机实时拍摄工件表面，数据采集传输装置自动评估所拍摄图像上的散斑质量。7.在焊接过程中，可使用风机吹扫工件表面，以防焊接产生的烟雾和热气流影响拍摄效果，降低测量质量。8.数据显示及处理装置将采集的不同时刻的图片利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置，其特征是：包括散斑制备系统、焊接系统、图像采集传输装置和数据处理装置，焊接系统包括焊丝（6）、导丝嘴（7）、送丝轮（8）、伺服机构（12），焊丝（6）的上端通过导丝嘴（7）和送丝轮（8）支撑连接，且焊丝（6）的上端通过连接线与伺服机构（12）连接，通过伺服机构（12）控制焊丝（6）的送丝；图像采集传输装置包括对钢板进行实时拍照的两台CCD相机（10）、对工件表面进行补光的LED光源（9）以及置于工件右方的图像采集传输中心（11），CCD相机（10）和LED光源（9）分别通过导线连接到图像采集传输中心（11）；数据显示及处理装置（14）一端与电源（13）相连接，另一端与图像采集传输中心（11）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种焊接过程中非接触式应变实时测量实验装置，其特征是：包括散斑制备系统、焊接系统、图像采集传输装置和数据处理装置，焊接系统包括焊丝（6）、导丝嘴（7）、送丝轮（8）、伺服机构（12），焊丝（6）的上端通过导丝嘴（7）和送丝轮（8）支撑连接，且焊丝（6）的上端通过连接线与伺服机构（12）连接，通过伺服机构（12）控制焊丝（6）的送丝；图像采集传输装置包括对钢板进行实时拍照的两台CCD相机（10）、对工件表面进行补光的LED光源（9）以及置于工件右方的图像采集传输中心（11），CCD相机（10）和LED光源（9）分别通过导线连接到图像采集传输中心（11）；数据显示及处理装置（14）一端与电源（13）相连接，另一端与图像采集传输中心（11）相连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟亚，张磊，张倩，肖承燃，石越，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37