基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法

摘要

基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，涉及激光叠焊焊缝检测技术领域，解决现有激光叠焊焊缝检测技术存在检测效率低，无法满足生产交检节拍的需求等问题，采用线结构光传感器测量激光叠焊焊缝表面形状的特征点P

说明书

技术领域

本发明涉及激光叠焊焊缝检测技术领域，具体涉及一种基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法。

背景技术

激光叠焊接头是新型轨道客车结构中的常见接头型式，由于装配间隙的影响，常出现焊缝表面下凹的问题。研究表明，对于确定的板厚组合，焊缝下凹量不超过某一确定的阈值就能够满足承载要求，因此，激光叠焊的焊缝下凹量检测能够作为评价焊缝性能的重要依据之一。但目前尚无精确、快速、便捷的检测方法，而采用传统百分表测量的方法，其检测效率低下，难以满足生产交检节拍的需求。因此需要开发一种能够适用于激光叠焊焊缝外观质量检测的方法。

线结构光传感器是工业上常见的视觉传感器，能够对激光条纹处的深度方向进行探测，从而获取截面形状信息，线结构光传感器在自动焊领域多用于焊缝跟踪，应用于激光焊缝下凹量检测尚无报道。

为了替代传统百分表测量的方法，需要一种能够满足精确、便捷的检测需求和流水化作业时的生产节拍要求的检测方法。而采用线结构光传感器的检测方法能够解决以上问题，其核心既是线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测算法，该算法考虑了常见的激光叠焊焊缝变形特点，能够解决激光叠焊焊缝下凹量的检测需求。

发明内容

本发明为解决现有激光叠焊焊缝检测技术存在检测效率低，无法满足生产交检节拍的需求等问题，提供一种基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法。

基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，该方法具体过程为：

步骤一、采用线结构光传感器测量激光叠焊焊缝表面形状的特征点P₁，P₂,…,P₅；

步骤二、将步骤一获得的测量点采用线段P₁P₂和线段P₄P₅表示，且线段P₁P₂和线段P₄P₅用下式表示为：

f₁(x)＝k₁x+b₁

f₂(x)＝k₂x+b₂

将特征点P₁、P₂、P₄、P₅的坐标代入式f₁(x)、f₂(x)，可得下式：

步骤三、根据步骤二中式f₁(x)和f₂(x)求解线段P₁P₂和线段P₄P₅延长线的交点Q₁，所述交点Q₁的坐标(x_q1,y_q1)用下式表示为：

步骤四、根据特征点P₂、P₄求解得到线段P₂P₄的中点Q₂，所述中点Q₂的坐标(x_q2,y_q2)用下式表示为：

步骤五、求解出线段Q₁Q₂中点Q₃的坐标(x_q3,y_q3)得

根据获得的中点Q₃的坐标(x_q3,y_q3)，以及P₃点坐标(x₃,y₃)，可以求得被测激光叠焊焊缝的下凹量h，用下式表示为：

本发明的有益效果：本发明所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，存在以下优点：

(1)针对激光叠焊焊缝下凹量的检测需求，本方法能够替代传统百分表测量方法，从而在检测效率、检测精度、操作强度上具有明显优势。

(2)本算法通过解析方式，考虑了手持检测过程中工件表面与传感器下表面不平行(倾斜)及叠焊焊缝两侧工件表面不平行的问题，具有较好的鲁棒性。

(3)本发明所述方法求解简单，对处理单元要求不高，能够满足响应要求，同时也便于检测设备的小型化、集成化。

附图说明

图1为叠焊焊接头两板存在间隙时的原理图；

图2为采用线结构光传感器检测焊缝表面的原理图；

图3为激光叠焊焊缝下凹量的示意图；

图4为工作表面与传感器倾斜时的位置关系示意图；

图5为激光叠焊焊缝两侧工作表面不平行的示意图；

图6为本发明所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法原理图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，当叠焊焊接头两板存在间隙时(图1所示)，焊缝表面会出现下凹，其下凹量直接影响焊接接头性能；图2是采用线结构光传感器进行扫描时的示意图，通过工装保证光平面传感器进行扫描时激光线垂直于焊缝方向。其下凹量h(图3)定义为工件表面到焊缝凹槽最底处的垂直距离。

实际测量中，可能出现如图4、图5所示的情况，在设计检测算法时需要一并考虑在内。图4所示为手持扫描过程中工件表面与传感器下表面不平行(倾斜)，需要在检测算法中加入倾斜补偿。图5所示为叠焊焊缝两侧工件表面不平行，存在一定的夹角。需要在检测算法中加入变形修正。具体检测过程为：

(1)线结构光传感器在扫描轮廓时，根据轮廓表面形状可以获取一系列点及其坐标，以点P_i及其坐标(x_i,y_i)来表示线结构光传感器扫描得到的焊缝表面信息，传感器根据这些检测到的点能够给出如图6所示焊缝表面形状的特征点P₁，P₂,…,P₅。

(2)将直线P₁P₂、P₄P₅分别表示为f₁(x)、f₂(x)，则有

f₁(x)＝k₁x+b₁(式1)

f₂(x)＝k₂x+b₂(式2)

将P₁(x₁,y₁)、P₂(x₂,y₂)、P₄(x₄,y₄)、P₅(x₅,y₅)的坐标代入上式可求得f₁(x)、f₂(x)的表达式，有

(3)根据f₁(x)、f₂(x)求解线段P₁P₂、P₄P₅延长线的交点Q₁坐标(x_q1,y_q1)得

(4)根据P₂、P₄点求解得到线段P₂P₄的中点Q₂的坐标(x_q2,y_q2)得

(5)求解出线段Q₁Q₂中点Q₃的坐标(x_q3,y_q3)得

(6)被测激光叠焊焊缝的下凹量h即为线段P₃Q₃的长度，考虑到用负数表示下凹量，正数表示凸起量，则有

上述计算式中等号右边未知数均可通过式3-7求解得出。

具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法的实施例：某一时刻由线结构光传感器测量某一激光叠焊焊缝，得到的特征点的坐标为P₁(5,0)、P₂(15,-1)、P₃(15.5,-1.63)、P₄(16,-1)、P₅(26.01,-0.12)，该特征点坐标包含图4所示的工件表面与传感器下表面不平行的问题，及图5所示的叠焊焊缝两侧工件表面不平行的问题，根据前述发明内容(单位mm)，则

h＝-0.61

根据该算法可以计算得出，该时刻检测位置的激光叠焊焊缝下凹量为0.61mm。由此可见，该算法能够实现激光焊缝测量过程中的倾斜补偿及变形修正问题。