基于激光点阵的TIG焊熔池自由表面三维形貌测量方法.pdf

第 50卷第24期 机 械 工 程 学 报 Vo1．50 NO．24 学兔兔 2014年 12月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERn G Dec． 2014 DoI：10．3901／JM E．2014．24．010 基于激光点阵的TIG焊熔池 自由表面三维形貌 测量方法水 张 刚 石 王于 黄健康 张伟杰2 樊 丁 (1．兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室 兰州 730050； 2．肯塔基大学生产制造中心 列克星敦 40506 美国) 摘要：测量弧焊熔池 自由表面三维形貌对研究电弧与熔池耦合作用机理，控制焊缝成形及全熔透等有着重要意义。针对现有 的三维测量方法难以应用于强弧光、熔池表面镜面反射情况，提出一种点阵激光测量熔池 自由表面三维形貌的新方法。通过 分析建立熔池自由表面反射成像激光点与投射激光点之间的映射模型，提出基于投射激光点更新的熔池 自由表面三维恢复算 法。重建连续钨级惰性气体保护焊(Tungsteninertgasarcwelding，TIG)熔池 自由表面三维形貌，提取其宽度和高度尺寸，并与 实际测量结果进行对比。结果表明，点阵激光测量法不仅有效避免弧光干扰实现了熔池 自由表面的动态测量，而且重建的熔 池 自由表面三维形貌几何尺寸变化与实测结果吻合较好，宽度和高度误差分别为 1．73％，2．32％，为更好地研究TIG焊熔池 自由表面行为演化规律提供一种新方法。 关键词：熔池 自由表面；激光点阵；镜面反射；三维测量 中图分类号：TG409 M ethodtoM easureThreeDimensionalSpecularSurfaceofTIGW eldPool BasedonDot．matrixLaserPattern ZHANGGang SHIYu HUANGJiankang ZHANGWeijie FANDing (1．StateKeyLaboratoryofAdvancedProcessingandRecyclingofNonferrousMetals， LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050； 2．CenterforManufacturing，UniversiytofKentucky,Lexington40506，USA) Abstract：Measuringthreedimensional(3D)weldpoolsurfaceoftungsteninertgasarcwelding(TIG)hassignificancefor investigatingcoupledmechnaismbetweenweldingarcandweldpool，controlofweldformationnadweldjointpenetration．Howeve~ theinfluenceofsrtongraClightnadthespecularreflection ofweldpoolsurfacemakehteexistedmethodshradly appliedto3D measurement．Tothisend，anew sensingmehtodisproposed，whichutilizeshterefleetedpropertyofweldpoolsurface．Themapping modelbewteenreflectednadprojectedlaserdotsisnaalyzednadestablished．Anew3Dreconstructedalgorihtmisproposedbasedon ther