第32卷第12期 2011年12月
焊接学报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.32No.12 December2011
应用三维激光扫描法测量板材的焊接变形
何洪文，赵海燕，钮文肿，王鹏
（清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084）
摘要：提出一种应用非接触式三维激光扫描仪测量对接试样焊接变形的新方法。在板材上钻孔并放置钢珠用于精确定位，焊接前后应用激光扫描仪对板材和钢珠进行扫描，输出相应的点云文件，应用逆向工程软件lmageware对构件焊接前后的点云文件进行分析和处理，最终得到钢珠球心在焊板上的垂直距离的点的三维坐标，结果表明，该方法解决了由于高温带来的测量点定位困难的间题，可精确计算焊接变形过程中的角变形、弯曲变形等，对于深人研究焊接变形的机理、实现焊接变形的精确控制具有重要意义
关键调：焊接变形；对接试样；三维激光扫描；角变形；弯曲变形
中图分类号：TC404 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253-360X(2011)120009-04
何洪文
式进行测量点的精确定位，应用非接触式三维激光扫描仪测量板材焊接变形
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极其棘手的问题1,2)，焊接过程中，材料的局部不均勾受热、板厚方向的热梯度和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[3,4]，焊接变形的存在不仅可能造成焊接结构形状的改变，而且还会降低构件的承载能力和力学性能，因此如何精确控制和调整焊接变形变得十分重要(3,6)
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有效手段传统焊接变形的测量方法一般包括两种：动态测量和静态测量，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，但是由于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，而且对于薄板焊接变形的测量存在局限性，静态测量一般采用尺寸测量方法，应用于尺寸比较小的构件，对于尺寸较大构件的焊接变形测量难度较大，面且不能实现实时测量7-9，文中研究的目的在于解决三坐标测量机测量焊接变形时存在的缺陷，通过在焊板上打浅盲孔放置钢珠的方
收稿日期：2011-07-20
基金项目：中国博士后科学基金项目（20100480250）；自然科学基金
资助项目（50505019，50935008）：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（NCET-07-0503）；浙江省科技计划资助项目（2009C21019）
万方数据
试验方法
焊接试验以45钢薄板研究对象，应用焊接机器人进行CO，气体保护焊，制作焊接对接试样，板材
尺寸为400mm×200mm×3mm 1.1划线钻孔
应用刻针工具在板材相互垂直的方向上依据一定的刻度划出平行等间距的直线，布局如图1所示选择了板材上平均分布的50个点进行测量，如图1 中圆圈位置所示.在50个测量点的位置钻浅盲孔，孔的直径和深度约为1mm
400
图1板材上钻孔的分布（mm）
Fig, 1 Holes distribution on welding plate
1.2准备工作
钻孔完毕后，将两块板材进行点固焊，将钢珠平稳地放置在盲孔的位置，如图2所示，然后使用