[发明专利]基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法

权利要求书

1.基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其特征在于，其步骤为：

步骤一：焊接前，先将待测试板进行去应力退火，再将热处理后的待测试板打磨去氧化皮并用丙酮擦洗干净，最后焊接；

步骤二：焊接后，对步骤一中的焊接试板进行垂直于焊缝中截面的切割，对切割后的试板进行XJTU-OM拍摄，得到计算出的测量点云数据；并标记切割后的两个平面为切割面A、B；

步骤三：将步骤二中得到的测量点云数据采用Geomagic qualify挤压扫描数据带宽度进行初步去噪拟合，得到初次去噪点云；

步骤四：将步骤三得到的初次去噪点云通过MATLAB按照网格大小均值去噪，点与点之间插值出轮廓数据，进而得到切割面A、B拟合轮廓；

步骤五：将XJTU-OM所测切割面A拟合轮廓进行镜像，然后对两个切割面A、B轮廓进行逐点平均，通过MATLAB生成带有位移偏差的模型，供最终弹性计算使用；

步骤六：应力计算与分析：将步骤五得到的模型，划分均匀有限元网格，输入待测试板物理参数；将离散化的轮廓按照节点位移加载到切面上，然后在待测试板上任意两个顶点处施加约束，防止其发生刚性移动；选择ANSYS瞬态计算，设置时间分析步，时间为20s，步长为60；

所述的MATLAB数据处理主要包括了三方面：点云的找正，计算出点云角度偏差矩阵，其步骤为：A＝(x₀，x₀./x₀)

B＝y₀

R＝inv(A′*A)*A′*B

th＝-arctan(R(1))

x＝x_0.*cos(th)-y_0.*sin(th)

y＝x_0.*sin(th)-y_0.*cos(th)

z＝z₀

对于任意直线y＝kx+b，求出斜率k便可得出偏转角度，对于点云有：

B＝AR

A^TB＝A^TAR

R＝(A^TA)^-1A^TB

即求出了点云需要转正的角度；

转正后的点云按照所需要的数据密度设置网格大小，离散规律化坐标信息，对于固定点X_i，Y_i，求取其网格大小内点云偏差值Z_i的平均值赋给X_i，Y_i，网格大小决定了点云密度，网格越小，点云原始形貌信息表现越充分，但过于细的网格对于去噪效果不太明显，对于求取出的X_i，Y_i与X_i+1，Y_i+1，采用MATLAB自定义的四格点样条函数内插选项V4差值出X_i，Y_i与X_i+1，Y_i+1之间的数值。

2.根据权利要求1所述的基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其特征在于，所述的步骤二中采用慢走丝线切割机床对焊接后的试板进行垂直于焊缝中截面的切割，慢走丝切割采用200μm直径的铜丝，在去离子水中慢速切割，切割速度为20mm²/min。

3.根据权利要求1所述的基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其特征在于，所述的步骤二中将焊接试板两边夹具约束固定以保证切割过程中铜丝始终垂直于焊缝。

4.根据权利要求1所述的基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其特征在于，所述的步骤二中XJTU-OM拍摄之前，进行表面的清理工作，轮廓切面清灰后不需要喷涂显像剂便可以进行直接拍摄。

5.根据权利要求1所述的基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其特征在于，所述的步骤二中XJTU-OM拍摄之前，采用八步标定法进行系统拍摄前标定，即要求标定板相对于摄像头的八个方位依次进行标定。