[发明专利]激光点焊焊核几何参数测量装置及其使用方法

权利要求书

1.一种激光点焊焊核几何参数测量装置的使用方法，所述的激光点焊焊核几何参数测量装置包括测磁传感器(1)、固定板(2)、轴承(3)、弹簧(4)、顶针(5)、握把(6)和角度传感器(7)，

测磁传感器(1)共有八个，将八个测磁传感器(1)平均分为四组，每组包括两个测磁传感器(1)；角度传感器(7)共有两个；

固定板(2)共有两块，固定板(2)为弧形，每块固定板(2)同一端面的两侧分别安装一组测磁传感器(1)，且每组测磁传感器(1)在固定板(2)端面上分别设于上部和下部，每块固定板(2)同一端面的两组测磁传感器(1)之间安装一个角度传感器(7)，两块固定板(2)设于同一个圆弧上且通过轴承(3)与握把(6)连接，两块固定板(2)在同一平面内自由旋转；

弹簧(4)的外端连接顶针(5)，弹簧(4)的内端固定在握把(6)的中部；

测磁传感器(1)的精度不低于0.1nT，固定板(2)所对应的圆心角在30°～45°；

其特征是：按如下步骤依次实施：

a. 握住装置中间的握把(6)，将顶针(5)对准并顶住焊缝的中心位置，使两块固定板(2)横跨在焊缝上方；

b. 根据焊缝的尺寸大小，调节两块固定板(2)，使固定板(2)上各组测磁传感器(1)都与焊缝表面接触；

c. 轻压握把(6)，握把(6)通过弹簧(4)推动顶针(5)，使各组测磁传感器(1)都自动调节至与焊缝紧密贴合；

d. 通过四组上、下分布的两个测磁传感器(1)测量焊缝当前位置各点的焊缝深度，分别记为d₁，d₂，d₃和d₄，通过角度传感器(7)测量焊缝倾角α；

e. 握住握把(6)的上端，沿着焊缝边缘旋转，测量焊缝其他位置的焊缝深度，分别记为d₁'、d₂'、d₃'和d₄'，旋转一周后得到整个焊缝的焊缝深度集合，将其定义为D'；

f. 利用焊缝深度集合D'，用最小二乘法拟合出焊缝熔核的三维立体几何形状，

令：拟合的三维立体几何形状曲线为二次函数y=f(x)=ax²+bx+c，令某次测量的焊缝深度d₁、d₂、d₃和d₄所对应的坐标分别为d₁(x₁,y₁)、d₂(x₂,y₂)、d₃(x₃,y₃)和d₄(x₄,y₄)，共测量n次，n为不小于3的正整数，则由最小二乘法可得：

=

代入测量点d₁、d₂、d₃和d₄的坐标并求解系数a、b和c，即可得到拟合曲线y=f(x)；

g. 根据焊缝各几何参数的定义，建立焊缝深度与几何参数的关系，并计算出这些几何参数：

令：h₁和h₂为熔深，b₁和b₂为熔宽，d为焊缝深度，定义垂直于焊缝表面的方向为y轴方向，取沿焊缝表面垂直于y轴方向为x轴方向，建立直角坐标系，x轴和y轴的交点点O为坐标原点，α为角度传感器测得的焊缝倾角，令拟合曲线y=f(x)与x轴的两个交点坐标分别为A(x₁,0)和B(x₂,0)，在y轴上取一点C，使线段OC的长度为焊缝深度，即点C为焊缝深度的终点位置，在△ABC中：，

在直角坐标系xOy中，直线BC的斜率为tanα，直线DE与直线BC平行，斜率也为tanα，由拟合曲线方程y=f(x)和直线DE的斜率求出切点坐标D(x,y)，随后，利用点斜法求出直线DE的方程为y=f₁(x)，求得点B(x₂,0)与直线DE的距离即为熔深h₂；

同理，在直角坐标系xOy中，直线AC的斜率为tanβ，直线FG与直线AC平行，斜率也为tanβ，由拟合曲线方程y=f(x)和直线FG的斜率求出切点坐标F(x,y)，随后，利用点斜法求出直线FG的方程为y=f₂(x)，求得点A(x₁,0)与直线FG的距离即为熔深h₁。