焊接機(jī)器人因其固定的運(yùn)行程序，焊接過程穩(wěn)定，焊縫成形美觀，質(zhì)量可靠，焊后打磨量較小，大幅降低車間勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，由于與焊接工藝、載荷、邊界條件、材料性質(zhì)和本構(gòu)關(guān)系相關(guān)的不確定性，使用數(shù)值方法評(píng)估高溫焊接變形不夠準(zhǔn)確，對(duì)精確焊接變形測(cè)量的需求日益增加。

采用新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)件焊接過程中的圖像采集分析，可獲得整個(gè)焊接區(qū)域的全場(chǎng)應(yīng)變數(shù)據(jù)，關(guān)鍵點(diǎn)位移數(shù)據(jù)及主/次應(yīng)變方向。DIC技術(shù)分析數(shù)據(jù)可以針對(duì)性地對(duì)焊接工藝、夾具和輔助裝置、零件尺寸等進(jìn)行有效調(diào)整，減輕焊接殘余變形的影響。同時(shí)通過測(cè)試數(shù)據(jù)的積累，有助于自動(dòng)化焊接工藝優(yōu)化，進(jìn)一步提升焊接產(chǎn)品質(zhì)量。

在焊接變形測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)以其獨(dú)特的非接觸、高精度、環(huán)境適應(yīng)性、全場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了其在焊接變形測(cè)試中的巨大潛力。相較于傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量方法，DIC技術(shù)能夠捕捉到更為微觀、全面的焊接變形情況，避免了傳統(tǒng)方法可能遺漏的細(xì)微應(yīng)變變化。

高溫焊接變形測(cè)量的難題

采用有效可靠的測(cè)量方法，分析試板在自動(dòng)化焊接過程中的動(dòng)態(tài)變形，分析影響焊接變形的因素，并尋求在焊接過程中控制焊接變形的方法具有重要意義。

采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)焊接件的焊接變形和應(yīng)變，一般忽略焊接時(shí)的復(fù)雜因素，比如焊接變形機(jī)理的復(fù)雜性、高溫時(shí)材料參數(shù)的難以測(cè)定性等，預(yù)測(cè)結(jié)果一般與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大。

在實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面，采用接觸式傳感器如應(yīng)變計(jì)、位移傳感器等傳統(tǒng)的測(cè)量方法，不能測(cè)量焊接件表面整體的變形場(chǎng)。

在焊縫區(qū)域這種高溫短時(shí)環(huán)境下，變形的速度較快，變形量較大，接觸式測(cè)量設(shè)備需要耐高溫，測(cè)頭的位置不能阻擋焊槍軌跡，因此，難以充分接近焊縫區(qū)域，故這種方法使用受限。

DIC技術(shù)用于焊接變形測(cè)量

數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)可實(shí)現(xiàn)焊接變形的快速、準(zhǔn)確測(cè)量，是評(píng)價(jià)控制和調(diào)整焊接變形效果的理想變形監(jiān)測(cè)方法，DIC技術(shù)能夠生成試樣表面細(xì)致的應(yīng)變場(chǎng)分布圖，特別是在焊接接頭等關(guān)鍵部位，清晰展示出局部應(yīng)變集中的情況，在焊接變形領(lǐng)域具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

非接觸式測(cè)量：在高溫焊接等或形變復(fù)雜的試驗(yàn)中，非接觸式測(cè)量顯得尤為重要。DIC技術(shù)通過捕捉焊接機(jī)表面的散斑特征圖像，無(wú)需物理接觸即可完成測(cè)量，從而保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)：在焊接測(cè)試過程中，DIC技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)追蹤試樣的形變情況。通過分析應(yīng)變集中區(qū)域，研究人員可以迅速調(diào)整測(cè)試參數(shù)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這種實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)能力，可大大提升試驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確性。

高溫弱相關(guān)環(huán)境下圖像的匹配

在板件焊接過程中，焊槍產(chǎn)生的亮點(diǎn)使焊接散斑圖像光照不均勻，焊接高溫環(huán)境的產(chǎn)生的亮度不均和散斑變色將阻礙散斑的正常匹配。 

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，DIC軟件算法通過在高溫弱相關(guān)環(huán)境下的匹配算法，對(duì)原始圖像采用高斯平滑濾波處理，抑制服從正態(tài)分布的噪聲，增強(qiáng)圖像對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)相關(guān)計(jì)算時(shí)圖像子區(qū)的成功匹配。

采用高斯平滑處理的前后圖像對(duì)比

對(duì)應(yīng)焊點(diǎn)區(qū)域散斑的質(zhì)量降低，仍不利于圖像的相關(guān)計(jì)算。由于相鄰狀態(tài)變形的連續(xù)性，DIC軟件采用分步匹配算法，基于相鄰弱相關(guān)圖像的相似性，在圖像序列中自動(dòng)建立基準(zhǔn)，采用分段自適應(yīng)建立基準(zhǔn)的方法保證相關(guān)圖像能夠正常匹配，將精度損失降到最低。

DIC技術(shù)分析焊接變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)獲取的應(yīng)變場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，在焊接過程中，焊接變形主要是由于不均勻溫度場(chǎng)導(dǎo)致熱源周圍的金屬運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。

在焊接過程中，接近熱源位置的金屬溫度較高而迅速膨脹，以熱源為中心，距離熱源越遠(yuǎn)的位置熱影響越小，產(chǎn)生的熱變形越小，因此，板件自外向內(nèi)產(chǎn)生擠壓作用；同樣，當(dāng)熱源離開時(shí)，該區(qū)域的溫度降低，開始收縮，遠(yuǎn)離熱源的區(qū)域?qū)λ之a(chǎn)生拉伸作用。

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)在焊接變形測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用，可克服焊接高溫、高亮現(xiàn)象對(duì)采集圖像的干擾，全面獲取板件試樣焊接過程的全場(chǎng)應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析焊接機(jī)械臂的焊接均勻性和焊接質(zhì)量，從而為焊接工藝優(yōu)化和材料改進(jìn)提供可靠依據(jù)。