[发明专利]基于XJTUOM三维光学面扫描测量系统对于焊接残余应力测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程领域的残余应力测试方法，具体涉及一种基于光学面扫描技术XJTUOM对于焊接残余应力测量方法。 

背景技术

焊接的残余应力是材料在焊接时焊件上产生局部高温而导致的不均匀温度场，并且焊接中心处可达1500℃以上，高温部分向外膨胀伸长但受到邻近部分的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，然而这些温度应力会随着时间和温度而不断变化，然而在焊接应力较高的部位将达到材料的屈服强度而发生塑性变形，因而材料在冷却后将有残存于焊件内的应力则称为焊接残余应力。 

在工程应用上，焊接残余应力在实际情况下是相当复杂的，其应力的大小与分布因焊接构件的形状、尺寸、焊接方法等而异。 

总结来说有以下几种原因造成：1、由于加热和冷却的温度梯度不均匀而产生了焊接热应力从而导致局部的塑性变形，这是焊接残余应力起主导作用的部分；2、由焊前加工状况所造成的附加应力，引起构件的不均匀变形；3、焊接过程对金属构件局部不均匀加热和冷却导致金属组织的变化而引起体积的变化，产生了相变应力。随着现代工业生产日新月异的变化以及新技术的迅猛发展，对焊接技术提出了更高的要求。其中焊接残余应力将是直接影响构件结构性能安全可靠性的重要因素，它在一定条件下，会对结构刚度、稳定性、疲劳强度和工件的精度等有这很大的影响。 

然而为了能够有效降低残余应力对构件服役性能的影响，如何准确地测量出残余应力值，并提出相应的残余应力消除措施一直是国内外众多研究工作者的研究热点。随着技术的发展，对于测量焊接件残余应力有了各种各样的方法，常用的方法有钻孔法、取条法、切槽法、剥 层法、环芯法和剖分法等，在钻孔法中为了降低构件因钻孔而受损伤的程度，可用盲孔法、浅盲孔法。无损测试法是多年来科研人员一直探索的方法，目前无损测试的方法有X射线法、中子衍射法、超声波法、磁性法等。 

目前最成熟的机械法残余应力测量方法为钻孔应变释放法，通常称作小孔法，根据所钻小孔的深度是否达到试板厚度又分为通孔法和盲孔法，小孔法是一种最广泛的残余应力测试技术，这种方法相对简单、便宜、迅速和通用，技术成熟，理论较完善所需设备可以是放置于实验室也可以是携带至出场测量，并适合于范围较广的材料与零件美国材料试验协会(ASTM)于1981年制订了钻孔法的标准ATSM837-81，1999年进行了修订ASTM837-99我国尚无自己的国家标准，1987年引用上述美国标准参照执行。而我国船舶行业于1992年制订了自己的行业标准CB3395-92(该标准由中船总公司第七二五研究所、西安交通大学和大连铁道学院负责起草)但小孔法去除的材料很少因而释放的应力有限，所以只能测量表层一个点的残余应力。 

但是这些方法的应用都有一定的局限性，因此残余应力测试技术至今仍是一个有待深入研究的课题，于是研究工作者在盲孔法的基础上进行改进，提出了一些光学的测量方法，如全息衍射法、等高线法、XJTUDIC数字图像相关法和XJTUOM面扫描等测量方法。 

XJTUOM面扫描方法 

XJTUOM是一个三维实体数字化系统(optical 3d range scanning system)，用于不规则复杂曲面产品零件的移动便携式三维扫描和逆向设计，可以与XJTUDP型工业数字近景三维摄影测量系统(便携式大型物体的关键点三维摄影测量)配合使用。 

采用国际最先进的外差式多频相移三维光学测量技术，单幅测量幅面大小(从150mm到3m)、测量精度、测量速度等性能都达到国际最先进水平，与传统的格雷码加相移方法相比，测量精度更高，单次测量幅面更大、抗干扰能力强、受被测工件表面明暗影响小，而且能够测量表面剧烈变化的工件，可以扫描测量几毫米到几十米的工件和物体。广泛适用于各种需 求三维数据的行业，如汽车工业、飞机工业、摩托车外壳及内饰、家电、雕塑等。 

目前，国内外三维光学密集点云扫描测量系统主要是采用格雷码加相移的三维测量技术，用多幅格雷码光栅对测量区域分级标识，再用单幅光栅相移测量。格雷码加相移的三维测量技术的优点为算法实现简单，易于实现产品化，但是缺点非常明显：一是格雷码只是用于对测量幅面的分级，无法提高测量精度；二是格雷码的使用造成测量系统对测量工件的表面明暗比较敏感，无法测量较暗的工件，无法测量表面剧烈变化的工件；三是单次测量幅面较小，一般小于400mm。