小幅面高温焊缝变形的数字图像相关测量

王立忠; 张振; 赵建博; 田锦华; 叶美图

doi:10.37188/OPE.20212904.0802

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小幅面高温焊缝变形的数字图像相关测量

信息科学 | 更新时间：2021-05-12

- 小幅面高温焊缝变形的数字图像相关测量
- Digital image correlation measurement of high temperature weld seam deformation with small format
- 光学精密工程 2021年29卷第4期页码：802-812
- 作者机构：
  
  1.新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐 830046
  2.西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室，陕西西安 710049
- 作者简介：
  
  [ "王立忠（1968-），男，山东梁山人，博士，教授，博士导师，2004年于西安交通大学获得博士学位，主要从事三维光学测量技术的研究。E-mail：wanglz@mail.xjtu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51865057)
- DOI：10.37188/OPE.20212904.0802
  中图分类号： TP394.1;TH74
- 收稿日期：2020-07-06，
  
  修回日期：2020-09-27，
  
  纸质出版日期：2021-04-15
- 稿件说明：
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王立忠,张振,赵建博等.小幅面高温焊缝变形的数字图像相关测量[J].光学精密工程,2021,29(04):802-812.

WANG Li-zhong,ZHANG Zhen,ZHAO Jian-bo,et al.Digital image correlation measurement of high temperature weld seam deformation with small format[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):802-812.
王立忠,张振,赵建博等.小幅面高温焊缝变形的数字图像相关测量[J].光学精密工程,2021,29(04):802-812. DOI： 10.37188/OPE.20212904.0802.

WANG Li-zhong,ZHANG Zhen,ZHAO Jian-bo,et al.Digital image correlation measurement of high temperature weld seam deformation with small format[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(04):802-812. DOI： 10.37188/OPE.20212904.0802.

摘要

针对电弧焊接下钢板焊缝区小幅面测量时的环境光干扰、散斑脱落等问题，本文提出了一种基于窄通滤波、改进的数字图像相关法和高斯低通滤波技术等原理的非接触式变形测量方法。此方法用数字图像光学测量方法解决了接触式测量设备不耐高温的弊端；用哑光灰色高温胶、黑色高温漆配合制成有效的耐高温散斑。为减小环境光的干扰，在硬件方面安装可滤黄光的窄通滤波片；在算法方面，在数字图像相关法匹配公式中引入两个光补偿系数；结合高斯低通滤波技术对强光区域进行高频去噪，通过增量插值测试得到最佳的滤波截止频率，并对滤波后的图像进行定位移对比实验，验证了高斯低通滤波能有效提高数字图像相关法的匹配精度。本文所提测量方法通过两组实验进行对比，首先与普通处理的实验测量结果对比，匹配过程稳定且云图质量较好。其次与已验证过精度的大幅面实验结果对比，所选两点的测量精度最低为1%，具有较高的匹配精度。最终测出焊缝中心线的最大位移为1.23 mm。从对比实验结果可知：本文测量方法能够有效对小幅面高温焊缝图像进行测量与匹配分析，且理论上精度更高。

Abstract

This study aimed to solve the problems of ambient light interference and speckle loss during small-format measurement of the weld seam of the steel plate under arc welding. For this， a non-contact deformation measurement method is proposed based on the principles of yellow light narrow-pass filter， an improved digital image correlation method （DIC）， and Gaussian low-pass filter technology. The method uses the DIC optical measurement method to address the limitations of the contact measurement equipment， that it cannot work under high temperatures. Thus， matte gray high temperature glue and black high temperature were used paint to ensure effective high temperature speckle resistance. To reduce the interference of ambient light， a narrow-pass filter was installed， which filtered out yellow light. Further， two optical compensation coefficients were added to the DIC matching formula， and Gaussian low-pass filtering technology was used to denoise high frequencies in strong light areas. The incremental interpolation test was used to obtain the best filter cutoff frequency. A constant displacement comparison experiment of DIC was performed on the filtered image， and it was verified that Gaussian low-pass filtering can effectively improve the matching accuracy of DIC. The results of the proposed measurement method were compared by using two sets of experiments. First， they were compared with those of ordinary processing； the matching process was stable and had a better cloud image quality. Second， they were compared with those of large-format experiments with verified accuracy； the measurement accuracy of the selected two points was higher than 1%， which is a high matching accuracy. The maximum displacement of the center line of the weld was 1.23 mm. It can be concluded that the proposed method can effectively measure and match the high-temperature weld image with small format.

关键词

Keywords

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