张鹤轩+龚锦成
[摘 要]焊接工艺作为当代生产、加工的重要工艺类型，在很多方面都对社会发展产生了较大的影响。从客观的角度来分析，利用焊接工艺可以在金属薄板的焊接上得到良好的效果，针对各类产品的加工，以及艺术化体现等，均做出了较大的贡献。但是，金属薄板焊接的过程中，还必须在全场变形上有所了解，观察是否在正常的变形，是否需要做出纠正和修改。文章针对数字图像相关法测量金属薄板焊接全场变形展开讨论，并提出合理化建议。
[关键词]数字图像相关法；测量；金属；薄板；变形
中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0042-02
本次研究中，针对数字图像相关法的测试分析，主要是采用一种焊接用板件固定系统，包括DSP控制器、电机驱动电路以及固定装置。其中，固定装置包括：用以承载要被焊接的板件的承载底盘和与承载底盘固定连接且在竖直方向上延伸的固定圆柱部件。固定圆柱部件包括：竖直方向延伸且在直径方向上相对的两个固定柱、与两个固定柱的上端固定连接的顶壁部分以及与下端固定连接的柱根部分。两个固定柱之间的水平方向延伸的伸缩通道中可滑动地设置有关于固体圆柱部件的中心轴线对称的两个锁定滑块。
一、数字图像相关法
从方法本身来分析，数字图像相关法在应用的过程中，自身表现为匹配两幅图像上对应点的方法，在原理的表现上，如图1所示。在图1当中，一幅做为参考的图像，另一幅则作为待匹配的图像。我们在操作数字图像相关法的过程中，需要在参考的图像当中，选择待匹配点（x，y），并且将改点的中心（2M+1）*（2M+1）的大小的矩形图形进行确定。然后，要求在待匹配的图像当中，利用相关的搜索方法进行干预，一定要按照某一个相关的函数，进行相关的计算分析，通过计算的方法，是为了寻找与断定的子图像相关系数最大的中心的子图像，具体表现为（x，y），那么由此可以推导出，（x，y）就是点（x，y）在待匹配图像当中的对应点。在实施相关匹配操作的过程中，左边的图像与右边的图像，应该是按照某一个映射函数来进行计算处理，在本次的研究中，主要是通过一阶映射函数来进行表达的。在函数的内容上，主要是包含了旋转、平移、正应变、剪切应变等分量，具体如式（1）所示。
在式中，△x，△y分別表示的是，点（、）与子图像中心点在x，y方向上的距离情况；u，v所表示的是子图像中心点变形以后，其在x，y方向上的位移分量情况；、、、则表示的是参考子图像的一阶位移梯度情况。
二、数字图像相关法的测量分析
在应用数字图像相关法的过程中，将匹配工作完成后，针对任意一个变形状态的左右两幅图像的中心点而言，可以通过三角测量原理的方法，对中心点有效的重建对应的三维空间坐标。在重复上述的操作过程以后，就能够在图像当中，得到数个空间坐标。这些空间坐标，会经过曲面拟合的操作方法，能够构成物体表面的三维形貌。在进一步的计算、分析后，则可以将被测表面的三维位移场进行明确。在最后的计算分析工作当中，需要在变形以前的参考状态下，利用某一点P，以及P点周围的4个点，建立出4个三角形，这样操作的好处在于，对于每一个三角形而言，都可以根据其变形前、变形后的变长变化，得到基于柯西--格林张量的拉格朗日应变，在取得4个三角形的应变平均值以后，将其作为点P的应变数值。
三、数字图像相关法的测量要求
金属薄板焊接的全场变形情况，在理论上应用数字图像相关法，的确可以得到较好的成果，出现误差的概率也比较低。但是就金属薄板焊接的全场变形而言，其在实际的操作过程中，有可能因为外界因素的影响，从而产生一些其他的变化。此时，应用数字图像相关法进行测量的时候，就必须将各项要求进行贯彻执行。本文认为，为了保证数字图像相关法的测量结果，能够在可靠性方面表现较高，其在实际的操作过程中，应保证以下几点内容得到良好的完成。第一，针对被测物体的表面，应具有高对比度的随机特征，或者是具备高对比度的纹理，能够通过黑白亚光漆进行喷涂形成。第二，采集的图像当中，图像本身的清晰度、分辨率等，必须要达到较高的要求。第三，在开展相关计算的过程中，应该有效的确保，其划分的子图像尺寸，能够大于散斑特征的最大尺寸。第四，在种子点的选择上，应该尽量的选择在被测物体表面的变形较小的区域当中，同时还要保证选择的种子点，其能够在整个变形过程中，一直处在相机的视场当中。
四、实验分析
在本次的研究当中，选择的被测板件的材料，主要是表现为Q235，该材料要求被加工成长方形的薄板件，在厚度方面需控制在2.5mm的标准上。详细的焊接参数，如表1所示。在试验过程中，利用本次研究所阐述的方法，针对焊接的变形情况，做出相应的测量分析。需要采用黑白的亚光漆，针对被测板件的表面，实施喷漆处理。在喷漆的效果上，要求能够形成近似黑白相间的图案效果。并且要以此作为数字图像相关法根种被测件表面变形的散斑特征。
表1：焊接参数
本文根据数字图像相关算法和变形测量理论，基于Window XP环境，利用VC++6.0研制开发了用于焊接变形测量的计算软件。将实验采集的图像导入软件进行相关计算和分析处理即可实现金属薄板焊接变形场的测量。然后，将测量获得的三维数据统一到被测件的设计坐标系中以方便后续焊接变形分析或验证其他焊接数值模拟方法。
五、结果分析
金属薄板的焊接工作，是日常生产加工的常见工作内容，其全场变形问题，一直是困扰着产品质量，因此需要在多个层面开展详细的分析。从本次研究来看，在数字图像相关法的运用过程中，其基本上可以针对金属薄板焊接的全场变形，实施一个较为有效的测量，在理论方法上、实践操作上，基本上都可以得到一个理想的效果，如图1--图3所示。
由于采用了能够瞬时转变状态从锁定至解锁或者从解锁至锁定的转换，因此其便于大规模化生产的过程中统一操作，提高效率。同时，由于锁定后整个板件在顶面和底面处被压合锁定，因此结构达到稳固可靠的状态。通过设置位置检测装置能够对转动杆的转动方向进行定位，能够通过电机所施加的保持力矩或自锁力矩而使得处于锁定状态并且转动臂与两个锁定滑块处于非稳态时候的整个装置被附加的锁定，电机由DSP控制器通过电机驱动电路控制，从而保证状态位置的稳定。
本文针对金属薄板焊接变形测量的需求，围绕数字图像相关技术进行了深入研究。提出了一种基于种子点的高精度相关匹配算法，研制了用于薄板焊接变形测量的实验系统，并对其进行了精度验证和实际测量实验。实验结果表明：本文方法的应变测量精度为0.5%，与引伸计基本相当；不仅可以测量焊接变形最终状态的位移和应变，而且能够直观、准确地测量Q235薄板件在整个焊接过程中的表面形貌、三维位移场和应变场。
总结
本文对数字图像相关法展开讨论，通过应用该种方法，能够在金属薄板焊接的全场变形测量上，得到一个较为精确的结果，在实际应用的效果上比较突出。从主观的角度来分析，金属薄板焊接的全场变形测量，必须要快速的完成，同时不能表现出严重的错误。而数字图像相关法本身表现为简洁的特点，在良好的应用后，其基本上不会出现严重的误差，能够符合工作上的需求，对操作者的要求并不高，因此可以在未来的工作上，将该种测量方法推广应用。
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