一種焊縫宏觀金相圖像觀察與記錄裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■ 王鵬，高斌，仲積峰，王曉波

1. 概述

焊接技術(shù)在軌道車輛的生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，為了保證焊接質(zhì)量，需要進(jìn)行大量的焊接培訓(xùn)、焊接試驗(yàn)工作，通過制備焊接試樣宏觀金相，檢驗(yàn)焊縫的熔合情況，從而判斷焊縫是否合格；之后對(duì)合格試樣進(jìn)行拍照記錄，作為焊工操作技能或焊接試驗(yàn)結(jié)果的證明材料。

通常情況下，宏觀金相試樣數(shù)量大、生產(chǎn)周期緊，由于沒有合適的拍照裝置，使用普通相機(jī)所獲得的照片質(zhì)量差、規(guī)格不統(tǒng)一、試樣編號(hào)與圖片不能直觀的進(jìn)行對(duì)應(yīng)，給后續(xù)資料整理工作帶來困難。如何獲取焊縫清晰、規(guī)格統(tǒng)一、畫面美觀的宏觀金相照片，又能迅速完成焊縫宏觀金相照片的拍照、保存、編號(hào)等步驟，并分類保存在計(jì)算機(jī)里成為了亟待解決的問題。

2. 設(shè)計(jì)制作焊縫宏觀金相圖像觀察與記錄裝置

本設(shè)計(jì)方案首先要解決在不受環(huán)境光線亮度的影響下，隨時(shí)獲取焊縫清晰、規(guī)格統(tǒng)一、畫面美觀的宏觀金相照片；其次迅速完成焊縫宏觀金相照片的拍照、保存、編號(hào)等步驟，并分類存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里，方便后續(xù)的文檔編輯工作。為解決上述的技術(shù)難題，該裝置進(jìn)行了以下四個(gè)方面功能設(shè)計(jì)。

（1）建立拍照系統(tǒng) 為了實(shí)現(xiàn)在不受環(huán)境光線亮度不足的影響下，隨時(shí)獲取焊縫清晰的照片，選擇使用佳能單反相機(jī)作為拍照主體，使用專門選定匹配的微距鏡頭，在照相機(jī)鏡頭前端通過轉(zhuǎn)換圈加裝環(huán)形LED閃光燈，形成微距拍照燈環(huán)。通過閃關(guān)燈控制器供電，亮度可以無極調(diào)節(jié)，多擋亮度快捷輸出，根據(jù)環(huán)境光線亮度調(diào)節(jié)閃光燈亮度，可以實(shí)現(xiàn)在低亮度的環(huán)境下進(jìn)行拍照工作，還原物體本色，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）建立照相機(jī)位置調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該裝置可以根據(jù)不同型號(hào)的佳能單反相機(jī)和鏡頭調(diào)節(jié)拍照的位置，實(shí)現(xiàn)焊縫宏觀金相照片的最佳構(gòu)圖，增加拍照過程中的穩(wěn)定性，獲得統(tǒng)一、美觀的照片。其主要結(jié)構(gòu)及工作原理如下：

圖1

第一，左右調(diào)節(jié)：以底座為固定基座，底座桿為旋轉(zhuǎn)體在底座套筒內(nèi)進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，設(shè)置底座套筒固定旋鈕進(jìn)行鎖緊。

第二，前后調(diào)節(jié)：橫向絲桿端部固定在底座桿的上部，并在橫向絲桿一側(cè)開直線導(dǎo)向槽，當(dāng)旋轉(zhuǎn)橫向調(diào)節(jié)旋鈕時(shí)，橫向穩(wěn)定套筒一起沿著導(dǎo)向槽前后移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)到合適位置時(shí)利用橫向固定套筒上的橫向固定旋鈕鎖緊。

第三，上下調(diào)節(jié)：縱向穩(wěn)定套筒與橫向穩(wěn)定套筒通過連接座進(jìn)行連接，兩者相互垂直?？v向絲桿一側(cè)開直線導(dǎo)向槽，當(dāng)旋轉(zhuǎn)縱向調(diào)節(jié)旋鈕時(shí)，縱向絲桿通過導(dǎo)向槽在縱向穩(wěn)定套筒內(nèi)上下移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)到合適位置時(shí)利用縱向固定套筒上的縱向固定旋鈕鎖緊。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（3）建立載物臺(tái)系統(tǒng) 載物臺(tái)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理：載物臺(tái)為宏觀試件的防止平臺(tái)，其前端設(shè)置了橫向與縱向的刻度尺，刻度尺可以在卡槽內(nèi)左右移動(dòng)，調(diào)節(jié)標(biāo)尺位置；載物臺(tái)的后端設(shè)置了底色板作為拍照背景，具體使用的色彩可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更換；載物臺(tái)底部與橫向滑塊相連接，橫向滑塊可以沿著導(dǎo)向桿滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整改載物臺(tái)的位置調(diào)節(jié)。當(dāng)照相機(jī)與標(biāo)尺的相對(duì)位置固定以后，批量拍攝的圖片規(guī)格可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。

（4）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制拍照功能 利用E0S Utility拍照軟件來控制相機(jī)的拍照過程。只需要通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊焊縫處對(duì)焦，在點(diǎn)擊拍攝按鈕便可完成拍攝。一次性完成焊縫宏觀金相照片的拍照、保存、編號(hào)等步驟，并分類存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里，方便后續(xù)的文檔編輯工作。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作焊縫宏觀金相圖像觀察與記錄系統(tǒng)裝置，具體如圖4所示。

圖2 照相機(jī)位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3. 焊縫宏觀金相圖像觀察與記錄系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）焊縫宏觀金相圖像觀察與記錄系統(tǒng) 首先，準(zhǔn)備過程：①開啟相機(jī)并打開拍照軟件。②通過軟件窗口畫面調(diào)整三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將相機(jī)鏡頭調(diào)節(jié)到合適的位置。③打開閃光燈控制器，根據(jù)環(huán)境光源亮度調(diào)節(jié)閃光燈亮度。④新建照片文件夾并設(shè)置為拍照軟件保存路徑，如附表所示。

其次，拍照過程：①將焊縫宏觀金相試樣放入載物臺(tái)上。②在拍照軟件窗口用鼠標(biāo)雙擊焊縫區(qū)域進(jìn)行對(duì)焦并進(jìn)行拍照。③打開照片文件夾，將照片文件名修改為試件編號(hào)。

整個(gè)過程只需要設(shè)置一次，后續(xù)拍照只需放置試樣、點(diǎn)擊鼠標(biāo)對(duì)焦、拍照、保存、編號(hào)即可，在進(jìn)行大批量宏觀金相拍照時(shí)，可以獲得規(guī)格統(tǒng)一、清晰、美觀的照片。

圖3 構(gòu)思思路、設(shè)計(jì)原理

圖4 制作完成后的效果

（2）焊縫宏觀金相時(shí)時(shí)觀察 通常情況下需要借助放大鏡或顯微鏡，在車間現(xiàn)場(chǎng)使用這些工具和設(shè)備并不直觀，也不利于培訓(xùn)老師對(duì)學(xué)員進(jìn)行深入的講解。而使用本系統(tǒng)，可以非常簡(jiǎn)便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝與演示，不需要專業(yè)技能培訓(xùn)。通過電腦屏幕或連接投影儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可對(duì)焊縫宏觀試樣進(jìn)行放大，很容易觀察焊縫的細(xì)節(jié)。如圖5所示，通過鼠標(biāo)拖動(dòng)圖片，可以觀察任意位置，使用非常方便。

（3）焊接工作試件記錄改善 根據(jù)《軌道車輛和車輛部件的焊接-第四部分：生產(chǎn)要求》（EN15085-4）第4.2條規(guī)定，工藝人員需要對(duì)部分接頭進(jìn)行工作試件制作，已驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊縫檢驗(yàn)、工藝方法及焊工技能等，合格后需要出具“焊接工作試件記錄”報(bào)告，焊縫宏觀金相照片為該報(bào)告內(nèi)容中非常重要的項(xiàng)點(diǎn)，通過本系統(tǒng)拍照所獲得的宏觀照片可以做出非常規(guī)范的“焊接工作試件記錄”報(bào)告。

圖5 拍攝軟件實(shí)時(shí)畫面（對(duì)焦點(diǎn)放大圖像）

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）提高圖片質(zhì)量 改善后可以不受環(huán)境光線亮度的影響，隨時(shí)獲取焊縫清晰、規(guī)格統(tǒng)一、畫面美觀的宏觀金相照片，所編制的焊接工作試件報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)、美觀。

（2）觀察焊縫細(xì)節(jié) 在拍照過程中可對(duì)任何區(qū)域進(jìn)行放大后進(jìn)行觀察（最大可以放大20倍），及時(shí)掌握焊縫細(xì)節(jié)，幫助工藝和培訓(xùn)人員做出準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)可以為操作人員直觀的感受焊縫斷面形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了焊縫斷面分析功能。

（3）提高工作效率 可以在計(jì)算機(jī)上控制拍照過程，一次性完成焊縫宏觀金相照片的拍照、保存、編號(hào)等步驟，并分類保存在計(jì)算機(jī)里。采用本系統(tǒng)后，從以前的兩人操作，變?yōu)橐蝗瞬僮?，整個(gè)過程操作簡(jiǎn)單，任何人均可以順利完成。

（4）降低勞動(dòng)強(qiáng)度 減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，廢除了繁瑣而不愉快的工作過程，操作簡(jiǎn)單，極大地提高工作效率。