[發明專利]一種基于激光焊接過程的原始激光聲信號提取裝置

無效

• 申請號: 201010609586.3
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102141546A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 羅震;敖三三;玄文博;王皓;袁濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G01N29/04;B23K26/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，特別涉及一種激光焊接過程中原始激光聲信號提取裝置。

背景技術

激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一，它是通過將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過金屬與激光之間的相互作用，使金屬熔化形成連接的一種方法。激光焊接具有輸出功率大、焊接速度快，具有很強的可擴展性，被廣泛應用到焊接生產中。但由于在實際的激光焊接過程中，工件的裝配過程不可避免會出現一些誤差，同時，在長時間的焊接過程中，激光器及其光學系統會出現不穩定和污染。另外，激光焊接過程本身包含著許多復雜而又相互影響的物理冶金過程，如材料的熔化和蒸發、小孔的形成以及光致等離子體的出現等，這些因素的存在使得激光焊接質量難以得到保證。

目前，對激光焊接質量的檢測與分析重點主要集中在焊接過程中激光與材料相互作用所產生的各種信號，這些信號主要有光、電、聲等。它們能夠反應焊接過程穩定與否及激光焊接質量的優劣。早期的研究都是選取某一種信號作為檢測參量對焊接過程中的焊接質量進行監測。包括利用等離子體光學傳感器來采集等離子體的紫外光以及利用等離子體電荷傳感器檢測噴嘴和工件之間所形成的電位差來診斷焊接區的激光功率是否正常，或是自動跟蹤噴嘴保證噴嘴-工件高度不變。

但是，上述檢測方式都存在一定的局限性。比如利用光信號來監測激光焊接過程，該方法對焊接材料具有一定的選擇性，要求所焊接的材料必須保證其焊接過程中所發出的光信號很明確，才能夠準確監測；同時，這些方法都為接觸式監測方式，對傳感器的安裝要求比較高。

目前，激光焊接過程中的聲信號被廣泛采用。激光聲信號的產生與激光焊接過程中“小孔”產生有關。當激光輻射照度大于10⁶W/cm²時，材料表面在激光作用下熔化和蒸發，當蒸發速度足夠大的時候，所產生的金屬蒸汽的反沖壓力足以克服液態金屬表面的張力和重力，從而排開部分液態金屬，導致激光作用區處的熔化金屬下凹，形成小坑；此時，激光束直接作用在凹坑底部，從而使金屬進一步熔化和汽化，高壓蒸汽繼續迫使凹坑底部的液態金屬排向熔池的周圍，從而使小坑進一步加深。這個過程持續進行下去，最終會在液態金屬中形成一個“小孔”。當小孔中的金屬蒸汽壓力與液態金屬的表面張力和重力形成動態平衡后，“小孔”不再繼續加深，而是形成一個具有一定深度的穩定“小孔”，這個就是“小孔效應”。在“小孔效應”過程中，等離子體從小孔中噴射出來時的壓力波動會發出一種可聽的聲音。聲信號在一定程度上直接反映出了焊接質量的優劣。

對聲信號的檢測最簡單的方法就是利用傳聲器進行探測進而轉化為小孔中的等離子體壓力的變化。該方法是目前應用最多的一種非接觸式監測方式。有學者就曾采用傳聲器測量焊接過程中的聲信號，然后對聲信號進行傅立葉變換，對頻譜的分布特性進行研究。但是該方法的缺點是激光焊接過程的“小孔”聲信號極易受到噴嘴氣流和環境噪聲影響，尤其是在現場焊接過程中，各種機器的噪聲將會嚴重影響到聲信號檢測的質量和精度。同時，當噪聲源引入到激光“小孔”聲信號中后，對后續的數據分析帶來了很大困難。無法對激光焊接過程中的原始激光聲信號進行分析。盡管有學者采用信號處理的方法，通過頻譜相減，從采集到總的聲信號中減去焊接過程中的其他的噪聲源，進而近似得到焊接過程中原始激光聲信號。但是該方法的應用需要假設焊接過程中的噪聲源信號為穩態信號。然而，實際焊接過程中的噪聲源不可能保持穩態，這無疑對后續的焊接質量的監測判定帶來了很大的誤差。如何能準確提取激光焊接過程中原始的激光聲信號，是目前基于激光聲信號焊接質量檢測的一個難點。同時，焊接過程中原始激光聲信號的成功提取，無疑能幫助人們對激光焊接的機理有更科學和深刻的認識和掌握。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于激光焊接過程的原始激光聲信號提取裝置。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種基于激光焊接過程的原始激光聲信號提取裝置，包括傳聲器，該裝置還包括一封閉的隔音箱體，所述隔音箱體上開有傳聲孔，所述傳聲孔上設有所述傳聲器；所述隔音箱體設有透光窗，所述隔音箱體內設有工件支撐墊塊。

所述隔音箱體包括由不銹鋼板制成外殼，所述外殼的內壁上滿附有由吸音材料形成的吸音層。

所述透光窗是由設置在所述隔音箱體上的石英玻璃形成的。