[發明專利]一種在線識別入射激光偏離狀態的方法

有效

• 申請號: 201410103456.0
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103909348A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 蔡艷;孫大為;朱俊杰;吳毅雄;楊茜
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及二氧化碳激光焊接技術領域，具體涉及一種在三明治結構金屬板二氧化碳激光焊過程中在線識別入射激光偏離狀態的方法。

背景技術

三明治鋼板作為輕質結構，具有比重輕、剛性好、抗沖擊能力強等優點，在船舶、橋梁和建筑等領域的應用日益廣泛。通常，三明治結構的面板和芯板是通過T形接頭的高功率激光焊來連接的，即激光照射在面板上，通過面板上的匙孔達到芯板并造成芯板的熔化，最終形成面板和芯板間的熔接。這種特殊的焊接方式要求入射激光對準芯板中心線，但是實際生產過程中，裝配誤差、工件變形等因素會造成入射激光偏離芯板。另一方面，芯板在焊接過程中被面板遮擋，無法提供坡口圖像，這使得傳統的焊縫跟蹤方法無法在三明治結構金屬板激光焊中使用。檢索發現，目前該領域具有代表性的成果包括：

1）專利《三明治結構焊點簡易制備平臺和制備方法》（申請號：200710042738.4）所述方法是針對小尺寸三明治結構點焊的定位裝置，通過套筒使得銅棒端頭嚴格對中，然后再回火爐中完成兩個銅棒的連接。這種方法在三明治結構金屬板的激光焊過程中并不具備可行性。

2）專利《一種激光焊接焊縫跟蹤實現裝置及其控制方法》（申請號：200910012657.9）所述的焊縫跟蹤方法是基于坡口或接頭處的光紋信息完成的，只能適用于對接或搭接接頭的激光焊。對于三明治結構的激光焊而言，面板完全覆蓋芯板，在激光入射處并不存在任何對接或搭接接頭影響光紋圖像。

3）專利《主動式短波長激光焊接小孔監測及焊縫跟蹤集成裝置》（申請號：201110382357.7）將焊縫跟蹤與焊接過程的小孔監測集成在一套成像系統中，但就焊縫跟蹤而言，仍然是基于接頭圖像的方法，這就限制了它在三明治結構中的應用。

4）專利《基于熔池圖像視覺傳感的激光搭接焊間間隙檢測系統及方法》（申請號：201310413452.8）提出了基于熔池圖像檢測三明治結構激光焊接頭間隙的檢測方法，該方法通過計算熔池圖像的邊緣和面積來判斷T型搭接接頭的間隙。一方面，在其所公開的信息中，并沒有涉及這種方法是否可用于判斷入射激光的偏離程度；另一方面，在二氧化碳激光焊過程中，光致等離子體的強烈輻射會對熔池圖像造成嚴重干擾，對輔助光源的曝光強度，以及光源和相機的同步性都提出了很高的要求，因此檢測系統十分復雜且價格昂貴。

由此可知，目前對三明治結構金屬板的高功率激光深熔焊的入射激光偏離狀態的在線識別還缺乏有效手段，無法保證面板與芯板間的合格接頭，從而最終削弱三明治結構的力學性能，甚至造成嚴重的安全隱患。

因此，本領域的技術人員致力于提供一種在三明治結構金屬板二氧化碳激光焊過程中在線識別入射激光偏離狀態的方法。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種在三明治結構金屬板二氧化碳激光焊過程中對入射激光偏離芯板狀態的在線識別方法。

為實現上述目的，本發明提出了一種在線識別入射激光偏離狀態的方法，用于三明治結構金屬板二氧化碳激光焊，包括以下步驟：將高速相機沿焊接方向固定在入射激光后方，并在焊接過程中對光致等離子云進行連續拍攝；采用數字圖像處理技術完成對等離子云圖像的預處理；提取等離子云圖像的特征參數，并在指定焊接段中計算這些圖像特征參數的統計量；通過主成分分析技術確定主成分分量和綜合指標，根據焊接過程綜合指標的計算結果判斷相應焊接過程的激光偏離狀態。

進一步地，預處理包括圖像增強、二值化、圖像分割、邊緣提取和圖像整合；所述圖像分割是指將圖像分割成背景和目標，背景用B表示，目標是指等離子云，目標用P表示。

進一步地，特征參數包括等離子云的高度、角度、累計灰度和熵；

累計灰度I_p的計算公式為：