[發明專利]一種基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法

有效

• 申請號: 201710361486.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107160048B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 陳波;檀財旺;陳遠航;楊凱;姚永臻;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;G01N21/25;B23K26/26
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

1.一種基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其中在線診斷裝置包括光纖探頭，所述光纖探頭經光纖與光纖光譜儀相連接，所述光纖光譜儀還與計算機相連接，所述光纖探頭經由機械萬向桿固定在激光頭上，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1、調整所述光纖探頭的位置；

步驟2、當激光焊接過程開始時，通過光纖探頭采集激光焊接過程中產生的光致等離子體中的光信號，并將光纖光譜儀中形成的光譜信息傳輸至計算機中；

步驟3、從計算機的顯示界面上實時觀察上述光譜信息的頻域分布圖中各譜線的相對強度隨時間的波動情況，以確定作為分析對象的特征譜線；

步驟4、在采集過程的任意時刻，利用所選特征譜線的相對強度計算光致等離子體的電子溫度，以獲得電子溫度隨時間的變化曲線；

步驟5、根據待焊件的材料以及尺寸，使用不同的焊接參數進行焊接，選擇使電子溫度時域變化的標準差最小的參數作為最優焊接參數；

步驟6、在最優焊接參數下對N個待焊件進行焊接，通過計算機記錄各待焊件在激光焊接過程中產生光致等離子體的電子溫度時域圖；

步驟7、根據步驟6中的各電子溫度時域圖，獲得SPC控制圖；

步驟8、根據實際情況調整焊接參數，對待焊件進行激光焊接；

步驟9、當激光焊接過程開始時，通過光纖探頭采集激光焊接過程中產生的光致等離子體中的光信號，通過光纖光譜儀將形成的光譜信息傳至計算機，選取步驟3中的特征譜線作為特征譜線，通過所選特征譜線計算光致等離子體的電子溫度，得到電子溫度時域圖，將其稱作測試時域圖；

步驟10、在激光焊接的過程中，通過計算機將測試時域圖實時繪入SPC控制圖中，判斷測試時域圖中的各個點是否超出SPC控制圖的上下界限；

步驟11、如果否，則不存在焊接缺陷；

步驟12、如果是，判斷是否存在連續A個點中有連續a個點超出了SPC控制圖的上下界限，其中A和a的取值取決于缺陷判斷的靈敏度；

步驟13、如果否，則不存在焊接缺陷；

步驟14、如果是，則存在焊接缺陷。

2.根據權利要求1所述的基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其特征在于：所述光纖探頭配以COL-UV/VIS準直透鏡。

3.根據權利要求1或2所述的基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其特征在于：所述光纖光譜儀的分辨率不低于0.1nm。

4.根據權利要求1所述的基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其特征在于：在所述步驟1中，將所述光纖探頭設置在距激光束在待焊件上的入射點15~20cm，并且高出待焊件上表面7.5~10cm的位置，同時保證所述光纖探頭采集激光焊接過程中產生的光致等離子體。

5.根據權利要求1所述的基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其特征在于：在所述步驟4中，采用玻爾茲曼圖法或者二譜線法計算光致等離子體的電子溫度。

6.根據權利要求1所述的基于光譜信息的激光焊接缺陷的在線診斷方法，其特征在于：在所述步驟7中，獲得SPC控制圖包括以下步驟：

步驟71、將所述步驟6中的N個電子溫度時域圖的數據分為若干子組，同一時刻不同焊道的數據為一子組；

步驟72、對各子組內的電子溫度數據求取算術平均值，將該算術平均值作為每個子組的值；

步驟73、對各個子組的值求取算術平均值，該算術平均值即為SPC控制圖中的中心線；

步驟74、對每個子組內的電子溫度數據求取標準差，稱之為子組標準差；

步驟75、對所有的子組標準差求取算術平均值，得到整體標準差；

步驟76、通過在中心線的值上加或者減相應倍數的整體標準差以獲得SPC控制圖中的控制上限或控制下限的值，其中所述倍數根據子組內樣本個數查SPC控制圖系數表可得。