[發明專利]基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷檢測平臺及方法

有效

• 申請號: 201811020438.0
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109297976B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 吳華昶;游德勇
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G06F30/20;G06F119/10;G06F119/08;G06F119/06
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷檢測平臺及方法，根據對穿透焊能量模型的分析，通過搭建激光穿透焊缺陷檢測平臺，利用光電傳感檢測模塊檢測焊區的完整光輻射能量、工件下方背襯底板與接觸式振動傳感器檢測焊縫穿透能量、激光器輸出的激光功率信號，在工控機重構完整的穿透焊能量模型與焊接反應區指示信號，實現激光穿透焊缺陷檢測。與現有技術相比，本發明檢測含括了所有的焊接現象，有效防止檢測對象外的焊接現象干擾，減少激光焊接耦合機制對缺陷識別可靠性的影響，利用具有極高采樣速率的光電傳感器與振動傳感器以適應激光焊接耦合作用的高頻變化，且具有良好的經濟性。

技術領域

本發明涉及一種激光焊接質量控制方法，具體地涉及一種借助激光焊接能量分配檢測裝置，識別激光焊接能量分配變化，通過機器學習進行缺陷發生預測及抑制的焊接質量控制方法。

背景技術

激光深熔焊接具有深寬比大、焊接速度快、熱影響區小、焊接變形小優點。隨著高光束質量高能級的光纖激光器出現，厚板激光深熔焊接一次成形成為可能。因此，激光穿透焊接已廣泛應用到能源、造船、航空航天、裝備制造、鐵路適應各種不同厚度板件焊接制造行業中。

但由于焊接過程中金屬蒸汽波動，匙孔形態變化，熔池振蕩因素引起的復雜耦合作用，穿透焊接仍會出現咬邊、焊瘤、塌陷、爆裂缺陷，影響著焊接行業的生產效率與生產質量。為提高焊接質量，國內外學者及企業不斷研究焊接缺陷形成機制、并利用傳感器對焊接缺陷進行識別控制。常見的傳感檢測方式與檢測對象有，光電傳感器檢測焊區可見光輻射與激光反射，光譜儀檢測焊區元素含量波動；視覺傳感區檢測金屬蒸汽匙孔與飛濺；電探針檢測等離子體。如發明專利CN201610099733.4利用高速相機拍攝焊區進行焊接質量檢測；發明專利201410080669.6利用光譜儀采集焊區等離子體與金屬蒸汽輻射進行焊接質量檢測；發明專利201510664238.9利用電信號檢測裝置檢測等離子體的變化特性進行焊接質量檢測。

現有常見的缺陷檢測裝置檢測方式單一，往往只針對少數焊接現象進行缺陷檢測。但由于激光焊接耦合作用機制的復雜性，缺陷檢測效果容易受到檢測對象外的焊接現象干擾，而影響缺陷的識別可靠性。

發明內容：

為解決現有技術的不足，本發明解決的主要問題是尋求能夠有效檢測焊接過程完整現象的方式，減少檢測系統外的現象對缺陷檢測效果的影響。

本項目從焊接過程的能量守恒規律分析，穿透焊時，將焊接過程的能量分為輸入激光能量，工件焊區的反應能量，激光反射能量，上方金屬蒸汽能量，下方金屬蒸汽能量，焊縫穿透能量。其中輸入激光能量可近似看做其他各種能量的總和。利用對應的檢測方式對焊接系統各種能量進行檢測分析，其中不包括工件焊區的反應能量。在此基礎上進行焊接試驗，分析各種信號在缺陷發生前后的信號特征。分析發現，通過構建完整的能量模型，利用其它的能量信號變化還原工件焊區的反應能量，能夠與工件的缺陷發生對應，并能檢測焊接過程的完整現象，避免額外現象對檢測的干擾。特別地，分析發現下方金屬蒸汽能量與焊縫穿透能量存在正相關關系，據此可以對焊縫穿透能量信號乘以一個系數，以反映下方金屬蒸汽能量與焊縫穿透能量整體波動。

據此，本發明提供一種基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷檢測平臺及方法。本發明的技術方案是這樣實現的：

基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷檢測平臺包括，

一個焊接平臺支架，夾持焊接工件與背襯底板；

一個安裝在焊接平臺支架上的并具有外擴光路的激光頭；

一臺激光器通過光纖與激光頭相連，用于激光輸入，且可將激光束功率在線變化能輸出到工控機上；

一個安裝在激光頭外擴光路上，具備分光濾光與光電轉化功能的光電檢測裝置；

可選地，為光纖準直鏡與光電傳感器的組合；

一個置于激光頭下方，與焊接平臺支架連接的傳動平臺；