[實用新型]基于同軸光輻射信號解調的激光焊接焊偏檢測裝置

有效

• 申請號: 201821434190.8
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN209094795U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 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: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;G01B11/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本實用新型公開了基于同軸光輻射信號解調的激光焊接焊偏檢測裝置，根據焊偏情況下匙孔形態變化對激光焊接過程現象的影響，通過激光頭內部光路結構與光電傳感檢測模塊，對焊接區域光輻射采集，并利用數據終端對光電信號進行時頻分析處理。借助傳感區域調整裝置，得到合適傳感區域的在線時頻分析數據，實現激光焊接焊偏狀態識別。與現有技術相比，本實用新型為無損檢測，實現裝置與數據處理方法簡單，可廣泛的應用在連續焊接焊偏狀態檢測。特別的，可在接合縫隙不明顯的對接焊及T型焊進行在線激光焊接焊偏檢測。

技術領域

本實用新型涉及基于同軸光輻射信號解調的激光焊接焊偏檢測裝置，具體地涉及一種借助傳感區域調整裝置，利用焊接過程同軸光輻射信號解調的激光焊接焊偏檢測裝置。

背景技術

激光焊接為通過激光束令加工對象融化結合實現所需結合效果的一種焊接方式。焊接加工時，由于裝配錯誤或結合縫隙軌跡復雜原因，入射激光可能偏離焊縫從而影響焊接質量。對此，焊接現場常利用傳感器對焊接過程進行焊接路徑預測與焊偏狀態實時檢測，如磁光成像路徑預測、機器視覺路徑預測與焊偏狀態實時檢測等。

但激光焊接過程中，路徑預測不能很好地適用于無法有效觀察到焊接路徑的場合，如T型焊與接合縫隙極小的情況。這是由于傳統的焊接路徑預測需要在接合縫隙與激光束的中心軸重合，此時檢測的接合軌跡即激光束移動軌跡，如磁光成像路徑預測，機器視覺路徑預測；當T型焊進行時，接合縫隙與激光束的中心軸不重合，激光束需要熔透其中一塊焊板與另一塊焊板進行熔合，則不滿足傳動焊接路徑檢測條件。在一些精密加工場合，由于對焊縫質量與外觀要求較高，對接焊兩接合端面被要求精銑，導致接合縫隙極小，甚至人眼無法捕捉。此時通過機器視覺識別出接合縫隙難度很大，而磁光成像檢測的精度往往難以滿足。另外，機器視覺對焊偏情況的實時監測的實現成本較高，對圖像處理能力要求高。

實用新型內容

為解決現有技術的不足，本實用新型從焊偏情況對匙孔三維形態變化物理規律出發，分析匙孔形態變化對激光焊接過程現象的影響，根據激光反射測量法尋找能夠表征激光焊接焊偏情況的信號。在此基礎上進行多傳感激光偏焊試驗，分析各種信號在焊偏情況下的信號特征，尋求檢測激光焊偏情況的經濟實現方式。分析發現，對中焊接情況下，由于激光焦點位置兩側材料對稱分布，吸收激光能量后，匙孔壁向兩側材料傳遞熱量也對稱，令匙孔左右側坡度對稱，此時同軸激光反射信號平穩；焊偏情況下，激光焦點位置兩側材料不對稱，吸收激光能量后，匙孔壁向兩側材料傳遞熱量不對稱，令匙孔左右側坡度不對稱，導致同軸激光反射信號波動劇烈。當調整傳感區域中心偏離焦點位置時，此時激光反射信號波動更為劇烈。

據此，本實用新型提供一種借助傳感區域調整裝置，利用焊接過程同軸光輻射信號解調的激光焊接焊偏檢測方法。本實用新型的技術方案是這樣實現的：

搭建一個用于同軸光信號解調的激光焊接焊偏檢測光路裝置，包括：

一臺光纖激光器；

一個光纖激光器連接，并具備外擴光路的激光頭；

一個焊接實驗工件置于激光頭下方，進行焊接實驗；

一個傳感區域調整裝置與激光頭的外擴光路連接；

一個與傳感區域調整裝置連接的分光濾光模塊；

一個數據采集模塊與分光濾光模塊的兩個光電傳感器連接進行數據采集；

一個信號時頻分析系統與數據采集模塊相連，負責數據處理分析及缺陷識別。

另外，上述激光頭內部光路結構中至少包含一塊半反射鏡，并沿激光輸出方向放置在聚焦鏡之前，包含一塊反射鏡放置在外擴光路中，且反射鏡的鏡片與半反射鏡的分光面平行，半反射鏡與反射鏡放置在垂直于激光束的同一平面上。

上述的傳感區域調整裝置，內部包括一塊安裝傾角可調的聚焦鏡及一塊準直鏡，實現把激光頭采集到的來自于焊接區域的全部光輻射選區域輸出。