[發明專利]動力電池精密結構件激光焊接的光場分布控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910845400.5
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110548991B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 陳勇;高峰;祝銘;池峰;李濤;楊亞濤;馮建;潘洪文;米云;伍湘紅;孫弘明
• 申請（專利權）人: 深圳市大德激光技術有限公司
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067;B23K26/21;B23K26/70;H01M10/04
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 張國香

1.一種動力電池精密結構件激光焊接的光場分布控制方法，其特征在于，所述方法執行以下步驟：

步驟1：采用激光器形成由若干個光束組合而成的多光束激光，將所述多光束激光作為在所述激光焊接的過程中所采用的激光；

步驟2：獲取所述動力電池精密結構件在所述激光焊接的過程中的焊接軌跡；

步驟3：在所述激光焊接的過程中，根據所述焊接軌跡動態調節所述多光束激光中的每個光束的光場分布，進而調節所述多光束激光的光場分布；

在所述步驟3中，所述在所述激光焊接的過程中，根據所述焊接軌跡動態調節所述多光束激光中的每個光束的光場分布，進而調節所述多光束激光的光場分布包括：

步驟S301：獲取所述動力電池精密結構件的焊接位置的材料；

步驟S302：調節好所述激光器的激光焊接頭的激光光束焦點位置；

步驟S303：所述激光焊接頭開始工作，對所述動力電池精密結構件的焊接位置表面發射激光，進行激光焊接，并實時對所述激光焊接頭的焊接處噴射助燃氧氣；

步驟S304：根據所述焊接位置的材料，動態地調節所述多光束激光中的每個光束的中心位置和周邊位置的光場分布，以實現激光能量在所述焊接位置的動態調節；

在所述步驟2中，所述獲取所述動力電池精密結構件在所述激光焊接的過程中的焊接軌跡包括以下步驟：

首先，在與所述動力電池精密結構件垂直，并與所述動力電池精密結構件的中間位置相距N1米處，拍攝N2張實驗室強光環境下所述動力電池精密結構件的照片，其中N1、N2為預設值；

其次，將采集到的照片分別進行預處理，所述預處理包括圖像灰度化和高斯濾波處理，將N2組照片對應位置的像素值相加并取平均值獲取到平均圖像img；

然后，利用直方圖均衡化技術處理平均圖像，并將已經利用直方圖均衡化技術處理的平均圖像進行二值化處理，得到二值化圖像bimg，在二值化處理時，需確定二值化處理的閾值，所述閾值F的確定方式如下：

設初始二值化閾值公式為其中g表示灰度值，范圍為[0,255],img(g)為灰度值為g的個數，根據閾值確定圖像的前景和背景，圖像內任一像素點灰度值大于灰度最小值并小于閾值為前景，反之像素點灰度值大于閾值并小于灰度最大值為背景，并求出前景的平均灰度g_f與圖像背景的平均灰度g_b，

其中，g_i為圖像內所有像素點中的灰度最小值，g_a為圖像內所有像素點中的灰度最大值，令F^k＝(g_f+g_b)/2，k為前景的平均灰度g_f與背景的平均灰度g_b的迭代運算次數，k取值從0開始以1為單位遞增，循環計算g_f和g_b，并將g_f和g_b代入F^k＝(g_f+g_b)/2，以計算F^k，直到F^k+1＝F^k時，至此二值化處理的閾值確定完成，確定的閾值F＝F^k；

然后，使用拉普拉斯算子進行軌跡檢測，二值化圖像bimg的拉普拉斯算子是一個二階的微分，公式為：在二維圖像函數中，x、y兩個方向的二階差分如下：

所以拉普拉斯算子的差分形式為

并選取作為拉普拉斯運算模板，利用拉普拉斯算子與所述二值化圖像bimg進行卷積運算即可求出軌跡信息；

最后，存儲檢測獲得的軌跡坐標信息Q_xy，x、y分別是焊接位置橫坐標值、縱坐標值，所述軌跡坐標信息Q_xy所形成的軌跡則為所述激光焊接的過程中的焊接軌跡；

在所述步驟S304中，根據所述焊接位置的材料，動態地調節所述多光束激光中的每個光束的中心位置和周邊位置的光場分布，以實現激光能量在所述焊接位置的動態調節，其中，調節激光能量的計算公式如下:

p(x,y,z)_i為所述焊接位置的材料為第i種材料對應的調節激光能量值，i的取值范圍為{1,2,3,4,5}，j為所述動力電池精密結構件激光焊接采用的多光束激光中光束的個數變量，取值范圍為{1,2,3...n},n為所述動力電池精密結構件激光焊接采用的多光束激光中光束的總數量,為原點(x＝0,y＝0,z＝0)處第j個光束的中心光束的振幅，r_j為第j個光束的波數，且m為預設的空氣中的折射率，且m≈1，λ_j是第j個光束輻射在真空里的波長，為第j個激光束的束腰半徑，r_i為第i種材料的硬度值，d_i為第i種材料的紋理值，d₁、d₂、d₃、d₄、的值分別為1、2、3、4、5，f_i為第i種材料的密度值，x、y、z分別是橫坐標值、縱坐標值、豎坐標值。