[發(fā)明專利]激光焊接質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211626876.8
• 申請(qǐng)日: 2022-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN115854913A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李召陽;李中梁;南楠;劉騰;楊晨銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01B11/22
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種激光焊接質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，利用偏振光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)對(duì)激光焊接的待測(cè)部位進(jìn)行成像，通過分析測(cè)量圖像中各反射信號(hào)的相位延遲量，區(qū)分出測(cè)量部位的直接反射光、多重反射光及雜散光信號(hào)，再利用直接反射信號(hào)計(jì)算測(cè)量部位深度。本發(fā)明消除了金屬多重反射對(duì)OCT測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確的影響，可以有效提高測(cè)量深度的準(zhǔn)確性，避免了使用百分比等濾波方法確定激光焊接深度及形貌時(shí)，焊接參數(shù)及主觀因素的影響，并且在匙孔傾斜、焊接飛濺等實(shí)際條件下也能精確測(cè)量所測(cè)部位的深度及形貌。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種利用偏振敏感光學(xué)相干層析成像技術(shù)的激光焊接質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代激光焊接加工工藝具有焊接速度快、焊縫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在焊接領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。然而激光焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫等焊接缺陷，有時(shí)會(huì)因?yàn)楹附由疃炔蛔銓?dǎo)致焊接質(zhì)量下降，影響焊接構(gòu)件的力學(xué)性能。因此在激光焊接時(shí)對(duì)焊接過程進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，對(duì)提高激光焊接質(zhì)量具有重要意義。在焊接過程中，檢測(cè)深度和表面形貌可以顯示出相互作用區(qū)域和鄰近區(qū)域的狀況，是激光焊接過程監(jiān)測(cè)中的重要參數(shù)。

傳統(tǒng)的監(jiān)控辦法主要應(yīng)用于一些常見的傳感器，它們需要對(duì)光束-材料相互作用有基本的了解，才能將信號(hào)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來。這些系統(tǒng)提供的是估計(jì)值，而不是實(shí)際的測(cè)量深度。激光焊接的質(zhì)量評(píng)估基于幾何測(cè)量，而不是過程輻射和焊接結(jié)果之間的相關(guān)性。所以這些系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的評(píng)估，以顯示焊縫是否在我們可接受的范圍內(nèi)。另外由于激光焊接過程中受諸多隨機(jī)因素干擾。其過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵、飛濺、光輻射等。目前這些常規(guī)的焊接過程監(jiān)測(cè)技術(shù)都無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確深度測(cè)量。

目前光學(xué)相干層析成像(以下簡(jiǎn)稱為OCT)技術(shù)是唯一能夠直接在線測(cè)量的監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以將成本高昂且耗時(shí)的橫截面分析或破壞性測(cè)試降至最低。OCT是一種高分辨率斷層成像技術(shù)。OCT光束可以與加工激光同軸測(cè)量，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，而且激光加工的雜散光不會(huì)影響OCT信號(hào)的干涉，因此距離測(cè)量不會(huì)受到影響，也避免了臨近區(qū)域電磁輻射對(duì)測(cè)量精度的影響。但是OCT探測(cè)光束在金屬內(nèi)的多重反射、測(cè)量過程中匙孔傾斜、焊接飛濺等因素，會(huì)導(dǎo)致OCT測(cè)量數(shù)據(jù)不僅有從被測(cè)位置反射的數(shù)據(jù)點(diǎn)，還有金屬蒸汽和焊接飛濺反射回的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及在被側(cè)位置經(jīng)過多次反射后得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)。最終OCT測(cè)量到的深度分散在一定深度范圍內(nèi)，不能準(zhǔn)確地反映出被測(cè)位置的深度值。

百分比濾波是解決深度分散情況下深度測(cè)量的主要方法，該方法依據(jù)焊接配置選取適當(dāng)?shù)陌俜治辉O(shè)置，根據(jù)百分位對(duì)OCT圖像進(jìn)行濾波處理得到被測(cè)部分的深度。雖然百分比的濾波可以提高深度測(cè)量的準(zhǔn)確性，但仍不能準(zhǔn)確的匹配金相數(shù)據(jù)，百分比數(shù)值由人工判斷，易受識(shí)別者主觀因素影響，并且百分比數(shù)值也受激光參數(shù)、焊接速度、焊接材料等工藝參數(shù)的影響，每次測(cè)量會(huì)存在差別。此外，與百分比類似如卡爾曼濾波或帶通濾波器等濾波方法只適合信號(hào)均勻分布的OCT圖像，而OCT測(cè)量得到的信號(hào)是在動(dòng)態(tài)變化的，難以準(zhǔn)確與金相深度和形貌相匹配。

偏振敏感光學(xué)相干層析成像(Polarization-Sensitive optical coherencetomography，簡(jiǎn)稱PS-OCT)，利用偏振光對(duì)生物組織成像，探測(cè)到的干涉譜分為水平偏振和垂直偏振兩個(gè)通道，可得到樣品的快軸和延遲圖像，有效地提高了雙折射生物組織探測(cè)的實(shí)際分辨率和對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種激光焊接質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，利用偏振光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)待測(cè)焊接部位進(jìn)行形貌測(cè)量，并進(jìn)行處理，可以有效消除金屬多次反射光及雜散光對(duì)深度測(cè)量的影響，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，而且可以不受焊接參數(shù)的影響，避免了激光參數(shù)、焊接深度及焊接材料等因素對(duì)測(cè)量部位深度測(cè)量的影響，且不必繁瑣的尋找百分比值去擬合深度,避免了主觀因素的影響。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種利用偏振光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)待測(cè)焊接部位進(jìn)行形貌測(cè)量，其特點(diǎn)在于，該方法包括以下步驟：