基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法技术

本发明专利技术公开基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法，借助无源电探针，对激光焊接过程中的激光等离子体电信号进行采集、放大和滤波，对比分析每个参数下整个焊接过程电信号，选取焊接过程固定长度的数据点绘制概率密度分布图，选取相对较多的数据点计算标准差。本发明专利技术技术方案利用无源电探针检测激光焊接过程中等离子体电信号，将采集得到的电信号进行概率密度分析，绘制概率密度分布图，并计算电信号的标准差，实现激光焊焊接模式的判定。

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法
本专利技术涉及焊接
中焊接质量检测方法，具体地说，涉及激光焊接过程中焊接质量的检测方法，尤其涉及激光焊接模式深熔焊和热导焊的检测方法。
技术介绍
激光焊接作为一种优质高效的焊接方法，以其能量密度高、热输入小、焊缝深宽比大、焊接热影响区小、变形小等优点受到人们的关注。等离子体的产生是激光焊过程中重要的物理现象，其与激光的相互作用对焊接过程有直接影响，该等离子体也称激光等离子体，其中包含了大量反映激光焊过程的信息，对激光等离子体的研究具有重要的实际意义。激光焊接过程中的很多参数都会影响到焊接质量，如激光功率、光束特性、离焦量、辅助气体和焊接速度等。质量良好的焊缝是保证生产顺利进行的前提，因此对激光焊接焊缝质量检测技术的研究尤为重要。目前存在的激光焊接质量检测方法主要有三种：在激光焊接过程中通过对焊接出现的各种光电磁信号及焊接状态进行监测，估计焊缝质量；通过无损检测手段对焊后焊缝内部应力集中、气孔等缺陷进行检测；通过视觉方法对焊后焊缝表面缺陷进行监测。但目前并未出现一种激光焊接过程中判定焊接模式的检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光焊接过程中判断激光焊接模式的新方法。利用无源电探针检测激光焊接过程中等离子体电信号，将采集得到的电信号进行概率密度分析，绘制概率密度分布图，并计算电信号的标准差，实现激光焊焊接模式的判定。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法，按照下列步骤进行：步骤1，通过激光等离子体的无源电检测装置，对焊接过程中的等离子体电信号进行采集和处理，以得到等离子体电信号与时间的关系图：采集得到的电信号是一维列数组，记为x(t)＝[x1(t),x2(t),…xn(t)]T，t＝1,2,…N，则该数组中含有N个有效数据点：x1(t),x2(t),…xn(t)，t＝1,2,…N；构造采集得到的电信号所对应时间的一维列数组，记为t＝[t1,t2,…ti]T，i＝1,2…N；例如数据采集卡的采样频率f＝150kHz，采样周期T＝6.6e-6，则可以得到：t1＝1*6.6e-6；t2＝2*6.6e-6；t3＝3*6.6e-6……tn＝N*6.6e-6；构造以时间为横坐标、采集得到的电信号为纵坐标的有序实数对：(t1,x1(t))、(t2,x2(t))……(tN,xN(t))，建立以时间为横坐标、等离子体电信号为纵坐标的直角坐标系，将上述得到的有序实数对绘制在该直角坐标系中，则可以得到整个焊接过程中采集的等离子体电信号与时间的关系图；步骤2，利用整个焊接过程中采集的等离子体电信号进行概率密度图的编制：选取整个焊接过程中等离子体电信号连续的时间区间，区间长度可在2～20s内选择，典型选取值为10s，共含有数据点的个数，例如N0＝10*150k＝1500k，则绘制概率密度图的等离子体电信号数据样本记为：x01(t)，x02(t)，…x0N0(t)，N0＝1，2，…1500k；并对等离子体电信号数据样本进行分组，取组数K＝N/1000，当N＝1500k时，组数K为1500；找出等离子体电信号数据样本中的最大值x0max(t)和最小值x0min(t)，则全距R＝x0max(t)-x0min(t)，组距C＝全距R/组数K；根据等离子体电信号数据样本中最大值、最小值和组距确定每组的上下组界：第一组：x0min(t)～～[x0min(t)+组距C]，第二组：[x0min(t)+组距C]～～[x0min(t)+2*组距C]，……，第K组：[x0min(t)+(k-1)组距C]～～[x0min(t)+k组距C]；确定每组内数据个数：把等离子体电信号数据样本依据各组之组界，将各数据逐个画记并归于各组内，可以得到每组内的数据个数Nj，j＝1，2，……K；计算每组内的数据个数Nj在整个等离子体电信号数据样本N0中所出现的概率Pj＝Nj/N0，j＝1，2，……K；利用上述获得的概率绘制概率密度分布图：把横坐标按照每一组的上下界绘制在横坐标轴上，这样把横坐标轴分成K段；以每一段长度C为宽，以相应组内数据出现的概率Pj(j＝1，2，……K)为长绘制矩形，最终可以得到K个宽相同、长不同的矩形，最终便可得到概率密度分布图；步骤3，采用标准差的统计分析方法对采集的等离子体电信号进行标准差分析，即计算标准差的数据样本为上述N0个数据：x01(t)，x02(t)，…x0N0(t)，N0＝1，2，…1500k；计算该组数据的均值μ：μ＝[x01(t)+x02(t)+…x0N0(t)]/N0；计算该组数据的方差s2＝[(x01(t)-μ)2+(x02(t)-μ)2+…(x0N0(t)-μ)2]/N0；则标准差s＝√s2步骤4，根据步骤2获得的概率密度分布图和步骤3计算得到的标准差判断激光焊接模式：(1)在概率密度分布图中，出现一个明显峰值的对应深熔焊特征，出现两个峰值的对应热导焊特征；(2)标准差大于某一确定值的对应热导焊特征阶段；标准差小于某一确定值的对应深熔焊特征阶段，随标准差自大到小的变化，整个焊接过程由热导焊特征阶段逐渐变化为深熔焊特征阶段。上述两个判断方法可以综合运用，也可以单一运用，综合运用可以获得更准确的判读结果。在本专利技术的技术方案中，借助无源电探针，对激光焊接过程中的激光等离子体电信号进行采集、放大和滤波；选择通过LabVIEW软件编写程序实现激光等离子体电信号的读取与重现；对比分析每个参数下整个焊接过程电信号，选取焊接过程固定时间长度的电信号数据点绘制概率密度分布图，选取相对较多的数据点计算标准差。本专利技术是基于激光等离子体电信号概率密度和标准差分析手段的激光焊焊接模式判定的在线检测方法，检测激光等离子体电信号，判定激光焊接模式。本专利技术方法是在不同焊接模式下提取固定时间长度的电信号数据点绘制概率密度分布图，对比分析深熔焊和热导焊分布图的不同特征，判定激光焊焊接模式，为监测和提高焊接质量提供一种新途径。本专利技术方法基于不同焊接参数条件下采集得到的电信号数据点计算标准差，对比分析每一焊接参数深宽比和标准差的关系，判定激光焊焊接模式，进一步提高了此种检测方法的准确性和实用性。附图说明图1是本专利技术中使用的采集装置示意图。图2是本专利技术实施例中进行概率密度分析的各组参数焊缝横截面金相图，其中(1)—(6)分别对应编号1—6的焊接参数。图3是本专利技术实施例中编号1—3焊接参数对应的采集的等离子体电信号波形图和概率密度分布图，其中左侧为等离子体电信号波形图，右侧为对应的概率密度分布图。图4是本专利技术实施例中编号4—6焊接参数对应的采集的等离子体电信号波形图和概率密度分布图，其中左侧为等离子体电信号波形图，右侧为对应的概率密度分布图。图5是本专利技术实施例中经过计算得到的304不锈钢焊缝深宽比和标准差关系图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。在本专利技术技术方案中使用的采集装置，如附图1所示，该装置来源于专利“激光等离子体的无源电检测装置和方法”中的设备，申请号为201310513676.6、公开号为CN103528703A，公开日为2014年1月22日。考虑到激光焊接过程等离子体波动比较剧烈，同时结合采样定律，确定采集卡的采样频率为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法，其特征在于，按照下列步骤进行：步骤1，通过激光等离子体的无源电检测装置，对焊接过程中的等离子体电信号进行采集和处理，以得到等离子体电信号与时间的关系图：采集得到的电信号是一维列数组，记为x(t)＝[x1(t),x2(t),…xn(t)]T，t＝1,2,…N，则该数组中含有N个有效数据点：x1(t),x2(t),…xn(t)，t＝1,2,…N；构造采集得到的电信号所对应时间的一维列数组，记为t＝[t1,t2,…ti]T，i＝1,2…N；构造以时间为横坐标、采集得到的电信号为纵坐标的有序实数对：(t1,x1(t))、(t2,x2(t))……(tN,xN(t))，建立以时间为横坐标、等离子体电信号为纵坐标的直角坐标系，将上述得到的有序实数对绘制在该直角坐标系中，则可以得到整个焊接过程中采集的等离子体电信号与时间的关系图；步骤2，利用整个焊接过程中采集的等离子体电信号进行概率密度图的编制：选取整个焊接过程中等离子体电信号连续的时间区间，区间长度可在2～20s内选择，共含有数据点的个数N0，则绘制概率密度图的等离子体电信号数据样本记为：x01(t)，x02(t)，…x0N0(t)，并对等离子体电信号数据样本进行分组，取组数K＝N/1000；找出等离子体电信号数据样本中的最大值x0max(t)和最小值x0min(t)，则全距R＝x0max(t)‑x0min(t)，组距C＝全距R/组数K；根据等离子体电信号数据样本中最大值、最小值和组距确定每组的上下组界：第一组：x0min(t)～～[x0min(t)+组距C]，第二组：[x0min(t)+组距C]～～[x0min(t)+2*组距C]，……，第K组：[x0min(t)+(k‑1)组距C]～～[x0min(t)+k组距C]；确定每组内数据个数：把等离子体电信号数据样本依据各组之组界，将各数据逐个画记并归于各组内，可以得到每组内的数据个数Nj，j＝1，2，……K；计算每组内的数据个数Nj在整个等离子体电信号数据样本N0中所出现的概率Pj＝Nj/N0，j＝1，2，……K；利用上述获得的概率绘制概率密度分布图：把横坐标按照每一组的上下届绘制在横坐标轴上，这样把横坐标轴分成K段；以每一段长度C为宽，以相应组内数据出现的概率Pj(j＝1，2，……K)为长绘制矩形，最终可以得到K个宽相同、长不同的矩形，最终便可得到概率密度分布图；根据步骤2获得的概率密度分布图判断激光焊接模式：在概率密度分布图中，出现一个明显峰值的对应深熔焊特征，出现两个峰值的对应热导焊特征。...

【技术特征摘要】
1.基于等离子体电信号的激光焊接模式判定方法，其特征在于，按照下列步骤进行：步骤1，通过激光等离子体的无源电检测装置，对焊接过程中的等离子体电信号进行采集和处理，以得到等离子体电信号与时间的关系图：采集得到的电信号是一维列数组，记为x(t)＝[x1(t),x2(t),…xn(t)]T，t＝1,2,…N，则该数组中含有N个有效数据点：x1(t),x2(t),…xn(t)，t＝1,2,…N；构造采集得到的电信号所对应时间的一维列数组，记为t＝[t1,t2,…ti]T，i＝1,2…N；构造以时间为横坐标、采集得到的电信号为纵坐标的有序实数对：(t1,x1(t))、(t2,x2(t))……(tN,xN(t))，建立以时间为横坐标、等离子体电信号为纵坐标的直角坐标系，将上述得到的有序实数对绘制在该直角坐标系中，则可以得到整个焊接过程中采集的等离子体电信号与时间的关系图；步骤2，利用整个焊接过程中采集的等离子体电信号进行概率密度图的编制：选取整个焊接过程中等离子体电信号连续的时间区间，区间长度可在2～20s内选择，共含有数据点的个数N0，则绘制概率密度图的等离子体电信号数据样本记为：x01(t)，x02(t)，…x0N0(t)，并对等离子体电信号数据样本进行分组，取组数K＝N/1000；找出等离子体电信号数据样本中的最大值x0max(t)和最小值x0min(t)，则全距R＝x0max(t)-x0min(t)，组距C＝全距R/组数K；根据等离子体电信号数据样本中最大值、最小值和组距确定每组的上下组界：第一组：x0min(t)～～[x0min(t)+组距C]，第二组：[x0min(t)+组距C]～～[x0min(t)+2*组距C]，……，第K组：[x0min(t)+(k-1)组距C]～～[x0min(t)+k组距C]；确定每组内数据个数：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立军，焦娇，刘桐，杜笑，王会超，李桓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12