一种激光焊接质量的在线检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光焊接质量的在线检测方法与系统，涉及激光焊接质量检测的技术领域，包括向焊接工件发射激光和主动红外光，焊接工件产生辐射光和主动反射光光信号；将辐射光分解为不同波段的光信号，连同主动反射光信号转化为对应的电信号；对电信号预处理后，进行经验模态分解，获得对应的若干个IMF分量和残差分量；利用焊接工件的焊接质量分类结果连同上述的光信号、IMF分量和残差分量共同训练焊接质量分类器，利用训练好的焊接质量分类器检测待焊接工件的焊接质量。本发明专利技术克服了视觉检测易受强反射光干扰和处理算法复杂的缺点，通过辐射光和主动反射光光信号的状态变化实时判别焊接过程的稳定性，实现了对焊接质量快速准确判别。速准确判别。速准确判别。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接质量的在线检测方法与系统


[0001]本专利技术涉及激光焊接质量检测的
，更具体地，涉及一种激光焊接质量的在线检测方法与系统。

技术介绍

[0002]激光焊接是以高能量密度激光束作为热源的一种精密高效焊接方法，其主要过程是通过激光器发射出一束高能量密度激光束，通过光纤传输、透镜聚焦于工件材料表面后，工件材料吸收激光能量，局部熔化甚至气化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池，并辐射出等离子体、金属蒸汽、辐射光信号和辐射声信号等多重信号。大量研究表明，激光焊接质量与上述焊接过程中产生的信号紧密相关。焊接过程中形成气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、凹坑、咬边、焊瘤等焊接缺陷时，上述信号也将表现出不同的特性。激光焊接过程检测一直备受研究人员所关注，如将声学传感器、光电二极管、光谱仪、X射线、视觉传感器等各种传感器运用到激光焊接过程检测中。在激光焊接过程中，采集辐射光信号作为检测原信号有更广泛的普适性；就光电传感器而言，其具有响应时间和可以对颜色进行识别的优势。通过采集激光加工过程中的辐射光信号和采集主动光的反射光信号，再经过对上述信号的分解、转换处理后，可以获得激光加工过程中的反映焊接质量的表征数据；最后经过判别系统进行判别，实现对激光焊接过程的在线实时检测，确保激光焊接质量。目前常用的焊接过程检测大多采用高速相机拍摄焊接熔池，观测熔池的状态变化来判断焊接状态的稳定程度。但是该方法采用的高速相机设备昂贵，激光焊接过程中的强反射光干扰会对图像采集造成极大影响，在线采集图像占用大量计算机数据输入通道，相应的图像处理算法复杂耗时，不利于在线实时传输反馈信号给计算机来控制激光束的过程参数。
[0003]现有技术公开了一种激光焊接熔透在线检测方法，依据激光焊接熔透变化时的特殊状态特征，通过对常规光学混合信号，依次采用特殊谱段信号分离、特定焊接区域信号分离、焊接缺陷概率分布特征信号分离三种处理方法，有效去除混合信号中的剧烈干扰，将可靠的焊接熔透特征信息逐层的简化、分离出来，实现对激光焊接熔透的准确在线识别。该申请检测步骤复杂，检测时间长，易受强反射光干扰，检测结果不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术易受强反射光干扰导致焊接质量检测不准确的缺陷，提供一种激光焊接质量的在线检测方法与系统，通过采集焊接过程的光信号，将光信号转化为电信号后进行信号处理，实现对焊接质量的准确检测；并且处理信号数据量小，处理信号耗时短，缩短了检测时间。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供了一种激光焊接质量的在线检测方法，包括：
[0007]S1：向焊接工件发射激光，焊接工件吸收激光产生辐射光；向焊接工件发射主动红外光，焊接工件产生主动反射光光信号；
[0008]S2：将辐射光分解为若干不同波段的光信号；
[0009]S3：将若干不同波段的光信号和主动反射光信号转化为对应的电信号；
[0010]S4：对所述电信号进行预处理，获得预处理后的电信号；
[0011]S5：分别对预处理后的电信号进行经验模态分解，获得每种预处理后的电信号对应的若干个IMF分量和残差分量；
[0012]S6：获取焊接工件激光焊接后的形貌特征，并依据焊接后的形貌特征对焊接工件的焊接质量进行分类，获得焊接质量分类结果；
[0013]S7：将若干不同波段的光信号和主动反射光信号及其对应的若干个IMF分量和残差分量组成特征数据集，并与焊接工件的焊接质量分类结果输入预设的焊接质量分类器中进行训练，获得训练好的焊接质量分类器；
[0014]S8：获取待焊接工件在焊接过程中的若干不同波段的光信号和主动反射光信号，输入训练好的焊接质量分类器中进行检测，获得待焊接工件的焊接质量判别结果。
[0015]优选地，所述若干不同波段的光信号包括可见光光信号、激光反射光光信号和红外光光信号；其中可见光光信号的波段为390
‑
780纳米，激光反射光光信号的波段为780
‑
1100纳米，红外光光信号的波段为大于1100纳米。
[0016]优选地，所述步骤S4中，对所述电信号进行预处理，获得预处理后的电信号，具体方法为：
[0017]对可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号均依次进行前置放大操作、滤波操作和主放大操作，获得预处理后的可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号。
[0018]可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号均是非常微弱的，并会埋没在噪声信号之中；对可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号首先进行前置放大操作，同时放大了所包含的噪声信号，有利于滤波操作时将噪声信号滤除干净；滤波操作滤除噪声信号后，将纯净的可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号再次放大至符合后续步骤处理所要求的电压幅度。
[0019]优选地，所述步骤S5的具体步骤为：
[0020]依次将可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号作为原始电压信号序列，执行以下步骤；
[0021]S5.1：计算原始电压信号序列的所有极值点，在极小值点处拟合形成下包络线、在极大值点处拟合形成上包络线，并计算上下包络线均值；
[0022]S5.2：在原始电压信号序列中减去上下包络线均值，获得新电压信号序列；
[0023]S5.3：判断新电压信号序列是否满足IMF条件；若满足IMF条件，将新电压信号序列作为原始电压信号序列的第一次分解IMF分量c1(t)；否则，将新电压信号序列作为原始电压信号序列，重复步骤S5.1
‑
S5.3，使上下包络线均值趋于零，将此时对应的新电压信号序列作为原始电压信号序列的第一次分解IMF分量c1(t)；
[0024]S5.4：从原始电压信号序列中减去第一次分解IMF分量c1(t)，获得剩余电压信号序列；将剩余电压信号序列作为原始电压信号序列，重复步骤S5.1
‑
S5.3，直到获得一系列的IMF分量c
n
(t)和一个不可分解余项，将所述不可分解余项作为残差分量r(t)，其中c
n
(t)
表示第n次分解IMF分量，n＝2,3
…
,N，则原始电压信号序列表示为若干个IMF分量和残差分量之和。
[0025]优选地，所述步骤S5.1的具体方法为：
[0026]计算原始电压信号序列的所有极值点，利用插值法在极小值点处拟合形成下包络线、在极大值点处拟合形成上包络线，并计算上下包络线均值：
[0027][0028]式中，m(t)表示上下包络线均值，emint(t)表示下包络线，emax(t)表示上包络线。
[0029]优选地，所述步骤S5.4中，原始电压信号序列表示为若干个IMF分量和残差分量之和具体为：
[0030][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接质量的在线检测方法，其特征在于，包括：S1：向焊接工件发射激光，焊接工件吸收激光产生辐射光；向焊接工件发射主动红外光，焊接工件产生主动反射光光信号；S2：将辐射光分解为若干不同波段的光信号；S3：将若干不同波段的光信号和主动反射光信号转化为对应的电信号；S4：对所述电信号进行预处理，获得预处理后的电信号；S5：分别对预处理后的电信号进行经验模态分解，获得每种预处理后的电信号对应的若干个IMF分量和残差分量；S6：获取焊接工件激光焊接后的形貌特征，并依据焊接后的形貌特征对焊接工件的焊接质量进行分类，获得焊接质量分类结果；S7：将若干不同波段的光信号和主动反射光信号及其对应的若干个IMF分量和残差分量组成特征数据集，并与焊接工件的焊接质量分类结果输入预设的焊接质量分类器中进行训练，获得训练好的焊接质量分类器；S8：获取待焊接工件在焊接过程中的若干不同波段的光信号和主动反射光信号，输入训练好的焊接质量分类器中进行检测，获得待焊接工件的焊接质量判别结果。2.根据权利要求1所述的激光焊接质量的检测方法，其特征在于，所述若干不同波段的光信号包括可见光光信号、激光反射光光信号和红外光光信号；其中可见光光信号的波段为390
‑
780纳米，激光反射光光信号的波段为780
‑
1100纳米，红外光光信号的波段为大于1100纳米。3.根据权利要求2所述的激光焊接质量的检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述电信号进行预处理，获得预处理后的电信号，具体方法为：对可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号均依次进行前置放大操作、滤波操作和主放大操作，获得预处理后的可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号。4.根据权利要求3所述的激光焊接质量的检测方法，其特征在于，所述步骤S5的具体步骤为：依次将可见光电信号、激光反射光电信号、红外光电信号和主动反射光电信号作为原始电压信号序列，执行以下步骤；S5.1：计算原始电压信号序列的所有极值点，在极小值点处拟合形成下包络线、在极大值点处拟合形成上包络线，并计算上下包络线均值；S5.2：在原始电压信号序列中减去上下包络线均值，获得新电压信号序列；S5.3：判断新电压信号序列是否满足IMF条件；若满足IMF条件，将新电压信号序列作为原始电压信号序列的第一次分解IMF分量c1(t)；否则，将新电压信号序列作为原始电压信号序列，重复步骤S5.1
‑
S5.3，使上下包络线均值趋于零，将此时对应的新电压信号序列作为原始电压信号序列的第一次分解IMF分量c1(t)；S5.4：从原始电压信号序列中减去第一次分解IMF分量c1(t)，获得剩余电压信号序列；将剩余电压信号序列作为原始电压信号序列，重复步骤S5.1
‑
S5.3，直到获得一系列的IMF分量c
n
(t)和一个不可分解余项，将所述不可分解余项作为残差分量r(t)，其中c
n
(t)表示第n次分解IMF分量，n＝2,3
…
,N，则原始电压信号序列表示为若干个IMF分量和残差分量之
和。5.根据权利要求4所述的激光焊接质量的检测方法，其特征在于，所述步骤S5.1的具体方法为：计算原始电压信号序列的所有极值点，利用差值法在极小值点处拟合形成下包络线、在极大值点处拟合形成上包络线，并计算上下包络线均值：式中，m(t)表示上下包络线均值，emint(t)表示下包络线，emax(t)表...

【专利技术属性】
技术研发人员：高向东，黄贻蔚，高鹏宇，张艳喜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：