基于光信号的激光焊接过程监测系统和检测方法技术方案

本发明专利技术公开了基于光信号的激光焊接过程监测系统和检测方法，具体涉及激光焊接过程监测技术领域，包括分光系统、滤光系统、聚光系统和信号采集系统，将来自激光焊接过程中的光辐射信号按照不同波段进行分光，滤光和聚焦，通过信号采集系统采集相应的光辐射数据，将激光焊接过程中光辐射信号转换为准确的电信号，对接收到的3种电信号进行分段，根据每段时域信息计算该段能够反映激光焊接质量的特征值，将每段的特征值曲线进行比对、分析，判断焊接过程中每段焊缝的焊接状态，从而得到精准的完整焊缝质量分析结果。本技术方案可实现激光焊接过程监测，实时监测焊接质量。实时监测焊接质量。实时监测焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
基于光信号的激光焊接过程监测系统和检测方法


[0001]本专利技术涉及激光焊接过程监测
，更具体地说，本专利技术涉及基于光信号的激光焊接过程监测系统和检测方法。

技术介绍

[0002]激光焊接技术凭借高质量、高精度、高效率的特点，在多个行业得到了广泛应用。现有技术是通过监测激光器出光功率评价激光焊接质量，然而激光焊接质量受激光焊接设备、激光工艺参数、焊接工装夹具和工件自身状态的共同影响，单单监控设备参数并不能有效保证激光焊接质量。因此，需要一套高效的激光焊接过程监测系统和检测方法。
[0003]现有专利CN111175303A描述了一种多路光信号检测的激光加工质量监测系统，但该方法仅适用于监控一种光辐射强度的焊接过程，无法同时对焊接铜、铝等光辐射强度差异较大的情况进行监控。
[0004]现有专利CN103464906A描述了一种激光焊接质量的在线检测方法，但该方法仅检测激光焊接过程中的等离子体变化，仅能判断少部分与等离子体相关的激光焊接缺陷。
[0005]现有专利CN112894126A描述了一种激光加工过程检测参数调整方法和系统，但该方法的激光焊接质量判断步骤需要使用焊接缺陷数据，在鉴别焊接质量时具有一定的局限性。同时，该方法针对整条完整焊缝进行计算，分辨率低，无法兼顾正常焊接状态下的过杀率和异常状态下的缺陷检出率。
[0006]综上，现有的激光焊接质量判断方法，在准备样本数据时，不仅需要正常焊接数据，还需要准备焊接缺陷数据，通过构建正常数据库和焊接缺陷数据库的方法，利用划分法、模型算法等聚类算法比对待测数据与各数据库的相似度，进而判断焊接质量。该方法在数据库准备阶段需要进行大量的试验验证，费时费力；能够建立的焊接缺陷数据库有限，在结果比对时具有局限性；在结果输出时，会有以点概面、以偏概全的问题，不能反映焊缝真实的状态。
[0007]在激光焊接过程中，材料吸收激光能量后会发生一系列的物理化学过程，这其中最明显的就是强烈的光辐射现象。激光焊接过程中的光辐射主要分为等离子体、激光背光反射和热辐射，三者的不同变化趋势能够反映出焊接过程的稳定性，某一信号或几个信号共同的异常波动能够表征焊接过程中可能出现的焊接缺陷。因此根据上述特征对现有技术进行改进。

技术实现思路

[0008]为了解决以上问题，本专利技术的实施例提供基于光信号的激光焊接过程监测系统和检测方法，通过搭建激光焊接过程监测系统，使用同时适用于激光焊接铜、铝等不同光辐射强度的光强选择性通过装置，对激光焊接过程中的等离子体、激光背光反射和热辐射进行监测，将激光焊接过程中光辐射信号转换为准确的电信号。提供激光焊接过程检测方法，对接收到的3种电信号进行分段，根据每段时域信息计算该段能够反映激光焊接质量的特征
值，将每段的特征值曲线与标准特征值库进行比对、分析，判断焊接过程中每段焊缝的焊接状态，从而得到完整焊缝质量分析结果。
[0009]为实现上述目的，本申请的第一个方面，提供基于光信号的激光焊接过程监测系统，包括分光系统、滤光系统、聚光系统和信号采集系统，
[0010]所述分光系统包括分光镜BS1、分光镜BS2和分光镜BS3；
[0011]所述滤光系统包括第一光强选择性通过装置、第二光强选择性通过装置和第三光强选择性通过装置；
[0012]所述聚光系统包括聚焦镜L1、聚焦镜L2和聚焦镜L3；
[0013]所述信号采集系统包括第一光电传感器、第二光电传感器和第三光电传感器；
[0014]所述分光镜BS1的反射光经过分光镜BS2，
[0015]所述分光镜BS2的反射光经过分光镜BS3，所述分光镜BS2的透射光依次经过所述第一光强选择性通过装置和聚焦镜L1到达第一光电传感器；
[0016]所述分光镜BS3的反射光依次经过第二光强选择性通过装置和聚焦镜L2到达第二光电传感器，所述分光镜BS3的透射光依次经过所述第三光强选择性通过装置和聚焦镜L3到达第三光电传感器。
[0017]在一些实施例中，所述信号采集系统的外部连接设置有数据处理装置，所述数据处理装置用于接收所述信号采集系统的数据并对采集到的数据进行处理和分析。
[0018]在一些实施例中，所述数据处理装置为工控机。
[0019]在一些实施例中，所述分光镜BS1、分光镜BS2和分光镜BS3工作在45度角，所述分光镜BS1对可见光和近红外光透反比50:50；所述分光镜BS2反射近红外光，透射可见光；所述分光镜BS3对反射近红外光短波部分，透射近红外光长波部分。
[0020]在一些实施例中，所述第一光强选择性通过装置、第二光强选择性通过装置和第三光强选择性通过装置分别包括至少2组滤光组件。
[0021]在一些实施例中，所述滤光组件包括窄带滤光片和光强衰减装置。
[0022]在一些实施例中，所述聚焦镜L1、聚焦镜L2和聚焦镜L3分别为凸透镜。
[0023]在一些实施例中，所述第一光电传感器用于接收激光焊接过程中的可见光信号，所述第二光电传感器用于接收激光焊接过程中的近红外短波信号，所述第三光电传感器用于接收激光焊接过程中的近红外长波信号。
[0024]本申请的第二个方面，提供基于光信号的激光焊接过程检测方法，
[0025]过程1：采集正常焊接数据，计算特征值，建立标准特征值数据库，确定特征值边界；
[0026]过程2：采集焊接过程中的数据，计算特征值，与标准特征值数据库作对比分析焊接质量；
[0027]所述过程2包括:
[0028]步骤1：由基于光信号的激光焊接过程监测系统采集监测信号，所述监测系统将光辐射信号转换为电信号，
[0029]步骤2：截取有效时域信号进行分段，分N段，
[0030]步骤3：计算每段时域信号特征值，
[0031]步骤4：将所述步骤3计算得到的特征值与标准特征值数据库的特征值边界进行对
比，分析，
[0032]步骤5：根据步骤4中的对比判断每段数据是否正常，
[0033]步骤6：统计合格段与不合格段的数量，
[0034]步骤7：判断正常段数量超过预设比例，若超过，则焊接质量合格；若不超过，则焊接质量不合格。
[0035]在一些实施例中，所述步骤12包括对采集的数据信号进行滤波。
[0036]在一些实施例中，所述监测信号包括焊接过程中的等离子体、激光背光反射和热辐射。
[0037]在一些实施例中，所述步骤2包括去除起弧段和收弧段，根据设定的分辨率值对中间有效的保留段进行分段。
[0038]在一些实施例中，所述步骤的的特征值计算公式为:Lmn＝Kmn1
×
mean+Kmn2
×
(ma
‑
mi)+Kmn3
×
rms+Kmn4
×
std+Kmn5
×
kur；
[0039]其中，m＝1,2,3；m＝1为等离子体，m＝2为激光背光反射，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光信号的激光焊接过程监测系统，包括分光系统、滤光系统、聚光系统和信号采集系统，其特征在于，所述分光系统包括分光镜BS1(101)、分光镜BS2(102)和分光镜BS3(103)；所述滤光系统包括第一光强选择性通过装置(104)、第二光强选择性通过装置(105)和第三光强选择性通过装置(106)；所述聚光系统包括聚焦镜L1(107)、聚焦镜L2(108)和聚焦镜L3(109)；所述信号采集系统包括第一光电传感器(110)、第二光电传感器(111)和第三光电传感器(112)；所述分光镜BS1(101)的反射光经过分光镜BS2(102)，所述分光镜BS2(102)的反射光经过分光镜BS3(103)，所述分光镜BS2(102)的透射光依次经过所述第一光强选择性通过装置(104)和聚焦镜L1(107)到达第一光电传感器(110)；所述分光镜BS3的反射光依次经过第二光强选择性通过装置(105)和聚焦镜L2(108)到达第二光电传感器(111)，所述分光镜BS3的透射光依次经过所述第三光强选择性通过装置(106)和聚焦镜L3(109)到达第三光电传感器(112)。2.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述信号采集系统的外部连接设置有数据处理装置，所述数据处理装置用于接收所述信号采集系统的数据并对采集到的数据进行处理和分析。3.根据权利要求2所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述数据处理装置为工控机。4.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述分光镜BS1(101)、分光镜BS2(102)和分光镜BS3(103)工作在45度角，所述分光镜BS1(101)对可见光和近红外光透反比50:50；所述分光镜BS2(102)反射近红外光，透射可见光，所述分光镜BS3(103)对反射近红外光短波部分，透射近红外光长波部分。5.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述第一光强选择性通过装置(104)、第二光强选择性通过装置(105)和第三光强选择性通过装置(106)分别包括至少2组滤光组件。6.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述滤光组件包括窄带滤光片和光强衰减装置。7.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述聚焦镜L1(107)、聚焦镜L2(108)和聚焦镜L3(109)分别为凸透镜。8.根据权利要求1所述的基于光信号的激光焊接过程监测系统，其特征在于，所述第一光电传感器(110)用于接收激光焊接过程中的可见光信号，所述第二光电传感器(111)用于接收激光焊接过程中的近红外短波信号，所述第三光电传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：石新华，尹晓彤，刘红升，余龙靖，方海涛，王芮，
申请(专利权)人：上海骄成超声波技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：