[发明专利]基于同轴光辐射信号解调的激光焊接焊偏检测方法和装置

说明书

本发明公开了基于同轴光辐射信号解调的激光焊接焊偏检测方法和装置，根据焊偏情况下匙孔形态变化对激光焊接过程现象的影响，通过激光头内部光路结构与光电传感检测模块，对焊接区域光辐射采集，并利用数据终端对光电信号进行时频分析处理。借助传感区域调整装置，得到合适传感区域的在线时频分析数据，实现激光焊接焊偏状态识别。与现有技术相比，本发明为无损检测，实现装置与数据处理方法简单，可广泛的应用在连续焊接焊偏状态检测。特别的，可在接合缝隙不明显的对接焊及T型焊进行在线激光焊接焊偏检测。

技术领域

本发明涉及基于同轴光辐射信号解调的激光焊接焊偏检测方法和装置，具体地涉及一种借助传感区域调整装置，利用焊接过程同轴光辐射信号解调的激光焊接焊偏检测方法和装置。

背景技术

激光焊接为通过激光束令加工对象融化结合实现所需结合效果的一种焊接方式。焊接加工时，由于装配错误或结合缝隙轨迹复杂原因，入射激光可能偏离焊缝从而影响焊接质量。对此，焊接现场常利用传感器对焊接过程进行焊接路径预测与焊偏状态实时检测，如磁光成像路径预测、机器视觉路径预测与焊偏状态实时检测等。

但激光焊接过程中，路径预测不能很好地适用于无法有效观察到焊接路径的场合，如T型焊与接合缝隙极小的情况。这是由于传统的焊接路径预测需要在接合缝隙与激光束的中心轴重合，此时检测的接合轨迹即激光束移动轨迹，如磁光成像路径预测，机器视觉路径预测；当T型焊进行时，接合缝隙与激光束的中心轴不重合，激光束需要熔透其中一块焊板与另一块焊板进行熔合，则不满足传动焊接路径检测条件。在一些精密加工场合，由于对焊缝质量与外观要求较高，对接焊两接合端面被要求精铣，导致接合缝隙极小，甚至人眼无法捕捉。此时通过机器视觉识别出接合缝隙难度很大，而磁光成像检测的精度往往难以满足。另外，机器视觉对焊偏情况的实时监测的实现成本较高，对图像处理能力要求高。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明从焊偏情况对匙孔三维形态变化物理规律出发，分析匙孔形态变化对激光焊接过程现象的影响，根据激光反射测量法寻找能够表征激光焊接焊偏情况的信号。在此基础上进行多传感激光偏焊试验，分析各种信号在焊偏情况下的信号特征，寻求检测激光焊偏情况的经济实现方式。分析发现，对中焊接情况下，由于激光焦点位置两侧材料对称分布，吸收激光能量后，匙孔壁向两侧材料传递热量也对称，令匙孔左右侧坡度对称，此时同轴激光反射信号平稳；焊偏情况下，激光焦点位置两侧材料不对称，吸收激光能量后，匙孔壁向两侧材料传递热量不对称，令匙孔左右侧坡度不对称，导致同轴激光反射信号波动剧烈。当调整传感区域中心偏离焦点位置时，此时激光反射信号波动更为剧烈。

据此，本发明提供一种借助传感区域调整装置，利用焊接过程同轴光辐射信号解调的激光焊接焊偏检测方法。本发明的技术方案是这样实现的：

搭建一个用于同轴光信号解调的激光焊接焊偏检测光路装置，包括：

一台光纤激光器；

一个光纤激光器连接，并具备外扩光路的激光头；

一个焊接实验工件置于激光头下方，进行焊接实验；

一个传感区域调整装置与激光头的外扩光路连接；

一个与传感区域调整装置连接的分光滤光模块；

一个数据采集模块与分光滤光模块的两个光电传感器连接进行数据采集；

一个信号时频分析系统与数据采集模块相连，负责数据处理分析及缺陷识别。

另外，上述激光头内部光路结构中至少包含一块半反射镜，并沿激光输出方向放置在聚焦镜之前，包含一块反射镜放置在外扩光路中，且反射镜的镜片与半反射镜的分光面平行，半反射镜与反射镜放置在垂直于激光束的同一平面上。

上述的传感区域调整装置，内部包括一块安装倾角可调的聚焦镜及一块准直镜，实现把激光头采集到的来自于焊接区域的全部光辐射选区域输出。