[发明专利]一种超快激光异种材料焊接质量评判方法及系统

说明书

本发明属于激光材料加工技术领域，并具体公开了一种超快激光异种材料焊接质量评判方法及系统，具体包括如下步骤：S1对多个异种材料工件进行激光焊接，同时采集工件焊接时对应的光谱图，得到光谱数据集；S2将光谱数据集中，在波长550nm～750nm附近出现连续光谱的光谱图标记为焊接成功，不符合的光谱图标标记为焊接失败，得到标记后的光谱数据集；S3通过标记后的光谱数据集对神经网络进行训练，得到焊接质量判断模型，基于该焊接质量判断模型和异种材料工件激光焊接时的光谱图实现对焊接质量的自动实时评判。本发明结合了光谱检测和深度学习，可以实时在线监测激光焊接质量，具有效率高、成本低、实时监测和非破坏性的优点。

技术领域

本发明属于激光材料加工技术领域，更具体地，涉及一种超快激光异种材料焊接质量评判方法及系统。

背景技术

异种材料连接被广泛应用在电子信息、汽车制造等产业。目前主要的连接方式有匹配封接、阳极焊接、胶接、半固体连接等等。但是每种方法都有其自身的局限性，例如：使用半固体连接需要进行热预处理，这样会对温度敏感元器件产生损伤；阳极焊接要使用特殊的设备；胶接会存在由于老化出现气密性差，导热性差等问题，导致其可靠性降低同时自身也存在使用极限。激光焊接因其拥有输入能量密度高、熔深深、热影响区域小、热形变小等优点，目前被广泛看好。

在焊接过程中决定异质材料焊接成功的一个重要参数是离焦量，离焦量是焦点到两种材料界面的距离。焦点作用在不同的位置，会直接影响焊接的成败以及质量。由于超快激光与物质相互作用的非线性效应，离焦量不同时，产生的光谱变化明显不同，故根据光谱的不同可以检测是否处于离焦量工艺窗口，进而快速检测焊接是否成功以及焊接质量。如何利用光谱来确定异质材料焊接质量是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超快激光异种材料焊接质量评判方法及系统，其目的在于，通过采集光谱数据集，训练深度学习神经网络，获得符合要求的神经网络算法，结合光谱采集，可以实现产线上焊接样品质量的实时检测和判断。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种超快激光异种材料焊接质量评判方法，包括如下步骤：

S1对多个异种材料工件进行激光焊接，同时采集工件焊接时对应的光谱图，得到光谱数据集；

S2将光谱数据集中，在波长550nm～750nm附近出现连续光谱的光谱图标记为焊接成功，将未在波长550nm～750nm附近出现连续光谱的光谱图标标记为焊接失败，得到标记后的光谱数据集；

S3通过标记后的光谱数据集对神经网络进行训练，得到焊接质量判断模型，基于该焊接质量判断模型和异种材料工件激光焊接时的光谱图实现对焊接质量的自动实时评判。

作为进一步优选的，所述S1中，采用激光位置固定，移动工件的方法，对多个异种材料工件进行激光焊接。

作为进一步优选的，采用飞秒激光器对异种材料工件激光焊接，且飞秒激光器的功率为1W～10W，脉宽25fs～100fs，重复频率0.1kHz～10kHz，中心波长750nm～850nm。

作为进一步优选的，采集光谱图时，控制光谱仪的光纤探头位置，使其采集到的光谱图清晰可辨，能看到清晰的激光谱线，并且不使其饱和，与其他谱线强度上具有明显的区分度。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于实现上述方法的超快激光异种材料焊接质量评判系统，其包括传送带、激光焊接单元、光谱仪和计算机，其中：

所述传送带用于放置待焊接的异种材料工件；所述激光焊接单元位于所述传送带上方，用于对异种材料工件进行焊接；所述光谱仪用于采集光谱图，其与所述计算机相连；所述计算机用于对光谱图进行存储、显示和识别，并判断异种材料工件的焊接质量。