[实用新型]基于单光子探测的熔焊过程监测装置

说明书

本实用新型涉及一种基于单光子探测的熔焊过程监测装置，属于焊接监测技术领域。单光子探测器、不同光谱波段的多组滤光片、两个多面体转镜、两台高速电机及电机驱动器共同组成单光子面扫描系统，每完成一个扫描周期即可探测一正方形区域光子信息。单光子面扫描系统在运动导轨上沿焊接方向前进，在数据采集卡控制下采集焊缝的光子信号，经过信号调理电路对信号的放大与滤波等过程将信号传入工业电脑。在工业电脑的数据处理单元中对熔焊过程中的光子信号进行数据处理，分析焊缝质量与光子信号的关系，提取焊缝质量特征信号。本装置设计合理，探测精度高，响应时间快，为焊接质量在线监测提供了新的监测手段。

技术领域

本实用新型涉及焊接监测技术领域，特别涉及一种基于单光子探测的熔焊过程监测装置。

背景技术

熔化焊是在无压力作用情况下，焊件局部发生熔化的一种焊接方法，包括气焊、焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、埋弧焊、激光焊等。

由于连接处的金属是在高温下熔化，存在高温相变过程，在焊缝与母材之间产生了热影响区，与焊缝共同组成焊接接头。焊接接头的质量好坏与接头组织直接相关，而组织场与温度场密切相关，因此对焊接过程中温度信息全面监测对评估焊接接头质量至关重要。

对焊接过程中温度场监测的手段大多通过红外热成像技术或者红外测温仪，目前CCD红外热像仪的应用更为普遍，通过在相机镜头上加装合适的滤光系统以消除干扰光，得到熔池图像。

CCD红外热像仪监测对熔焊温度场监测存在下述问题：

第一、焊缝的熔池在成型之前的温度随熔池内部热循环与热传递等原因，温度变化较大，在CCD热像仪的响应时间下，造成温度场监测精度下降。当焊缝成型后，由于焊枪等遮挡问题，CCD摄像仪需要倾斜一定角度，易造成熔池温度场图像变形，同样影响温度场精度。

第二、CCD热像仪对熔焊的温度场监测中是依据辐射式测温，根据普朗克定律可知，温度与辐射光的波长密切相关。现有的监测方法中大多通过试验的方法获得滤光片波长范围，以减少杂波干扰，但不同焊接参数对滤波参数的选择存在较大影响，进而影响温度的监测精度。

综上所述，目前的CCD热成像技术对熔焊过程的温度场监测不足以获得准确的温度场信息，进而影响焊缝质量监测。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于单光子探测的熔焊过程监测装置，解决了现有技术存在的上述问题。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

基于单光子探测的熔焊过程监测装置，高速电机A1、多面体转镜A2、高速电机B3、多面体转镜B4、电机驱动器5、多波段滤光片6、单光子探测器8共同组成单光子面扫描系统，每完成一个扫描周期即可探测一正方形区域光子信息；所述单光子面扫描系统安装在支架11上，支架11安装在导轨12上，导轨12带动支架11沿着在焊接方向配合焊接速度与扫描范围做间歇式运动，相邻两次运动间隔时间大于单光子面扫描系统完成一周期扫描所需时间，保证单光子面扫描系统完成一周期探测；所述单光子面扫描系统在导轨12上前进的步距小于扫描正方形区域的边长；所述多面体转镜A2与高速电机A1连接，多面体转镜B4与高速电机B3连接，高速电机A1、高速电机B3分别与电机驱动器5连接，所述电机驱动器5与工业电脑10连接；单光子探测器8与多面体转镜A2相配合，接收多面体转镜A2前方的多波段滤光片6的反射光线，单光子探测器8与高速数据采集卡7相连，高速数据采集卡7通过信号调理模块9与工业电脑10相连。

所述的高速电机A1带动多面体转镜A2对焊缝宽度方向上的光子数进行扫描，高速电机B3带动多面体转镜B4对焊缝垂直方向上的光子数进行扫描，所述高速电机A1的轴线方向与高速电机B3的轴线方向垂直；在高速电机A1转轴带动下的多面体转镜A2前方安装多波段滤光片6。