[实用新型]基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷检测平台

说明书

本实用新型公开了一种基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷检测平台，根据对穿透焊能量模型的分析，通过搭建激光穿透焊缺陷检测平台，利用光电传感检测模块检测焊区的完整光辐射能量、工件下方背衬底板与接触式振动传感器检测焊缝穿透能量、激光器输出的激光功率信号，在工控机重构完整的穿透焊能量模型与焊接反应区指示信号，实现激光穿透焊缺陷检测。与现有技术相比，本实用新型检测含括了所有的焊接现象，有效防止检测对象外的焊接现象干扰，减少激光焊接耦合机制对缺陷识别可靠性的影响，利用具有极高采样速率的光电传感器与振动传感器以适应激光焊接耦合作用的高频变化，且具有良好的经济性。

技术领域

本实用新型涉及一种激光焊接质量控制方法，具体地涉及一种借助激光焊接能量分配检测装置，识别激光焊接能量分配变化，通过机器学习进行缺陷发生预测及抑制的焊接质量控制方法。

背景技术

激光深熔焊接具有深宽比大、焊接速度快、热影响区小、焊接变形小优点。随着高光束质量高能级的光纤激光器出现，厚板激光深熔焊接一次成形成为可能。因此，激光穿透焊接已广泛应用到能源、造船、航空航天、装备制造、铁路适应各种不同厚度板件焊接制造行业中。

但由于焊接过程中金属蒸汽波动，匙孔形态变化，熔池振荡因素引起的复杂耦合作用，穿透焊接仍会出现咬边、焊瘤、塌陷、爆裂缺陷，影响着焊接行业的生产效率与生产质量。为提高焊接质量，国内外学者及企业不断研究焊接缺陷形成机制、并利用传感器对焊接缺陷进行识别控制。常见的传感检测方式与检测对象有，光电传感器检测焊区可见光辐射与激光反射，光谱仪检测焊区元素含量波动；视觉传感区检测金属蒸汽匙孔与飞溅；电探针检测等离子体。如实用新型专利CN201610099733.4利用高速相机拍摄焊区进行焊接质量检测；实用新型专利201410080669.6利用光谱仪采集焊区等离子体与金属蒸汽辐射进行焊接质量检测；实用新型专利201510664238.9利用电信号检测装置检测等离子体的变化特性进行焊接质量检测。

现有常见的缺陷检测装置检测方式单一，往往只针对少数焊接现象进行缺陷检测。但由于激光焊接耦合作用机制的复杂性，缺陷检测效果容易受到检测对象外的焊接现象干扰，而影响缺陷的识别可靠性。

实用新型内容：

为解决现有技术的不足，本实用新型解决的主要问题是寻求能够有效检测焊接过程完整现象的方式，减少检测系统外的现象对缺陷检测效果的影响。

本项目从焊接过程的能量守恒规律分析，穿透焊时，将焊接过程的能量分为输入激光能量，工件焊区的反应能量，激光反射能量，上方金属蒸汽能量，下方金属蒸汽能量，焊缝穿透能量。其中输入激光能量可近似看做其他各种能量的总和。利用对应的检测方式对焊接系统各种能量进行检测分析，其中不包括工件焊区的反应能量。在此基础上进行焊接试验，分析各种信号在缺陷发生前后的信号特征。分析发现，通过构建完整的能量模型，利用其它的能量信号变化还原工件焊区的反应能量，能够与工件的缺陷发生对应，并能检测焊接过程的完整现象，避免额外现象对检测的干扰。特别地，分析发现下方金属蒸汽能量与焊缝穿透能量存在正相关关系，据此可以对焊缝穿透能量信号乘以一个系数，以反映下方金属蒸汽能量与焊缝穿透能量整体波动。

据此，本实用新型提供一种基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷检测平台。本实用新型的技术方案是这样实现的：

基于激光焊接能量分配的激光穿透焊缺陷检测平台包括，

一个焊接平台支架，夹持焊接工件与背衬底板；

一个安装在焊接平台支架上的并具有外扩光路的激光头；

一台激光器通过光纤与激光头相连，用于激光输入，且可将激光束功率在线变化能输出到工控机上；

一个安装在激光头外扩光路上，具备分光滤光与光电转化功能的光电检测装置；

可选地，为光纤准直镜与光电传感器的组合；