激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法
【專利摘要】激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法。由于激光焊接過(guò)程的多變量耦合作用使得等離子體信號(hào)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，很難找到一個(gè)有效識(shí)別焊接質(zhì)量、穩(wěn)定性及缺陷生成的可靠判定依據(jù)；檢測(cè)結(jié)果差距大。本發(fā)明方法包括：激光焊接時(shí)，首先，實(shí)時(shí)選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析；第二，根據(jù)激光焊接過(guò)程等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，通過(guò)數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，并從中提取出與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息的特征值組合；最后通過(guò)相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的在線準(zhǔn)確識(shí)別。本發(fā)明用于激光焊接檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
激光焊接作為一種先進(jìn)的特種焊接工藝，憑借其能量密度大、焊接速度高、焊縫熱影響區(qū)小、變形小、接頭機(jī)械性能高等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)界的各個(gè)領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的地位，隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)焊接需求的不斷加大，“高質(zhì)量、高效率、低成本、智能化”將成為未來(lái)焊接技術(shù)研究和發(fā)展的方向。因此，對(duì)于激光焊接過(guò)程實(shí)施焊接質(zhì)量在線檢測(cè)則顯得尤為重要。
[0003]由于激光等離子體主要是由高密度的激光束射入工件后，小孔內(nèi)的金屬蒸汽及保護(hù)氣體在激光作用下發(fā)生電離，導(dǎo)致電子密度雪崩式的增長(zhǎng)而形成的。所以激光等離子體信號(hào)與焊接過(guò)程中小孔的內(nèi)部情況，如小孔內(nèi)氣壓、溫度及穩(wěn)定性變化等存在很大的關(guān)聯(lián)性，而激光焊接中小孔的狀態(tài)又直接決定了焊接質(zhì)量。因此，對(duì)激光等離子體信號(hào)的檢測(cè)和分析是對(duì)激光焊接過(guò)程熔透情況、穩(wěn)定性情況及缺陷易生成區(qū)域的較為直接、有效的檢測(cè)途徑。但是，由于激光焊接過(guò)程是一個(gè)光、熱、力等綜合作用下的一個(gè)高度非線性復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，多變量耦合作用使得等離子體信號(hào)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，很難找到一個(gè)有效識(shí)別焊接質(zhì)量、穩(wěn)定性及缺陷生成的可靠判定依據(jù)；同時(shí)，由于無(wú)法有效去除焊接過(guò)程中大量不確定的隨機(jī)干擾信號(hào)的影響，使得濾波處理、傅里葉轉(zhuǎn)換、小波轉(zhuǎn)換等現(xiàn)有信號(hào)處理方法都無(wú)法得到滿意的檢測(cè)結(jié)果。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法。
[0005]上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，激光焊接時(shí)，首先，通過(guò)濾光片和激光二極管進(jìn)行在線檢測(cè)，獲得固定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光等離子體輻射強(qiáng)度信號(hào)，實(shí)時(shí)選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析；第二，根據(jù)激光焊接過(guò)程等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，通過(guò)數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，描述出等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布情況，并從中提取出與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息的特征值組；最后通過(guò)相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的在線準(zhǔn)確識(shí)別。
[0006]所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，最后通過(guò)所有計(jì)算得出的基值和躁動(dòng)值的相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接全過(guò)程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識(shí)別。
[0007]所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，所述的概率密度分布函數(shù)是根據(jù)研究該區(qū)域內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)空間概率密度分布情況提取出的。
[0008]所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，通過(guò)基值的波動(dòng)情況在線檢測(cè)焊縫熔深的變化情況，再通過(guò)躁動(dòng)值的波動(dòng)數(shù)值在線檢測(cè)焊接過(guò)程穩(wěn)定性的情況及定性分析焊接缺陷易生成區(qū)域。[0009]有益效果:
1.本發(fā)明是基于激光等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣概率密度分析手段的激光焊接熔深變化及焊接缺陷定性識(shí)別的在線檢測(cè)方法，是一種完全不同于以往單純的信號(hào)線性分析模式的新型檢測(cè)方法，具有測(cè)試效果穩(wěn)定及對(duì)焊接實(shí)際變化情況靈敏的特點(diǎn)，本發(fā)明尤其利用概率密度分析手段而有效屏蔽掉信號(hào)波動(dòng)，并獲得任何時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定可靠的分布特征值，因此可以在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，提供可靠的比照參數(shù)。
[0010]2.本發(fā)明方法在概率密度分布函數(shù)中提取特征值時(shí)是針對(duì)“有效”信號(hào)強(qiáng)度值區(qū)間進(jìn)行數(shù)值分析，因此可去除隨機(jī)干擾信號(hào)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，簡(jiǎn)化檢測(cè)過(guò)程。而激光焊接過(guò)程等離子體強(qiáng)度的概率分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，因此可通過(guò)焊接信號(hào)特征值變化，發(fā)現(xiàn)實(shí)際焊接不穩(wěn)定區(qū)域和焊接缺陷易生成區(qū)域。
[0011]3.本發(fā)明方法基于激光等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣概率密度分析手段的激光焊接熔深變化及焊接缺陷定性識(shí)別的在線檢測(cè)方法，將特征值組合聯(lián)合使用后，能夠真實(shí)的反映出激光焊接過(guò)程焊縫成形情況，是對(duì)焊接質(zhì)量在線檢測(cè)的有效識(shí)別方法，并且這種激光焊接熔深變化及焊接缺陷定性識(shí)別的在線檢測(cè)方法的適用范圍能夠擴(kuò)展到激光焊接、電弧焊接及復(fù)合焊接中的其它光學(xué)、電磁及聲學(xué)的檢測(cè)信號(hào)分析上。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
1.一種激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，激光焊接時(shí)，首先，通過(guò)濾光片和激光二極管進(jìn)行在線檢測(cè)，獲得固定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光等離子體輻射強(qiáng)度信號(hào)，實(shí)時(shí)選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析；第二，根據(jù)激光焊接過(guò)程等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，通過(guò)數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，描述出等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布情況，并從中提取出與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息的特征值組，例如焊接狀態(tài)及焊接缺陷值；最后通過(guò)相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的在線準(zhǔn)確識(shí)別。
[0013]通過(guò)所述的相關(guān)特征值分析還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊接熔透性、焊縫側(cè)壁熔合性、焊縫表面質(zhì)量等更多方面的焊接質(zhì)量檢測(cè)。
[0014]實(shí)施例2:
實(shí)施例1所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，最后通過(guò)所有計(jì)算得出的基值和躁動(dòng)值的相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接全過(guò)程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識(shí)別。
[0015]所述的激光焊接質(zhì)量快速無(wú)損檢測(cè)方法，是基于等離子體面積信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布在不同輻射強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)的數(shù)量存在明顯差異。通過(guò)將所有信號(hào)點(diǎn)的概率密度分布情況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析后，可得到描述該焊接條件下的等離子體面積信號(hào)概率密度分布函數(shù)及率密度分布曲線。實(shí)驗(yàn)證明，在相同焊接條件下等離子體面積信號(hào)概率分布曲線具有較高的相似度，而在不同焊接條件下無(wú)論其走勢(shì)還是區(qū)間范圍均存在較大差異，說(shuō)明激光焊接過(guò)程等離子體面積的概率分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在較嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0016]實(shí)施例3:
實(shí)施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，所述的概率密度分布函數(shù)是根據(jù)研究該區(qū)域內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)空間概率密度分布情況提取出的。
[0017]實(shí)施例4:
實(shí)施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，通過(guò)基值的波動(dòng)情況在線檢測(cè)焊縫熔深的變化情況，再通過(guò)躁動(dòng)值的波動(dòng)數(shù)值在線檢測(cè)焊接過(guò)程穩(wěn)定性的情況及定性分析焊接缺陷易生成區(qū)域。
[0018]實(shí)施例5:
實(shí)施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，還能應(yīng)用到激光焊接、電弧焊接及復(fù)合焊接中的其它光學(xué)、電磁及聲學(xué)的檢測(cè)信號(hào)對(duì)于焊接質(zhì)量的檢測(cè)分析上。
[0019]實(shí)施例6:
實(shí)施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，基于激光等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣概率密度分析手段的激光焊接熔深變化及焊接缺陷定性識(shí)別的快速無(wú)損檢測(cè)方法，在檢測(cè)信號(hào)概率密度分布函數(shù)中，存在與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息，主要包括:
I)在等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間分布的最密集區(qū)域，找到檢測(cè)信號(hào)里最集中出現(xiàn)的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值，定義其為基值；所有局部基值逐點(diǎn)連接成為基值線，基值線與焊縫熔深變化存在關(guān)聯(lián)性，以此作為焊縫熔深檢測(cè)的依據(jù)。
[0020]2)在等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間分布中，除了分布的最密集區(qū)域以外，其它區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)也同樣會(huì)對(duì)焊接效果產(chǎn)生作用，它們出現(xiàn)位置與“基值”距離越遠(yuǎn)，分布概率越大，對(duì)基值焊接效果下產(chǎn)生的波動(dòng)也就越大，所以定義為躁動(dòng)值，所有局部躁動(dòng)值逐點(diǎn)連接成為躁動(dòng)值曲線，躁動(dòng)值曲線與工藝類氣孔間也存在關(guān)聯(lián)性，以此作為焊縫缺陷檢測(cè)的依據(jù)。
[0021]3)在等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間分布中，同樣能提取出表征熔透性、側(cè)壁熔合性及表面缺陷的特征信息，用于焊接質(zhì)量檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，其特征是:激光焊接時(shí)，首先，通過(guò)濾光片和激光二極管進(jìn)行在線檢測(cè)，獲得固定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光等離子體輻射強(qiáng)度信號(hào)，實(shí)時(shí)選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析；第二，根據(jù)激光焊接過(guò)程等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布規(guī)律與實(shí)際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，通過(guò)數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，描述出等離子體強(qiáng)度信號(hào)空間點(diǎn)陣的概率密度分布情況，并從中提取出與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息的特征值組；最后通過(guò)相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的在線準(zhǔn)確識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，其特征是:依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測(cè)信號(hào)點(diǎn)集合進(jìn)行概率密度分析，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，最后通過(guò)所有計(jì)算得出的基值和躁動(dòng)值的相關(guān)特征值分析實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接全過(guò)程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識(shí)別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，其特征是:所述的概率密度分布函數(shù)是根據(jù)研究該區(qū)域內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)空間概率密度分布情況提取出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)方法，其特征是:通過(guò)基值的波動(dòng)情況在線檢測(cè)焊縫熔深的變化情況，再通過(guò)躁動(dòng)值的波動(dòng)數(shù)值在線檢測(cè)焊接過(guò)程穩(wěn)定性的情況及定性分析焊接缺陷易生成區(qū)域。
【文檔編號(hào)】B23K26/42GK103464906SQ201310459376
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月2日
【發(fā)明者】孫謙, 王旭友, 王威, 雷振, 黃瑞生, 徐良 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所