[发明专利]一种实时检测激光焊接质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对激光焊接质量的检测，尤其涉及一种实时检测激光焊接质量的方法。

背景技术

激光焊接作为一种先进的连接技术，具有焊接速度快和焊缝成形好等优点，被广泛应用于各个领域中。然而激光焊接过程是一种非常复杂的物理化学反应的过程，例如：熔池小孔和激光等离子体的产生及其对激光的折射、发射和吸收等，这些因素的变化对焊接的质量都有很大的影响；而且，当经过了长时间的连续焊接后，焊件受热产生的变形会导致焊缝间隙的变化；在热透镜效应的影响下，聚焦透镜在受热变形后也会导致焦距发生变化，这些因素的改变都会影响激光焊接质量的稳定性，因此，建立一种激光焊接质量检测的装置是非常有意义的。

目前，与激光焊接过程稳定性以及焊接质量好坏相关的并且已经被用于检测研究的信号主要有声信号、光信号、电信号以及超声波信号等。其中声信号主要包括人们能够听到的声音频率范围内的信号；光信号主要是激光等离子体辐射的紫外光和可见光信号以及熔池小孔辐射的红外信号；电信号主要是激光等离子体振荡引起焊接区域电场变化产生的；超声波信号主要来自于工件内部或外光路的镜片。这些信号都可以不同程度的用来检测激光焊接的质量。就目前来说，有些检测方法具有很大的局限性，例如：光信号检测要求焊接过程中的光信号非常明确，而且可能会影响整个光学系统的稳定性；电信号只能用于过程的监测；超声波信号要求传感器与所监测的位置紧密接触，不易安装等。

就目前而言，大多数学者都倾向于选择声信号参量来检测激光焊接的质量。由于采集声信号的传感器安装非常灵活，可以实现非接触的检测，而且声信号的产生与熔池小孔的形成与否有很大的关系，因此，可以说声信号在一定程度上能够直接反映出焊接质量的变化。曾经有学者采用单个的传声器测量焊接过程中的声信号，然后对其进行了研究。但是，由于在实际的激光焊接环境中，还包括冷却水箱、风刀等发出的噪声，这些噪声在采集过程中也作为声信号被采集起来，而在分析的过程中却一起作为声源来进行分析，这样严重影响激光焊接质量的检测。

因此，近年来，很多学者也开始利用传声器阵列来实时检测激光焊接的质量。这种方法大大提高了激光焊接质量检测的正确性。然而，激光产生的声信号主要是由于形成了熔池小孔的原因，仅采用传声器阵列可以在一定程度上检测其质量问题，却不能实时的观察到小孔的状态，而且经过分析后观察到的结果不直观，对激光焊接质量的检测产生了影响，不能保证激光焊接的质量。

发明内容

本发明提供了一种实时检测激光焊接质量的方法，实现了实时的观察到小孔的状态，提高了激光焊接质量，详见下文描述：

一种实时检测激光焊接质量的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）声信号采集系统对激光焊接声信号进行实时采集并存储；

（2）计算机对所述激光焊接声信号和噪声源信号进行分析计算，将激光焊接特征声信号从噪声源中分离出来，并获取空间辐射声场声压级强度的分布图；

（3）熔池小孔监测系统过滤光信号的干扰，拍摄熔池小孔图像并存储；

（4）计算机将所述空间辐射声压级强度分布图叠加到所述熔池小孔图像中，获取在某一时刻声压级强度和熔池小孔形态，并与预设正常焊接情况下的声压级强度以及熔池小孔的形态进行对比，确定激光焊接的质量。

所述声信号采集系统包括：传声器、声信号采集卡和工控机，

所述传声器呈阵列排列，对所述激光焊接声信号进行采集，并传输至所述声信号采集卡和所述工控机，所述声信号采集卡和所述工控机对所述激光焊接声信号进行存储。

所述计算机对所述激光焊接声信号和噪声源信号进行分析计算，将激光焊接特征声信号从噪声源中分离出来，并获取空间辐射声压级强度分布图具体为：

1）计算机对所述激光焊接声信号和噪声源信号进行零均值化处理，获取零均值化后的信号x_0i(t）；

2）对所述零均值化后的信号x_0i(t)进行主成分分析，获取前m个混合信号；

3）对所述前m个混合信号进行独立分量分析，获取独立源信号的近似源信号s(t)；

4）利用波束形成算法对所述近似源信号s(t)的辐射声压级进行计算，获取所述空间辐射声压级强度分布图。

所述对零均值化后的信号x_0i(t)进行主成分分析，获取前m个混合信号具体为：

（1）求出零均值化后的信号x_0i(t)的协方差矩阵R_xx；

（2）计算所述协方差矩阵R_xx的全部特征值；