[发明专利]一种激光焊接过程蒸气羽烟运动速度的测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光焊接过程金属蒸气羽烟运动速度的测量装置。包括焊接激光器、行走平台、高速摄影系统、触发装置和计算机；高速摄影系统包括高速相机、长焦微距镜头、带通滤光镜和石英保护镜片；高速相机水平安装在三脚架上；带通滤光镜和石英保护镜片安装在长焦微距镜头前；高速摄影系统通过触发装置进行触发和采集；高速摄影系统和触发装置通过计算机进行设置与数据保存。还公开了一种激光焊接过程金属蒸气羽烟运动速度的测量方法。获取焊接过程中金属蒸气羽烟形态的图像信息，经处理过程，通过2D插值的方法，获得整个金属蒸气羽烟范围内的运动速度的分布。

技术领域

本发明涉及激光焊接过程测量与控制领域，尤其涉及一种激光焊接过程属蒸气羽烟运动速度的测量装置及方法。

背景技术

在激光焊接中，金属蒸气羽烟的行为是激光焊接物理过程的一个很重要的特征。金属蒸气羽烟的特征反应着激光焊接过程小孔内部蒸发的状态；羽烟特征的变化也反映出了激光焊接过程小孔的稳定性。在激光焊接过程中，金属蒸气羽烟的变化频率快，其自发辐射强度相对于电弧焊接过程中电弧等离子体辐射强度低。受限于激光焊接复杂的工况条件，对金属蒸气的运动特征，特别是运动速度的获取一直是研究的一个难点。

现有关于激光焊接过程中的金属蒸气的研究中，一直缺少对金属蒸气羽烟运动速度直接测量的方法。因此，现有的研究中仅有通过金属蒸气羽烟的形态特征对金属蒸气羽烟进行表征的研究。如：姜涛通过激光焊接过程中金属蒸气羽烟的面积变化作为金属蒸气的变化特征进行定量表征；庞盛永等人通过激光焊接过程中金属蒸气羽烟的长度变化对金属蒸气的喷发速率进行表征。然而，这些方法存在一些缺点：

(1)现有的方法通过金属蒸气羽烟的长度或面积的变化来表征金属蒸气运动速度，仅能得到金属蒸气羽烟长度或面积的增长速率，无法反映出金属蒸气羽烟运动的方向；

(2)现有的方法仅能反映出金属蒸气羽烟变化的平均速率，无法对整个金属蒸气羽烟的运动速度分布进行测量。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以全面地反映出激光焊接过程中金属蒸气羽烟更细节的运动状态，从而对金属蒸气羽烟的动态变化进行表征的测量装置及方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是获得整个金属蒸气羽烟的速度场。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光焊接过程金属蒸气羽烟运动速度的测量装置，包括焊接激光器、行走平台、高速摄影系统、触发装置和计算机；所述高速摄影系统包括高速相机、长焦微距镜头、带通滤光镜和石英保护镜片；所述高速相机水平安装在三脚架上；所述带通滤光镜和所述石英保护镜片安装在所述长焦微距镜头前；所述高速摄影系统通过所述触发装置进行触发和采集；所述高速摄影系统和所述触发装置通过所述计算机进行设置与数据保存。

进一步地，所述石英保护镜片采用的材料是紫外石英玻璃。

激光焊接过程金属蒸气羽烟运动速度的测量装置，其特征在于，包括焊接激光器、行走平台、高速摄影系统、触发装置和计算机；

所述高速摄影系统包括高速相机、长焦微距镜头、带通滤光镜和石英保护镜片；

所述高速相机水平安装在三脚架上；

所述带通滤光镜和所述石英保护镜片安装在所述长焦微距镜头前；

所述高速摄影系统通过所述触发装置进行触发和采集，

所述高速摄影系统和所述触发装置通过所述计算机进行设置与数据保存。

进一步地，所述石英保护镜片采用的材料是紫外石英玻璃。

进一步地，所述带通滤光镜允许通过的波长为350～950nm，可以保护所述高速相机不受到波长为1070nm的焊接激光光源的干扰。