專利名稱：一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對激光焊接質(zhì)量的檢測，尤其涉及一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
激光焊接作為一種先進的連接技術(shù)，具有焊接速度快和焊縫成形好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。然而激光焊接過程是一種非常復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)的過程，例如熔池小孔和激光等離子體的產(chǎn)生及其對激光的折射、發(fā)射和吸收等，這些因素的變化對焊接的質(zhì)量都有很大的影響；而且，當(dāng)經(jīng)過了長時間的連續(xù)焊接后，焊件受熱產(chǎn)生的變形會導(dǎo)致焊縫間隙的變化；在熱透鏡效應(yīng)的影響下，聚焦透鏡在受熱變形后也會導(dǎo)致焦距發(fā)生變化，這些因素的改變都會影響激光焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此，建立一種激光焊接質(zhì)量檢測的裝置是非常有意義的。目前，與激光焊接過程穩(wěn)定性以及焊接質(zhì)量好壞相關(guān)的并且已經(jīng)被用于檢測研究的信號主要有聲信號、光信號、電信號以及超聲波信號等。其中聲信號主要包括人們能夠聽到的聲音頻率范圍內(nèi)的信號；光信號主要是激光等離子體輻射的紫外光和可見光信號以及熔池小孔輻射的紅外信號；電信號主要是激光等離子體振蕩引起焊接區(qū)域電場變化產(chǎn)生的；超聲波信號主要來自于工件內(nèi)部或外光路的鏡片。這些信號都可以不同程度的用來檢測激光焊接的質(zhì)量。就目前來說，有些檢測方法具有很大的局限性，例如光信號檢測要求焊接過程中的光信號非常明確，而且可能會影響整個光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；電信號只能用于過程的監(jiān)測；超聲波信號要求傳感器與所監(jiān)測的位置緊密接觸，不易安裝等。就目前而言，大多數(shù)學(xué)者都傾向于選擇聲信號參量來檢測激光焊接的質(zhì)量。由于采集聲信號的傳感器安裝非常靈活，可以實現(xiàn)非接觸的檢測，而且聲信號的產(chǎn)生與熔池小孔的形成與否有很大的關(guān)系，因此，可以說聲信號在一定程度上能夠直接反映出焊接質(zhì)量的變化。曾經(jīng)有學(xué)者采用單個的傳聲器測量焊接過程中的聲信號，然后對其進行了研究。但是，由于在實際的激光焊接環(huán)境中，還包括冷卻水箱、風(fēng)刀等發(fā)出的噪聲，這些噪聲在采集過程中也作為聲信號被采集起來，而在分析的過程中卻一起作為聲源來進行分析，這樣嚴(yán)重影響激光焊接質(zhì)量的檢測。因此，近年來，很多學(xué)者也開始利用傳聲器陣列來實時檢測激光焊接的質(zhì)量。這種方法大大提高了激光焊接質(zhì)量檢測的正確性。然而，激光產(chǎn)生的聲信號主要是由于形成了熔池小孔的原因，僅采用傳聲器陣列可以在一定程度上檢測其質(zhì)量問題，卻不能實時的觀察到小孔的狀態(tài)，而且經(jīng)過分析后觀察到的結(jié)果不直觀，對激光焊接質(zhì)量的檢測產(chǎn)生了影響，不能保證激光焊接的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，實現(xiàn)了實時的觀察到小孔的狀態(tài)，提高了激光焊接質(zhì)量，詳見下文描述
—種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，所述方法包括以下步驟( I)聲信號采集系統(tǒng)對激光焊接聲信號進行實時采集并存儲；(2)計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行分析計算，將激光焊接特征聲信號從噪聲源中分離出來，并獲取空間福射聲場聲壓級強度的分布圖；(3)熔池小孔監(jiān)測系統(tǒng)過濾光信號的干擾，拍攝熔池小孔圖像并存儲；(4)計算機將所述空間輻射聲壓級強度分布圖疊加到所述熔池小孔圖像中，獲取在某一時刻聲壓級強度和熔池小孔形態(tài)，并與預(yù)設(shè)正常焊接情況下的聲壓級強度以及熔池小孔的形態(tài)進行對比，確定激光焊接的質(zhì)量。所述聲信號采集系統(tǒng)包括傳聲器、聲信號采集卡和工控機，所述傳聲器呈陣列排列，對所述激光焊接聲信號進行采集，并傳輸至所述聲信號采集卡和所述工控機，所述聲信號采集卡和所述工控機對所述激光焊接聲信號進行存儲。所述計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行分析計算，將激光焊接特征聲信號從噪聲源中分離出來，并獲取空間輻射聲壓級強度分布圖具體為I)計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行零均值化處理，獲取零均值化后的信號Xm (t);2)對所述零均值化后的信號Xtli (t)進行主成分分析，獲取前m個混合信號；3)對所述前m個混合信號進行獨立分量分析，獲取獨立源信號的近似源信號s(t)；4)利用波束形成算法對所述近似源信號s (t)的輻射聲壓級進行計算，獲取所述空間輻射聲壓級強度分布圖。所述對零均值化后的信號Xtli (t)進行主成分分析，獲取前m個混合信號具體為(I)求出零均值化后的信號Xtli (t)的協(xié)方差矩陣Rxx ；(2)計算所述協(xié)方差矩陣Rxx的全部特征值；(3)假設(shè) η 個特征信號 Y1, y2,…，yn,滿足 Y=Ly1, y2,…，yn]T=[ Y 1； Y 2)... Y JTx, χ為零均值化后的任意混合信號；(4)定義第i個特征信號yi的方差貢獻率為為/ΣΛ，則前m個特征信號yi，y2)…
，ym的累積方差貢獻率為
權(quán)利要求
1.一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)聲信號采集系統(tǒng)對激光焊接聲信號進行實時采集并存儲；(2)計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行分析計算，將激光焊接特征聲信號從噪聲源中分離出來，并獲取空間輻射聲壓級強度分布圖；(3)熔池小孔監(jiān)測系統(tǒng)過濾光信號的干擾，拍攝熔池小孔圖像并存儲；(4)計算機將所述空間輻射聲壓級強度分布圖疊加到所述熔池小孔圖像中，獲取在某一時刻聲壓級強度和熔池小孔形態(tài)，并與預(yù)設(shè)正常焊接情況下的聲壓級強度以及熔池小孔的形態(tài)進行對比，確定激光焊接的質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述聲信號米集系統(tǒng)包括傳聲器、聲信號米集卡和工控機，所述傳聲器呈陣列排列，對所述激光焊接聲信號進行采集，并傳輸至所述聲信號采集卡和所述工控機，所述聲信號采集卡和所述工控機對所述激光焊接聲信號進行存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行分析計算，將激光焊接特征聲信號從噪聲源中分離出來，并獲取空間輻射聲場聲壓級強度的分布圖具體為1)計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行零均值化處理，獲取零均值化后的信號Xm (t);2)對所述零均值化后的信號Xtli(t)進行主成分分析，獲取前m個混合信號；3)對所述前m個混合信號進行獨立分量分析，獲取獨立源信號的近似源信號s(t)；4)利用波束形成算法對所述近似源信號s(t)的輻射聲壓級進行計算，獲取所述空間輻射聲壓級強度分布圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述對零均值化后的信號& (t)進行主成分分析，獲取前m個混合信號具體為(1)求出零均值化后的信號Xtli(t)的協(xié)方差矩陣Rxx ；(2)計算所述協(xié)方差矩陣Rxx的全部特征值；(3)假設(shè)η 個特征信號 yu j2,…，yn,滿足 Y=Iiy1, y2,…，yn]T=[ Y 1； Y 2)…Yn]τχ, χ 為零均值化后的任意混合信號；(4)定義第i個特征信號yi的方差貢獻率為為/ Λ，則前m個特征信號yi，Y2,…，ym
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述對前m 個混合信號進行獨立分量分析，獲取獨立源信號的近似源信號s (t)具體為(1)將前m 個混合信號記為 Y(^t) = Iiy1 (t), y2 (t), ···, ym(t)]T ；(2)根據(jù)信號Y(t)選取隨機向量W的初始值，使得變換后近似源信號s(t)與信號Y(t) 之間滿足s (t) =WY (t)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述利用波束形成算法對近似源信號s (t)的輻射聲壓級進行計算，獲取所述空間輻射聲壓級強度分布圖具體為(1)將每個傳聲器接收的近似源信號Si(t)均補償Ti，即Si (t+Ti)，將聲源處的聲信號對齊；(2)將所有補償后的混合信號Si(t+ τ J相加，獲取空間輻射聲壓級強度分布圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，其特征在于，所述熔池小孔監(jiān)測系統(tǒng)包括C⑶相機、濾光片、視頻圖像采集卡和存儲裝置；所述濾光片過濾光信號之后，所述CCD相機拍攝所述熔池小孔圖像，所述視頻圖像采集卡和所述存儲裝置接收所述熔池小孔圖像并進行存儲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實時檢測激光焊接質(zhì)量的方法，聲信號采集系統(tǒng)對激光焊接聲信號進行實時采集并存儲；計算機對所述激光焊接聲信號和噪聲源信號進行分析計算，將激光焊接特征聲信號從噪聲源中分離出來，并獲取空間輻射聲場聲壓級強度的分布圖；熔池小孔監(jiān)測系統(tǒng)過濾光信號的干擾，拍攝熔池小孔圖像并存儲；計算機將所述空間輻射聲場聲壓級強度的分布圖疊加到所述熔池小孔圖像中，獲取在某一時刻聲壓級強度和熔池小孔形態(tài)，并與預(yù)設(shè)正常焊接情況下的聲壓級強度以及熔池小孔的形態(tài)進行對比，確定激光焊接的質(zhì)量。本方法實現(xiàn)了實時的觀察到小孔的狀態(tài)，提高了激光焊接質(zhì)量。
文檔編號B23K26/03GK102990225SQ20121050771
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者單平, 劉佳, 羅震, 敖三三 申請人:天津大學(xué)