激光焊過(guò)程監測與質(zhì)量控制的發(fā)展趨勢

近年來(lái)，隨著(zhù)現代光學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，激光焊質(zhì)量 的診斷在信號拾取、信息提取、缺陷識別以及普適性等方面取得較大進(jìn)展，其發(fā)展趨勢可歸納如下。

           圖4-53焦點(diǎn)位置雙閉環(huán)控制激光焊樣品

1.多傳感器的采用

   早期的激光焊實(shí)時(shí)監測系統一般采用一到兩個(gè)傳感器采集焊接過(guò)程中的光或聲信號，從中可提取的有效信息較少，并且容易受到干擾，系統的可靠性差，且只能用于監測焊接過(guò)程

的穩定性。近幾年來(lái)，采用多傳感器從多個(gè)方面獲取焊接質(zhì)量信 息成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)，多傳感器的采用不僅可以獲取更為全面的質(zhì)量信息，使煌 接缺陷的識別成為可能，更能大大提高系統在惡劣工業(yè)環(huán)境下的可靠性。如通過(guò)采 集與分析激光焊過(guò)程中的紫外線(xiàn)〈UV〉、紅外線(xiàn)IR、可聽(tīng)聲波（AS）及超聲波AE四種信號實(shí)現了焊接熔透狀態(tài)和氣孔的監測；Ali和Farson等人通過(guò)采集光福射、可聽(tīng)聲波及等離子體電荷等信號實(shí)現薄板對接焊縫的質(zhì)量診斷；也有人通過(guò)一 個(gè)紅外、兩個(gè)紫外傳感器實(shí)現了對激光切割、拼焊的質(zhì)量診斷。

2.同軸(Coxial)方向信號拾取

隨著(zhù)現代光學(xué)器件制備技術(shù)的不斷進(jìn)步，巳經(jīng)可以制造出特殊的分光^反射鏡 片，用于逆激光傳輸的方向拾取等離子體或熔池的光輻射信號。這種同軸信號拾取 方式較早期采用的偏軸信號拾取方式，其優(yōu)點(diǎn)如下：可很好地適用于二維曲線(xiàn)和三 維曲面的焊接；傳感器易于對準焊接區域；借助于濾光和圖像處理技術(shù)可實(shí)現熔池 和小孔的觀(guān)察；除了用于激光焊監測外，還可用于激光切割、熱處理以及打孔等加 工方式的質(zhì)量監測。例如，用CMOS攝像機同軸觀(guān)測激光加工區域，可實(shí)現激光燥 接和切割的監測。

3.現代信息處理技術(shù)的結合使用

信息技術(shù)的飛速發(fā)展為激光焊質(zhì)量的診斷提供了有效手段，近年來(lái)新進(jìn)展主要 表現在三個(gè)方面：，是信號處理方法從時(shí)域分析、頻域分析向時(shí)頻分析不斷向前發(fā) 展，通過(guò)小波分析提取可聽(tīng)聲信號中反映錯邊、間隙等裝配缺陷的信息，分析方法 的進(jìn)步增強了有效信息的提取能力；二是信息融合技術(shù)的采用，多傳感器監測從多 方面提取了焊接質(zhì)量信息，信息融合技術(shù)可以結合不同信號中的一致有效的信息， 去除不同信號中冗余甚至矛盾的信息，從而保證結論的正確性和可靠性；三是現代 模式識別技術(shù)用于不同焊接缺陷的判別，通過(guò)線(xiàn)性分類(lèi)器LDA可實(shí)現熔透、未 熔透以及未融合三種焊接狀態(tài)的識別。

4.缺陷識別能力增強

早期的研究一般只限于監側焊接過(guò)程的德定性,隨著(zhù)信息獲取與處理手段的增強，不同焊接缺陷或焊接狀態(tài)的識別已成為可能。已有人實(shí)現了激光焊熔透性的監側，可進(jìn)行過(guò)熔透、未熔透及熔透良好等狀態(tài)的識別。另外，也有人嘗試進(jìn)行氣孔、焊偏、錯邊和間隙等狀態(tài)的識別，甚至進(jìn)行咬邊、焊縫氧化以及焊縫成形尺寸的識別或實(shí)時(shí)預側。

5.熔池與小孔的直接觀(guān)察

相對其他監測手段而言，熔池與小孔的直接觀(guān)察具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢，雖然激光焊過(guò)程中存在強烈的等離子體弧光，但現代技術(shù)的發(fā)展已使熔池與小孔的直接觀(guān)察成為可能.隨著(zhù)機器視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)步，拍攝更為清晰的熔池與小孔圖像，開(kāi)發(fā)更快的圖像處理算法必然成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。