竞博app|官网网站—激光焊接历程中的在线监测（一）

本文摘要：江苏激光同盟导读：激光焊接作为一种高效的现代加工技术，已经广泛应用于现代制造业。本文综述了激光焊接历程中的实时在线监测技术。首先详细先容了激光焊接探测历程中的6个典型的探测技术：光电、视觉、光谱、声学、高温计和等离子电荷传感。 然后对激光焊接监测以及自适应控制中的多探头融合技术举行了综述。最后，关于激光监测和控制历程中的未来生长也做了展望。

江苏激光同盟导读：激光焊接作为一种高效的现代加工技术，已经广泛应用于现代制造业。本文综述了激光焊接历程中的实时在线监测技术。首先详细先容了激光焊接探测历程中的6个典型的探测技术：光电、视觉、光谱、声学、高温计和等离子电荷传感。

然后对激光焊接监测以及自适应控制中的多探头融合技术举行了综述。最后，关于激光监测和控制历程中的未来生长也做了展望。

文章认为：激光焊接历程中的实时在线监测技术可以提供大量的关于激光焊接状态的有用信息，而且可以用来资助我们有效的识别缺陷和实现自适应控制。本篇为第一部门。

引言激光焊接由于产能高、可自动化焊接、形成的热影响区小的高质量焊缝而在种种工业中获得应用，如汽车、造船、航空航天、造船和造桥等。其高能量密度可以到达100-1000KW每平方毫米，使得激光束和焊接质料之间的联合很是牢靠，尤其是在使用匙孔效应焊接厚板时更为显着。于是，高功率激光焊接历程中的在线监测和质量控制就对获得高质量的产物就显得至关重要了。

早在20多年前就有大量的研究者开展了激光焊接历程中的探测问题，然而，实验室的研究效果在其时并没能获得企业的大量应用，其原因是其时的探测设备太过昂贵，而且器件的精度也不够、探测效率也很是低。另外，其时的企业使用激光焊接的也不多是另外一个限制了激光焊接监测生长的原因。

随着激光器价钱的不停下降以及激光焊接成本的越来越低，激光焊接技术开始在焊接领域获得更为广泛的应用。在批量生产制造历程中，焊接历程中的有效的在线监测可以资助我们降低制造成本和提高产物质量。图1 激光焊接时的匙孔效应示意图激光焊接主要是激光束和焊接质料之间的相互作用历程。

在焊接历程中，激光束通过光纤和相应地光学镜片举行传输。相应地，激光焊接历程中的在线监测也主要集中在焊接区的光辐射的能量信息，而且大部门用于研究的探测器是光学探测器。激光焊接历程中实时探测技术的生长在已往十年由于探测技术和人工智能技术的迅猛生长而取得了庞大的生长。

本文则对激光焊接历程中的在线监测举行了综述。从详细先容激光焊接的物理配景和当前差别探测技术的基本原理着手。然后对先进的多传感探测技术和人工智能识别技术也举行了展望。

通过先容激光焊接探测历程中的先进探测技术的有效应用和激光焊接历程中的人工智能技术的应用实验，本文致力于展示当前的激光焊接监测技术和自适应历程中的当前状态以及未来可能的生长偏向。激光焊接监测历程中的基本原理激光焊接原理激光焊接时，质料被快速加热到一定温度，然后熔融金属开始气化，从而在熔池中心形成匙孔。因为此时有蒸气压的存在会促使在一连激光焊接时匙孔会保持在开的状态，如图1所示。

在激光焊接的匙孔效应下，包罗金属蒸汽和等离子体的羽状物会在此时生成并从匙孔飞溅出来。需要指出的是，在接纳差别类型的激光举行焊接时，等离子体的特征也是差别的。CO2激光焊接时，羽状物只在接纳He气为掩护气体时才会发生。如果掩护气体为N2或者Ar，接纳CO2激光焊接，气体等离子体仅在羽状物喷嘴处形成。

相反，接纳光纤激光焊接时，羽状物仅在较弱的离子状态等离子体的条件下发生。险些所有的光谱分析用的峰值均泉源于中性金属原子的发射，而这些金属原子的发射在Ar气体作掩护气的时候是不会被探测到的。与此同时，由于匙孔效应中高的蒸气压而造成大量的飞溅形成。一般来说，焊接位置的电磁辐射可以分为三大类。

第一类是羽状物发射出来的可见光和紫外光。第二类是激光发射后被发射的光。第三类是来自熔池外貌的热辐射。

基本上，激光焊接历程中的在线监测主要集中在表征熔池、匙孔、羽状物、飞溅物以及激光焊接区的辐射信号。激光焊接历程中常见的缺陷有裂纹、气孔、未完全熔透、未焊满、咬边和飞溅等。典型的激光焊接监测系统的结构差别于传统的焊接，激光焊接历程中的能量穿透主要靠激光束来实现 的，此时的激光通过光纤和光学镜片举行传输，然后照射到质料外貌。基于这种奇特的能量传输方式，通过调整激秃顶内部光路的结构可以实现差别的检测。

此时我们将重点放在激光焊接监测历程中的四种探测技术上，并对每种探测类型举行了简朴的先容。同轴光辐射监测系统光束分光器安装在激秃顶上以资助将焊接区中的辐射信号传输给探测器。

一些焊接状态可以通太过析差别光谱带的信号强弱而识别出来。差别光谱带的独立分析是通过差别的滤光片来实现的。光通过滤光片时会被光电探测器探测到，然后通过信号放大器，最后通过示波器举行收集。

除了分析特征光谱带之外，在焊接历程中的全光谱波段的分析是通过光谱仪来实现的。激秃顶和光谱分析仪均通过光纤举行毗连。

焊接区激光光强度的信号通太过光器来反映。光通过光纤，最后通过光谱仪来识别。如图2为一个带光电二极管的同轴探测系统（上图）及其光电二极管的事情原理（下图）。图2 带光电二极管的同轴探测系统（上图）及其光电二极管的事情原理（下图）文献1同轴视觉探测系统同轴探测系统是安装在激秃顶上的光束分光仪来实现的。

一般来说，有三种技术用于探测系统：即可见光视觉探测、红外可见视觉探测和辅助光源视觉探测。对于可见光视觉探测，适应的滤光镜波长规模为：350-750nm。红外可见视觉探测主要通过热红外相机来实现。

在辅助光源视觉探测历程中，主要接纳高频闪的激光源来照射事情区，其波长一般在800-900nm。辅助光源通太过光器投射到焊接区，其端部同相机相连。

光学滤光器同辅助光源相兼容而且安装在分光器和相机之间，以使焊接区的图像越发清晰可见。如图3所示为同轴视觉探测系统（上）的一个案例及其实际探测的分析效果。图3 同轴视觉探测系统（上）的一个案例及其实际探测的分析效果 文献2傍轴声学和温度探测系统声学信号在一定水平上也被认为是焊接状态的一个重要的信号。由于同轴探测主要用来探测光信号，从而使得声信号的探测只能通过傍轴来实现。

傍轴声信号探测器有两种，包罗接触型和非接触型。接触型声探测主要探测发出的声音响动，从而用于检测高温时的应力波和和设备或工件中的高压（指压力）。

可探测的波长为不凌驾200KHz。非接触声音探测主要指探测空气中流传的人耳可以听见的声音。这主要监控当等离子体和金属蒸汽发生时的压力波变化。

可以探测的波长规模为人耳可听见的规模，约莫为20Hz-20KHz。另外一种用傍轴探测的是高温计。需要注意的是非接触型的温度探测仪通常安装在激秃顶的后面以使得熔池的热漫衍比力利便。

图4为激光焊接历程中检测声信号的一个案例。图4 基于声探测的分析图谱 文献3等离子体电荷探测系统在焊接历程中，尤其是CO2激光焊接时，激光诱导发生的等离子体中会发生电导性。于是，接触探头可以用来探测等离子体区的电荷强度，从而识别焊接状态。

回路同基材相毗连，而另一端同激秃顶相毗连。此时接触区和聚焦镜需要电绝缘。可以替代的，也可以在等离子体发生的区域设置探头举行探测。

电子和电容相连而形成回路，此时的信号以电压的形式的传输。图5-图8为等离子体电荷在线监测的示意图以及举行丈量的原始数据、处置惩罚数据以及数据和对应的焊缝。图5 基于等离子电荷的激光焊接在线监测示意图 文献4图6 差别电压下的等离子体发射谱（a）3V（b）5V（c）7V（d）9V 文献5图7 测得的等立体电荷信号原始数据随处理完毕的数据图 文献4图8 差别等离子体谱线下的焊缝形态 （焊接速度稳定为： 10 mm/s）文献4参考文献：1.https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.08.006，Detecting beam offsets in laser welding of closed-square-butt joints by wavelet analysis of an optical process signal，Optics & Laser Technology，Volume 109, January 2019, Pages 178-185，2.https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2011.09.005，Infrared image recognition for seam tracking monitoring during fiber laser welding，Mechatronics，Volume 22, Issue 4, June 2012, Pages 370-3803.Real-time monitoring of laser welding based on multiple sensors，10.1109/CCDC.2008.4597620，2008 Chinese Control and Decision Conference，Yantai, Shandong, China，4.https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2013.09.026，Real-time monitoring of the laser hot-wire welding process，Optics & Laser TechnologyVolume 57, April 2014, Pages 66-765.https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.08.006，EMD- PNN based welding defects detection using laser-induced plasma electrical signals，Journal of Manufacturing ProcessesVolume 45, September 2019, Pages 642-651泉源：Review of laser welding monitoringD. Y. You,X. D. Gao &S. KatayamaPages 181-201 | Received 10 Sep 2013, Accepted 16 Oct 2013, Published online: 19 Dec 2013，https://doi.org/10.1179/1362171813Y.0000000180。

本文关键词：竞博app,激光,焊接,历程,中的,在线,监测,一,江苏,激光

本文来源：竞博app-www.jiahongqimo.com