欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13336804447 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13336804447
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2025102466930
申请人: 成都汇腾激光切割有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2025-12-26
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.用于激光焊接实时监测系统的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:

激光器发射出的激光经第一45度二色向镜反射后,进入振镜单元,再由振镜单元发射至被加工工件表面;

被加工工件表面形成不同的加工处理区域,不同的加工处理区域内的反射光经过所述振镜单元传输至第一45度二色向镜透光,进一步经转接件到达第二45度二色向镜;

经所述第二45度二色向镜反射后进入光学传感器;

所述光学传感器对加工件反射回的红外光反射光、可见光反射光以及背光反射光进行探测,对不同波段的反射光进行电信号峰值监测,识别不同波段反射光波动情况,判断激光焊接缺陷;

在光学传感器接收到对加工件反射回的红外光反射光、可见光反射光以及背光反射光后,进行电信号峰值监测过程中,三个电信号峰值监测电路同时进行如下步骤:S1:光电二极管监测到的时间域内的可见光反射光信号、红外光反射光信号、背光反射光信号:对于光信号,对其进行傅里叶变换,得到频域上的光分布信号:

;其中,A=v,r或b,即当A=v时,为,即为可见光反射光信号,傅里叶变换得到的即为可见光反射光信号频域光分布信号;当A=r或b时,即可得到红外光反射光信号频域光分布信号、背光反射光信号频域光分布信号;j为虚数单位,j=-1;

S2:每个电信号峰值监测电路对相对应的光电二极管监测的光信号的频域光分布信号进行频带分离,频域上的光分布信号进行频带分离:S21:计算不同频域范围内反射光的高斯光束功率谱密度:

其中,为激光器发射出的激光的平均功率,,,为不同频域范围内反射光的有效频率宽度,为反射光的频率方差;

即在区域内具有的多个峰值,进而提取反射光在区域内的高频频带,

S22:确定反射光的功率谱密度多个峰值区域:

,,…,;

S23:将每个峰值区域的功率谱密度降低至其半功率点,所述半功率点为-3dB点,确定第n个峰值区域的频带最低阈值和最高阈值:即确定,根据所在值所对应的两个频率横坐标,即频带最低阈值、频带最高阈值,得到第n个峰值区域所对应的频带,以及第n个峰值区域内的光分布信号,从而完成频带分离;

S3:计算每个峰值区域内的光分布信号的振幅:

其中,为计算第n个峰值区域内的光分布信号的实部计算函数,为计算第n个峰值区域内的光分布信号的虚部计算函数;

S4:根据振幅变化确定被监测的加工件表面焊接过程中产生的焊接质量情况;

S5:若监测到各波段的光分布信号的频带振幅相对于正常焊接时各自波段的基准信号发生波动,则判断在焊接过程中产生虚焊或间隙;

若监测到可见光反射光和红外光反射光的光分布信号的频带振幅相对于正常焊接时各自波段的基准信号发生波动,且背光反射光的光分布信号的频带振幅相对于其正常焊接时的基准信号未发生波动,则判断在焊接过程中产生孔洞、气孔、油渍或污染;

若监测到背光反射光的光分布信号的频带振幅相对于其正常焊接时的基准信号发生波动,且可见光反射光和红外光反射光的光分布信号的频带振幅相对于正常焊接时各自波段的基准信号未发生波动,则判断在焊接过程中产生匙孔内裂纹。

2.一种采用如权利要求1所述方法的激光焊接实时监测系统,包括:

激光发射系统、转接件以及通过所述转接件与所述激光发射系统连接的加工光束监测系统;

所述激光发射系统包括第一45度二色向镜,与振镜单元和激光器光源的转角处设置;

其特征在于,所述转接件设置在第一45度二色向镜的透光方向侧,所述振镜单元设置在所述第一45度二色向镜的反射光向侧;

所述加工光束监测系统包括与转接件连接的窗口镜、设置在所述窗口镜远离转接件一侧的第二45度二色向镜,设置在所述第二45度二向色镜反射光向侧的光学传感器以及设置在所述第二45度二向色镜透光向侧的第一接口和第二接口;

所述光学传感器用于对加工件反射回的红外光反射光、可见光反射光以及背光反射光进行探测,对不同波段的反射光进行电信号峰值监测,识别不同波段反射光波动情况,判断激光焊接缺陷。

3.根据权利要求2所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述光学传感器,包括:分光单元,包括由上至下依次设置于传感器接口上方的45度全反射镜、第一45度分光镜、第二45度分光镜;

聚焦透镜单元,包括由上至下依次设置的第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和第三聚焦透镜;

滤光减光单元,包括由上至下依次设置的第一光片组件、第二光片组件和第三光片组件;第一光片组件、第二光片组件和第三光片组件均包括有若干个中心线重合的滤光片和/或减光片;

光电信号转换单元,包括由上至下依次设置的第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管;

电信号峰值检测单元,包括依次与所述第一光电二极管、所述第二光电二极管和所述第三光电二极管电连接的三个电信号峰值监测电路:第一电信号峰值监测电路、第二峰值电流检测电路和第三电信号峰值监测电路;

由所述监测光透反单元反射得到的平行反射光平行地通过聚焦透镜单元、滤光减光单元进而入射进入光电信号转换单元,完成激光焊接的在加工工件表面形成的不同光热处理区域内的光信号采集以及光信号转换至后续监测结果分析所需的电信号的转换,并由电信号峰值检测电路进行不同波段光信号转换得到的电信号峰值检测。

4.根据权利要求3所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管的光信号入射侧还分别设置有第一滤光片、第二滤光片和第三滤光片。

5.根据权利要求4所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述第一光片组件,包括沿光传播方向依次设置的第一滤光片和第一减光片;所述第二光片组件,包括沿光传播方向依次设置的第二减光片、第三减光片和第四减光片;所述第三光片组件包括沿光传播方向依次设置的第二滤光片和第三滤光片,或所述第三光片组件包括沿光传播方向依次第五减光片和第六减光片。

6.根据权利要求4所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述第一光片组件,包括沿光传播方向的第一减光片、第二减光片和第三减光片;所述第二光片组件,包括沿光传播方向依次设置的第一滤光片和第四减光片;所述第三光片组件,包括沿光传播方向依次设置的第二滤光片和第三滤光片;或所述第三光片组件包括沿光传播方向依次设置的第五减光片和第六减光片。

7.根据权利要求5所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管分别为红外线监测二极管、背反射光监测二极管和可见激光监测二极管。

8.根据权利要求6所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管分别为背反射光监测二极管、红外线监测二极管和可见激光监测二极管。

9.根据权利要求7或8所述的激光焊接实时监测系统,其特征在于,所述红外线监测二极管为InGaAs二极管,所述背反射光监测二极管为InGaAs二极管,所述可见激光监测二极管为硅二极管。

10.根据权利要求9所述的激光焊接实时监测系统,每个所述电信号峰值监测电路包括阻性分压器组件、与所述阻性分压器组件连接的第一肖特基二极管D1、电信号第一运算放大及反馈调节组件、第二肖特基二极管D2、高频噪声滤波组件、电信号第二运算放大及反馈调节组件;

所述阻性分压器组件包括与光电二极管负极连接的第一电阻R1、与第一电阻R1另一端连接的第二电阻R2,所述电信号第一运算放大及反馈调节组件包括与所述第二电阻R2的另一端连接的第三电阻R3、第一运算放大器U1、第三肖特基二极管D3、第四电阻R4;所述高频噪声滤波组件包括第五电阻R5和第一电容C1,所述电信号第二运算放大及反馈调节组件包括第六电阻R6、第二运算放大器U2、第七电阻R7和第八电阻R8,所述第二运算放大器U2输出检测到的电信号峰值。