[激光原理与应用-49]：《激光焊接质量实时监测系统研究》-0-摘要

Posted 2022-12-16 文火冰糖的硅基工坊

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前言：

摘 要

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前言：

本系列对《激光焊接质量实时监测系统研究》论文进行解读。

摘 要

激光焊接与传统焊接相比具有高效、高焊接质量等一些优越性，在电子、汽车、航空等领域获得了越来越广泛的应用。由于一些偶然的不稳定因素可能导致焊接状态的变化，从而出现焊接缺陷，这将不能满足高质量要求的现代化工业过程，因此对激光焊接过程进行实时质量监测具有非常重要的意义。

激光焊接过程中的基本特征是小孔形成，熔池和光致等离子体的产生，并由此产生了表征焊接质量的光、声和电位差等信号。

国外的研究大都通过采集焊接过程中的一种或两种信号来进行缺陷监测，信息量少，不能很好的满足实际应用；国内的研究起步较晚，大多处于理论阶段。本课题选择激光焊接过程中反映等离子体状态的可见光，熔池辐射的红外光和等离子体声音信号作为焊接质量监测的传感信号获取足够的信息，通过合适的算法，利用计算机的强大快速数据处理能力，建立起一套激光焊接实时监测系统。论文针对激光焊接的特点，分析了焊接过程中的各种物理现象。在参照前人研究成果和前期论证的基础上，提出了采集可见光、红外光和声三路信号并进行多传感器信息融合的实时监测方式。

设计并研制了相应的软、硬件部分，实现了激光焊接过程监测系统的整体方案。

硬件部分主要根据光、声信号的特性选取合适的传感器，设计光电转换电路，设计低噪声信号放大电路和高阶滤波电路，建立光路采集系统，确定传感器装夹方式。

软件系统采用LabWindows/CVI 开发了基于 Windows2000 平台的多功能信号采集和分析处理程序。采集程序可以实现多通道信号的高速采集，分析处理程序可以对采样信号在时域和频域进行各种分析。
结合实际的焊接进行了光、声信号的数据采集，并对采集结果进行分析，试验结果表明系统能够正确的采集数据并反映焊接状态的变化。

关键词：激光焊接；焊接质量；等离子体；实时监测；多传感器；信号分析

【解读】

可以采样的信号:

• 离子体状态的可见光
• 熔池辐射的红外光
• 等离子体声音信号

焊接小孔

熔池：

 光致等离子体：

激光束聚焦在金属表面，光斑直径很小，功率密度会极大，当功率密度超过一定的阈值，金属会汽化，产生金属蒸汽，此时如果激光束光子的能量足够大，会使蒸汽击穿电离，产生光致等离子体；

光致等离子体会吸收入射激光的能量，使到达工件表面的激光能量降低，使激光利用率降低，甚至对加工件产生影响，但是其是否一定有害也不一定。