多傳感器的激光焊接監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光焊接系統(tǒng)，具體涉及多傳感器的激光焊接監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，又常稱為激光焊機、鐳射焊機，按其工作方式?？煞譃榧す饽＞邿笝C(手動焊接機)、自動激光焊接機、激光點焊機、光纖傳輸激光焊接機，光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴散，將材料熔化后形成特定熔池以達到焊接的目的。激光焊接過程監(jiān)測與質(zhì)量控制一直是激光焊接領(lǐng)域研究和發(fā)展的一個重要內(nèi)容，利用電感、電容、聲波、光電、視覺等各種傳感器，通過人工智能和計算機處理方法，針對不同的激光焊接過程和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫成形質(zhì)量監(jiān)測等，并通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的自動化激光焊接過程。激光焊接過程控制的主要內(nèi)容就是對焊接工藝參數(shù)的控制。在激光焊接時，光束焦點位置是影響激光深熔焊質(zhì)量最關(guān)鍵而又最難監(jiān)測和控制的工藝參數(shù)之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦點處于最佳焦點位置范圍時，才可獲得最大熔深和良好的焊縫成形。偏離這個范圍，熔深則下降，甚至破壞穩(wěn)定的深熔焊過程，變?yōu)槟Ｊ讲环€(wěn)定焊接或熱導(dǎo)焊。但實際激光焊接時，存在多種因素影響焦點位置的穩(wěn)定性，包括因非平面工件和焊接變形引起的焊接噴嘴-工件距離變化，激光器窗口、聚焦鏡等元件熱透鏡效應(yīng)引起焦點位置的變化，以及光束在飛行光路中不同位置引起焦點位置的變化等。關(guān)鍵是如何迅速確定激光焦點位置并將其控制在合適的范圍。
[0003]為了提高激光焊接的質(zhì)量，如能設(shè)計一種多傳感器的激光焊接監(jiān)控系統(tǒng)，正是目前很多企業(yè)所渴望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型針對上述存在問題，能利用各種傳感器，通過人工智能和計算機處理方法，針對不同的激光焊接過程和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫成形質(zhì)量監(jiān)測等，并通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的自動化激光焊接過程?？梢詮V泛地運用于機械加工廠、汽車制造廠、化工廠等場合。
[0005]本實用新型涉及的技術(shù)解決方案:
[0006]如圖1所示，多傳感器的激光焊接監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)由激光1、凸透鏡2、同軸光學(xué)傳感器3、側(cè)面光學(xué)傳感器4、聲學(xué)傳感器5、背面?zhèn)鞲衅?、焊接恪池7、被焊接材料8、電荷檢測表9、焊接噴嘴10、惰性保護氣體11、半反射鏡12組成；其中背面?zhèn)鞲衅?安裝在被焊接材料8的背面；被焊接材料8與焊接噴嘴10用導(dǎo)線串聯(lián)，導(dǎo)線中間再串聯(lián)電荷檢測表9 ;側(cè)面光學(xué)傳感器4與聲學(xué)傳感器5安裝在焊接熔池7的一側(cè)面；凸透鏡2與同軸光學(xué)傳感器3安裝在水平傳到的激光路徑中；半反射鏡12安裝在焊接熔池7正上方并與水平面呈45度角；惰性保護氣體11沿著焊接噴嘴10內(nèi)側(cè)噴射。利用光電傳感器可以自動檢測出焊接過程中因激光功率、焊接速度、焦點位置、噴嘴至工件表面距離、對接間隙等工藝條件的波動引起的焊縫熔深和成形質(zhì)量的變化，不僅可以診斷出諸如咬邊、燒穿、駝峰等焊縫成形缺陷，而且在一定工藝條件下還可以檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量，例如，氣孔傾向的嚴重程度。利用各種傳感器對激光焊接過程中產(chǎn)生的等離子體進行檢測是常用和有效的方法。電荷檢測表9檢測對象為焊接噴嘴和工件表面等離子體的電荷。聲學(xué)傳感器5檢測對象主要為焊接過程中等離子體的聲振蕩和聲發(fā)射。同軸光學(xué)傳感器3、側(cè)面光學(xué)傳感器4、與背面?zhèn)鞲衅?檢測對象為激光焊接過程中的等離子體(包括工件上方和小孔內(nèi)部)光輻射和熔池光輻射等。從檢測裝置的安裝來看，主要包括與激光束同軸的直視檢測、側(cè)面檢測和背面檢測。使用的傳感器主要有光電二極管、光電池、CCD和高速攝像機，以及光譜分析儀等。
[0007]本實用新型進一步技術(shù)解決方案是:
[0008]所述的激光I的波長為1.04?1.07微米。
[0009]所述的激光I的脈沖寬度為0.2?12毫秒。
[0010]所述的激光I的脈沖頻率為10?90赫茲。
[0011]所述的激光⑴的功率密度在104?106瓦/平方厘米。
[0012]所述的惰性保護氣體11為氬氣。氬氣比較便宜，密度較大，所以保護效果較好，使用氬氣保護的焊件表面要比使用氦氣保護時來得光滑。
[0013]所述的聲學(xué)傳感器5距離焊接熔池7的中心11?12厘米。
[0014]所述的側(cè)面光學(xué)傳感器4距離焊接熔池7的中心8?9厘米。
[0015]本實用新型有益效果:
[0016]—、采用本實用新型可以可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5: 1，最高可達10: 1可進行微型焊接，激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。
[0017]二、本實用新型結(jié)構(gòu)精巧，激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。設(shè)備造價適中，使用安全可靠，具有一定的經(jīng)濟適用價值。
[0018]三、本實用新型具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，可以廣泛地應(yīng)用于機械加工廠、車輛制造廠、橋梁施工現(xiàn)場。焊接質(zhì)量好而且自動化程度高，節(jié)省大量人力物力。
【附圖說明】
[0019]附圖1為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖1中:激光1、凸透鏡2、同軸光學(xué)傳感器3、側(cè)面光學(xué)傳感器4、聲學(xué)傳感器5、背面?zhèn)鞲衅?、焊接熔池7、被焊接材料8、電荷檢測表9、焊接噴嘴10、惰性保護氣體11、半反射鏡12。
【具體實施方式】