CN109290675B - 激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置及方法，包括激光头移动伺服滑台，所述激光头移动伺服滑台的上端安装有伸缩杆，所述伸缩杆的上端安装有连接台，所述连接台的上端安装有激光器，所述连接台一侧的中间位置处安装有夹持器，所述夹持器的一侧安装有激光头，所述激光头的底端设置有激光发射口，所述激光头移动伺服滑台的一侧安装有工件装夹伺服平台，所述工件装夹伺服平台上安装有工作台，所述工作台的上端放置有工件，所述反射卷带一侧的上端放置有光电检测装置。本发明解决了焊缝穿透能量大小难以估计，检测具有一定危险性，不能够有效检测激光焊接焊缝穿透能量的方式的问题。

Description

激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置及方法
技术领域
本发明涉及检测装置领域，具体为一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置及方法。
背景技术
激光作为一种先进加工技术，相比于其他种类的焊接方式，有着焊缝质量高、焊接速度快、深宽比大及易于自动化等优点，近年来在工业制造领域得到广泛的重视和应用。而随着高功率光纤激光器的出现，激光焊接过程瞬时能量密度大幅高，令激光焊接可实现的熔深进一步提高，广泛应用在厚板焊接中。但由于激光焦点处具有极高的点能量密度，焊接过程的匙孔形态变化及金属蒸汽流动对焊缝成型的稳定性产生影响，令深熔焊时，容易引起咬边、塌陷、焊瘤等质量缺陷的发生。对此，众多企业与学者对焊接缺陷发生进行检测与深入分析，以求实现对焊接质量的控制。目前激光焊接过程的实时监测大都围绕焊接区域的光信号进行研究。检测对象包括焊接能量模型中的激光反射、金属蒸汽、匙孔与熔池，特别的，当穿透焊发生时，工件下方会出现剩余的穿透激光能量，称为焊缝穿透能量。因其信号的波动能够反映焊接缺陷的发生而被重视。采用的传感器多为光学传感器，例如光电传感器，视觉摄像机，光谱分析仪等。
但对于焊缝穿透能量大小难以估计，检测具有一定危险性，不能够有效检测激光焊接焊缝穿透能量的方式；因此市场急需研制一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置来帮助人们解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的焊缝穿透能量大小难以估计，检测具有一定危险性，不能够有效检测激光焊接焊缝穿透能量的方式的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，包括激光头移动伺服滑台，所述激光头移动伺服滑台的上端安装有伸缩杆，所述伸缩杆的上端安装有连接台，所述连接台的上端安装有激光器，所述连接台一侧的中间位置处安装有夹持器，所述夹持器的一侧安装有激光头，所述激光头的底端设置有激光发射口，所述激光头移动伺服滑台的一侧安装有工件装夹伺服平台，所述工件装夹伺服平台上安装有工作台，所述工作台的上端放置有工件，所述工件的下端安装有反射卷带，所述反射卷带上设置有铝膜，所述反射卷带一侧的上端放置有光电检测装置，所述光电检测装置的下端设置有传感区，所述光电检测装置一侧的上端安装有数据采集模块，所述数据采集模块的上端安装有工控机，所述反射卷带的另一侧安装有伸缩轴，所述伸缩轴的一侧安装有反射卷带传动装置，所述反射卷带传动装置的后端安装有底座，所述底座的一侧安装有电动机。
优选的，所述激光头移动伺服滑台的底端设置有滑轨，且激光头移动伺服滑台通过滑轨与底座连接，所述伸缩杆延伸至激光头移动伺服滑台的内部，所述夹持器通过焊接与连接台连接，所述夹持器的一侧设置有调节松紧旋钮。
优选的，所述激光头设置为圆柱结构，所述激光头的直径与夹持器的内直径相同，所述激光头与激光器电性连接，所述激光发射口的直径小于激光头的直径。
优选的，所述激光头移动伺服滑台通过焊接与工件装夹伺服平台连接，所述工件装夹伺服平台的上端设置有凹坑，且凹坑的尺寸大于工件的尺寸，所述工件与工作台贴合连接，所述工作台与工件装夹伺服平台的中间位置处均设置有贯穿的孔洞，所述激光发射口的圆心与工件的中心处于一条竖直线上。
优选的，所述铝膜的中心与工件装夹伺服平台的中心处于一条竖直线上，所述反射卷带与伸缩轴套接，所述反射卷带的长度小于底座的长度。
优选的，所述传感区与光电检测装置电性连接，所述光电检测装置的上端设置有转台，所述光电检测装置的一侧设置有转轴，且光电检测装置通过转轴与反射卷带传动装置连接。
应用了上述激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置的一种光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测方法，包括
步骤1：对接焊工件的材料与厚度设置工艺参数，令其能够实现穿透激光焊接；
步骤2：将工件夹持在工件装夹伺服平台，通过控制伺服平台，令拼接位置对准激光焦点；
步骤3：控制在工件下方的反射卷带传动装置，令反射卷带置于激光焦点正下方，是的反射卷带能够对焊缝穿透能量进行一定程度的反射；
步骤4：将光电检测装置的传感区域中心，对准激光焦点在反射卷带的投射位置，调整光电检测装置的角度，令焊缝穿透能量的反射角等于出射角；
步骤5：进行焊接，光电检测装置采集焊缝穿透能量并进行光电转换，向信号采集装置输出模拟信号；
步骤6：信号采集装置对步骤5的模拟信号采样，并传输到工控机；
步骤7：工控机对采集得到的焊缝穿透能量信号进行数据分析，与数据库中缺陷对应的焊接穿透能量特征对比，识别焊接缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该发明通过反射卷带的设置，当激光焊穿工件时，焊缝穿透能量经过反射卷带反射落到光电传感装置的传感区，并转化成光电信号输出到工控机，工控机界面上的光电信号出现阶跃，能够实现焊缝穿透能量的有效检测，防止过大的焊缝穿透能量损坏检测装置与对生产安全的影响。
2、该发明通过光电检测方式直接检测焊缝穿透能量，保证了检测信号的真实性与实时性，同时利用光电传感器的高采样速度，精度高，能够适应焊接穿透能量的高频变化，保证信号的可靠性，并及时传给工控机，及时停止激光焊接工作。
3、该发明通过利用反射卷带的设置，在起到反射能量与安全保护的同时，通过反射卷带与工件的同步移动，保留过大焊缝穿透能量对反射卷带的损坏现象，为焊缝穿透能量与焊接缺陷的对应关系的深入分析保留了依据。
附图说明
图1为本发明的一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测
装置硬件系统的左视图；
图2为本发明的一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测
装置硬件系统的正视图；
图3为本发明的一实施例的实现过程流程图。
图中：1、激光头移动伺服滑台；11、伸缩杆；12、连接台；13、夹持器；14、底座；2、反射卷带传动装置；21、反射卷带；22、伸缩轴；23、铝膜；3、光电检测装置；31、传感区；4、工件；5、工件装夹伺服平台；51、工作台；6、激光头；61、激光发射口；7、激光器；8、工控机；9、数据采集模块；10、电动机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，包括激光头移动伺服滑台1，激光头移动伺服滑台1的上端安装有伸缩杆11，能上下伸缩，使激光发射口61与工件4间的距离适当，伸缩杆11的上端安装有连接台12，连接台12的上端安装有激光器7，连接台12一侧的中间位置处安装有夹持器13，夹持激光头6，夹持器13的一侧安装有激光头6，激光头6的底端设置有激光发射口61，来发射激光激光头移动伺服滑台1的一侧安装有工件装夹伺服平台5，工件装夹伺服平台5上安装有工作台51，工作台51的上端放置有工件4，工件4的下端安装有反射卷带21，反射焊缝穿透能量给光电检测装置3，反射卷带21上设置有铝膜23，反射卷带21一侧的上端放置有光电检测装置3，采集焊缝穿透能量并进行光电转换，向数据采集模块9输出模拟信号，光电检测装置3的下端设置有传感区31，光电检测装置3一侧的上端安装有数据采集模块9，数据采集模块9的上端安装有工控机8，对采集得到的焊缝穿透能量信号进行数据分析，与数据库中缺陷对应的焊接穿透能量特征对比，识别焊接缺陷，反射卷带21的另一侧安装有伸缩轴22，伸缩轴22的一侧安装有反射卷带传动装置2，反射卷带传动装置2的后端安装有底座14，起到连接和固定的作用，底座14的一侧安装有电动机10。
进一步，激光头移动伺服滑台1的底端设置有滑轨，且激光头移动伺服滑台1通过滑轨与底座14连接,激光头移动伺服滑台1能够水平向移动，使激光发射口61对准工件4的焊接位置，伸缩杆11延伸至激光头移动伺服滑台1的内部，夹持器13通过焊接与连接台12连接，夹持器13的一侧设置有调节松紧旋钮。
进一步，激光头6设置为圆柱结构，激光头6的直径与夹持器13的内直径相同，能够夹持紧激光头6,激光头6与激光器7电性连接，激光发射口61的直径小于激光头6的直径。
进一步，激光头移动伺服滑台1通过焊接与工件装夹伺服平台5连接，工件装夹伺服平台5的上端设置有凹坑，放置工作台51，避免火花飞溅，且凹坑的尺寸大于工件4的尺寸，工件4与工作台51贴合连接，工作台51与工件装夹伺服平台5的中间位置处均设置有贯穿的孔洞，使焊缝穿透能量能够到达传感区31，激光发射口61的圆心与工件4的中心处于一条竖直线上，保证焊接的精准。
进一步，铝膜23的中心与工件装夹伺服平台5的中心处于一条竖直线上，反射卷带21与伸缩轴22套接，方便更换，且反射卷带21能跟着传动装置2转动，反射卷带21的长度小于底座14的长度。
进一步，传感区31与光电检测装置3电性连接，光电检测装置3的上端设置有转台，能够调整光电检测装置3的角度，使焊缝穿透能量的反射角等于出射角，光电检测装置3的一侧设置有转轴，且光电检测装置3通过转轴与反射卷带传动装置2连接。
工作原理：使用时，将工件4通过夹持器13夹持在工件装夹伺服平台5的上方，移动工件装夹伺服平台5，使工件4的焊接位置与激光发射口61处于一条竖直线上，使拼接位置对准激光焦点，打开电动机10，控制工件4下方的反射卷带传动装置2，令反射卷带21置于激光焦点正下方，使反射卷带21能够对焊缝穿透能量进行一定程度的反射，将光电检测装置3的传感区31的中心对准激光焦点在反射卷带21的投射位置，调整光电检测装置3的角度，令焊缝穿透能量的反射角等于出射角，然后进行焊接，激光发射口61发出激光，其中光电检测装置3采集焊缝穿透能量并进行光电转换，向数据采集模块9输出模拟信号，数据采集模块9对模拟信号采样，并传输到工控机8，工控机8对采集得到的焊缝穿透能量信号进行数据分析，与数据库中缺陷对应的焊接穿透能量特征对比，识别焊接缺陷，从而检测完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，包括激光头移动伺服滑台(1)，其特征在于：所述激光头移动伺服滑台(1)的上端安装有伸缩杆(11)，所述伸缩杆(11)的上端安装有连接台(12)，所述连接台(12)的上端安装有激光器(7)，所述连接台(12)一侧的中间位置处安装有夹持器(13)，所述夹持器(13)的一侧安装有激光头(6)，所述激光头(6)的底端设置有激光发射口(61)，所述激光头移动伺服滑台(1)的一侧安装有工件装夹伺服平台(5)，所述工件装夹伺服平台(5)上安装有工作台(51)，所述工作台(51)的上端放置有工件(4)，所述工件(4)的下端安装有反射卷带(21)，所述反射卷带(21)上设置有铝膜(23)，所述反射卷带(21)一侧的上端放置有光电检测装置(3)，所述光电检测装置(3)的下端设置有传感区(31)，所述光电检测装置(3)一侧的上端安装有数据采集模块(9)，所述数据采集模块(9)的上端安装有工控机(8)，所述反射卷带(21)的另一侧安装有伸缩轴(22)，所述伸缩轴(22)的一侧安装有反射卷带传动装置(2)，所述反射卷带传动装置(2)的后端安装有底座(14)，所述底座(14)的一侧安装有电动机(10)；
所述激光头移动伺服滑台(1)的底端设置有滑轨，且激光头移动伺服滑台(1)通过滑轨与底座(14)连接，所述伸缩杆(11)延伸至激光头移动伺服滑台(1)的内部，所述夹持器(13)通过焊接与连接台(12)连接，所述夹持器(13)的一侧设置有调节松紧旋钮；
所述激光头(6)设置为圆柱结构，所述激光头(6)的直径与夹持器(13)的内直径相同，所述激光头(6)与激光器(7)电性连接，所述激光发射口(61)的直径小于激光头(6)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，其特征在于：所述激光头移动伺服滑台(1)通过焊接与工件装夹伺服平台(5)连接，所述工件装夹伺服平台(5)的上端设置有凹坑，且凹坑的尺寸大于工件(4)的尺寸，所述工件(4)与工作台(51)贴合连接，所述工作台(51)与工件装夹伺服平台(5)的中间位置处均设置有贯穿的孔洞，所述激光发射口(61)的圆心与工件(4)的中心处于一条竖直线上。
3.根据权利要求1所述的一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，其特征在于：所述铝膜(23)的中心与工件装夹伺服平台(5)的中心处于一条竖直线上，所述反射卷带(21)与伸缩轴(22)套接，所述反射卷带(21)的长度小于底座(14)的长度。
4.根据权利要求1所述的一种激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置，其特征在于：所述传感区(31)与光电检测装置(3)电性连接，所述光电检测装置(3)的上端设置有转台，所述光电检测装置(3)的一侧设置有转轴，且光电检测装置(3)通过转轴与反射卷带传动装置(2)连接。
5.一种采用权利要求1-4任意一项所述的激光焊接穿透能量的反射式光电信号评估检测装置采用的检测方法，其特征在于，包括
步骤1：对接焊工件的材料与厚度设置工艺参数，令其能够实现穿透激光焊接；
步骤2：将工件夹持在工件装夹伺服平台，通过控制伺服平台，令拼接位置对准激光焦点；
步骤3：控制在工件下方的反射卷带传动装置，令反射卷带置于激光焦点正下方，使得反射卷带能够对焊缝穿透能量进行一定程度的反射；
步骤4：将光电检测装置的传感区域中心，对准激光焦点在反射卷带的投射位置，调整光电检测装置的角度，令焊缝穿透能量的反射角等于出射角；
步骤5：进行焊接，光电检测装置采集焊缝穿透能量并进行光电转换，向信号采集装置输出模拟信号；
步骤6：信号采集装置对步骤5的模拟信号采样，并传输到工控机；
步骤7：工控机对采集得到的焊缝穿透能量信号进行数据分析，与数据库中缺陷对应的焊接穿透能量特征对比，识别焊接缺陷。
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