CN109967910A - 焊接熔深在线检测装置及方法 - Google Patents

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赵耀邦
王桃章
吴远峰
张登明
王学远
杨长祺
李中权
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring

Abstract

本发明涉及焊接熔深在线检测装置及方法，装置包括宽带光源、光学相干断层扫描仪、光电探测器和计算机；所述宽带光源为所述光学相干断层扫描仪提供光源；焊接工件置于所述光学相干断层扫描仪的样品臂端；所述光电探测器置于所述光学相干断层扫描仪的检测臂端，采集光学相干断层扫描仪的光信号并将光信号转化为电信号；所述光信号记录焊接材料熔融区域的断层图像；所述计算机与所述光电探测器连接，接收所述光电探测器输出的电信号，并根据该电信号实时计算焊接熔深。本发明的焊接熔深在线检测装置及方法解决当前焊接熔深在线检测精度差及响应慢的问题。

Description

焊接熔深在线检测装置及方法
技术领域
本发明涉及焊接技术，具体涉及一种焊接熔深在线检测装置及方法。
背景技术
焊接熔深是焊接接头质量的重要参数，足够、稳定的熔深方可保证焊接接头的力学性能。当前焊接工艺中，通常采用焊后无损检测的方式来检测接头的熔深情况，这种焊后检测方式，检测结果只可作为接头质量的事后判断，无法对焊接工艺参数做出补偿控制。
一些学者通过采集焊接过程中的力、热、光、电、磁等信号，通过信号处理以及特征值确定，实现焊接熔深的在线检测。但是由于焊接过程是一个复杂的非线性过程，多种信息存在交互影响，现有的焊接熔深在线检测技术在熔深的准确性及响应的及时性等方面还存在诸多难题。
因此，有必要开发出一种能够实现焊接过程中熔深高精度检测方法，可用于焊接熔深的在线判断以及为工艺的自适应控制奠定技术基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接熔深在线检测装置及方法，解决当前焊接熔深在线检测精度差及响应慢的问题。
为了达到上述的目的，本发明提供一种焊接熔深在线检测装置，包括宽带光源、光学相干断层扫描仪、光电探测器和计算机；所述宽带光源为所述光学相干断层扫描仪提供光源；焊接工件置于所述光学相干断层扫描仪的样品臂端；所述光电探测器置于所述光学相干断层扫描仪的检测臂端，采集光学相干断层扫描仪的光信号并将光信号转化为电信号；所述光信号记录焊接材料熔融区域的断层图像；所述计算机与所述光电探测器连接，接收所述光电探测器输出的电信号，并根据该电信号实时计算焊接熔深。
上述焊接熔深在线检测装置，其中，所述宽带光源提供宽频段、低偏振度的高功率稳定光源。
上述焊接熔深在线检测装置，其中，在焊接过程中，所述光学相干断层扫描仪的样品臂输出的光线入射焊接材料熔融区域。
上述焊接熔深在线检测装置，其中，所述光学相干断层扫描仪采用迈克尔逊干涉仪。
本发明提供的另一技术方案是一种焊接熔深在线检测方法，采用上述焊接熔深在线检测装置。
上述焊接熔深在线检测方法，其中，包括：步骤1)：根据焊接工件设置宽带光源、光学相干断层扫描仪及焊接设备的参数；步骤2)：开启计算机、打开宽带光源；步骤3)：开启焊接设备及焊接工件移动平台；步骤4)：计算机计算当前熔深，并显示。
上述焊接熔深在线检测方法，其中，所述步骤1)中，所述参数包括宽带光源的波长和频率，光学相干断层扫描仪中参考镜的位置，以及焊接速度、工艺参数和时间。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明的焊接熔深在线检测装置及方法，采用光学测量，响应速度快，采用光学相干成像原理测量，测量精度高，实现了焊接过程焊接熔深的高精度在线检测；
本发明的焊接熔深在线检测装置及方法，适用于大多数焊接工艺，适用范围较广。
附图说明
本发明的焊接熔深在线检测装置及方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明较佳实施例的焊接熔深在线检测装置的示意图。
图2为本发明较佳实施例的焊接熔深在线检测方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合图1～图2对本发明的焊接熔深在线检测装置及方法作进一步的详细描述。
本发明的焊接熔深在线检测装置包括宽带光源、光学相干断层扫描仪、光电探测器和计算机；
所述宽带光源为所述光学相干断层扫描仪提供宽频段、低偏振度的高功率稳定光源；
焊接工件置于所述光学相干断层扫描仪的样品臂端；
所述光电探测器置于所述光学相干断层扫描仪的检测臂端，用于采集光信号并将光信号转化为电信号；
所述计算机与所述光电探测器连接，接收所述光电探测器输出的电信号，所述计算机根据该电信号实时计算焊接熔深。
本发明的焊接熔深在线检测装置采用光学相干原理在线探测焊接熔深，测量精度高、响应快。
现以具体实施例详细说明本发明的焊接熔深在线检测装置及方法。
图1所示为本发明较佳实施例的焊接熔深在线检测装置的示意图。
参见图1，本实施例的焊接熔深在线检测装置包括宽带光源1、迈克尔逊干涉仪、光电探测器8和计算机9；所述迈克尔逊干涉仪包括分光镜2、补偿分光镜3和参考镜4。
所述宽带光源1提供宽频段、低偏振度的高功率稳定光源，用作所述迈克尔逊干涉仪的光源。
所述迈克尔逊干涉仪样品臂输出的光线射入焊接材料熔融区域，本实施例中通过移动焊接工件6实现焊接头5对焊缝7的扫描，保证焊接过程中该光线始终入射到焊接材料熔融区域。
焊接头5对焊接工件6的焊缝7进行焊接，所述迈克尔逊干涉仪实时获取焊缝7焊接材料熔融区域的断层图像。
所述光电探测器8置于所述迈克尔逊干涉仪的观测区(即迈克尔逊干涉仪检测臂端)，采集迈克尔逊干涉仪实时获取的焊接材料熔融区域的断层图像(光信号)，并转换为电信号。
所述计算机9接收所述光电探测器8输出的电信号，根据该电信号可实时计算出焊接熔深值。计算机9计算焊接熔深值的算法可采用现有技术。
图2所示为本发明较佳实施例的焊接熔深在线检测方法的流程图。
参见图2，本实施例的焊接熔深在线检测方法包括：
步骤1：根据焊接工件的材料种类、厚度等实际情况，设置宽带光源1的波长和频率，参考镜4的位置，以及焊接速度、工艺参数、时间等参数；
步骤2：开启计算机9、打开宽带光源1；
步骤3：开启焊接设备及焊接工件移动平台；
步骤4：计算机9高速计算当前熔深，并显示。

Claims (7)

1.焊接熔深在线检测装置，其特征在于，包括宽带光源、光学相干断层扫描仪、光电探测器和计算机；
所述宽带光源为所述光学相干断层扫描仪提供光源；
焊接工件置于所述光学相干断层扫描仪的样品臂端；
所述光电探测器置于所述光学相干断层扫描仪的检测臂端，采集光学相干断层扫描仪的光信号并将光信号转化为电信号；所述光信号记录焊接材料熔融区域的断层图像；
所述计算机与所述光电探测器连接，接收所述光电探测器输出的电信号，并根据该电信号实时计算焊接熔深。
2.如权利要求1所述的焊接熔深在线检测装置，其特征在于，所述宽带光源提供宽频段、低偏振度的高功率稳定光源。
3.如权利要求1所述的焊接熔深在线检测装置，其特征在于，在焊接过程中，所述光学相干断层扫描仪的样品臂输出的光线入射焊接材料熔融区域。
4.如权利要求1所述的焊接熔深在线检测装置，其特征在于，所述光学相干断层扫描仪采用迈克尔逊干涉仪。
5.焊接熔深在线检测方法，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一权利要求所述的焊接熔深在线检测装置。
6.如权利要求5所述的焊接熔深在线检测方法，其特征在于，包括：
步骤1)：根据焊接工件设置宽带光源、光学相干断层扫描仪及焊接设备的参数；
步骤2)：开启计算机、打开宽带光源；
步骤3)：开启焊接设备及焊接工件移动平台；
步骤4)：计算机计算当前熔深，并显示。
7.如权利要求6所述的焊接熔深在线检测方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述参数包括宽带光源的波长和频率，光学相干断层扫描仪中参考镜的位置，以及焊接速度、工艺参数和时间。
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