大功率盤形激光焊接狀態(tài)多傳感識別方法研究.pdf

1、大功率盤形激光焊接技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，具有能量密度高、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊縫深寬比大、焊接參數(shù)易于控制等特點(diǎn)，且最高功率可達(dá)到16kW，是激光加工技術(shù)的重要內(nèi)容之一。在激光焊接過程中，即使保持焊接參數(shù)恒定，由于受到溫度、噪聲及振動等各種干擾因素的影響，仍然會導(dǎo)致焊接過程中焊瘤、凹陷和爆裂等焊接缺陷的形成，從而直接影響激光焊接質(zhì)量。因此，為了實(shí)現(xiàn)焊接狀態(tài)實(shí)時檢測，搭建多傳感同步檢測系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)檢測焊接信息建立焊

2、接狀態(tài)識別模型，對焊接過程的動態(tài)變化進(jìn)行系統(tǒng)分析，為大功率盤形激光焊接狀態(tài)的在線檢測及缺陷識別提供依據(jù)。
　　論文針對六個傳感器分別進(jìn)行信號特征提取，運(yùn)用相關(guān)理論挖掘各類信號在激光焊接過程中所蘊(yùn)含的特征信息，以大功率盤形激光焊接304不銹鋼為試驗對象，結(jié)合不同的傳感器設(shè)計了三種激光焊接狀態(tài)檢測系統(tǒng)。首先，應(yīng)用紫外波段和可見光波段高速攝像機(jī)攝取焊接過程中金屬蒸氣和飛濺瞬態(tài)圖像，研究金屬蒸氣和飛濺特征與激光焊接狀態(tài)之間的關(guān)系；其次，應(yīng)

3、用近紅外高速攝像機(jī)和X射線視覺成像系統(tǒng)同時攝取焊接過程中熔池動態(tài)圖像，分割出匙孔區(qū)域，分析匙孔特征與激光焊接狀態(tài)的關(guān)系；最后，應(yīng)用分光儀獲取焊接過程的等離子體光譜分布，應(yīng)用紫外波段和可見光波段高速攝像機(jī)攝取焊接過程中金屬蒸氣視覺圖像，分析金屬蒸氣和等離子體特征與激光焊接狀態(tài)之間的關(guān)系。在三種焊接狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，利用在不同激光功率條件下得到特征參數(shù)進(jìn)行基于特征層的信息融合分析，以焊縫熔寬和相對熔深作為焊接狀態(tài)表征參量，建立不同的BP神經(jīng)網(wǎng)

4、絡(luò)焊接狀態(tài)預(yù)測模型并進(jìn)行比較。
　　在此基礎(chǔ)上設(shè)計了焊接狀態(tài)六傳感同步實(shí)時檢測系統(tǒng)，應(yīng)用輔助光視覺傳感器、可見光視覺傳感器和X射線視覺傳感器獲取激光焊接過程中熔池、匙孔和金屬蒸氣的相關(guān)特征，利用可視域光電傳感器和激光反射光電傳感器獲取焊接過程中可見光和激光的光學(xué)特征，通過分光儀獲取焊接過程中的光譜分布。利用關(guān)聯(lián)分析模型篩選出與焊縫成形參數(shù)關(guān)聯(lián)度較高的特征參數(shù)，并研究激光功率、焊接速度、聚焦位置和保護(hù)氣流量對高關(guān)聯(lián)度特征參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則