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激光焊接过程监测视觉应用

激光焊接过程监测按成像光信号的采集角度可 以分为旁轴式和同轴式。旁轴式是以与激光束成一 定的角度、从焊接熔池的斜上方或一侧提取反映焊接过程的信号;同轴式是从焊接熔池和小孔正上方、与激光束同轴线的方向上提取成像信号。根据有无照明光源‚激光焊接过程视觉传感又可分为主动式和被动式。主动式采用辅助照明光源对熔池和小孔进行 旁轴或同轴照明‚而被动式以等离子体的辐射光为照明光或以熔池中液态金属的辐射光为成像光信号。

旁轴式视觉传感过程中‚传感器的定位安装都比较方便、简单‚其图像采集光路也非常简单;常规的旁轴照明也比较简单‚但不能够看清小孔的平面形状是其最大的缺陷。另外旁旁轴视觉传感器的安装定位需要比较大的空间。

激光焊接过程同轴视觉传感能够从小孔的正上 方观测小孔通过对采集到的熔池和小孔同轴视觉图像的处理来监测和判断焊接过程中的状态。与旁轴 视觉传感相比其具有结构紧凑、可与激光输出镜头 集成在一起、占有空间小等诸多优点但是从激光束 中分离提取出同轴成像信号是其最大的技术难题。

  目前先进的光学器件制备技术可以使这个问题 得到有效地解决。对 Nd:YAG 等波长较短的固体激光一般在激光光路中放置分光镜使来自熔池的光信号或激光束被反射偏离从而实现同轴成像信号和 激光束光路的分离;而对波长较长的 CO2激光一般通过聚焦反射镜上的微孔使来自熔池的成像光信号透过而被提取出来,表征小孔深度的变化。这种处理方法具有很大的局 限性其处理结果受焊接条件和等离子体影响很大。

通过视觉传感研究了工件焊透状况、小孔随焊接速度的变化以及熔深与小孔和熔池宽度的对应关系可以间接预测激光焊接质量。比如对比焊接过程中焊缝熔透状态由 “未熔透”或“仅熔池透”变为“适度熔透(小孔穿透)”时小孔图像变化的规律可为激光焊接过程熔深闭环控制提供理论依据。

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