一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測系統及方法與流程

2023-11-07 19:05:43 2

本發明涉及一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測系統及方法，屬於焊接質量監測技術領域。

背景技術：

雷射深熔焊是一個比較複雜的物理化學過程，焊縫質量從根本上說是由熔池流動狀態與小孔行為所決定的，但由於雷射深熔焊過程中能量的傳遞機理和物理過程非常複雜，小孔穩定存在的動態平衡條件、各種因素對熔池形態的影響機理等問題，迄今還沒有完整的、系統的理論對其進行描述和解釋，因此往往在對功率、速度等常規工藝參數的嚴格控制條件下無法保證雷射焊接過程和質量的穩定性。

不鏽鋼車體很主要的一個競爭優勢就是外型美觀，不用油漆塗裝油漆。對於不鏽鋼板外表面為列車蒙皮外表的情況，為了保證車體外觀質量，搭接焊只能採用非熔透型焊接，儘量使不鏽鋼板外表面沒有焊接印痕。這樣就造成了搭接焊縫熔深難以監測，可能造成車體質量問題。同時由於焊縫路徑較長，在對接裝配時容易出現錯邊及間隙缺陷，這些缺陷都會對焊縫質量產生影響。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，針對技術背景中不鏽鋼列車車體在雷射焊接過程中質量難以得到有效監控的問題，本發明提供了一種新的用於不鏽鋼列車車體雷射焊接在線監測系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測系統，其特徵在於，包括工件、雷射發生器、信號拾取裝置、信號調理電路、數據採集及信號分析電路，雷射發生器設置於工件的正上方，信號拾取裝置的輸出端與信號調理電路的輸入端相連接，信號調理電路的輸出端與數據採集及信號分析電路的輸入端相連接，雷射發生器用來對工件進行加工，信號拾取裝置用來準確獲取雷射發生器加工過程中反映工件加工質量的信息並傳輸給信號調理電路，信號調理電路用來將傳感信號轉換或放大傳送到數據採集及信號分析電路，數據採集及信號分析電路用來對來自信號調理電路的信號進行a/d轉換、完成信號的在線數據採集與記錄，並通過時域分析、頻域分析以及時頻分析手段實現信號中有效信息的挖掘，並實時監測雷射發生器對工件加工過程的穩定性，當出現加工缺陷時進行實時報警。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置包括傳感器、傳感器安裝裝置，傳感器安裝設置於傳感器安裝裝置上，傳感器用來對雷射發生器對工件的加工信息進行採集。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置設置於工件的側上方。

作為一種較佳的實施例，數據採集及信號分析電路包括數據採集卡，數據採集卡的頻率為200khz，數據採集卡設置有8路模擬信號採集接口。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置採集的信息為雷射發生器對工件焊接過程中的金屬蒸汽及熔池產生的光信號，並轉換為電信號。

本發明還提出一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測方法，包括如下步驟：

步驟ss1：雷射發生器在對不鏽鋼列車車體進行雷射焊接時，集成到焊接頭上的信號拾取裝置實時提取雷射焊接過程中金屬蒸汽及熔池產生的光信號，並將光信號轉換為電信號，然後傳輸給信號調理電路；

步驟ss2：信號調理電路對步驟ss1中的電信號進行濾波、轉換和放大，並傳輸給數據採集及信號分析電路；

步驟ss3：數據採集及信號分析電路對來自信號調理電路的信號進行a/d轉換、完成信號的在線數據採集與記錄，並通過時域分析、頻域分析以及時頻分析手段實現信號中有效信息的挖掘，並實時監測雷射發生器對工件加工過程的穩定性，當焊接過程中出現加工缺陷時，通過信號時域及頻域的變化判別缺陷的位置及數量，並進行實時報警。

本發明所達到的有益效果：第一，本發明通過反覆的調試與設計，研製了一套適應性好、可靠性高、功能強大、易於擴充的雷射焊接在線監測系統，該系統能夠有效地與焊接設備集成到一起、完成焊接過程中信號的高速採集與記錄、具備時域分析及頻域分析等手段；第二，本發明通過大量的實驗，建立了焊縫熔深與監測信號的經驗數據模型，為非穿透雷射深熔焊熔深的實時監測及預測提供理論指導與實驗依據；第三，本發明採集並分析常見不良雷射加工過程的信號，深入了解焊接過程的內部變化，提取能夠用於實時識別常見缺陷的有效判據，為各種焊接缺陷高可靠性的自動識別提供理論與實驗依據。

附圖說明

圖1是本發明的實施例的結構示意圖。

圖中標記的含義：1-工件，2-雷射發生器，3-信號拾取裝置，4-信號調理電路，5-數據採集及信號分析電路。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

圖1是本發明的實施例的結構示意圖。本發明提出一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測系統，其特徵在於，包括工件1、雷射發生器2、信號拾取裝置3、信號調理電路4、數據採集及信號分析電路5，雷射發生器2設置於工件1的正上方，信號拾取裝置3的輸出端與信號調理電路4的輸入端相連接，信號調理電路4的輸出端與數據採集及信號分析電路5的輸入端相連接，雷射發生器2用來對工件1進行加工，信號拾取裝置3用來準確獲取雷射發生器2加工過程中反映工件1加工質量的信息並傳輸給信號調理電路4，信號調理電路4用來將傳感信號轉換或放大傳送到數據採集及信號分析電路5，數據採集及信號分析電路5用來對來自信號調理電路4的信號進行a/d轉換、完成信號的在線數據採集與記錄，並通過時域分析、頻域分析以及時頻分析手段實現信號中有效信息的挖掘，並實時監測雷射發生器2對工件1加工過程的穩定性，當出現加工缺陷時進行實時報警。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置3包括傳感器、傳感器安裝裝置，傳感器安裝設置於傳感器安裝裝置上，傳感器用來對雷射發生器2對工件1的加工信息進行採集。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置3設置於工件1的側上方。

作為一種較佳的實施例，數據採集及信號分析電路5包括數據採集卡，數據採集卡的頻率為200khz，數據採集卡設置有8路模擬信號採集接口。

作為一種較佳的實施例，信號拾取裝置3採集的信息為雷射發生器2對工件1焊接過程中的金屬蒸汽及熔池產生的光信號，並轉換為電信號。

本發明還提出一種不鏽鋼列車車體雷射焊接質量在線監測方法，包括如下步驟：

步驟ss1：雷射發生器2在對不鏽鋼列車車體進行雷射焊接時，集成到焊接頭上的信號拾取裝置3實時提取雷射焊接過程中金屬蒸汽及熔池產生的光信號，並將光信號轉換為電信號，然後傳輸給信號調理電路4；

步驟ss2：信號調理電路4對步驟ss1中的電信號進行濾波、轉換和放大，並傳輸給數據採集及信號分析電路5；

步驟ss3：數據採集及信號分析電路5對來自信號調理電路4的信號進行a/d轉換、完成信號的在線數據採集與記錄，並通過時域分析、頻域分析以及時頻分析手段實現信號中有效信息的挖掘，並實時監測雷射發生器2對工件1加工過程的穩定性，當焊接過程中出現加工缺陷時，通過信號時域及頻域的變化判別缺陷的位置及數量，並進行實時報警。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。