激光焊接质量实时监测系统研究

摘要

激光焊接与传统焊接相比具有高效、高焊接质量等一些优越性,在电子、汽车、航空等领域获得了越来越广泛的应用.由于一些偶然的不稳定因素可能导致焊接状态的变化,从而出现焊接缺陷,这将不能满足高质量要求的现代化工业过程,因此对激光焊接过程进行实时质量监测具有非常重要的意义.激光焊接过程中的基本特征是小孔形成,熔池和光致等离子体的产生,并由此产生了表征焊接质量的光、声和电位差等信号.国外的研究大都通过采集焊接过程中的一种或两种信号来进行缺陷监测,信息量少,不能很好的满足实际应用;国内的研究起步较晚,大多处于理论阶段.本课题选择激光焊接过程中反映等离子体状态的可见光,熔池辐射的红外光和等离子体声音信号作为焊接质量监测的传感信号获取足够的信息,通过合适的算法,利用计算机的强大快速数据处理能力,建立起一套激光焊接实时监测系统.论文针对激光焊接的特点,分析了焊接过程中的各种物理现象.在参照前人研究成果和前期论证的基础上,提出了采集可见光、红外光和声三路信号并进行多传感器信息融合的实时监测方式.设计并研制了相应的软、硬件部分,实现了激光焊接过程监测系统的整体方案.硬件部分主要根据光、声信号的特性选取合适的传感器,设计光电转换电路,设计低噪声信号放大电路和高阶滤波电路,建立光路采集系统,确定传感器装夹方式.软件系统采用LabWindows/CVI开发了基于Windows2000平台的多功能信号采集和分析处理程序.采集程序可以实现多通道信号的高速采集,分析处理程序可以对采样信号在时域和频域进行各种分析.结合实际的焊接进行了光、声信号的数据采集,并对采集结果进行分析,试验结果表明系统能够正确的采集数据并反映焊接状态的变化.

目录

文摘

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1绪论

1.1课题概述

1.2激光焊接质量监测在国内外的研究现状

1.3本课题研究内容及意义

2激光焊接及其物理现象

2.1激光焊接过程概述

2.2激光焊接中的小孔效应及光致等离子体

2.3熔池及其光辐射

3激光焊接质量监测系统传感器选型和电路设计

3.1传感器的选取

3.2信号调理电路

3.3数据采集卡

3.4系统总体设计

4激光焊接系统软件设计

4.1操作系统和开发平台

4.2总体软件设计

4.3软件总体框架

5试验结果及分析

6全文总结及展望

致谢

参考文献

附录在攻读硕士期间发表的论文