激光焊过程监测与质量控制的发展趋势

近年来，随着现代光学技术、信息技术及计算机技术的飞速发展，激光焊质量 的诊断在信号拾取、信息提取、缺陷识别以及普适性等方面取得较大进展，其发展趋势可归纳如下。

           图4-53焦点位置双闭环控制激光焊样品

1.多传感器的采用

   早期的激光焊实时监测系统一般采用一到两个传感器采集焊接过程中的光或声信号，从中可提取的有效信息较少，并且容易受到干扰，系统的可靠性差，且只能用于监测焊接过程

的稳定性。近几年来，采用多传感器从多个方面获取焊接质量信 息成为一个研究的热点，多传感器的采用不仅可以获取更为全面的质量信息，使煌 接缺陷的识别成为可能，更能大大提高系统在恶劣工业环境下的可靠性。如通过采 集与分析激光焊过程中的紫外线〈UV〉、红外线IR、可听声波（AS）及超声波AE四种信号实现了焊接熔透状态和气孔的监测；Ali和Farson等人通过采集光福射、可听声波及等离子体电荷等信号实现薄板对接焊缝的质量诊断；也有人通过一 个红外、两个紫外传感器实现了对激光切割、拼焊的质量诊断。

2.同轴(Coxial)方向信号拾取

随着现代光学器件制备技术的不断进步，巳经可以制造出特殊的分光^反射镜 片，用于逆激光传输的方向拾取等离子体或熔池的光辐射信号。这种同轴信号拾取 方式较早期采用的偏轴信号拾取方式，其优点如下：可很好地适用于二维曲线和三 维曲面的焊接；传感器易于对准焊接区域；借助于滤光和图像处理技术可实现熔池 和小孔的观察；除了用于激光焊监测外，还可用于激光切割、热处理以及打孔等加 工方式的质量监测。例如，用CMOS摄像机同轴观测激光加工区域，可实现激光燥 接和切割的监测。

3.现代信息处理技术的结合使用

信息技术的飞速发展为激光焊质量的诊断提供了有效手段，近年来新进展主要 表现在三个方面：，是信号处理方法从时域分析、频域分析向时频分析不断向前发 展，通过小波分析提取可听声信号中反映错边、间隙等装配缺陷的信息，分析方法 的进步增强了有效信息的提取能力；二是信息融合技术的采用，多传感器监测从多 方面提取了焊接质量信息，信息融合技术可以结合不同信号中的一致有效的信息， 去除不同信号中冗余甚至矛盾的信息，从而保证结论的正确性和可靠性；三是现代 模式识别技术用于不同焊接缺陷的判别，通过线性分类器LDA可实现熔透、未 熔透以及未融合三种焊接状态的识别。

4.缺陷识别能力增强

早期的研究一般只限于监侧焊接过程的德定性,随着信息获取与处理手段的增强，不同焊接缺陷或焊接状态的识别已成为可能。已有人实现了激光焊熔透性的监侧，可进行过熔透、未熔透及熔透良好等状态的识别。另外，也有人尝试进行气孔、焊偏、错边和间隙等状态的识别，甚至进行咬边、焊缝氧化以及焊缝成形尺寸的识别或实时预侧。

5.熔池与小孔的直接观察

相对其他监测手段而言，熔池与小孔的直接观察具有无可比拟的优势，虽然激光焊过程中存在强烈的等离子体弧光，但现代技术的发展已使熔池与小孔的直接观察成为可能.随着机器视觉技术的进步，拍摄更为清晰的熔池与小孔图像，开发更快的图像处理算法必然成为一个重要的发展趋势。