一种检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于自动化焊接的技术领域，具体涉及一种检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡 频率的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 脉冲钨极氩弧焊是一种利用脉冲电流进行焊接的方法，已广泛应用于许多重要的 结构件的焊接。焊接过程中会在焊件上形成具有一定几何形状的液态金属部分，即熔池。在 焊接过程中的脉冲峰值阶段，熔池表面受到电弧力作用发生压缩变形，脉冲峰值阶段结束 后进入脉冲基值阶段，由于脉冲基值阶段的焊接电流变小，脉冲电弧力突然减小，熔池表面 在由表面张力、熔池液态金属重力及熔池内部液态金属对流力的合力提供的弹性恢复力作 用下发生表面振荡。
[0003] 焊缝熔透状态是指焊缝的背面熔宽量，即焊缝背面的宽度，焊缝的熔透状态对焊 缝的力学性能具有决定性影响，所以实现焊缝熔透状态的实时控制对提高生产效率和保证 焊接质量具有重要意义。对焊缝熔透状态进行控制时，首先要检测熔池振荡频率。
[0004] 现有检测熔池振荡频率的方法的原理为:熔池振荡时会引起电弧电压或电弧弧光 信号的变化，所以先检测电弧电压或电弧弧光信号，然后将检测到的电弧电压或电弧弧光 信号作为熔池振荡的时域信号，再对电弧电压或电弧弧光信号进行快速傅里叶变换以得到 熔池振荡频率。现有检测熔池振荡频率的方法的缺点有：1，由于电弧电压或电弧弧光信号 本身的精度较低，导致根据电弧电压或电弧弧光信号得到的熔池振荡频率准确度较低;2. 由于熔池表面受激产生振荡时在垂直方向上振荡幅度很小，特别是在连续焊接(工件与焊 枪之间有相对位置变化的焊接方式)时，由于工件与焊枪之间有相对位置变化，导致电弧中 心点发生偏移，电弧力产生其他方向的分力，使垂直方向的电弧力变小，导致熔池振荡时在 垂直方向上的振幅更小，由熔池振荡引起的电弧电压或电弧弧光信号也更小，且信噪比低， 因此目前检测熔池振荡频率的方法不能应用于连续焊接，只能适用于定点（工件与焊枪没 有相对位置变化的焊接方式)焊接。
【发明内容】
[0005] 为了解决目前检测熔池振荡频率的方法准确率较低且不能应用于连续焊接的问 题，本发明提出一种检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的方法及装置，以提高检测熔池振 荡频率的准确度，且能够适用于连续焊接。
[0006] 本发明检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的装置包括激光器、激光器固定架、滤 光片、硅光电池阵列、硅光电池阵列固定架、数据采集卡和数据处理模块，所述数据采集卡 分别与所述数据处理模块和所述硅光电池阵列连接;所述滤光片贴于所述硅光电池阵列表 面;使用所述检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的装置时，所述激光器固定于所述激光器 固定架上，所述硅光电池阵列固定于所述硅光电池阵列固定架上，且所述激光器与所述硅 光电池阵列分居焊枪两侧，以使所述激光器发射的激光束照射于熔池表面，并经该熔池表 面反射到所述硅光电池阵列上，所述数据采集卡用于采集所述硅光电池阵列输出的矩阵电 压信号并发送给所述数据处理模块，该数据处理模块用于将所述矩阵电压信号转换成熔池 振荡时域信号，并对该时域信号进行快速傅里叶变换以得到熔池振荡频率。
[0007] 其中，还包括衍射光栅，该衍射光栅位于所述激光器前侧，所述激光器发射的激光 束经过所述衍射光栅照射于熔池表面。
[0008] 其中，所述硅光电池阵列垂直于焊接工件，所述激光器与所述焊枪的轴线位于同 一平面，且该平面与所述硅光电池阵列垂直。
[0009] 其中，所述娃光电池阵列响应波长的中心波长与所述激光器发射的激光束的中心 波长的偏差小于10nm〇
[0010] 其中，所述滤光片的中心波长与所述激光器发射的激光束的中心波长及半带宽的 偏差小于10nm〇
[0011] 其中，所述数据处理模块包括阀值单元、二值化单元和求和单元，所述二值化单元 分别与所述阀值单元和所述求和单元连接，所述阀值单元用于设定阀值i为45mv，所述二值 化单元用于将所述数据采集卡采集到的所述硅光电池阵列输出的矩阵电压信号进行二值 化，所述求和单元用于将二值化后的矩阵电压信号中的所有元素求和，该求得的和即为熔 池振荡时域信号。
[0012] 本发明还提出一种焊接系统，包括上述的检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的装 置，还包括变频器控制柜、工作平台、脉冲钨极氩弧焊焊接电源和焊枪，该变频器控制柜分 别与所述数据采集卡和所述工作平台连接，所述数据处理模块用于将移动速度信号发送给 所述数据采集卡，该数据采集卡用于接收该移动速度信号并发送给所述变频器控制柜，该 变频器控制柜根据接收到的所述移动速度信号控制所述工作平台的移动速度;焊接工件放 置在所述工作平台上，所述脉冲钨极氩弧焊焊接电源将所述焊接工件与所述焊枪相连形成 回路。
[0013] 本发明还提出一种检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的方法，包括以下步骤:第 一步:将所述激光器固定于所述激光器固定架上，将所述硅光电池阵列固定于所述硅光电 池阵列固定架上，使用所述激光器发射激光束，该激光束照射于熔池表面并反射到所述硅 光电池阵列上;第二步:在脉冲峰值阶段结束时，所述数据处理模块向所述数据采集卡发送 开始信号，该数据采集卡开始采集所述硅光电池阵列输出的矩阵电压信号;第三步:所述数 据采集卡将采集的矩阵电压信号发送给所述数据处理模块;第四步:所述数据处理模块将 接收到的矩阵电压信号转换成熔池振荡时域信号，并对该熔池振荡时域信号进行快速傅里 叶变换以得到熔池振荡频率。
[0014] 其中，所述第一步中，所述激光器发射的激光束经衍射光栅照射于熔池表面。
[0015] 其中，所述第四步中，所述数据处理模块将接收到的矩阵电压信号转换成熔池振 荡时域信号的步骤为:使用阀值单元设定阀值i为45mv;使用二值化单元将所述数据采集卡 采集到的矩阵电压信号进行二值化;使用求和单元将二值化后的矩阵电压信号中的所有元 素求和，求得的和为熔池振荡时域信号。
[0016] 本发明检测脉冲钨极氩弧焊熔池振荡频率的装置具有如下的有益效果:本发明检 测装置的激光器发射激光束，该激光束照射于熔池表面并反射到硅光电池阵列上，熔池发 生振荡时，经熔池表面反射到硅光电池阵列上的激光束也会发生变化，进而引起硅光电池 阵列输出的矩阵电压信号发生变化，即本发明的装置通过照射于熔池表面的激光束，将熔 池表面振荡反映到矩阵电压信号上。本发明的数据处理模块对硅光电池阵列输出的矩阵电 压信号进行计算就可以得到熔池振荡频率，由于激光强度不会随距离的变化而减弱，激光 束和矩阵电压信号的精度较高，所以检测得到的熔池振荡频率的准确度也较高，提高了检 测熔池振荡频率的准确度。由于本发明的数据处理模块计算速度很快，所以本发明的装置 可以实时检测熔池振荡频率。
[0017] 由于熔池表面都能发生类镜面反射及熔池表面反射对熔池振荡的光学放大作用， 当连续焊接时虽然熔池振荡时表面振幅很小，但引起的激光束反射角度变化很大，在硅光 电池阵列上成像后