一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测系统及方法与流程

本发明涉及一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测系统及方法，属于焊接质量监测技术领域。

背景技术：

激光深熔焊是一个比较复杂的物理化学过程，焊缝质量从根本上说是由熔池流动状态与小孔行为所决定的，但由于激光深熔焊过程中能量的传递机理和物理过程非常复杂，小孔稳定存在的动态平衡条件、各种因素对熔池形态的影响机理等问题，迄今还没有完整的、系统的理论对其进行描述和解释，因此往往在对功率、速度等常规工艺参数的严格控制条件下无法保证激光焊接过程和质量的稳定性。

不锈钢车体很主要的一个竞争优势就是外型美观，不用油漆涂装油漆。对于不锈钢板外表面为列车蒙皮外表的情况，为了保证车体外观质量，搭接焊只能采用非熔透型焊接，尽量使不锈钢板外表面没有焊接印痕。这样就造成了搭接焊缝熔深难以监测，可能造成车体质量问题。同时由于焊缝路径较长，在对接装配时容易出现错边及间隙缺陷，这些缺陷都会对焊缝质量产生影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，针对技术背景中不锈钢列车车体在激光焊接过程中质量难以得到有效监控的问题，本发明提供了一种新的用于不锈钢列车车体激光焊接在线监测系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测系统，其特征在于，包括工件、激光发生器、信号拾取装置、信号调理电路、数据采集及信号分析电路，激光发生器设置于工件的正上方，信号拾取装置的输出端与信号调理电路的输入端相连接，信号调理电路的输出端与数据采集及信号分析电路的输入端相连接，激光发生器用来对工件进行加工，信号拾取装置用来准确获取激光发生器加工过程中反映工件加工质量的信息并传输给信号调理电路，信号调理电路用来将传感信号转换或放大传送到数据采集及信号分析电路，数据采集及信号分析电路用来对来自信号调理电路的信号进行a/d转换、完成信号的在线数据采集与记录，并通过时域分析、频域分析以及时频分析手段实现信号中有效信息的挖掘，并实时监测激光发生器对工件加工过程的稳定性，当出现加工缺陷时进行实时报警。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置包括传感器、传感器安装装置，传感器安装设置于传感器安装装置上，传感器用来对激光发生器对工件的加工信息进行采集。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置设置于工件的侧上方。

作为一种较佳的实施例，数据采集及信号分析电路包括数据采集卡，数据采集卡的频率为200khz，数据采集卡设置有8路模拟信号采集接口。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置采集的信息为激光发生器对工件焊接过程中的金属蒸汽及熔池产生的光信号，并转换为电信号。

本发明还提出一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测方法，包括如下步骤：

步骤ss1：激光发生器在对不锈钢列车车体进行激光焊接时，集成到焊接头上的信号拾取装置实时提取激光焊接过程中金属蒸汽及熔池产生的光信号，并将光信号转换为电信号，然后传输给信号调理电路；

步骤ss2：信号调理电路对步骤ss1中的电信号进行滤波、转换和放大，并传输给数据采集及信号分析电路；

步骤ss3：数据采集及信号分析电路对来自信号调理电路的信号进行a/d转换、完成信号的在线数据采集与记录，并通过时域分析、频域分析以及时频分析手段实现信号中有效信息的挖掘，并实时监测激光发生器对工件加工过程的稳定性，当焊接过程中出现加工缺陷时，通过信号时域及频域的变化判别缺陷的位置及数量，并进行实时报警。

本发明所达到的有益效果：第一，本发明通过反复的调试与设计，研制了一套适应性好、可靠性高、功能强大、易于扩充的激光焊接在线监测系统，该系统能够有效地与焊接设备集成到一起、完成焊接过程中信号的高速采集与记录、具备时域分析及频域分析等手段；第二，本发明通过大量的实验，建立了焊缝熔深与监测信号的经验数据模型，为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测及预测提供理论指导与实验依据；第三，本发明采集并分析常见不良激光加工过程的信号，深入了解焊接过程的内部变化，提取能够用于实时识别常见缺陷的有效判据，为各种焊接缺陷高可靠性的自动识别提供理论与实验依据。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图中标记的含义：1-工件，2-激光发生器，3-信号拾取装置，4-信号调理电路，5-数据采集及信号分析电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明的实施例的结构示意图。本发明提出一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测系统，其特征在于，包括工件1、激光发生器2、信号拾取装置3、信号调理电路4、数据采集及信号分析电路5，激光发生器2设置于工件1的正上方，信号拾取装置3的输出端与信号调理电路4的输入端相连接，信号调理电路4的输出端与数据采集及信号分析电路5的输入端相连接，激光发生器2用来对工件1进行加工，信号拾取装置3用来准确获取激光发生器2加工过程中反映工件1加工质量的信息并传输给信号调理电路4，信号调理电路4用来将传感信号转换或放大传送到数据采集及信号分析电路5，数据采集及信号分析电路5用来对来自信号调理电路4的信号进行a/d转换、完成信号的在线数据采集与记录，并通过时域分析、频域分析以及时频分析手段实现信号中有效信息的挖掘，并实时监测激光发生器2对工件1加工过程的稳定性，当出现加工缺陷时进行实时报警。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置3包括传感器、传感器安装装置，传感器安装设置于传感器安装装置上，传感器用来对激光发生器2对工件1的加工信息进行采集。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置3设置于工件1的侧上方。

作为一种较佳的实施例，数据采集及信号分析电路5包括数据采集卡，数据采集卡的频率为200khz，数据采集卡设置有8路模拟信号采集接口。

作为一种较佳的实施例，信号拾取装置3采集的信息为激光发生器2对工件1焊接过程中的金属蒸汽及熔池产生的光信号，并转换为电信号。

本发明还提出一种不锈钢列车车体激光焊接质量在线监测方法，包括如下步骤：

步骤ss1：激光发生器2在对不锈钢列车车体进行激光焊接时，集成到焊接头上的信号拾取装置3实时提取激光焊接过程中金属蒸汽及熔池产生的光信号，并将光信号转换为电信号，然后传输给信号调理电路4；

步骤ss2：信号调理电路4对步骤ss1中的电信号进行滤波、转换和放大，并传输给数据采集及信号分析电路5；

步骤ss3：数据采集及信号分析电路5对来自信号调理电路4的信号进行a/d转换、完成信号的在线数据采集与记录，并通过时域分析、频域分析以及时频分析手段实现信号中有效信息的挖掘，并实时监测激光发生器2对工件1加工过程的稳定性，当焊接过程中出现加工缺陷时，通过信号时域及频域的变化判别缺陷的位置及数量，并进行实时报警。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。