激光点焊等离子体光信号同轴监测及其特性分析

激光焊接时产生的等离子体包含了许多可以反映焊接质量的相关信息。通过光电传感器采集等离子体的光信号可以有效监控激光焊接质量。本文搭建了激光点焊等离子体光信号的同轴监测系统,并对激光点焊过程中采集的光信号进行了短时能量分析。试验结果表明,在焊接起始阶段,工件表面对激光有较强的反射作用。当母材形成熔池以后,等离子体浓度逐渐增加,焊接过程趋于稳定,此时等离子体的光信号强度达到最大。随着焊接时间的增加,熔池发生塌陷,等离子体的稳定性变差,光信号的强度变弱且波动变大。工件被焊穿的瞬间,等离子体光信号强度明显减小。

CO_2激光焊接拼缝间隙缺陷的同轴实时监测

为了研究不同间隙下激光拼焊的焊缝质量及其对应的信号特征,采用自制同轴传感系统采集提取多种间隙下焊接时的同轴光信号,并对信号进行众数分析、分段功率谱分析和小波分析。结果表明,同轴光信号幅值的众数在不同间隙的焊缝段,聚集在线性可分的不同的区间,可以有效分开焊接质量不同的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类焊缝;信号的分段功率谱分析能够较为直观地反映焊接状态的变化。同轴光信号小波分解后的第4层逼近信号,可以直观地识别出质量好的Ⅰ类焊缝。同轴光信号的第3层、第4层细节信号可以清晰地辨识出质量低劣的Ⅱ类焊缝。

基于辅助光源的光纤激光对接焊镀锌钢的在线同轴监测

搭建了一个有辅助光源的光纤激光焊接质量同轴监测系统,着重研究了激光对接焊镀锌钢时的质量监测。首先利用光谱仪采集了光纤激光焊接镀锌钢的等离子体光谱分布,实验结果表明波长在430～480 nm、620～650 nm之间等离子体辐射强度较大,所以采取在滤光系统中使用绿色波段滤波片(其中心波长为532 nm)降低焊接过程中产生的等离子体对焊接质量监测的干扰;其次为了更好的采集到清晰的焊接同轴图像,在激光焊接头一侧加入一个绿色光的LED点光源,通过调整LED点光源照射角度可以实现加大焊接区域亮度,使得采集的图像质量最优。

基于远场光学的高分辨率激光探针系统研究

鉴于激光探针分辨率低的问题,提出基于远场光学技术对激光探针仪的光学系统进行改进和设计,实现了高分辨率激光探针仪的研制。研究了基于远场光学的激光探针仪的极限分辨率,采用数值孔径为0.4的反射式聚焦物镜对波长为532 nm的脉冲激光束进行聚焦,在合适能量条件下,烧蚀Al和Fe纯样表面获得的极限分辨率分别为2.26μm和1.87μm,在此极限分辨率下利用同轴光谱采集系统且能够采集到3倍于背景噪声强度的Al和Fe元素的光谱信号;设计并实现了带同轴照明的同轴共焦成像系统,视场放大率达24.7倍,采用的同轴照明系统能够有效提高摄取图像的锐度和清晰度,获得的图像分辨率不低于228 lines/mm;发明了一种带指示光的同轴光谱采集系统,能够将同轴光谱采集器与等离子体的对准误差控制在10μm以内,通过二维扫描装置,实现对等离子体表面7×9的矩形点阵列进行精确光谱采集,获得了等离子体原子光谱强度的空间分辨图像。

基于光轴正交的高分辨率激光探针仪实验研究

针对激光探针分辨率低、精度差的问题,提出了一种高分辨率和高精度的激光探针系统。采用光轴正交的双反射镜和大数值孔径聚焦物镜,实现了集成同轴监测和同轴光谱采集系统的激光探针仪,在同轴监测系统作用下,同轴光谱采集系统的微区对准精度达±9μm;基于铝金属样品,实验研究了激光输入能量与分辨率的关系曲线,且在激光输入能量为1.45μJ时,在铝金属表面获得的极限分辨率为2.66μm,并能够采集到有效强度的光谱信号。