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文檔簡介

激光焊接——尤其是大功率激光焊接——已廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天制造、造船等行業(yè)。崩裂、駝峰和咬邊等典型焊接缺陷大大降低了接頭的強(qiáng)度，限制了焊接效率。激光焊接過程中，激光束能量密度較高。經(jīng)激光束照射，焊接母材可迅速升溫，從固態(tài)轉(zhuǎn)變到液態(tài)并被劇烈汽化。液態(tài)金屬因汽化而產(chǎn)生反沖壓力，同時，熔池內(nèi)部因溫度不均引起的馬爾格尼力、材料的重力和自身產(chǎn)生的浮力等綜合作用，最終在激光束下方形成匙孔。匙孔使得激光束在匙孔內(nèi)部形成多重反射，提高了材料對激光能量的吸收效率。金屬蒸汽由一定尺度的顆粒組成，從匙孔中溢出后，堆積在激光束下方。金屬蒸汽使激光束散射，并吸收部分激光能量。這造成到達(dá)匙孔中的激光束的能量發(fā)生變化。能量變化引發(fā)熔池中的受力發(fā)生變化，大尺度液態(tài)金屬會飛濺著脫離熔池。金屬飛濺從熔池中帶走一定動能，使熔池和匙孔的形態(tài)發(fā)生變化。由此可見，匙孔、金屬蒸汽和飛濺是焊接過程中最重要的現(xiàn)象，與焊接缺陷的產(chǎn)生密切相關(guān)。借助它們的實(shí)時特征來描述激光焊接狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對于激光焊接過程的實(shí)時監(jiān)控及焊接質(zhì)量預(yù)測。廣東工業(yè)大學(xué)教授團(tuán)隊開發(fā)了一種集輔助激光視覺成像系統(tǒng)、紫外/可見波段視覺成像系統(tǒng)、光譜測量儀、光電傳感器的多傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以獲取激光焊接過程中熔池、匙孔及金屬蒸汽的信息。?

激光焊接在線監(jiān)控多傳感信號系統(tǒng)光電傳感器可搜集到可見光波段傳感信號和激光反射傳感信號。研究團(tuán)隊采用小波包分解方法對這些信號進(jìn)行分解，并提取相關(guān)特征。同時，使用光譜儀采集到的光譜信號將被分割為多個子頻帶，根據(jù)統(tǒng)計分析提取各子頻帶的光譜信號特征。紫外/可見波段視覺成像系統(tǒng)可采集圖像以獲取金屬蒸汽和飛濺的特征，輔助激光視覺傳感器系統(tǒng)則可采集匙孔特征。該團(tuán)隊基于上述焊接過程提取的關(guān)于熔池、匙孔和金屬蒸汽的實(shí)時量化特征，建立了焊接狀態(tài)監(jiān)測的深度信念網(wǎng)絡(luò)，并采用遺傳算法對該模型相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。與傳統(tǒng)的反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BPNN

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