专利名称：一种基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种激光焊接过程中原始激光声信号提取装置。
背景技术：
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，它是通过将高强度的激光束 辐射至金属表面，通过金属与激光之间的相互作用，使金属熔化形成连接的一种方法。激光 焊接具有输出功率大、焊接速度快，具有很强的可扩展性，被广泛应用到焊接生产中。但由 于在实际的激光焊接过程中，工件的装配过程不可避免会出现一些误差，同时，在长时间的 焊接过程中，激光器及其光学系统会出现不稳定和污染。另外，激光焊接过程本身包含着许 多复杂而又相互影响的物理冶金过程，如材料的熔化和蒸发、小孔的形成以及光致等离子 体的出现等，这些因素的存在使得激光焊接质量难以得到保证。目前，对激光焊接质量的检测与分析重点主要集中在焊接过程中激光与材料相互 作用所产生的各种信号，这些信号主要有光、电、声等。它们能够反应焊接过程稳定与否及 激光焊接质量的优劣。早期的研究都是选取某一种信号作为检测参量对焊接过程中的焊接 质量进行监测。包括利用等离子体光学传感器来采集等离子体的紫外光以及利用等离子体 电荷传感器检测喷嘴和工件之间所形成的电位差来诊断焊接区的激光功率是否正常，或是 自动跟踪喷嘴保证喷嘴-工件高度不变。但是，上述检测方式都存在一定的局限性。比如利用光信号来监测激光焊接过程， 该方法对焊接材料具有一定的选择性，要求所焊接的材料必须保证其焊接过程中所发出的 光信号很明确，才能够准确监测；同时，这些方法都为接触式监测方式，对传感器的安装要 求比较高。目前，激光焊接过程中的声信号被广泛采用。激光声信号的产生与激光焊接过程 中“小孔”产生有关。当激光辐射照度大于106W/cm2时，材料表面在激光作用下熔化和蒸发， 当蒸发速度足够大的时候，所产生的金属蒸汽的反冲压力足以克服液态金属表面的张力和 重力，从而排开部分液态金属，导致激光作用区处的熔化金属下凹，形成小坑；此时，激光束 直接作用在凹坑底部，从而使金属进一步熔化和汽化，高压蒸汽继续迫使凹坑底部的液态 金属排向熔池的周围，从而使小坑进一步加深。这个过程持续进行下去，最终会在液态金属 中形成一个“小孔”。当小孔中的金属蒸汽压力与液态金属的表面张力和重力形成动态平 衡后，“小孔”不再继续加深，而是形成一个具有一定深度的稳定“小孔”，这个就是“小孔效 应”。在“小孔效应”过程中，等离子体从小孔中喷射出来时的压力波动会发出一种可听的 声音。声信号在一定程度上直接反映出了焊接质量的优劣。对声信号的检测最简单的方法就是利用传声器进行探测进而转化为小孔中的等 离子体压力的变化。该方法是目前应用最多的一种非接触式监测方式。有学者就曾采用传 声器测量焊接过程中的声信号，然后对声信号进行傅立叶变换，对频谱的分布特性进行研 究。但是该方法的缺点是激光焊接过程的“小孔”声信号极易受到喷嘴气流和环境噪声影响，尤其是在现场焊接过程中，各种机器的噪声将会严重影响到声信号检测的质量和精度。 同时，当噪声源引入到激光“小孔”声信号中后，对后续的数据分析带来了很大困难。无法 对激光焊接过程中的原始激光声信号进行分析。尽管有学者采用信号处理的方法，通过频 谱相减，从采集到总的声信号中减去焊接过程中的其他的噪声源，进而近似得到焊接过程 中原始激光声信号。但是该方法的应用需要假设焊接过程中的噪声源信号为稳态信号。然 而，实际焊接过程中的噪声源不可能保持稳态，这无疑对后续的焊接质量的监测判定带来 了很大的误差。如何能准确提取激光焊接过程中原始的激光声信号，是目前基于激光声信 号焊接质量检测的一个难点。同时，焊接过程中原始激光声信号的成功提取，无疑能帮助人 们对激光焊接的机理有更科学和深刻的认识和掌握。

发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于激光焊接过程的原始 激光声信号提取装置。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种基于激光焊 接过程的原始激光声信号提取装置，包括传声器，该装置还包括一封闭的隔音箱体，所述隔 音箱体上开有传声孔，所述传声孔上设有所述传声器；所述隔音箱体设有透光窗，所述隔音 箱体内设有工件支撑垫块。所述隔音箱体包括由不锈钢板制成外壳，所述外壳的内壁上满附有由吸音材料形 成的吸音层。所述透光窗是由设置在所述隔音箱体上的石英玻璃形成的。本发明具有的优点和积极效果是1)利用一个封闭的隔音箱体隔绝外界噪声源 的干扰，便于提取到原始的激光声信号；2)利用隔音箱体内的吸音材料，有效吸收箱体内 的柱波，降低箱体内激光“小孔”声信号的反射；幻利用石英玻璃不吸收激光的特性，直接 将激光束通过石英玻璃，辐射到焊接的工件上；4)可操作性强，对外界噪声源的屏蔽效果 较好。


图1是本发明的结构示意图；图2是图1的剖视图。图中1、吸音材料，2、工件支撑垫块，3、隔音箱体，4、螺钉，5、顶盖，6、台阶，7、传声
器，8、透光窗，9、欲焊接工件。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下请参见图1 图2，一种基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置，包括一封 闭的隔音箱体3，所述隔音箱体3的顶盖5上开有传声孔，所述传声孔上设有传声器7，传 声孔底部四周设有台阶，所述传声器7竖直置放在传声孔内置放在传声孔底部四周的台阶 上；所述隔音箱体3设有透光窗8，所述隔音箱体3内设有工件支撑垫块2。
上述隔音箱体3包括由不锈钢板制成外壳，所述外壳的内壁上满附有吸音材料1。 在本实施例中，形成外壳的不锈钢板厚2mm，外壳内壁上紧贴的吸音材料1的厚度为4mm，在 隔音箱体内放了 2块等高的工件支撑垫块2，欲焊接工件9直接放在两块垫块上。隔音箱体 的顶盖5上开了一矩形孔，矩形孔的底部四周设有台阶6，用于放置石英玻璃板，以形成透 光窗。焊接时，激光束通过石英玻璃透光窗8，直接辐射到欲焊接工件9上，从而实现激光焊 接。在隔音箱体的顶盖5上，开了一个传声孔，将传声器竖直置放在孔内，直接采集激光焊 接过程中的“小孔”声信号。上述不锈钢板可以用厚度大于3mm的碳钢板代替。本发明的应用1)在焊接前，将两个工件支撑垫块2放置于长方形的隔音箱体3内；2)将欲焊接工件9放置于工件支撑垫块2上。3)盖上顶盖5，并用螺钉4紧固，将石英玻璃板就位；4)将传声器7竖直置放在顶盖5上的传声孔内；5)焊接开始时，激光束直接透过石英玻璃透光窗8，辐射到欲焊接工件9上，实施 焊接。此时，传声器7就可以提取到激光焊接过程中原始的激光声信号。尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上 述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可 以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置，包括传声器，其特征在于，该装 置还包括一封闭的隔音箱体，所述隔音箱体上开有传声孔，所述传声孔上设有所述传声器; 所述隔音箱体设有透光窗，所述隔音箱体内设有工件支撑垫块。
2.根据权利要求1所述的基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置，其特征在 于，所述隔音箱体包括由不锈钢板制成外壳，所述外壳的内壁上满附有吸音材料。
3.根据权利要求1所述的基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置，其特征在 于，所述透光窗是由设置在所述隔音箱体上的石英玻璃形成的。
全文摘要
本发明公开了一种基于激光焊接过程的原始激光声信号提取装置，包括传声器，该装置还包括一封闭的隔音箱体，所述隔音箱体上开有传声孔，所述传声孔上设有所述传声器；所述隔音箱体设有透光窗，所述隔音箱体内设有工件支撑垫块。本发明利用一个封闭的隔音箱体隔绝外界噪声源的干扰，便于提取到原始的激光声信号；利用箱体内的吸音材料，有效吸收箱体内的柱波，降低箱体内激光“小孔”声信号的反射；利用石英玻璃不吸收激光的特性，直接将激光束通过石英玻璃，辐射到焊接的工件上；可操作性强，对外界噪声源的屏蔽效果较好。
文档编号G01N29/44GK102141546SQ20101060958
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者敖三三, 玄文博, 王皓, 罗震, 袁涛 申请人:天津大学