激光焊熔透特征混沌信号解析与多维复合识别研究

发布时间：2022-01-11 18:58

　　激光焊接时光感检测信号具有混合信息数量多、时域及频域变化复杂、信号随机波动剧烈等明显的混沌信号特征,常规检测手段对激光焊接熔透特征信息难以有效分离。在激光焊接熔透特征信号同轴增效提取技术基础上,针对光谱透视成像中提取出的复杂混合信号的分布特征,提出一种大功率固体激光焊熔透特征混沌信号解析方法。具体通过统计方法提取混沌检测信号的各瞬态概率密度函数,然后动态形成一系列具有趋势性特征的简化图形模式,并根据图形的多项形貌特征与熔透行为建立复合关联识别。文中重点介绍了基值、离散度和畸变率3种特征参数的定义及数学模型,这些特征参数不但可以对特征模型的重心位置、离散情况和单向畸变情况进行准确描述,而且通过实验方法还充分验证了不同特征参数与激光焊接熔透状态的关联特性。如基值特征参数在焊缝熔透程度较大时具有明显的识别效果,但是熔透程度较小时其波动幅值较大;而离散度特征参数只对较小熔透状态测试敏感,可以对基值进行有效补充,但是对较大熔透状态的识别存在不足;畸变率特征参数虽然在适度熔透附近时数值波动剧烈,但是对于焊缝熔透程度较小或较大时都能通过畸变率数值关系对熔透程度进行较好关联识别,有效弥补了基值和离散度... 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(04)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

激光焊接头及熔透检测装置

通过熔透特征信号同轴增效提取技术获得的光感检测信号如图2(a)所示, 其在空间分布上是一个有规律的点阵, 不同检测信号强度区域内所获得的检测信号点的数量存在明显差异。 为了获取信号分布的更直观特征, 根据这些信号在空间分布的相对密度, 通过数学统计方法, 利用C++软件对所有单位强度区间内信号进行密度统计, 提取出信号整体分布情况数据, 并拟合出概率密度分布函数及其特征曲线模型, 转化后的概率密度特征模型如图2(b)所示, 由此可将十分复杂的光学检测信号通过统计学等效图形方式转化成具有明显趋势性特征信息的简单模型。2.2 形貌特征与熔透行为关联

为了找到与激光焊接熔透状态直接相关的模型特征变化, 采用2 500 W激光功率, 2 m·min-1焊接速度, 0 mm离焦量等参数的相同焊接条件下, 分别对2和4 mm厚钛合金试板进行了激光熔透实验, 在2 mm厚钛合金试板上获得了适度熔透焊缝, 在4 mm厚钛合金试板上获得了非熔透焊缝, 实验同时通过熔透特征信号同轴增效提取技术获得了二者的熔透辐射特征信号, 如图3所示。然后通过数学概率密度分析手段, 分别获得了二者特征模型, 适度熔透焊缝的特征模型如图3(a)所示, 非熔透焊缝的特征模型如图3b所示。 通过对比观察图3中适度熔透焊缝与非熔透焊缝的辐射特征信号可以发现, 不同焊接熔透状态时光感检测信号的分布情况是存在一定差异的, 而且这些差异可以通过适度熔透与非熔透焊缝特征模型的一些形貌特征上找到明显区别, 即特征参数[7]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光焊接熔透特征信号同轴增效提取方法研究[J]. 孙谦,黄瑞生,雷振,杨义成,王旭友,李俐群.  光谱学与光谱分析. 2020(03)
[2]直流TIG焊熔透状态激光光电法实时检测[J]. 顾玉芬,袁鹏,杜雷明,李春凯,石玗.  北京工业大学学报. 2017(06)
[3]奥氏体不锈钢光纤激光同轴保护焊接的实时监测[J]. 任勇,武强,邹江林,陈乐,肖荣诗.  中国激光. 2017(05)
[4]激光焊接中的等离子体变化规律及气孔缺陷快速测试方法——气孔缺陷特征参数提取方法[J]. 孙谦,王旭友,李小宇,徐富家,廖盈,WANG Wei.  焊接学报. 2016(06)
[5]激光焊接中的等离子体变化规律及气孔缺陷快速测试方法——检测信号整体分析方法[J]. 王旭友,孙谦,王威,李小宇,Huang Ruisheng.  焊接学报. 2016(03)



本文编号：3583288