激光焊接機(jī)對產(chǎn)品焊接過程控制的研究

激光焊接技術(shù)是一種不需接觸的焊接技術(shù)，其速度較快，焊接效率更高，中間過程處理對焊接接頭的性能有重要作用。國內(nèi)激光焊接機(jī)焊接過程的控制主要集中于借助光學(xué)器件對焊接的過程進(jìn)行監(jiān)控，比如采用激光焊接焊縫追蹤和高速攝像機(jī)對焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

國內(nèi)激光焊接研究專業(yè)人士馬國棟等人將激光焊接頭與CCD視頻跟蹤模塊集成在一起，提出一種采用一字線激光進(jìn)行自動(dòng)化焊縫檢測的方法。該方法利用激光三角測量法，得到焊縫的高度、寬度等形狀信息。如圖一字激光檢測原理，激光焊接時(shí)，一字激光垂直打在焊縫上，經(jīng)待焊工件上表面的漫反射，成像在CCD像平面上。像平面上的每一焊縫特征點(diǎn)將**確定待焊工件表面上的一點(diǎn)。

在跟蹤算法方面，采用精度高、速度快的核相關(guān)濾波器目標(biāo)跟蹤算法，分別對常見的直線型和曲線型焊縫位置進(jìn)行跟蹤。實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)擬合曲線與焊縫形態(tài)誤差在5%以內(nèi)，吻合度較高，實(shí)時(shí)跟蹤效果良好。

國外的研究主要對焊接的過程中添加外部能量和使用人工智能模型對焊接進(jìn)行模擬和預(yù)測等工作進(jìn)行了細(xì)致的研究。Haeusler A 等人通過使用附加的參數(shù)、振蕩頻率和振幅，并結(jié)合帶疊加圓周運(yùn)動(dòng)的線性饋電的空間功率調(diào)制方式，針對鋰離子電池和大功率電子器件的互連中使用到的銅材料焊接進(jìn)行了研究。

結(jié)果顯示，不單可以增加連接面積，還可以增加激光焊接過程的穩(wěn)定性和焊縫的質(zhì)量特性。在焊接某些特殊金屬時(shí)，焊料在熔池中并不能充分混合，導(dǎo)致焊縫中元素分布不均勻。德國的Ustundag O等人基于此進(jìn)行了研究，他們利用振蕩磁場在熔池中形成非保守的洛倫茲力分量，以改善整個(gè)材料厚度上的元素分布。通過光譜法（EDS）分析兩種跟蹤元素（Ni、Cr）的分布，結(jié)果顯示當(dāng)磁場向焊接方向旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，焊料分布有了根本的改善。這一研究對于磁場在焊接方面的使用提供了數(shù)據(jù)支持。

A. Belitzki等人提出了一種能夠較大限度地減小多焊縫復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)變形的方法，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的元模型應(yīng)用于激光焊接的過程中，根據(jù)子區(qū)域內(nèi)的焊接參數(shù)預(yù)測局部變形。利用遺傳算法有效地尋找出適合全局結(jié)構(gòu)的焊接參數(shù)。結(jié)果表明，該方法能有效、可靠地識別出10億多個(gè)潛在參數(shù)組合中的畸變較小參數(shù)。