激光焊接质量在线检测与控制

    利用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接过程进行检测，近年来已成为国内外研究的热点，少数研究成果已达到了闭环控制的程度。图1是激光焊接质量检测和控制系统的实例。

该系统所用传感器及其功能简单介绍如下：

    （l）等离子体监测传感器

    □ 等离子体光学传感器（PS）：它的作用是采集等离子体的特征光——紫外光信。

    □ 等离子体电荷传感器（PCS）：利用喷嘴做探针检测，由于等离子体带电粒子（正离子、电子）的不均匀扩散而在喷嘴和工件之间形成的电位差。

    （2）系统功能

    □ 识别激光焊接过程属于何种方式。稳定深熔焊过程，等离子体、PS、PCS信号均很强；稳定热导焊过程，不产生等离子体，PS、PCS信号几乎等于零；模式不稳定焊过程，等离子体间断性地产生和消失，相应地PS、PCS信号间断性地上升和下降。

    □ 诊断传输到焊接区的激光功率是否正常。当其他参数一定时，PS和PCS信号的强弱与入射到焊接区的功率大小有对应关系。因此，监视PS和PCS信号就可以知道导光系统是否正常，焊接区的功率是否发生了波动。

    □ 喷嘴高度自动跟踪。 PCS信号随喷嘴—工件距离的增加而减小。利用这一规律进行闭环控制可以保证喷嘴工作距离不变，实现高度方向的自动跟踪。

    □ 焦点位置自动寻优和闭环控制。在深熔焊范围内，光束焦点位置发生波动时，PS接收到的等离子体光信号亦随之变化，以最佳焦点位置处（此对小孔最深）PS信号最小。依据所发现的这个规律，可以实现焦点位置自动寻优与闭环控制，使焦点位置波动小于0.2mm，熔深波动小于0.05mm。

图2 正在进行激光焊接的车身板件