(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211206249.9 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 长春工程学院 地址 130000 吉林省长 春市宽平大路395号 (72)发明人 段珍珍　贾坤宁　赵世喆　 (74)专利代理 机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 2 2100 专利代理师 王怡敏 (51)Int.Cl. B23K 26/064(2014.01) B23K 26/067(2006.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时 监测装置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种同光源式激光超声导波焊 接熔透状态实时监测装置及方法， 属于焊接质量 控制领域。 装置是由分光器、 激励器、 接收器、 控 制线缆、 信号线 缆及主机构成。 在焊接过程中， 以 激光焊接设备的光源作为超声导波的激励及接 收光源， 在一套激光源的作用下， 通过特定的光 控与传感手段， 实现了单光源条件 下同时激光焊 接、 超声激励、 超声接收功能， 从而达到激光焊过 程熔透状态的实时监测目的。 装置具有设备结构 简单、 无需耦 合、 超声检测调节灵活等优点， 可实 现激光焊过程的实时监测与质量评价， 从而保证 焊接质量达 到设计及工艺要求。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115533302 A 2022.12.30 CN 115533302 A 1.一种同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测装置， 其特征在于： 以激光焊接 设备的光源作为单一光源， 通过分光器 （1） 、 激励器 （2） 、 接收器 （3） 将单一光源分割为焊接、 超声激励、 超声接收三个功能性激光束， 同时实现激光焊接、 超声激励、 超声接收， 从而达到 激光焊过程熔透状态的实时监测的目的； 包括分光器 （1） 、 激励器 （2） 、 接收器 （3） 、 控制线缆 （4） 、 信号线缆 （5） 及主机6， 所述分光器 （1） 通过上端的法兰串联安装至激光焊设备的主光 路上， 下端指向焊接工件表 面， 激励器 （2） 、 接收器 （3） 分别悬挂安装在分光器 （1） 两侧； 焊接 设备激光器所产生的激光束进入分光器 （1） 后， 经分束镜组 （12） 分割为焊接激光束、 激励激 光束与检测激光束； 焊接激光束经下方的焊接镜组 （15） 进行光学调节， 照射在工件表面实 施焊接； 主机 （6） 通过控制线缆 （4） 、 信 号线缆 （5） 分别与激励器 （2） 和接收器 （3） 连接， 对超 声的激励 及接收进行调节及控制。 2.根据权利要求1所述的同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测装置， 其特征 在于： 所述的分光器 （1） 由腔体一 （11） 、 分束镜组 （12） 、 激励反光镜 （13） 、 检测反光镜 （14） 和 焊接镜组 （15） 构成， 分束镜组 （12） 位于腔体一 （11） 内部上方的进光口端， 负责激光束能量 及路径的分配与控制， 将主激光束分割为焊接激光束、 激励激光束与检测激光束； 焊接镜组 （15） 位于腔体一 （11） 内部下方的出光口端， 对焊接激光束进行聚焦调节， 照射在工件表面 实施焊接； 激励反光镜 （13） 、 检测反光镜 （14） 分别位于腔体一 （11） 内部的左右两侧位置， 负 责对激励激光束与检测激光束 进行角度偏转， 控制其分别进入激励器 （2） 、 接收器 （3） 内部 。 3.根据权利要求1所述的同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测装置， 其特征 在于： 所述的激励器 （2） 由腔体二 （21） 、 光开关 （22） 、 反光镜 （23） 和调节镜组 （24） 构成， 光开 关 （22） 位于腔体二 （21） 内部右侧的进光口端， 负责对激励激光束进行脉冲调制； 反光镜 （23） 位于腔体二 （21） 内部中心位置， 负责对激励激光束进行角度偏转； 调节镜组 （24） 位于 腔体二 （21） 内部下方的出光口端， 负责对激励激光束进行调焦， 控制激励激光束照射工件 表面激发超声 波。 4.根据权利要求1所述的同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测装置， 其特征 在于： 所述的接收器 （3） 由腔体三 （31） 、 分束镜组 （32） 、 感光元件 （33） 及调节镜组 （34） 构成， 分束镜组 （32） 位于腔 体三 （31） 内部的中心位置， 负责将 检测激光束继续分割为测量激光束 和参考激光束； 检测激光束向下照射在工件表面， 参考激光束横向传播照射在感光元件 （33） 上； 调节镜组 （34） 位于腔体三 （31） 内部下方的出光口端， 负责测量激光束和参考激光 束的调焦； 感光元件 （33） 位于腔体三 （31） 内部右侧端部， 接收测量激光束和参考激光束干 涉后的激光束。 5.一种同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测方法， 其特征在于： 焊接过程中， 分光器 （1） 通过上端的法兰串 联安装至激光焊设备的主光路上， 下端指向焊接工件表面， 激 励器 （2） 、 接收器 （3） 分别悬挂安装在分光器 （1） 两侧； 焊接设备激光器所产生的激光束进入 分光器 （1） 后， 经分束镜组 （12） 分割 为焊接激光束、 激励激光束与检测 激光束； 焊接激光束 经下方的焊接 镜组 （15） 进行光学调节， 照射在工件表面实施焊接； 激励激光束通过激励反光镜 （13） 进入激励器 （2） ， 在激励器 （2） 的光开关 （22） 、 反光镜 （23） 和调节镜组 （2 4)的调控下形成固定频率的激光脉冲， 照射在焊缝一侧的焊接工件表 面 构成激励点并激发出超声波； 激励点所产生的超声波在板材内形成导波， 并沿板材传播至 焊缝， 越过焊缝向另一侧传播， 在板材表面产生相应的微观振动；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115533302 A 2检测激光束通过检测反光镜 （14） 进入接收器 （3） ， 通过接收器 （3） 内的分束镜组 （32） 继 续分割为测量激光束和参考激光束； 测量激光束通过调节镜组 （34） 照射在焊缝另一侧的工 件表面上构成检测点， 并产生反射； 反射光束重新进入接收器 （3） ， 与参考激光束发生干涉 后形成新的激光束照射在感光元件 （33） 上； 接收器 （3） 通过光干涉法测量检测点的表面振 动， 并将其转换为电信号， 最终由主机 （6） 进行信号处理， 对焊接过程的熔深或熔透状态进 行评估。 6.根据权利要求5所述的同光源式激光超声导波焊接熔透状态实时监测方法， 其特征 在于： 在进行激光焊的实时监测过程中， 主机 （6） 通过控制光开关 （22） 的通 断， 使得激励激 光束以脉冲的形式对工件表面的激励点进 行照射， 从而产生具有固定重复频率的脉冲超声 波； 每个超声波脉冲都会在当前激励位置形成一次超声导波传播过程， 传播路径为激励点 ‑ 焊缝区‑检测点； 每个超声导波的产生、 传播、 接收过程均代表完成一次焊缝此位置的熔深 检测； 根据检测需求， 设置不同的激励频率， 从而实现焊缝长度方向上不同分辨率的检测效 果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115533302 A 3