基于OCT的激光焊接熔深过程监测

　　在激光焊接过程中，一般经过DOE验证，然后确定工艺窗口，投入产线使用，通常一般认为在焊接过程中熔深熔宽是稳定的，符合工艺要求的，但实际使用过程中，由于设备本身精度、振动、人工维护使用过程、外界工况等也时刻在变化之中。比如激光器的功率波动、焊接头镜片脏污导致的功率衰减、热效应导致的焦点飘移、保户气波动、间隙变化、台阶变化、工件污染、变形等等，现场有非常多的不稳定因素对焊接最主要的参数熔深造成极大的影响；但是熔深数据又无法直接观察，无法知道焊缝内部情况，所以当前焊接缺乏最关键的一环，对焊接内部质量的过程实时监测。

　　传统的方法是通过切金相，但是同样一个焊缝，切金相只是看到一个界面，无法代表总体情况，如下图所示：

　　由上图可以得出，且不论激光加工现场的工况多变性，本身当下针对焊缝熔深的检测手段就存在极大的误差，不同的位置做金相结果就有波动，且费时费力，还做不到全检，理论上电池作为高危产品，是应该对每一个产品的质量进行全周期管控，所以焊中监测必不可缺。

　　当前技术手段主要是通过焊接过程产生的不同信号来监测焊中熔深的方法，如多波段光辐射强度、光学图像和声波等信号，通过采集这些信号对焊缝熔深进行联系建模，确定不同特征信号和熔深的关系，可以间接反映熔深信息。但是，这些方法并不是对熔深的直接测量，容易受焊接过程工艺参数、设备稳定性的影响，在连续监测的情况下无法获取熔深信息，也无法保证熔深精度。因此，研究直接测量熔深的方法对激光焊接在线质量监测显得尤为重要。

　　在激光焊接熔深在线监测领域，利用 OCT 测量光束与焊接光束同轴同时作 用在工件上，可以直接测量熔池小孔的深度，实现激光焊接熔深在线监测的目标。该方法采用低相干干涉精密测距原理，不受焊接过程小孔产生的电磁辐射所干扰，满足连续监测情况下的高测量精度要求，实时获取得到的测量结果可用于焊接功率的调整，实现熔深测量与焊接自适应质量控制的闭环反馈控制。

　　OCT熔深监测系统以SD-OCT为基础，通过将OCT参考光束和激光焊接光路进行同轴耦合，根据宽谱光源的低相干性来获取匙孔深度信息。OCT熔深监测系统原理如图1、2所示：

　　系统测量熔深的具体原理如下：SLD 发出的宽谱光源经过光纤耦合器分束，一束进入参考系光路，经反射镜反射 后原路返回；另一束进入测量光路，经光纤准直器形成准直光后进入焊接头，经焊接头合束镜与加工激光合束，两束光经过焊接头聚焦镜同时聚焦于工件，加工激光在工件上形成稳定的小孔，而测量光束进入匙孔底部经过散射光后返回。从测量光路和参考系光路返回来的光经过光纤耦合器发生干涉，由光谱仪线阵相机拍摄得到原始光谱干涉条纹图像，再通过傅里叶计算光程差得出相对深度，由此得出匙孔深度。

　　[2]谢冠明,王三宏,张跃强,彭和思.基于光学相干层析的激光焊接熔深监测方法研究[J/OL].光学学报:1-19[2023-04-11].