在激光焊接過(guò)程中，一般經(jīng)過(guò)DOE驗(yàn)證，然后確定工藝窗口，投入產(chǎn)線使用，通常一般認(rèn)為在焊接過(guò)程中熔深熔寬是穩(wěn)定的，符合工藝要求的，但實(shí)際使用過(guò)程中，由于設(shè)備本身精度、振動(dòng)、人工維護(hù)使用過(guò)程、外界工況等也時(shí)刻在變化之中。比如激光器的功率波動(dòng)、焊接頭鏡片臟污導(dǎo)致的功率衰減、熱效應(yīng)導(dǎo)致的焦點(diǎn)飄移、保戶氣波動(dòng)、間隙變化、臺(tái)階變化、工件污染、變形等等，現(xiàn)場(chǎng)有非常多的不穩(wěn)定因素對(duì)焊接最主要的參數(shù)熔深造成極大的影響；但是熔深數(shù)據(jù)又無(wú)法直接觀察，無(wú)法知道焊縫內(nèi)部情況，所以當(dāng)前焊接缺乏最關(guān)鍵的一環(huán)，對(duì)焊接內(nèi)部質(zhì)量的過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)的方法是通過(guò)切金相，但是同樣一個(gè)焊縫，切金相只是看到一個(gè)界面，無(wú)法代表總體情況，如下圖所示：

切金相誤差演示（圖片來(lái)自德擎光學(xué)）

切金相誤差演示（圖片來(lái)自普雷茨特）

來(lái)自客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)熔深數(shù)據(jù)（基于IPG-LDD直接提取熔深）

由上圖可以得出，且不論激光加工現(xiàn)場(chǎng)的工況多變性，本身當(dāng)下針對(duì)焊縫熔深的檢測(cè)手段就存在極大的誤差，不同的位置做金相結(jié)果就有波動(dòng)，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還做不到全檢，理論上電池作為高危產(chǎn)品，是應(yīng)該對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行全周期管控，所以焊中監(jiān)測(cè)必不可缺。

當(dāng)前技術(shù)手段主要是通過(guò)焊接過(guò)程產(chǎn)生的不同信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)焊中熔深的方法，如多波段光輻射強(qiáng)度、光學(xué)圖像和聲波等信號(hào)，通過(guò)采集這些信號(hào)對(duì)焊縫熔深進(jìn)行聯(lián)系建模，確定不同特征信號(hào)和熔深的關(guān)系，可以間接反映熔深信息。但是，這些方法并不是對(duì)熔深的直接測(cè)量，容易受焊接過(guò)程工藝參數(shù)、設(shè)備穩(wěn)定性的影響，在連續(xù)監(jiān)測(cè)的情況下無(wú)法獲取熔深信息，也無(wú)法保證熔深精度。因此，研究直接測(cè)量熔深的方法對(duì)激光焊接在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

在激光焊接熔深在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，利用 OCT 測(cè)量光束與焊接光束同軸同時(shí)作 用在工件上，可以直接測(cè)量熔池小孔的深度，實(shí)現(xiàn)激光焊接熔深在線監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。該方法采用低相干干涉精密測(cè)距原理，不受焊接過(guò)程小孔產(chǎn)生的電磁輻射所干擾，滿足連續(xù)監(jiān)測(cè)情況下的高測(cè)量精度要求，實(shí)時(shí)獲取得到的測(cè)量結(jié)果可用于焊接功率的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)熔深測(cè)量與焊接自適應(yīng)質(zhì)量控制的閉環(huán)反饋控制。

OCT熔深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以SD-OCT為基礎(chǔ)，通過(guò)將OCT參考光束和激光焊接光路進(jìn)行同軸耦合，根據(jù)寬譜光源的低相干性來(lái)獲取匙孔深度信息。OCT熔深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理如圖1、2所示：

OCT焊中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖[1]

OCT 焊中監(jiān)測(cè)原理圖[2]

系統(tǒng)測(cè)量熔深的具體原理如下：SLD 發(fā)出的寬譜光源經(jīng)過(guò)光纖耦合器分束，一束進(jìn)入?yún)⒖枷倒饴?，?jīng)反射鏡反射 后原路返回；另一束進(jìn)入測(cè)量光路，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器形成準(zhǔn)直光后進(jìn)入焊接頭，經(jīng)焊接頭合束鏡與加工激光合束，兩束光經(jīng)過(guò)焊接頭聚焦鏡同時(shí)聚焦于工件，加工激光在工件上形成穩(wěn)定的小孔，而測(cè)量光束進(jìn)入匙孔底部經(jīng)過(guò)散射光后返回。從測(cè)量光路和參考系光路返回來(lái)的光經(jīng)過(guò)光纖耦合器發(fā)生干涉，由光譜儀線陣相機(jī)拍攝得到原始光譜干涉條紋圖像，再通過(guò)傅里葉計(jì)算光程差得出相對(duì)深度，由此得出匙孔深度。

[1]. Schmoeller, M., et al., Inline weld depth measurement for high brilliance laser beam sources using optical coherence tomography.Journal of Laser Applications, 2019. 31(2): p. 022409.

[2]謝冠明,王三宏,張躍強(qiáng),彭和思.基于光學(xué)相干層析的激光焊接熔深監(jiān)測(cè)方法研究[J/OL].光學(xué)學(xué)報(bào):1-19[2023-04-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1252.O4.20230309.1819.044.html