在激光焊接過程中，一般經過DOE驗證，然后確定工藝窗口，投入產線使用，通常一般認為在焊接過程中熔深熔寬是穩定的，符合工藝要求的，但實際使用過程中，由于設備本身精度、振動、人工維護使用過程、外界工況等也時刻在變化之中。比如激光器的功率波動、焊接頭鏡片臟污導致的功率衰減、熱效應導致的焦點飄移、保戶氣波動、間隙變化、臺階變化、工件污染、變形等等，現場有非常多的不穩定因素對焊接最主要的參數熔深造成極大的影響；但是熔深數據又無法直接觀察，無法知道焊縫內部情況，所以當前焊接缺乏最關鍵的一環，對焊接內部質量的過程實時監測。
傳統的方法是通過切金相，但是同樣一個焊縫，切金相只是看到一個界面，無法代表總體情況，如下圖所示：
切金相誤差演示（圖片來自德擎光學）
切金相誤差演示（圖片來自普雷茨特）
來自客戶現場實時熔深數據（基于IPG-LDD直接提取熔深）
由上圖可以得出，且不論激光加工現場的工況多變性，本身當下針對焊縫熔深的檢測手段就存在極大的誤差，不同的位置做金相結果就有波動，且費時費力，還做不到全檢，理論上電池作為高危產品，是應該對每一個產品的質量進行全周期管控，所以焊中監測必不可缺。
當前技術手段主要是通過焊接過程產生的不同信號來監測焊中熔深的方法，如多波段光輻射強度、光學圖像和聲波等信號，通過采集這些信號對焊縫熔深進行聯系建模，確定不同特征信號和熔深的關系，可以間接反映熔深信息。但是，這些方法并不是對熔深的直接測量，容易受焊接過程工藝參數、設備穩定性的影響，在連續監測的情況下無法獲取熔深信息，也無法保證熔深精度。因此，研究直接測量熔深的方法對激光焊接在線質量監測顯得尤為重要。
在激光焊接熔深在線監測領域，利用 OCT 測量光束與焊接光束同軸同時作 用在工件上，可以直接測量熔池小孔的深度，實現激光焊接熔深在線監測的目標。該方法采用低相干干涉精密測距原理，不受焊接過程小孔產生的電磁輻射所干擾，滿足連續監測情況下的高測量精度要求，實時獲取得到的測量結果可用于焊接功率的調整，實現熔深測量與焊接自適應質量控制的閉環反饋控制。
OCT熔深監測系統以SD-OCT為基礎，通過將OCT參考光束和激光焊接光路進行同軸耦合，根據寬譜光源的低相干性來獲取匙孔深度信息。OCT熔深監測系統原理如圖1、2所示：
OCT焊中監測系統原理圖[1]
OCT 焊中監測原理圖[2]
系統測量熔深的具體原理如下：SLD 發出的寬譜光源經過光纖耦合器分束，一束進入參考系光路，經反射鏡反射 后原路返回；另一束進入測量光路，經光纖準直器形成準直光后進入焊接頭，經焊接頭合束鏡與加工激光合束，兩束光經過焊接頭聚焦鏡同時聚焦于工件，加工激光在工件上形成穩定的小孔，而測量光束進入匙孔底部經過散射光后返回。從測量光路和參考系光路返回來的光經過光纖耦合器發生干涉，由光譜儀線陣相機拍攝得到原始光譜干涉條紋圖像，再通過傅里葉計算光程差得出相對深度，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,彭和思.基于光學相干層析的激光焊接熔深監測方法研究[J/OL].光學學報:1-19[2023-04-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1252.O4.20230309.1819.044.html
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
