在激光焊接過程中，一般經(jīng)過DOE驗證，然后確定工藝窗口，投入產(chǎn)線使用，通常一般認(rèn)為在焊接過程中熔深熔寬是穩(wěn)定的，符合工藝要求的，但實際使用過程中，由于設(shè)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(dǎo)致的功率衰減、熱效應(yīng)導(dǎo)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(xiàn)場有非常多的不穩(wěn)定因素對焊接最主要的參數(shù)熔深造成極大的影響；但是熔深數(shù)據(jù)又無法直接觀察，無法知道焊縫內(nèi)部情況，所以當(dāng)前焊接缺乏最關(guān)鍵的一環(huán)，對焊接內(nèi)部質(zhì)量的過程實時監(jiān)測。

傳統(tǒng)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(xué)）

切金相誤差演示（圖片來自普雷茨特）

來自客戶現(xiàn)場實時熔深數(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)場的工況多變性，本身當(dāng)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(jié)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(chǎn)品，是應(yīng)該對每一個產(chǎn)品的質(zhì)量進行全周期管控，所以焊中監(jiān)測必不可缺。

當(dāng)前技術(shù)手段主要是通過焊接過程產(chǎn)生的不同信號來監(jiān)測焊中熔深的方法，如多波段光輻射強度、光學(xué)圖像和聲波等信號，通過采集這些信號對焊縫熔深進行聯(lián)系建模，確定不同特征信號和熔深的關(guān)系，可以間接反映熔深信息。但是，這些方法并不是對熔深的直接測量，容易受焊接過程工藝參數(shù)、設(shè)備穩(wěn)定性的影響，在連續(xù)監(jiān)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(zhì)量監(jiān)測顯得尤為重要。

在激光焊接熔深在線監(jiān)測領(lǐng)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(xiàn)激光焊接熔深在線監(jiān)測的目標(biāo)。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(chǎn)生的電磁輻射所干擾，滿足連續(xù)監(jiān)測情況下的高測量精度要求，實時獲取得到的測量結(jié)果可用于焊接功率的調(diào)整，實現(xiàn)熔深測量與焊接自適應(yīng)質(zhì)量控制的閉環(huán)反饋控制。

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

OCT焊中監(jiān)測系統(tǒng)原理圖[1]

OCT 焊中監(jiān)測原理圖[2]

系統(tǒng)測量熔深的具體原理如下：SLD 發(fā)出的寬譜光源經(jīng)過光纖耦合器分束，一束進入?yún)⒖枷倒饴罚?jīng)反射鏡反射 后原路返回；另一束進入測量光路，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器形成準(zhǔn)直光后進入焊接頭，經(jīng)焊接頭合束鏡與加工激光合束，兩束光經(jīng)過焊接頭聚焦鏡同時聚焦于工件，加工激光在工件上形成穩(wěn)定的小孔，而測量光束進入匙孔底部經(jīng)過散射光后返回。從測量光路和參考系光路返回來的光經(jīng)過光纖耦合器發(fā)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(xué)相干層析的激光焊接熔深監(jiān)測方法研究[J/OL].光學(xué)學(xué)報:1-19[2023-04-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1252.O4.20230309.1819.044.html