OCT檢測激光焊接熔深和幾何形狀
激光焊接作為一種高效精密的加工方法,在汽車制造、電子加工等領域發揮著重要作用。焊縫熔深及形態是評價焊接質量的關鍵指標，若焊縫熔深不足，焊接強度難以滿足要求；若焊縫熔深過大，會形成過硬的熔池，易產生熱裂紋、氣孔等焊縫缺陷，從而嚴重影響焊接質量。
現有技術主要是通過監測焊接過程中產生的不同信號來間接獲取熔深信息，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建立模型，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。
基于光學相干層析成像（OCT）的激光焊接熔深監測方法可直接測量熔池孔的深度。該方法不僅能對深度方向進行實時二維成像，還能通過三維掃描對整個熔孔進行三維成像，從而實現快速實時的在線質量監測。
一、 測量原理
OCT采用低相干干涉精密測距原理，不受焊接過程熔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熔深監測系統以光譜域（SD-OCT）為基礎，如圖1所示為典型OCT系統的原理圖：
圖1 SD-OCT系統測量熔深原理圖
二、 測量案例
（1） 實時二維掃描高精度測孔深
如圖2為五個不同深度焊接熔孔模擬樣品的OCT二維掃描圖，該OCT系統的橫向和縱向分辨率均能達到約4μm，A-Scan成像速度為250kHz，意味著能對熔孔進行快速高精度的定量測量，表1展示了圖2中五個孔的深度及直徑數據。得益于鑒知的OCT光譜儀具有硬件波數線性的特性，圖2中的圖像均為原始光譜信號直接快速傅里葉變換（FFT）的結果，數據處理過程中無需使用波數矯正插值算法，可實現高速實時處理成像。
A B C D E
圖2 五個不同焊接熔孔的OCT二維掃描圖
表1 不同熔孔深度測量
（2）三維掃描，監測熔孔形態
如圖3是對熔孔B三維掃描后的3D展示圖，實現對熔孔形態多方位多角度三維監測。
圖3 熔孔三維展示圖
上述實驗過程中使用的OCT系統為北京鑒知的830nm OCT系統，其中使用了鑒知研發的業內具有硬件波數線性功能的OCT光譜儀ST830E，以下是性能指標：
l OCT光譜儀從硬件光路上實現波束線性，線性度
=0.9999995，不再需要插值等數值算法進行后處理，大大降低數據處理的難度
l OCT光譜儀具有優秀的falloff表現，成像深度＞ 2mm，最深可達12mm（取決于光譜儀光譜范圍和中心波長）
l 高清成像空間分辨率4μm ，信噪比＞110 dB
l 光學無損檢測，原位復原樣品的內部三維形態
l 快速重建三維形態和內部圖像，實時二維成像，快速完成三維成像
l 穩定，便攜式系統適合現場操作
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