通过光学相干断层扫描实现远程激光束焊接的工艺控制与质量保证

摘要： 远程激光束焊接在灵活性和生产效率方面显著优于传统连接技术。该工艺尤其受益于高度聚焦的激光辐射，从而实现精准可控的热输入。然而高亮度激光光源的小光斑尺寸要求光束具备高度动态的精确定位能力。同时，此类工艺通常采用的高激光强度会导致剧烈的过程动态变化，因此需要确保焊缝质量的方法。本研究采用基于光学相干断层扫描（OCT）的新型远程激光加工传感器概念，同时实现质量监控与边缘跟踪功能。该OCT传感器集成于配备独立内部扫描器的3D扫描头中，可使测量光束与加工光束分离偏转。通过该系统可记录加工区域及其周边表面的形貌特征。研究团队对铝、铜及镀锌钢等材料开展了基础实验，首先评估了材料特性、入射角度、扫描场内焊接位置及温度对OCT测量信号的影响，在此基础上开发并验证了边缘跟踪测量策略。实验证明：在加工区域前方设置正交测量线可可靠追踪角焊缝边缘；通过记录加工区域后方的表面形貌，能够评估焊缝质量。与显微测量结果对比显示，该系统能清晰识别焊缝特征参数。此外，根据测量信号质量还可观察到焊接过程对热影响区表面特性的影响。