为什么光电监测有用？原理是什么，缺陷和光谱信号的关系是什么样的？那些变化会影响光电信号变化？

学术界多年的研究详细阐述了蓝紫外光、红外、可见光与焊接缺陷（激光功率波动、离焦量变化、保护气波动、焊接速度波动、间隙大小变化、工件污染、焊缝偏移、未熔透、虚焊、炸点等）的关系。

蓝紫光（可见光波段）信号可以较好地反映熔池上方的等离子体的状态，当蓝紫光信号特强时，说明等离子体较多聚集在熔池上方，激光穿过等离子体云时，相当一部分激光能量被等离子体云吸收，反射，折射，导致激光到达熔池的能量出现衰减，降低熔池热输入，从而极大地减小焊缝熔深；当蓝紫光信号较弱时，等离子体对激光能量传输屏蔽效应较小，激光可直接作用于材料，从而获得高深宽比的焊缝；

可见光信号强度，与等离子体息息相关，等离子体和熔深、激光功率又是强线性相关的，所以可见光信号强度变化可一定程度上反映热输入量多少，间接判断熔深变化；同时等离子还受保户气流量的影响，所以可见光信号还可用于监测保户气流的波动。

近红外波段信号强度主要与激光（1060-1080nm）的反射有光，一旦光学镜片脏污、虚焊高反等，就会导致激光的反射量发生变化，同时激光在深熔焊时吸收率可达30-40%，此时激光反射量较少，近红外信号弱，但一旦产生飞溅、焊穿、漏光等就会导致反射激光能量发生变化，所以近红外激光的强度也一定程度上能够用于监测虚焊、焊穿、飞溅等缺陷；

远红外信号：红外传感器检测的信号主要来源于熔池红外辐射，熔池红外辐射信号可以较好地反应焊缝的熔宽、焊瘤、余高以及熔透等状态，一定条件下与焊接线能量的大小呈线性关系。一般液态熔池越多，远红外信号越强，所以远红外可以用来监测熔宽变化，间接反映导致熔宽变化的因素诸如：功率变化、离焦量变化、间隙变化等。[2]。

焊接过程光电特征信号分布图（依次为可见光-等离子体光谱、近红外-激光反射光谱、远红外-熔池光谱）[1]

多光电信息传感——信号来源示意图（来自德擎产品宣传册）

怎么监测？

原理：

研究表明，激光燥接过程中的光辐射信号可以分为三类。如图所示，第一类是紫外及可见光波段（200-750）；第二类是激光反射波段（1030-1080）；第三类是红外辐射波段（900-1700）。只要明确光强信号与焊接状态的对应关系，便可以进行焊接缺陷检测。

监测设备示意图[1]

基于当前的人工智能算法可通过大数据统计分析得出光强信号与缺陷的规律，这种规律有种通俗的比喻：一般老焊工光靠听声音，看激光颜色就能判断焊接过程有无缺陷。

多次焊接光电信号统计图（来自德擎产品宣传册）

光电信号强度超过阈值案例—虚焊（来自德擎光学产品宣传册）

由此就可得出只要是复合当前工艺参数要求的产品，所有的光电信号都有个波动上下限，以此为阈值进行限制，只要在这个信号强度之间，即可人为当下这个产品在焊接过程没有缺陷，一旦超出此阈值，即可认为产品有缺陷；这个算法是一个持续学习的过程，随着数据量的累积会自适应进行学习，越来越精确上下限阈值，降低过杀率、漏杀率，越用越好。

[1]. Olsson, R., et al., Challenges to the interpretation of the electromagnetic feedback from laser welding. Optics and Lasers in Engineering, 2011. 49(2): p. 188-194.

[2] 王春明. 基于多传感器的激光焊接质量实时诊断及其理论基础[D].华中科技大学,2005.