光电-OCT 激光焊接质量检测传感对比

光电-OCT传感对比

光电传感

光电传感监测原理：重复多次（500件）采集正常产品焊接过程的紫外、红外、可见光、反射光信号，然后看这些正常焊接过程的光电信号波动范围，然后设置一个波动上下限，涵盖以上正常生产的信号波动上下限，以此为标准生产信号正常波动范围，只要重新生产焊接过程采集的信号在这个上下限范围波动，就认为产品焊接质量合格。

此种方式设置的上下限，本来是允许一定波动存在的，所以多某些细微缺陷导致的质量问题，只要采集的信号不出现大幅波动都无法检测出来，还是涉及一些漏检率，误检率的问题，这块非常依赖现场工程师的经验，需要一个漫长的磨合过程，才可以达到比较理想的效果。

用于光电传感的可见光、反射光、红外光可对以下缺陷做出反应：功率衰减（激光反射光、红外）、保护气缺失（可见光、红外）、表面油污等污染（可见光、红外）、间隙污染（可见红外）、保护镜片污染、摆动振幅异常、离焦量波动（负离焦敏感，正离焦不敏感）、虚焊等都是光电监测的强项。

光电本质上还是属于测量等离子体、背反光、温度等间接因素，属于间接监测，本身光电信号与缺陷的相关性具体到什么程度还有待验证，以下缺陷光电传感并不是特别敏感：间隙波动（不敏感）、焊偏、工件变形翘曲等、振镜摆动焊接振幅波动、摆动头振幅波动、速度波动、夹具抖动等、对一些明显缺陷监测效果还是非常出色的，对于更精细的监测还有待提高，依赖于监测算法和使用人员充分发掘设备潜能。

光电传感还可以针对客户现场工况缺陷进行定制，可以人为制造缺陷，具体到每种缺陷的光电特征是什么样的，缺陷信号波形特征进行总结分类，这样一旦出现对应缺陷即可准确定位，智能化程度更上一个台阶。

OCT传感

基于OCT的熔深监测简单来说类似高精度的激光测距（um级）可以实时高频采集匙孔最底部的各种深度变化，属于直接测量，对熔深的波动，工况异常极其敏感。

OCT作为直接测量匙孔深度的工具：所有的异常情况都会通过匙孔深度来反映，通过高频实时的数据采集可以把整个焊接过程的熔深全部采集出来，使得熔深可视化，对于质量控制而言，可以精确的知道产品每一处的焊接深度，并通过工艺优化去控制熔深。

主要有三个作用：

第一是对产品质量进行监测，检出部分虚焊，或者部分穿透这种不良产品，因为虚焊意味着连接面积不足，可能影响强度、气密性等指标，焊穿则影响内部电解液，甚至烧电芯，同时也会影响防腐效果，使用过程出现电解液泄漏等情况。

第二:可以用来进行工艺优化，设备监控，预测性维护等等，工艺优化可以通过参数变化对熔深的影响规律找到熔深波动最小的参数，使得整个焊接过程熔深基本平滑，不会发生突变；其次设备诸如轴的抖动、夹具松动、机台振动等硬件机构的异常也会在熔深上面反映出来，可以反向改进设备，优化设备结构，节拍等，并对设备的检修计划进行更灵活的调整，在有小问题的时候及时检修，不至于小问题积累成大问题，导致停产；

第三：可以反向去优化电芯的设计，因为对加工精度的控制能力上了一个台阶之后，可以把电芯的盖板，设计的更轻便，更薄，在减重上做出一些贡献，当然还有其他方面的优势，有待使用人员总结发掘，最大程度提升产品的价值。

OCT原理就是：直接监测，所以要关注直接测量的一些干扰因素，需要明确监测的是否是真正的匙孔深度。

直接监测的一些难点在于：匙孔的深度和真实的金相肯定是不一样的，这个误差如何量化，不同速度、不同材料、不同功率、不同配置、不同设备的这个误差是否有规律，有迹可循是精细化监测需要解决的第一个问题；

其次因为是直接监测，如何确定监测的就是匙孔最深处的位置，如果不是如何处理，如果出现匙孔坍塌，飞溅遮挡等如何补偿（匙孔坍塌无法避免，光纤激光的匙孔坍塌发生率60%左右，环形5%左右）；

检测光束波长通常选择840-880nm左右，并且功率较小，有些甚至毫瓦级，到了具体场景需要评估烟尘、准直聚焦头镜片镀膜是否允许检测光束通过，通过的激光能量衰减率多少，振镜的光路对监测信号回收率的影响等等，都是需要注意的细节。

匙孔拖尾的影响：因为速度变化，轨迹变化，摆动，都会导致匙孔位置变化，直接导致监测光束找不到匙孔，监测就不准确；一般来说速度过快会导致匙孔监测光束无法触及匙孔最深处，会被熔池干涉挡住，摆动拐角位置，以及轨迹变化这些想监测对设备精度要求极高，一致性要非常好才行，因为OCT是us级监测，标定后监测时间是死的，但是如果设备每次到轨迹变化点的时间不一样，速度有波动就会极大导致误判。

最后就是需要每天校准，一旦设备参数需要调整，就需要去重新校准，传感并非一劳永逸，需要经常去做一些适用性的工程调优工作。这一块对使用人员要求较高，尤其是进口货，还是纯英文界面菜单，也很影响产品的可操作性。

•光电优势

•多传感融合、抗干扰能力强，性价比高，适合量产线应用；

•功能多、可开发性强、可定制功能模块（仅限国产），对缺陷进行分类检测；

•能监测缺陷：功率衰减、保护气缺失、表面油污、胶等污染、间隙污染、保护镜片污染、摆动振幅异常、离焦量波动、虚焊、炸点、焊穿等；

•光电劣势

•需要大量正常生产产品进行数据采集（500-1000），越多上下限越科学，所以不适合小批量生产产品

•对熔深波动、机械振动、夹具机构波动、外观粗糙度、波浪边、V型外观缺陷、间隙大小、焊偏、叠焊间隙等不够敏感，需要探索优化；

•OCT优势

•直接监测熔深，实时获取整个焊缝的熔深波动，对个别熔深缺陷能够及时响应；

•能监测工件变形、余高、焊缝间隙、焊偏、外观缺陷、咬边、机构异常、夹具异常都能检测；

•OCT劣势

•无法检测油污、胶等表面污渍污染、无法适应多种焊接头、振镜头；

•复杂焊缝、摆动焊接、焦点飘移，保护气变化、离焦量变化、保护镜片赃污、飞溅等无法准确检测；

•焊接速度超过300mm/s以上检测有干涉，无法使用；

需要综合考量当前主要想对那种缺陷进行在线监测？产品的焊接质量和哪些指标有关（熔深、熔宽、外观）？才能选择合适的传感使用。综合来说，过程监测是好东西，关键还是要看怎么用，去发挥设备最大价值，才是关键；需要工程师去摸索设备的极限功性能、对不同缺陷，不同设备等等的敏感程度，各种异常、缺陷的规律，才能真正提高生产力。