激光焊接相对于传统焊接具有能量密度高,加热和冷却速度快,焊接热影响区窄,焊接变形较小以及容易实现自动化等优势,因此其在军工,汽车,船舶等领域得到日益广泛的应用。随着对焊接自动化与智能化程度的要求越来越高,焊接质量的实时控制变得越来越重要。要实现对焊接质量进行实时控制,必须要先获取到焊接时产生的信息。目前,通过视觉图像信息直接监测焊接熔池已成为重要的研究和应用方向。激光焊接会产生弧光、金属蒸汽和等离子体等强干扰信号,为了采集到清晰的焊接区域图像,本文搭建了被动式机器人激光焊接不锈钢同轴监测系统。通过分析光谱仪采集激光焊接奥氏体不锈钢时光谱,选择合适的滤光片和衰减片,设置合适的相机采集参数,抑制干扰信号对焊接区域图像的影响,可以采集到清晰的焊接区域图像。本文采集了不同工艺参数下的焊接区域图像,匙孔穿透工件时的焊接区域图像中包含有熔池、匙孔和穿透孔等。熔透图像可以通过设置图像处理区域、中值滤波、阈值分割和形态学图像处理等一系列过程,准确地获取熔池、匙孔及穿透孔的信息。通过分析不同焊接工艺参数下的焊缝表面形貌和焊缝截面形貌,确定不同熔透模式下的焊接工艺参数。然后通过分析不同熔透模式下的匙孔、穿透孔的面积特征信息,建立匙孔、穿透孔与工件熔透状态的关系。实验的主要结论如下:(1)当其他工艺参数不变,激光功率过低或者焊接速度过快时焊接时,由于热输入量不足,匙孔以及匙孔底部下方的液态金属均没有穿透工件,匙孔图像一直显示为完整的白色圆形亮斑,焊接过程没有出现穿透孔,穿透孔面积为0,焊缝正面显示为不连续的堆高,且在焊缝背面基本上看不到工件被熔化的情况,焊缝背面熔宽为0,焊缝截面形状为“Y”形,工件显然为未熔透。(2)随着激光功率的增加或者焊接速度的减少,热输入量的增加,匙孔底部下方存在的液态熔池通过热传导的作用将工件熔透,但此时匙孔还没穿透工件,匙孔图像也一直显示为完整的白色圆形亮斑,焊接过程没有出现穿透孔,穿透孔面积为0,焊缝背面的熔宽较细窄且焊缝背面宽度小于焊缝表面熔宽,焊缝截面形状为“I”形,此时工件也属于未熔透(仅熔池透)。(3)随着激光功率的增加或者焊接速度的进一步减少,热输入量进一步增加,使匙孔穿透工件,匙孔图像中出现低灰度的穿透孔。当穿透孔与匙孔的最大面积比大于0且小于0.54时,焊缝截面形状为“X”形,焊缝表面成形良好,焊缝背面的熔宽比较均匀且焊缝背面宽度小于焊缝表面熔宽,工件为适度熔透。当穿透孔与匙孔的最大面积比大于或等于0.54时,焊缝背面的熔宽比较均匀但焊缝表面成形较差,焊缝截面形状为虽然为“X”形,但焊缝背面宽度大于焊缝表面熔宽,工件为过熔透。(4)熔宽检测值与实际测量值的变化趋势是一致的,而且熔宽检测值也均小于对应的实际测量值,这是因为熔宽检测值是焊接时焊缝熔融状态熔池的宽度,而实际测量值是焊接后熔池凝固状态的测量值。焊缝表面熔宽检测值与实际值的相对误差平均值为3.31%,验证了被动式机器人激光焊接同轴监测系统对焊缝熔宽检测的有效性。