CN117680810A - 使用内联相干成像（ici）监视和/或控制摆动处理的系统和方法 - Google Patents

使用内联相干成像（ici）监视和/或控制摆动处理的系统和方法 Download PDF

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乔丹·A·坎科
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Abstract

系统和方法可以用于监视和/或控制在摆动图案中移动工艺光束的材料处理，例如摆动焊接工艺。当至少一个工艺光束根据工件的处理部位(例如，焊接部位)上的摆动图案移动时，内联相干成像(ICI)系统将成像光束至少部分地独立于工艺光束移动到摆动图案上的一个或多个测量位置并在那些位置上获得ICI测量值(例如，深度测量值)。ICI测量值可以用于例如评估焊接工艺期间的小孔和/或熔体池特性。尽管本申请描述了摆动焊接工艺，但是本文描述的系统和方法也可以与在包括但不限于增材制造、标记和材料去除的处理期间激光或其他能量光束被摆动或抖动的其他材料处理应用一起使用。

Description

使用内联相干成像(ICI)监视和/或控制摆动处理的系统和 方法
本申请是申请人为“IPG光子公司”的进入中国国家阶段日期为2021年1月19日的申请号为201980048317.3的发明名称为“使用内联相干成像(ICI)监视和/或控制摆动处理的系统和方法”的专利申请(国际申请日为2019年7月18日，国际申请号为PCT/US2019/042436)的分案申请。
相关申请
本申请要求于2019年5月28日提交的标题为“使用内联相干成像(ICI)监视和/或控制摆动焊接的系统和方法”的美国临时申请序列号62/853,368的权益，并要求于2018年7月19日提交的标题为“利用内联相干成像对铜和铝合金的摆动焊接”的美国临时申请序列号62/700,606的权益，在此通过引用将该两件美国临时申请全部并入本文。
技术领域
本公开涉及监视和/或控制材料处理，并且更具体地涉及使用内联相干成像(ICI)监视和/或控制在摆动图案中移动工艺光束的材料处理(例如，摆动焊接)的系统和方法。
背景技术
虽然用于工业应用的非铁合金的激光焊接正在扩大，但是也提出了一些挑战。例如，铝和铜合金对近红外工业激光波长的低吸收阻止了小孔(keyhole)的初始形成，这对于将能量有效地联接到工件中可能是必需的。一旦建立了小孔，熔体的低粘度(例如，与铁合金相比)可能会造成工艺稳定性的降低和缺陷的可能性的提高。
对于诸如铝、铜和其他非铁合金之类的具有挑战性的材料，将高亮度光纤激光源(例如，单模/低模)与动态光束偏转(或光束摆动)结合起来可能是一种在精确控制材料表面上的激光功率分布的同时在光物质相互作用部位保持高水平的辐射强度的有效方法。一种用于更快速、更精确地移动光束的“摆动焊接”技术包括使用可移动的反射镜为摆动图案提供光束，例如，如美国专利申请公开号2016/0368089中更详细地公开的那样，该美国专利申请是共有的并通过引用完全并入本文。这种摆动焊接工艺可以改善工艺稳定性，特别是在焊接铜和铝时，并且还可以提供减少的飞溅和孔隙率以及对完成的焊接几何形状的额外控制的度。因此，稳定、可重复和可控制的结果已被证明具有广泛的工业应用潜力。
对产生这些工业上有利的最终结果的小孔和熔体池动力学的更详细的研究对于进一步利用摆动焊接技术的价值是宝贵的。然而，通过摆动焊接引入的额外自由度可能会使使用通过基于光电二极管的传感器或高速相机进行工艺监视来记录小孔动力学的任务变得更加困难。
发明内容
根据一个方面，一种激光材料处理系统包括：材料改性光束源，该材料改性光束源用于产生工艺光束；以及处理头，该处理头联接到材料改性光束源并且包括至少一个工艺光束扫描致动器，该至少一个工艺光束扫描致动器用于在工件的处理部位上根据摆动图案沿至少一个轴线来引导和移动工艺光束。内联相干成像(ICI)系统光学地联接到处理头，并且包括至少一个成像光束扫描致动器，该至少一个成像光束扫描致动器用于至少部分地独立于工艺光束使成像光束定位。控制系统至少控制材料改性光束源、工艺光束扫描致动器和成像光束扫描致动器。控制系统被编程为使处理头在摆动图案中扫描工艺光束，并使成像光束扫描致动器将成像光束与摆动图案协同地移动到处理部位上的多个测量位置。
根据另一方面，提供了一种用于监视摆动焊接工艺的方法。该方法包括：将工艺光束和来自内联相干成像(ICI)系统的至少一个成像光束引导到工件的焊接部位；将工艺光束在工件的焊接部位上的摆动图案中移动；将至少一个成像光束至少部分地独立于工艺光束移动到焊接部位上的多个测量位置；以及当工艺光束在摆动图案中移动时，从多个测量位置获得ICI测量值。
附图说明
通过阅读以下结合附图的具体实施方式，将更好地理解这些以及其他特征和优点，在附图中：
图1是与本公开的实施例一致的激光焊接系统的示意性框图，该激光焊接系统提供摆动焊接图案并且通过使用内联相干成像(ICI)被监视。
图1A是与本公开的实施例一致的出于摆动目的由双反射镜提供的具有相对较小移动范围的聚焦激光光束的示意图。
图2A至图2D是示出了与本公开的实施例一致的不同的摆动图案以及通过那些摆动图案形成的样品焊缝的示意图。
图3A是与本公开的实施例一致的标准焊缝的显微照片。
图3B是使用摆动图案形成的焊缝的显微照片。
图4和图5是与本公开的实施例一致的具有组装在一起的准直器模块、摆动器模块和芯块模块并发射聚焦光束的激光焊接头的立体图。
图6是与本公开的实施例一致的可以用于监视摆动焊接的ICI系统的示意性框图。
图7是示出了与本公开的实施例一致的使用ICI监视摆动焊接的方法的流程图。
图8是通过利用光栅扫描图案遍及焊接部位移动成像光束并通过包含工艺光束摆动图案来使用ICI监视摆动焊接的一个示例的图示。
图9示出了具有圆形摆动图案和可变摆动直径的不锈钢焊缝的平均深度图，该可变摆动直径是通过光栅扫描如图8所示的成像光束形成的。
图10是通过沿着工艺光束摆动图案将成像光束移动到多个固定的测量位置来使用ICI监视摆动焊接的另一个示例的图示。
图11是在图10所示的固定测量位置处测得的熔深与焊缝距离的关系图。
图12是在如图10所示的固定测量位置处测得的平均熔深的条形图。
图13是通过沿着摆动图案在与工艺光束的方向相反的方向上移动成像光束来使用ICI监视摆动焊接的另一个示例的图示。
图14是当成像光束如图13所示那样移动时测得的熔深与沿焊缝距离的关系图。
图15示出了当成像光束如图13所示那样移动时在不同焊接速度下的平均熔深与旋转角度的关系图。
具体实施方式
与本公开的实施例一致的系统和方法使用内联相干成像(ICI)来监视和/或控制在摆动图案中移动工艺光束的材料处理，例如摆动焊接工艺。当至少一个工艺光束根据摆动图案在工件的处理部位(例如，焊接位置)上移动时，ICI系统将至少部分独立于工艺光束的成像光束移动到摆动图案上的一个或多个测量位置并在这些位置处获得ICI测量值(例如，深度测量值)。(一个或多个)ICI测量值可以用于例如评估焊接工艺期间的小孔和/或熔体池特性。尽管本申请描述了摆动焊接工艺，但是本文描述的系统和方法也可以与在包括但不限于增材制造、标记和材料去除的处理期间激光或其他能量光束被摆动或抖动的其他材料处理应用一起使用。
在一个实施例中，使成像光束移动以在包围摆动图案的多个测量位置上在扫描图案(例如，光栅扫描)中扫描焊接部位，以形成焊接部位的深度图。在另一个实施例中，一个或多个成像光束被移动到摆动图案上的一个或多个固定测量位置。在另一个实施例中，成像光束沿着摆动图案在与工艺光束的移动相反的方向上移动。在又一个实施例中，成像光束沿着摆动图案在工艺光束的方向上但是独立于工艺光束移动，以例如提供动态偏移控制和/或循环对准校正。
如本文所使用的，“摆动”是指激光光束的在由小于10°的扫描角度或由±5°的最大光束角位移限定的相对较小的视场内的往复移动(例如，在至少一个轴线上的往复移动)。在一个示例中，ICI系统可以与具有一个或多个扫描致动器(例如，可移动反射镜)的激光焊接头一起使用，该激光焊接头利用摆动图案执行焊接操作，例如，如美国专利申请公开号2016/0368089中更详细地描述的那样，该美国专利申请是共有的并通过引用完全并入本文。扫描致动器在例如由1°至2°的扫描角度限定的相对较小的视场内提供一个或多个光束的摆动移动。扫描致动器可以包括但不限于检流计扫描镜、多边形扫描镜、基于MEMS的扫描镜、压电扫描镜、基于衍射的光束扫描器、旋转棱镜、钾钽铌氧化物(KTN)晶体以及其他类型的扫描镜或光学器件。激光焊接头还可以包括衍射光学元件，以使正在移动的一个或多个光束成形。
如本文所使用的，内联相干成像(ICI)是指出于测量工艺和/或工件的特性的目的而将成像光束与工艺光束一起或“内联”地引导至工件的工艺。术语“内联”不要求成像光束和工艺光束同轴。成像光束可以与工艺光束同轴，或者可以相对于工艺光束偏移或成角度。本公开中描述的实施例可以与任何ICI系统一起使用，例如，如美国专利号8,822,875、9,757,817和10,124,410中更详细地描述的那样，这些美国专利是共有的并且通过引用完全并入本文。ICI系统可以在工艺光束扫描致动器的下游联接到焊接头，并且可以包括成像光束扫描致动器以独立于工艺光束移动成像光束，这将在下面更详细地描述。扫描致动器可以包括但不限于检流计扫描镜、多边形扫描镜、基于MEMS的扫描镜、压电扫描镜、基于衍射的光束扫描器、旋转棱镜以及其他类型的扫描镜或光学器件。
ICI可以用于监视铜和铝合金以及其他非铁合金中的摆动焊接。特别是，ICI允许直接进行几何上的小孔测量，并且可以用于在摆动图案内执行小孔深度映射以显示与位置对应的小孔内的周期性波动，该周期性波动在成品焊缝中并不总是能够被观察到。可以检查旋转的小孔摆动焊接条件和常见的小孔摆动焊接条件下的小孔和熔体池动力学。ICI测量值可以为使用动态光束偏转的焊接工艺动力学提供独特的窗口。诸如焊缝熔深或轮廓和/或预处理或后处理的零件测量值之类的ICI测量值也可以用于控制诸如激光功率或摆动图案之类的处理参数。
当应用于测量激光小孔焊接工艺时，ICI提供了优于传统的基于光电二极管的传感器或高速相机的优点。如以下将更详细描述的那样，ICI通过工艺光学器件传递辅助成像光束(例如，红外光束)，以便在焊接期间对小孔、熔体池和周围材料进行直接几何测量。ICI提供了不会被黑体辐射或反向散射的工艺光所蒙蔽的优点，并且能够在激光焊接期间直接测量小孔的熔深。ICI测量值能够达到微米级的精度和微秒级的时间分辨率。使用ICI检查摆动焊接期间的小孔的行为，使人们对这种焊接工艺的行为有了新的认识。
参照图1，与本公开的实施例一致，可以使用ICI系统150监视和/或控制用于摆动焊接的激光焊接系统100。ICI系统150可以用于通过在焊接部位的一个或多个位置处进行一个或多个ICI测量并沿着摆动图案来监视和/或控制摆动焊接，如下面将更详细描述的那样。尽管在激光焊接系统100的特定实施例的上下文中描述了ICI系统150，但是ICI系统150可以与用于摆动焊接的任何类型的激光焊接系统或与其中激光或能量光束被摆动或抖动的其他材料处理系统一起使用。
在所示的实施例中，激光焊接系统100包括激光焊接头110，该激光焊接头110联接到光纤激光器112的输出光纤111(例如，具有连接器111a的输出光纤)。激光焊接头110可以用于例如通过焊接接缝104在工件102上执行焊接以形成焊珠106。ICI系统150可以联接到激光焊接头110，例如，联接到焊接头110上的相机端口或其他光学端口。
激光焊接头110和/或工件102可以沿着接缝104的方向相对于彼此移动或平移。激光焊接头110可以位于运动台114上，该运动台114用于沿着至少一个轴线(例如沿着接缝104的长度)相对于工件102平移焊接头110。在一个示例中，运动台114是诸如ABB IRB-4400六轴机器人之类的多轴机器人，并且材料或工件被夹紧在静态夹具中。附加地或可替代地，工件102可以位于运动台108上，该运动台108用于相对于激光焊接头110移动或平移工件102。
光纤激光器112可以包括能够产生近红外光谱范围(例如1060至1080nm)中的激光的镱光纤激光器。镱光纤激光器可以是单模或多模连续波镱光纤激光器，该单模或多模连续波镱光纤激光器在一些实施例中能够产生功率高达1kW的激光光束而在其他实施例中能够产生高达50kW的更高功率。光纤激光器112的示例包括来自IPG光子公司的YLR SM系列或YLR HP系列的激光器，例如通过100μm芯工艺光纤激光器提供的YLS-6000光纤激光器(波长为1070)。光纤激光器112还可以包括多光束光纤激光器，例如在2015年8月13日提交的国际申请号PCT/US2015/45037中公开的类型，该国际申请的标题为“多光束光纤激光器系统”，其能够选择性地通过多根光纤传送一个或多个激光光束。
在所示的实施例中，激光焊接头110通常包括：用于准直来自输出光纤111的激光光束的准直器122，用于反射和移动准直光束116的至少第一可移动反射镜132和第二可移动反射镜134，以及用于将聚焦光束118聚焦并传送到工件102的聚焦透镜142。在一个示例中，焊接头110是具有150mm的准直器和300mm的最终聚焦光学器件(标称聚焦直径为200μm)的IPG D50摆动焊接头。ICI系统150可以在可移动反射镜132、134的下游联接到焊接头110。在所示的实施例中，固定反射镜144也用于将准直的激光光束116从第二可移动反射镜134引导至聚焦透镜142。准直器122、可移动反射镜132、134以及聚焦透镜142和固定反射镜144可以设置在可以联接在一起的单独的模块120、130、140中，如将在下面更详细描述的那样。
可移动反射镜132、134可绕不同的轴线131、133枢转以使准直光束116移动，并因此使聚焦光束118相对于工件102在至少两个不同的垂直轴线2、4上移动。可移动反射镜132、134可以是由检流计马达可移动的检流计镜，其能够快速地反转方向。在其他实施例中，可以使用其他机构(例如步进马达)来移动该反射镜。在激光焊接头110中使用可移动反射镜132、134允许激光光束118精确、可控且快速地出于光束摆动的目的移动，而不必移动整个焊接头110并且无需使用旋转棱镜。
在焊接头110的一个实施例中，可移动反射镜132、134通过在小于10°的扫描角度α内(或以±5°的最大光束角位移)并且尤其是在约1°至2°的扫描角度内使光束118枢转来使光束118仅在相对较小的视场内移动(例如，在工件处的最大光束位移为±30mm)，如图1A所示，从而允许光束摆动。相反，传统的激光扫描头通常在更大的视场内(例如，大于50mm×50mm并大至250mm×250mm)提供激光光束的移动，并且被设计为适应更大的视场和扫描角度。因此，使用可移动反射镜132、134在激光焊接头110中仅提供相对较小的视场是违反直觉的，并且与在使用检流计扫描器时提供较宽视场的传统观点相反。例如，通过实现更快的速度、允许使用价格较低的部件(例如透镜)以及允许使用附件(例如，气刀和/或气体辅助附件)，当在焊接头110中使用检流计镜时，对视场和扫描角度的限制提供了优势。
由于在焊接头110的示例性实施例中更小的视场和扫描角度，第二反射镜134的尺寸可以与第一反射镜132基本上相同。相反，传统的检流计扫描器通常使用更大的第二反射镜以提供更大的视场和扫描角度，并且更大的第二反射镜可能会限制至少一个轴线上的移动速度。因此，与提供大扫描角度的传统检流计扫描器中的较大反射镜相比，焊接头110中较小尺寸的第二反射镜134(例如，与第一反射镜132的尺寸大致相同)使得反射镜134能够以更快的速度移动。
聚焦透镜142可以包括已知用于激光焊接头并且具有例如从100mm至1000mm的各种焦距范围的聚焦透镜。传统的激光扫描头使用直径大得多(例如，用于33mm直径光束的直径为300mm的透镜)的多元件扫描透镜(例如，F-θ透镜、场平坦透镜或远心透镜)将光束聚焦在较大的视场内。因为可移动反射镜132、134在相对较小的视场内移动光束，所以不需要并且不使用较大的多元件扫描透镜(例如，F-θ透镜)。在与本公开一致的焊接头110的一个示例性实施例中，直径为50mm的平凸F300聚焦透镜可以用于聚焦直径为约40mm的光束以在约15mm×5mm的视场内移动。较小的聚焦透镜142的使用还允许在焊接头110的端部使用附加的附件，例如气刀和/或气体辅助附件。传统激光扫描头所需的较大扫描透镜限制了此类附件的使用。
尽管激光焊接头110的示例性实施例包括两个可移动反射镜132，134，但是其他类型和数量的扫描致动器也可以用于提供摆动图案。激光焊接头110中还可以使用其他光学部件，例如用于分离激光束以(例如，在焊接的任一侧上)提供至少两个用于焊接的光束点的分束器。附加的光学部件也可以包括衍射光学器件，并且可以位于准直器122和反射镜132、134之间。
可以在透镜142的前面提供保护窗146，以保护透镜和其他光学器件不受焊接工艺产生的碎屑的影响。激光焊接头110还可以包括焊接头附件(例如气刀)，该焊接头附件用于提供穿过保护窗146或聚焦透镜142的高速空气流以去除碎屑和/或气体辅助附件，以同轴或偏轴的方式将保护气体传送到焊接部位以抑制焊接羽流。因此，具有可移动反射镜的激光焊接头110能够与现有的焊接头附件一起使用。
在所示的实施例中，ICI系统150例如在反射镜132、134的下游光学地联接到激光焊接头110。ICI系统150产生成像光束152，该成像光束152与工艺光束118成一直线。固定反射镜144可以是二向色镜，该二向色镜反射工艺光束118并允许成像光束152穿过。ICI系统150包括一个或多个扫描致动器(未示出)，以将成像光束152移动到焊接部位处和摆动图案上的一个或多个测量位置，这将在下面更详细地描述。在一个示例中，ICI系统150包括IPGLDD-700ICI系统，该IPG LDD-700ICI系统包含第二对检流计扫描镜，从而使成像光束独立于工艺光束定位。在其他实施例中，ICI系统150可以光学地联接在反射镜132、134的上游。
激光焊接系统100的所示实施例还包括控制系统160，该控制系统160例如响应于焊接头110中的感测条件、接缝104的检测位置和/或激光光束118的移动和/或位置来控制光纤激光器112、可移动反射镜132、134的位置和/或运动台108、114。控制系统160还可以通过从ICI系统150接收数据来监视和/或控制焊接操作，该数据例如表示沿焊接部位的深度测量值。
控制系统160可以例如通过关闭激光器、改变激光功率或调整任何其他可调整激光参数来控制光纤激光器112。控制系统160还可以在不关闭激光器112的情况下响应于光束118的移动或位置来控制激光参数(例如，激光功率)。如果可移动反射镜132、134之一将光束118移动到范围之外或移动得太慢，则控制系统160可以减小激光功率以动态地控制光束点的能量以便避免激光器的损坏。控制系统160可以进一步控制多光束光纤激光器中的激光光束的选择。
控制系统160可以控制可移动反射镜132、134中的一者或两者，以在焊接期间提供摆动移动，如下面更详细地描述的那样。控制系统160还可以控制ICI系统150中的扫描致动器，以控制成像光束152在如下所述的焊接部位上的移动和/或定位。控制系统160还可以包括用于校正ICI测量值的数据处理系统。控制系统160还可以包括用于生成ICI测量值的记录的记录生成器和用于执行焊接零件的质量分析的质量判断系统。
因此，控制系统160包括激光控制、摆动控制、运动控制和ICI控制，它们一起工作以控制摆动焊接工艺和对摆动焊接工艺的监视。控制系统160可以包括例如已知用于控制光纤激光器和检流计镜的硬件(例如，通用计算机或微控制器)和软件。例如，可以使用现有的检流计控制软件，并对该现有的检流计控制软件进行修改以允许如本文所述地控制检流计镜。
激光焊接系统100还可以包括辅助测量系统170，该辅助测量系统170包括诸如可见光和/或对IR敏感的光电二极管的辅助传感器和/或相机，其中一些可以通过光纤联接到焊接头110。辅助测量系统170可以被配置为例如在100nm至20μm的光谱带内测量工艺辐射。辅助测量系统170可以包括光学元件，例如光圈、透镜、扫描镜、光纤(其中一些可以联接到工艺激光器或ICI系统本身)，以相对于工艺光束和/或测量光束执行空间局部测量。辅助传感器的示例在美国专利号10，124，410中有更详细的描述，该专利通过引用并入本文。辅助测量系统170的一个或多个输出可以用于在焊接工艺期间根据工艺光束在摆动图案内的位置从工件表面处的工艺光束动态地偏移成像光束。辅助测量系统170可以被配置为基于来自ICI系统的至少一个输出，在从工艺光束动态偏离的测量位置处执行空间局部测量。
图2A至图2D示出了周期性或重复摆动图案的示例，该周期性或重复摆动图案可以用来对接缝以及由此形成的样品焊缝执行搅拌焊接。图2A和2B示出了顺时针圆形图案，图2B示出了直线形图案，图2C示出了8字形图案，并且图2D示出了无穷符号形图案。尽管示出了某些摆动图案，但是其他摆动图案也在本公开的范围内，包括但不限于螺旋图案。在激光焊接头110中使用可移动反射镜的一个优点是能够根据各种不同的摆动图案来移动光束。
图3A和图3B示出了标准焊缝与由摆动图案形成的焊缝的比较。本文所述的激光焊接系统和方法可以用于改善与通常难以焊接的材料(例如钛)的焊接。
图4和图5更详细地示出了扫描激光焊接头410的示例性实施例。尽管示出了一个具体实施例，但是本文描述的激光焊接头以及系统和方法的其他实施例也在本公开的范围内。如图4和图5所示，激光焊接头410包括准直器模块420、摆动器模块430和芯块模块440。摆动器模块430包括扫描致动器(例如，如上所述的第一可移动反射镜和第二可移动反射镜)，并且联接在准直器模块420和芯块模块440之间。
准直器模块420可以包括具有一对固定的准直器透镜的准直器(未示出)，所述准直器透镜为诸如已知用于激光焊接头中的类型。在其他实施例中，准直器可以包括能够调整光束点尺寸和/或焦点的其他透镜配置，例如可移动透镜。摆动器模块430可以包括用于使检流计镜(未示出)绕不同的垂直轴线移动的第一检流计和第二检流计(未示出)。可以使用已知用于激光扫描头的检流计。检流计可以连接到检流计控制器(未示出)。检流计控制器可以包括用于控制检流计以控制反射镜的移动并因此控制激光光束的移动和/或定位的硬件和/或软件。已知的检流计控制软件可以被使用，并且可以被修改以提供本文所述的功能，例如接缝发现、摆动图案以及与激光器的通信。芯块模块440可以包括固定反射镜(未示出)，该固定反射镜将从摆动器模块430接收的光束重新引导至聚焦透镜，然后重新引导至工件。ICI系统可以例如联接到芯块模块440，并且芯块模块440中的固定反射镜可以是二向色镜，该二向色镜允许反射的成像光束返回通过ICI系统，如将在下面更详细描述的那样。
图4和图5示出组装后的激光焊接头410，其中，每个模块420、430、440联接在一起并发射聚焦光束418。联接到准直器模块420中的激光光束被准直，并且准直光束被引导至摆动器模块430。摆动器模块430使用反射镜移动准直光束，并将移动的准直光束引导至芯块模块440。然后，芯块模块440将移动的光束聚焦，并且聚焦光束418被引导至工件(未示出)。
图6示出了ICI系统650的示例，该ICI系统650包括干涉仪配置并且使用低相干干涉测量法来监视如上所述的摆动焊接系统。所示的实施例使用迈克尔逊式干涉仪；然而，具有诸如马赫曾德尔(Mach-Zehnder)之类的其他干涉测量配置的ICI系统，也可以与摆动焊接系统一起使用，并且在本公开的范围内。
ICI系统650包括成像光束源651和分束器/合束器654，成像光束源用于产生一个或多个成像光束652，分束器/合束器654用于分离成像光束652使得至少一个成像光束分量652a被导向工件602(即，施加至样品臂656)并且至少一个成像光束分量652b被导向参考镜657(即，施加至参考臂658)。在所示的实施例中，导向工件602的成像光束分量652a穿过二向色镜644，该二向色镜644反射用于执行摆动焊接的工艺光束618。其他组合光学器件也可以用于将成像光束分量652a与工艺光束618组合在一起，同时允许反射的成像光束分量652a朝向合束器654返回。
然后，通过分束器/合束器654将来自工件602和参考镜657的反射的成像光束分量进行组合，以提供组合信号作为干涉测量输出。ICI系统650还包括信号检测器655，例如高速频谱检测器，以接收和检测由反射的成像光束分量652a、652b形成的组合信号，从而从干涉测量输出产生干涉图。可以将干涉图提供给干涉图处理器661以处理干涉图并从其计算测量值(例如，深度测量值)。干涉图处理器661可以是图1所示的ICI系统650或控制系统160的一部分。
在该实施例中，ICI系统650还包括一个或多个成像光束扫描致动器659(例如，2轴检流计扫描器或其他有源偏转装置)，该成像光束扫描致动器659用于独立于工艺光束618来扫描成像光束分量652a。扫描致动器659可以例如用于扫描成像光束分量652a以在其在摆动图案中移动时保持与工艺光束618基本对准。扫描致动器659还可以用于在包围工艺光束618的摆动图案的各种扫描图案中扫描成像光束分量652a，如将在下面更详细地描述的那样。在其他实施例中，ICI系统650可以包括多个样品臂656和/或多个参考臂658。例如，当扫描成像光束分量652a时，具有不同光程长度的多个参考臂658可以用于说明光程长度的变化。
参照图7，示出并描述了使用ICI监视摆动焊接的方法。该方法包括：710-将至少一个工艺光束(例如，工艺光束118、618)和至少一个成像光束(例如，成像光束152、652a)从ICI系统引导至焊接部位。712-例如，如上所述，将工艺光束在焊接部位上的摆动图案中移动。714-将成像光束至少部分地独立于工艺光束移动到焊接部位上的一个或多个测量位置(包括例如摆动图案上的测量位置)。716-当工艺光束在摆动图案中移动时，从一个或多个测量位置获得ICI测量值。成像光束可以被移动以获得不同位置处的ICI测量值，从而允许评估摆动焊接的各个方面，包括例如小孔和/或熔体池特性，如下面更详细地描述的那样。成像光束也可以沿着相同的摆动路径移动并且与工艺光束基本对准。成像光束也可以在一个或多个测量位置处局部地抖动或摆动。
ICI测量值还可以用于例如通过调整一个或多个处理参数和/或工艺光束的摆动移动来控制摆动焊接工艺。控制的示例包括反馈控制，例如，如美国专利号8,822,875、9,757,817和10,124,410中所描述的那样，这些美国专利是共有的并且在此通过引用完全并入本文。
参照图8和图9，使用ICI监视摆动焊接工艺的一个实施例包括移动成像光束152以在遍及包围摆动图案的多个测量位置的扫描图案中光栅扫描焊接部位，以形成焊接部位的深度图。在一个示例中，工艺光束118利用圆形图案摆动并且在焊接方向3上移动以在不锈钢(304)试样中进行直线形的板上珠焊焊接。在每次焊接期间，ICI测量光束或成像光束通过以工艺光束轴线(在静态时)为中心的1.5mm×1.5mm的正方形网格图案进行光栅扫描。将网格图案中每个点的深度测量值组合起来，以形成焊接部位的异步三维图像。根据下面的表1，除了从0μm(相当于固定光学焊缝)变化到500μm之外的摆动图案直径以外，工艺参数保持恒定。通过计算(x，y)中每个位置的平均深度来组合连续焊缝的三维图像，以建立包括原始钢、小孔和熔体池在内的材料表面的代表性深度图。
表1：小孔形状实验的工艺参数
图9示出了具有不同摆动直径(例如，无摆动，100μm、200μm、300μm、400μm和500μm)的不锈钢焊接的平均深度图，其中在图像中焊接方向是从右到左。每个图都是在具有相同参数的不同焊接期间获取的五个连续的三维图像的组合。可以看到深度图在100μm和200μm摆动直径之间发生了质的变化。对于固定光束焊接，以及对于100μm光束摆动的情况，该工艺产生局部的小孔，该小孔位于图像的中心深处。
在200μm及以上的直径的情况下，熔体池开始侵占摆动图案的中心(例如，如与材料表面相似的测量深度所示)。如果超过此直径，则小孔的较深测量值落入环形分布中。在这种情况下，小孔在工艺光束通过其运动之后在较大的熔体池中描绘出圆形图案。换句话说，将摆动直径增加到工艺光束的聚焦直径会导致小孔深度分布从单个局部小孔区域过渡到旋转的小孔，该旋转的小孔具有与材料表面齐平的高熔体中心区域。
当考虑工艺光束的直径时，这些结果是直观的。对于这些实验，聚焦处的标称1/e人2光束直径为200μm。当摆动直径增大以与光束直径匹配时，在工艺光束的每次旋转的中心处不再有明显的强度重叠区域。与较小直径的摆动图案相比，这会导致工艺轴线上的蒸发反冲压力不足，并导致小孔过渡到独特的绕行运动。对于小于光束直径的摆动直径，小孔深度分布看起来与固定光束小孔的分布更相似。在这种情况下，在工艺光束之后，小孔仍然可以有一些小规模的绕行，这在图9所示的图像中是看不到的。当使用具有相等时间平均强度分布的大直径光束时，这可能会以不可能的方式影响熔体池动力学和整体工艺稳定性。
参照图10至图12，使用ICI监视摆动焊接工艺的另一实施例包括将ICI成像光束152沿着摆动图案移动到一个或多个固定位置，以获得该位置处的固定ICI测量值。在一个示例中，工艺光束118利用圆形摆动图案摆动并且在焊接方向3上移动，以在铜(110)中产生直线形的板上珠焊焊接，目的是观察和比较摆动图案中特定固定点处的小孔深度振荡稳定性。在每个焊缝的整个持续时间内，在摆动图案的固定位置处连续获取小孔测量值。根据下面的表2，在具有相同参数的连续焊接期间检查了不同的测量位置。
表2：固定点处的小孔稳定性的工艺参数
在该示例中，在圆形摆动图案周围的四个基点(例如，152a至152d)获取了静态ICI深度测量值。沿着与焊接方向平行的轴线的两个点(例如，152a、152b)将被称为前(152a)和后(152b)，并且沿着与焊接方向3垂直的两个点(例如，152c、152d)将被称为快(152c)和慢(152d)。工艺光束的运动与头部相对于零件的移动速度相结合，使光束在摆动图案的快侧和慢侧之间的局部行进速度不对称。基于摆动参数，在处理头的参考系中工艺光束的圆周速度为785mm/s。在摆动图案的快侧上，工艺光束在正向焊接方向3(相对于材料)上以835mm/s的速度行进，而在摆动图案的慢侧上，工艺光束以735mm/s的速度向焊缝的后部行进。
以这种方式获取的深度数据包括当工艺光束11 8穿过测量光束(152a至152d)时来自小孔的底部的测量值，以及在其他时间来自熔体池表面的测量值。通过在两个光束的每个预期交叉间隔内搜索局部最小值，将深度数据减少为一组小孔最小值。图11示出了在具有相同参数的铜的不同的板上珠焊焊接期间，所有四个测量位置(即，摆动图案的前侧、后侧、慢侧和快侧)的所得到的小孔深度。图12示出了在圆形摆动图案的基点上的每个这些测量位置的平均深度和标准偏差。
图11中的四个深度测量集的每一个都显示其自己的特征深度和稳定性特征。前测量值和后测量值显示出熔深(例如，大约400μm)有明显差异。当小孔遍及摆动图案的后边缘(最接近熔体体积的大部分)移动时，其到达的熔深比图案的前边缘上到达的熔深大。图案的慢边缘和快边缘在深度和稳定性上都表现出差异。观察到摆动图案的慢边缘平均比图案的快边缘到达更大的深度。与其他测量位置相比，在慢边缘上的这种增加的熔深伴随着深度测量的更大可变性。在快边缘数据中观察到的更深的“峰值”与此处测试参数的小孔轨道的最不稳定区域一致。除了摆动图案的慢边缘和快边缘之间工艺光束的表面速度不同之外，这种不对称性还可能部分归因于由移动的小孔的搅拌效应所引起的熔体动力学。
参照图13至图15，使用ICI监视摆动焊接工艺的另一个实施例包括沿着摆动图案在与工艺光束118的移动相反的方向上并且与摆动周期同步地移动成像光束152。在一个示例中，工艺光束118利用圆形图案进行摆动并在焊接方向3上移动，以在铜(110)和铝(6061)中产生直线形的板上珠焊焊接，以评估摆动图案中小孔深度的变化。除了变化的焊接速度以外，每种材料的焊接参数均保持恒定，如下表3所示。ICI测量光束或成像光束152相对于工艺光束118反向旋转，导致每个摆动周期小孔和测量光束多次交叉。
表3：摆动图案内的小孔深度变化的工艺参数
所得的深度信息包括小孔的测量值(当光束对准时)和熔体池表面的测量值(当光束在摆动路径周围的不同位置处时)。测量光束和工艺光束以由它们各自的旋转频率确定的规则间隔(在此称为“交叉间隔”)相遇。通过在每个预期的交叉间隔内搜索局部最小值，从每组深度数据中提取出一组小孔最小值。图14示出了在铜的板上珠焊焊接期间从摆动图案的前点、后点、左点和右点测得的小孔深度，其中，摆动图案中的每个位置都呈现出不同的深度和稳定性特征。
然后，将这些小孔最小值绘制为围绕工艺轴线的极角的函数。深度值在圆形摆动图案周围以10度间隔合并，并计算每个合并的平均值和标准偏差。为了帮助表征小孔变化的幅度以及小孔深度极值相对于焊接方向的取向，仅使用相位和幅度作为自由变量，将正弦曲线拟合到每组深度。图15示出在不同焊接速度下，铜和铝焊接中的小孔最小值的平均熔深与摆动图案周围的旋转角度的关系图。在每种情况下，平均熔深均拟合有正弦曲线，以帮助评估存在的深度变化量和熔深极值相对于焊缝行进方向的取向。在每个图中，后方向由虚线在180度处标记，摆动图案的慢侧在90度处标记，并且快侧在270度处标记。
基于图15所示的结果，两个不同的效果可能会对摆动图案周围不同位置处的小孔深度产生影响。第一个效果假设小孔深度根据工艺光束在材料表面上的行进速度而变化。孤立地，这种影响将趋向于使小孔深度极值偏向摆动图案的慢边缘和快边缘，在该摆动图案的慢边缘和快边缘处出现最大和最小的工艺光束行进速度。第二个效果假定小孔深度根据材料温度而变化，该变化受接近大部分熔体体积(落后于工艺)的影响。从理论上讲，一旦焊缝进行了足够长以完全建立熔体池，则工艺光束入射到摆动图案的后边缘的材料应处于比前边缘更高的温度。
基于图15中的结果，对于铝和铜，深度极值看起来朝向摆动图案的前/后轴线出现。这与后熔体体积的接近一致，该后熔体体积对摆动图案内的小孔深度起主要作用。人们仍然会期望基于表面速度的影响而对摆动图案的慢侧或快侧产生一些偏斜。这种趋势看起来出现在铜焊缝中，并且所有焊缝都表现出最大深度向摆动图案的慢侧偏移大约20度。铝的结果在朝向慢边缘或快边缘方面均未显示出一致的趋势，但是铝的深度数据明显比铜的数据噪声大，这可能导致拟合深度极值的位置不一致。在铝的这种特定工艺的情况下，主要的小孔深度变化看起来在摆动图案的前边缘和后边缘之间。
尽管以上描述了成像光束扫描图案的示例，但是其他成像光束扫描图案也是可能的并且在本申请的范围内。
在另外的实施例中，可以通过在工艺光束的方向上移动成像光束并且与摆动周期同步地使用ICI系统来监视摆动焊接工艺。虽然成像光束可以在工艺光束的方向上移动，但是独立于工艺光束，以例如提供动态偏移控制和/或允许循环对准校正。成像光束可以与工艺光束基本同轴地对准，或者可以对准以使工艺光束滞后以监视例如使工艺光束滞后与处理速度有关的量的特征。如上所述，在某些摆动图案中，处理速度围绕摆动图案周期性地变化。例如，在圆形摆动图案中，摆动图案具有慢侧和快侧，因此当光束沿着圆形摆动图案移动时，可能会影响成像光束的期望对准。
为了提供循环对准校正，控制系统可以被编程为使得成像光束扫描致动器使成像光束相对于工艺光束移动，以至少部分地基于光束在摆动图案上的位置来校正成像光束相对于工艺光束的对准。例如，在圆形摆动图案中，可以针对慢侧和快侧周期性地改变对准。循环对准校正还可以基于其他参数，例如处理速度、材料类型和材料厚度。
在一些实施例中，本文所述的激光焊接系统的控制系统可以被编程为基于一个或多个其他因素或参数来提供对成像光束的动态偏移控制。这些因素或参数包括但不限于：工艺光束在其摆动图案内的位置；工艺光束摆动图案(例如，摆动几何形状、摆动幅度和/或摆动周期)；工件几何形状；查找表，该查找表由基于材料和焊接工艺参数的偏移参数组成；热机械焊接模型；先前焊接工艺的ICI测量值；相同的焊接工艺中的先前ICI测量值；工艺光束相对于材料的瞬时速度矢量的至少一个分量；穿过材料的曲线焊接路径；以及激光光束传输系统的一个或多个校正(例如，色差场校正、焦平面场校正、光斑尺寸场校正和/或光束整形校正)。替代地或附加地，也可以(例如，使用数据处理系统)基于一个或多个以上因素或参数来校正ICI测量值，以例如使ICI测量值平滑并确保焊接工艺中的均匀性。
本文所述的系统和方法可以用于监视焊缝熔深轮廓。在一个示例中，ICI系统可以在沿着焊缝的各个点处扫描(例如，使用光栅扫描)与焊接方向成横向的成像光束，以在那些位置处产生与焊缝方向成横向的焊缝熔深轮廓的指示。在另一个示例中，ICI系统可以沿着焊接方向扫描成像光束，以在沿着焊缝的各个点处产生沿着焊接方向的焊缝熔深轮廓的指示。在另一个示例中，ICI系统可以扫描成像光束以沿着由任意几何表面限定的虚拟横截面产生焊缝熔深轮廓的指示。控制系统可以被配置为基于在摆动周期期间在多个位置处的来自ICI系统的焊缝熔深测量值来调整激光功率。特别地，控制系统可以被配置为调整激光功率，以便在整个摆动周期中减小焊接熔深变化。如上所述，可以基于一个或多个附加因素或参数来校正ICI测量值，以例如确保摆动焊缝深度产生均匀的深度以保证质量和/或确保摆动的焊珠不移动。
在另外的实施例中，控制系统可以基于来自ICI系统的零件测量输出来调整处理。控制系统可以被配置为例如基于来自ICI系统的预处理零件测量输出和/或后处理零件测量输出来调整工艺光束摆动图案。
焊接系统还可以以其他方式相对于工艺光束控制测量光束。例如，在ICI系统连接到摆动头中的扫描致动器上游的情况下，控制系统可以被编程为以同步方式移动与工艺光束扫描致动器互补的成像光束扫描致动器，使得成像光束与工件表面上的工艺光束摆动图案有效地分离。替代地或附加地，控制系统可以被编程为在其摆动图案和固定位置之间触发工艺光束扫描致动器，以实现与摆动图案分离的工件表面的ICI测量值。控制系统也可以被编程为触发ICI系统测量，使得它们在时间上与摆动周期同步。
摆动焊接的主要优点之一在于其对异种金属的质量结合(例如铜、铝、钢、不锈钢、钛的常见工程合金与各种涂层或镀覆版本的排列)的有益效果。异种金属的结合用于各种应用，该各种应用包括但不限于电气化运输系统(例如汽车、火车和飞机)。
一旦使用摆动头和ICI系统配置了测量熔深和/或工艺动力学的有效手段，ICI测量值就可以特别用作替代包括焊接接头的材料之间的混合量。例如，当重叠焊接铜和铝时，混合不充分会导致机械和电气连接不良。由于金属间相的大量存在，太多的混合会产生脆裂。通过对结合过程的ICI观察和/或基于ICI的控制，可以监视焊缝冶金的这些方面，以确保质量和/或进行控制以补偿制造工艺、原料和环境中的变化。启动前的校准以及与冶金分析的比较有助于该工艺。
因此，即使在由工艺激光器形成的复杂摆动图案的情况下，内联相干成像(ICI)也可以有利地用于监视摆动焊接。使用各种技术将成像光束移动到不同的测量位置，可以监视摆动焊接的各个方面，包括小孔深度和稳定性以及熔体池的形成。
虽然已经在本文中描述了本发明的原理，但是本领域的技术人员将理解，该描述仅通过示例的方式进行，并且不作为对本发明范围的限制。除了本文中示出和描述的示例性实施例之外，其他实施例也在本发明的范围内。本领域的普通技术人员之一的修改和替换被认为在本发明的范围内，本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (42)

1.一种激光材料处理系统，包括：
材料改性光束源，所述材料改性光束源用于产生工艺光束；
处理头，所述处理头联接到所述材料改性光束源并且包括至少一个工艺光束扫描致动器，所述至少一个工艺光束扫描致动器用于在工件的处理部位上根据摆动图案沿至少一个轴线来引导和移动所述工艺光束；
内联相干成像系统，所述内联相干成像系统光学地联接到所述处理头，并且所述内联相干成像系统包括至少一个成像光束扫描致动器，所述至少一个成像光束扫描致动器被配置成独立于所述工艺光束使所述成像光束定位；以及
控制系统，所述控制系统用于至少控制所述材料改性光束源、所述工艺光束扫描致动器和所述成像光束扫描致动器，其中，所述控制系统被编程为使所述处理头在所述摆动图案中扫描所述工艺光束，并且所述控制系统被编程为使所述成像光束扫描致动器将所述成像光束与所述摆动图案协同地移动到所述处理部位上的多个测量位置。
2.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述处理头是用于根据焊接部位上的所述摆动图案引导和移动所述工艺光束的焊接头。
3.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述材料改性光束源是光纤激光器。
4.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，还包括至少一个运动台，所述至少一个运动台用于在所述工艺光束在所述工件上的所述摆动图案中移动的同时使所述处理头和所述工件中的至少一者相对于彼此平移。
5.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述内联相干成像系统在所述至少一个工艺光束扫描致动器的下游光学地联接到所述处理头。
6.根据权利要求5所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被编程为使得所述成像光束扫描致动器使所述成像光束沿着所述摆动图案在与所述工艺光束的移动相反的方向上并且与所述摆动图案同步地移动。
7.根据权利要求5所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被编程为使得所述成像光束扫描致动器使所述成像光束沿着所述摆动图案在所述工艺光束的方向上并且与摆动图案同步地移动。
8.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述内联相干成像系统在所述至少一个工艺光束扫描致动器的上游光学地联接到焊接头。
9.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被编程为使所述成像光束扫描致动器移动所述成像光束，使得所述成像光束在至少部分地包围摆动图案的扫描图案中扫描所述处理部位。
10.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被配置为响应于来自所述内联相干成像系统的测量值来控制所述工艺光束扫描致动器以调整摆动几何形状、摆动周期、摆动速度和摆动幅度中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被配置为响应于来自所述内联相干成像系统的测量值来控制所述工艺光束的功率。
12.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述工艺光束扫描致动器被配置为使所述工艺光束移动，所述工艺光束在所述工件处的最大光束位移为±30mm。
13.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述工艺光束扫描致动器被配置为使所述工艺光束移动±5°的最大光束角位移以提供摆动幅度。
14.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述至少一个工艺光束扫描致动器和所述至少一个成像光束扫描致动器选自由检流计扫描镜、多边形扫描镜、基于MEMS的扫描镜、压电扫描镜和基于衍射的光束扫描器组成的组。
15.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被编程为使所述成像光束扫描致动器移动所述成像光束，使得所述成像光束根据所述工艺光束在所述摆动图案内的位置，在所述工件的表面处从所述工艺光束动态地偏移。
16.根据权利要求1所述的激光材料处理系统，还包括辅助测量系统，所述辅助测量系统被配置为测量工艺辐射。
17.根据权利要求16所述的激光材料处理系统，其中，所述辅助测量系统测量100nm至1mm的光谱带内的工艺辐射。
18.根据权利要求16所述的激光材料处理系统，其中，所述辅助测量系统包括光学元件，以相对于所述工艺光束执行空间局部测量。
19.根据权利要求18所述的激光材料处理系统，其中，所述辅助测量系统被配置为基于来自所述内联相干成像系统的至少一个输出，在从所述工艺光束动态地偏移的测量位置处执行所述空间局部测量。
20.根据权利要求16所述的激光材料处理系统，其中，所述辅助测量系统包括光学元件以相对于所述成像光束执行空间局部测量。
21.根据权利要求16所述的激光材料处理系统，其中，所述控制系统被编程为使所述成像光束致动器移动所述成像光束，使得基于所述辅助测量系统的至少一个输出使所述成像光束从所述工艺光束动态地偏移。
22.一种监视摆动焊接工艺的方法，所述方法包括：
将工艺光束和来自内联相干成像系统的至少一个成像光束引导到工件的焊接部位；
将所述工艺光束在所述工件的焊接部位上的摆动图案中移动；
将所述至少一个成像光束独立于所述工艺光束移动到所述焊接部位上的多个测量位置；以及
当所述工艺光束在所述摆动图案中移动时，从所述多个测量位置获得内联相干成像测量值。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：当所述工艺光束在所述焊接部位上的所述摆动图案中移动时，将所述工艺光束和所述工件中的至少一者相对于彼此平移。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述成像光束移动包括：在遍及所述工件的所述焊接部位的内联相干成像扫描图案中独立于所述工艺光束扫描所述成像光束，其中，所述内联相干成像扫描图案至少部分地包围所述摆动图案。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，获得内联相干成像测量值包括：获得在所述内联相干成像扫描图案中的点处的深度测量值，并且获得内联相干成像测量值还包括：组合所述深度测量值以形成所述焊接部位的三维图像。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，扫描包括光栅扫描。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述成像光束移动包括：在所述摆动图案的至少一部分周围局部地抖动所述测量光束。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述成像光束移动包括：独立于所述工艺光束将所述成像光束移动到所述摆动图案上的多个固定测量位置，并且其中，获得内联相干成像测量值包括：随着所述工艺光束在所述摆动图案中移动而获得在所述固定测量位置处的深度测量值。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，至少一个所述固定测量位置包括在所述摆动图案周围的四个测量位置，所述四个测量位置包括前测量位置、后测量位置、快测量位置和慢测量位置。
30.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述成像光束移动包括：沿着所述摆动图案在与所述工艺光束的移动相反的方向上独立于所述工艺光束移动所述成像光束，其中，所述成像光束以交叉间隔穿过所述工艺光束，并且其中，获得内联相干成像测量值包括：使用所述内联相干成像系统获得沿着所述摆动图案的点处的深度测量值。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，当所述工艺光束和所述成像光束交叉时，从小孔的底部获取所述深度测量值，而在其他时间，从熔体池的表面获取所述深度测量值。
32.根据权利要求30所述的方法，还包括：当所述工艺光束和所述成像光束交叉时，根据从小孔的底部获取的所述深度测量值确定小孔深度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，确定所述小孔深度包括：在所述工艺光束和所述成像光束交叉的每个交叉间隔周围的范围内搜索局部最小深度。
34.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述成像光束移动包括：独立于所述工艺光束并且使所述工艺光束沿着所述摆动图案来移动所述成像光束，并且其中，当所述成像光束沿着所述摆动图案移动时获得内联相干成像测量值。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，移动所述成像光束，以使得所述成像光束根据所述工艺光束在所述摆动图案内的位置，在所述工件的表面处从所述工艺光束动态地偏移。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，移动所述成像光束，以使得所述成像光束在所述工件的表面处从所述工艺光束动态地偏移，以补偿所述摆动图案内的小孔位置的变化。
37.根据权利要求34所述的方法，其中，所述摆动图案是周期性图案，并且其中，移动所述成像光束，以至少部分地基于所述工艺光束的位置来提供周期性对准校正。
38.根据权利要求22所述的方法，还包括：相对于所述工件移动焊接头，以相对于所述工件平移所述工艺光束。
39.根据权利要求22所述的方法，还包括：相对于焊接头移动所述工件，以相对于所述工艺光束平移所述工件。
40.根据权利要求22所述的方法，其中，所述工件包括异种金属，并且其中，所述内联相干成像测量值指示所述异种金属之间的混合量。
41.根据权利要求22所述的方法，其中，所述工件包括选自铜和铝中的至少一种的材料。
42.根据权利要求22所述的方法，其中，所述工件包括非铁合金。
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