激光焊接在工业领域中是一种重要的加工技术,能够实现快速焊、深熔焊等其它传统焊接工艺难以实现的形式。由于具备较大的深宽比,激光焊接可提高焊缝接头的质量。激光焊接设备搭配灵活,能在大批量生产中实现高度自动化,与传统激光器相比,光纤激光器在光束质量、加工效率、设备重量和体积等方面均具有明显优势。在激光焊接过程中,两块金属材料吸收高能量密度的激光束导致其熔化并连接。而熔池的形态特征与焊接质量紧密相关,通过对熔池的实时监测可以判断当前焊接的状态。激光束的光斑直径很小,对焊缝间隙的大小很敏感,因此准确监测激光束相对于焊缝偏差的状态十分重要。激光束相对于焊缝的偏差状态与熔池形态紧密相关,熔池形态能间接反映焊缝的偏差状态。论文以大功率(10kW)光纤激光焊接为试验对象并在激光束对中和偏离焊缝中心的条件下观察和分析熔池特征变化,从而研究通过熔池特征来判断焊接质量的方法。针对大功率光纤激光焊接存在强烈的金属蒸汽、光束功率密度高和速度快的特点,通过高速红外视觉传感器采集熔池红外图像序列,采集熔池自身辐射的信息特征,融合图像频域和空域分析方法,观察激光束偏离焊缝时熔池红外图像特征变化。根据动态自动阈值和数学形态学、傅里叶变换、频域滤波和Canny边缘特征提取方法分析熔池和匙孔形态以及焊缝宽度变化,以熔池宽度、匙孔面积、匙孔宽度和熔池频谱图平均灰度作为衡量焊接质量的特征参数。激光焊接试验结果和分析各个参量之间的关系表明,根据熔池形态参数能够较准确地反映大功率光纤激光焊接过程的质量,熔池红外图像特征参数与焊缝路径相对激光束偏差之间存在内在规律,为大功率光纤激光焊接在线质量监测提供了理论及试验依据,对提高激光焊接自动化和产品质量具有重要意义。