激光焊作为一种新型材料连接技术,具有能量密度大、焊接变形小、自动化水平高等优点,在汽车工业中已得到广泛应用。在实际焊接过程中由于一些不可控因素的影响,如装配误差,焊件容易出现各种缺陷,其中对焊件质量影响最严重的缺陷之一就是焊缝熔深不足,尤其是对于搭接结构的焊件,熔深直接决定了接头的质量。因此在激光焊接过程中对搭接接头的熔深进行检测以保证焊接件质量,在实际生产中具有非常重要意义。在众多焊缝熔深检测方法中,光谱诊断法具有成本低、采集信息量大,操作简单等优点,受到国内外学者的广泛关注。为实现对远程激光焊过程中铝合金搭接接头熔深的检测,本文基于光谱诊断法,以焊接过程中金属蒸汽及焊缝表面形貌为监测对象,进行了以下研究:设计了激光功率、焊接速度、离焦量、板间隙四个变量,获得具有不同熔深的焊缝,研究了工艺参数对金属蒸汽辐射及焊缝熔深的影响,结果发现通过金属蒸汽光谱的强度可以检测焊缝熔深。当激光功率、焊接速度变化时,金属蒸汽辐射强度随焊缝熔深的增大而增大;离焦量变化时,辐射强度随焊缝熔深的增大而减小;板间隙的增大使辐射强度明显减弱,但焊缝熔深变化不大。此外,研究中发现辐射光谱中不同波长的谱线对工艺参数的敏感程度不同,工艺参数变化时,不同波长的谱线间的强度比、强度差发生明显改变,因此不同谱线间强度比、强度差等也可以用来检测焊缝熔深。本文探究了工艺参数对焊缝轮廓的影响及其影响机理,并发现焊缝表面熔宽可以用于检测焊缝熔深。激光功率、焊接速度、离焦量会显著影响焊缝熔深及焊缝表面熔宽,激光功率增大或焊接速度减小时,焊缝熔深、表面熔宽及焊缝深宽比迅速增大;离焦量增大时,焊缝表面熔宽先增大后减小,而焊缝熔深及深宽比持续减小;搭接间隙开始出现时焊缝熔深略有下降,若间隙继续增加,焊缝表面熔宽及焊缝熔深变化不大。将焊接过程中金属蒸汽辐射信息、焊后焊缝表面形貌信息相结合,提高了有效信息来源。基于激光焊过程机理分析与统计分析,从焊缝表面信息中提取了4种(共4个)特征参数,分别为表面熔宽、表面轮廓凸起面积、平均余高、焊缝凹陷最大值;从光谱信号中提取了5种(共12个)特征参数,分别为线状谱线平均强度、线状谱线间强度差、强度比均值、线状谱线间相关系数,线状谱线与背景连续谱强度比均值。基于BP神经网络,搭建了焊缝熔深检测系统和连接宽度检测系统,该系统可以根据16个特征参数的值检测出焊缝熔深及连接宽度值。此外,本文从神经网络的激活函数及输入的特征参数方面对检测模型进行了优化,优化后的熔深检测模型的平均误差为0.14mm,连接宽度检测模型检测平均误差为0.18mm。