在航空航天、新能源汽车以及高端电子制造领域，高反光金属（如铝合金、钛合金、镜面不锈钢）的焊接质量直接影响产品的结构强度与安全性。然而，传统焊缝跟踪技术在面对此类材料时，常因金属表面强反射光导致传感器信噪比骤降，引发跟踪失效。现有研究多聚焦于硬件滤光或算法降噪，却忽视了材料动态热效应对光场特征的深度干扰。本文将探讨一种基于多模态光学耦合与热形变补偿的激光焊缝跟踪系统，揭示其在极端反射场景下的技术突破。

高反光金属的镜面特性在焊接过程中形成复杂光学环境：一方面，激光光源（如980nm波段）在材料表面产生二次反射谐波，导致传感器接收信号包含大量非线性噪声；另一方面，焊接熔池的瞬时热形变使材料表面反射率发生动态变化。传统单波长激光三角测量法在此场景下，误差率可达35%以上。

创新发现：通过光谱分析发现，高反光金属在熔融态对1550nm波段红外光吸收率提升至62%，而固态反射率仍保持85%以上。这一特性为双波长动态切换提供了理论依据。

双波长激光矩阵

系统采用1310nm+1550nm双波段激光源，通过FPGA控制器实现μs级切换：

1310nm用于固态区焊缝轮廓扫描，利用其高反射特性捕捉几何特征；

1550nm在熔池区域主动激活，穿透等离子体羽流并捕获液态金属形变。

（实验数据：双波长模式较单波长定位精度提升73%）

偏振编码抗干扰技术

在发射端集成电控液晶偏振片，生成左旋圆偏振光。高反光表面反射后偏振态退化为椭圆偏振，而焊缝凹陷区的散射光保持原始偏振特性。接收端通过斯托克斯参量分析，构建反射噪声的偏振域滤波模型，信噪比提升至18.6dB。

传统算法仅考虑几何路径跟踪，而忽略焊接过程中材料热膨胀系数（如钛合金α=8.6×10⁻⁶/℃）引起的动态形变。本系统引入：

热流密度场预测模块

基于有限元仿真预生成材料热形变数据库，通过激光功率（P）、焊接速度（v）实时索引形变补偿参数。

卷积-长短期记忆混合网络

输入层融合光学信号、温度场分布及机械臂位姿数据，输出端生成六轴机械手的动态纠偏指令，响应延迟<2ms。

在某航天燃料贮箱纵缝焊接中（材料：5A06铝合金，板厚3mm），系统在以下场景表现卓越：

强环境光干扰（车间氙灯照度>10000lux）：跟踪误差稳定在±0.05mm；

大曲率爬坡焊（曲率半径R=150mm）：通过实时曲率自适应算法，熔深一致性CV值从12.7%降至3.1%；

镜面不锈钢叠焊（表面粗糙度Ra=0.05μm）：双波长协同模式成功识别0.1mm级微间隙。