1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院,广东 佛山 528000
2 季华实验室,广东 佛山 528200
采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具,研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响,研究发现,随着焊接速度的减小,横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形,最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大,热影响区主要由较为细小的马氏体构成,硬度均高于母材;回火区由于母材马氏体发生分解,使得该区域硬度比母材低,但随着速度的增加,马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化,焊接接头断后延展率降低,不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。
先进高强钢 激光焊接 微观组织 力学性能 advanced high strength steel laser welding microstructure mechanical property
1 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院,广东佛山528000
2 季华实验室,广东佛山5800
3 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院,广东佛山528000
为实现高亮反射金属圆柱形锅的自动快速检测及分拣,破解目前金属锅表面缺陷检测速度慢、效率低的技术难题,在YOLOX网络基础上引入双向特征融合网络,提出基于注意力机制的轻量化特征融合网络模型,实现计算模型的轻量化设计;同时,通过注意力机制模块对特征信息进行通道与空间的学习,有效缓解多尺度特征的语义鸿沟问题,提高了模型的检测精度;考虑网络对难易分类样本学习权重分配不平衡,设计基于衰减因子的分类损失函数;利用金属锅圆柱表面缺陷数据集完成了特征融合网络对比实验、分类损失函数对比实验和注意力机制模块位置消融实验。实验结果表明,融合注意力机制模型可有效识别6种不同形态的缺陷,测试集的平均检测精度mAP0.5达到90.92%,检测帧率达到30.84 frame/s,实现了金属锅圆柱表面缺陷的高精度快速识别与定位。
机器视觉 特征金字塔 注意力机制 金属表面缺陷 machine vision feature pyramid attention mechanism metal surface defects
光学 精密工程
2022, 30(11): 1301
1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院, 广东 佛山 528000
2 佛山科学技术学院物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
3 季华实验室, 广东 佛山 528135
铁基非晶带材是一种新型结构功能材料, 具有优异的磁性、耐磨性、强度和硬度等。采用波长355 nm的纳秒紫外激光对Fe78Si9B13非晶薄带进行激光切割, 研究激光脉冲频率、脉冲宽度和切割速度对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律。结果表明, 在一定范围内, 增加切割速度能够减少切缝和热影响区宽度, 提高切割效率; 切缝和热影响区宽度随脉冲频率的增大而减小; 随着脉宽的增加, 切缝宽度呈下降趋势, 而热影响区宽度呈上升趋势。热分析结果表明部分样品的热影响区域发生晶化反应。
紫外激光 铁基非晶带材 切割质量 热影响区 ultraviolet laser Fe-based amorphous ribbon cutting quality heat-affected zone
光学系统是自主导航星敏感器实现恒星光信号收集以及高精度姿态测量的核心组件。以高精度星敏感器光学系统为研究对象,分析了影响光学系统探测不同色温恒星精度的机理,恒星色温及环境温度变化引起的质心漂移量误差通过后期标定抑制的难度大,需要在光学设计阶段进行控制;建立了光学系统设计波长权重计算模型及分配方法;在性能评价方面,除了常规的能量集中度、畸变以及非对称像差之外,提出采用恒星色温质心漂移量以及温度变化质心漂移量作为精度评价的主要指标。根据应用需求设计了一款基于航天卫星平台的长焦距星敏感器光学系统,焦距为95 mm,相对孔径为F/2.4,视场角为8°×8°,探测光谱范围为450~1 000 nm,3×3像元内能量集中度大于85%。基于常规玻璃材料校正了超宽谱段长焦距光学系统的倍率色差,全视场倍率色差不超过0.9 μm。精度分析结果表明:2 600~9 800 K范围内不同色温恒星的质心漂移量小于0.36 μm;在工作温度0~40 °C范围内,焦距变化量小于2.7 μm,温度变化引起的质心漂移量小于0.45 μm。
星敏感器 无热化 光学设计 长焦距 质心漂移量 star sensor athermalization optical design long focal length centroid drifting 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200061
佛山科学技术学院 机电工程学院, 广东 佛山 528225
柔顺桥式位移放大机构因结构紧凑、位移放大倍数大等优点已成为精密工程领域的研究热点。针对以往研究仅在线性范围内讨论桥式位移放大机构的设计与分析的问题, 本文对典型集中柔度桥式位移放大机构进行了非线性建模与优化。考虑剪切作用与几何非线性, 通过能量法、有限单元法与数值拟合, 对机构的输入输出关系进行半解析建模, 以实现非线性结果的快速预测。为实现输出位移最大化与抑制几何非线性作用, 提出机构平面内尺寸与厚度的综合优化策略。ANSYS Workbench有限元仿真显示, 机构非线性建模误差均在5%以内且优化结果具备有效性。本文提出的两步法半解析非线性建模方法以及平面内尺寸和厚度的综合非线性优化策略对其它复杂柔顺机构的非线性结果快速预测与优化设计具有参考意义。
柔顺机构 位移放大机构 剪切作用 几何非线性 优化 compliant mechanism displacement amplification mechanism shearing effect geometrical nonlinearity optimization
凌云光技术集团有限责任公司 相机开发部, 北京 100094
为了满足印刷等高端工业检测中物体快速运动, 需要大幅面、高行频、高分辨率图像采集等要求, 研发了一款微米级高分辨率、高速线阵工业相机。首先, 介绍了高行频、高分辨率国产CMOS图像传感器GL0816的功能与特点。然后, 基于该芯片设计了一套高速大幅面高分辨率线阵工业相机系统, 该系统采用FPGA作为整个系统的控制核心, 以DDR3L SDRAM作为图像缓存器, 以GigE vision2.0协议为输出标准, 以SFP+作为高速图像输出接口。最后, 搭建相机系统测试环境, 对所设计的相机进行系统测试。结果表明: 该相机系统行分辨率为8 192, 可连续采集2 000行作为一帧图像输出, 行频为50 kHz, 动态范围为57.32 dB, 信噪比为40.95 dB, 具有实时图像采集功能。该相机系统具有大幅面、高帧频、高分辨率、高信噪比、宽动态范围等优点, 适用于印刷检测行业快速运动目标捕获成像及图像实时显示。
CMOS图像传感器 高分辨率 线阵 CMOS image sensor high resolution line array FPGA FPGA gigE vision2.0 GigE vision2.0
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 佛山科学技术学院 机电工程学院, 广东 佛山 528000
为降低导光镜镜面热变形, 采用有限体积法求解三维湍流传热方程, 获得了镜面激光辐照区的温度场。文中主要讨论了激光功率、辐照时间、冷却液流速、镜体材料、流道与镜面距离等因素对镜面温度场的影响, 并以辐照区平均温度和标准温度偏差作为主要指标进行冷却效果评价。结果表明, 激光功率越大, 各个方向上的温度越大; 激光辐照发生的初始阶段温升增加较快, 后期趋于平缓; 流速越大, 平均温度越低, 标准温度偏差越小; 镜体材料的性质对温度场也有不同影响; 流道与镜面距离对铜镜的温度场影响不大。
强激光 导光镜 温度场 计算流体力学 high power laser light guide mirror temperature field computational fluid dynamics 红外与激光工程
2018, 47(11): 1106008
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 佛山科学技术学院机电工程学院, 广东 佛山 528000
采用有限体积方法,研究了矩形内通道直角弯道流场及压力损失系数,主要分析通道尺寸、冷却液流速、冷却液浓度等因素对局部流场和压力损失系数的影响规律。结果表明:压力损失系数随流道宽度a和流道高度b的增大而逐渐减小,随流道间距e先下降后略微上升;弯道宽度c的变化会引起弯道局部流场和压力损失系数发生变化;液流流速越大,压力损失系数越小;冷却液浓度越大,压力损失系数越大。
激光光学 强激光 液冷镜 流道结构 压力损失系数 计算流体力学
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为了满足光电跟踪设备车载后的使用精度要求, 提出了选用3条机械支腿来支撑载车的支撑方式。首先根据车载设备的位置布局和重量, 选用了两前一后的支腿安装方式, 然后分析了3种工况下副车架的受力情况。这3种工况为3条支腿全部位于平地、仅后腿位于斜坡和3条支腿全部位于斜坡。在三维仿真软件MSC.PATRAN中生成有限元模型, 在3点支撑状态下对模型进行变形仿真, 并综合分析了3种工况下的仿真结果, 以检验副车架的重复定位稳定精度。最后通过设计实验检验了副车架的重复定位稳定精度, 结果显示: 俯仰角的最大变化为0.2″, 方位角的最大变化为0.4″, 数据表明副车架的重复定位稳定精度满足使用要求, 证明选用3条机械支腿来支撑载车的方案合理可行。
光电跟踪设备 载车平台 副车架 三点支撑 重复定位精度 photoelectric tracking equipment vehicle platfrom vehicle frame three-point supporting re-orientation accuracy