1 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州50640
2 广东科技学院，广东东莞53083
在微流控芯片中，微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此，提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究，分析微纳流道成型机理，且研究工艺参数及材料性质的作用机制，并探究其自驱动微流变性能。结果表明：在一定的切深和气压下，刀轮微尖端处的材料接触面产生应力集中，当达到压痕间裂纹贯通值时，以远大于刀轮滚压速度在材料表面形成纳米流道，当超过材料强度极限时形成微米流道，且深宽比随着最大应力增大而增大。单晶碳化硅、蓝宝石和光学玻璃形成纳米流道的最大应力范围分别为266~750 MPa，256~600 MPa和74~150 MPa，其中，光学玻璃的纳米流道深宽比高达1.1，表面粗糙度低至1 nm。低硬度材料可生成高深宽比的纳米流道，而高断裂韧性的材料表面质量最高。此外，纳米流道能够以高至0.055 mm/s的速度和低至0.001 μm3/s的剂量自驱动微流体。
微纳流道 金刚石刀轮 单晶碳化硅 蓝宝石 光学玻璃 microchannel and nanochannel diamond cutter wheel 4H-SiC sapphire optical glass 光学 精密工程
2023, 31(12): 1785
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了解决微纳光纤之间的结构稳定性差的问题, 使用 CO2激光作为加热源, 加热两根重叠在一起的微纳光纤, 并在显微镜下观察其熔接情况, 最终将两根微纳光纤熔接成一根, 而且熔接点的光纤表面光滑, 直径均匀。通过 CO2激光加热的方法, 实现了微纳光纤高质量的熔接, 增加了微纳光纤之间的机械稳定性, 使其更容易制作出纳米光子器件。
微纳光纤 倏逝波耦合 激光熔接 micro-nano optical fiber evanescent wave coupling laser welding
1 中南大学 信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410083
2 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学), 湖南 长沙 410083
3 东华理工大学 地球物理与测控技术学院, 武汉 南昌 330013
4 湖南师范大学 物理与信息科学学院, 湖南 长沙 410081
5 中国人民解放军63983部队, 江苏 无锡 214035
非平稳信号的去噪是信号处理中的热点和难点。文中以冲击原子作为稀疏表示基, 构建了仅对人文噪声敏感的冗余字典。并使用粒子群优化算法对匹配追踪算法进行优化, 提出了基于稀疏表示与粒子群优化算法的非平稳信号去噪方法。为检验方法的有效性, 论文首先进行了针对性的仿真实验。然后将所述方法用于实测的大地电磁信号处理。结果表明, 所述方法可以在保留有用信号的前提下, 有效分离出类充放电噪声、脉冲噪声以及其它多种不规则噪声, 显著提高非平稳信号的信噪比。
稀疏表示 非平稳信号 粒子群优化算法 噪声衰减 冗余字典 sparse representation nonstationary signal particle swarm optimization noise attenuation redundant dictionary 红外与激光工程
2018, 47(7): 0726005
1 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
为了获得激光整形的高精度青铜结合剂成形砂轮, 采用高像素相机、双远心镜头、背光源、数控机床和光纤激光器为主要的硬件, 分析了切向整形的过程和检测需求, 采用磨削复映法的视觉检测方式, 结合数字图像处理技术设计了标准轮廓建立、双模板匹配定位、修整补偿等关键算法; 设计了防护机械结构, 搭建了一套高精度成形砂轮轮廓检测激光切向整形系统。以V形槽整形试验为例, 经过粗修整和补偿加工后V型槽的偏差值在17 μm以下, 并实现几何形状参数误差在5%以内。试验表明, 该系统可以实现砂轮几何形状轮廓与尺寸的准确检测, 通过补偿整形能够有效且快捷的获得高整形精度。
高精度 激光切向整形 成形砂轮 图像处理 high precision laser tangential shaping forming grinding wheel image processing
1 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
针对单晶金刚石加工难的问题, 采用脉宽为250 fs的飞秒激光器, 开展了不同工艺参数下的单晶金刚石晶体飞秒激光烧蚀试验研究, 同时采用超景深显微镜检测单晶金刚石烧蚀的宽度、深度及表面质量, 研究了激光平均功率、光斑重叠率和扫描次数对单晶金刚石烧蚀深度、宽度及表面质量的影响。结果表明, 飞秒激光成型烧蚀加工单晶金刚石时, 当采用激光平均功率为11.1 W, 光斑重叠率为61.9%, 循环扫描次数为100次作为最佳工艺参数组合时, 能够获得具有较高表面质量的最大烧蚀效率, 通过激光分层成型烧蚀, 在单晶金刚石片上加工出大小、突出高度和排布方式可以精确控制的锥形阵列, 制造出无需结合剂的高品质端面金刚石砂轮。
激光烧蚀 飞秒激光 单晶金刚石 锥形阵列 laser ablation femtosecond laser single crystal diamond conical array
1 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点试验室, 湖南 长沙 410082
采用脉宽为10 ps的皮秒激光对热轧Q235钢板进行了除锈工艺试验研究, 通过单因素试验法, 得到了激光平均功率密度、光斑重叠率及扫描轨迹重叠率对去除效果及表面形貌的影响规律, 并获得了优化的工艺参数。结果表明, 过大或过小的激光平均功率密度会致使工件二次氧化或除锈不完全; 当光斑重叠率与扫描轨迹重叠率同为30～40%时会获得较好的除锈效果; 采用高、低能量密度交替的清洗方式可以获得相比固定参数清洗更好的清洗效果, 同时可以提高清洗效率。最后利用优化参数清洗得到的工件表面氧元素含量相比未除锈工件降低了92%。
激光除锈 皮秒激光 热轧钢板 表面形貌 工艺参数 laser derusting picosecond laser hot-rolled steel sheet surface topography process parameters
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
3 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
由于铝合金易自然氧化, 影响焊接质量, 采用波长为1 064 nm, 脉宽为10 ps的皮秒脉冲激光器对5A06铝合金表面氧化膜进行了激光清洗工艺试验, 研究了激光平均功率、光斑重叠率、扫描轨迹重叠率和辅助气体等工艺参数对清洗表面质量的影响规律。结果表明, 当激光平均功率为100 W, 光斑重叠率和扫描轨迹重叠率为40%时, 能够在保证清洗质量的前提下获得最大的清洗效率, 在较低功率清洗时需要较高的重叠率才能达到较好的清洗质量, 在氩气中清洗可以有效避免铝合金表面的二次氧化。
皮秒脉冲激光 激光清洗 铝合金 二次氧化 picosecond pulse laser laser cleaning aluminum alloy reoxidation
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
3 大族激光科技产业集团股份有限公司, 广东 深圳 518103
第三代核电技术中, 堆内核心构件堆芯围筒的焊接制造技术是一个急需攻克的难题, 由于工件尺寸大, 尺寸精度要求高, 需探索采用万瓦级激光焊接一次成形技术, 此前这类产品的激光单道焊接在国内外尚无成功的案例。对万瓦级光纤激光深熔焊接厚板焊接缺陷的抑制方法进行了研究。结果表明, 离焦量是万瓦级光纤激光深熔焊接厚板过程中一个关键工艺参数。负离焦时, 匹配优化离焦量和焊接速度可以有效抑制缺陷获得成形良好的全熔透焊缝; 背保护气体不仅改善了焊缝下表面成形, 同时改善了焊缝上表面成形使整个焊缝截面呈“I”型; 侧吹气体射流辅助激光深熔焊接, 可以较好抑制钉子头焊缝和上表面飞溅的产生; 采用横焊焊接方位时, 可以有效抑制焊缝塌陷与底部驼峰的产生。成功实现了15 kW 光纤激光单面自熔焊接双面成形18 mm厚不锈钢, 并实际应用于焊接生产堆芯围筒。
激光深熔焊接 厚板 焊接缺陷 离焦量 焊接速度 laser deep penetration welding thick plate welding defects defocus amount welding speed
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南工业大学机械工程学院, 湖南 株洲 412000
对脉冲激光修整青铜金刚石砂轮石墨变质层进行了理论研究, 当激光功率密度为1.68×108~3.359×108 W/cm2时, 对金刚石表面的温度演化进行了数值仿真。研究结果表明, 金刚石达到石墨化温度的时间约为435~440 ns, 金刚石的石墨化程度较低。提出了水柱流辅助脉冲光纤激光修整青铜金刚石砂轮的新方法, 降低了金刚石的石墨化程度。
激光技术 激光烧蚀 青铜金刚石砂轮 变质层 水柱流 中国激光
2017, 44(12): 1202001
