为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴，采用了Fluent软件的离散相模型，对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验，研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明，宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布，验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为：倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时，喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性，为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。

为了研究多阶模半导体激光增材制造工艺参数对熔覆层残余应力的影响,利用ANSYS软件构建了单道熔覆层模型,运用生死单元法加载多阶模半导体激光为热源。采用正交试验法展开了工艺参数对熔覆层宽度与高度方向应力场分布规律的影响研究。结果表明：熔覆层宽度方向上的应力场左右对称并在中心处有明显的“平台效应”,体现了多阶模激光热源热量分布均匀的特点；熔覆层高度方向上,应力值沿熔覆层高度方向逐渐增大,直到熔覆层顶部达到最大值；工艺参数对残余应力的影响次序为：送粉速率>扫描速度>激光功率；当采用优化工艺参数计算时,熔覆层高度及宽度上的最大应力为196.53 MPa和98.22 MPa,有效地降低了残余应力值,为多阶模半导体激光增材制造中的残余应力调控提供了参考。

针对低分辨率源图像的融合结果质量低下不利于后续目标提取的问题,提出一种基于梯度惩罚Wasserstein生成对抗网络(WGAN-GP)的多波段图像同步超分与融合方法。首先,基于双三次插值法将多波段低分辨率源图像分别放大至目标尺寸;其次,将该放大结果输入特征提取(编码)网络分别提取特征并在高层特征空间进行组合;然后,通过解码网络重构出初步融合图像;最后,经过生成器和判别器的动态博弈得到高分辨率的融合图像。实验结果表明,所提方法不仅可以同步实现多波段图像的超分和融合,而且融合图像的信息量、清晰度和视觉质量明显高于其他代表性方法。

同轴送粉喷嘴是激光金属增材制造系统装备的核心部件之一,直接影响着激光增材制造零件的成形精度及性能。因其重要性,国内外学者们已开发出多种新型送粉喷嘴。简要从“光外送粉”和“光内送粉”两种光粉相对位置不同的送粉方式概括了国内外对同轴送粉喷嘴的研究,并从激光束和粉末束是否可变焦的角度进行了分析,指明了现有同轴送粉喷嘴的特点,对未来同轴送粉喷嘴的发展进行了展望。

为了降低残余应力对激光熔覆层性能的影响, 利用ANSYS软件建立了单层熔覆模型, 采用正交实验法来探究激光工艺参数(激光功率、扫描速度与光斑直径)对熔覆层残余应力的影响规律, 获得了优化的工艺参数。研究结果表明, 扫描速度及激光功率对残余应力的影响最大, 其次是光斑直径; 对获得的优化工艺参数组合进行了计算, 残余应力减低为192 MPa。为工艺试验参数选择提供指导。

针对多模态图像融合中多尺度几何工具和融合规则设计困难的问题,提出一种基于生成对抗网络(GANs)的图像融合方法,实现了多模态图像端到端的自适应融合。将多模态源图像同步输入基于残差的卷积神经网络(生成网络),通过网络的自适应学习生成融合图像;将融合图像和标签图像分别送入判别网络,通过判别器的特征表示和分类识别逐渐优化生成器,在生成器和判别器的动态平衡中得到最终融合图像。与具有代表性的融合方法相比,实验结果表明,本文方法的融合结果更干净,没有伪影,提供了更好的视觉质量。

提出了一种基于改进特征金字塔的Mask R-CNN目标检测方法。实验结果表明,在目标边缘和包围盒两项检测中,相比于Mask R-CNN检测框架,所提方法在不同的交并比阈值下的平均准确率分别提高了约2.4%和3.8%。尤其对于中等尺寸目标的检测准确率有较大的提高,分别为7.7%和8.5%,具有较强的稳健性。

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律, 采用数值模拟及实验验证相结合的方法, 取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律,并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明, 在一定参量范围内, 随着熔覆层深度的增加, y方向残余应力均表现为拉应力, 呈现先增大后降低趋势, 在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa; x方向由压应力逐步转变为拉应力, 其略小于y方向应力值; 随着激光功率的增大, x方向残余应力逐渐增大, y方向残余应力逐渐降低; 随着扫描速率的增大, x方向的残余应力将随之减小, 而y方向的残余应力将随之增大; 随着送粉量的增大, x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。

为了在多波段图像融合中选用合适的直觉模糊化方法来处理不确定性问题, 对 5种常用的直觉模糊集方法在多波段图像融合中的应用进行了比较。首先将多波段图像进行直觉模糊化处理, 对隶属度图像进行去模糊化得到直觉模糊图像; 然后, 将直觉模糊图像进行非下采样轮廓波变换(Nonsubsampled contourlet transform, NSCT), 对低频图像进行直觉模糊化处理, 所得隶属度作为权重进行加权融合, 高频使用取大规则进行融合; 最后通过逆变换得到融合图像。对融合结果采用主观人眼视觉观察和客观评价指标体系进行分析比较, 得到较好的直觉模糊集方法的优势性能。实验结果表明, 与 Sugeno、Yogita、Yager及 Chaira四种直觉模糊化方法相比, Bala直觉模糊化方法可以有效提高融合结果的亮度和对比度, 而且融合结果边缘清晰, 纹理特征明显, 具有更好的视觉融合效果和客观质量评价。

为了探究激光增材制造熔覆层残余应力分布, 减小残余应力对零件性能的影响, 采用ANSYS软件建立了单层熔覆模型, 对其温度场和应力场进行了分析, 研究了激光增材制造熔覆层截面轴向方向和水平方向残余应力的分布规律。结果表明, 残余应力主要体现在轴向方向, 且轴向方向的残余应力主要表现为拉应力, 随熔覆层深度增加拉应力先增大后降低趋势, 其最大拉应力为位置处在距离基材0.2 mm处。与现有文献实验结果一致, 验证了该模型的正确性及可靠性, 为调控或降低残余应力的工艺参数优化选择提供指导。