高分七号卫星激光测高仪搭载激光监视相机和激光足印相机,获取的激光光斑和光学足印影像可辅助激光定位。提出一种考虑外界环境对足印光斑成像质量影响的足印光斑质心提取方法。将足印光斑和监视光斑进行最小二乘影像匹配,获取转换模型;由灰度重心法提取监视光斑质心;利用监视光斑质心、通过转换模型得到足印光斑质心。对100组仿真光斑和1轨高分七号卫星足印光斑数据进行测试。结果表明:本文方法提取的光斑质心偏移量标准差小于0.08 pixel,较灰度重心法和高斯拟合法提高0.1 pixel以上。对时间跨度为7个月的30轨高分七号卫星足印光斑进行测试,得到两束足印光斑质心在地面的抖动范围均小于1.2 m,且其具有较好的中长期稳定性的结论。实验结果表明高分七号卫星激光测高仪激光器与光学足印影像之间的几何关系稳定,可以使用光学足印影像辅助激光器进行在轨指向标定和几何定位处理。

对不同尺寸的熔滴填充进入熔池后的匙孔三维形貌和熔池金属流动特性进行相应的数值模拟研究。数值模拟结果表明:熔滴在匙孔上方下落后填充进入熔池,该过程对匙孔的形态波动影响较大,熔滴尺寸较大时,匙孔深度的波动幅度较大。半径为0.9 mm的熔滴进入熔池后,匙孔前壁的液态金属由熔池上方向熔池下方流动的趋势更强烈,匙孔底部出现向下的流动趋势,该流动趋势与熔滴未滴入前的流动趋势截然相反;半径为0.6 mm的熔滴进入熔池后,匙孔前壁的液态金属流动趋势较为复杂,匙孔前壁上部出现由熔池表面向熔池下方流动的趋势,匙孔前壁中部出现由左向右的流动趋势,匙孔底部出现由熔池底部向上方流动的趋势。

研究了焊接速度对填材填充激光焊接熔池动态行为的影响。研究结果表明:焊接速度对填材填充熔池过程中的匙孔三维形貌及熔池流动行为具有显著影响;填材填充激光焊接熔池时,提高焊接速度有利于提高匙孔的稳定性;随着焊接速度提高,匙孔深度以及孔壁底部流动速度的波动幅度减小,维持匙孔张开的驱动力增大,匙孔附近的流场由匙孔壁面向熔池方向流动的趋势增强。

结合激光深熔焊的焊接特性, 建立焊丝熔化后进入熔池过程的三维瞬态激光焊接热-流耦合模型。研究了焊丝熔化填充方式对匙孔三维形态、熔池流动行为的影响, 最后分析了焊丝熔化填充对匙孔稳定性的影响机制。计算结果表明, 焊丝熔化以自由过渡的形式落入熔池对匙孔的形态影响较大, 对匙孔前壁的挤压作用非常明显, 造成了匙孔闭合、倒塌的情况; 焊丝熔化沿熔池边缘流入熔池对匙孔的形态影响相对较小, 匙孔下部会出现内凹的现象。焊丝熔化进入熔池之后在匙孔后方的熔池会产生两个顺时针的流动漩涡, 流动漩涡的存在会使熔池内部流动行为更加复杂。

建立了填材送入过程的三维瞬态激光焊接热-流耦合模型与组合热源模型, 在模型中引入了反冲压力、表面张力、热浮力、重力等焊接驱动力。采用流体体积方法追踪匙孔的气-液界面,研究了填材对匙孔三维形态和熔池流动行为的影响。研究结果表明, 在激光填丝焊中, 填材不利于维持匙孔的稳定性, 容易出现匙孔底部闭合的情况; 在激光自熔焊过程中, 匙孔壁面呈现由内向外和由下向上的流动趋势, 这有利于匙孔的稳定张开。

通过SiC颗粒示踪法获得了焊丝填充对熔池表面流动的影响规律, 分析了不同的焊接工艺、焊丝填送模式和送丝角度对熔池表面波动行为及焊缝成形的影响。结果表明, 在激光自熔焊过程中, 熔池表面液态金属向后方及熔池另一侧流动, 熔池表面波动较剧烈, 焊缝表面出现凹陷缺陷; 在激光填丝焊过程中, 熔池表面金属全部表现为从前向后的快速流动, 熔池表面波动相对稳定, 焊缝表面成形良好。在激光填丝焊过程中, 焊丝的过渡模式对熔池表面稳定性有显著影响, 降低送丝角度有利于获得稳定的液桥过渡及减少焊缝气孔缺陷。

采用扫描白光干涉法对菲涅耳微透镜芯模表面浮雕结构进行了检测, 并对元件表面微观形貌进行了三维重建。根据其表面形貌数据, 引入幅度参数表征法, 分别计算出横向线宽误差以及样品的系统刻蚀深度误差和随机刻蚀深度误差等纵向加工偏差。通过表面高度分布的偏斜度、表面高度分布的峭度等参数获得了有关微芯模表面误差和缺陷的量化信息。实验研究表明, 扫描白光干涉法能精确定量化表征微芯模表面形貌特征, 这对探索适用于新型微光学器件表面三维形貌误差的无损检测评价方法具有实际意义。