1 中车长春轨道客车股份有限公司工程技术中心，吉林 长春 130113
2 吉林大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130112
基于高铁转向架轮对在高级检修过程中的漆层去除需求，采用激光清洗技术对高强钢表面漆层进行去除，研究不同功率下漆膜的去除状况，分析不同清洗状态下工件表面的宏观、微观形貌及成分变化；之后，采用机器视觉技术提取工件表面状态图像并进行处理，提取出黑、白像素点的差异并将其作为特征值对工件表面的清洗状态进行判定，为高强钢表面漆层的去除提供了实用的工艺参数及检测方法。
激光技术 激光清洗 表面形貌 激光测距 在线评估
1 石河子大学食品学院, 新疆 石河子 832003
2 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
酿酒葡萄中的总酚含量是影响葡萄品质的重要指标, 也是影响葡萄酒质量的关键因素。 为了快速准确地检测赤霞珠葡萄的总酚含量, 利用近红外光谱技术结合GA-ELM预测模型对赤霞珠葡萄总酚含量进行预测研究。 试验采用5个收获期(每期采集40串, 每串取10个)的赤霞珠葡萄, 采集200组葡萄的12 500~4 000 cm-1波段范围内的近红外光谱。 基于福林酚比色法原理对赤霞珠葡萄的总酚含量进行测定, 使用SPXY算法将样品按照3:1比例分为校正集和预测集, 共计150个校正集和50个预测集。 分别采用多元散射(MSC)、 标准正态变换(SNV)、 数据中心化(MC)、 移动窗口平滑(MA)和一阶导数+SG方法对原始光谱进行预处理, 优选出最佳的预处理方法为MSC。 并进一步采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、 遗传算法(GA)、 联合区间偏最小二乘算法(si-PLS)和连续投影算法(SPA)分别对光谱波段进行提取, 经对比分析发现CARS提取的69个特征波长数据能有效提高模型的稳定性和预测结果。 在MSC预处理和特征波长提取的基础上, 引入极限学习机(ELM)算法, 建立赤霞珠葡萄总酚含量的预测模型, 在总酚含量预测过程中, 采用遗传算法(GA)对ELM模型进行优化, 并探究了不同的激活函数和隐含层神经元个数对GA-ELM模型预测能力的影响, 确定最优的激活函数为Sigmoidal, 最优的神经元个数为50个。 最后, 将ELM和GA-ELM模型的预测能力进行对比, 结果显示GA-ELM模型的预测能力高于ELM模型的预测能力, 其中MSC+CARS+GA-ELM模型预测能力最好, 校正相关系数(Rc)为0.901 7, 预测相关系数(Rp)为0.901 3, 校正均方根误差(RMSEC)为2.112 4, 预测均方根误差(RMSEP)为1.686 8, 剩余预测偏差(RPD)为2.308 0。 研究结果表明: 利用近红外光谱技术结合变量优选建立的GA-ELM模型可实现对赤霞珠葡萄的总酚含量的预测, 为赤霞珠葡萄品质的检测奠定了理论基础。
变量优选 赤霞珠葡萄 总酚 极限学习机 近红外光谱 Variable optimization Cabernet sauvignon grapes Total phenol Extreme learning machine Near infrared spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2036
1 中车长春轨道客车股份有限公司 工程技术中心工程规划发展部，吉林 长春 130000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130022
在超声无损检测时，搭接激光窄焊缝接头尺寸较小，采用传统6 dB法对其界面处的熔宽判定存在较大的误差。为了提高检测精度，通过研究传统6 dB法的检测误差来源，采用有限元分析方法分析了激光焊接头内部入射超声波的传播规律和反射回波特性，构建了基于修正6 dB法的激光焊接头熔宽评估模型，并通过物理实验进行了验证。研究结果表明，上板底面的一次回波幅值可作为反映接头内部结构的特征值，当探头中心对应接头内部焊缝熔合线边缘位置时，一次回波幅值的衰减度随上板板厚而变化，据此可根据上板板厚选择衰减度值对传统6 dB法进行修正，从而定量计算接头内部板层接触面处的有效熔宽。实际激光焊接头的超声检测结果证实：采用修正6 dB法求解出的激光焊接头的熔宽与物理实验结果吻合良好，对实际生产中超声检测激光焊接头的精度提升提供了参考。
激光搭接焊 超声波检测 有限元分析 修正6 dB法 laser lap welding ultrasonic testing finite element analysis modified 6 dB method
1 石河子大学食品学院, 新疆 石河子 832003
2 新疆植物药资源利用教育部重点实验室, 新疆 石河子 832003
3 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
葡萄营养物质丰富且具有食疗功效, 是消费者青睐的水果之一。 葡萄在生长、 采摘和贮藏过程中易受到损害而品质下降, 从而严重影响消费者的购买欲望和葡萄的销售价格, 因此检测葡萄品质对于提高葡萄商业价值具有至关重要的作用。 传统的检测方法具有破坏样品、 耗时耗力、 成本高等缺点, 而以机器视觉技术、 近红外光谱技术和高光谱成像技术为主要检测手段的无损检测方法, 因其无损、 快速、 准确的优势而发展迅速, 形成了比较完善的方法体系, 目前在葡萄内外部品质检测中得到广泛的应用。 综述了利用机器视觉、 近红外光谱和高光谱成像技术对葡萄外部品质（果粒大小、 表面颜色和果穗尺寸）和内部品质（品种、 糖度、 可滴定酸、 花色苷、 总酚、 病害和农药残留等）的国内外最新研究进展, 总结分析了其在葡萄品质检测中存在的问题, 并对葡萄品质无损检测研究方向作了展望, 为葡萄品质无损检测技术的发展和相关研究人员的研究工作提供参考。
葡萄 品质 无损检测 研究进展 Grape Quality Non-destructive detection Research progress 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2713
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术工程部, 山东 青岛 266111
2 吉林大学材料科学与工程学院, 吉林 长春 130000
3 第一汽车股份有限公司解放事业本部, 吉林 长春 130000
针对不锈钢搭接激光焊缝,研究了基于激光测距传感的焊缝表面状态非接触式高精度检测方法。在分析焊缝表面粗糙度、工件倾斜等随机因素对焊缝表面状态检测结果影响的基础上,采用移动均值滤波及图像倾斜修正处理等方法,开发了检测数据滤波及检测结果校正算法。基于激光焊缝表面检测轮廓曲线的特征点识别建立了激光焊缝表面余高/下塌量的检测计算模型。结果表明:检测分析获得的激光焊缝表面轮廓曲线与相应的金相检测结果吻合良好,很好地反映了焊缝的表面状态。
测量 激光焊缝 表面轮廓检测 激光测距 图像处理 中国激光
2019, 46(10): 1002008
1 石河子大学食品学院, 新疆 石河子 832000
2 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832000
3 中国农业大学工学院, 北京 100083
可溶性固形物含量(SSC)和硬度是哈密瓜划分等级的重要指标, 同时也是其成熟度的表征因子。 因此, 为满足哈密瓜自动化分级和适宜采摘, 采用高光谱技术结合特征波长筛选的方法, 同时对哈密瓜的可溶性固形物含量、 硬度及成熟度进行了无损检测研究。 对多元散射校正(MSC)处理后的光谱分别利用连续投影算法(SPA)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)和CARS-SPA方法筛选了哈密瓜可溶性固形物和硬度的特征波长, 并将原始光谱、 MSC预处理后的光谱和所筛选的特征波长作为输入变量分别建立哈密瓜可溶性固形物和硬度的支持向量机(SVM)预测模型及成熟度判别模型。 结果显示, MSC-CARS-SPA方法所建立的可溶性固形物和硬度SVM预测模型最优, 其Rpre, RMSEP和RPD分别为0940 4, 0402 7, 294 1和0825 3, 3522, 1771。 同时对哈密瓜成熟度进行了判别分析, 并分别建立了基于全光谱、 单一的可溶性固形物或硬度特征波长和主成分分析(PCA)特征融合的哈密瓜成熟度SVM判别模型。 结果显示, CARS-PCA-SVM模型的判别结果与全光谱SNV-SVM模型相同, 其校正集和预测集判别正确率分别为95%和94%。 研究表明, 利用高光谱技术结合特征波长筛选方法可实现同时对哈密瓜可溶性固形物和硬度的定量预测及成熟度判别。
高光谱 哈密瓜 可溶性固形物 硬度 成熟度 特征波长 判别分析 Hyperspectral imaging technology Hami melon Soluble solids content Firmness Maturity Characteristic wavelengths Discriminant analysis 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2184
作为常见的偏振光学元件之一的波片, 如1/4波片、1/2波片和全波片, 被广泛应用于高数值孔径(NA)成像系统(偏光显微镜和浸没式光刻机)的偏振检测技术中。随着系统NA的日益增大, 正确分析和精确计算大角度斜入射光波经过波片后产生的相位延迟变得至关重要。目前的分析方法主要是基于电磁波传播理论和光线追迹法两种。由于前人在使用上述两种方法时, 不仅计算过程较为复杂, 没有最终表达式, 而且计算结果存在较大的差异。首先推导波片中e光波法线的折射率表达式, 然后再推导e光光线的折射率表达式, 最后分别利用电磁波传播理论和光线追迹法导出斜入射光波通过波片后的o光与e光之间的相位延迟。计算结果显示, 利用这两种方法得到的相位延迟最终表达式完全一致。准确地描述了波片的相位延迟特性, 为波片的设计和误差分析提供了严格的理论依据, 具有重要的理论意义和应用价值。
物理光学 波片 相位延迟 双折射 e光 o光 physical optics waveplate retardation birefringence extra-ordinary ray ordinary-ray
波片通常用于测量光学系统的偏振效应。对于大入射角的超高数值孔径（NA）成像系统，待测光不再平行于系统光轴，而是与系统光轴有较大夹角的圆锥形光束，所以在高NA的成像系统中使用的波片不是传统的两片式零级1/4波片，而是正负晶体组合的四片式宽视场角（WVA）1/4波片。分析了WVA 1/4波片的装调角度误差（绕成像系统光轴的旋转误差和垂直于系统光轴的倾斜误差）、晶体的厚度和光轴加工误差所引起的附加相位差。分析结果显示，在NA为1.35的光刻系统中，当四片式WVA 1/4波片的装调角度误差和单片晶体光轴加工误差均为±2°时，后者比前者所引起的附加相位差大10倍以上。分析了WVA 1/4波片装调和加工误差引起的最大附加相位差对高NA光刻系统掩模面光偏振度（DOP）的影响。当WVA 1/4波片的附加相位差在±10°以内时，DOP的偏差可以控制在0.1%的范围内。
测量 波片 相位延迟 误差 光刻机 偏振检测技术
中北大学 信息与通信工程学院 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051
为了测量枪、炮子弹的速度，提出一种基于光电转换的原理光电靶的设计方法。当光电靶工作时，火光或是环境光会影响光电靶产生误触发信号或是不能捕捉住弹丸过靶信号，影响了测试的准确度和灵敏度。采用新型的大面积激光光幕技术设计了光电补偿电路，将其干扰光引起的变化的光电流信号补偿掉，分析其原理，并用实验方法验证了设计的正确性。最后实弹测试其系统的有效性与实用性。结果表明，新型的补偿电路测速系统能够有效地抑制干扰光的影响。
测量与计量 电流补偿 光电靶 速度测量 弹丸 measurement and metrology current compensation photoelectric target velocity measurement bullets
