利用半解析蒙特卡罗方法建立了侧向散射激光雷达的理论模型.根据理论模型研究了多次散射条件下, 大气气溶胶对激光雷达光束的侧向散射机制.通过对理论模型的仿真, 得到了侧向散射光子的空间分布规律, 获得了侧向散射光强和散射系数曲线.比对了能见度分别为5.7 km, 8.0 km, 10.2 km的实验大气条件下仿真与实验获取的散射系数曲线, 发现当模型中大气平均散射因子和非对称因子(μs, g)分别为(0.7, 0.65), (0.45, 0.45)和(0.2, 0.35)时, 仿真与实验的拟合优度优于95%.

设计了基于Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4组合晶体的双波长激光器, 研究了双波长激光器的热效应以及双波长信号的频率差调谐特性.实验中固定抽运功率, 调节组合晶体的温控温度从5 ℃上升到40 ℃, 测得双波长信号的频率差从351.11 GHz下降到316.14 GHz, 频率差与温控温度呈负线性关系, 斜率为-0.95 GHz/℃.对于实验结果, 从掺钕晶体发射谱的温度漂移特性角度进行了分析, 发现激光波长漂移由晶体发射谱随温度的漂移引起, 双波长信号的频率差变化则由不同晶体的温度漂移速率不同引起; 分析结果与双波长激光器频率差实验结果符合较好.

实验研究了在一定抽运条件下, Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4组合晶体双频激光器随温度变化的输出特性。在实验过程中, 设置抽运电流为14.5 A, 以5 ℃为间隔增加组合晶体的热沉温度, 当温度由5 ℃升至40 ℃时, 激光器实现了大于310 GHz的超大频差双频激光信号输出。实验结果发现：输出双频激光信号的功率均与热沉温度呈负相关关系, 拟合出的左、右峰功率随热沉温度的变化率分别为-0.0190 ℃-1和-0.0082 ℃-1; 尤其当热沉温度为32.36 ℃时, 双频激光器达到功率均衡状态。此外, 实验结果还发现输出双频激光信号的波长会随着热沉温度的上升发生线性红移, 其中左峰漂移速度为9.70 pm·℃-1, 右峰漂移速度为6.12 pm·℃-1。

为了使三坐标测量机快速准确地识别出被测零件的位姿, 提出了一种基于三坐标测量机平动的单目立体视觉识别方法, 并对该方法的原理、位姿参数的求解和识别过程进行了研究。根据双目立体视觉原理, 以三坐标测量机带动摄像机沿X轴或Y轴平移, 在两个不同位置分别拍摄被测零件的一幅图像; 利用本文提出的基于边缘图像质心偏移的同名像点匹配方法, 实现单摄像机立体视觉测量, 得到被测零件上各特征点在摄像机坐标系中的三维坐标; 由摄像机标定参数, 进一步计算出各特征点在机器坐标系中的三维坐标; 再结合各特征点在零件CAD坐标系中的对应坐标, 求解出被测零件的位姿参数。组建了识别系统, 进行了识别实验, 结果显示, 识别出的实验件位姿的平移量分别为: txl=32.65 mm,tyl=-90.23 mm,tzl=13.27 mm,旋转角分别为AX=38°,AY=4°,AZ=-5°,整个识别过程用时1.818 s。得到的实验数据表明该识别方法是可行的, 可满足实时测量要求。

为提高三坐标测量机零件位姿识别的效率和准确率, 提出了一种基于图像质心偏移的立体匹配新方法。将CCD摄像机安装在三坐标测量机的Z轴上, 利用三坐标测量机的精确平移特性, 构成单摄像机立体视觉系统,在两个不同位置获取被测零件的实时图像, 对其进行处理得到图像质心, 将图像质心的偏移距离作为约束条件完成立体匹配。该方法避开了极线约束、灰度约束等复杂约束条件, 实验表明该方法可以达到较高的匹配精度, 实验件的匹配时间为1.818s。

采用CO2和Nd:YAG激光器焊接A3钢,结合高速摄像和光谱分析,研究激光深熔焊接阈值的表征及特性。结果表明,以激光功率与光斑直径之比作为深熔焊接阈值的表征参量,深熔焊接阈值与光斑大小无关;而临界功率密度随光斑尺寸不同而变化。YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO2激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO2激光焊接时,蒸气电离形成等离子体,增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。