针对钣金零件轮廓尺寸高精度测量面临尺度增大造成的测量精度下降问题, 提出了准确获取零件上表面的边缘方法和厚度转换模型。首先, 结合光学成像理论分析了背光光源下不同厚度钣金零件的边缘特性, 提出厚度零件具有上下边缘特征, 然后根据平板零件图像的边缘分布特征, 采用Canny算子初定位边缘, 用多项式拟合算法实现亚像素边缘精确提取, 对含有上下边缘的轮廓提出平均距离法获得上表面边缘, 并针对厚度引入的误差提出了厚度转换模型进行边缘修正, 获取零件在标定平面上的真实边缘, 最终结合标定数据求取零件尺寸。实验结果表明, 在1×0.75 m2的视场内, 1~5 mm厚、500 mm×500 mm零件的测量精度达到了0.05 mm, 满足了钣金加工测量的需求。

通过改变激光功率、扫描速度、光斑直径、扫描次数及板料宽度对2 mm厚度的AISI304不锈钢板料进行激光热应力弯曲试验, 分析了各工艺参数对弯曲角度的影响规律, 对工件表面烧蚀情况进行评价, 并对板料金相组织进行观察分析。试验结果表明: 在试验参数范围内激光扫描次数、光斑直径、扫描速度和板料宽度对弯曲角度呈近似线性规律, 而激光功率对弯曲角度的影响不呈线性规律; 较大的面能量密度产生较大的弯曲角度。可通过工艺参数的合理组合在保证板料表面质量的前提下采用较大的面能量密度进行扫描以提高弯曲变形的效率。以上研究为精确控制板料激光弯曲成形奠定基础。

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响, 采用数值仿真的方法, 选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟, 分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明, 中空激光加载后, 板料获得初速度, 光斑区域的速度逐渐减少, 区域外的速度逐渐增加, 带动整个板材的运动; 与实心激光冲击板料变形比较, 板料底部变形区较为平坦, 变形比较均匀, 提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律, 为中空激光冲击成形技术提供了依据。

提出一种测定板料塑性应变比的新方法。在对双相机进行离线标定以后，利用双相机动态采集板料在单向拉伸时表面变形过程的数字图像，获取在时间轴上相同步的两套图像序列；对这些图像采用立体视觉技术和数字图像相关方法重建各个变形时刻板料表面三维外形；并根据有限应变理论计算局部最大最小主应变；最后利用均匀塑性变形期间相同变形时刻局部应变近似相等的性质，换算出长度与宽度方向的应变，进而计算出板料的塑性应变比。在GB/T 5027-2007标准规定的实验条件下完成了对深冲铝板6016T4PD，硬铝2A12-T4，2A12-O等的塑性应变比测量。结果显示本文方法快速、准确。

金属板材的激光弯曲成形是一种新型非接触、无模和无外力、无回弹的柔性成形方法,其弯曲过程受到许多工艺因素的影响。以航空用铝锂合金薄板为研究对象,用半导体激光器对影响板材激光弯曲成形的主要因素进行了系统的试验研究。研究结果表明,在其他工艺参数一定的条件下,弯曲角度随着激光功率、扫描次数、板材宽度的增大而增大;随着扫描速度的增大,弯曲角度先增大后减小;随着扫描线距自由端的增大,弯曲角度先减小后增大;随着光斑直径的增大,弯曲角度先减小,后增大,再减小;随着板材厚度的增大,弯曲角度减小。

激光冲击成形(LPF)技术利用激光与物质相互作用时产生的等离子体冲击波进行塑性变形,它结合了激光冲击强化与塑性成形的优点,在大型复杂曲面零件成形、微机电系统结构元器件制造、装配、整形等领域具有深远应用前景。介绍了LPF的历史背景,根据变形模式将其分为凸面成形和凹面成形两大类,分析了成形机理和技术优势。在几何形状、材料性质、成形缺陷、分析手段等方面,阐述了其研究现状,并就其存在的主要问题和研究动态进行了深入讨论,指出了发展过程中面临的机遇和挑战。

将数字图像相关方法用于物体表面发生大变形时的图像匹配时,经常因变形区域非线性变形和变形过大而遇到问题。借鉴已有的分段测量思想,提出了一种改进的位移测量方法。该方法根据图像间的相关程度将图像序列中的某一阶段图像重新选取为参考图像,然后将先前匹配得到的该图像上的亚像素子区中心圆整成整像素整坐标,从而可以直接利用数字图像灰度分布作为该参考子区的灰度分布进行数字图像相关计算。对像素圆整过程中损失的精度,利用连续介质的变形连续性概念进行精度补偿。另外提出用生长法获取初始匹配点,提高了匹配点对生成效率,并且根据由生长法获取的待匹配点集与由相关计算得到的最优匹配点集之间的比率实现参考图像的自动选取。实验对比和精度分析显示所提方法有效、可靠,匹配精度在0.01 pixel量级。

分析了金属板料激光冲击成形的加工过程,为解决不同实验参数下金属板料变形量难以控制,实验参数难以优化的问题,提出了基于神经网络的控制板料变形量的方法,建立了激光加工参数与板料最大变形量之间的神经网络模型,编写了相应的控制软件,并应用该模型对SUS304,LD31,TA2和Al-Mg 4种不同板料在不同实验条件下进行冲击实验。结果表明,采用该方法可有效地优化冲击实验参数,控制板料变形量。

为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况，采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验，同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟。结果表明，激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质；激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素，且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大；激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布，而是沿径向减小。

在对激光喷丸成形(LPF)机制分析的基础上, 采用ABAQUS软件对激光喷丸成形过程进行了有限元数值模拟, 分析了激光喷丸后板料的变形和残余应力场的分布情况。结果表明激光喷丸在板料表层的塑性变形层中诱导出压应力, 在塑性变形层以下部位出现拉应力, 这种应力分布形式打破了板料内部原有力系的平衡, 促使板料发生弯曲变形, 从而使板料内部应力重新分布以达到新的平衡, 最终在板料厚度方向形成上下两面为压应力, 而中部为拉应力的新的残余应力场。研究结果对理解激光喷丸成形过程及其本质, 进行激光喷丸工艺参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和进一步的实验研究具有指导意义。