陕西理工大学机械工程学院，陕西 汉中 723001
为提高碳纤维复合材料的激光切割质量，采用响应面法以切缝入口宽度、热影响区宽度和切缝锥角为响应指标，建立了各响应指标的数学模型。然后分析了各激光参量的交互作用对响应指标的影响规律，以各响应指标最小化为目标，得到参量优化组合为激光功率755 W，切割速度20 mm/s，离焦量-0.6 mm，气压0.7 MPa，并获得了响应指标的预测值。在参量优化组合下进行了激光切割试验，得到了响应指标切缝入口宽度、热影响区宽度和切缝锥角与预测值的差值分别为12.73 μm、6.55 μm和0.12°，均在预测值的波动范围内，证明了参量优化组合的有效性。采用参量优化组合的激光切割试件比优化前的试件胶接拉伸剪切强度提高了22.86%，表明了参量优化组合后，不但改善激光切割质量，而且降低了激光切割对材料的力学性能影响。
激光光学 激光切割 碳纤维复合材料 参量优化 响应面法 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1314005
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了解决殷瓦合金焊接中易出现的焊接缺陷问题, 研究了液化天然气(LNG)船用薄板殷瓦合金搭接焊(上下板厚度均为1.5mm)工艺参量。通过设计制造气体保护盒, 采用数值仿真分析和正交试验的方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了殷瓦合金搭接焊最优工艺参量。结果表明, 气孔缺陷在完全保护气下得到有效抑制, 殷瓦合金搭接焊的最优工艺参量为激光功率3.4kW、焊接速率1.3m/min、离焦量+20mm、激光入射角5°、激光光斑能量分布2∶1;在此最优工艺参量下, 焊缝表面呈银白色, 无气孔等缺陷, 焊缝处硬度小于母材但大于热影响区, 拉伸强度为417.16MPa, 达到母材的94.8%, 且仿真结果与试验结果误差较小, 证明了本文中所建立的仿真模型的可靠性。这一结果对殷瓦合金激光搭接焊工艺参量数据库搭建是有帮助的。
激光技术 工艺参量优化 激光自熔搭接焊 Invar36合金材料 laser technique process parameters optimization laser self-fusion lap welding Invar36 alloy meterial
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了研究地铁车顶SUS301L不锈钢叠焊工艺中对熔宽熔深的技术需求, 运用数值模拟技术分析了各项焊接工艺参量对熔宽熔深的显著影响, 采用正交实验法则对工艺参量进行了优化设计, 取得了激光焊接SUS301L不锈钢薄板的工艺参量。结果表明, SUS301L不锈钢薄板激光焊接在激光焊接功率为1050W、焊接速率为36mm/s、离焦量为1mm、保护气体流量为25L/min时, 熔宽和下板熔深分别为1216.4μm和407.4μm;在最优工艺参量条件下, 焊缝表面呈银白色, 连续且完整, 焊缝区为等轴晶与柱状晶, 焊缝平均拉剪强度为2559.96kN;仿真结果与试验结果具有较好的一致性, 表明所建立仿真模型的正确性。该研究为后期工艺数据库的搭建提供了参考。
激光技术 激光叠焊 正交试验 SUS301L不锈钢板 工艺参量优化 laser technique laser lap welding orthogonal test SUS301L stainless steel welding parameters optimization
1 河北大学 质量技术监督学院, 保定 071002
2 河北大学 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心, 保定 071002
为了研究激光调制参量对二次谐波信号峰值、信噪比、峰宽、对称性以及信号完整性的影响, 基于硬件实验系统与Simulink仿真模型进行分析, 验证了理论模拟结果与此硬件系统下信号变化趋势的一致性, 同时确定了CO2检测系统的最佳调制参量。通过实验系统对不同体积分数的CO2在1432.04nm处的吸收光谱进行了测量, 建立主吸收峰处信号强度与不同体积分数CO2的反演模型, 分析了系统性能及测量精度。结果表明, 线性拟合系数R2=0.9998, 气体体积分数反演最大相对误差为0.7333%, 系统检测限为0.0074%; 通过调制参量的优化选择可以获得较为理想的二次谐波信号, 从而实现待测气体体积分数的精确反演。该研究为检测系统中调制参量的优化提供了重要参考, 为系统测量精度的改善提供了指导。
光谱学 调制参量优化 建模仿真 可调谐二极管激光吸收光谱 体积分数反演模型 spectroscopy modulation parameter optimization modeling and simulation tunable diode laser absorption spectroscopy volume fraction inversion model
南京大学 现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
大尺寸、大数值孔径、宽波段的消色差平面透镜设计是成像技术的一个瓶颈性问题，也是近年来超构透镜研究领域的一个重要挑战，主要原因是透镜的各个参量之间存在内禀的制约关系。文中结合消色差透镜的群时延理论及透镜的相位分布，通过理论分析给出各参量之间的半定量制约关系。同时，分别通过拓扑优化和直接二值搜索的方法，设计了不同参量下的消色差超构透镜和多阶衍射透镜，发现在保持效率80%左右的前提下，透镜尺寸增加了一倍，数值孔径或波段宽度减少了一半，而透镜厚度则随尺寸成线性增长。该结果表明，这两类平面透镜具有相同的內禀参数依赖关系，即透镜尺寸与数值孔径和波段宽度呈现反相关、与透镜厚度呈现正相关的关系，这与理论预测基本一致。
平面透镜 消色差 参量优化 flat lens achromatism parameter optimization 红外与激光工程
2020, 49(9): 20201032
1 江苏大学 机械工程学院, 镇江 212013
2 常州市大型塑料件智能化制造重点实验室, 常州 213164
为了解决激光透射难以实现连接聚苯乙烯与钛的问题, 采用氧等离子体处理后的聚苯乙烯与经激光表面处理的薄钛进行了激光透射连接。建立了激光透射连接工艺参量的数学模型, 分析了工艺参量对连接强度的交互式影响, 得到了优化工艺参量。结果表明,经过处理后的聚苯乙烯与薄钛再进行激光连接时, 其连接强度从0.5MPa提高到6.0MPa以上, 有效解决了聚苯乙烯与钛的激光透射连接难题; 通过优化工艺参量可获得最优的工艺参量组合。该研究为此工艺的工业应用奠定了基础。
激光技术 工艺参量优化 激光透射连接 响应曲面法 氧等离子体处理 表面处理 钛 聚苯乙烯 laser technique process parameter optimization laser transmission bonding response surface method oxygen plasma treatment surface treatment titanium polystyrene
长安大学 电子与控制工程学院, 西安 710064
为了提高激光三角测距精度、优化传感器设计过程中的光学参量,采用数学建模和计算机辅助分析的方法,解析了激光三角测距传感器中的关键参量与测量系统各指标的关系,并采用一种基于粒子群算法的参量优化方法,得到符合系统优化要求的光学参量,进行了理论分析和验证。结果表明,在进行参量设计时,各参量相互牵制;确定了粒子群搜索空间和约束;在灵敏度Smin达到2.2386mm时,系统分辨力可达到2.8μm,且其它各参量取值符合系统要求,同时优化效率大大提高。该优化方法算法简单、操作方便。
传感器技术 参量优化 粒子群算法 激光三角测距法 sensor technique parameter optimization particle swarm optimization algorithm laser triangulation method
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
雪崩光电二极管(APD)具有频响宽、灵敏度高的优点, 在激光测距中有重要应用。为了分析APD电外差混频技术对系统信噪比的影响, 建立了APD的数学模型, 仿真分析了偏置电压直流分量与信噪比的关系, 以及APD击穿电压变化时对信噪比的影响。结果表明, APD电外差混频技术会降低APD输出信号的信噪比, 但它降低了后续电路处理带宽, 有利于系统整体信噪比的提升;当APD输入光信号较微弱时, 采用电外差混频技术, 可有效提高系统整体的信噪比。
光电子学 雪崩光电二极管 电外差混频 信噪比 参量优化 optoelectronics avalanche photodiode optoelectronic mixer SNR parameter optimization
1 湖南大学 激光研究所, 湖南大学 410082
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型.首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验.结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内.综合说明该优化模型具备良好的优化能力.
激光技术 激光修锐 神经网络 粒子群算法 工艺参量优化 laser technique laser dressing neural network particle swarm algorithm process parameters optimization
