采用激光熔覆技术成功制备了Inconel 625/WC-12Co复合涂层,对添加有WC-12Co(质量分数为5%、10%、15%)复合涂层的物相成分、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:WC-12Co颗粒在涂层中分布均匀,大部分呈完整球形形态,仅有少部分发生了熔解;随着WC-12Co添加量的增加,复合涂层的组织明显细化,涂层中有多种碳化物产生,主要包括NbC、M23C6;未熔化的WC-12Co颗粒抑制粗大柱状晶的生长,WC-12Co颗粒周围以等轴晶和短的柱状晶为主,Mo、Nb两种元素在晶界发生了明显偏析;复合涂层的显微硬度从264 HV0.2逐渐增加到308 HV0.2,磨损率从10.5004×10 -4mg·m -1降低至0.5768×10 -4mg·m -1。故WC-12Co的添加可以显著增强Inconel 625基复合涂层的耐磨性能。

紫外-可见吸收光谱法不仅可以应用于分析藻胆蛋白种类以及纯度, 还可以用于分析并指导其提取纯化过程。 以巢湖新鲜蓝藻为实验原料, 以CellufineA-500与羟基磷灰石为填料, 运用柱层析法精致纯化藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白; 根据两种填料对应的洗脱峰在洗脱曲线上的特点, 充分利用藻红蛋白、 藻蓝蛋白、 别藻蓝蛋白与核酸、 类胡萝卜素、 一般蛋白质的紫外-可见光谱特性的差别, 研判洗脱峰组分与含量的动态变化。 通过紫外-可见吸收光谱法分段研究两种填料柱层析法精致纯化藻胆蛋白洗脱峰的光谱学特征及其变化规律, 能够定性定量地判断出各洗脱峰的组分和含量变化; 结合两种填料的特性, 能够分析出藻蓝蛋白、 别藻蓝蛋白、 藻红蛋白等的电荷特性与配位能力强弱, 从而揭示两种柱层析填料分段洗脱的内在机理和本质。 在CellufineA-500纯化藻胆蛋白过程中, 随着洗脱液的更换, 洗脱曲线上会出现4个洗脱峰, 经扫描取样点的紫外-可见吸收光谱分析后发现: Ⅰ峰主要成分为带正电荷或电中性的杂蛋白与类胡萝卜素; Ⅱ峰主要成分为带少量负电荷的藻红蛋白、 杂蛋白与核酸; Ⅲ峰主要成分为带有较多负电荷的高纯度藻蓝蛋白及少量别藻蓝蛋白, 且由于藻蓝蛋白与别藻蓝蛋白未能完全分离, 制约了藻蓝蛋白纯度的进一步提高; Ⅳ峰主要成分为带有大量负电荷的杂蛋白与低纯度藻蓝蛋白。 在羟基磷灰石纯化藻胆蛋白过程中, 随着洗脱液的更换, 洗脱曲线上出现3个洗脱峰, 经扫描取样点的紫外-可见吸收光谱后发现: Ⅰ峰主要表征为阳离子或碱性蛋白质的杂蛋白、 核酸与类胡萝卜素成分等; Ⅱ峰主要表征为与钙离子结合生成较弱配位键的高纯度藻蓝蛋白成分, 且由于藻蓝蛋白与别藻蓝蛋白能完全分离, 有利于藻蓝蛋白纯度的进一步提升; Ⅲ峰主要表征为与钙离子结合生成较强配位键的高纯度别藻蓝蛋白成分。

为了解决周期性爆发的巢湖水华蓝藻难以处置的问题, 同时改善低密度聚乙烯材料降解周期长的现状, 以低密度聚乙烯(LDPE)为基体, 以巢湖新鲜水华蓝藻制得的蓝藻粉为生物材料, 以马来酸酐接枝聚乙烯 (PE-g-MAH)为增容剂, 以聚乙烯蜡和白油为润滑剂制备复合材料。 设置蓝藻粉含量和增容剂含量2个因素作为实验因素, 实验材料按一定比例充分混合后, 双螺杆挤出制得了复合材料颗粒, 再经过注塑方式获得待测样条。 通过紫外-可见光谱扫描(UV-VIS)联合傅里叶变换红外光谱扫描(FTIR)的光谱学方法了解水华蓝藻粉、 增容剂和复合材料的光谱学特征, 分析复合材料制备过程中的结构变化, 能够先决性判断该种实验方法对制备新型生物材料的可行性。 并以力学性能测试和扫描电镜(SEM)等方法作为辅助手段, 与光谱分析的结果相互反馈, 充分分析水华蓝藻粉、 增容剂含量对复合材料结构与性能的影响。 结果显示: 通过紫外可见光谱分析, 蓝藻初提液在260和620 nm处出现藻蛋白质的特征吸收峰, 表明了蓝藻细胞液中藻蛋白的存在, 具备作为生物反应材料的基本条件。 红外光谱分析可知, 蓝藻粉在1 630, 1 540和1 440 cm-1附近出现特征吸收峰, 符合酰胺键的出峰规律, 在3 300 cm-1附近出现O—H的特征吸收峰, 进一步验证了蓝藻粉活性位点的存在; 马来酸酐的红外光谱图中, 酸酐在1 850和1 740 cm-1处出现CO基的特征峰, 环状酸酐中C—O—C的伸缩振动特征峰出现在1 200 cm-1附近; 而经过反应所得的复合材料红外光谱中, 除聚乙烯的特征吸收峰以外, 蓝藻粉中的酰胺键和O—H, 以及马来酸酐对应得特征吸收峰都已减弱或消失了, 基本可以推测马来酸酐与—OH发生了开环酯化反应, 马来酸酐在生物复合材料的制备过程中起到了连接两个不同反应体系的作用。 而且, 通过扫描电镜可直观的看出, 蓝藻粉含量增加将会导致复合体系中成团现象加剧, 增容剂的加入增强了复合体系界面的粘结性; 力学性能测试的结果为蓝藻粉含量的增加导致复合材料力学性能下降, 尤其冲击性能下降显著降幅达54.10%; 当蓝藻粉的添加量为15.00%时, 随着增容剂用量的增加, 材料的拉伸强度、 弯曲性能和冲击性能均呈现先增大后减小的趋势。 扫描电镜和力学性能的结果也从侧面验证了光谱分析结果的前瞻性和正确性, 避免了盲目实验带来的资源浪费等问题。 综合考虑, 该生物复合材料可选取蓝藻粉含量15.00%, 增容剂含量3.00%, 聚乙烯蜡和白油用量3.00%和1.00%的配方, 此时的力学性能为: 拉伸强度为11.70 MPa, 冲击强度为20.00 kJ·m-2, 弯曲强度为8.80 MPa, 弯曲模量为220.00 MPa。

为研究同轴送粉熔覆中YAG激光束与粉末流的相互作用机理, 采用CCD检测技术, 对不同功率、不同送粉量下粉末流分布进行检测, 得到不同参数下粉末流的图像、灰度分布图和伪彩色分布图。结果表明: 随着激光功率增加, 粉末流图像由暗变亮, 最后到白炽状态, 其温度逐渐升高。激光功率400 W时, 随着送粉量的增加, 粉末流图像由暗变亮, 到一定程度后变暗。该检测结果可用于激光熔覆工艺优化, 提高熔覆的质量以及材料的利用率。

为研究激光熔凝中熔池的光谱辐射特性, 采用光栅光谱检测技术, 检测了激光定点辐照和不同速度下45钢熔池光谱, 得到不同功率、不同速度的光谱分布。结果表明: 功率500 W激光定点辐照下, 在波长532 nm处熔池光谱相对强度最高为1 936, 激光继续辐照时光谱相对强度不再增加, 达到准稳态状态; 激光功率1 000 W时, 532 nm波长处熔池光谱相对强度最高3 010, 有部分光谱曲线饱和。激光熔凝熔池光谱波动与熔凝表面质量存在一定的关系, 激光功率950 W, 扫描速度1 mm/s时, 熔池光谱相对强度波动较大, 在565 nm处光谱线波动500, 熔凝质量较差; 扫描速度4 mm/s时, 可得到较平整的熔凝层, 光谱谱线最大波动在220～310。对定点辐照下熔池光谱中的发射谱线标定表明, 线光谱主要由FeI辐射。该检测结果可用于激光熔凝工艺优化, 实现激光熔凝的在线监控和反馈控制。

机器视觉系统对于提高激光机器人再制造质量有重要作用。针对浅斑类缺陷无法在点云数据中定位的问题，开发了专用识别系统，将二维图片和三维点云结合起来实现该类缺陷的三维检测。对灰度图片进行处理，包括图像频域增强、区域标记和区域合并等，实现了二维图片中的缺陷定位；利用双目立体视觉系统对再制造零件表面进行扫描，获取零件表面三维点云数据，同时将二维缺陷边界转换为三维缺陷边界，实现了点云数据中缺陷的定位。实验结果表明，该系统能有效识别浅斑类缺陷，并且再制造精度高。

损伤零件缺陷区域的三维形貌检测对于激光机器人加工过程的智能化具有重要作用。系统实现了激光加工中损伤零件的缺陷识别，并提出损伤零件缺陷边界检测的高精度算法。利用基于点特征面积累加的法矢法识别出缺陷边界点，生成初始缺陷边界，针对初始缺陷边界具有不连续、多分支、锯齿状边界等问题，提出了三步优化处理方法，最终得到封闭、高精度的损伤零件的缺陷边界。系统运行处理速度快，精度高，可完全满足工业零件智能化激光再制造的要求。

机器视觉技术对激光机器人加工过程检测与控制具有主要作用。基于CCD/CMOS光电视觉技术，开展了激光再制造机器人零件三维几何形貌重建、激光熔池温度场、同轴送粉粉末流浓度场等3种机器视觉系统研究。3D形貌机器视觉系统：扫描宽度200 mm,扫描速度10~50 mm/s，最大误差小于1 mm。温度场机器视觉系统:测温范围700 ℃~2400 ℃，精度50 ℃。粉末流场机器视觉系统：粉末流量检测范围1~100 g/min。3种系统均可进行实时检测,且体积小，能方便地与机器人安装、耦合。

逆向工程模型重建过程中在曲面和实体转换时常会出现曲面缝隙过大难以缝合成实体的情况, 而且不同的造型软件系统精度不同, 经常存在转换失败的现象, 因此, 在某些应用上用网格化模型代替实体模型能简化造型过程, 获得较高的效率。获取高质量的三角网格模型是逆向重建的关键。但是目前空间点云数据得到的网格化模型的形状无法控制,细节特征表现也不足,不能很好地指导机器人加工, 故在基于体算法的基础上提出了法矢量过滤法。实验证明,改进后的算法极大地提高了空间点云网格化的精度, 能保证最终生成的三角网格与原型的拓扑结构一致,并能很好地用于激光再制造中指导机器人的加工。