为提升深松铲的使用寿命,在TC4钛合金板表面进行激光熔覆实验, 以钴基合金粉末与不同质量分数的AZ91D镁合金混合粉末为熔覆材料, 采用Nd: YAG激光加工系统。通过观察熔覆层宏观形貌、检测显微组织和显微硬度, 分析不同质量比例的镁钴合金对熔覆层形貌、显微硬度等影响, 并用晶格结构理论分析了熔覆层结构机理。试验得知, 当镁钴合金粉末的质量比例为1∶300时, 取得良好的熔覆效果。结果表明: 涂层与基体形成冶金结合, 熔覆层显微硬度最高可达862.2 HV, 可以提升深松铲的使用寿命。

为了研究单道次激光熔覆过程中熔池温度对成形质量的影响, 首先进行了不同激光扫描速度下单道次激光熔覆304不锈钢试验, 得到了不同激光扫描速度下熔池温度随时间的变化波动曲线; 随后搭建激光熔覆过程温度监测装置, 通过熔池温度闭环控制系统, 实时调控激光扫描速度, 重新进行单道次激光熔覆试验, 对比分析了监测控制前后熔覆层成形宽度大小和显微组织。结果表明: 熔覆层成形宽度随着激光扫描速度的增加而减小; 随着激光扫描速度的增加, 熔覆层的晶粒变得粗大细长, 晶粒表现为柱状晶; 控制调整前熔池温度波动较大, 幅值较大; 激光扫描速度调整之后熔覆层成形宽度较为均匀, 熔覆层凹凸不平现象减少, 显著优化熔覆层成形质量。

利用OM(光学显微镜)、SEM(扫描电子显微镜)对激光沉积TA15钛合金疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明: 由于激光沉积自身特性, 沉积试样具有较强的组织敏感性, 疲劳裂纹易起源于气孔且裂纹源区有明显的α/β片层撕裂特征并伴随有与α单个片层或α集束尺寸相当的解理断裂平面。疲劳裂纹扩展稳定期路径曲折, 这与片层组织中α集束位向不同有关。一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展, 裂纹扩展遇到α相时主要切过α片层向前扩展, 并伴有二次裂纹的出现; 裂纹稳定扩展期是以疲劳条带机制为主, 也伴随解理断裂机制。

选区激光熔化作为一种新型的绿色制造技术, 在加工内部复杂界面的结构件时有着独特的优势。本文设计了一组带有优化半径的金刚石点阵结构并通过选区激光熔化技术成型, 观察其表面形貌并对比分析了3种不同热处理工艺下试样微观组织的变化。研究结果表明试样成型质量较好, 结构表面带有粘粉和波纹; 同时发现热处理后, 组织中Si相从过饱和的α相中析出, 而Al相在远离Si的区域内均匀分布, 这与未热处理之前的Al、Mg相均匀分布形成对比。

激光立体成形技术逐点逐层的成形方式, 特别适合构件化学成份及显微组织在空间呈现特定分布的梯度材料的成形。本文利用激光立体成形技术, 以不同质量分数配比TA15-xTi2AlNb(x=0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%)混合粉末为原材料, 制备了线性过渡型TA15-xTi2AlNb梯度材料, 研究了梯度材料随着Ti2AlNb含量的增加, 宏微观组织的演化规律及梯度区成份、显微硬度变化规律。研究发现Ti2AlNb的添加对梯度材料宏观晶粒形态影响显著: TA15钛合金部分为外延生长的粗大柱状晶; TA15-20%Ti2AlNb部分底部为外延生长的短柱状晶, 中部发生CET转变, 顶部为近等轴晶; 梯度材料其余部分均由等轴晶组织组成。显微组织方面, 在梯度区内, 随着Ti2AlNb含量的增加, 各成份段组织演化依次为: α+β网篮组织→α+β网篮+次生α′→短针状α+β→大块状α+β→细小α2+B2/β→O+α2+B2; 同时, 显微组织尺寸呈现出先增大后突然增大、又逐渐减小的趋势, 该规律与维氏硬度平均值变化规律相反。

在汽车塑料模具钢P20表面激光熔覆了镍基合金强化层, 利用金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等设备检测了合金强化层的组织和性能。试验结果表明, 激光熔覆可在汽车塑料模具钢P20基材表面获得组织致密, 晶粒细化, 与基体结合牢固的强化层。强化层的硬度呈梯度分布范围为474~678 HV0.2, 比基材提高75.3%以上。激光合金强化试样在20 ℃和200 ℃环境下的耐磨损性比基材提高了33.1%和34.7%。利用激光熔覆对汽车塑料模具表面制备合金强化层, 将大大延长模具的寿命。

本文基于选择性激光熔覆钴铬合金, 对其成形硬度规律及其预测模型进行了研究。结果表明: 钴铬合金化层表面硬度随激光输出功率的增大先升高后降低, 随着激光扫描速度的增加逐渐降低, 随激光送粉速率的增大先升高后降低, 激光钴铬合金化最优工艺参数为激光扫描速度505 mm/min, 激光输出功率1.27 kW, 送粉速率24.21%。钴铬合金化层硬度具有比较均匀的分布, 其厚度为0.60 mm, 平均硬度约为900.21 HV0.1, 比基体硬度增大三倍多; 热影响区厚度约为0.40 μm, 其硬度从850.13 HV0.1降低到200.02 HV0.1, 呈梯度分布。基于Matlab平台, 建立激光熔覆钴铬合金熔覆硬度预测模型, 可对激光熔覆钴铬合金熔覆层的硬度进行有效预测分析。

表征经过激光喷丸处理前后得到的CuNiCrSi合金硬度、疲劳破坏产生的断口形貌、表面残余应力与疲劳寿命, 分析CuNiCrSi合金表面经过激光喷丸强化处理后发生的疲劳性能变化。研究结果表明: 激光喷丸处理实现了硬度提高, 从表面往基体硬度逐渐减小, 能量为2 J比能量为5 J情况下形成的硬度影响层厚度小。以2 J与5 J的激光能量进行喷丸得到的试样残余应力都在表面处达到最大残余应力, 随表面距离的增大残余应力不断降低。经激光喷丸处理引起试样表面裂纹源发生内移使试样表面达到更大的疲劳极限。疲劳断口扩展区生成了二次裂纹, 当激光能量提高后, 获得更大的裂纹长度与深度。各试样都形成了明显的等轴韧窝结构。

铝合金因其优异的性能成为理想的车体材料, 但铝合金表面氧化膜在焊接时易受热分解形成气体, 在高温下被熔池搅入在焊接接头形成气孔。激光清洗技术能有效实现铝合金表面氧化膜的去除, 获得焊后良好的焊接接头。因此, 集成激光清洗与电弧焊接设备, 使激光清洗头随焊枪运动, 并在焊接前将待焊区域的氧化膜去除。结果表明: 通过纵截面无损探伤检测, 激光清洗后焊缝气孔缺陷被抑制, 焊缝成形良好。接头焊缝中心为等轴晶区、熔合线为柱状晶区, 激光清洗未对焊接接头微观组织造成明显转变。对清洗后焊接接头进行力学性能测试, 5083-H111合金焊缝硬度为62.726 HV, 热影响区硬度为66.100 HV, 6061-T6合金焊缝硬度为78.653 HV, 热影响区硬度为82.38 HV。5083合金的拉伸强度平均为185.851 MPa, 6061合金的拉伸强度平均为201.938 MPa。力学性能测试证明激光清洗未对焊接接头力学性能造成明显损伤。

针对3 mm厚的Ti75钛合金, 采用10 kW的连续光纤激光器对材料进行搭接试验, 研究不同工艺参数对焊缝成形的影响规律。通过调节两板间的预留间隙、激光功率、焊接速度以及离焦量来分析焊缝的氧化程度、下塌量、气孔状况和抗拉强度。最后基于焊缝的氧化程度、下榻量、气孔状况和抗拉强度评价焊接接头质量。结果表明, 搭接间隙在0.1～0.15 mm, 激光功率在3 000～3 100 W、焊接速度在0.04～0.045 m/s, 离焦量在-1～1 mm的工艺参数下, 试件氧化程度较低且焊缝成形连续美观, 气孔率较低, 此时的抗拉强度保持在720 MPa以上。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数, 可以对焊缝成形进行有效控制, 提高焊接接头质量。

基于1.0 mm厚6A02铝合金光纤激光填丝焊接试验, 选取具有全熔透特征的三组不同焊缝成形的焊接接头, 着重分析了焊缝背宽比Rw对接头性能的影响。结果表明: 在一定范围内, 随焊缝背宽比Rw的逐渐增加, 接头的拉伸强度逐渐降低, 并伴随着焊缝平均熔宽和焊接接头横截面熔化区面积的逐渐增加, 焊缝中心显微组织逐渐粗化, 接头软化现象更加显著。经历固溶时效热处理, 焊接接头的拉伸性能恢复到较高水平。当焊缝背宽比较小时, 无论是焊态还是热处理态, 接头的综合拉伸性能均最佳。因此, 获得较小焊缝背宽比Rw的全熔透焊接接头是保证更好接头质量的有效措施之一。

为了揭示核主泵屏蔽套用Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接的热力学行为, 借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形, 验证了所建立有限元模型的可靠性。基于验证的有限元模型, 采用改变焊接过程中的夹具拘束和随焊激冷等多场调控参数的方法, 进一步研究了夹具拘束距离、激冷位置以及激冷强度对Hastelloy C-276薄板焊接纵向残余应力和横向收缩变形的影响规律。结果表明, 温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好; 多场调控参数对焊接纵向残余应力和横向收缩变形的分布和大小有显著影响。鉴于焊接纵向残余应力和横向收缩变形是影响核主泵屏蔽套周长尺寸精度、整体稳定性以及超长使役的关键因素, 确定了既降低横向收缩变形又兼顾纵向残余应力尽量小的合理多场调控参数是夹具拘束距离为12 mm, 激冷位置为6 mm以及激冷强度为12 500 W/(m2·K)。

针对矿用电机主轴盘钢材Q235与1Cr18Ni9Ti异种钢焊接件在工作过程中容易出现裂纹问题, 本文通过借助有限元模拟方法对焊接过程中的温度变形情况进行分析, 实现对焊接变形的有效控制。利用UG建立Q235与1Cr18Ni9Ti异种钢的焊接简易模型, 结合正交设计优化方法对焊接工艺进行设计, 同时建立不同工艺参数下的焊接APDL命令流。通过转变模型格式在ANSYS中进行不同焊接工艺过程的数值模拟。利用Design-Expert中心优化方法验证了最优焊接工艺组合并得到了焊接变形的回归函数。通过分析可得焊接速度2 mm/s, 焊接能量强度2.02 kW/mm2, 环境温度为25 ℃时, 焊接效果最佳。结合试验研究验证了正交试验结果的准确性, 并提出在焊缝背宽比约为0.65时为评判焊缝质量好坏的指标, 可为主轴焊接工艺提供实践指导。

本文针对扣式电池的正负极片焊接, 设计专用激光焊接设备, 主要由上料机构、焊接夹具机构、翻转机构及取料小车等部分组成。设备能实现电池极片全自动上料, 焊接前自动抓取极片到指定位置, 自动压紧、自动焊接、夹具自动松开并取料。采用180°翻转机构, 电池负极和电池正极可一次性焊接完成, 无需用夹具进行二次装夹, 提高了生产效率。

在半导体的制造过程中, 为减少RC延时效应, 其中作为绝缘层的low-k材料被广泛引入。由于low-k材料的强度低于二氧化硅, 在芯片切割分离过程中, 传统的刀具切割会产生分层现象。并且由于使用纯水作为切割水, 会使得焊盘表面的金属层发生电化学腐蚀。为改善切割过程中上述因素对产品良率造成的影响, 采用激光开槽与刀具划片相结合的切割工艺。本文主要探究激光开槽相关参数对开槽质量的影响, 以获得高质量的满足后续刀具切割加工要求的晶圆。通过研究发现, 影响开槽质量的参数主要包括: 激光功率、激光频率、开槽速度, 并且经过激光开槽后的晶圆在后续进行切割时会大大提高加工效率。

本文以民用大飞机蒙皮用TC4钛合金材料为实验对象, 进行了不同切割气体和切割参数下, 1.6 mm厚度TC4板材的激光切割实验, 并对切割的表面质量和相变区进行了检测。研究发现, Ar切割表面呈现白亮的金属色泽, N2切割表面呈现黑灰色; 切割缝附近的相变区由重熔区和热影响区组成, 相同参数条件下, N2切割表面粗糙度小于Ar切割表面粗糙度, 但Ar切割相变区深度小于N2切割相变区, 激光热输入是影响相变区深度的主要因素; 同种切割气体气氛下, 板材下表面附近的相变区深度大于上表面附近的相变区深度。

本文在深入研究分析热裂切割玻璃过程中的声发射检测应用过程中, 融入了激光诱导技术, 在激光诱导热裂切割玻璃过程中, 激光器噪声的幅值比较小, 且在整个频带范围内均匀分布, 声发射信号噪声幅值非常小, 且频率低于50 kHz。声发射信号的Gabor时频分析和SPWD时频分析表明, 主频段在1.61 MHa左右会产生的声发射信号。正常裂纹扩展和裂纹故障点时频分布表现为1.61 MHz左右的主频段, 且会出现波包峰值的声发射信号。激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号实际声发射源到传感器距离和计算结果非常接近, 误差不高于2.92%, 这表明, 激光诱导热裂切割玻璃的声发射技术能实时准确的对裂纹扩展的状态进行监测。

本文基于有限元模型, 对船用钢板激光除锈工艺进行了模拟, 并对其参数进行了优化, 当处于2.12~6.00 J/mm2的激光能量密度时, 此时可以有效清除钢板表面存在的锈蚀, 如果能量高出一定范围, 此时将会出现氧化等现象, 为了保持除锈后钢板的清洁度, 使其不低于Sal/2水平, 此时需要确定最佳的除锈工艺。使用点激光除锈技术, 此时沟槽特征将表现的十分规律。沟槽深度与粗糙度Rz之间有显著的相关性。分析基体材料可知, 使用激光除锈工艺技术得到的试样, 其力学性能并未发生显著变化。提高粗糙度Rz的数值, 会使漆膜附着力进一步降低, 控制最佳的Rz匹配范围。如果控制其他条件不发生变化, 分析点激光除锈工艺试样的各项指标, 均与钢板传统喷砂除锈技术相等, 满足实际需求。

开展了波长分别为1 064 nm、532 nm和416 nm, 脉宽均为5 ns的单脉冲激光损伤CCD的实验, 观测并比较了不同损伤阶段三种波长激光各自损伤CCD的视频图像、微观形貌、阈值和芯片引脚的电阻阻值, 分析了CCD的损伤机理。在532 nm和416 nm激光所损伤CCD视频输出图像中发现了并未出现在1 064 nm激光所损伤CCD视频输出图像中的黑点现象; CCD发生损伤时, 微透镜层的损伤状况随辐照激光波长减小而愈加严重; 1 064 nm激光损伤CCD的阈值最高, 532 nm和416 nm激光损伤CCD的阈值相近。与未损伤的CCD相比, 完全失效CCD的基底与垂直移位寄存器的电阻、垂直移位寄存器间的电阻明显下降, 由此推断, 基底与多晶硅电极的短路或多晶硅电极间的短路是造成CCD白屏的主要原因。

针对小圆孔轮廓的精密测量难度大, 构建了一个基于线激光三角法的圆孔尺寸测量系统。对杂散光、激光点间距和激光线倾斜等误差因素进行分析, 设计实验, 搭建了基于线激光三角测距传感器、气浮位移平台和十字滑台的表面形貌测量装置。研究合适的测量系统参数, 通过MATLAB理论仿真圆和实验装置实际测量圆, 获取环规标准件圆孔三维形貌点云数据。利用HOUGH圆变换法、最小二乘拟合圆法和最小距离拟合圆法, 实现高效、准确地计算圆尺寸参数。测试结果表明, 圆心位置的微小改变不影响测量结果, HOUGH圆变换法优于最小二乘法和最小距离法。对于不同直径的环规标准件, 利用HOUGH圆变换法重复测量, 实验测量误差最小2 μm, 当圆孔直径过小时, 杂散光对测量结果影响明显。

在小工件的三维测量任务中, 传统的接触式测量方法测量速度慢、效率低。非接触式测量方法能够实现快速测量, 提高测量效率。然而目前的非接触式测量设备便携性差且价格昂贵。鉴于此, 基于线结构光视觉测量原理, 设计了一套单目便携式测量系统, 利用一个CCD摄像头和一个线激光投射器组成测量系统。在被测工件下面放置一个网格平面靶标, 通过霍夫变换提取网格线, 对网格线进行排序与求交点获得带标签的网格点, 使用带标签的网格点计算出相机坐标系到网格坐标系的转换矩阵以实现点云拼接, 从而得到被测工件表面的完整点云数据。实验表明, 该方法能够实现小工件的快速非接触式三维测量, 测量误差在1 mm以内。

叶片作为航空发动机关键构件, 具有型面复杂、技术性能高等特点, 本文设计一种基于曲面重建的航空发动机叶片测量方法, 通过关节臂测量机的激光扫描功能, 获取叶片点云。结合曲面拟合算法与三维建模软件, 对叶片点云进行曲面重建。将曲面重建的叶片模型和原始模型进行3D比较, 来检验航空发动机叶片质量。将本文方法与传统方法进行对比, 突出其优越性, 并进行实例分析, 证明本文方法的有效性。

为了全面了解线性体制星载激光测高仪测高精度与地物、地形的关系, 本文以机载点云数据为参考数据, 选取美国部分区域为试验区, 采用构建不规则三角网内插的方法, 分析了GLAS激光测高仪数据在不同坡度坡向、不同地物以及升轨降轨的测高精度, 并探讨了GLAS测高精度与激光回波波形的关系。实验结果表明: 在波形展宽较小、坡度平缓的地区, GLAS激光点的高差中误差为0.718 5 m; 在波形展宽较大、坡度陡峭的地区, 中误差为6.532 1 m。针对波形较为理想的农地, 湖泊两类地物的高差中误差分别为0.624 7 m、1.578 6 m, 针对波形变形严重, 回波波峰不明显的沙漠、林地地区的高差中误差分别为2.055 1 m和7.136 9 m。在平坦地区, 当采用升轨测量模式时激光点高差中误差为0.618 3 m; 而降轨测量的高差中误差为0.849 2 m。总体而言, 不同坡向条件下, GLAS激光点的测高值要高于实际地面高程。

滤波是机载激光扫描的核心处理步骤之一, 其主要任务是分离地面点和非地面点。经典渐进式不规则三角网致密化(Progressive TIN Densification)在众多滤波算法中效果较好、精度较高, 但是PTD滤波算法阈值确定需要人工干预, 无法满足自适应滤波。本文针对关键格网参数阈值提出等值线确定方法, 利用等值线的连续性、闭合性, 根据建筑物同一边缘区域的明显高差来确定最大建筑面积与格网的参数阈值。实验证明通过等值线确定的面积与格网参数阈值对于具有建筑物的复杂地形有着更好的滤波效果。

为了解决工业机器人线结构光视觉引导系统在测量目标物体棱边时难以保证定位基准精度的问题, 提出了多个线结构光视觉传感器组合测量的方法。首先使用单个线结构光视觉测量系统对目标物体的棱边进行测量分析, 通过改变目标物体的位姿找出测量系统中存在的问题; 之后结合单目线结构光视觉测量系统的不足, 设计线结构光视觉测量系统的组合测量方案, 并对各测量系统的测量位置进行了合理布局, 理论论证得出: 四组线结构光视觉测量系统的组合测量方法可以达到测量物体任意位姿的目的; 最后对该组合测量方法进行了测量系统的实验验证以及控制系统的仿真验证, 实验结果表明测量误差均值为0.13 mm, 对机器人的位姿引导误差期望值为0.3 mm, 证实了方法的有效性。

针对传统点云匹配算法的局限性造成的点云匹配时间、效率低的问题, 本文对传统算法在点云配准中进行了研究, 有效改进了传统算法的局限性。本文搭建了双目视觉平台, 并对其进行了参数校正以获取更高精度的点云数据, 采用了八叉树算法对获取的数据进行了拓扑关系的建立, 然后利用八叉树改进的ICP配准算法进行精确配准, 并使用测得的数据进行了验证实例, 结果表明, 此方法能够有效提高精度和效率。

随着近年来激光在汽车领域的兴起, 使用激光车灯代替普通LED车灯已成为不可阻挡的趋势, 但目前国内对激光车灯照明研究相对较少。本文首先依据450 nm蓝光激光器对不同厚度的荧光陶瓷片所产生光亮度进行研究、其次使用450 nm对不同材料的荧光陶瓷片所产生的亮度进行了对比分析, 并简述了其变化规律和物理机制, 实验结果表明控制荧光陶瓷片的厚度和材料可以有效地改变激光照射在荧光陶瓷片上所产生的光亮度, 从而为激光照明在荧光陶瓷片的选择提供一种新的思路。

磁四极跃迁1S0-3P2是镱原子的一个重要跃迁, 为了利用该跃迁研究超出标准模型的新物理, 需要利用507 nm激光实现该跃迁的直接激发。本文基于光纤耦合与单透镜耦合两种方式在波导型周期性极化铌酸锂中实现了1 014 nm激光到507 nm激光的倍频转换。通过测量倍频光功率随晶体温度的变化曲线研究了晶体的光学不均匀性; 依据倍频光功率与基频光功率的关系研究了耦合透镜焦距对倍频转换的影响; 实验显示, 21 mW 1 014 nm激光经光纤耦合入射铌酸锂晶体后得到316 μW的507 nm激光输出, 且透镜耦合中随着耦合透镜焦距的减小倍频光输出功率逐渐增加。

基于红外光谱吸收型的气体传感器是目前最为有效、应用最广泛的瓦斯浓度测试方案。本文基于红外分子光谱学原理, 采用MEMS红外收发组件作为气体敏感部件,首先对红外气体传感器的基本原理进行了分析, 得到了探测器红外感光特性与气体浓度变化的关系, 采用C8051F040单片机作为控制核心, 完成了气体传感器总体方案设计, 提出了具有带通放大功能的信号调理电路以实现噪声抑制, 有效提高检测信噪比; 针对气体传感器的信号检测电路, 从硬件层面进行了详细的叙述, 主要包括电源管理、驱动控制、CAN总线通信、数据采集处理及控制等功能模块, 描述了信号软件设计流程和方法; 最后, 完成了信号检测电路搭建和传感器样机研制, 进行了常温条件下的CH4浓度测试, 测试结果表明研制的气体传感器测试数据与之前的分析结果完全一致, 具备高精度、微型化、低功耗的技术特点。

目的: 采用网状meta分析方法比较Nd:YAG激光、Er:YAG激光单独或联合龈下刮治术和根面平整术治疗牙周炎的临床疗效。方法: 计算机系统检索PubMed、Embase、The Cochrane Library、中国生物医学文献数据库、中国知网、维普中文科技期刊全文数据库、万方数据期刊论文资源, 文献发表时间为建库至2019年12月30日, 由2名研究者独立进行文献检索、筛查, 提取信息包括第一作者、文献发表时间、干预措施、样本量、随访时间以及其临床观察指标。采用STATA 14.0进行网状meta分析。结果: 共纳入25篇文献、858例牙周炎患者。网状meta分析结果示, Nd:YAG+Er:YAG+SRP在治疗后3个月和6个月PD、CAL减少量中均优于其他疗法, 大部分差异有统计学意义; 排序结果显示, Nd:YAG+ Er:YAG+SRP在治疗后3、6月PD、CAL减少量中均排第一。结论: Er:YAG激光联合Nd:YAG激光辅助SRP临床疗效较单一激光好, 是牙周炎的有效治疗方法。