期刊基本信息
创刊:
1981年 • 双月刊
名称:
应用激光
英文:
APPLIED LASER
主管单位:
上海科学院
主办单位:
上海市激光技术研究所
出版单位:
应用激光
主编:
王之江
ISSN:
1000-372X
刊号:
CN 31-1375/TN
电话:
021-64700560-4
邮箱:
地址:
上海市宜山路770号
邮编:
200233
定价:
55元/期

本期栏目 2021, 41(6)

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应用激光 第41卷 第6期

作者单位
摘要
应用激光
2021, 41(6): 1
作者单位
摘要
应用激光
2021, 41(6): 1
作者单位
摘要
1 厦门理工学院机械与汽车工程学院, 福建 厦门 361024
2 福建省客车先进设计与制造重点实验室, 福建 厦门 361024
3 同济大学机械与能源工程学院, 上海 201804
通过数值模拟与试验研究相结合的方法, 针对SiO2活性剂的添加对激光焊接304不锈钢厚板熔池流场动态行为的影响规律展开深入研究。首先建立活性激光焊接不锈钢厚板的数学模型, 数值研究活性剂对熔池流体流动的影响; 然后基于钨粒子示踪原理, 采用高速摄像系统进行实时监测, 试验研究活性剂对熔池流场的作用机制。结果表明, 活性剂的涂敷会对熔池流体流动方式产生一定的影响。熔池上表面出现从熔池两侧到中心的速度向量, 熔池横截面出现从熔池边缘到中心的涡旋。结合示踪钨粒子由熔池边缘向中心运动的现象, 说明涂覆活性剂后流体的流动方向发生了改变, 由熔池边缘流向熔池中心。同时, 活性剂的涂敷会改变熔池流体的流速, 涂敷活性剂的试样上表面、纵截面和同一位置横截面的流体流动最大速度较未涂敷活性剂分别增加了25.8%、8%和33.8%。
激光技术 流体流动 熔池 焊接 活性剂 laser technique fluid flow molten pool welding active agent 
应用激光
2021, 41(6): 1155
作者单位
摘要
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
2 湖北三江航天红阳机电有限公司, 湖北 孝感 432100
3 核工业工程研究设计有限公司, 北京 101300
通过激光深熔焊加工了两条锁底焊缝, 进行X射线DR试验和显微CT试验, 重点研究激光锁底焊缝内部气孔深度分布特征。首先分析板状结构激光锁底焊缝气孔分布DR图像。然后通过显微CT重建锁底焊缝三维结构, 在1号锁底焊缝和2号锁底焊缝内部分别提取出134个和126个气孔, 定量分析气孔直径, 并通过气孔中心位置分析气孔深度分布特征, 得到了有效焊深区间以内和有效焊深区间以外的气孔分布信息。结果表明: 两条锁底焊缝内部绝大部分气孔直径在1 mm以下, 且1号锁底焊缝和2号锁底焊缝分别有73.1%和64.3%的气孔分布在同一深度范围。最后, 按照企业激光焊缝X射线验收标准, 根据X射线DR检测结果和显微CT检测结果, 两条锁底焊缝都被评为Ⅲ级焊缝。
激光锁底焊缝 气孔 三维成像 深度分布 lock joint by laser welding pore three-dimensional imaging depth distribution 
应用激光
2021, 41(6): 1162
作者单位
摘要
1 中车大连机车车辆有限公司, 辽宁 大连 116022
2 大连科技学院机械工程学院, 辽宁 大连 116052
3 大连交通大学材料科学与工程学院, 辽宁 大连 116028
铝合金具有密度低、比强度高、耐蚀性强和成型性好等优点, 已经成为高速列车车体轻量化制造的主要材料。激光-MIG复合焊接热输入低、焊接速度快、工艺稳定性高, 是高速列车铝合金车体低变形、高效率、高质量焊接的理想技术。针对高速列车用6 mm厚6082-T6铝合金开展激光-MIG复合焊接工艺特性研究, 系统研究复合焊接工艺参数对焊缝成形及内部气孔缺陷的影响规律, 分析接头的组织特征、硬度分布及力学性能。研究结果表明: 在获得全熔透接头条件下, 激光功率在较大的变化范围内均可获得无气孔缺陷的焊缝; MIG电流显著影响气孔缺陷的分布位置, 当MIG电流大于150 A时气孔缺陷主要分布在焊缝的熔合线附近; 气孔缺陷的含量及尺寸随着焊接速度的增加而显著增加; 热源间距为3 mm左右、保护气流量小于25 L·min-1时均有利于降低气孔缺陷含量。焊缝组织由等轴晶区、柱状晶区、半熔化区和过时效区组成, 电弧作用区的半熔化区和过时效区宽度均大于激光作用区。接头热影响区存在两处明显的软化区域, 分别位于熔合线附近和远离熔合线2~4 mm的区域。接头的平均抗拉强度为255.1 MPa, 达母材的82.3%, 试件断裂于热影响区, 断裂扩展路径基本与熔合线一致, 整体呈现韧性断裂特征。
铝合金 激光-MIG复合焊 气孔缺陷 组织特征 力学性能 aluminum alloy laser-MIG hybrid welding porosity defects microstructure mechanical property 
应用激光
2021, 41(6): 1168
作者单位
摘要
1 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司, 浙江 湖州 313000
2 浙江泰仑电力集团有限责任公司, 浙江 湖州 313000
3 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 湖北 武汉 430074
4 华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
研究0 mT和18 mT纵向磁场作用下316L奥氏体不锈钢接头的微观组织, 主要分析了熔合线、柱状区和中心区奥氏体相和铁素体相的形态和织构变化。当磁场强度由0 mT变为18 mT时, 上部复合焊接层由“T字形”变为“三角形”, 这种变化使热量传递方向不易在热影响区汇聚, 提升了固液前沿的温度梯度; 在熔合线处, 磁场的加入使δ相的生长方向由[1 0 0]转变为[2 0 3], 偏离熔合线的法向([1 0 0]), 晶体织构由(0 1 6)[21 0]转变为(2 3 3)[32 0], 但温度梯度的上升使[1 0 0]晶体方向分布的集中程度上升; 在焊缝的柱状区位置, 磁场的加入使δ相的生长方向由[1 0 0]转变为[2 1 2], 偏离理论温度梯度方向([1 0 0]), 晶体织构由(0 3 1)[91 3]转变为(3 10 2)[21 2], 同时δ相与γ相之间的特殊取向关系增多。在焊缝的中心区位置, 磁场的加入使δ相的生长方向由[1 0 5]转变为[1 0 3], 逐渐偏离理论温度梯度方向([0 0 1]), 晶体织构由(1 0 0)[01 5]转变为(1 0 0)[0 3 1], 同时δ相与γ相之间的特殊取向关系减小。
窄间隙焊接 纵向磁场 微观组织 晶体取向 取向关系 narrow gap welding longitudinal magnetic field microstructure crystal orientation orientation relationship 
应用激光
2021, 41(6): 1178
作者单位
摘要
1 武汉华工激光工程有限责任公司, 激光先进制造技术湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430223
2 中钢集团邢台机械轧辊有限公司, 轧辊复合材料国家重点实验室, 河北 邢台 054025
采用10 kW光纤激光进行激光熔覆铁基TiC涂层的试验研究, 探讨不同TiC含量对铁基熔覆层宏观质量的影响, 采用金相显微镜表征熔覆层的组织结构特征, 采用MM-U10G型磨损试验机测定熔覆层的耐磨性。结果表明: 不同TiC含量粉末得到的激光熔覆层表面成形平整。随着TiC质量分数的提高, 熔覆层含Ti量不断提升, 开裂倾向加大。当TiC质量分数为0时, 熔覆层显微组织主要呈现为枝晶组织, 组织较均匀。当TiC质量分数为10%时, 出现第二相。随TiC比例的提高, 第二相数量增多, 且颗粒尺寸更大, 分布更密集, 熔覆层显微硬度也呈上升趋势。当TiC质量分数为30%时, 熔覆层的硬度整体呈现为最高, 范围为920~1 400 HV。熔覆层的耐磨性也会随着TiC质量分数的提高而提升。
激光熔覆 TiC含量 显微组织 显微硬度 耐磨性 laser cladding TiC content microstructure microhardness abrasive resistance 
应用激光
2021, 41(6): 1189
作者单位
摘要
1 苏州工业职业技术学院, 江苏 苏州 215104
2 苏州大学, 江苏 苏州 215021
3 中国飞机强度研究所, 陕西 西安 710065
在课题组实验室自主研发的凸轮式多碰试验机上, 对0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料进行低应力多碰冲击试验, 对不同冲击频率下材料的累积塑性变形、显微组织进行对比分析。试验结果表明: 冲击频率越大, 累积塑性变形量越大, 相同层深处显微组织结构细化越明显; 但随冲击频率按比例增大, 塑性形变却越来越缓慢, 当冲击频率增大到一定值时, 将不再发生塑性变形, 显微组织结构的变化也越来越小。冲击频率是研究0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料低应力多碰累积塑性变形机理的重要因素。
冲击频率 0Gr18Ni9Ti镍基涂层 累积塑性变形 金相组织 impact frequency 0Gr18Ni9Ti nickel-based coating cumulative plastic deformation metallurgical structure 
应用激光
2021, 41(6): 1196
作者单位
摘要
1 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司, 浙江 湖州313000
2 浙江泰仑电力集团有限责任公司, 浙江 湖州313000
3 武汉南瑞电力工程技术装备有限公司, 湖北 武汉430415
4 华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
研究了外加激光和磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙弧焊的影响。结果表明, 窄间隙弧焊的电弧在窄间隙中难以稳定存在, 无法对坡口底部尖角进行加热。在合适的激光功率下, 窄间隙中的电弧能够稳定燃烧; 但过大的激光参数会使电弧上移, 也无法对坡口底部尖角进行加热。在恒定磁场的作用下, 窄间隙中的电弧向一侧偏摆, 超出窄间隙范围, 另一侧则无法填满窄间隙。随着磁场强度的增加, 此种不对称现象更明显。在交变磁场的作用下, 电弧的左右偏摆交替出现, 形态与恒定磁场的作用几乎一致。在激光的作用下, 光致等离子体使电弧在小孔处聚集和稳定燃烧; 加入磁场后, 带电粒子发生旋转, 而其在电弧中的不均匀分布使电弧在左侧或右侧聚集。因此, 磁场方向的改变使电弧在左右两侧交替偏摆。
窄间隙弧焊 激光 磁场 电弧形态 焊缝成形 narrow gap arc welding laser magnetic field arc shape weld formation 
应用激光
2021, 41(6): 1201
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京工业大学北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心, 北京 100124
3 中国人民解放军61646部队, 北京 100089
选区激光熔化成形过程中的加工参数对其制件的性能有重要的影响, 因此, 研究了选区激光熔化加工过程中不同扫描速度和不同激光功率对成形的Ti6Al4V合金制件的性能的影响, 主要包括制件的断裂行为, 并从其微观组织结构着手, 研究了Ti6Al4V合金制件的断裂机制。试验结果表明: 在不同的加工参数下, 制备的Ti6Al4V合金制件的断口形貌有显著差异; 通过选择不同的扫描速度和激光功率, 可有效调控Ti6Al4V合金制件断口处金属晶粒的大小、内部孔洞缺陷等。通过对选区激光熔化成形Ti6Al4V合金制件的断口形貌分析, 得到最优化的加工参数为: 激光功率240 W、扫描速度1 200 mm/s、铺粉层厚0.03 mm及扫描间距0.14 mm。此时, Ti6Al4V合金制件的抗拉强度达到1 177 MPa。
选区激光熔化 断口形貌 力学性能 selective laser melting Ti6Al4V Ti6Al4V fracture morphology mechanical property 
应用激光
2021, 41(6): 1215
作者单位
摘要
1 重庆机电增材制造有限公司, 重庆 400000
2 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400030
利用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形技术对MS1模具钢的成形工艺进行研究, 获得了均匀致密的打印态试样。对打印态试样进行850 ℃×1 h固溶+550 ℃×4 h时效热处理, 并分别对打印态和热处理态试样进行显微组织和力学性能分析。结果表明: MS1模具钢的SLM打印态的合金组织主要由板条状马氏体和奥氏体组成, 组织均匀细小, 但存在微小缩孔; 热处理改善了MS1模具钢的打印态组织, 消除了缩孔缺陷。热处理后, MS1模具钢内部析出了强化相, 使其强度增大, 塑性降低。其中, 屈服强度提升超过1倍, 抗拉强度提升70%以上, 硬度提升82%以上, 延伸率由10.7%降至5.6%。
激光选区熔化 MS1模具钢 热处理 显微组织 力学性能 selective laser melting MS1 alloy heat treatment microstructure mechanical property 
应用激光
2021, 41(6): 1223
作者单位
摘要
1 上海飞机制造有限公司, 上海 201324
2 中国商用飞机有限责任公司,上海 200126
稀土元素增强铝合金作为一种适用于选区激光熔化(selective laser melting, SLM)工艺的合金, 由于其良好的成形质量和优越的力学性能而得到了广泛应用。但其成形质量由成形参数决定。通过控制激光功率、扫描速度、扫描间距等关键工艺参数的变化, 研究了关键工艺参数的变化对选区激光熔化稀土元素增强铝合金的致密度、缺陷类型演变的影响。结果表明, 工艺参数的变化会导致能量密度的变化, 合金致密度由体能量密度和线能量密度共同影响, 当体能量密度在70~180 J/mm3且线能量密度为0.250~0.525 J/mm时, 合金致密度能够稳定在99.5%以上。
选区激光熔化 稀土元素增强铝合金 工艺参数 致密度 selective laser melting rare earth elements doped aluminum alloy processing parameter relative density 
应用激光
2021, 41(6): 1229
作者单位
摘要
内蒙古机电职业技术学院, 内蒙古 呼和浩特 010070
采用X射线衍射仪、扫描电镜、硬度计和摩擦磨损试验机等手段, 研究了PLC控制下激光选区熔化成形工艺中激光扫描速度对TiB2/S136复合材料显微组织、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明: 4种不同激光扫描速度下成形件的主要物相都为α-Fe、γ-Fe和TiB2; 随着激光扫描速度减小, 成形件的致密度先增加后减小, 在激光扫描速度为700 mm/s时取得最大值(98.4%), 此时成形件中未见明显孔洞或微裂纹缺陷; 随着激光扫描速度减小, 成形件XY和YZ面硬度、平均摩擦因数和磨损率都呈现先减小后增大特征, 在激光扫描速度为700 mm/s时取得硬度最大值、平均摩擦因数和磨损率最小值, 这主要与此时成形件致密性较高、晶粒细小均匀以及具有较高的硬度有关。
复合材料 激光选区熔化 成形工艺 组织 性能 composite material selective laser melting forming process microstructure property 
应用激光
2021, 41(6): 1237
作者单位
摘要
无锡市产品质量监督检验院, 江苏 无锡 214000
某甲烷泵壳体采用AlSi10Mg合金粉末选择性激光熔化成形, 即3D打印(three dimension printing)快速成形技术, 但在成形后发现有贯穿轮廓的层间裂纹。通过采用光谱仪及电感耦合等离子体ICP检测材料化学成分、万能试验机检测力学性能、体视显微镜分析裂纹宏观形貌、场发射扫描电镜分析断口微观形貌、材料显微镜检测裂纹处及成形件基体的金相组织, 结果表明, AlSi10Mg甲烷泵壳体激光成形件内腔表面裂纹实际为该铝合金壳体激光成形时的层间未熔合缺陷。其原因是激光振荡器不稳定导致功率过低和激光扫描速度过快。
选择性激光熔化 AlSi10Mg合金 甲烷泵壳体 开裂 金相分析 selective laser melting AlSi10Mg alloy methane pump shell cracking metallographic analysis 
应用激光
2021, 41(6): 1244
作者单位
摘要
1 南昌航空大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330063
2 苏州大学机电学院, 江苏 苏州 215006
选区激光熔化(SLM)技术广泛应用于三维复杂零件的增材制造成形, 但激光的瞬间高温易对零件产生热应力, 影响加工质量。建立Ti6Al4V三维有限元模拟模型, 对SLM沉积成形过程进行了模拟研究, 探究双层多道沉积模型的层间停留时间对温度分布及热应力演变规律的影响。结果表明, 模拟熔池与试验结果吻合良好, 验证了模型准确性。第一层沉积后, 由表层的温度分布得出施加停留后冷却显著的效果, 停留时间的增加使得导热条件变好, 重熔作用增强。冷却后, X方向应力呈现“锯齿状”分布, 最大应力出现在搭接处, 随着层间停留时间从无停留增加到60 s, X方向应力逐渐减小, 最大降幅30%; Y方向应力呈现“凸”形及“凹”形的分布规律, 残余应力沿扫描方向呈“条带状”分布; Y方向Top路径最大应力先增大后减小, Middle及Bottom路径应力呈现减小的趋势。因此, 适当的层间停留时间可使热传导趋于稳定, 有效降低冷却后残余应力。
选区激光熔化 数值模拟 层间停留时间 应力场 selection laser melting numerical simulation interlayer idle time stress field 
应用激光
2021, 41(6): 1249
作者单位
摘要
1 南昌航空大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330063
2 苏州大学机电学院, 江苏 苏州 215006
选区激光熔化(SLM)成形过程中, 快速熔化凝固导致复杂的瞬态温度分布, 熔池温度分布和冷却速率大小影响最终的凝固组织, 从而影响零件成形性能。建立三维瞬态有限元模型, 数值模拟GH4169合金单道多层SLM成形过程, 研究瞬态的温度分布、熔池尺寸和冷却速率及不同线能量密度对单道多层SLM成形的影响。结果表明: 线能量密度为170 J/m时, 随着层数的升高, 熔池最高温度、熔池尺寸和热影响区逐渐变大, 上层对下层具有重熔作用; 除第一层冷却速率较低外, 冷却速率随层数的增加而略微升高; 随着线能量密度的增加, 熔池最高温度升高, 熔池尺寸和热影响区变大; 冷却速率随线能量密度的增加而升高。通过成形不同线能量密度的薄壁墙试样, 结合模拟结果进行对比分析, 获得较好的一致性。
选区激光熔化 数值模拟 温度场 线能量密度 selective laser melting numerical simulation GH4169 GH4169 temperature field linear energy density 
应用激光
2021, 41(6): 1257
作者单位
摘要
郑州大学机械与动力工程学院, 河南 郑州 450007
为了探索纳秒脉冲激光在单个微观形貌内的路径规划问题, 借助COMSOL Multiphysics有限元仿真分析软件, 对脉冲激光加工微凹坑时的温度变化和烧蚀去除材料进行了模拟预估。建立了灰铸铁缸套经高能量激光照射后的温度场和变形场模型, 在多物理场耦合作用下, 探索单点凹坑精度和效率受激光作用时间、功率等因素的影响, 建立预估数据模型, 最终仿真试验结果显示: 凹坑半径r2∝ ln(t), 深度与时间呈线性关系, 体积随时间呈二次分布。基于此仿真数据模型探索多点打击规划原则, 寻找最优重叠率, 并通过试验证实其可行性。
激光加工 COMSOL仿真 多场耦合 微织构 laser machining COMSOL simulation multifield coupling micro-texture 
应用激光
2021, 41(6): 1266
作者单位
摘要
广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
航空发动机零部件结构复杂、尺寸小, 光束可达性差, 为探讨激光斜冲击强化技术对GH4169高温合金材料的强化效果, 通过激光斜冲击强化试验, 研究了激光冲击强化工艺参数对材料表面和深度方向残余应力、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明: 激光能量增大、冲击次数增加, 均会使材料的表面和深度方向残余应力增大, 显微硬度提高, 表面粗糙度值增加; 采取5 J, 6 J, 7 J的能量搭配时, 获得的指标值相对最好, 此时的表面粗糙度为1.08 μm, 表面残余压应力为-446.9 MPa, 残余压应力层深度为1 500 μm, 显微硬度为448.1 HV, 且影响深度为1 300 μm。
激光斜冲击强化 GH4169高温合金 残余应力 表面粗糙度 显微硬度 laser oblique shock peening GH4169 superalloy residual stress surface roughness microhardness 
应用激光
2021, 41(6): 1271
作者单位
摘要
1 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
2 中国民用航空飞行学院航空工程学院, 四川 广汉 618307
针对工程应用中大型曲面工件的低成本、实时随形清洗的难题, 以STM32为主控芯片设计了机器人激光清洗控制系统。机器人末端安装有二维扫描式激光清洗头用以实现激光扫描, STM32与机器人控制器通过以太网实现通信, 并借助激光测距仪实现两者的协同工作, 完成了曲面随形聚焦和分块扫描清洗的功能。将一大型曲面工件按S形进行分块扫描清洗的路径规划, 并对其进行激光清洗测试, 结果表明该控制系统具有分块拼接完整、清洗效果好的特点, 清洗效率可达0.396 m2/h。
激光清洗 大型曲面工件 机器人控制 嵌入式系统 laser cleaning large freeform surface workpiece robot control embedded system 
应用激光
2021, 41(6): 1280
作者单位
摘要
沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
基于机器视觉技术, 提出钢材表面锈蚀物激光清洗检测方法。构建了激光清洗视觉检测系统, 采用SURF算法对采集图像进行连续拼接, 基于HSV色彩空间转换方法, 获得钢材锈蚀物的HSV阈值, 同时采用中值滤波方法去除干扰像素点。结果表明, 基于机器视觉的激光清洗检测方法, 实现了激光清洗过程钢材锈蚀表面的视觉检测, 与灰度阈值提取方法相比, 提高了检测精度, 可为钢材锈蚀表面的激光清洗质量提供量化评价。
激光技术 激光除锈 检测 SURF算法 HSV色彩模型 laser technology laser derusting detection SURF algorithm HSV model 
应用激光
2021, 41(6): 1287
王一清 1,2,*方春华 1,2孙维 1,2普子恒 1,2[ ... ]祝宇晗 1,2
作者单位
摘要
1 湖北省输电线路工程技术研究中心(三峡大学), 湖北 宜昌443002
2 三峡大学电气与新能源学院, 湖北 宜昌 443002
3 中国电力科学研究院有限公司, 湖北 武汉 430074
脉冲激光清洗绝缘子时, 绝缘子表面污秽的分布特性不同, 其整体温度及应力场的分布也不相同。以瓷质绝缘子及其表面污秽为对象, 建立有限元模型, 对瓷质绝缘子表面不均匀分布和均匀分布污秽分别进行温度场与应力场分析, 并以激光试验验证其清洗效果。结果表明, 当能量密度为1.41 J/cm2, 扫描速度为1 000 mm/s时, 激光照射路径上不均匀污秽可被完全清除, 均匀分布污秽的清除率受厚度、焦距位置影响: 厚度大, 离焦距越近时, 温升越高, 所受拉应力越大, 污秽清除率越高; 厚度小, 远离激光焦距时, 污秽清除率低。因此, 清洗均匀分布污秽时, 应适时调节入射距离或激光功率。试验表明, 激光清洗积聚性不均匀污秽效率最高, 表面光滑洁净, 其余两种情况下表面均存在残余污秽。
激光清洗 污秽分布 典型污秽 温度场 应力场 laser cleaning filth distribution typical filth temperature field stress field 
应用激光
2021, 41(6): 1293
作者单位
摘要
1 河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210000
2 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司, 浙江 杭州 310000
3 浙江宁海抽水蓄能有限公司, 浙江 宁波 315000
单木是森林的基本构成单元, 精准单木检测和高效参数获取对提高林业管理质量和生产效率意义重大。针对亚热带针叶林单木分割存在的分割方法与参数选取问题, 探究分水岭算法、距离判别聚类算法和层堆叠算法的关键分割参数选取, 比较三种算法对单木集群的分割效果, 并结合识别结果与实测数据评价分割精度。试验结果显示: 采用距离判别聚类算法和层堆叠算法分割单木集群时, 存在着过度分割或者分割不足的情况; 而分水岭算法的分割效果最佳, 且分割精度最高。
激光点云 单木分割 分水岭算法 距离判别聚类算法 层堆叠算法 point cloud data individual tree segmentation the watershed algorithm point cloud-based cluster segmentation layer stacking 
应用激光
2021, 41(6): 1301
作者单位
摘要
华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063200
针对单个线结构光传感器在涂胶检测中存在检测盲区的问题, 提出一种利用三个线结构光传感器组合测量的方法对胶体进行三维测量, 三个线结构光环绕胶枪形成一个闭合的三角形光刀, 垂直投射到待涂工件表面进行实时在线检测, 采用张正友标定法进行相机标定, 利用最小二乘平面拟合法完成光平面的标定, 通过测量标准块来分析三个线结构光传感器的测量精度, 测量结果表明传感器测量误差均小于0.15 mm,符合测量要求。然后设计试验, 对胶体进行三维测量并对测量精度的影响因素进行分析, 获取胶体轮廓的三维点云数据并进行三维重建, 得到胶体截面三维轮廓图, 最后提取胶体的宽度和高度两个参数并与人工检测的结果进行对比。试验表明采用该方法对胶体进行几何参数的三维测量是可行的。
视觉测量 多线结构光传感器 三维重建 胶体几何参数 vision measurement multi-line structured light sensor three-dimensional reconstruction colloidal geometric parameters 
应用激光
2021, 41(6): 1310
作者单位
摘要
上海市激光技术研究所, 上海 200030
介绍了一种LVTTL电平输出的恒比定时电路。该电路通过信号放大、比较、电平转换, 最终接入FPGA芯片, 在FPGA芯片内部用延迟链方式直接实现测时功能。电路采用LVTTL电平输出, FPGA端可以直接识别该电平, 与传统的设计相比, 该设计省去了专用测时芯片, 节约了成本, 兼顾了体积要求。同时, 该电路有望解决激光雷达系统功耗大、定时精度不高的问题。
恒比定时 LVTTL电平 比较器 现场可编程逻辑门阵列(FPGA) constant fraction discrimination LVTTL level comparator field programmable gate array(FPGA) 
应用激光
2021, 41(6): 1317
作者单位
摘要
华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063200
为提高十字结构光传感器的标定精度, 提出一种十字结构光标定方法。利用提取光条中心直线的两步算法, 对成像光条进行直线特征提取并拟合出像素坐标系下的直线方程; 通过坐标转换, 得到相机坐标系下的图像直线方程, 再联合相机原点求出平面方程; 由此平面方程联立相机坐标系下的二维靶标平面方程解出相机坐标系下的激光直线方程; 改变靶标姿态, 得到多组相交光条直线信息并用随机抽样一致性原理拟合出十字激光平面。最后对环规标件进行三维重建并进行误差分析, 试验测得环规内半径误差均值为0.155 8 mm。此方法充分利用了直线特征上的点信息, 解决了以往拟合光平面算法特征点少的问题, 增强了算法的鲁棒性, 具有一定的实用性。
十字结构光 传感器标定 平面拟合 三维重建 cross structured light sensor calibration plane fitting three-dimensional reconstruction 
应用激光
2021, 41(6): 1322
作者单位
摘要
1 湖北中烟工业有限责任公司, 湖北 武汉 430050
2 湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
3 上海市激光技术研究所, 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
在介绍SLM进行光束整形原理的基础上, 分析了二元光栅、闪耀光栅和正弦光栅三种光栅的结构特性, 并根据影响整形光束质量的性能指标, 以方向光斑为例, 设计了不同周期的相位掩模图。成像和加工试验表明, SLM上加载三种光栅形成的掩模图, 均可以将高斯分布的圆形光斑整形为平顶的方形光斑, 但闪耀光栅的整形效果明显优于另外两种光栅。在闪耀光栅周期为120 μm时, 局部能量利用率达到91.86%, 均方根误差为0.039, 整形后光束具有较好的均匀性。
光束整形 二元光栅 闪耀光栅 正弦光栅 beam shaping binary grating blazed grating sinusoidal grating 
应用激光
2021, 41(6): 1328
作者单位
摘要
厦门大学物理科学与技术学院, 福建 厦门 361005
随着汽车尾灯技术的发展, 人们对汽车尾灯的个性化和立体化的图像显示功能有了更高的追求。针对这一现状, 基于全息技术原理, 提出透射式和反射式两种全息汽车尾灯方案, 对汽车尾灯进行三维建模, 并制作了汽车尾灯及其光学元件, 实现了汽车尾灯的三维图像显示功能。对全息汽车尾灯的三维显示效果及其显示性能参数进行了试验测试和结果分析。其中, 透射式全息汽车尾灯的衍射效率可达28.75%, 平均透光率高达86.83%, 有较好的三维立体显示效果。反射式全息汽车尾灯在白光下也可呈现出较为清晰的三维立体图像。
全息显示 三维图像 汽车尾灯 衍射效率 透光率 holographic display three-dimensional image automotive rear light diffraction efficiency light transmittance 
应用激光
2021, 41(6): 1334
作者单位
摘要
西安交通大学城市学院, 陕西 西安 710018
角反射器作为合作目标广泛用于激光跟踪、定位、测距等系统中, 其反射光远场强度分布对于合作目标的设计、激光雷达系统性能的理论计算都有重要意义。提出了一种可以快速方便地计算角反射器衍射光强的解析算法, 把角反射器有效反射区域近似为一个椭圆, 并利用复高斯函数分解法把椭圆区域反射波束表示为一系列椭圆高斯波束的叠加, 从而把角反射器远场衍射光场表示为一系列椭圆高斯光场的叠加。数值计算表明, 此算法造成的相对误差在较大入射角范围内都在5%以内, 是一种可行的快速算法。
角反射器 复高斯函数分解 远场衍射光强 椭圆高斯光场 解析算法 cube corner reflector complex gaussian function far-field diffraction intensity elliptic gaussian beam analytic algorithm 
应用激光
2021, 41(6): 1342
作者单位
摘要
陆军军医大学大坪医院皮肤科, 重庆 400042
为研究不同治疗剂量的红光对Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部急性创面的愈合效果, 对大鼠采取腹腔注射链脲佐菌素(60 mg/kg)溶液, 2周后测外周血, 血糖浓度≥16.7 mmol/L时认为Ⅰ型糖尿病模型造模成功。将60只糖尿病大鼠随机分成5组, 分别为对照组(L0, 不治疗)、治疗组一(L1, 12 J/cm2)、治疗组二(L2, 24 J/cm2)、治疗组三(L3, 48 J/cm2)、治疗组四(L4, 96 J/cm2)。用8 mm直径打孔器在大鼠背部中线两侧对称地制造2个急性创面。1 d后用633 nm±10 nm波长红光按各分组的不同能量密度照射创面。创面后第0、3、7、10天行创面拍照, 第3、7、10天分别随机取4只大鼠行创面取材。石蜡包埋后做HE染色、Masson染色、CD31免疫组化学染色、CD68免疫荧光染色。试验结果显示: 创面愈合率显示治疗组愈合加快, 其中L3组作用效果显著; HE显示治疗组的创面再上皮化加快, 第7天时L3促进作用明显; CD31免疫组织化学染色显示治疗组能促进创面下血管生成, L3和L4最为突出; CD68免疫荧光显示治疗组能减弱第10天时创面炎症浸润程度, 其中L2、L3阳性率最低。试验总结: 在试验的能量密度范围内, 红光能促进Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部创面愈合, 且当能量密度为48 J/cm2时(L3), 其促进效果最为显著。
红光 大鼠 糖尿病 创面愈合 red light rat diabetes mellitus wound healing 
应用激光
2021, 41(6): 1346
作者单位
摘要
上海中医药大学附属普陀医院泌尿外科, 上海 200062
目的: 总结应用VELA-铥激光低功率下整块切除浅表性膀胱肿瘤的临床应用经验, 并评估其疗效及安全性。方法: 自2017年5月至2019年5月间, 应用经尿道VELA-铥激光治疗浅表性膀胱肿瘤患者40例, 其中男性25例, 女性15例, 平均年龄64.15岁±10.35岁(49~81岁)。结果: 40例患者均在全麻下一次手术成功, 平均手术时间(25.54±7.13) min, 单个肿瘤平均切除时间为(15.9±4.24) min, 无一例因术中大出血或穿孔终止手术或改行其他术式, 未出现术中闭孔神经反射, 术后无一例出现严重的出血及感染。术后平均留置导尿时间为72 h, 术后平均膀胱冲洗时间为(12.50±4.25) h。平均随访时间(14.20±2.13)个月, 随访期1年内每3个月复查膀胱镜, 1年后每6个月复查膀胱镜, 累计复发3例, 复发率7.5%。结论: 经尿道VELA-铥激光整块切除浅表性膀胱肿瘤无严重围手术期并发症, 短期复发率低, 是治疗多发浅表性膀胱肿瘤的一种可选的安全、高效的手术方法。
膀胱肿瘤 铥激光 整块切除 低功率 bladder tumor thulium laser en bloc resection low power 
应用激光
2021, 41(6): 1353
作者单位
摘要
廊坊市第四人民医院/承德医学院附属医院内科, 河北 廊坊 065700
目的: 观察He-Ne激光照射联合质子泵抑制剂(PPIs)、胃动力药治疗反流性食管炎(RE)的疗效。方法: 将126 例RE患者随机分为观察组和对照组, 各63例。对照组采用埃索美拉唑、伊托必利治疗; 观察组在对照组基础上实施He-Ne激光照射治疗。比较两组临床疗效及治疗前后临床症状评分、内镜分级积分、食管动力学指标、胃肠激素和胃蛋白酶原水平。结果: 观察组治疗总有效率(92.06%)显著高于对照组(77.78%), 差异有统计学意义(P<0.05)。经治疗后, 两组烧心、反酸、胸痛等临床症状评分及内镜分级积分均降低(P<0.05), 但与对照组相比, 观察组以上临床症状评分及内镜分级积分降低更明显(P<0.05)。治疗后, 两组食管括约肌压力明显增高, 立位反流时间比、卧位反流时间比、总反流时间比明显下降(P<0.05), 但观察组以上指标与对照组相比改善程度更大(P<0.05)。与治疗前比较, 两组治疗后GAS、MOT、PG I、PGⅠ/PGⅡ明显增高(P<0.05), VIP明显下降(P<0.05), 但观察组改善幅度大于对照组(P<0.05)。结论: He-Ne激光照射联合PPIs、胃动力药治疗RE的疗效显著, 优于单纯应用PPIs和胃动力药治疗, 能有效改善患者的食管动力学指标及胃肠激素水平。
反流性食管炎 He-Ne激光 质子泵抑制剂 胃动力药 食管动力学 胃肠激素 reflux esophagitis He-Ne laser proton pump inhibitors gastric motility drug esophageal dynamics gastrointestinal hormone 
应用激光
2021, 41(6): 1357