以3 mm厚6082-T6铝合金为母材进行激光-MIG复合焊接，研究激光功率与送丝速度对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响，并对不同功率下的焊接接头进行气孔缺陷分析。结果表明，在激光功率为1 900 W、送丝速度为4 m/min时，焊缝成形最好，接头显微硬度从母材到焊缝中心呈现先减小后增大的趋势，热影响区处存在软化现象，接头抗拉强度可达313 MPa，延伸率达6.18%。焊缝中心组织为细小等轴晶粒，熔合区为垂直于熔合线生长的柱状晶。另外，随着激光功率的不断增大，接头气孔数量、尺寸及气孔率均随之增大。

激光在热弹效应下激发出的声表面波，在柱状材料表面传播过程中发生相移现象。通过有限元方法对铝材圆柱中表面波相位变化规律以及表面波与缺陷作用机理进行数值模拟。数值研究表明: 激光产生的表面波负相位最强，传播过程中负相位向正相位移动，相位差逐渐减小，180°左右正负相位强度大致相等，之后正相位继续增强、负相位持续减弱，并且沿圆周每传播一周，其相位发生一次翻转，缺陷产生的表面反射波有同样的相位变化现象；通过B扫图发现RRcw随缺陷角度增大变得模糊，RRccw随缺陷角度增大变得明显。说明反射波产生时间的长短与受干扰程度成正比，针对柱状材料表面缺陷提出了合理的检测范围；对不同深度缺陷数值模拟发现，深度变化使得P波峰在接收时间上发生延迟，推测P波峰传播路径并提出相应公式进行证明，计算结果与模拟结果吻合度较高，可通过此公式定量缺陷深度信息。以上研究结果为超声波检测柱状材料表面缺陷提供了有效参考。

偏振成像相比于普通成像包含更丰富的物体表面反射和散射信息。采用偏振成像的方法在不同光源照明下获得皮肤表面偏振度图像，研究同一波段光源激光和LED以及不同波段的激光和LED光源对偏振成像的影响，探索适合特殊病症的偏振成像照明光源的种类和波段。结果表明: 同一波段光源照明下，激光的偏振度图像信息熵和平均梯度都高于LED的偏振度图像；对于皮肤上红斑与黑斑的局部成像，绿光波段照明的图像细节表现力均优于红光波段光源照明时的图像, 为激光偏振成像提高皮肤状态诊断的准确性提供更多信息。

为探讨激光穴位照射联合丹参川芎嗪关节腔内给药治疗膝关节骨性关节炎(KOA)的疗效，将KOA患者96例随机分为对照组（n＝48, 丹参川芎嗪关节注射）和观察组（n＝48, 激光穴位照射＋丹参川芎嗪关节内给药），比较两组临床疗效及治疗前后膝关节疼痛程度、膝关节功能、膝关节活动度及白细胞介素-1β（IL-1β）、C反应蛋白(CRP)、软骨寡聚基质蛋白（COMP）及基质金属蛋白酶-3（MMP-3）血浆水平。结果表明: 观察组治疗总有效率（93.75%）高于对照组（77.08%）（P＜0.05）； 与治疗前比较，两组治疗后VAS评分及IL-1β、CRP、COMP、MMP-3水平降低（P＜0.05），Lysholm评分、膝关节活动度增高（P＜0.05），但观察组以上指标改善优于对照组（P＜0.05）。研究认为激光穴位照射联合丹参川芎嗪关节腔内给药治疗膝关节骨性关节炎的疗效满意。

以Web of Science数据库中1990—2020年光成像在生物医药领域6 564篇相关学术论文和110篇高被引论文为研究对象，运用统计学和文献计量学软件CiteSpace对其文献分布特征和共被引作者、关键词共现等进行分析。结果表明: 光声成像、纳米颗粒、光活检、光学相干层析成像、深度组织成像、细胞成像、探针、癌症诊治、药物传递、碳纳米管等是该领域的研究热点。近红外-Ⅱ光谱区内荧光成像、半导体聚合物纳米颗粒、光声成像以及光活检、肿瘤诊治成为当前生物医学光成像方面的前沿主题。深部组织光学成像、光治疗和光活检的有机半导体材料、光声成像造影剂以及二维钛纳米片在多模态成像引导的癌症治疗等方面显得尤为突出。

为实现对旋转结构光平面快速、高精度标定，以空间曲线焊缝为研究对象，提出一种旋转结构光自标定方法。首先对相机进行标定获取相机内外参数，对焊缝轨迹通过图像处理进行预提取，利用二维靶标对舵机的旋转轴进行标定。随后通过舵机云台将结构光固定到初始位姿，利用交比不变原理进行结构光平面标定。旋转舵机云台控制结构光扫描焊件，控制结构光始终与扫描点处的轨迹切线垂直，并获取从初始位姿旋转到垂直位姿所需的旋转角度，通过平面绕任意轴旋转公式完成结构光平面在扫描点位置的自标定。试验表明，通过对比扫描点处分别通过交比不变原理和结构光平面旋转自标定获得结构光平面方程，系数差值均方根为1.35×10-3，精度高且操作简便。

对SUS316不锈钢激光摆动焊接工艺进行研究，在不同摆动振幅、频率、焊接速度、激光功率、离焦量下测试激光摆动焊接焊缝成形，并对比不同摆动方式下不锈钢搭接接头的焊缝成形及机械性能。结果表明: 当垂直振幅≥0.15 mm时，可以获得成形较好的矩形焊缝；摆动频率过低容易出现“齿状”焊缝，过高则容易产生咬边，当频率为300～400 Hz时，可以获得成形良好的焊缝；摆动频率与焊接速度的比值不小于10时，有助于消除“齿状”；激光功率、离焦量主要影响焊缝的深度与宽度。相对于不摆动焊接，摆动焊接获得的接头强度更高，激光摆动焊接1 mm厚不锈钢搭接接头，焊缝宽度约1 mm时，接头抗拉强度达698 MPa，约为母材的1.34倍。

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中，激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律，采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标，通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小，再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明: 在一定工艺参数范围内，送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素，激光功率次之；扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素；送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合，即激光功率2 056 W，扫描速度8.75 mm/s，送粉速率2.198 g/min，为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。

采用激光熔覆技术，在45钢表面制备了钴基熔覆层。通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）和摩擦磨损试验机，检测熔覆层的微观结构组织、熔池形貌及熔覆层的耐磨损性能。结果表明，熔覆层质量随着激光功率的增大呈现先提高后降低的变化，达到2 000 W时，熔覆层质量最优，熔池较为稳定，无气孔等缺陷。熔覆层的显微组织从粗大弥散的柱状晶，转变为细小均匀的等轴晶，最终又变为粗大的柱状晶。在磨擦磨损试验中，随着激光功率的增大，熔覆层的磨损机理从块状剥落到颗粒磨损，其中功率为2 000 W时，熔覆层的耐磨性最优，实时摩擦因数最为平稳，磨损率仅为1.3×10-4 mm3/(N·m)。

采用Ansys有限元分析软件，对选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场分布进行数值模拟。在考虑随温度变化的热物理参数情况下，建立选择性激光熔化有限元模型，利用在Ansys-Workbench中插入参数化设计语言，实现高斯锥形体热源的加载，研究功率和速度对成形过程温度场的影响。模拟结果表明: 在单层多道模拟时，随着SLM激光功率增大和扫描速度的下降，SLM成形HEA CoCrFeMnNi的熔池长度和宽度呈增大趋势；先扫描的区域会对未扫描的区域起预热作用且存在热积累现象，在平行于SLM激光扫描方向存在较大的温度梯度。

随着工业现代化进程的加快，三维激光点云技术开始出现在工业目标检测中，对激光点云的目标分割提取也成了工业检测中的关键。常用的三维点云分割方法，如区域生长分割、RANSAC（随机抽样一致）分割、K-means（K均值聚类）等无法做到高水平的目标分割与提取。利用MEMS（micro electromechanical system）3D相机对4组目标进行点云数据采集，利用网状RANSAC分割算法，将目标三维点云进行封装，栅格化分割成网状模块，对每个网状模块中的点云进行平面粗分割，整合模块，用欧式聚类对分割后的目标进行细分割，得到最终的目标提取结果并成功完成计数统计。试验结果表明，所提出的网状RANSAC分割算法的分割完整度为91.0%，平均耗时8.25 s，均优于其余三种传统算法，并且成功完成计数。

针对轮胎花纹深度测量中存在传统手工方法效率低下及单线激光测量适应性不高的问题，提出一种基于多线激光的轮胎花纹深度测量方法。该方法通过测量装置获取带有多线激光条纹的轮胎花纹图像，再通过三角测量技术得到轮胎表面激光条纹中心点的三维点数据。对获取到的点云数据进行处理，筛选出轮胎凹槽点和轮胎胎面点。将轮胎凹槽点拟合成一个曲面，依次计算胎面点到凹槽曲面的距离，获得每条凹槽的深度，以判断轮胎磨损状况。试验结果表明，该方法简单高效，鲁棒性强，能够准确测量出轮胎花纹的深度，与深度尺测量结果的差值在0.1 mm以内，可以满足轮胎花纹深度测量的要求。

提出一种新的线结构光中心提取算法。该算法从光条区域与背景区域具有高对比度这一特性出发，基于最大极值稳定区域算法（maximally stable extremal regions, MSER）对光条有效区域进行快速高效的提取。基于只对光条有效区域进行扫描的思想，避免了传统算法对图像冗余信息扫描过程中易受噪声影响及检测效率较低的不足。此外，针对灰度重心法存在因激光条纹横截面参与计算数量不同而导致光条中心存在偏移误差的不足，提出基于开窗思想的灰度重心法对基于MSER所检测的有效光条区域进行中心提取。试验结果表明: 该算法能够实现对光条中心的快速提取，比Steger算法提速将近19倍，且具有较高抗噪性。

为进一步提高大规模多种类三维点云分类的准确率，提出一种局部区域建立K近邻点关系的卷积神经网络，其关键是从点与点的关系中进行学习。在采样组采样后，对点云模型进行建图，从点与点之间的关系以及中心点的特征进行更深一步的关系学习，从而进行点云的分类工作。由于是从局部的特征整合到整体，使得该方法对形状感知敏感并具有鲁棒性。最终的试验结果表明，该算法在公开数据集ModelNet40上的准确率达到92.5%。与现有的三维点云分类算法相比，其能够更有效地整合局部特征和全局特征，从而能进一步提高三维点云模型分类的准确性。

采用激光自熔焊接技术对1 mm厚的304不锈钢圆管进行纵缝对接焊接试验。基于两因素和四水平的控制变量试验，通过光学显微镜、X射线荧光衍射仪和扫描电镜等分析设备获取焊接接头微观测试结果，并以表面成形、显微硬度为指标，获得激光功率为3.5 kW、焊接速度为30 mm/s、离焦量为+2 mm的最佳焊接工艺参数。研究结果显示: 焊缝中心由细小等轴晶奥氏体和树枝状铁素体组成，在焊缝边缘处存在细小的柱状树枝晶区域，这些柱状晶沿着垂直于熔合线的方向生长，且尺寸与焊接热输入成正比。最优工艺参数下热影响区显微硬度达到221 HV，焊缝的显微硬度为214 HV，不同焊接接头对应区域内的显微硬度值与热输入呈负相关性。

为分析体育器械用镁合金材料的激光表面改性处理效果，对镁合金材料预处理，确定激光熔凝处理工艺，计算镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，并建立研究期内检测数据的数据库，使用SPSS17.0软件统计分析数据结果。结果显示，当激光熔凝改性处理采用的激光功率为3 kW时，改性镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性效果提升最为明显。试验表明，激光熔凝处理会加强镁合金材料表面的硬质含量、强化沉淀作用，细化α-Mg晶粒，减小β相之间的间距，形成更致密的Al2O3氧化膜，促使镁合金材料中的杂质元素分布更为均匀，从而提高镁合金材料表面的物理、化学和力学性能，提升镁合金材料的硬度、耐腐蚀性及耐磨性。

为防止长时间进行高功率激光清洗出现镜片破碎或烧灼现象，保证光头的使用寿命和稳定性，采用Solidworks软件，主要针对激光清洗头中的准直系统、振镜系统及聚焦透镜组进行结构设计和三维建模，并对光头各系统结构参数进行可行性研究；利用ANSYS Workbench进行温度场仿真，并通过温度检测和激光清洗试验验证模型设计的可靠性。结果表明，各镜片的入射光斑能量密度低于相应的损伤阈值，仿真所得激光头各组件温度变化在可靠范围之内。所设计的光头模型可靠，能满足工作要求，为自主研发设计高功率激光清洗头提供了相应的理论和方法。

半导体激光器能量转换效率高、体积小、稳定性好，因此激光雷达常以半导体激光器作为光源。针对半导体激光发散角大，而传统的分离式双柱面准直透镜组存在装调误差大、结构复杂、稳定性低的缺点，提出一体化非球面柱透镜准直方案，分别在两面的相互正交的两个方向设计不同的面型，压缩发散角，同时实现半导体激光器快慢轴两个方向的准直。根据费马原理及扩束准直理论初步确定两正交方向准直面面型参数，以最小光斑半径和最大光通量为目标，以MEMS微镜尺寸为限制因素进行优化，最终完成发射端光学设计。准直后光束快轴发散角2 mrad，慢轴发散角9.6 mrad，准直效果接近车规级激光雷达的平均角分辨率，透镜体积为10×10×24 mm3，发射端系统总长40 mm，系统通光率大于98.6%，满足MEMS-LiDAR对光源准直度、发射端系统集成度和稳定性的要求。