3维激光振镜扫描系统的关键技术研究

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统.该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30靘,扫描精度可达100mm±0.1mm.结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值.     

3维激光振镜扫描系统的关键技术研究

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统。该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30μm,扫描精度可达100mm±0.1mm。结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值。     

基于振镜变速扫描的激光淬火光学系统

为了提高激光淬火硬化层形貌的均匀性,提出了一种基于振镜变速扫描的激光淬火光学系统。系统由QBH(quartz block head)、准直聚焦一体镜、单轴振镜和振镜变速扫描控制系统等组成。通过设定振镜扫描系统的变速区域宽度和变速系数,可实现能量中间低、两端高的“鞍形”光场分布。建立了重复变速扫描系统的等效热作用光场模型,并通过ANSYS软件模拟了45钢激光淬火过程中的温度场。重点分析了振镜扫描系统的变速系数和变速区域宽度对淬火后相变硬化层均匀性的影响。仿真结果表明,变速系数或变速区域的增大改善了硬化层的均匀性。采用千瓦级光纤激光器作为光源,进行了等变速区域不同变速系数的激光淬火实验。取硬化层深度降低至最大值90%的位置作为匀化区域的边界,变速系数为0.8时获得的硬化层的匀化区域宽度为5.1 mm,比振镜匀速扫描的匀化效果提升了约42%,实验结果与仿真结果吻合较好。     

圆筒网涂层激光清除的扫描覆盖模型研究

为了提高圆网聚合物覆膜激光清除中扫描覆盖率及光强分布均匀性,提出了一种线式扫描轨迹光强叠覆优化模型。通过分析圆筒转速与激光单点光斑轨迹,分析了清洗区域光斑在圆筒表面的覆盖域规律,建立激光线式扫描轨迹运动函数;由此建构了激光扫描覆盖模型,探究了圆筒转速、激光扫描线速度以及激光平移速度的关联关系,分析了联合运动的激光光斑分布规律;最后,通过与光斑高斯光强进行拟合分析,得到了圆筒转速与光强均度优化参数,实现激光在圆筒网的能量均匀覆盖。对镍金属圆网表面聚合物涂层进行激光辐照实验,并利用红外光谱测试仪检测样本,实验表明:圆网清洗区域涂层特征峰吸光度近似一致,验证了优化参数下光强分布的均匀性。     

双振镜扫描几何畸变的校正

通过理论分析，导出位于Ｆθ透镜前的双振镜扫描系统的扫描几何畸变公式。利用所得到的畸变量对计算机软件进行修正，从而获得校正了畸变的完善图形。实际标记的结果完全证明了理论分析的正确性，并在激光标记系统中得到应用。     

基于振镜的等分插补算法及实现

通过对各种插补算法和振镜扫描工作原理的研究,笔者推导出基于振镜的等分插补算法。而且在VB下对该算法进行了仿真,最后该算法在UV 355激光PCB柔性加工机床上实现了对振镜运动的控制,该算法与其它插补算法相比具有算法简单、切口平滑、精度高、控制简单等优点。     

影响振镜扫描式脉冲激光加工速度的两个因素

为了提高振镜扫描式脉冲激光加工的速度,从振镜扫描的特点及脉冲激光加工的原理出发,分析了影响振镜扫描式脉冲激光加工速度的两个因素.结果认为:在脉冲激光加工、尤其在用脉冲激光进行多个区域的扫描加工(如脉冲激光的扫描点焊、扫描打孔等)时,在时序上合理地匹配振镜的转动与脉冲激光的开启与关闭,在一定程度上能提高激光加工的速度;还可以将激光束在时间上和空间上分光,进行多光束同时加工及多工位加工,实现宏观“同时”和微观“分时”的快速激光加工,提高激光加工设备的利用效率.     

一种用于激光雷达的微振镜设计北大核心CSCD

为了满足激光雷达系统高线数和远距离探测的技术要求,提出了一种用于车载激光雷达系统的电磁式激光微振镜扫描机构,反射镜直径为12 mm,微振镜采用TC4钛合金材料,提出了“工形”的机械结构方案,利用Nastran软件力学仿真分析,并搭建试验平台测试了微振镜的偏转角度和谐振频率等性能。实验结果表明:激光微振镜的一阶谐振频率为298 Hz,最大偏转角度为8.12°,满足技术要求,相比于传统MEMS振镜,在保证高扫描频率的同时,提高了通光口径,对激光雷达的进一步产业化发展有重要意义。     

激光扫描加工DEA控制模型的研究

双振镜激光加工中,物镜平场扫描系统中,输出平面笛卡儿坐标系与扫描器球面坐标系之间存在着非线性映射关系,使扫描加工图形产生图形加工畸变。以OEF图形算法为基础建立了双端点(DEA)控制模型,即计算端点逼近和设计端点逼近,采用DEA控制模型进行控制,有效地校正了图形畸变,显著提高了激光扫描加工系统精度,图形畸变误差较以前减小。     

双振镜激光扫描加工误差原因分析

分析了双振镜激光加工中误差产生的原因,并针对每一种误差产生的原因提出了校正补偿的方法。指出扫描加工误差并不是单一原因引起的,而是多种原因共同作用的结果。提出OEF图形控制算法,建立DEA控制模型以及采用高精度扫描控制器可有效地降低激光扫描加工误差,提高加工精度。同时,此误差校正方法同样适合高精度激光多普勒扫描测量系统。     

一种新型的激光大屏幕显示系统

提出了一种新型的激光大屏幕显示系统方案使用由计算机控制的三基色全固态激光器作光源,通过分光镜进行混色,由两个振镜分别完成行和帧方向的扫描。并对由振镜扫描引起的枕形失真的原因和纠正方法进行了研究,对系统的控制方法作了简单介绍。     

一种新的用于选区激光熔化快速成型扫描路径的生成算法

在激光逐层熔化金属粉末的过程中，扫描器要做频繁的扫描运动，因此选择合理的激光扫描路径一直是此技术研究的重点问题。提出了一种称为“消隐”的扫描路径生成算法。首先依次生成每个轮廓的轮廓扫描线，由于轮廓形状可能为凸多边形也可能为凹多边形，所以在生成各轮廓的扫描线时要增加一些特殊处理操作。为了减少重复计算的次数，将截面的所有轮廓划分为一系列的单连通区域，将处理后的各轮廓的扫描线，以单连通区域为单位应用消隐法生成层扫描线。之后按照就近原则对各单连通区域内部扫描线的输出次序进行优化，即可得到分块的最终扫描线，可以直接用于加工。测试表明，此算法通用性强，生成扫描线的速度较快。     

机载激光雷达均匀扫描的实现方法

机载激光雷达多采用单束激光,通过扫描的方式完成对目标的探测.通常,由于扫描机构的缺陷,激光脚印在地面上的分布是不均匀的,而均匀扫描方式可提高激光雷达图像反演的质量,但在实现上存在一定的难度.首先从理论上分析了实现均匀扫描应满足的关系式,进而给出了一种工程实现的方法.电机输入曲线以理论推导的关系式为基础,在扫描视场边缘,通过曲线拟合,对理论曲线进行平滑,降低扫描输入曲线中的高次谐波分量.在测得振镜幅频特性曲线的基础上,利用迭代算法得出曲线拟合过程中的参数.与其他方法相比,该方法可以根据给定的扫描频率和视场角,自动计算出最佳电机输入曲线,从而在工程应用中,能够灵活地改变扫描参数.模拟实验结果表明,应用该方法扫描,激光点分布均匀,线性度良好.     

选区激光熔化成形系统的动态聚焦技术研究

针对二维振镜存在的聚焦误差问题,根据产生聚焦误差的原理,采用动态聚焦技术补偿聚焦误差.分析振镜激光扫描过程中的图形失真机理,采用坐标映射方式补偿图形畸变方法.基于PCI总线控制技术实现动态聚焦振镜扫描的控制,并将该动态扫描系统应用于选区激光熔化成形设备,通过选区激光熔化成形工艺实验,验证了所开发的动态聚焦系统满足选区激光熔化成形工艺要求.     

基于矢量图形的激光演示系统设计与实现

激光演示技术是通过改变激光束在空间行进的轨迹,投射出各种光束、图案、文字等丰富的矢量图形,从而形成独特的艺术效果。本文通过嵌入式系统设计实现了一种基于矢量式图形的全彩智能激光演示系统,该系统运用三基色叠加理论实现全彩色激光表演,具有声控、DMX控制等多种控制方式。系统控制器能快速提取、分析处理节点颜色信息和路径坐标,并准确控制RGB激光器及高速X/Y振镜。     

一种新型全自动激光划切机

介绍了一种新型全自动激光划切机技术原理与工作流程,并对关键结构模块进行了阐述。该设备可针对框式堆叠物料,进行自动上下料。激光加工结合了振镜扫描精准、快速的特点和精密定位工作台大行程移动的优势,尤其适合大尺寸工件复杂图形的精密加工。     

脉冲激光切向整形径向修锐青铜金刚石砂轮

对脉冲光纤激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮技术进行了理论分析和试验研究。理论分析了激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮的机理,总结提出了决定脉冲激光修整效果的4个关键工艺参数:激光功率密度、激光光斑重叠率、激光扫描轨迹线重叠率及激光循环扫描次数。试验研究了这4个工艺参数对修整后砂轮表面磨粒石墨化变质层、磨粒磨削刃锋利程度、结合剂表面平整度及磨粒出刃高度的影响规律,并分别找到了在本试验条件下的理想值。     

双振镜扫描几何失真的硬件校正

通过分析双振镜-2维扫描光学系统的成像原理,导出此扫描系统几何失真公式。根据失真公式设计电子线路,对失真进行校正,从而获得校正后的完善图形。这一校正技术在激光标记系统中得到应用。     

新型激光高速柔性线路板打孔系统

总结了一种应用于柔性线路板(Printed circuit board,PCB)高速打孔的新型激光加工系统，每分钟可以打孔18000个。柔性线路板传统制版工艺中的过孔会被油墨完全堵住，由于孔径小且数量繁多，加之软板个体存在变形和误差，因此这些油墨使用传统方法无法清除，这为产品带来了一定的隐患。为此，研制了一种新型激光高速柔性线路板打孔系统。采用2个高速振镜移动激光位置，配合伺服系统带动工作台快速移动，通过反馈系统精准定位，同时在计算机的控制下补偿柔性线路板软板的变形，另外采用光电系统对柔性线路板软板进行精准测量和定位。振镜的扫描范围为25 mm×25 mm，将柔性线路板分割成若干区域，依次加工，振镜和工作台位置相互配合，全部待加工孔的坐标值通过软件实施变换。     

脉冲激光分布式扫描参数的优化分析

提出一种基于激光脉冲扫描测量体制下的高速点目标捕获、跟踪测量方法,应用匀速运动模型模拟仿真目标的轨迹及分布概率;考虑脉冲激光光斑分布的相关参数,建立脉冲激光扫描捕获点目标的理论模型。提出了一种基于时间序列法的捕获方法,用以求解针对目标模型脉冲激光在一帧扫描时域内的捕获次数。在此基础上对激光分布式扫描光斑布局的主要参量进行数值仿真分析,进而提出一种针对目标运动特性、激光传感器特性的最优化扫描方式,以提高一帧扫描时域内的捕获概率和捕获次数,缩短捕获时间;结合算例通过半实物仿真实验验证最优化扫描方式的可行性。所提方法为激光跟踪系统的脉冲频率、扫描频率与目标运动模型的最佳匹配提供了依据。