电介质破坏时飞秒激光-等离子体相互作用产生的辐射

飞秒和纳秒激光脉冲在透明介质中引起的光学破坏在材料体内产生了一个稠密的等离子电离区域。这个等离子区是伴随破坏过程的宽带辐射的原因。伴随光光谱的测量已经用来表明这点，由于对激光参数的依赖关系，这种光谱可能起源于等离子体产生的2次谐波、超连续波、或是等离子体的热辐射。通过观察等离子区域的辐射我们可以确定主要的破坏机理和损伤区域形态。[编者按]     

离子后处理对TiO2光学薄膜及损伤特性的影响

为了进一步提高TiO_2薄膜的光学特性和激光损伤阈值,采用电子束蒸发技术在K9玻璃上沉积了单层TiO_2薄膜,并用Ar/O混合等离子体对样品进行后处理。通过研究薄膜光谱特性、表面缺陷密度、薄膜表面形貌、薄膜损伤阈值以及薄膜损伤形貌,分析了等离子体后处理时间对TiO_2薄膜激光损伤特性的影响。实验结果表明,随着等离子体后处理时间的增加,薄膜折射率及致密度提高,物理厚度减少,表面粗糙度下降,表面缺陷密度先减少后增加;在1 064nm激光辐射下,TiO_2薄膜的激光损伤阈值从未经等离子后处理的5.6J/cm~2提升至后处理20min的9.65J/cm~2,提升幅度高达72.3%,因此能够更广泛更稳定地应用在激光器中。     

疲劳载荷作用下激光熔覆试件磁记忆试验研究

对Q235基体材料激光熔覆Ni基合金试件进行四级应力水平疲劳试验和磁记忆信号检测试验,研究激光熔覆试件在载荷作用下造成的疲劳损伤对磁记忆信号的影响规律以及激光熔覆参数、疲劳载荷对疲劳损伤程度的影响规律。结果显示利用磁记忆信号均值梯度曲线的突变位置可以标明疲劳损伤位置,采用熔覆区域均值梯度突变峰值和所有检测点均值梯度平均值的比值对疲劳损伤程度进行定量评估。疲劳损伤程度定量评估结果及疲劳试验结果均表明激光功率增加、扫描速度降低,都会使疲劳损伤程度增加,疲劳损伤程度和载荷大小具有较强的相关性,载荷越大,熔覆区域的疲劳损伤亦越大。     

基于相位一致性的激光熔覆熔池边缘提取方法

针对激光熔覆过程中存在弧光、熔融金属液滴等干扰导致激光熔覆熔池边缘难以准确提取的问题,提出了基于相位一致模型的熔池边缘提取方法。为了得到完整、精准的熔池边缘,对获取的熔池图像进行预处理后,使用基于阈值的方法,对熔池进行初步分割,对剪裁后的熔池图像采用相位一致性模型进行边缘检测,将其边缘在粗分割区域进行标记,对标记图进行进一步分割并用sobel算子对精分割区域进行边缘提取。相关试验的对比分析表明,该方法具有良好的熔池边缘提取精度和干扰鲁棒性。     

面能量对激光—电弧复合焊接焊缝及熔滴过渡的影响

引入面能量的定义,从激光功率、电弧参数和焊接速度等方面来研究面能量的变化对焊缝熔深、熔宽、焊缝成形系数和熔滴过渡的影响,试图建立激光能量与电弧能量之间的最佳配比关系以及面能量与熔深的定量关系。采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像;利用激光共聚焦显微镜观察焊缝形貌,并测量焊缝熔宽、熔深等数据。试验研究发现:激光与电弧两热源之间存在最优匹配范围;电弧电压与焊接电流之间存在U(15 1)0.05I的关系式;焊接速度的降低与焊缝熔深的增加并非线性关系,可选择的焊接速度是一个区间,该区间内存在一个最佳的焊接速度,并对应一个最佳的面能量。因此,在具体的激光—电弧复合焊接中,需要根据板厚、接头形式等确定激光与电弧的能量参数,选择合适的面能量。     

激光功率对CO2激光-MAG电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响

采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像,利用电弧分析仪记录电弧信号,通过试验深入研究激光功率对CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas,MAG)电弧复合焊接的电弧形态、焊接稳定性、熔滴过渡频率的影响。研究表明,焊接电流的增加减小了实际热源间距,并且实际热源间距在2 mm附近效果最佳;带电粒子在主辅导电通道内的运动产生扰动或漂移、焊接模式的跳变和过渡模式的改变是电流、电压波形出现紊乱和尖角波形的主要原因;激光的加入降低了熔滴过渡频率和过渡稳定性;焊接电流为160A、180 A时,激光-电弧复合焊接的熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而先减小后增大,但其过渡频率介于160 A和180 A电弧焊接时熔滴过渡频率之间。     

电弧等离子体折射率的理论计算

从等离子体物理方程出发,推导出了折射率与电弧等离子体各种组分和温度之间的关系,并以氩电弧等离子体为例进行了实际的数值计算。这一关系的确立,为基于折射率效应的激光干涉法电弧等离子体诊断技术提供了理论基础,因此可以采用单波长激光干涉法(包括全息法)同时确定电弧等离子体的各种组分和温度,从而避免了采用双波长法时的缺点,这对发展电弧等离子体诊断及其加工技术有重要意义。计算结果表明,在波长给定时折射率是原子密度和电子密度的单值函数;温度小于6 000 K时,电子对折射率几乎没有什么影响,当温度高于17 000 K后,折射率则完全由电子决定。     

合金基体上激光熔覆Ti+Al粉末的显微组织分析

在合金表面进行了Ti Al的激光熔覆试验研究,利用SEM分析手段对Ti Al熔覆层的显微组织进行了分析,阐述了熔覆层强化相的形成机制,显微组织分析表明,Ti-6Al-4V合金表面Ti Al激光熔覆层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区3个区域,在3个区域呈现出不同的组织形态,对基体和熔覆层进行的硬度测试表明,由基体向熔覆层的硬度变化呈上升趋势,在结合区和最外层区域有所下降.     

6061铝合金薄板低功率活性Nd∶YAG激光焊的作用机理

研究NaCl、ZnCl2、LiCl和KF等卤化物活性剂对激光焊接铝合金焊缝熔深的影响,发现卤化物活性剂能够使焊缝熔深明显增加.同时,运用高速摄像及光谱诊断的方法来分析卤化物活性剂对铝合金激光焊过程中等离子体温度、体积等物理参数的影响,并利用“双钨片”试验来分析卤化物活性剂对熔池金属流动状态的影响,以研究卤化物活性剂对增加焊缝熔深的作用机理.试验结果表明,卤化物活性剂的加入不仅能够降低激光焊等离子体的温度,使得等离子体对激光的散射、折射和逆韧致吸收减小,导致透过等离子体照射在试件表面的激光功率密度增大,使激光对试件的热输入增加,焊缝熔深增大;而且,卤化物活性剂的加入还会使熔池金属的流动状态发生改变,使得焊缝熔深增加.     

基于GrabCut的磨粒图像分割方法研究

提出基于GrabCut算法的彩色磨粒图像分割方法。在CIELab颜色空间的L、a、b通道采用大津阈值法(OSTU)进行分割,对分割结果进行"L与(a或b)"处理,并对处理结果进行形态学腐蚀和膨胀,得到标记出磨粒区域、可能的磨粒区域和背景区域的标记图像。根据标记图像分别对磨粒区域和背景区域的高斯混合模型(GMM)参数进行初始化,构建带权值的无向图映射原图像并建立包含区域项和边界项的Gibbs能量方程。通过迭代运算调整各像素点所属类别和高斯混合模型的参数,采用mincut/maxflow算法极小化能量函数,当能量趋于收敛时即可得到最终的分割结果。     

超短脉冲激光与介质相互作用过程中光学特性的变化

根据雪崩离化模型,分析了飞秒激光脉冲与介质材料相互作用过程中光学特性的变化规律。由于多层膜光学元件的光学特性与材料的折射率密切相关,当飞秒激光照射介质材料时,折射率会随着电场强度分布呈现不同程度的减小,从而会影响光学元件的性能。文中计算了飞秒激光照射多层膜光学元件时的透射光谱曲线,结果表明薄膜材料在发生不可逆损伤之前,光学元件的光谱特性已经发生变化。     

Measurement of the refractive index dispersion of As2Se3 bulk glass and thin films prior to and after laser irradiation and annealing using prism coupling in the near- and mid-infrared spectral range

The prism coupling technique has been utilized to measure the refractive index in the near- and mid-IR spectral region of chalcogenide glasses in bulk and thin film form. A commercial system (Metricon model 2010) has been modified with additional laser sources, detectors, and a new GaP prism to allow the measurement of refractive index dispersion over the 1.5-10.6 μm range. The instrumental error was found to be ±0.001 refractive index units across the entire wavelength region examined. Measurements on thermally evaporated AMTIR2 thin films confirmed that (i) the film deposition process provides thin films with reduced index compared to that of the bulk glass used as a target, (ii) annealing of the films increases the refractive index of the film to the level of the bulk glass used as a target to create it, and (iii) it is possible to locally increase the refractive index of the chalcogenide glass using laser exposure at 632.8 nm.     

基于结构光视觉的激光拼焊焊缝质量检测方法研究

焊缝质量自动检测是实现焊接自动化的关键技术。文中在分析结构光视觉检测原理的基础上,建立了基于结构光视觉的激光拼焊焊缝质量检测系统并对检测系统的图像处理方法进行了研究。对原始图像进行了开窗处理和中值滤波,并使用迭代阈值法获得了结构光光纹。提出了一种简化的模板获得了光纹的边界点并使用几何中心法提取了光纹中心线。使用平均斜率法识别出光纹中心线的特征点。分析了激光拼焊焊缝截面轮廓的特点并建立了截面轮廓几何参数计算方法。实验结果表明该检测系统可以完成焊缝截面轮廓相关参数的计算。     

双程摆扫激光测距探测成像在输电线路通道监测中的应用

针对传统输电线路通道监测方法忽略了对输电线图像的边缘灰度特征检测,导致输电图像轮廓特征不准确,输电线路通道监测出现较大误差的问题,提出基于双程摆扫激光测距探测成像的输电线路通道监测方法.构建双程摆扫激光测距探测成像模型,采用激光传感器实现对双程摆扫激光测距探测节点部署.利用探测模型提取输电线路通道监测双程摆扫激光图像,检测输电线路图像的边缘灰度特征.采用双边滤波器实现对输电线路通道监测的图像增强和降噪处理,构建边缘轮廓特征检测模型,根据图像差异度融合结果实现对输电线路通道监测.仿真实验结果表明,采用该方法进行输电线路通道监测的可靠性较好,监测自动化水平和视觉成像水平较好,提高了输电线路通道监测方法的自适应性和准确性.     

激光共焦高速扫描显微成像的高帧速重构算法

针对激光共焦扫描显微镜的往复式逐行扫描成像方式带来的帧图像数据分割难的问题,在分析系统扫描方式、振镜的实际运动方式与理论运动方式差异的基础上,利用相邻两帧图像相似性大的特点,提出了一套完整的高帧速重构算法。该算法通过连续帧特征区域差分的方式实现了一维信号序列的自适应分割,即实现了对一维信号序列进行动态排列及分割成二维阵列图像数据,从而重构出多帧高精度图像。实验表明,该算法的成像误差低于1.6%,适用于成像速度高达300帧/s的激光共焦扫描显微成像。     

基于ANSYS的熔石英玻璃激光焊接工艺研究

采用ANSYS软件的数值模拟计算,对石英玻璃在激光焊接时的温度场分布进行了仿真分析,获取了熔石英玻璃实现CO2激光焊接的工艺参数,结果显示,4W的激光功率、0.1 mm的激光光斑半径以及0.5 mm/s的激光移动速度能够实现石英玻璃薄片的焊接。     

激光主动成像图像的多帧后处理算法研究

在确定激光器的发散角度、脉冲峰值功率、接收光学系统的参数以及确定激光器和接收光学系统的几何配置后,激光主动成像系统要想得到更远距离更高分辨率的微弱目标的图像,就只受微弱目标的探测成像及处理技术的制约,因为在较长的距离和有限的激光能量下,不可能立刻照明整个目标场景,接收成像端CCD上每个像素接收到的光照度也不可能达到相当的水平。为了在特定的脉冲激光能量下增加成像系统的成像距离,同时减轻大气扰动对成像分辨率的影响,研究了一种独特的图像处理算法,用激光多脉冲来获取整个目标场景的图像,采用辐射量来确定每次曝光时间内最大景物照明区域,这种独特的多帧后处理算法,可以在大气扰动和连续散粒噪声影响下,得到比传统连续照明方式更高分辨率的图像。     

基于Deeplabv3+和注意力机制的道路场景语义分割方法

在自动驾驶技术研究中,理解道路场景是提高驾驶安全性的保障.语义分割技术可以在像素级别上,将图片分割成与语义类别相关联的不同图像区域,可以辅助车辆感知、理解周围的道路环境信息,从而提高驾驶安全性.当下流行的语义分割模型Deeplabv3+在分割任务中,存在细小目标被漏分割以及外形相似物体容易被误判等现象,导致分割边界粗糙,精准度降低.针对此问题,在Deeplabv3+网络结构的基础上,结合注意力机制加重分割区域的权重,提出一种改进的Deeplabv3+融合注意力机制的道路场景语义分割方法.首先,在Deeplabv3+编码端引入一组并联的位置注意力模块和空间注意力模块,捕获更多空间上下文信息和高级语义信息.然后,在解码端引入注意力机制恢复空间细节信息,并对数据归一化处理,加快模型收敛速度.将不同方式引入注意力机制的模型分割效果进行对比,在CamVid数据集和Cityscapes数据集上进行了测试.实验结果表明,相比Deeplabv3+,改进后的模型分割准确度平均交并比在两个数据集上分别提升了6.88％和2.58％,效果优于Deeplabv3+.该方法不会明显加大网络计算量和复杂度,具有良好的分割速度和准确性的兼顾.     

基于X射线图像和激光点云的煤矸识别方法

煤矸高效分选是实现煤炭资源绿色开采的重要手段,其核心技术是煤和矸石的快速精准识别。因此,本文提出了基于X射线图像和激光点云融合的煤矸识别方法。首先,设计了基于局部熵和全局均差加权的改进Otsu分割算法,以此提高X射线图像的分割精度和分割效率;同时,利用直通滤波和体素栅格降采样简化了煤矸激光点云数据,进而提取了X射线图像和激光点云的煤矸组合特征。然后,针对传统麻雀搜索算法(SSA)易陷入局部最优和种群多样性差等问题,提出了多策略改进的SSA算法(ISSA),并用于轻量梯度提升机(LightGBM)参数的寻优,进而设计了基于ISSA-LightGBM的煤矸快速识别模型。最后,搭建了煤矸识别实验平台,开展了相应的实验对比分析,结果表明：ISSA-LightGBM模型的煤矸识别准确达99.00%,综合性能优于其它模型,满足了煤矸高效识别的需求。