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。     

飞秒激光五轴扫描加工深盲孔

采用五轴激光扫描技术研究了FR4覆铜板的深盲孔制造技术。通过实验研究了激光参数和扫描图形的填充间距对盲孔侧壁锥度和底部材料去除均匀性的影响,通过调节激光扫描策略,实现了盲孔锥度和孔径的连续调节。盲孔深度为925μm,最大深径比可达4.9∶1,孔侧壁平直,孔底玻璃纤维复合材料被完全去除,铜层的损伤深度小于1μm。实验结果表明,五轴激光扫描技术可以有效提升激光的盲孔制造能力。     

激光烧蚀玻璃纤维/环氧树脂复合材料的能量耦合率模拟研究

提出了一种计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中能量耦合率的模型,并通过对激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的数值模拟计算了烧蚀过程中的激光透射率及表面温度,与实验结果吻合较好。结果表明,利用该模型可以计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中的能量耦合率。利用该模型进一步计算了不同激光强度下耦合系数的变化规律,计算结果表明,对玻璃纤维/环氧树脂复合材料的激光烧蚀,激光的吸收方式存在体吸收向面吸收转变的过程;激光强度越大,能量耦合率增大到稳定值所需时间越短,体吸收向面吸收转变的过程越快。     

飞秒激光双光子制造生物微器件微支架

介绍了飞秒激光双光子吸收和光聚合的机制,将飞秒激光技术应用于生物相容性材料(ORMOCER)的三维微纳米加工中.在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.5 μm,突破了衍射极限.推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律.在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件--微井阵列、微柱阵列和光子晶体生物微型支架.     

基于激光扫描技术的三维模型重建

通过分析三维激光扫描系统获取的点云数据,得到了利用点云数据构建三维模型的技术、方法和流程。介绍了利用地面三维激光扫描仪获取点云数据的过程以及结合RiSCAN PRO软件和Geomagic Studio软件进行建模的方法。对原始测量的点云数据进行处理(去除噪声,平滑,对多站点数据做拼接配准,提取目标建筑物等)得到正确和完整的目标建筑物的表面信息,然后构建三角网建立它的三维表面模型,最后通过所拍的照片进行纹理映射得到真实的三维模型。实验结果表明,利用上述方法可以有效地处理三维激光扫描获取的点云数据,实现对建筑物快速三维可视化建模。     

基于纳米颗粒热效应的飞秒激光高效直写金属铜微结构

在Cu（NO₃）₂前驱体溶液中添加硅纳米颗粒,采用飞秒激光在透明基底表面成功直写了导电金属铜微结构。前驱体溶液中的硅颗粒作为吸光粒子吸收激光能量后对溶液进行加热,使Cu²⁺还原为金属铜并沉积在基底表面。结果表明：当激光光强为5.32×10⁹～8.51×10⁹ W·cm^-2、扫描速度为100～500 mm·s^-1时,微结构主要由铜、Cu₂O及微量硅组成,铜含量及微结构的导电性随着光强的增加或扫描速度的降低而逐渐增加;在光强为5.32×10⁹ W·cm^-2、扫描速度为100 mm·s^-1的条件下,铜微结构的方阻为0.28Ω·sq^-1,电阻率为4.67×10^-6Ω·m。与已有的飞秒激光直写铜微结构的技术相比,这种方法使激光光强降低了2个数量级,直写效率提高了1～3个数量级。     

激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学剥蚀研究

根据实验现象,提出了计算力学剥蚀的模型和判据,将剥蚀过程分解为材料分层和层内断裂两个过程:对分层过程利用激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的热力学模型计算,对层内断裂过程用板壳模型计算。利用实验结果验证了模型的合理性,计算结果表明,力学剥蚀过程极大地降低了烧蚀穿孔所需的能量,对激光辐照效应影响很大;功率密度较低时,烧蚀效率较高。     

基于太赫兹时域光谱的玻璃纤维缺陷深度检测及数据分析

太赫兹波对很多介电材料和非极性的液体具有透射性且THz波辐射的光子能量低,近年来在无损检测领域得到了较快的发展和应用.基于透射式THz-TDS系统在室温下对包含不同深度缺陷信息的车载气瓶玻璃纤维增强复合材料检测,获得了0.2～1.8 THz范围内样品的时域波形,分析其峰峰值、最大值、延迟时间、折射率和吸收系数,结果表明,随着样品缺陷深度的增加,峰峰值、最大值和延迟时间都有明显的变化规律,同时样品的折射率和吸收系数也不同.可以通过分析时域波形的变化以及折射率和吸收系数的变化,获得缺陷的深度信息.     

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。     

切向空气流速度对玻璃纤维增强树脂基复合材料激光烧蚀热的影响

烧蚀热可用于材料抗激光加固性能表征和材料的激光加工效率描述。实验研究了亚音速表面切向空气气流速度和激光功率密度对玻璃纤维/树脂复合材料烧蚀热的影响规律,结果表明,相同气流速度下,烧蚀热在100~500 W/cm2激光功率密度范围内先迅速降低然后趋于稳定,转折点约位于200 W/cm2;相同激光作用下,功率密度较低时,烧蚀热随着气流速度提升而变大,功率密度高于一定值(约200 W/cm2)后,烧蚀热随气流速度提升而降低。分析认为材料内部扩散、热解气体燃烧、残碳氧化放热、辐射能量损失、气流剥蚀等多个因素的竞争是激光能量利用效率变化的原因。     

基于OCDR的飞秒激光直写光波导微结构在线监测

飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点,在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而,实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数,过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪（OCDR）在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术,以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响,并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明：通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件,且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型;此外,通过分布式测量激光直写反射曲线,可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。     

基于BIM及激光扫描技术的装配式建筑构件定位

为了对装配式建筑构件的沉降位移等变形状况进行准确判断,以提高建筑施工质量,提出一种基于BIM技术和激光扫描的装配式建筑构件定位方法。利用相位差测距原理对装配式建筑进行激光扫描,实现点云数据收集,采用BIM技术组建三维模型对建筑数据参数进行准确分析;构建构件定位系统,运用模态转换获取建筑构件位移变形数据,并使用卡尔曼滤波剔除数据噪声,完成装配式建筑构件变形的精准监测,实现构件定位。仿真实验结果表明,应用本方法定位装配式建筑构件的残差波动均控制在±0.15 mm以内,对装配式建筑构件定位耗时为2 s,大幅提升了装配式建筑构件的定位精度及效率,对施工质量的评估及修复具备一定的参考价值。     

飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究

为了探究飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征, 采用光束同心圆填充扫描方式对厚度为4mm的SiC/SiC复合材料进行制孔实验, 分析了飞秒激光加工参数对入口直径、孔深、锥度等孔型特征的影响规律和影响机理。结果表明, 脉冲能量、重复频率、线重合度以及扫描速率对小孔入口直径影响较小, 但对孔深和锥度影响较大; 上述实验参数与光束扫描面积内的能量密度密切相关, 小孔锥度随能量密度增大而减小, 小孔深度则反之; 当采用最大脉冲能量130μJ、最大重复频率100kHz、最小扫描速率100mm/s、最大线重合度77%以及最小进给量0.1mm时, 小孔锥度达到最小值12.38°; 上层材料对光束的遮挡以及排屑困难导致深孔加工锥度不易控制。该研究可以为今后SiC/SiC超快激光制孔应用提供参考。     

基于点集贝塞尔曲线优化的激光振镜加工算法

为了解决激光振镜加工中由于数据点集过于密集导致激光在单点停滞时间过长引起激光烧蚀问题,将原始数据点集经过稀疏化、曲线点集分段、三角二分法贝塞尔曲线拟合数据处理,转换成由少量直线和曲线构成的实体,在激光路径输出时,根据输出放大倍数的大小及曲线曲率大小对曲线进行整体的适应性插补,从而解决因放大倍数不同引起的数据点过密或过疏...     

基于三维激光扫描的低照度图像色彩增强方法

为了提高图像画面的清晰度,给用户展示更多细节,提出了基于三维激光扫描的低照度图像色彩增强方法。利用图像直方图分析灰度级,通过直方图处理实现低照度图像对比度增强,使所有灰度区域的均匀布局;通过多维信息算出协方差,利用矩阵构成相关数据,在相邻点实行空间曲面拟合,构建平面图像函数,将连续图像函数变换成离散形式,扫描图像找到相应的行列数,判断点位置获得三维激光图像矩阵。通过实验可知,本方法的图像标准差与实际图像差值仅为0.25,信息熵差值仅为0.1,平均梯差值仅为0.05,表明本方法能够增强低照度图像色彩。     

双振镜扫描的最小二乘与网格法混合校正模型

为了使2维振镜扫描系统在大角度扫描状态下减小非线性畸变误差,针对纯理论校正无法克服系统自身各种误差的缺陷,提出了基于坐标角度映射关系的校正模型。利用曲面最小二乘拟合的方法,建立坐标点的误差补偿曲面可以有效提高校正精度,仿真测试的平均误差在15μm左右,利用分段线性插值插入网格校正表可以大幅提高扫描速率,扫描速率达到25m/s左右。结果表明,该模型对于扫描非线性实时动态校正有一定的效果。     

基于飞秒激光直写的高折射率光纤光栅传感器

该文提出了一种基于飞秒激光直写的高灵敏度光纤光栅折射率传感器,同时测量了传感器的温度及轴向应变特性。采用波长为800 nm的飞秒激光刻写了周期为150μm,周期数为50,栅区长度为7.5 mm的长周期光栅。该传感器在折射率测量实验中的灵敏度最高可达1 605 nm/RIU,在30～330℃,温度灵敏度达到76.52 nm/℃,传感器的稳定性良好且对应变不敏感,鲁棒性优良。这种基于飞秒激光直写的长周期光纤光栅,其折射率灵敏度较高,耐高温,具有广泛的应用前景。     

基于三维激光扫描的建筑模型可视化制作研究

为提升建筑模型制作精度,以三维激光扫描为技术背景,对建筑模型可视化制作方法展开研究.将三维激光扫描设备放置于少遮挡物且具有开阔视野的位置,经多次扫描取得多组重合的点云数据,通过变换坐标系间关系,完成点云数据拼接,对其去噪、光顺处理后,根据构成建筑物表面的若干个几何特征,提取截面边界与建筑特征结构,实现建筑模型可视化制作...     

基于边缘光抑制技术的双光束激光直写纳米光刻系统

利用边缘光抑制技术,设计并研制了一套双光束激光三维直写光刻系统。该系统含有高速扫描振镜和三维纳米压电平台两组扫描机构,可以根据不同加工需求完成多种扫描模式下的微纳结构制造。分析了光刻光束中激发光与抑制光的能量变化对加工精度的影响,通过对光刻光束能量的精确控制,实现了基板表面最小线宽为64 nm的均匀线条和线宽为30 nm的悬浮线的稳定加工,加工结构的线宽变化符合理论预期。该系统在进行实用器件加工时,最高加工产率可达到0.6 mm²/min。使用该系统加工制造了多种微纳结构,证实了其具备加工大深宽比周期结构、复杂曲线结构和不规则三维结构的能力。