基于图像处理的铝合金薄板激光切割质量研究

为加深激光切割中材料去除机理的认识,利用Imagine-Pro Pluse(IPP)图像处理技术研究了激光切割去除熔化物颗粒形状及其特征尺寸分布。基于气熔比控制的试验方法,对0.85mm厚的1000系铝合金薄板进行了激光切割试验。通过对颗粒图像度量标准的设定,去除熔化物颗粒形貌分为圆形颗粒、类圆形颗粒和蝌蚪形颗粒。图像处理结果表明:随气熔比的增大,去除熔化物颗粒中圆形颗粒所占百分比越来越大,类圆形颗粒和蝌蚪形颗粒所占百分比越来越小,且各形状颗粒平均特征尺寸随气熔比的增大而减小。同时对切口质量进行了测量,得到切口质量随着气熔比的增加而提高。建立了熔化物去除模型,揭示了熔化物去除与切割质量有着直接密切的关系,并最终得到了较高质量切口和缝阵天线薄板样件。     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

用于切割硅薄膜太阳能电池的激光器研究

相比其他加工方式,激光加工具有割线小,切割速度快,割缝边缘垂直度好,切割时无机械应力等优点．本文结合国内外激光薄膜加工研究结果,从激光与物质相互作用的角度出发,建立激光切割硅薄膜太阳能电池的理论模型。用有限元法(FEM)求得柱面坐标下热平衡方程的数值解。讨论激光波长,能量密度,脉冲重复频率,光斑形状与薄膜损伤阈值,切割速度,以及切割质量之间的关系。结合理论分析与实验,优化了激光器的设计,选择氪灯抽运的λ=532nm Nd：YAG激光器,采用KDP倍频,声光调Q方式工作,给了了重复频率与切割速度的配对关系,提了用柱面聚焦系统代替球而聚焦系统,从而减小垂直于割缝方向的热影响,并有利于切割速度的提高。     

CO2激光切割质量的视觉检测(Ⅰ)切割缺陷的同轴视觉检测

研制了基于同轴视觉的CO2激光切割质量监测系统,获得了切割前沿的视觉图像,成功提取了切割缺陷的特征信号.结果表明过烧缺陷的特征是图像中切割前沿上缘和下缘波动发生向上跳变,而挂渣缺陷的图像特征是仅下缘波动发生向上跳变.     

基于光斑与图像特征的动态激光干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,其上的光电成像探测器易受敌方激光干扰产生局部饱和甚至损伤,导致目标识别失效。在实际中,激光干扰功率和光斑位置等因素均时刻发生变化,导致激光对每帧图像的干扰效果也不尽相同,因此,动态的衡量激光干扰效果具有重要意义。提出了一种基于光斑特征和图像特征的无参考动态激光干扰图像评估算法,通过加速分隔测试特征(FAST)算法提取特征点,并运用特征点匹配确定图像的目标区域,在该目标区域利用饱和像素数和光斑相对位置变化表示光斑特征对图像质量的影响,利用图像中特征点和边缘点分布特性以及边缘清晰度表示图像特征的变化,将5个评价因子相乘,得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的无参考动态特征评估算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价不同功率、方位激光的干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元仿真

激光切割玻璃基板是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。为了掌握切割过程中热应力场的动态分布,提高切割质量,提出了一种热应力场的仿真方法。在有限元软件Ansys环境下,建立了三维液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元分析模型。采用间接法方式对温度场和热应力场进行耦合;通过APDL参数化编程语言,实现了对激光移动热源及射流冲击换热模型的仿真。仿真结果表明:在切割过程中,激光照射区内表现为压应力,压应力最大值出现在热源中心处;在激光光斑前、后一段距离内及冷却点附近均表现为拉应力。增大冷却效果及减小冷却点与激光光斑间的距离,均可增大拉应力δy的值。     

有机玻璃激光气化切割前沿

以PMMA(有机玻璃)为试件,采用CCD拍摄到CO2激光气化切割前沿的照片。研究焦点位置、切割速度和激光功率对切割前沿形状和前沿深度的影响,并建立激光能量耦合模型。结果表明,由于前沿存在多次反射,使得切割深度增加。正离焦切割时,前沿吸收的总激光功率密度减小,切割深度减小;负离焦切割时,最大激光功率密度值的位置下移,使得前沿功率密度分布朝着深部推进,切割深度增加,若负离焦量过大,表面光斑直径和光程增加,更深位置的功率密度减小,切割深度减小;随着激光功率增加、切割速度减小,则前沿弯曲程度减小,被激光直接照射的前沿部位增长,前沿吸收激光功率密度增加,切割深度增加。     

提高三维激光切割平顺性的切割头空间位姿优化方法

三维激光切割头空间位姿变化的平顺性直接影响机床切割效率、安全和稳定性。建立了三维激光切割机五轴联动运动学模型,分析切割轨迹刀位点几何信息转换为机床五个运动轴空间坐标的可选值。结合B和C旋转轴运动部件间的摩擦力、质量和转动惯量,建立相邻刀位点间的旋转轴旋转运动耗能模型。将完整切割环上旋转轴运动最低总耗能作为优化目标,通过Dijkstra最小路径优化算法,获得完整切割环上的最佳切割方式。通过实例分析,该方法可避免B和C轴瞬间摆动过大情况,提高了切割头运动的平顺性。     

激光/水射流切割工艺的新型切割头结构设计

对激光切割和磨料水射流切割的原理和优缺点进行简要的阐述,随后提出水射流辅助激光复合加工的方法,通过水射流不断冲击工件表面来降低表面温度和冲走熔渣,减少激光加工的热损伤,但此加工方式对激光与水射流的工作位置有着较高的要求。目前的试验系统大多为独立的激光器和水射流以一定的角度配合使用,这使得两者在加工过程中保持工作位置稳定较为困难。针对这一问题,设计了一种激光与水射流通道一体且能同轴工作的集合式激光/水射流切割头,利用热冲击断裂原理完成对材料的切割,从而得到更高的切割精度。最后使用ANSYS软件对加工过程中的温度场进行仿真分析,并使用切割头对立方氮化硼复合材料进行实际切割,试验结果验证了加工系统的可靠性。     

单层碳纤维复合材料激光多向切割的温度场模拟北大核心CSCD

研究了激光切割碳纤维复合材料(CFRP)过程中碳纤维的铺设方向和树脂含量对激光能量传递方向以及切割质量的影响。根据复合材料混合定律设定材料物理参数,建立了碳纤维铺设角度为0°、45°、90°,树脂含量由30%增至50%的单层CFRP三维有限元模型。数值模拟结果表明,激光多向切割单层CFRP时,烧蚀前沿的能量传递方向由激光切割方向主导;随着纤维铺设角度的增大,传递方向的角度增大;稳定切割时能量传递主要沿纤维铺设方向。随着纤维铺设角度的增大,切缝倾角增大,表面碳纤维烧蚀宽度几乎不变,温度场变宽,最高温度降低。切割不同树脂含量单层CFRP时,热影响区宽度和最高温度随树脂含量的增加都呈近似线性变化。与试验结果相比,数值模拟结果中的表面碳纤维被烧蚀宽度的平均误差为10.66%,热影响区宽度的平均误差为13.09%。     

共边排样件激光切割路径的规划

排样软件的应用使材料利用率得到了很大提高，然而后续切割软件若不能保证有效地切割零件、保证零件质量及提高生产率，则排样软件在材料利用率上获得的收益将丧失。基于图论学理论，建立了规则与非规则零件共边排样时激光切割路径规划的数学模型，给出了在充分考虑加工质量、加工效率、制造成本情况下的激光切割路径优化目标：打孔点最少以及切割中割嘴空行程最短。提出了满足激光切割工艺要求的三个切割路径优化算法：用于求解理想情况下共边切割路径优化问题的一个新的欧拉回路算法；基于奇度顶点完全图最小权最大匹配算法来求解一般情况下共边切割路径优化问题的算法；利用废料区域进一步减少打孔点的处理策略与求解算法。给出了各种算法的运行实例，验证了所提出的算法的有效性。     

彩色图像特征点检测算子

图像特征点的定位检测是计算机视觉中的一个关键问题，特征点检测算子的性能会直接影响到相机参数标定和视觉测量结果。本文在传统的Harris灰度图像的特征点检测算子基础上，利用彩色图像RGB三分量数据融合，提出了彩色图像特征点检测算子；提出了2个空间位置约束条件，使检测到的特征点均匀分布在图像各个区域；还提出了采用Bilateral滤波器取代Gaussian滤波器，得到一种既能保持边缘信息又能有效平滑噪声的图像滤波方法。通过对加噪彩色图像的特征点检测实验证明所提方法特征点定位准确，分布合理，抗噪声干扰性能好。     

基于CCD图像的激光点云数据边界提取法

提出了一种融合激光和CCD图像的点云数据边界提取的方法。首先,将激光点标定到CCD图像上。然后,融合CCD图像数据与激光数据,提出了一种基于图像法的点云数据边界特征的提取方法,采用图像处理中梯度求解方法,对点云中每一点处的法向矢量和曲率进行估计,通过阈值得到候选边界点,再利用曲率极值法得到最终边界点。     

单手肩上投篮动作的激光位移检测技术研究

为了提高对单手肩上投篮动作的准确性,需要对单手肩上投篮动作进行检测,为此提出基于激光图像分析的单手肩上投篮动作激光位移检测技术。采集图像和研究图像关键特征点分布,进行单手肩上投篮动作激光图像特征分析和位移检测处理。基于特征标记方法,进行单手肩上投篮动作的激光特征分析和图谱特征检测,结合模糊图像位移检测技术,进行单手肩上投篮动作的特征分析,采用边缘轮廓特征检测方法,进行激光条纹图谱分析,根据光分辨特性激光位移检测的误差修正和补偿处理,结合形状特征分布实现对单手肩上投篮动作激光位移检测。仿真结果表明,采用该方法进行单手肩上投篮动作的激光位移检测的图谱分辨能力较好,位移参数估计准确性较高,最高检测精度已到达100%,误差较低,最低可达到1%,而且检测时间也低于另外两种方法,最多不超过2 s,有效实现了对单手肩上投篮的动作修正,提高投篮的准确性。     

基于ObjectARX的激光切割数控自动编程系统开发

数控自动编程是数控系统向集成化、智能化发展的重要环节，对提高数控程序编制效率、可靠性和降低数控编程人员工作难度具有重要作用。针对LCM-408激光加工机床，基于AutoCAD平台的二次开发工具ObjectARX及Visual C++建立了图形交互式激光切割自动编程系统。采用Polyline图形实体描述激光切割路径，实现了Polyline的顶点和凸度等图形信息的自动提取，通过图形实体的AcDbExtent对象获取并计算出激光切割区域最小包络矩形的宽度和高度。为避免某些材料在激光切割过程中发生“过烧”现象，实现了激光切割元件轨迹的元件起割切入和最后切出部分的自动生成。并采用交互式依次选取切割元件，以及对切割元件进行分组的方法确定多个切割元件的切割顺序，并将相应的图形信息、加工路径信息等转换为相应的数控代码。通过激光切割轨迹的静态模拟初步实现了数控代码程序的校验。     

应用特征点的彩色图像边缘检测算法

传统的边缘检测技主要通过全局图像扫描,寻找大于设定阈值的点,然后进行伪边缘点的筛除以及断裂边缘的连接。本文提出了一种基于图像特征点检测与边缘生长相结合的边缘检测算法。该方法将边缘看成一种特殊的区域,使用图像分割中区域生长的原理来生成边缘。首先在图像中寻找特征点作为边缘生长的种子点,然后以边缘梯度响应和区域相似度为生长规则,以层序遍历方式得到图像边缘。仿真结果显示,本文提出的算法可以减少参与比较的像素个数,去孤立的边缘,保证边缘的连续性和单一像素宽度。      

旋转气流控制激光切割特种钢薄板

以氧为辅助气体的激光切割工艺切割不锈钢等特种钢板时容易产生挂渣现象,因此大多采用高压高纯度氮气或惰性气体辅助激光切割不锈钢。在对熔渣形成原因及规律进行实验研究的前提下,提出了仍以氧辅助切割以降低激光切割功率,通过在工件底部加设旋风除渣器,形成旋转气流控制熔渣流向以去除熔渣的方法。实验证明,当同轴辅助切割气体为氧气,气体压力降低为300 kPa,旋转气流引导装置气体压力为100 kPa,激光功率为500 W,模式为TEM01,焦点位于0.5 mm厚硅钢片工件上表面,切割速度为3 m/min时,可获得光滑的高质量切口。     

基于Canny算子和K-L变换的改进SIFT匹配算法

在分析了经典SIFT算法的基础上,提出了一种基于Canny算子和K-L变换的改进SIFT匹配算法。该方法首先利用Canny边缘检测算法获得图像的边缘点坐标,与SIFT算法检测出图像关键点的坐标进行对比以去除不稳定的边缘点;其次通过K-L变换,将特征描述符进行降维处理,降低算法复杂度;最后使用RANSAC算法剔除误配点。通过实验表明,该算法能有效去除不稳定的边缘响应特征点,减少图像匹配时间,提高图像匹配的准确性和鲁棒性。     

基于改进的Canny算子和Zernike矩的亚像素边缘检测方法

为满足电荷藕合器件(CCD)图像测量系统的快速、高精度测量要求,提出了一种基于改进Canny算子和Zemike矩的图像亚像素边缘检测新方法.该算法先利用改进的Canny算子进行边缘点的粗定位,在像素级上确定边缘点的坐标和梯度方向,然后再根据构造的边缘点向量和参考阈值,用Zernike矩算法对边缘点进行亚像素的重新定位,...     

CO_2激光切雕机及其加工工艺的研究

一种可用于雕刻和切割非金属的新型ＣＯ２激光设备。介绍了这套设备各部分的结构特点、工作原理以及计算机软件的工作原理。并简述了该设备进行雕刻和切割时的工艺参数。