高功率横流CO2激光熔池形成过程检测研究

检测激光熔池信息,研究其分布情况,对于控制激光熔池形貌,改进工艺设计,提高激光加工质量,具有重要意义.研制了一套激光熔池动态检测系统,实时检测了高功率横流CO2激光熔池的形成过程,并给出了其温度场分布情况.实验结果表明,刚开始形成的激光熔池由几个分熔池组成,经过一段时间后,形成一个完整的熔池.可通过调整能量密度较高的分光斑覆盖整个加工轨迹截面,优化加工速度和激光功率等参数,提高激光加工质量均匀性.     

深紫外激光对GaN薄膜的激光抛光研究

为了研究157nm深紫外激光的激光抛光加工特性,采用小光斑对GaN半导体薄膜进行了微平面扫描刻蚀.通过探讨激光工艺参量与激光抛光质量的影响关系,得到了最佳的工艺参量范围.结果表明,随着激光抛光扫描速率的增加,材料加工表面粗糙度值Ra逐渐减小,其中扫描速率在0.014mm/s～0.015mm/s处,激光抛光质量最高;而激光抛光扫描间距的减小,或者脉冲频率的增加,都将导致被加工表面粗糙度增大;当脉冲频率取8Hz时,抛光效果较好,表面粗糙度值Ra≈20nm.     

五轴框架式机器人激光加工系统轨迹算法研究

在集成化智能激光加工系统工作原理的基础上提出了五轴机器人的激光加工轨迹算法。将三维离散数据点集拟合为空间参数曲面 ,在此参数曲面上规划五轴激光加工的等距轨迹。给出了冲压模具激光强化加工实例 ,取得了理想的加工效果。     

自由曲面破损零件激光再制造修复路径生成

针对复杂自由曲面零件激光再制造中在线示教加工路径存在的问题,进行了三维激光熔覆再制造修复路径的研究,提出了基于等距平行截面法的修复轨迹自动生成算法。利用任意等距平行截面与三角网格模型求交确定激光束扫描点位置;估算出三角网格中每个顶点法矢后,通过对交点所在边的两顶点法矢插值得到交点的法矢,确定了在加工点激光束的姿态。应用实例表明,该算法取得了良好的加工效果,能够达到实用化要求。     

基于激光定位的机器人加工轨迹规划

随着机械化生产的逐渐实现,加工机器人的应用范围越来越广泛。在此背景下,为提高机器人加工精度,针对基于机器视觉、COMS工业相机以及CAM的三种机器人加工轨迹规划方法无法准确跟踪给定轨迹,导致规划轨迹与期望轨迹存在较大误差的问题,提出一种基于激光定位的机器人加工轨迹规划方法。该方法首先利用激光雷达方法测量机器人与待加工目标之间的相关信息,然后利用激光跟踪仪进行误差标定,最后将误差标定结果作为改进蚁群算法迭代条件,通过多次迭代生成机器人加工轨迹。实验测试结果表明:与基于机器视觉的规划方法、基于COMS工业相机的规划方法以及基于CAM的规划方法相比,基于激光定位的机器人加工轨迹规划方法应用下,规划轨迹与期望轨迹拟合优度提高0. 07、0. 05、0. 08,轨迹定位误差较小,基本达到预期目标。     

水雾对激光加工CFRP的影响特性研究

为了研究水雾对激光加工碳纤维复合材料(CFRP)的影响,采用水雾辅助激光加工CFRP的方法,通过正交实验、多元线性回归分析和光学仪器进行了理论分析和实验验证,得到了水雾对激光加工CFRP的影响规律并优化了工艺参数。结果表明,随着喷嘴高度、喷嘴角度增加和气体压力减小,激光光斑直径逐渐减小;随着喷嘴角度增加和气体压力减小,激光损失率逐渐减小,喷嘴高度对激光功率影响小;当喷嘴角度50°、气体压力0.2 MPa和喷嘴高度为30 mm时,可以获得最大5.303的深宽比,此时激光损失率为1.473%;建立的水雾参数与加工质量之间的经验公式可以预测切缝内部特征;与气体辅助激光加工CFRP相比,水雾辅助激光加工CFRP可以获得更小的截面热影响区和更大的槽深。该研究可为激光低损伤加工CFRP提供参考。     

17-4PH不锈钢的激光表面固溶工艺研究

在圆形光斑和矩形光斑下,采用7kWCO2激光器,对17-4PH不锈钢做了激光固溶的工艺实验研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪分别检测了激光处理后强化层的显微组织、显微硬度,结果表明,激光固溶层存在高密度的马氏体组织,圆光斑下的固溶层平均显微硬度为360HV0.2,矩形光斑下的为400HV0.2.气蚀实验中,圆光斑激光固溶时效后的试样气蚀累计损失量为基体的0.8倍,矩形光斑下的为0.6倍.最后讨论并分析了影响固溶强化效果的四个主要因素,激光功率、扫描速度、光束质量以及光斑几何形状.     

高功率矩形光斑激光非相干空间合束

激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。     

汽车覆盖件模具激光表面强化中环带区域的测量及轨迹规划

在模具表面激光强化中,测量及轨迹规划是工艺实值墓丶方?本文针对汽车覆盖件模具表面较为常见的侧壁结构,从中抽取出更为基本的一类型面--环带,提出了一种基于特征线的环带测量及轨迹规划的方法.并且在建立环带数学模型的基础上对误差进行了分析,证明了这种方法不仅简单、高效,而且满足相应的加工工艺要求.     

基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明,在辐照时间不同的条件下,该算法定位精度达到0.761μm,比灰度重心法提高51.3%,比最大行列灰度值法提高93.9%;在激光功率不同条件下,该算法的定位精度达到0.793μm,比灰度重心法提高73.4%,比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。     

光纤激光直接快速成型3l6L不锈钢精密零件研究

为了研究光纤激光在选区激光熔化直接成型316L不锈钢精密零件中的应用,采用扩束镜及f-θ透镜,将光纤激光在成型系统工作面上聚集成30μm~50μm左右的细微聚焦光束;通过分析离焦量、扫描速度、激光功率、扫描路径对比成型实验,获得了激光光斑直径、扫描速度、激光功率等工艺参量及扫描路径对成型精度的影响关系。结果表明,通过优化工艺参量及扫描路径,可成功成型壁厚达0.1mm的316L不锈钢精密零件。     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

云南高美古湍流大气中激光短曝光光斑统计特性研究

为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200 m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532 nm固体激光1,2,3,4,4.7 km大气传输光斑成像探测实验。利用4000 frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。     

金属管材激光弯曲成形的扫描路径规划

基于几何曲率方法,针对AIS1304L不锈钢金属直管的激光平面弯曲成形和三维空间弯曲成形进行了路径规划的研究.对平面内弯曲成形,根据目标管形的极值点和拐点将管材分段,取极值点作为路径规划的初始位置,对各分段采用不同的扫描间距以确定加热扫描路径.对三维空间弯曲成形,采用投影分解的方法,把三维成形曲面投影分解为两个二维曲面,分别获取扫描路径和工艺参数,然后组合与简化,获取三维弯曲成形的扫描路径.实验采用Nd:YAG固体激光器,以平面内正弦曲面弯曲和空间螺旋管弯曲两种形式为例,作为目标形状进行扫描路径规划与实验验证,扫描弯曲结果证明了扫描路径规划方法的有效性.     

激光发散角测量的误差分析

为了研究产品装调过程中,套孔法和CCD成像法得到的激光发散角偏差较大原因,采用ZEMAX仿真进行了理论分析,并结合相关试验进行了验证。结果表明,在CCD白光观瞄系统中利用CCD成像法测量激光光斑大小时,由于白光与激光间存在光程差,计算激光发散角时,需要消除光程差导致的图像误差的影响。激光光斑大小与距离符合双曲线规律变化。近场条件下不成线性关系,CCD成像法测量得到的激光光斑图像偏大,计算得到的激光发散角远大于套孔法的测量值;远场条件下近似成线性关系,套孔法及CCD成像法测算得到的激光发散角数值基本一致。该研究可以根据产品的设计参量,消除光程差对激光激光束散角的影响,提高测量精度。     

激光窄条喷丸成形的实验研究

利用短脉冲激光对LY12CZ航空铝合金进行了窄条激光喷丸(LP)成形。激光脉冲参数:波长为1.06μm,脉冲宽度为23 ns,光斑直径为7 mm,输出能量为22 J。试样外形尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,喷丸窄条宽度为7 mm,条带内相邻光斑的距离为4 mm,相邻喷丸条带中心间距为15 mm。利用弧高仪测试样变形后的变形量,用X-350A残余应力测试仪测其残余应力,用HVS-1000硬度计测其显微硬度和用Taylor Hobson-5M测表面粗糙度。实验结果表明,试样经激光喷丸后,变成了曲率半径为1.87 m的单曲率件,冲击硬度得到提高,喷丸条带内的表面粗糙度值增大,但仍然保持光滑,试样上下表面的残余应力均有显著提高,其激光喷丸面的残余应力平均增加了250%,下表面平均增加了75%,喷丸条带内的硬度平均值增加约40%。     

柔印激光雕刻机的一种多光路方法

介绍了激光雕刻机在包装印刷行业的应用状况和激光雕刻机的原理及和工艺,重点介绍了激光雕刻机的一种多光路的方法,对光路中各种元器件原理、性能的介绍,设计了一种新的多光路、聚焦的方法,并对各个参数进行了优化、仿真,并在此基础上设计了多光路激光雕刻机。通过声光偏转的方式实现了2路激光分光,采用2路激光同时对版辊进行烧蚀,与单路激光雕刻机相比,生产力提高了2倍,采用高性能的聚焦光学系统,使得单个激光斑点达到10μm,与电子雕刻相比,大大提高了精度。在设计的激光雕刻机光路中,对激光斑点之间的距离、每路激光的强度、激光斑点的形状进行了分析优化。     

提高外场重频激光光斑测量距离的研究

为评定激光指示器对运动目标的指示精度,通常使用激光光斑测量系统,测量照射在靶标上波长为1.064μm的激光光斑位置。而现用激光光斑测量系统的最大探测距离仅为500 m,需要大幅提高。本文通过分析制约激光光斑测量距离的因素,研究了提高外场重频激光光斑测量距离的技术途径,在选用可精确控制快门曝光的近红外高量子效率摄像机的基础上,设计了快门最优控制策略。在保证激光光斑录取率99.9%的同时,通过控制摄像机曝光时间,将激光光斑图像信噪比提高了约2倍多。外场测量时,对重频激光光斑的测量距离达到了2 000m,满足了对运动目标测量的精度要求。