激光扫描光纤尺寸在线检测系统研究

本文主要论述了激光扫描光纤尺寸在线检测系统的工作原理及总体结构设计，该系统具有检测速度快、精度高、非接触检测等特点，完全可适用于光纤尺寸的在线检测和控制     

金属杆内疲劳裂纹与振动/超声相互作用及其定量表征

根据同步解调的原理,考察振动声调制检测输出信号中的调制成分,对金属杆内振动/超声在裂纹面上的相互作用进行了分析.制作了含有不同尺寸裂纹的铝杆试样,以扫频激励的方式得到合适的高频激励参数,分析输出信号中的调制信息,发现工件中的高频超声可分为两部分:一部分声波通过裂纹面,受到低频振动信号的调制,另一部分则保持不变。在此基础上对非线性调制模型进行了修正,并提出了一种用于裂纹检测的定量方法。与超声C扫描检测结果对比表明,此定量方法可用于估计金属杆中疲劳裂纹尺寸。      

激光扫描在工件表面检测中的应用方法

为了获取磨削工件表面特征信息，提出一种基于激光扫描的磨削工件表面检测方法。利用机械臂带动激光传感器扫描放置在激光测量平面中的磨削工件，从而获得工件在激光测量平面中的三维坐标信息，通过相邻2个扫描点之间的高度变化求出工件边界点的三维坐标信息，结合x轴和y轴坐标的极值点利用最小二乘法拟合出工件边界在激光测量平面中的解析式，进一步求出附着在工件上的坐标系相对于激光测量坐标系的位姿，最后利用工件在激光测量坐标系中的位置矢量信息得出其表面特征信息。实验结果表明，利用该方法对工件表面进行检测，得到工件表面检测误差为0.11 mm，检测平均时间在1 s内，满足工件表面特征检测要求。     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统北大核心CSCD

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场仿真分析

针对超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场的影响,建立了三维数值模型,利用ANSYS软件对超声振动辅助激光烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟。通过对比不同激光扫描速度、超声振动频率下激光相邻两个光斑温度场随时间的变化,发现相邻光斑的温度、尺寸以及位置均发生改变。数值研究表明,随着激光扫描速度的增加,激光扫描到相同位置的最大温度降低,而且凹坑的深度逐渐变浅;由于超声振动引起的介质分子位移,当超声振动频率为15 kHz时,凹坑温度发生了明显的下降且凹坑位置在振动方向发生了错位,这有利于产生新的激光作用轨迹。     

基于灰度矩的CCD图像亚像素边缘检测算法研究

根据灰度矩算子在目标成像前后的矩不变特性,利用Tabatabai等人提出的前三阶灰度矩建立了亚像素边缘检测算法的完备数学模型。通过实验对该算法的有效性和检测精度进行了研究,给出了工件的实测尺寸对比结果。实验表明:基于灰度矩算子的亚像素边缘检测算法比传统算子具有更高的检测定位精度,可满足图像目标高精度实时在线测量的要求。     

激光扫描匹配方法研究综述

激光扫描匹配是利用激光雷达进行导航、定位与地图构建的基础,本文对各类激光扫描匹配方法进行了综述。将现有方法归纳为基于点的扫描匹配方法、基于特征的扫描匹配方法和基于数学特性的扫描匹配方法 3类,系统总结了相应类型的常见方法;对典型的算法及其改进算法进行了梳理,并指出了存在的主要问题和发展趋势;介绍了激光扫描匹配方法性能评价和对比的最新研究进展,最后,展望了激光扫描匹配技术未来的研究方向。     

激光扫描转镜工作角偏差检测新方法

提出一种检测激光扫描转镜工作角偏差的新方法，该法通过两个激光扫描转镜相应面相互比较和检测，仅用一台自准直仪，可同时检测两个扫描转镜，且两个转镜具有相同的检测精度。介绍了该法的检测原理，导出了计算工作角偏差的公式，给出了检测结果的标准差，最后还给出了检测实例。该法检测仪器单一，检测精度高，不仅适于激光扫描转镜的检测，也可用于多面棱体的检定。     

光电雷达红外调制检测技术

因红外调制检测技术用于检测扫描积分型光电雷达调制器的工作性能,为此设计一套与调制器固有属性匹配的光学传递和激光准直系统。运用标准伺服控制理论为调制脉码信号建立Ⅲ型条件稳定的轴系扫描模型,通过截获、跟踪视场切换及驱动电压调幅,使模拟红外汇聚的激光扫描光束与3°×3°、40′×40′十字靶标重合,计量扫描视场及零位精度偏差,采集标定反射镜振动位置和扫描频率的过零脉冲,用以实现红外信号调制性能的检测。测试结果表明,该红外调制检测技术对调制器扫描视场的精度测量优于0.5′(1σ),零位误差的精度测量不大于5′(1σ),系统检测的相对误差不大于±1%,满足光电雷达红外光轴瞄准线工艺装配的精度要求,可应用于线列扫积型调制器的性能检测。     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

A performance evaluation test for laser line scanners on CMMs

This paper presents a performance evaluation test for laser line scanners on 3D coordinate measuring machines (CMMs). Laser line scanners are becoming more popular in recent years, mainly for free form inspection tasks and reverse engineering. Error specification of these scanners is difficult because of many influencing factors like surface quality, surface orientation and scan depth. Therefore, procedures for evaluation and verification of conventional contact probes (e.g. touch-trigger probes) are not appropriate for non-contact laser line scanners. A straightforward test method that uses a planar test artefact is proposed. It enables to identify the influence of in-plane and out-of-plane angle, as well as scan depth on systematic and random errors of the laser scanner. Experimental results show that the tested commercial laser scanner, after calibration, exhibits systematic errors of about 10 μm.     

傅里叶光谱仪扫描速度对测试的影响

扫描速度快是傅里叶光谱仪的突出优点之一,一般比棱镜式或光栅式光谱仪快上数百倍,但同时也对测试结果也带来了一定的不确定性。通过测试对比,研究了傅里叶光谱仪扫描速度对不同红外探测器的影响情况,最后对应于不同的测试样品及目的,给出了扫描速度的参考设定值。     

Sub-wavelength surface structuring of NiTi alloy by femtosecond laser pulses

Generation of self-organized sub-wavelength surface structures on a nickel–titanium alloy plate by femtosecond laser pulses is investigated experimentally through line-scribing experiments in air. It is found that Bragg-like relief gratings, with the orientation perpendicular to the laser polarization, are formed over the entire laser-scribed regions. The average period is measured as 630±30 nm. Distinctive features of these novel surface structures include nanoparticle-covered grating ridges and the maintainable spatial period regardless of incidence angles. With different laser parameters and sample scan speeds, sub-wavelength grating structures can evolve into cellular-like nanotextures. Optimal conditions for forming these surface structures are determined in terms of laser energy and scan speed. Elementary analyses of the structured surfaces by X-ray diffraction and photoelectron spectroscopy reveal that both the crystal structures and the chemical elements can remain in their original states, but the surface grains are refined and the atomic percentages are varied after femtosecond laser treatments.     

316L不锈钢粉末光纤激光选区熔化特性

采用自行研制的光纤激光选区熔化快速成型设备,研究了选区激光熔化316L不锈钢粉末工艺参数、能量输入与样件致密度、表面形貌之间的关系以及微观组织特征。结果表明:扫描速度对成型效果影响最为显著;样件致密度随着激光能量密度提高有逐渐增大的趋势;能量密度作为选区激光熔化工艺的技术指标具有可操作性;表面形貌由激光功率与扫描速度比值所决定。深入探讨了能量输入、熔化凝固行为、激光功率与扫描速度比值与样件致密度、表面形貌的关系。结果表明:选区激光熔化凝固组织层内、层间熔合处为弧形,且为冶金结合,金相组织主要由柱状晶与等轴晶组成,层内靠近熔合线周围是柱状晶,而层间靠近熔合线附近主要是细小等轴晶,晶粒直径为1μm左右。     

形位误差光电检测系统研究

简述了形位误差光电检测系统的结构和工作原理 ,为保证扫描速度均匀 ,利用激光特性而设计特殊的光学系统。为满足检测系统需要而设计了精密机械系统 ,伺服控制系统 ,电子学和计算机数字计算与数据处理系统 ,实现了高速、高效、高精度、非接触的自动检测。     

355 nm DPSS UV laser cutting of FR4 and BT/epoxy-based PCB substrates

The 355 nm DPSS UV laser cutting of electronics printed circuit board (PCB) substrates including FR4, and BT/epoxy-based PCB substrates was investigated. The effects of various laser conditions such as scanning speed, assisting gas, repetition rate, and interval between scans on the heat affected zone (HAZ) and charring were studied. The quality and morphology of laser cut PCB substrates were evaluated with optical microscope, and scanning electron microscope (SEM). It was found that multi-pass cutting at high scanning speed can achieve high quality cutting with little charring. It was also found that with O₂ assist gas, a certain amount of interval time between scans and higher repetition rate led to less HAZ and less charring. High quality laser cutting of PCB substrates with no delamination, very little charring and minimum HAZ was demonstrated. The developed process has important potential applications in the electronics industry.     

红细胞显微激光共焦拉曼散射光谱扫描技术研究

采用显微激光共焦拉曼散射光谱扫描系统对活态红细胞进行拉曼光谱(点测定、线扫描、二维扫描)测定及成像的技术与方法进行了研究,并对514 nm激光对红细胞在拉曼扫描中的影响进行了评价。通过扫描前后细胞的拉曼光谱变化和亮场图像变化确定了在不同扫描模式下既可获得较好的拉曼散射信号,又不会影响细胞生命活动与功能的合适扫描参数的设置。对于点扫描模式,样品激光功率是重点调节的参数,一般应小于1.5 mW。对于线扫描模式,照射激光功率和扫描间隔(步进)是要重点关注的参数。小扫描间隔意味着激光能量相对聚集,易对细胞造成损伤;大扫描间隔可以较好地降低激光对细胞的损伤,但是空间分辨率会因此而下降。对于线扫描,建议扫描间隔大于0.5 μm、照射激光功率小于0.7 mW。对于二维扫描,除照射激光功率、扫描间隔需要调节外,其他扫描参数也要作相应调节以降低激光对红细胞的影响,可适当降低样品温度和增加共焦孔径尺寸降低二维扫描过程中激光对红细胞的影响。1.0 μm扫描间隔、0.7 mW的照射激光功率和500 μm共焦孔径,以及样品温度适当调低可得到较好的二维红细胞拉曼图像。对于所有扫描模式,如果得到的红细胞的拉曼信号足够强,也可适当降低曝光积分时间以降低激光对红细胞的影响。实验前进行实验过程的优化对活态细胞的拉曼测试也非常重要。     

Mechanical and optoelectric properties of post-annealed fluorine-doped tin oxide films by ultraviolet laser irradiation

The fluorine-doped tin oxide (FTO) thin film deposited on a soda-lime glass substrate was annealed by a defocus ultraviolet (UV) laser irradiation at ambient temperature. The mechanical and optoelectric properties of FTO films annealed by using the various laser processing parameters were reported. After the FTO films were subjected to laser post-annealing, the microhardness were slightly less but the reduced modulus values were larger than that of unannealed FTO films, respectively. The average optical transmittance in the visible waveband slightly increased with increasing the laser annealing energy and scan speed. Moreover, all the sheet resistance of laser annealed films was less than that of the unannealed ones. We found that the sheet resistance decrease was obviously influenced by annealing. The suitable annealing conditions could maintain the film thickness and relief the internal stress generated in the film preparation process to improve the electrical conductivity via decreasing laser energy or increasing scan speed.     

基于飞秒激光的光纤切割加工工艺研究

为了得到理想的光纤切割断面,利用飞秒激光对石英光纤材料进行切割微加工实验。研究激光功率、脉冲频率、扫描速度等加工参数与光纤切割断面质量间的关系,以寻求最理想的加工参数。最后在可调倾角光纤夹具的辅助下,很好地弥补加工过程中产生的端面倾斜角,得到垂直度高达89.56°的光纤切割断面。