超声复合电弧声调控特性研究

超声复合电弧作为一种新的焊接热源, 在电弧焊接过程中可利用超声实现对熔融金属的深度处理, 但是超声与电弧等离子体间相互作用机理还不清晰, 这成为阻碍该技术工程应用的关键问题. 本文通过实验与相应理论针对外加超声场对焊接电弧调控特性进行了研究. 为说明电弧特性, 针对试验中高速摄像采集的电弧图片进行了处理. 对比未加超声情况, 超声复合电弧受内外声场共同作用等离子体拘束程度明显提高, 电弧亮度增强, 弧柱高温区范围扩展至阳极, 中间粒子出现团聚并以一定频率上下抖动. 通过改变超声激励电流大小和声发射端高度, 电弧结构产生显著变化, 在谐振点附近, 电弧挺直度最强, 脉动频率最大. 试验结果显示通过外加超声可以达到对焊接电弧热等离子体调控的目的. 最后结合波动方程和二维声边界元模型, 分析了电弧内部声传播过程以及声场结构对等离子体粒子的作用规律, 这为进一步理解超声对电弧的调控机理打下良好基础.     

结构光传感器模型及特性分析

给出了结构光传感器的数学模型，并依此模型详细分析了结构光传感器的各项参量，讨论了这些参量对结构光传感器性能的影响，得到了关于传感器参量和传感器特性之间关系的公式，给出了传感器设计必须遵守的条件。利用所给出的公式可以方便地讨论传感器的性能，对结构光传感器的设计起指导作用。     

双丝脉冲MIG焊接电弧光谱诊断及热源耦合机理分析

搭建了双丝脉冲MIG焊接试验系统, 为了分析研究双丝脉冲MIG焊接的热源耦合机理以及电弧温度场, 采用光谱技术对其电弧进行了诊断分析, 采用中空探针法进行等离子体的辐射采集, 得到电弧等离子体的光信号, 利用Boltzmann图法计算了双丝脉冲MIG焊接电弧等离子体的电子温度, 得出了电弧等离子体的电子温度分布规律, 并结合电信号采集和高速摄像技术对电弧进行了综合分析。研究创新之处在于结合了电弧的高速摄像图片信息和电弧等离子体的光信号对双电弧耦合机理进行分析, 对电弧温度场进行了较为直观的分析研究。试验结果表明, 在本试验条件下焊接过程实现了推挽式输出, 实现了一脉一滴的过渡方式;两个电弧在焊接过程中在磁场的作用下相互吸引, 向中心发生了偏移, 在双电弧的几何中心形成了新的热源中心, 并且电弧发生上飘现象;双电弧电子温度整体呈倒V型分布, 在双电弧几何中心位置, 距工件表面3 mm的位置电弧电子温度最高, 为16 887.66 K, 比最低温度11 963.63 K高大约4 900 K。     

双丝脉冲MIG焊接电弧光谱诊断及热源耦合机理分析

搭建了双丝脉冲MIG焊接试验系统,为了分析研究双丝脉冲MIG焊接的热源耦合机理以及电弧温度场,采用光谱技术对其电弧进行了诊断分析,采用中空探针法进行等离子体的辐射采集,得到电弧等离子体的光信号,利用Boltzmann图法计算了双丝脉冲MIG焊接电弧等离子体的电子温度,得出了电弧等离子体的电子温度分布规律,并结合电信号采集和高速摄像技术对电弧进行了综合分析。研究创新之处在于结合了电弧的高速摄像图片信息和电弧等离子体的光信号对双电弧耦合机理进行分析,对电弧温度场进行了较为直观的分析研究。试验结果表明,在本试验条件下焊接过程实现了推挽式输出,实现了一脉一滴的过渡方式;两个电弧在焊接过程中在磁场的作用下相互吸引,向中心发生了偏移,在双电弧的几何中心形成了新的热源中心,并且电弧发生上飘现象;双电弧电子温度整体呈倒V型分布,在双电弧几何中心位置,距工件表面3 mm的位置电弧电子温度最高,为16 887.66 K,比最低温度11 963.63 K高大约4 900 K。     

基于标准温度法的电弧高温区自动判别研究

在电弧等离子体的光谱诊断中,标准温度法测温原理与目前先进的图像传感技术相结合,通过特征谱图像完成电弧全场温度信息采集,因其良好的时、空分辨率而被广泛应用于电弧温度测量。但是谱线的发射系数与等离子体温度不是单调变化关系,传统标准温度法选取一条ArⅠ谱线完成对电弧等离子体的测量,在电弧内部的高温电离区域产生谱线辐射强度降低的现象,需要人为判定电弧不同位置所处的温度区间才能完成温度的计算,整个过程无法通过软件自主完成。针对此问题,根据电弧等离子体的局部热力学平衡条件,探索一种基于双特征谱线的标准温度法测温原理,通过融合电弧在外层低温区域聚集的Ar原子发出的ArⅠ谱线发射系数场,和在高温区域的Ar一次电离离子所发出的ArⅡ特征谱线发射系数场,将达到ArⅠ谱线标准温度的位置处的ArⅡ谱线发射系数作为电弧不同温度区域的判定依据,完成电弧等离子体高温区域的自动判别,继而应用ArⅠ谱线发射系数与温度对应关系在电弧高、低温区域分别计算电弧温度,消除单一的ArⅠ谱线发射系数场暗区给计算带来的不利影响;设计并搭建了一种镜前分幅采集系统,其中分光镜将弧光等能量分成两束,利用两组反射镜和窄带滤光片建立起两路光学通道,使CMOS在一次曝光中完成两组电弧特征谱图像的采集,并且两幅图像的采集时刻、焦距、光圈等拍摄参数完全一致,达到良好的时间、空间一致性,从而减小谱线融合时误差的输出,满足了原位获取两组电弧特征谱图像的需求;为验证测量系统可行性以及后期的电弧图像提取,以黑白棋盘为标靶,用Harris算子对系统采集的图像进行扫描,根据角点坐标证明系统所采集的两幅图像具有良好的一致性,并且据此将两幅图像做归一化处理,以便后期的电弧特征谱图像的提取;通过假设所测电弧等离子具有轴对称属性,以CMOS所采集的特征谱图像亮度信息作为电弧发射系数场在不同角度下的投影依据,经过中值滤波降噪后,利用ML-EM迭代重建算法求解电弧的三维发射系数分布。实验中,选择受自吸收效应影响较小的ArⅠ696.5 nm谱线和ArⅡ480.6 nm谱线为测量目标,并且在696.5 nm谱线的光通路中加入OD0.4的中性减光片,使两幅特征谱图像的最高亮度值保持一致。选取150A焊接等离子弧为测量对象,经ML-EM法三维还原后,将两条谱线发射系数场等像素融合,在ArⅠ谱线发射系数达到最大值的像素点位置处,ArⅡ谱线发射系数达到ε_rp,判定ArⅡ谱线发射系数大于ε_rp的像素点位置为电弧高温区域,其余位置为低温区域,最终在不同温度区域自动完成焊接等离子弧的温度计算。实验结果表明696.5 nm谱线和480.6 nm谱线发射系数场融合后可以自动识别电弧高温区域,继而完成电弧等离子体的自动测量,为电弧温度实时监测的实现提供更多可能。     

微束等离子体弧焊电弧物理特性多场耦合分析

根据磁流体动力学方程组，建立了微束等离子电弧模型，使用有限元分析软件COMSOL进行模拟计算。结果表明，电弧中心温度分布从钨针至焊件整体呈“毛笔”状，其中，喷嘴下方电弧形态呈“钟罩”形，在焊件上温度分布符合高斯分布特征；电弧等离子体在喷嘴内部速度较大，离开喷嘴后，其方向由喷嘴内的竖直向下逐渐变为到达工件时的向四周扩散；电流由焊件表面流出，经过弧柱区域流入钨针下端面，在钨针下端面附近取得最大值；电弧磁通密度分布呈“肺叶”状。最后进行了相应的熔焊试验，试验过程中拍摄的电弧轮廓与仿真电弧形态基本一致。     

基于电弧放电优化的光纤法珀湿度传感器

提出一种基于法布里-珀罗干涉的多模光纤-空气腔-多模光纤-聚乙烯醇(PVA)薄膜结构的湿度传感器，研究了结构中空气腔反射面的曲率对光传播和反射谱的影响，并提出了利用电弧放电增大反射面曲率半径的方法。实验结果表明，所提方法降低了光在纤芯内的干涉损耗，使更多的光参与干涉，并提高了干涉条纹的对比度和精细度。在优化后的多重腔端面涂敷一层厚度为14μm的PVA薄膜，在29.1%～81.8%环境相对湿度范围内，传感器的平均灵敏度可达73.24 pm/%,且具有良好的时间稳定性。     

EAST边缘等离子体中钨表面电弧诱导实验研究

在EAST装置中利用材料与等离子体测试平台MAPES对不同表面性质和结构的钨样品进行了边缘等离子体条件下的起弧诱导实验研究。结果显示只有纳米丝结构的钨表面成功产生了电弧,表明了钨表面的纳米丝结构更有利于电弧的触发,甚至在装置远离刮削层区域的地方也能诱导电弧触发。在纳米丝钨表面起弧过程中会产生两种不同的电弧,其中较强电弧能产生熔坑,并溅射出液滴,是等离子体中尘埃及杂质的重要来源。弧坑直径约为3μm,深度约为0.7μm,在电弧熔坑中心区域形成了一些小孔和纳米结构,其周围的熔化液滴也存在类似的结构。     

考虑栅片烧蚀金属蒸气的栅片切割空气电弧仿真与实验研究

基于磁流体动力学理论(MHD)建立了考虑栅片烧蚀金属蒸气的三维空气电弧模型,对模型灭弧室内的的电弧跑动及切割过程进行了数值仿真与实验研究.在传统的质量,动量,能量守恒方程中引入了金属蒸气浓度方程耦合求解用于描述灭弧室内金属蒸气的对流与扩散.在计算中考虑了金属蒸气对于电弧等离子体热力学参数和输运参数的影响.通过计算获得了电弧运动及切割过程的电弧电压,温度分布,金属蒸气浓度分布,灭弧室内流场变化等,分析了由于金属蒸气存在引起的电弧等离子体电导率的变化在切割过程中对于电弧行为的影响.为了验证仿真模型的有效性,进 关键词： 金属蒸气 空气电弧 仿真分析 电弧切割     

两种不同制备方法的多壁碳纳米管光学性质的对比

分别采用化学气相沉积法和电弧放电法制备了多壁碳纳米管.利用扫描电镜测量了两种不同方法所制备样品的形貌,并在室温下测量了这两种样品的喇曼光谱、吸收光谱和光致发光光谱.结果显示:电弧法所制的纳米管管径较小,且纳米管相互缠绕明显;两种样品的喇曼光谱中均存在D模和G模,但化学气相沉积法制备的碳管的结构更完美,石墨化程度和碳管纯度更高;两种样品都在250 nm处有一个强的吸收峰,当采用共振激发时,两种样品均在480 nm处有带状发射光谱,而用550 nm的光激发时,化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管在820 nm处具有光致发光,电弧法制备的样品在此波段则无光致发光.     

Study on Laser Visual Measurement Method for Seamless Steel Pipe Straightness Error by Multiple Line- structured Laser Sensors

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ ,ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓｅｒｒｏｒｍｅｔｒｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｃｏｎｃｅｒｎｏｆｔｈｅｗｏｒｌｄ ,ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ,ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓｅｒｒｏｒｏｆｏｖｅｒ ｔｅｎ ｍｅｔｅｒ ｌｏｎｇｓｅａｍｌｅｓｓｓｔｅｅｌｐｉｐｅ[1] .Ｗｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ,ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｉｎｌｙｌａｓｅｒａｌｉｇｎｍｅｎｔ,ａｕｔｏ ａｌｉｇｎｍｅ…     

利用激光三角测距法提高三维面型检测精度的方法

本文首先介绍了根据激光三角测距原理并采用片光照明、面阵ＣＣＤ接收的三维面形检测原理，其优点在于物面相对于测量头仅需一个方向移动即可完成二维扫描，使测量系统结构简单、便于控制。其次分析了影响其测量精度的几个主要因素，即散斑噪声、接收器件本身的分辨率、投影片光束的宽度与稳定性。散斑噪声造成了投影光斑的抖动，ＣＣＤ的分辨率限制了测量系统的分辨率，而片光束的质量影响着ＣＣＤ光敏面上像斑的准确定位。针对其各自的特点给出了相应的解决途径。     

Study on Calibration Methods of Structured Light Sensor

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ａｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｅｎｓｏｒ (ａｌｓｏｎａｍｅｄｖｉｓｕａｌｓｅｎｓｏｒ)ｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ ,ａＣＣＤｃａｍｅｒａａｎｄａｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ,ａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ .1 .Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｅｎｓｏｒｐｒｏｊｅｃｔｓａｌｉｇｈｔｓｔｒｉｐｅｏｎｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙａｌａｓｅｒ,ｔｈｅｎｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｅｄｌｉｇｈｔｉｓＦｉｇ .1…     

Study on Calibration Methods of Structured Light Sensor

In this paper,advantages and disadvantages of existing calibration methods are presented.Based on the projective transformation which is the basic principle of a CCD camera,a new method of calibrating structured light sensor is presented.Steps and advantages of the calibration and experimental results are given.     

Line laser-based break sensor that detects light spots on yarns

In this paper, current yarn break sensor systems are investigated and a line laser-based yarn break sensor is proposed. In this proposed sensor system, yarns aligned in the same plane are illuminated with a line light and the light spots on the yarns are detected with a CCD camera, total yarn number is compared with the number of the light spots formed by the line laser on yarns. If the number of the yarns used is greater than the number of the light spots, sensor warns the breaking.Design principles of the line laser-based yarn break sensor are presented. Detection area of the sensor related to the yarn number, yarn thickness and the distances between the yarns is obtained. Equations for calculating the line laser radiation angle and the light spot intensity related to the detection area width and the line laser placement height are obtained.Different placement situations of line laser (transmitter) and the CCD camera (receiver) related to the yarn plane are explained. An experimental setup is developed to test the system and the image of the light spots formed on yarns is obtained. Block diagram of the sensor is given and the operation principle is explained.     

A MAP estimator based on geometric Brownian motion for sample distances of laser triangulation data

The proposed algorithm is designed to enhance the line-detection stability in laser-stripe sensors. Despite their many features and capabilities, these sensors become unstable when measuring in dark or strongly-reflective environments. Ambiguous points within a camera image can appear on dark surfaces and be confused with noise when the laser-reflection intensity approaches noise level. Similar problems arise when strong reflections within the sensor image have intensities comparable to that of the laser. In these circumstances, it is difficult to determine the most probable point for the laser line. Hence, the proposed algorithm introduces a maximum a posteriori estimator, based on geometric Brownian motion, to provide a range estimate for the expected location of the reflected laser line.     

Constructing feature points for calibrating a structured light vision sensor by viewing a plane from unknown orientations

To calibrate a structured light vision sensor, it is necessary to obtain at least four non-collinear feature points that fall on the light stripe plane. We propose a novel method to construct non-collinear feature points used for calibrating a structured light vision sensor with a planar calibration object. After the planar calibration object is moved freely in the range of measuring of the structured light vision sensor at least twice, all the local world coordinates of the feature points falling on the light stripe plane can be readily obtained in site. The global world coordinates of the non-collinear feature points in the local world coordinate frame can be computed through the three-dimensional (3D) camera coordinate frame. A planar calibration object is designed according to the proposed approach to provide accurate feature points. The experiments conducted on a real structured light vision sensor that consists of a camera and a single-light-stripe-plane laser projector reveal that the proposed approach has high accuracy and is practical in the vision inspection applications. The proposed approach greatly reduces the cost of the calibration equipment and simplifies the calibrating procedure. It advances structured light vision inspection one step from laboratory environments to real world use.     

CCD摄像法采集激光光斑图像方法研究

为了测量大尺寸激光光斑图像,对CCD摄像法采集漫反射的激光光斑图像方法进行了研究。采用CCD摄像机捕获经漫反板反射的激光光斑图像,光斑图像进行去背景处理后,根据系统噪声特性对光斑图像进行提取,再利用透视投影原理对畸变的光斑图像进行了校正,最后根据人眼对彩色图像敏感的特性,利用灰度级一彩色变换法对光斑图像进行了伪彩色处理。结果表明,CCD漫反射法能够准确地测量大尺寸激光光斑图像。     

基于CCD传感的激光粒度测试技术研究

颗粒测试在工业生产和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法是激光粒度测试法,其具有测试精度高、测量速度快、重复性好和可测粒径范围宽等突出优点。CCD传感器有灵敏度高、分辨率高、噪声小和较大的动态范围等优点,其作为激光粒度仪的探测器提高光强分辨率的应用已经很普遍了。为提高测量精度,通过对CCD传感技术的研究,应用图像处理的方法来设计光电探测器,搭建了基于米氏散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,用CCD传感器采集光散射图像,再对图像进行处理,D50与D10误差在6%之内,D90误差在1%之内,降低了测量的重复误差。