3维激光振镜扫描系统的关键技术研究

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统.该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30靘,扫描精度可达100mm±0.1mm.结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值.     

3维激光振镜扫描系统的关键技术研究

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统。该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30μm,扫描精度可达100mm±0.1mm。结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值。     

应用于高能激光系统的发射聚焦装置研究

为了满足当前高能激光系统的工程应用需求,设计了针对高能激光聚焦的发射聚焦装置。首先选取了折反式二级扩束光学系统作为设计模型,然后利用光学设计软件序列模式对光学系统进行了设计优化,获得了平面波光束在不同距离聚焦的设计结果。其次由于平面波光束和高斯光束在调焦量上存在差异,通过矩阵光学理论计算了针对高斯光束聚焦的调焦修正量,并利用光学设计软件非序列模式重构光学系统,并以非相干空间合束的高斯光束作为入射光,进行了高能激光的传输聚焦仿真验证。在系统参数一致的条件下,与常规的离轴反射式光学系统进行对比。对比结果证实了本文设计的光学系统光学性能优良,可满足对入射高能激光在0.5~5 km范围内聚焦,最后开展的样机实验也验证了设计的正确性和合理性。     

透镜聚焦数控激光切割机聚焦光束方向研究

研究了数控激光切割机在进行金属板切割时激光束经凸透镜聚焦的聚焦光束传播方向的偏转问题。找出了当激光束中心入射线与聚焦镜(凸透镜)光轴异面时影响聚焦光束方向的几个入射物理量,并运用几何光学原理给出了聚焦光束方向与它们之间的关系式,同时提出了一个调节聚焦光束方向并使聚焦光束垂直于待切割板材板面的方法。切割实验表明,在一定的调节范围内,采用此方法可以方便地调整聚焦光束方向。这一方法也适用于其他采用透镜聚焦的激光加工设备,并为此类设备的聚焦光束方向调节设计提供了一个新的选择和依据。     

激光快速成型机中的动态聚焦系统分析

本文分析了激光快速成型机中扫描系统的误差和动态聚焦系统对误差的校正机理，得到了动态焦距变化公式，焦点位置的变化曲线和激光束通过动态聚焦系统的变换规律。     

选区激光熔化成形系统的动态聚焦技术研究

针对二维振镜存在的聚焦误差问题,根据产生聚焦误差的原理,采用动态聚焦技术补偿聚焦误差.分析振镜激光扫描过程中的图形失真机理,采用坐标映射方式补偿图形畸变方法.基于PCI总线控制技术实现动态聚焦振镜扫描的控制,并将该动态扫描系统应用于选区激光熔化成形设备,通过选区激光熔化成形工艺实验,验证了所开发的动态聚焦系统满足选区激光熔化成形工艺要求.     

复杂曲面有色金属3维激光拼焊的跟踪控制研究

为实现复杂曲面有色金属高功率激光拼焊过程中3维拼缝的精确跟踪,采用拼缝实时测量并进行拼缝形变动态补偿的方法,开展了基于7轴联动的3维拼缝焊接-测量一体化控制算法和关键技术的研究,包括运动控制数学模型、焊接与测量路径规划、焊接过程的实时检测与动态补偿等,并用4kW光纤激光器进行了厚度3mm以下有色金属焊接试验,验证了所提出的算法。结果表明,研究的3维拼缝焊接-测量一体化控制系统能够快速、准确地实现3维拼缝的实时焊接与动态补偿,满足3维焊接的跟踪控制精度要求。     

高功率激光加工中光束聚焦的分析和模拟

在高功率激光加工应用中,不同的加工形式对激光光束的聚焦性能要求不同,因而采取的聚焦方式也不一样.研究介绍了高功率激光加工中激光光束聚焦的几种常用方式,包括透镜聚焦、球面镜反射聚焦和离轴抛物面镜反射聚焦.系统地分析了这几种聚焦方式各自的优缺点及其应用领域,并且对这几种聚焦方式进行了模拟分析,形象、直观地反映出各种聚焦方式的聚焦效果.     

3维激光测风雷达技术研究

为了精确测量3维大气风场的实时状态以应对低空风切变在飞行器起降过程中给飞行器带来的多种问题,通过DBS四波束风场反演原理研制出一款小型3维激光测风雷达。对大气风场展开测风试验并获取风场数据,并与其它标准测风设备的数据对比分析。结果表明,雷达在晴天和阴天的天气状况下均可以实现对大气风场的有效测量,风速均方根误差0.42m/s,风向均方根误差5.33°。该雷达精准度高、稳定性好,对风切变预警、中低空大气风场预报及飞行器飞行通道的风场测量具有重要作用。     

脐带血与先天性心脏病患儿红细胞的光谱分析

为了探讨脐带血红细胞和先天性心脏病患儿红细胞的内容物的改变情况及其变化机理,为先天性心脏病的产前诊断提供有用信息,采用激光光镊喇曼光谱系统,测定了脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的喇曼光谱,通过对两者喇曼光谱进行比较分析,发现脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的光镊喇曼光谱有较大的差异。与脐带血红细胞相比,先天性心脏病患儿红细胞的整体谱线偏弱,部分的特征谱线发生位移。该研究结果将为提高胎儿先天性心脏病的检出率提供一种新的、快速简便的光谱分析手段,为临床诊断提供有力的实验依据。     

基于3维激光扫描技术建筑物建模研究

为了研究建筑物点云数据最佳的3维建模方法,采用3维激光扫描仪获取建筑物点云数据,并进行了一定的预处理;采用3种方法进行建筑物建模,并对这3种建模方法进行了理论分析和实验验证。通过建模效果和复杂度对比分析,发现SketchUp软件建立的模型效果更佳。结果表明,建筑物点云数据用专业建模软件SketchUp建模比扫描仪系统软件CYCLONE和AutoCAD软件建模效果更好。     

一种新型激光三维扫描测量仪的研制

研制了一种基于测量机器人的激光三维扫描仪,介绍了系统的测量原理,根据双三角法原理推导出物体空间三维点坐标,提出了具有一定泛化能力的神经网络系统整体标定方法,并对一茶杯盖进行了实际测量实验,测量误差小于0.1mm,实验结果验证了测量原理的有效性和系统的可靠性。     

激光片光三维传感中提高深度分辨率的方法

提出了两种在激光片光三维传感中降低散斑噪声、提高深度分辨率的方法。第1种方法采用宏观上相同、微观上受物体微结构面元影响的多帧散斑图像叠加,用于三维测量系统的标定。第2种方法利用动态采集方式,使CCD对微结构元进行时间积分,可有效地降低散斑噪声的影响。实验证明,综合利用这两种方式,深度分辨率可以得到有效的提高。     

Al2O3陶瓷的激光三维雕刻实验研究

基于激光三维雕刻对单层雕刻深度的工艺需求,采用不同雕刻工艺参数对Al2O3陶瓷进行雕刻实验。详细分析了工艺参数对单层雕刻深度、雕刻质量的影响以及激光雕刻陶瓷的机理,并建立起激光雕刻深度的数学模型。当激光输出功率为12.2A、重复频率为2kHz、激光扫描速度为25mm/s时,陶瓷试样的单层雕刻深度最接近0.1mm,同时获得较高的雕刻质量。利用实验中获得的参数数据进行了三维实体的雕刻并给出了应用实例。结果表明,分层成形原理可以应用于激光雕刻领域,三维雕刻系统能够在陶瓷表面直接加工真正的三维图形。     

远距离运动目标三维测量中图像匹配的研究

采用两个摄像机光轴平行的双目立体视觉测量系统,检测远距离运动物体的三维物体轮廓.阐述了该三维轮廓测量系统中的两个关键技术:提取出合适的图像特征;建立特征间的对应关系.将同一空间物理点在不同图像中的映象点对应起来,由此得到相应的视差图像,实现立体匹配,恢复出物体的三维轮廓.仿真实验结果表明,该三维轮廓测量方法容易实现、对硬件要求不高、精度较高和具有较高稳定性,能够满足远距离运动物体姿态和速度测量的要求.     

地面3维激光扫描技术建筑物特征线提取

为了提取出地面建筑物的特征点与特征线,采用平面拟合算法提取特征点的方法,对算法进行了理论分析和实验验证,得到了建筑物的特征点与特征线,并构建出该建筑物的边界线框图。结果表明,利用地面3维激光扫描技术,扫描得到建筑物的点云数据,并对点云数据进行处理,最终能够提取出建筑物的边界线。这对数字城市建设具有重大的意义。     

大口径动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构设计

为了消除自重和热应力对大口径平面反射镜面形精度的影响,采用有限元分析方法,对比分析了在-20℃环境温度下采用背部固定约束与背部浮动约束获得的反射镜面形仿真数据,设计了动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构以实现浮动约束,搭建了检测平台,并进行了大口径平面反射镜面形检测。结果表明,安装该支撑结构后反射镜的面形峰谷值为0.236,平均值为0.049。背部悬浮支撑结构实现了浮动约束,释放了大口径平面反射镜因自重和热应力造成的变形,有效保证了面形精度。     

基于条纹跟踪的动态过程三维轮廓术

针对在快变化动态过程三维轮廓术中,成像设备拍摄频率不满足抽样定理,对物体表面动态条纹时间采样不足以及物体表面发生破裂的动态过程,提出一种采用标记条纹进行跟踪的动态过程三维轮廓术,能有效地解决因成像设备时间采样不足和条纹断裂对三维相位展开所带来的影响问题,获得物体正确的动态面形分布,计算机模拟证实了此种方法的正确性。     

激光扫描共焦荧光显微系统研究

讨论了激光扫描共焦荧光显微系统的光学设计问题,成象机理,参数确定及其设计关键,介绍了高精度光学扫描器件的设计方法及实现荧光共焦成象中成象器件的优化设计.