采用改进高温热分解法合成了Cd2+掺杂NaLuF4∶Yb, Er纳米晶体,研究了Cd2+对晶相形成和发光强度的影响,采用CASTEP计算不同掺杂浓度下β-NaLuF4∶Yb, Er的形成能。在掺杂浓度为6mol%时合成的纳米晶荧光强度最强,其相较于未掺杂时增加了2.6倍,此时平均尺寸为23 nm左右。随后通过控制添加合适比例和含量的分散剂,解决了晶体易团聚的问题,得到了平均尺寸为18 nm的结晶度高、分散性好的上转换纳米晶。通过二氧化硅壳层的包覆,降低了Cd2+泄露引起的毒性反应,表明在浓度较低时呈现出低毒性,满足了上转换纳米晶在医用材料领域应用的要求。

使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射和再溅射的概率,以及原子的反射、再溅射角度和能量分布。考虑了四种碰撞:Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现,当沉积原子传递给基底的能量降低时,发生反射的概率增加,但是发生再溅射的概率降低。此外,入射角度对反射概率、再溅射概率的影响与沉积原子和基底原子的种类有关;然而,入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后,进行了磁控溅射实验,在具有不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片,实验结论验证了仿真结果。研究结果可以用于模拟磁控溅射镀膜过程,优化镀膜工艺。

Mo/Si多层膜镀膜工艺是极紫外光刻的关键技术之一,为了优化并提升Mo/Si多层膜的镀膜工艺,研究了气压、靶-基底间距这两个工艺参数对Mo/Si多层膜表面粗糙度的影响。根据磁控溅射物理过程,建立了一个原子沉积的物理模型,分析了原子沉积到基底时的入射角度和入射能量分布对气压、靶-基底间距的影响。此外,利用直流磁控溅射镀膜机,制备了Mo/Si多层膜样片,并测量了膜表面粗糙度和功率谱密度,研究了膜表面粗糙度和功率谱密度随气压和靶-基底间距的演化规律。理论和实验的结论一致,所提模型从理论上解释了实验测量结果。

采用大功率CO2激光器研究Al-ZL101/TiB2-Al三层板激光焊接，根据扫描电镜(SEM)及维氏硬度计观察并测量焊后各层TiB2分布及焊缝硬度，得出了在激光焊透及未焊透时的熔池流动状态。结果表明，在激光未穿透焊接时，熔池内存在一个对流环，其对流在小孔缩颈处最为强烈，此处硬度值最大，TiB2体积分数最高，而在熔池底部对流最弱，硬度值最低，TiB2体积分数最小；在激光全焊透焊接时，熔池在上下两个表面分别存在对流环，下表面对流比上表面对流更为强烈，其硬度值较大，TiB2体积分数较高，对流在焊缝中间层两对流环连接处最弱，此处对流流失的TiB2最少，使得TiB2体积分数最大，硬度值最高。

为了研究不同激光功率及不同的冷却条件下,激光相变硬化处理对低碳钢表面性能和组织的影响,采用激光表面相变硬化方法,在低碳钢表面获得了比原先母材硬度高100HV~150HV的硬化层,采用金相显微镜分析了激光处理区的组织,且用显微硬度计测量了单道扫描时的纵向和横向的硬度分布。研究发现,激光作用区主要是低碳板条马氏体与未转变的索氏体甚至屈氏体、回火索氏体组织。搭接区组织均为细小的马氏体及中间分布着索氏体组织;由于10CrNiMo钢含碳量较低和碳扩散系数不同的原因,其最高硬度层并未在表面形成,而是形成在次表层。在软化区,前一道扫描形成的马氏体受到回火作用,原先固溶在马氏体中的碳析出,形成了回火索氏体,降低了硬度。结果表明,激光相变硬化工艺可以将10CrNiMo钢的表面硬度提高100HV~150HV左右,且表面保持很好的韧性,若想进一步提高其表面硬度,还需采取熔覆等其它工艺。

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人“手眼”系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。

A novel visual robotic arc welding system based on circular laser vision sensor is developed. After image de-noising, image segmentation, and image thinning, the relation of depth value of workpiece and off-axis angle 'gamma', three-dimensional (3D) calculation, and seam tracking experiments are carried out. Finally, the error for seam tracking system is analyzed. The results show that 1) 3D information can be obtained using the proposed visual robotic arc welding system and the real-time seam tracking is realized; 2) the seam tracking error is small enough for gas tungsten arc welding (GTAW) process, and this system can be used for seam location and seam tracking or seam finder.