激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光，在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限，在3°左右。为了增大点激光单次成形角度，提高成形效率，本文以不锈钢304板为对象，通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性；并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应，从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示，在激光能量密度较高的情况下，圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角，增长率在60%左右。同时，三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程：板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形，长宽形变比约为10∶1；单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线；多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外，板件厚度也逐渐增加，热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。
激光弯曲成形 圆振荡激光束 不锈钢304 变形机理 laser bending circular oscillation mode SS304 bending mechanism
采用激光冲击压印技术制备具有多级沟槽微织构的疏水性铜箔表面。首先通过激光标刻制备具有多级沟槽特征的微模具，然后通过激光冲击压印技术将微模具上的多级沟槽微织构复制到工件表面。研究了冲击次数、软膜厚度对工件多级沟槽微织构疏水表面的表面形貌、静态接触角的影响。结果表明：当冲击次数从1次增加到7次、软膜厚度从300 μm减少至100 μm时，工件表面复制微织构的程度逐渐变大，同时表面的静态接触角增大，疏水性增强。通过对工件微织构表面元素及其成分的测量发现，采用激光冲击压印技术制备的具有多级沟槽微织构疏水表面在空气、水以及质量分数3.5% NaCl溶液中放置21天后，仍保持为疏水性，体现出该工艺制备的疏水表面具有良好的时效性。
激光技术 激光冲击压印 沟槽微织构 疏水性 时效性 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714006
热塑性聚合物与轻质金属在工业轻量化设计中的连接需求越来越多,激光直接连接技术是实现异质材料连接的重要手段。针对5052铝合金与聚对苯二甲酸丁二醇脂(Polybutylene terephthalate, PBT)激光直接连接存在高反光性与连接强度不高的问题,提出对铝合金的光照上表面进行涂黑处理以提高对激光能量的吸收率,并对铝合金下表面连接处进行局部激光氧化处理以提高铝合金与 PBT 的激光直接连接强度。分析了激光表面氧化处理对铝合金表面的几何形貌、粗糙度和氧含量的影响,并对激光直接连接机理进行了探究。研究结果表明:氧化处理后的铝合金表面形成了微纳结构,表面粗糙度和氧含量增大,表面润湿性能得到明显改善,氧化处理促进了铝合金与PBT之间的锚固连接;X射线光电子能谱仪(XPS)分析发现,铝合金与PBT之间形成了Al—O—C和Al—C化学键,化学连接有效地提高了连接强度。
激光技术 激光直接连接 激光表面氧化 氧含量 连接强度 连接机理 中国激光
2021, 48(22): 2202019
1 江苏大学 机械工程学院,镇江 212013
2 常州市大型塑料件智能化制造重点实验室,常州 213164
异种相容聚合物因温度属性差异导致焊接效果不佳,为提高其激光透射焊接强度,采用了在激光透射焊接时辅助使用红外加热灯加热具有较高熔融温度的上层材料而改善焊接强度的新方法。从光学属性、温度属性、相容性和上层材料吸热测试4个方面对可焊性进行了理论和实验分析；采用响应面法进行工艺参量优化,取得了最佳工艺参量组合；使用3维显微镜研究了焊件断面形貌及失效形式,并分析了焊缝处气泡对焊接性能的影响。结果表明,使用红外加热灯辅助焊接的最大剪切力能达到激光直接透射焊接时的1.5倍左右。红外加热灯的辅助加热作用是有效解决异种聚合物因温度属性差异大而导致焊接效果不理想问题的一种新途径。
激光技术 红外加热 激光透射焊接 异种聚合物 laser technique infrared heating laser transmission welding heterogeneous polymers
1 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心, 北京 100048
2 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
提出了一种基于动态序列噪声模板的主动式像素传感器(APS)星图去噪方法。该方法利用短时静态背景噪声与随机噪声阈值构建动态序列噪声模板,实现了对APS星图数据的去噪处理。以ZY-3卫星的APS原始星图作为实验数据进行研究,结果表明所提方法能很好地剔除条带和边缘噪声。与传统去噪处理方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约12.98″;与全局阈值分割法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约2.16″;与静态背景噪声方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约9.64″。这充分表明所提方法可有效提升APS恒星质心定位精度,适用于事后姿态处理。
机器视觉 主动式像素传感器 动态背景 星图处理 质心提取 星对角距
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
采用层扫描的方式, 实现了管材的激光渐近弯曲矫形。基于Perona-Malik边缘提取算法和RANSAC直线特征提取算法, 实现了激光渐近弯曲矫形过程的实时在线测量, 分析了工艺参数对管材弯曲角度的影响。结果表明, 弯曲角度随时间的增加呈近似线性增加; 位置形状参数对弯曲角度的增大速率影响不大, 而轴向进给次数与单层弯曲角度的变化量成正比; 轴向进给步距可以改变弯曲段的曲率; 激光平均功率越高, 弯曲角度的增大速率越快。
激光技术 激光渐进弯曲矫形 逐层扫描 管材 工艺 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 091404
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
利用响应曲面法建立了管材激光弯曲成形弯曲角度的工艺模型, 并设计实验验证了模型的可靠性。通过该模型分析了自由端距离、辐射长度、扫描包角和扫描次数等工艺参数对弯曲角度的交互影响。结果表明, 自由端距离、扫描次数和辐射长度对弯曲角度有显著影响, 扫描包角对弯曲角度影响不大；辐射长度与扫描次数间的交互作用较弱, 与自由端距离具有较强的交互作用。
激光技术 激光弯曲成形 响应曲面法 管路系统 工艺模型 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081403
为了揭示激光与聚合物之间的相互作用机理, 以尼龙66(PA66)为研究对象, 采用刀刃法分析了半导体激光器的激光功率通量分布, 采用紫外-可见-近红外分光光度计测量了PA66和质量分数为0.3的玻纤增强尼龙66(PA66GF30)的光学参量, 分析了材料厚度及玻纤增强剂对PA66的透射率、反射率和吸收率的影响。通过非接触线扫描实验和数学模型研究了材料厚度及玻纤增强剂对PA66光散射的影响, 确定了激光透过PA66和PA66GF30后的激光功率通量分布。结果表明, PA66的透射率随着厚度的增加而减小, 反射率、吸收率随着厚度的增加而增大, 光散射随着厚度的增加而增大; 加入玻纤时, 透射率明显减小, 反射率稍有增大, 吸收率和光散射均明显增大。此研究对确定不同厚度热塑性塑料的光散射参量以及数值模拟在激光透射焊接中的更广泛应用是有帮助的。
激光光学 光学属性 激光透射焊接 光束功率通量 尼龙 光散射 laser optics optical property laser transmission welding beam profile nylon light scattering
针对聚丙烯与尼龙66应用广泛，存在连接需求，但两者极性差异大、相容性差而导致无法进行激光透射焊接这一问题，通过在聚丙烯的侧链上接枝马来酸酐来改善聚丙烯与尼龙66之间的焊接性能。介绍了接枝改性聚丙烯的制备配方和工艺，并测量了接枝改性聚丙烯的热学和力学性能。对接枝改性聚丙烯与尼龙66进行了激光透射焊接实验。实验发现：接枝改性聚丙烯与尼龙66具有很好的焊接性能。基于中心组合实验设计，利用响应面法建立了激光功率，扫描速度和夹紧力与焊接强度之间的数学模型，揭示了焊接工艺参数交互式影响规律，并得到了最佳工艺参数。
激光技术 激光透射焊接 接枝改性聚丙烯 尼龙66 响应面法 工艺参数 光学学报
2015, 35(s2): s216002
