光电编码器检测系统的误差主要受基准光电编码器测角误差、数据采集误差、检测系统同轴误差影响。其中，基准光电编码器的测角误差可进行补偿。因此设计了一种基于极度梯度提升树（extreme gradient boosting，XGBoost）机器学习的算法用来补偿基准光电编码器的误差。经该算法补偿后，静态精度提高了35倍，标准差由3.62″减小至0.13″，最大误差值由5.53″降低至0.39″。与传统的误差反传（back progagation，BP）神经网络算法以及径向基函数（radial basis function，RBF）神经网络算法补偿效果相比，XGBoost的补偿效果更优。XGBoost机器学习算法有效降低了基准光电编码器的测量误差，提高了光电编码器检测系统的检测精度。
光电编码器 误差补偿 XGBoost 检测精度 photoelectric encoder error compensation XGBoost accuracy of detection
1 苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应，采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响；借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理；通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明：较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为，即处于稳定与不稳定的临界状态；而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为，即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。
激光光学 激光熔化沉积 光内同轴送丝 基板受辐照比值 过程稳定性 高速摄像
1 苏州大学机电工程学院激光制造技术研究所，江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
传统的加工方式难以实现变截面扭转弯曲结构件的成型。本文研究了变截面结构在扭转及弯曲变化下光内送粉激光熔化沉积成型的轨迹规划问题，提出了针对此种几何成型特征结构件的连续渐变分层法，实现了变截面结构在扭转弯曲变化下的分层成型。最后根据结构分层获得的光内送粉喷头空间三维轨迹变化的坐标信息进行了扭转弯曲变截面结构件的成型实验，实验结果表明：成型件表面平整且成型精度较高，成型件的弯曲角度和扭转角度分别为46.18°和44.79°，与原始设计角度的误差分别为2.62%和－0.47%；成型件初始圆形截面的直径和终止方形截面的边长分别为59.63 mm和60.72 mm，与原始设计尺寸的误差分别为－0.62%和1.20%；成型件微观组织致密，无明显的气孔和裂纹。
激光技术 激光熔化沉积 扭转弯曲变截面结构 连续渐变分层 路径规划 中国激光
2022, 49(22): 2202014
北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京 100081
基于机械杠杆的位移放大效应, 提出了一种具有微杠杆结构的电容检测式微机械陀螺结构, 所设计的杠杆放大机构设置在陀螺的检测模态中, 通过杠杆将科氏质量块的检测位移放大传递到检测框上, 以提升检测位移。建立杠杆结构陀螺的二阶振动微分方程, 分析了杠杆结构对微机械陀螺结构静刚度和固有频率的影响, 探讨了在不同结构条件下杠杆结构对检测位移的放大效果。通过仿真验证了理论的准确性与可行性, 结果表明, 在陀螺谐振情况下, 可有效增大检测框位移60%以上, 提升了检测位移, 进而提升检测灵敏度。
微机械陀螺 微杠杆 位移放大 阻尼比 谐振 micromachined gyroscope micro-lever displacement amplification damping ratio resonance
湖南工业大学机械工程学院, 湖南 株洲 412007
基于脉冲累积效应对纳秒激光精微烧蚀18Cr2Ni4WA钢进行传热分析, 并在MATLAB中进行温度场仿真; 采用波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒脉冲激光对18Cr2Ni4WA钢进行烧蚀实验, 分析了脉冲累积下热传导过程; 采用单元素法分析激光能量密度、脉冲数对靶材表面几何形貌的影响规律, 并将靶材表面损伤区域分为激光烧蚀区域和热影响区域。实验结果表明: 烧蚀凹坑半径随脉冲数的增加而增大, 但半径的增大不是持续的; 在激光单脉冲能量40 mJ、10个脉冲数下, 靶材表面的机械划痕因质量流动而去除, 达到相对平整的形貌。本文对探索合金钢烧蚀特性有参考意义。
脉冲激光 激光烧蚀 合金钢 表面热影响 表面质量 pulse laser laser ablation alloy steel surface thermal effect surface quality
1 沈阳理工大学 自动化与电气工程学院, 沈阳 110159
2 中国科学院沈阳自动化研究所, 沈阳 110016
为了提高红外成像质量的同时更大程度地保持纹理信息,提出一种多尺度分析和加权最小二乘法的条纹噪声非均匀性校正算法.该算法利用加权最小二乘法对图像进行平滑, 应用小波变换提取平滑图像的垂直分量, 并将其垂直分量替换为原始图像的垂直分量, 利用小波重构输出校正后的图像.算法能够精准地去除红外噪声, 而不会带来更加麻烦的“鬼影”问题.用该算法对多组不同红外图像数据进行仿真实验, 并与其他先进的红外条纹非均匀校正算法进行对比分析, 结果表明所提算法校正结果有较好的视觉效果和图像质量评估参数.
红外图像 非均匀校正 条纹噪声去除 加权最小二乘法 焦平面阵列 Infrared imaging Nonuniformity correction Strip noise removal Weighted least squares Focal plane array
湖南工业大学机械工程学院,湖南 株洲 412007
激光修正技术是一种采用高能量密度激光对齿轮表面进行微加工的新型加工方法。基于傅里叶能量吸收现象,考虑能量累积、蒸发等效应,建立纳秒脉冲激光微修正的动能量热模型,通过仿真分析了纳秒激光修正齿轮材料20CrMnTi温度场的演变规律,观察了修正表面烧蚀坑的形貌,测量了烧蚀坑的深度和拉曼光谱。实验不仅证实了动能量热模型的正确性与可行性,也为纳秒脉冲激光微修正齿轮的研究提供了理论指导。
激光与光电子学进展
2019, 56(18): 181404
同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092
为了研究激光激发横波与材料表面垂直裂纹侧面作用所发生模式转换现象, 采用有限元法模拟了激光水平激发、垂直侧面接收的声传播及模式转换, 并进行了相应的实验验证。分析激光激发超声波传播至垂直侧面时, 侧面接收点在不同深度接收位移信号的变化情况。结果表明, 当侧面接收点处于临界角对应深度以内时, 出现激光激发表面波在拐角次生源处产生的表面波信号; 而当侧面接收点处于临界角以外时, 在此信号之前出现了经由激光激发横波作用垂直裂纹侧面所产生的模式转换, 并形成新的表面波; 且对于固定的激发位置, 随着接收点位置下移, 两种信号之间的到达时差逐渐增大。该结果可促进激光超声对垂直裂纹的检测研究。
激光技术 横波模式转换 有限元法 表面波 laser technique mode conversion of shear waves finite element method surface wave
南京航空航天大学 材料科学与技术学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 210016
结合反应离子刻蚀法和掩膜法在n型硅片表面制备出圆锥状结构黑硅, 利用湿法氧化法在硅片表面氧化出一层超薄SiOx, 采用磁控溅射法在其表面沉积一层掺锡氧化铟(IndiumTinOxide, ITO)薄膜, 在黑硅衬底上制备出ITO/SiOx/n-Si太阳电池。通过硅片表面纳米结构, 增加光吸收, 进而提高电池转化效率。研究结果表明, 在不同衬底温度下沉积ITO时, 薄膜都呈现出了良好的光学和电学性能.250 ℃时, ITO薄膜性能最优, 在400~1 000 nm波长范围内, 平均透过率达到93.1%, 并展现出优异的电学性能.通过优化H2O2预处理时间, 减小了SiOx层中氧空位缺陷, SIS电池短路电流得到明显提高, 从未处理前的26.84 mA/cm2提升到经H2O2处理15 min后的34.31 mA/cm2.此时, 电池性能最优, 转化效率达到3.61%.
光电材料 太阳能 磁控溅射 SIS太阳电池 黑硅 ITO薄膜 H2O2预处理 光电转化效率 Electro-optical materials Solar energy Magnetron sputtering SIS solar cell Black silicon ITO film H2O2 pretreatment Photoelectric conversion efficiency 光子学报
2017, 46(11): 1116002
