1 西安交通大学机械工程学院航空发动机研究所，陕西 西安 710049
2 空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室，陕西 西安 710038
激光粉末床熔融增材制造面临质量稳定一致性的挑战，铺粉质量是影响成形件质量的重要因素。近年来，计算机视觉在铺粉缺陷监测中的应用表现突出，但其性能却受到标注数据数量不足的限制。针对这一问题，笔者设计了基于视觉大模型分割一切模型（SAM）的铺粉缺陷分割模型（PSAM）。针对SAM预训练参数的知识迁移问题，引入Adapter模块实现参数微调；针对铺粉分割任务中类别信息的需求，改进了SAM中的掩码解码器；针对工业场景中人工提示难的问题，提出了自动提示生成器，实现了视觉提示的自动生成。在训练样本数量仅为50的情况下，PSAM表现出了良好的分割性能，平均交并比（mIoU）可达到65.02%，相较于Deeplab v3和U-Net分别提升了8.52个百分点和5.31个百分点。本研究展示了视觉大模型在增材过程监控中的应用价值和应用潜力。
激光技术 激光粉末床熔融 过程监测 视觉大模型 缺陷检测 中国激光
2024, 51(10): 1002319
1 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
2 上海航天设备制造总厂有限公司，上海 200245
面向航天领域极端复杂工况，Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可在充分发挥高比强度、耐蚀性等材料性能优势的同时实现智能变形等功能需求。然而，两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。笔者采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺，在富氧环境下开展了组分梯度过渡的Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备，并在此基础上通过等能量密度成形法和基板热管理，实现了Ti6Al4V/NiTi异质材料的一体化沉积成形，分析了过渡区界面组织的演化规律。扫描电镜和能谱分析结果表明：经组分梯度优化后，梯度层界面之间呈良好的冶金结合；随着NiTi组分逐渐增加，从Ti6Al4V区到NiTi区，相组成演变为α-Ti+β-Ti→α-Ti+NiTi2→NiTi2→NiTi2+NiTi→NiTi→NiTi+Ni3Ti。梯度过渡区的显微硬度从Ti6Al4V区的343 HV±13 HV变化到NiTi区的275 HV±10 HV，40%Ti6Al4V+60%NiTi区域由于NiTi2强化相的析出而具有最高的硬度值，硬度值为576 HV±5 HV。
激光熔化沉积 异质功能材料 原位梯度增材制造 界面组织 等能量密度成形 中国激光
2024, 51(10): 1002313
在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量，但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号，探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律，实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明，粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动，并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5 μm显著增加至100 μm以上，同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制，深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系，提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。
增材制造 激光粉末床熔融 在线监测 熔池光信号 沉积缺陷 中国激光
2024, 51(10): 1002308
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 210016
2 江苏省高性能构件激光增材制造工程研究中心，江苏 南京 210016
激光增材制造稀土改性高强铝合金因具备轻质高强、复杂构件一体化成形等优势，在航空航天领域具有广阔的应用前景。围绕激光增材制造成形工艺优化、冶金缺陷抑制、力学性能提升及复杂构件形性调控等的研究是近年来的研究难点。本团队开展了激光粉末床熔融成形稀土改性高强铝合金Al-4.2Mg-0.4Sc-0.2Zr的激光工艺优化研究，基于试验表征与数值模拟相结合的方法，揭示了激光扫描速度对成形试件表面质量、内部冶金缺陷、熔池传热传质行为及纳米析出相分布的影响机制。结果显示：当激光功率为300 W、激光扫描速度为800 mm/s，并辅以325 ℃/4 h的时效热处理时，成形试件的致密度最优，为99.5%，抗拉强度为512.4 MPa，延伸率为13.3%。基于优化工艺参数对航空领域两类典型的复杂构件开展了成形试验研究，成形试件的最长外形尺寸为570 mm，表面粗糙度Ra≤7.3 μm，尺寸精度可达0.1 mm/100 mm。
激光技术 增材制造 激光粉末床熔融 高强铝合金 工艺调控 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002317
1 辽宁工程技术大学 软件学院，辽宁 葫芦岛 125105
2 汕头职业技术学院 计算机系，广东 汕头 515071
现有的层级式文本生成图像的方法在初始图像生成阶段仅使用上采样进行特征提取，上采样过程本质是卷积运算，卷积运算的局限性会造成全局信息被忽略并且远程语义无法交互。虽然已经有方法在模型中加入自注意力机制，但依然存在图像细节缺失、图像结构性错误等问题。针对上述存在的问题，提出一种基于自监督注意和图像特征融合的生成对抗网络模型SAF-GAN。将基于ContNet的自监督模块加入到初始特征生成阶段，利用注意机制进行图像特征之间的自主映射学习，通过特征的上下文关系引导动态注意矩阵，实现上下文挖掘和自注意学习的高度结合，提高低分辨率图像特征的生成效果，后续通过不同阶段网络的交替训练实现高分辨率图像的细化生成。同时加入了特征融合增强模块，通过将模型上一阶段的低分辨率特征与当前阶段的特征进行融合，生成网络可以充分利用低层特征的高语义信息和高层特征的高分辨率信息，更加保证了不同分辨率特征图的语义一致性，从而实现高分辨率的逼真的图像生成。实验结果表明，相较于基准模型（AttnGAN），SAF-GAN模型在IS和FID指标上均有改善，在CUB数据集上的IS分数提升了0.31，FID指标降低了3.45；在COCO数据集上的IS分数提升了2.68，FID指标降低了5.18。SAF-GAN模型能够有效生成更加真实的图像，证明了该方法的有效性。
计算机视觉 生成对抗网络 文本生成图像 CotNet 图像特征融合 computer vision generative adversarial networks text-to-image cotnet image feature fusion
1 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081
2 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道系统全国重点实验室，北京 100081
3 铁科检测有限公司，北京 100081
随着遥感技术在铁路行业应用的深入，应用多源遥感对铁路设施状态进行观测成为学界和产业界关注的热点。针对铁路设施状态定量化监测问题，应用InSAR技术可以获得铁路设施沉降信息，沉降信息的分析提取往往要借助设施的类别、位置等属性，否则无法进一步对特定铁路设施的沉降进行量化评估。文章综合利用星基光学与微波遥感影像，通过目标检测技术对铁路设施进行自动提取，确定铁路设施微波散射点与光学属性中类别与位置的对应关系；选取典型区域，以接触网立柱为例，利用多源遥感影像对文中提出的提取方法进行验证，结果显示：综合光学遥感影像的高空间分辨率以及SAR影像对铁路设施特异性散射的特征对铁路设施进行提取，提取准确率较光学遥感影像提取准确率提高2.8%，较SAR影像提取准确率提高9.2%，同时提取结果中设施位置更准确，可减少因设施的错误监测造成的行车安全影响，为InSAR对铁路设施形变的定量化监测提供参考。
铁路设施 接触网立柱 遥感 光SAR融合 目标检测 railway facility contact wire column remote sensing optical SAR fusion object detection
南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094
在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，存在由热应力引起的翘曲变形，严重影响零件精度与性能。为了探究熔池辐射光信号与LPBF工艺中的翘曲变形过程的关联关系，为基于熔池辐射光采集的翘曲缺陷监测提供支持，设置了一组实验，成形了翘曲与非翘曲试样，基于统计学方法分析了翘曲与未翘曲试样成形过程中熔池辐射光信号的特性。结果表明，未翘曲变形试样的光强分布较为均匀，无明显梯度，而翘曲变形试样在翘曲区域出现了明显的光强下降。对于翘曲变形的试样，在悬垂层变形尚未发生时，区域光强均值存在较大极差。翘曲试样与未翘曲试样的光强值层间演化趋势不同。随着成形层数的增加，悬垂结构对光强信号的影响逐渐减小，第5层后光强趋于稳定。
激光技术 激光粉末床熔融 翘曲变形 过程监测 熔池辐射光 中国激光
2024, 51(16): 1602306
南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094
熔融生长的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融（LPBF）直接制备Al2O3-ZrO2共晶陶瓷，研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明，激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的表面粗糙度（Ra）和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y2O3等稳定剂的条件下，Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的物相主要包括α-Al2O3、m-ZrO2和亚稳相t-ZrO2。随着激光功率的增加，m-ZrO2逐渐减少，这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势，晶界密度减小，因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时，得到硬度为Hv=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m1/2的最优力学性能样品。
激光技术 激光粉末床熔融 Al2O3-ZrO2共晶陶瓷 熔池 晶粒尺寸 断裂韧性 中国激光
2024, 51(10): 1002316
