For brick-concrete buildings which are easily damaged by mining activities, this study conducted measurements using a terrestrial laser scanning and adopted the wall length as a deformation monitoring index. First, the point cloud data of the individual walls are extracted by segmenting the building-point cloud data and redistributing the wall-point cloud data. Second, after individual walls were rotated, the boundary points of all the wall-point clouds were estimated. Third, based on boundary points, the top boundary lines are fitted using the weighted iterative least squares method by applying the constraint that two adjacent (top) boundary lines intersect at a common point. Fourth, multiple regions of interest were constructed by performing downward translations on each wall, and the length of the wall was calculated at these regions. Finally, for a brick-concrete building in the coal mining area, the difference between the wall lengths of two consecutive measurements at the same interest-region was estimated to obtain the deformation information about the building. The results show that the deformation estimated using the proposed method is consistent with the actual deformation of the building as reflected by the wall fractures. The method exhibits millimeter-level accuracy in determining the wall length, with an absolute error in the range – 6 to 6 mm.
TC4 (Ti-6Al-4V) is a comprehensive metal material with excellent ductility, low density, high specific strength, and a series of advantages such as excellent toughness and weldability, so it is widely used in the aerospace industry. Due to defects such as porosity in the welding process and exposure to alternating loads, welded components of titanium alloys in the aerospace industry become the most vulnerable parts and are extremely susceptible to failure and fracture. In this paper, a single-sided sequential laser impact strengthening process is used to treating the laser welds of TC4 titanium alloy cold rolled parts to investigating the tensile properties of the laser welded welds before and after the process. By observing the tensile fracture by SEM, measuring the microhardness by Vickers hardness tester, and measuring the physical phase by XRD diffractometer, the results of these data were combined to analyze the strengthening mechanism of this laser shock peening process on the laser welds of TC4 titanium alloy. The experimental results show that after the surface strengthening process, the tensile strength and surface hardness of TC4 laser welds are improved compared with those before 1the treatment. The analysis shows that the high residual compressive stress layer and grain refinement caused by laser shock peening are the reasons for the improvement of mechanical properties of materials.
为提高锂电池温度在线监测能力,通过双路解调方案构建分布式拉曼光纤温度测试系统,采用外部触发方式,实现相互协调的工作状态.温度测试结果表明,常温状态下系统各通道距离10 m范围的温度精度达到±1℃.经过8次测试后温度值误差均在0.17℃内,表明系统常温条件下可以保持良好的稳定性,满足设计条件.该系统能够满足锂电池的测温要求,能够对锂电池局部温度异常情况进行准确反馈,有效预防锂电池各类事故.10 m传感距离内行程误差最大值只有2 m,符合锂电池测温要求.模拟试验测试结果表明,该系统能够对故障进行准确辨别与定位,表明系统具备优异的分布式测试性能.DTS系统可以达到±1 m的分辨能力,可以快速响应锂电池故障引起的温度变化.
激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法,近20年来得到学术界的广泛关注.目前广泛使用的激光冲击成形工艺中,激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz,这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀,另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度.为此,提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造.采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50pm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构,分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况.结果表明,在激光扫描范围变动的情况下,成形微结构的高度较为稳定;在微结构的起始阶段和终止阶段,成形微结构的高度具有一定的过渡范围,终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度;所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合.
中频波前均方根(PSD1)是用来评价光学元件中频段波前质量的关键参数,在对其进行数值计算之前,需要对波前数据进行频率域滤波.滤波后的数据易导致待测区域内、外的数据截断,引入较大的边缘高频误差与吉布斯噪声,从而严重影响了计算准确度.为了减小数据截断带来的影响,通过对边缘截断的数据做趋优填充,减少截断区域内外的空间频率突变.通过对现有的空域预处理方法进行对比,提出了一种四向扩展平均算法.经试验验证,所提出的方法可以较好地还原光学元件的中频段面形,显著提高PSD1测量准确度,试验表明所提出的方法较标准值的误差平均值小于5％.
配油盘作为液压系统的核心元件之一,其曲面尺寸是否合格直接关系到液压系统的性能.针对其表面部分轮廓特征提取困难、测量误差较大的问题,提出一种基于附加图像边缘检测的球面分割及尺寸测量方法:首先,采用Sobel算子对拍摄的配油盘图像边缘进行锐化并提取球面部分轮廓形成掩膜;然后,借助掩膜分割出球面部分的四步相移图,采用四步相移法求解相位主值,并使用双频外差法展开相位;最后,通过系统标定,计算得到配油盘球面部分的三维点云数据,并进行球面拟合.试验结果表明:采用该方法能够分割出较为清晰的球面部分点云图,基于点云数据拟合的测量精度99.238％,高于依据高度分割、区域生长分割、RANSAC(random sample consensus)分割和手动框选等方法的测量精度,实现了配油盘球面尺寸的高精度测量.
铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点,很好地满足航天飞行器轻量化需求.激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好,在航天领域应用广泛,但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题.为此,选取AlSi10Mg铝合金,针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究,获得缺陷最少的优化工艺参数,并进一步研究表面粗糙度优化方法.结果表明,通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距),可以获得较低的孔隙率(9.2％)和较优的内部成形质量;成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等,适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量.
脉冲激光清洗绝缘子表面污秽时,作用机制主要有振动和烧蚀两种机制,但不同激光参数下实际的作用机制会有所差异.通过COMSOL建立热-应力耦合有限元模型模拟温度场和应力场,探究脉冲激光扫描一个周期脉冲功率不同时的振动和烧蚀机制及其清洗效果,并通过激光清洗试验,验证仿真结果的可行性.仿真结果表明,振动与烧蚀机制共同作用的污秽去除阈值约为123 W,振动量与烧蚀量都随着脉冲功率的增大而增大,在150 W时清洗深度为污秽厚度的40％,在200 W时清洗深度达到污秽厚度的92％;在250 W时清洗机制达到临界状态,清洗深度达到污秽厚度的100％;大于250 W后为烧蚀机制主导,以300 W为例,绝缘子有明显损坏.试验结果表明,在设备功率为200 W时,脉冲激光对绝缘子表面污秽有明显的去除效果,表面污秽向外喷溅,并伴随明显烧蚀现象;绝缘子基底只有少量污秽残留,未见损伤.
针对Al5083纳秒激光划片过程中产生沟槽和凸起两种轮廓的问题,研究了不同工艺参数下产生轮廓与映射声信号的关系.开展Al5083薄板纳秒紫外脉冲激光划片试验,观察轮廓的微观形貌,探究轮廓形成机制;采集声发射信号,小波包变换后分析声信号的差异性,并开展支持向量机分析.微观观测结果表明,凸起轮廓的成形机制包括熔融金属溅出受阻和凝固时产生的大量气孔.声信号分析结果显示,沟槽轮廓对应的小波包分解系数的方差和包络面积显著高于凸起轮廓;以小波包分解后的频谱为特征向量,添加标签后使用高斯核支持向量机分类,分类准确度达92.57％,验证了小波包变换和支持向量机的结合在基于声信号的轮廓监测中的可行性,为构建基于声发射的激光划片监测系统提供可行的技术路径.
将电磁场引入直接激光沉积中,可对沉积过程进行有效调控,进而提高成形件的性能.研究提出随动同步电感辅助直接激光沉积技术,建立了随动同步电感辅助直接激光沉积过程有限元分析模型,并证实模型的准确性.预测电感电流为0 A、9 A、12 A、15 A、18 A、21A时,随动同步电感对于沉积过程热作用区、冷却速率、温度梯度以及固-液界面处生长速率的影响.计算结果表明,预热15 s后的温升速率趋近于0K/s,且所能达到的最大温度与热作用区尺寸可分别近似为电流的一次与二次函数.由于电感的缓冷作用,熔池凝固后表面中心点处的温度随着电流的增大而增大,冷却速率与温度梯度则随着电流的增大而减小,其中当电流为21 A时,最大冷却速率减小了 8％.随着电流的增大,熔池固-液界面处的最大温度梯度减小、平均生长速率增大,与电流分别成三次函数与一阶指数函数关系.
激光遥感探测技术具有信息传输速度快、操作方便、高精度和远距离探测等优点,可以很好地弥补地震勘探在地形复杂区域中存在的施工难度大、地震数据采集慢等缺点.利用波前传感器具有的高灵敏度、高探测效率和离轴探测等特点,将其用于地震波激光遥感探测之中,改进前期研究中由于迈克尔逊干涉法存在慢变化导致的信号处理复杂等问题.通过搭建激光遥感探测系统,对地震波中的纵波进行观测和分析,探讨了地面振幅与波前传感器测量光斑的关系.试验表明,该系统对低频地震波响应更加良好,解决了仪器本身自然频率的干扰,离轴探测的特性使得反射信号的采集更加便利,为地震波激光遥感探测提供了试验参考.
为防止激光清洗瓷质绝缘子过程中基底发生损伤,开展激光辐照下瓷质绝缘子损伤试验.采用1 064 nm脉冲激光辐照于瓷质绝缘子表面,探究不同能量密度、脉冲个数以及不同辐照时间下瓷质绝缘子的损伤规律,并对瓷质绝缘子表面开展振镜扫描试验,利用图像法确定瓷质绝缘子的激光损伤阈值.试验结果表明,激光定点辐照下,随着激光能量密度的提高、脉冲数的增加、辐照时间的增加,绝缘子表面坑洞直径逐渐增大,最后趋于定值,约为聚焦光斑直径的1.3倍;减小扫描速度,损伤形貌由斑点状变化至条纹状,粗糙度随能量密度的增大、速度的减小而增大;基于图像法的瓷质绝缘子损伤判据,得到损伤能量密度阈值.
多道激光熔覆层的表面平整度和搭接率的大小密切相关.为研究搭接率对倾斜基体激光熔覆层表面平整度的影响规律并获得平整表面的临界搭接率,用椭圆模型拟合倾斜基体熔覆层的横截面,并通过试验验证椭圆模型拟合的可行性.建立了倾斜基体的搭接模型,得出倾斜基体上获得最佳平整度的临界搭接率的计算方法,在基体30.倾角下研究不同搭接率对熔覆层平整度的影响.结果表明,较小的搭接率会导致熔覆层的平整度降低,较大的搭接率会使熔覆层不断堆积导致熔覆层高度增加,在临界搭接率下,可以在几乎不改变熔覆层高度的情况下获得平整的熔覆层.
新疆作为我国"西电东送"的关键节点,电网覆盖面积大.受新疆恶劣天气的影响,常规设计的金具在服役过程中出现过早失效.为进一步提高线路金具的服役寿命,采用激光强化的方式提高材料表面的耐磨损性能,研究激光强化处理对U型环组织及硬度的影响.根据U型环的实际工况进行了金具磨损试验,对磨损结果进行分析.最后,对磨损后材料的剩余承载力进行测试.结果表明,激光硬化层为针状及板条状马氏体组织,硬化层平均硬度为638 HV,深度约为2.1 mm.组1中未强化U型环的平均磨损质量为19.8 g,组3中激光强化U型环的磨损质量平均为0.9 g,其失重量为未强化U型环的4.5％.由破坏载荷试验可知,激光强化U型环在磨损后的剩余承载力仍高于其标称破坏载荷.
为实现复杂工况下焊接机器人精准识别焊缝目标,将激光视觉传感技术应用于机器人焊缝识别中.以激光视觉传感器作为核心硬件,构建焊接图像采集系统,运用PCI总线卡检测传感器及外部指示灯是否为连接状态,通过PXR800图像采集卡在规定时间内得到激光焊接图像,使用串口通信程序完成图像高效传输.分别采用双边滤波器与模糊算子实施图像去噪与增强处理,优化图像角点与激光条纹中心点,利用等式约束方程修正卡尔曼滤波后的图像坐标值,完成高精度焊缝识别任务.仿真结果证明,激光视觉传感能够帮助机器人提升焊缝识别精度、增强抗干扰能力,为焊接机器人的推广应用发挥积极作用.
目的:探讨强脉冲光(IPL)和或红光联合他克莫司软膏治疗面部脂溢性皮炎(SD)的临床疗效.方法:纳入201例面部SD患者,随机分为试验组A、B、C和对照组.对照组外用他克莫司软膏,试验组C、B和A在前者基础上分别联合红光、IPL、红光和IPL治疗,疗程共8周.治疗结束后评估疗效及不良反应等.结果:IPL和或红光联合他克莫司软膏治疗后,症状体征均明显改善(P＜0.05);其中试验组B对抑制皮脂腺分泌和试验组A对皮损面积、瘙痒改善更明显;各组红斑的改善幅度无明显差异(P＞0.05);四组有效率比较差异具有统计学意义(P＜0.05).经联合治疗后,角质层含水量增加和经表皮失水量减少,生活质量好转,患者满意度较高.四组均无严重不良反应.结论:IPL、红光联合他克莫司软膏治疗面部SD安全有效.
铥光纤激光是一种有碎石潜能的新型激光,近年来在泌尿外科领域得到广泛关注.探讨了铥光纤激光的性能特点、碎石原理、碎石安全性及临床应用.相对于钬激光,铥光纤激光有着更高的碎石效率及安全性,其临床应用有望推动泌尿系结石治疗的新变革.
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、机械加工性能好、生物相容性良好等优异性能,成为潜在新一代可生物降解骨板材料,但其耐腐蚀性能差,限制其发展.使用激光冲击强化技术(LSP),研究其对镁合金表面耐腐蚀性能的影响.采用激光功率密度为1.35 GW/cm2、2.99 GW/cm2和3.92 GW/cm2进行冲击强化试验,在3.5％(质量分数)NaCl溶液中,通过电化学测量技术动电位扫描得到极化曲线,并通过微观结构探究激光冲击强化对AZ31B镁合金耐腐蚀性能的影响机理.试验结果显示,随着激光功率密度的提升,样品的表面硬度也随之提高,2.99 GW/cm2样品的表面硬度为81.2 HV,相比原始样品提高了 35.8％.XRD图谱显示,与原始样品相比,激光冲击处理后的样品衍射峰向高角度方向偏移,衍射峰强度均降低,半峰宽增加.2.99 GW/cm2样品的耐腐蚀性能最好,腐蚀电位为-0.602 41 V,腐蚀电流密度为1.021 5×10-4 A/cm2,相比原始样品腐蚀电位提升了 50.47％,腐蚀电流密度降低了 42.90％.
基于波长调制激光吸收光谱(WMS)技术的气体浓度测量系统是燃煤电厂氨逃逸监测的主要手段.调制深度的选择是影响波长调制激光吸收光谱测量信噪比的关键,设计NH3分子吸收光谱调制参数优化的数值仿真试验,研究发现在200℃伴热条件下,WMS测量系统的最优调制深度为0.238 8 cm-1.在-20～500℃的宽温度范围内,随着温度的提高,最优调制深度接近线性的降低,最优调制深度am与摄氏温度T之间的关系可以用公式am=0.291 8-3.265 14×10-4 T+2.282 14×10-7T2精确地描述,该结果对燃煤电厂氨逃逸监测系统的调制参数优化具有重要的指导意义.
针对小模数齿轮齿面进行激光熔覆修复时容易出现熔覆缺陷、影响修复质量的问题,通过采用TRIZ理论中的冲突解决原理,对小模数齿轮激光加工的设备及工艺制备流程进行归纳分析,得到对应的创新工艺方法和优化路线.通过评估模型选择最佳的创新原理,最终采用物理矛盾的解决思路,将光束能量进行有效分配,将原有的单道光束改为多道光束,针对不同部位施加不同能量密度的光束,有效改善高斯光源特性.通过单一变量法试验验证得到,在双道直径1 mm光斑下的激光熔覆涂层中晶状奥氏体析出较少,粒状渗碳体析出较多,涂层的硬度和耐磨性比单道激光熔覆更高,齿面具有更高的抗胶合、抗点蚀和抗磨损能力,满足修复后齿轮齿面工艺强度要求.
