椭圆形光斑黏连图像过分割消除方法

为了实现成捆圆钢中各圆钢端面图像边界的自动识别,提出了椭圆形光斑黏连图像过分割消除方法,并对该方法的原理、步骤和验证实验进行了研究。通过对圆钢端面椭圆形光斑黏连图像过分割产生原因的分析,给出了过分割图像的两种类型,即严重过分割图像和少量过分割图像。提出了等角六叉旋转算子,在图像分割前识别出圆钢端面椭圆形光斑黑白图像上的黑疤,并对这些黑疤区域进行填充,避免严重过分割图像的产生;通过对椭圆形光斑图像过分割区域边界进行"缝合",实现了少量过分割图像的还原;实现了各圆钢端面黏连图像边界的分离。应用以上方法进行了成捆圆钢端面图像中心坐标的提取实验,实验结果表明:成捆圆钢端面图像中心水平和竖直坐标的提取误差范围分别为-0.322 2～0.444 5 mm和-0.294 0～0.399 0 mm,完全满足企业在成捆圆钢自动贴标时对圆钢端面中心坐标定位误差允许值1 mm的要求。

基于统计高斯拟合的圆形光斑中心定位方法

针对二维高斯曲面拟合算法定位精度不高的问题,提出一种基于统计高斯拟合算法,可用于圆形光斑中心的高精度定位。结合二维高斯曲面的分布特性,对圆形光斑的灰度分布进行分析,指出了在对圆形光斑灰度拟合时需对光斑像素点进行有效筛选,避免因光照或噪声等带来的拟合误差。针对有效圆形光斑像素点的筛选方法进行了研究和分析,提出一种简单有效的方法。该方法根据边缘检测算子得到圆形光斑边界,再利用形态学算法对圆形边界点进行扩充,得到圆形光斑的扩展边界。结合圆形光斑目标区域灰度信息和非光斑背景区域灰度信息,利用统计学方法进一步筛选,获得了最终光斑灰度拟合像素点。与传统的高斯曲面拟合算法相比,仿真实验、运行时间测试实验和实物实验验证了该方法的优势。该方法能有效应用于工业领域圆形光斑中心定位中,具有很好的实际应用价值。

圆形烧蚀光斑的纵波声场分析

圆形烧蚀光斑具有轴对称性且易于获取,在激光超声检测中有着广泛的应用。为了获得相应的纵波声场特性,建立了激励源模型,讨论了近场中声轴上声压幅值分布情况并获得了近场长度。利用面积积分,推导出声压振幅的表达式,并对远场中的声场能量进行了模拟。通过分析发现,远场中的纵波能量关于声束轴线呈对称分布,并且在轴线上达到最大值,此外光斑大小直接影响着纵波声场指向性。搭建了一套激光超声非接触式测量系统,基于互易原理并根据传播距离修正信号振幅,获得了指向性实验数据,验证了理论分析结果。

近圆形光斑650 nm半导体激光器的设计及制备

红光半导体激光器被广泛用于景观照明、塑料光纤通讯、空气质量检测和医疗等方面,但受限于其可靠性不高及光斑质量差的缺点,在制作点光源或耦合进光纤等方面增加了应用成本。为解决此问题,本文设计并制作了基横模工作的650 nm脊型半导体激光器。结合AlGaInP材料的特点,我们使用极窄波导光场扩展结构,使光场渗入限制层,增加了光场扩展宽度,有效降低了激光器的垂直发散角。通过电感耦合等离子刻蚀技术得到陡峭的2μm宽度的窄脊型结构,然后通过湿法工艺去除损伤并腐蚀到阻挡层位置。干湿结合的工艺使得激光器能稳定地基横模输出。制作的激光器远场图形呈近圆形分布,克服了传统半导体激光器光斑狭长的缺点。功率测试在30 mW以上没有出现功率曲线扭折,并且制作的激光器通过了60℃下10 mW的老化测试,推算的平均失效时间(MTTF)大于18 000 h。

光斑形式对Ti/Al异种合金激光熔钎焊特性的影响

采用椭圆形和矩形两种光斑形式对Ti/Al异种合金进行了激光填丝熔钎焊的试验研究,分析了不同工艺参数对焊缝成形的影响规律,获得不同热源作用方式下的界面形态规律及其对界面强度的影响。结果表明,采用椭圆形光斑和矩形光斑进行激光填丝熔钎焊均可获得较满意的焊缝成形。其中矩形光斑具有更好的焊接适应性,更容易控制焊缝成形。抗拉强度测试结果表明,椭圆形和矩形光斑接头的最高抗拉强度分别达到铝母材的75%和80%。

激光工艺参数对镁合金非晶涂层制备的影响

采用能量密度不同的两种工艺在AZ91HP镁合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al非晶复合涂层。结果表明,激光能量密度分布均匀的矩形光斑所制备的合金涂层中不含非晶相,主要是由Cu、Zr、Mg组成的多种晶体相;而在激光能量密度集中分布的圆形光斑作用下,涂层形成了非晶加纳米晶复合相,非晶含量可高达60.56%,涂层的耐磨蚀性较矩形光斑所形成的晶体相涂层有所提高,而且所制备的非晶复合涂层的力学性能和化学性能显著高于原始镁合金。

微层析成像用传感器及其信号处理技术

研究了一种微层析成像(μCT，micro—computed tomography)用传感器，针对面阵CCD(charge coupled device)器件用于微层析成像线阵扫描中存在圆形光斑中心的图像问题，采用能量跟踪法及几何法等开展了信号处理技术的研究，新研制的传感器具有空间分辨率高(约几十μm)、结构灵活、光传输及光耦合效率高等特点，该新型传感器可实际用于微层析成像之中。

激光冲击“残余应力洞”的参数敏感性分析及其抑制方法

为研究激光冲击材料表面的"残余应力洞"现象,利用ABAQUS有限元软件,数值模拟了圆形高斯光斑的激光冲击强化。阐述了激光冲击"残余应力洞"的残余应力分布特点,讨论了不同激光冲击参数对"残余应力洞"的影响规律。提出增大光斑搭接率和利用光学透镜二元光学衍射方法形成能量均匀方光斑等2种抑制方法,并对其抑制效果进行对比分析。结果表明:冲击波峰值压力、冲击波持续时间的增加会加剧"残余应力洞",而光斑大小和冲击波上升时间的增大则效果相反;二元光学衍射方法相比增大光斑搭接率,表面残余压应力数值虽发生一定程度地降低,但残余应力场分布具有更好的均匀性,且在实际构件强化处理中具有低搭接率的工艺优势。

光的色散实验中遇到的意外现象及成因分析

本文论述太阳光直接照射到三棱镜上时教室内的墙壁上总是出现“紫光在上,红光在下”的色散光带的原因.通过平面镜改变光路可以使墙壁上从上到下依次出现“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种色光.并分析在光的色散实验中出现长方形光斑与圆形光斑的原因.

平面镜成实像的一个日常实例

本文论达太阳经过平面镜反射以后所形成的圆形先斑一太阳的像，是由平面镜所形成的太阳的实像。

非球面扩束镜设计

非球面扩束镜在三维干涉仪中有重要应用.设计了一种非球面扩束镜，介绍了非球面扩束镜的设计原理，得到了扩束镜面的结构方程为短轴为3 mm、长轴为4.2 mm 的椭球面以及其镜面厚度，利用光学系统设计软件 ZEMAX 对非球面扩束镜进行了模拟仿真，得到了该扩束镜的三维结构图像.仿真模拟结果表明，该扩束镜能够对圆形光束进行整形，实现非对称扩束，在工作距离800 mm 处，可得到280 mm ＆#215;140 mm 椭圆形光斑.

一款轻型的LED医用头灯的光学设计

使LED光源和照明器件的光学系统相匹配,光学设计至关重要。设计了一款轻型的LED医用头灯,用光学模拟的方法,设计和优化了由四片透镜组成医用头灯的匀光系统,挑选了适合本医用头灯的LED光源,得到40cm处、大于8 cm直径的均匀圆形光斑。实验测量的结果表明,光斑处的照度满足本医用头灯的照明需求。

激光冲击“残余应力洞”的参数影响

在激光冲击强化过程中,光斑边界处会产生表面稀疏波,并向光斑中心传播、汇聚,使中心区域材料发生反向塑性变形,造成光斑中心区域残余压应力缺失,从而形成材料表面"残余应力洞"现象。利用ABAQUS有限元软件进行了圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,讨论了不同材料和模型尺寸、激光冲击参数等因素对"残余应力洞"的影响规律。结果表明,随着冲击波峰值压力、冲击波作用时间、冲击次数的增加,"残余应力洞"现象随之加剧;而随着材料动态弹性极限、光斑大小、冲击波上升时间、光斑搭接率的增加,"残余应力洞"现象则会随之减弱。该研究可为后期激光冲击强化光斑光学整形技术的应用,以及基于残余应力场优化的工艺设计提供依据。

直尺衍射现象及分析

衍射是光的波动性的一个重要特征,而光栅衍射则是其中一类常见且重要的衍射现象.当激光束入射直尺边缘或表面时会出现半圆形衍射光斑,其产生机理并不清楚.针对直尺边缘与表面的半圆形衍射光斑,本文理论结合实验分析了其产生机理.研究发现,当直尺表面或侧面存在规则的类光栅结构时,其衍射光斑为半圆形.利用标准二值光栅模型分析了直尺衍射问题,发现半圆形衍射光斑起源于多套光栅衍射的叠加.