非晶硅薄膜太阳能电池激光除边工艺研究

为了解决在非晶硅薄膜太阳能电池的制备中,喷砂除边工序存在污染大、加工一致性不佳等问题,使用1064nm脉冲光纤激光器,在加工速率3500mm/s、功率30W、重复频率80kHz、填充线间距0.05mm的参量下,完成了激光除边,获得了清除区电阻大于1000MΩ的样品。根据实验效果确定了最佳光斑交叠比,x和y方向的最佳比值分别为0.83和0.88。结果表明,激光功率足够时,光斑交叠情况会明显影响除边的效率和效果,扫描速率应与重复频率和填充线间距匹配,从而在最佳效率下获得理想的加工效果。

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

基于锥形掺镱光纤实现20 kW高光束质量激光输出

锥形光纤能够有效兼顾非线性效应抑制和模式控制,具备实现高功率、高光束质量光纤激光的潜力。近期国防科技大学研制了锥形掺镱光纤,采用1 018 nm光纤激光后向级联泵浦实现了20.2 kW激光输出,光束质量β因子平均值优于2,拉曼抑制比为33 dB。研究结果展示了锥形光纤在实现万瓦级高光束质量激光方面的优势。

基于衍射透镜接收的激光雷达特性分析及测试

在激光雷达系统设计中,光学系统的优化与设计是一个重要的研究方向,本文利用衍射光学元件(DOE)的设计自由度高和色散大等优势,将DOE用于激光雷达接收端,同时实现聚焦和滤光作用,降低了光学系统复杂度。本文基于DOE的原理,仿真分析了DOE的光学特性,并且以DOE作为激光雷达的光学接收端,完成了激光雷达测距实验,证明了DOE同时具有聚焦作用和窄带滤光作用,实验结果与仿真基本一致。本文利用DOE在激光雷达中的优势,实现激光雷达的轻量化、集成化和高效化。

基于多线激光雷达的井下斜坡道无人矿卡定位与建图方法

井下斜坡道的定位与建图是实现井下斜坡道无人驾驶的关键技术之一,矿山井下斜坡道区域为典型非结构化环境特征,且道路具有一定倾斜角度,采用传统SLAM算法无法获得精确里程计信息,导致定位与建图精度难以满足无人矿卡行驶需求。针对上述问题,通过研究激光SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)算法LeGO-LOAM,笔者提出一种适用于矿山井下斜坡道环境的定位与建图方法。首先,针对井下斜坡道口两侧均为光滑水泥墙壁,特征点稀少问题,设计了基于人工路标的辅助增强定位方法,有效增加点云特征数量,从而优化位姿估计结果,避免建图漂移现象;然后在特征预处理阶段,提出了一种基于激光点云高度差与坡度信息融合的提取地面点高效算法,通过改善地面地点的选取策略,针对倾斜坑洼路面仍能有效识别地面点,解决了井下斜坡道定位与建图倾斜角度大、误差大等问题;其次,基于CVC(Curved-Voxel Clustering)聚类算法设计了一种斜坡道点云曲率体素聚类算法,采用曲率体素和基于哈希的数据结构对点云进行分割,大幅提高在井下稀疏、噪声环境下点云聚类的鲁棒性;最后,运用Scan-To-Map进行点云匹配,同时兼顾点云配准的性能与速度。在中钢集团山东某井下斜坡道的现场实验证明:与原算法相比精度提升13.15%,Z轴误差降低22.3%,地图质量明显提升,能有效解决井下无人驾驶建图及定位的难题。

气管内超声引导纵隔肿瘤激光多点消融操作流程

由于纵隔解剖位置复杂,重要脏器较多,纵隔肿瘤的治疗一直是临床难点。相比传统局部治疗,气道内超声引导纵隔肿瘤激光多点消融具有较多优势,包括消融范围及效果可实时监控、避免损伤正常组织、不良反应少、耐受性好等。该文阐述了气管内超声引导纵隔肿瘤激光多点消融的操作流程。

激光复合冷喷涂技术研究进展

冷喷涂是一种基于材料高速撞击产生剧烈塑性变形实现结合的沉积方法,具备加工温度低、沉积效率高、热影响小等优势,已在增材制造、工业关键零部件的修复再制造等领域展现出巨大潜力。冷喷涂复合制造技术是一种新兴技术,其中激光复合冷喷涂是一个重要的方向,近年来得到了越来越多的关注。对激光复合冷喷涂技术研究进展进行回顾和总结,对激光预处理、激光同步复合和激光后处理3种复合方式进行重点阐释。针对每种复合方式,分别从复合原理、复合优势及复合效果3个方面进行总结,对比激光复合冷喷涂技术与单一技术在沉积层微观组织以及性能等方面的差异。通过对激光复合冷喷涂技术最新进展的全面总结和归纳,将为进一步推动激光复合冷喷涂技术的研究和应用提供指导和参考。

输尿管软镜下钬激光碎石治疗输尿管上段结石并发输尿管狭窄的危险因素分析

目的探讨输尿管软镜下钬激光碎石治疗输尿管上段结石并发输尿管狭窄的危险因素。方法选取输尿管上段结石患者988例,根据手术设备不同分为软镜组和硬镜组,比较两组皮质醇(Cor)、C反应蛋白(CRP)水平。软镜组根据术后有无并发输尿管狭窄分为狭窄组和非狭窄组,采用多因素Logistic回归分析输尿管狭窄的危险因素。结果两组术后Cor、CRP水平均高于术前,且软镜组低于同时间硬镜组(P<0.05)。软镜组输尿管狭窄发生率为5.60%。病程、结石直径、结石嵌顿和输尿管损伤是并发输尿管狭窄的独立危险因素(P<0.05)。结论输尿管软镜对该类患者机体应激反应影响更小,且病程、结石直径、结石嵌顿及输尿管损伤是并发输尿管狭窄的独立危险因素。

便携式激光诱导击穿光谱仪测定土壤中重金属

土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱数据建立定标数据库,通过支持向量机建立回归模型对土壤重金属元素含量进行定量反演。现场检测获取的全波段光谱波动在15%以内,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种元素光谱强度相对标准偏差平均值为6.31%。将检测结果与实验室电感耦合等离子体质谱法分析对比,6种元素的皮尔逊相关系数r在0.8501~0.9829,检测结果80%以上处于±30%相对误差区间分布。对比结果表明自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场检测仪可以满足现场快速检测需求。

半导体激光剜除术对前列腺增生患者尿动力学、血清睾酮、PSA水平的影响

目的探讨半导体激光剜除术对前列腺增生患者尿动力学、血清睾酮、前列腺特异抗原(PSA)水平的影响。方法前瞻性选取2021年2月至2023年2月在大庆龙南医院就诊的90例前列腺增生患者作为研究对象,按随机数字表法将其分为观察组与对照组,每组各45例。观察组行半导体激光剜除术,对照组行前列腺电切术。比较两组围手术期指标、术后并发症及手术前后的残余尿量(PVR)、最大尿流率(Qmax)、睾酮、PSA、国际前列腺症状评分(IPSS)、生活质量量表(QOL)。结果观察组的手术时间、术中出血量、术后膀胱冲洗时间、术后留置导管时间、住院时间分别为(69.88±10.26)min、(40.23±6.28)mL、(20.04±5.19)h、(2.96±0.81)d、(4.29±1.12)d,均显著少于对照组[(77.76±9.74)min、(64.11±8.75)mL、(27.83±8.34)h、(4.61±1.51)d、(6.02±1.45)d],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后残余尿量均较术前显著降低,Qmax均较术前显著升高,观察组残余尿量为(9.04±2.37)mL,低于对照组[15.08±4.24)mL],Qmax为(26.97±8.02)mL/s,高于对照组[(18.55±7.23)mL/s],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后血清睾酮、PSA水平均较术前显著降低,观察组血清睾酮、PSA水平分别为(18.71±1.04)mmol/L、(4.36±1.08)ng/mL,均低于对照组[(21.05±1.15)mmol/L、(8.08±1.69)ng/mL],差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后IPSS、QOL评分均较术前显著降低,观察组IPSS、QOL评分分别为(6.10±1.25)、(1.23±0.29)分,均低于对照组[(8.23±1.31)、(1.77±0.56)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组术后并发症总发生率为13.33%,显著低于对照组(31.11%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论半导体激光剜除术在改善前列腺增生患者尿动力学及血清睾酮、PSA水平等方面效果优于前列腺电切术。

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。

摆动工艺参数对铝合金激光焊焊接质量的影响

为了研究铝合金激光焊接过程中摆动参数对焊接结果的影响,文章采用单因素的变量试验,在其他参数固定为功率4 kW、焊接速度80 mm/s、离焦量0的情况下,分别分析激光摆动频率、摆动幅度等参数对2 mm厚的6k21和5754铝合金薄板焊缝成型、焊接质量的影响。试验结果表明:随着摆动幅度的增加,焊缝熔深减小,熔宽先增加后减小;随着摆动频率的增加,熔深、熔宽均减小;在焊缝没有焊接缺陷的情况下,试件的剪切力与熔宽成正相关。文章研究结果可为汽车轻量化全铝车身连接中的激光焊接工艺提供一定的理论参考。

基于仿真数据驱动的激光钻进气体喷嘴结构优化

激光钻进采用气体作为循环介质进行清孔,合理的气体流动特性是高效清孔的保障,气体喷嘴是影响气体流动特性的直接因素,其结构设计不合理会严重影响激光钻进的效率。针对激光钻进实验平台中的气体喷嘴,构建喷嘴基本型态,对影响气体清孔效率的喷嘴结构尺寸进行分析,制定仿真方案,通过Fluent模拟气体流场,对清孔效果进行分析,采用神经网络分析喷嘴结构及仿真结果,训练神经网络模型,得出最佳清孔效率时的喷嘴结构参数并进行验证,为喷嘴结构设计提供参考。

激光诱导击穿光谱技术相关物理机制研究进展

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是利用强脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体光谱来实现对物质组成元素定性和定量分析的一种新方法。在脉冲激光诱导等离子体的过程中,不同的激光参数(能量、脉宽、波长)、检测过程中的环境条件以及材料本身的特性等,对激光诱导等离子体的物理机制都有不同程度的影响,进而影响LIBS定量分析的结果。本文综述了现阶段LIBS技术中包括LIBS基本原理、激光参数区别、环境和材料特性差异所涉及的物理机制。为深入理解激光与物质相互作用、提升LIBS检测能力提供了依据。

融合毫米波与激光雷达的障碍物检测与跟踪方法

在园区环境中,无人车装载单一毫米波雷达或激光雷达传感器进行障碍物检测跟踪时存在探测范围有限、准确率低及稳定性差等问题。为此,提出一种基于毫米波雷达与激光雷达融合的多障碍物检测跟踪方法。利用改进欧氏聚类算法对道路内激光点云目标进行提取,基于信息筛选策略获得毫米波雷达数据中的有效目标;基于目标检测交并比与可靠性分析,对2种目标进行自适应融合,并利用跟踪门与联合概率数据关联(JPDA)算法完成前后帧数据匹配;应用多运动模型交互与无迹卡尔曼滤波实现障碍物跟踪。实车实验表明:相比单一毫米波雷达与激光雷达障碍物检测跟踪,所提方法有更好的准确性与稳定性。

32Cr3Mo1V表面激光熔覆TiC/钴基高温合金组织和性能研究

针对铝热轧辊套表面因高温摩擦磨损失效的问题,采用同轴送粉式激光熔覆在32Cr3Mo1V表面制备不同质量分数(0%、5%、10%、15%)TiC/Co-08高温耐磨熔覆涂层。分析了该熔覆层的显微组织形貌、相组成及微区成分;测试了显微硬度、高温摩擦磨损性能。结果表明,Co-08涂层主要由γ-Co及晶间碳化物组成,其磨损形式为氧化磨损和磨粒磨损。TiC添加量为5%时,晶间组织碳化物含量减少,涂层中Fe元素含量升高,涂层显微硬度降低,摩擦系数有所升高,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损。TiC含量≥10%时,晶间碳化物含量升高,涂层中析出细小的TiC颗粒,有效提高了涂层的显微硬度,其摩擦系数也明显降低,磨损机制主要为氧化磨损及轻微的磨粒磨损。当TiC添加量为5%时,涂层显微组织变得粗大且显微硬度及高温耐磨性均降低。随着TiC含量的继续增加,涂层中重新析出小尺寸TiC增强体,且晶间碳化物含量也有所上升,其显微硬度及高温耐磨性也随TiC含量的增加而升高。在TiC含量≥10%时,TiC/Co-08复合涂层具有良好的高温耐磨性。

基于激光SLAM多地形机器人的设计

为解决传统轮式机器人在复杂地形中受限与腿式机器人控制策略复杂的问题,提出一种多地形机器人。结合激光即时定位与地图构建(SLAM)方法和自适应式轮腿机构,将树莓派作为运算单元,搭载(ROS)机器人操作系统,应用激光SLAM技术实现环境地图构建和机器人导航,同时结合深度模型和摄像头完成图像任务。自适应式轮腿机械结构使机器人能够根据环境需求自动切换为轮式或腿式行进模式。底层控制器采用STM32F407,机器人通过PID算法能实现精准的移动和机械臂作业。结果表明:该多地形机器人控制方法简单高效,在坡地、草地、坑地、台阶障碍物等复杂地形中展现了灵活移动的能力,最大翻越障碍高度可达250 mm,爬坡角度可达45°,在稳定性和适应性方面具有显著优势。

多路激光集束的焦斑测试技术

为了实现多路激光集束焦斑测量,给出其时间和空间分辨的特性,搭建了基于成像系统、光电管结合示波器、条纹相机和科学CCD等主要部件组成的焦斑光学测试平台。实验之前,对科学CCD的灵敏度和动态范围及条纹相机增益系数、狭缝宽度、扫描时间等性能参数进行离线测试标定。采用CCD测试多路激光时间积分的集束焦斑空间分布;采用光电管结合示波器及条纹相机对多路激光到达靶点的时间同步进行测试;开展高质量集束焦斑的时间分辨特性测试,获得了光谱色散匀滑光束焦斑精细的时空演化图像。多路激光集束焦斑形态及多路光束时间同步测试为提升高功率激光装置焦斑测试技术和方法提供了支撑。

脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

目的揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据。方法综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型。基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值。结果由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93%,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1。结论脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠。脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能。

海面溢油激光探测系统及相关算法的研究

激光诱导荧光(LIF)技术是目前较为有效的海面溢油探测技术之一,但基于该技术的油膜厚度反演算法不适用于评估厚油膜(>800μm)。激光方向性强且能量集中,研究已表明其具备评估海面油膜的能力,然而现有探测系统将激光信号作为干扰信号加以抑制或去除。为了重新找回该信号以实现探测海面厚油膜的目的,研究了一种海面溢油激光探测系统并对其协调控制方法进行了探讨,另外,基于此系统建立了一种利用激光反射信号评估海面厚油膜的模型。通过选用原油和白油的混合油(1:50)作为实验油,验证了海面溢油激光探测系统的可行性和油膜厚度评估算法的有效性。