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水导激光烧蚀碳化硅仿真与实验研究

表面技术 2024年第13期53卷 164-174页

作者：王宇迪乔红超韩冰张旖诺梁金盛王顺山陈燕赵吉宾辽宁科技大学机械工程与自动化学院辽宁鞍山114051 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049

目的探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理。方法采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析。结果水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值... 详细信息

目的探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理。方法采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析。结果水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值(约为0.1565 W),烧蚀阈值基本不随脉冲数的改变而发生波动。通过对碳化硅刻蚀形貌进行分析发现,烧蚀宽度随着脉冲数整体在3.1~4.1μm之间波动,基本不受脉冲数的影响,烧蚀深度随着脉冲数的增加而增大,但随着烧蚀深度的增加,水导激光烧蚀能力逐渐被削弱,适当增加激光功率可以抑制水导激光烧蚀能力减弱的趋势,通过较大的激光功率更易加工出深宽比较大的沟槽。确定了碳化硅烧蚀功率与烧蚀直径之间的等量关系,通过激光功率能够合理预测烧蚀宽度,经与实验结果进行对比发现较符合,这也间接说明脉冲数对于水导激光烧蚀直径不是主要影响因素。碳化硅水导激光刻蚀截面呈现倒梯形,由于水射流冲刷作用的存在,重凝物质无法富集在材料表面,使得SiC烧蚀表面与未烧蚀区域之间过渡较为平滑,沟槽侧壁带状条纹特征也证实了水射流冲刷作用的存在。结论水射流冷却及冲刷作用的存在,使得水导激光在加工硬脆性材料具有独特的优势,能够实现对硬脆性材料的无裂纹及无热影响区加工。

关键词：水导激光加工烧蚀机理实验与仿真烧蚀功率阈值烧蚀形貌

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水导激光加工CFRP质量和效率实验研究

激光与红外 2024年第8期54卷 1201-1207页

作者：张雨庭乔红超王顺山梁金盛赵吉宾中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

为实现碳纤维增强复合材料的高质高效切割,采用水导激光加工技术对CFRP进行微槽加工,通过正交实验法、单因素实验法研究了激光功率、扫描速度和扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响规律,并以此为目标进行了优化。结果表明:... 详细信息

为实现碳纤维增强复合材料的高质高效切割,采用水导激光加工技术对CFRP进行微槽加工,通过正交实验法、单因素实验法研究了激光功率、扫描速度和扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响规律,并以此为目标进行了优化。结果表明:激光功率、扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响显著;当激光功率35 W、扫描速度4 mm/s和扫描路径重叠率40%时,热影响区宽度为184.484μm,材料去除率为0.068 mm ^(3)/s,能获得较小的热影响区宽度和较高的加工效率。

关键词：水导激光加工碳纤维增强复合材料正交实验工艺优化

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水导激光加工CFRP深槽微观形貌特性

航空学报 2022年第4期43卷 521-533页

作者：张旖诺乔红超曹治赫梁金盛赵吉宾中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049

碳纤维增强塑料(CFRP)中树脂基体和纤维增强相两种异质材料的性能存在巨大差异,使得其在航空航天领域的广泛应用受到现有加工能力的制约。因此,具有热损伤小、加工深度能力强等优势的水导激光加工技术在特种加工领域展现出优越的加工能... 详细信息

碳纤维增强塑料(CFRP)中树脂基体和纤维增强相两种异质材料的性能存在巨大差异,使得其在航空航天领域的广泛应用受到现有加工能力的制约。因此,具有热损伤小、加工深度能力强等优势的水导激光加工技术在特种加工领域展现出优越的加工能力。基于有限元法中的单元生死技术,建立了水导激光加工非均质纤维树脂基体的三维瞬态温度场模型。在该模型下,利用双向循环扫描的加工方式对切面的微观形貌进行仿真与实验研究。研究表明:水导激光加工时水射流对材料的强对流换热效果显著,使材料的去除率和排屑率保持在一个较高的水平。在深槽加工时,铺层为90°的表层碳纤维会出现断裂现象,这成为断面损伤的主要来源。通过对切面不同侧边、不同深度的表面形貌进行分析,认为水射流高效的排屑率是实现水导激光高精度加工的关键因素。因此,改变扫描深宽比能有效减少深槽处的纤维损伤,切面可以获得较小的粗糙度和锥度。当扫描深宽比减少一倍时,损伤区域缩小46%。

关键词：水导激光加工技术碳纤维增强塑料(CFRP) 深槽微观形貌深宽比

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镍基单晶高温合金水导激光钻孔工艺特性研究

激光与红外 2022年第7期52卷 986-993页

作者：梁金盛乔红超曹治赫张旖诺赵吉宾于永飞中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

为了探究不同激光功率及扫描速度下水导激光加工技术对镍基单晶高温合金加工微孔的影响规律及规律形成机理。使用自主研发的水导激光加工平台对镍基单晶高温合金CMSX-4在不同激光功率及扫描速度下进行1 mm微孔的加工。然后采用白光干涉... 详细信息

为了探究不同激光功率及扫描速度下水导激光加工技术对镍基单晶高温合金加工微孔的影响规律及规律形成机理。使用自主研发的水导激光加工平台对镍基单晶高温合金CMSX-4在不同激光功率及扫描速度下进行1 mm微孔的加工。然后采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和Vision64软件获得微孔加工时间、孔径、圆度、锥度及重铸层厚度随不同激光功率及扫描速度的变化规律,并研究变化规律的形成机理。结果表明,加工时间、锥度及重铸层厚度与激光能量强度有关。随着激光能量强度的增大,加工时间缩短,锥度变小,重铸层厚度变小。孔径和圆度受激光能量强度及其在材料表面分布的影响。仅当激光能量作用范围控制在水束直径范围下时,孔径及圆度相应获得较好的加工质量。

关键词：水导激光镍基单晶高温合金 CMSX-4 微孔

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多源数据驱动的隧道场景驾驶员识别方法

交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 81-93页

作者：金盛周梦涛白聪聪浙江大学智能交通研究所杭州310058 浙江大学中原研究院郑州450000

针对隧道环境中监控图像分辨率低与车辆运动轨迹特征异质性减弱导致的驾驶员识别准确率偏低问题,本文提出一种融合卷积与多头注意力机制的驾驶员识别方法(Multi-scale CNN with Multi Attention),通过充分利用驾驶过程人—车—路—环境... 详细信息

针对隧道环境中监控图像分辨率低与车辆运动轨迹特征异质性减弱导致的驾驶员识别准确率偏低问题,本文提出一种融合卷积与多头注意力机制的驾驶员识别方法(Multi-scale CNN with Multi Attention),通过充分利用驾驶过程人—车—路—环境多源信息的协同耦合关系提升识别精度。首先,设计开展实车驾驶试验,构建针对隧道路段的人—车—路多源驾驶数据库并设计特征集合;其次,搭建驾驶员识别模型框架,该框架通过多尺度卷积神经网络学习驾驶过程中的局部波动,并通过并行的多头自注意力层结构捕捉驾驶时间序列的长期依赖性,实现局部信息与全局信息的有效整合,从而提升隧道场景的驾驶员识别效果。结果显示,与其他先进的算法相比,所提出的模型在驾驶员身份识别任务中的准确率高达99.07%,调和F_(1)分数达到99.03%,充分证明了所提方法的有效性。此外,通过特征贡献度评估方法对隧道场景下驾驶员身份识别任务中的特征重要性进行深入探究发现,相较于车辆历史运动数据,驾驶员心理、生理及视觉特征显示出更高的贡献度。研究结果可为隧道场景多源数据应用提供支持,并对隧道安全监管提供技术支撑。

关键词：交通工程驾驶员识别深度学习隧道场景多头注意力机制多尺度卷积

水导激光加工K424高温合金热损伤机制研究

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激光与红外 2022年第2期52卷 170-175页

作者：滕啸天乔红超曹治赫赵吉宾张旖诺梁金盛于永飞中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

为研究水导激光技术加工K424高温合金的热损伤区规律,使用自主研发的水导激光加工系统对K424高温合金薄片进行打孔实验,采用旋切法进行钻孔,并在激光穿透材料后在孔壁继续旋转几圈去边缘毛刺。将切下的圆形工件进行镶嵌、打磨、抛光、... 详细信息

为研究水导激光技术加工K424高温合金的热损伤区规律,使用自主研发的水导激光加工系统对K424高温合金薄片进行打孔实验,采用旋切法进行钻孔,并在激光穿透材料后在孔壁继续旋转几圈去边缘毛刺。将切下的圆形工件进行镶嵌、打磨、抛光、腐蚀和清洗,使用Zeiss EVO 10扫描电镜观测工件上的热影响区情况与重铸层的厚度。实验结果发现,水导激光加工后工件边缘位置的晶粒无明显变化,不存在热影响区。重铸层的厚度在2μm以上,但是分布不均匀,有的位置甚至不存在重铸层。分析后得出结论为水导激光的激光功率过高或脉宽时间过长等相关参数会导致材料内部产生多余的热量,如果这些热量过高会造成加工位置附近形成热影响区,并产生过多的熔渣使重铸层的厚度增加。同时,加工过程中会由于水柱变向回流或者熔渣较大导致排水不畅等因素,都会造成水射流的不稳定,使工件切口处的重铸层的厚度变的不均匀。根据上述结论提出了解决水射流不稳定的加工方法。

关键词：水导激光热传导重铸层

高温合金GH4169水导激光钻孔工艺特性研究

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激光与红外 2022年第4期52卷 508-514页

作者：于永飞乔红超曹治赫赵吉宾张旖诺梁金盛滕啸天中国科学院网络化重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

为研究水导激光加工工艺参数对材料微孔成型质量的影响,本文以高温合金GH4169为实验材料,利用水导激光设备在不同激光功率和扫描速度下进行螺旋制孔实验。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对加工孔的微观形貌、组织结构以及... 详细信息

为研究水导激光加工工艺参数对材料微孔成型质量的影响,本文以高温合金GH4169为实验材料,利用水导激光设备在不同激光功率和扫描速度下进行螺旋制孔实验。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对加工孔的微观形貌、组织结构以及加工前后的元素含量进行测量。实验结果表明,加工过程中产生了重铸层,其厚度在0~10μm之间,重铸层的氧元素含量(22.2%)相比基体的氧元素含量(11%)增加了102%;粗糙度值Ra在实验范围内随着激光功率和扫描速度的增大而减小,在激光功率为41 W扫描速度为1.8mm/s时,获得最小的Ra值为5μm;孔壁面切削形貌特征自上而下分成三层,即光滑细纹层、熔融物附着层、粗纹层。研究结果为进一步提高水导激光精密钻孔工艺提供了理论依据。

关键词：水导激光钻孔 GH4169 激光功率扫描速度孔壁粗糙度微观组织

基于RCH-UNet的新疆密植棉花图像快速分割及产量预测

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农业工程学报 2024年第7期40卷 230-239页

作者：刘祥田敏梁金艳石河子大学机械电气工程学院石河子832003

针对复杂棉田环境下传统图像分割技术存在分割精度低、实时性弱和鲁棒性差等问题,该研究以脱叶期新疆密植棉花为对象,结合低空无人机遥感平台,提出一种RCH-UNet(resnet coordinate hardswish UNet)棉花产量快速预测模型。将UNet中传统的... 详细信息

针对复杂棉田环境下传统图像分割技术存在分割精度低、实时性弱和鲁棒性差等问题,该研究以脱叶期新疆密植棉花为对象,结合低空无人机遥感平台,提出一种RCH-UNet(resnet coordinate hardswish UNet)棉花产量快速预测模型。将UNet中传统的CBR(convolution batch normalization ReLU)下采样模块替换为ResNet50,同时将CA(coordinate attention)注意力机制和hardswish激活函数引入UNet,以提高图像特征的提取能力,增强图像分割效果。基于无人机采集的棉花图像数据集评估RCH-UNet模型性能。试验结果表明,在该研究构建的棉花图像数据集上,RCH-UNet模型的棉花分割交并比达到92.79%,像素准确率达到96.22%,精确率为96.30%,与原始U-Net、PSPNet和DeepLabv3相比,像素准确率分别提高了9.85、17.67、6.31个百分点。通过RCH-UNet提取棉花像素比和灰度共生矩阵提取纹理特征,结合岭回归分析构建多因素棉花产量预测模型,模型的R^(2)为0.92,预测产量与实际产量平均绝对百分比误差为9.254%。研究结果可为新疆密植棉花产量预测提供技术支持。

关键词：深度学习图像处理语义分割 UNet 自注意力机制密植棉花产量预测

农业强国视域下数字农业与乡村振兴耦合协调及空间分异分析

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农林经济管理学报 2024年第5期23卷 576-586页

作者：蒋团标何金盛广西师范大学经济管理学院/珠江-西江经济带发展研究院广西桂林541004 广西高校数字赋能经济发展重点实验室广西桂林541004

基于农业强国视角,采取协调度模型、灰色预测模型和地理探测器模型,分析数字农业与乡村振兴时空耦合协调的空间分异,并对两者协调度进行峰值预测。结果表明:数字农业与乡村振兴整体协调度较低,总体呈现东-中-西逐级递减的空间布局,中部... 详细信息

基于农业强国视角,采取协调度模型、灰色预测模型和地理探测器模型,分析数字农业与乡村振兴时空耦合协调的空间分异,并对两者协调度进行峰值预测。结果表明:数字农业与乡村振兴整体协调度较低,总体呈现东-中-西逐级递减的空间布局,中部地区协调度与全国均值高度一致,东西部差距有缩小态势;两系统的协调度逐年上升,预计在2049年达到峰值,与中国农业强国进程高度吻合;两系统协调发展的空间分异性是多个驱动因子综合作用的结果,经济水平、教育水平、技术创新呈显著影响;不同时期驱动因子的作用强度不同,目前经济水平稳定是主导因子;显著因子交互效应主要表现为双因子增强。据此,建议充分发挥数字技术的溢出效应和协调度较高地区的辐射效应,加大教育、技术创新的投入力度,提升地区经济水平,构建有机多样的策略组合以促进区域农业农村的协调发展。

关键词：数字农业乡村振兴耦合协调度空间分异性农业强国