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飞秒激光烧蚀光斑图像的质心提取及动态跟踪研究

飞秒激光烧蚀光斑图像的质心提取及动态跟踪研究

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作者：刘梦竹华北理工大学

学位级别：硕士

飞秒激光在加工单晶硅的过程中会伴随着等离子体衍生发光现象,产生时间序列光斑。激光光斑图像中蕴含着与飞秒激光加工功率、加工速度等加工参数有关的一些有效信息。通过对序列光斑图像的几何特征进行综合分析,可用于基于等离子体光斑... 详细信息

飞秒激光在加工单晶硅的过程中会伴随着等离子体衍生发光现象,产生时间序列光斑。激光光斑图像中蕴含着与飞秒激光加工功率、加工速度等加工参数有关的一些有效信息。通过对序列光斑图像的几何特征进行综合分析,可用于基于等离子体光斑图像特征的微加工闭环反馈系统。由于光斑质心可较准确地定位光斑,因此,可将求取的序列光斑质心作为采样数据,通过卡尔曼滤波对其进行跟踪,掌握光斑的运动规律,进而探究其烧蚀规律。首先,采集序列光斑图像,用比特图像分层的方式提取光斑的核心烧蚀区域,使周边光晕有效剔除。通过高斯状-引导滤波增强光斑,使其判读性高;其次,引入改进的双域积灰度质心法提取光斑质心,减小了由于光斑偏态分布带来的影响,质心求取误差减小了1.0042px之多;再次,为弥补噪声带来的影响和优化卡尔曼滤波方程,综合优化卡尔曼滤波对质心进行跟踪,大大提高了跟踪精度,滤波后的误差降至0.3490px;从次,针对光斑的偏态特性,引入距离占比和的方式求取光斑直径,并且,通过跟踪光斑自身的速度变化,可知,实际的烧蚀速度是给定的加工速度和动态光斑本身的平均变化速度之和,基于光斑直径和实际的烧蚀速度两个影响因素重新定义了光斑重叠率;最后,通过对光斑的动态特性进行分析,可知,光斑在每个烧蚀周期下呈现出两种不同的运动状态。基于光斑的动态分析结果,提出了优化的级联SVM分类器,对10mw、20mw、50mw下的光斑图像进行精确地分类,把每个周期内不同运动状态的光斑分离开来。对应的分类精度提高到了100%、100%、98.5%,能够掌握每个烧蚀周期内不同烧蚀状态下的光斑个数,对烧蚀规律有更好的把控,有助于不断提升加工效率和加工精度。图39幅;表3个;参62篇。

关键词：飞秒激光烧蚀光斑光斑质心定位光斑质心跟踪光斑重叠率光斑分类

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