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激光粉末床熔融增材制造过程智能监控研究进展与挑战

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机械工程学报 2023年第19期59卷 253-276页

作者：赵志斌王晨希张兴武陈雪峰李应红西安交通大学机械工程学院西安710049 空军工程大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室西安710038

激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,LPBF)增材制造逐渐成为难加工金属构件快速、低成本、高性能、短周期制造的“潜力股”,被认为是使用最为广泛的金属增材制造技术之一,已经在航空、航天等工业领域得到大面积应用。然而,增材制... 详细信息

激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,LPBF)增材制造逐渐成为难加工金属构件快速、低成本、高性能、短周期制造的“潜力股”,被认为是使用最为广泛的金属增材制造技术之一,已经在航空、航天等工业领域得到大面积应用。然而,增材制造过程与成形质量的稳定一致性是行业面临的挑战性难题,已经成为LPBF增材制造技术迈向规模生产的“拦路虎”。目前的LPBF增材制造监控系统主要在“测”,即实现各类过程信息的测量,其质量评判与调控技术成熟度不够,难以实现行之有效的过程监控,而结合先进传感技术以及人工智能方法的智能监控有望成为LPBF增材制造规模生产的“一把利刃”。从LPBF缺陷类型、制造过程信息感知、过程质量智能评判、工艺参数优化与质量调控四个方面综述激光粉末床熔融增材制造智能监控研究进展和发展现状,指出发展面向LPBF增材制造规模生产的成熟智能监控系统面临的挑战。最后讨论应对这些挑战的解决途径和未来展望。

关键词：增材制造激光粉末床熔融质量评判智能监控

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超声激励下不同预紧力作用的裂纹生热建模

红外与激光工程 2020年第S1期49卷 90-96页

作者：杨正伟寇光杰周伟李胤朱杰堂张炜火箭军工程大学陕西西安710025 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为揭示超声红外热成像检测中缺陷区域的生热机理,考虑预紧力对缺陷生热的影响,采用裂纹试件开展了预紧力分别为100、150、200 N的检测试验,发现裂纹区域温度与预紧力正相关,裂纹两端的生热量明显高于裂纹中段,尖端热斑最明显,且不同预... 详细信息

为揭示超声红外热成像检测中缺陷区域的生热机理,考虑预紧力对缺陷生热的影响,采用裂纹试件开展了预紧力分别为100、150、200 N的检测试验,发现裂纹区域温度与预紧力正相关,裂纹两端的生热量明显高于裂纹中段,尖端热斑最明显,且不同预紧力下圆形热斑最明亮。基于单自由度有阻尼位移激励系统和热源温度场叠加法建立了超声激励下裂纹生热的简易数学模型,通过计算参考点P1和裂纹尖端点P2的温度变化,发现P1点温度变化与试验结果一致,随着预紧力增大,P2点的计算结果与试验温升曲线拟合误差减小,且温升速率变化逐渐趋于一致。该模型能够较好地描述裂纹的生热过程,为超声红外热成像检测的加载参数优化提供了模型基础,具有一定的理论意义与工程价值。

关键词：生热机理裂纹预紧力超声红外热成像

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基于快速原型的精密模具的电铸工艺研究

机械设计 2003年第4期20卷 33-35,56页

作者：吴福生丁玉成王立勇西安交通大学机械工程学院先进制造技术研究所陕西西安710049

采用激光快速成型机生产电铸母模来进行快速精密模具的开发与制造。对于快速原型件 ,采用新工艺 ,首先使其导电化 ;再采用脉冲电铸的方法制造模具。同时 ,还将此脉冲电铸新工艺与传统的化学镀工艺及传统的直流电铸方法进行了比较研究。... 详细信息

采用激光快速成型机生产电铸母模来进行快速精密模具的开发与制造。对于快速原型件 ,采用新工艺 ,首先使其导电化 ;再采用脉冲电铸的方法制造模具。同时 ,还将此脉冲电铸新工艺与传统的化学镀工艺及传统的直流电铸方法进行了比较研究。在电铸成型机上 ,通过对此电铸工艺的研究与实现 ,发现可以大大缩短普通模具 ,甚至复杂模具的制造时间 ,同时也提高了模具的复制精度 ,使之能够应用于精密模具的开发中。

关键词：快速原型化学镀直流电铸脉冲电铸电铸成型机精密模具

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基于多光谱应用BP人工神经网络预测血糖

激光与光电子学进展 2017年第3期54卷 238-243页

作者：李东明贾书海西安石油大学理学院陕西西安710065 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

利用反向传播(BP)神经网络预测方法,通过光纤将红外光谱仪、拉曼光谱仪和旋光测量系统结合在一起,建立了基于多光谱测量血糖含量的分析模型,提出了数据融合的处理方法。选择了30个人体血液样品,分别测量旋光光谱、红外光谱、拉曼光谱。... 详细信息

利用反向传播(BP)神经网络预测方法,通过光纤将红外光谱仪、拉曼光谱仪和旋光测量系统结合在一起,建立了基于多光谱测量血糖含量的分析模型,提出了数据融合的处理方法。选择了30个人体血液样品,分别测量旋光光谱、红外光谱、拉曼光谱。将光谱数据进行了预处理与归一化处理,建立BP神经网络模型,预测血液样品的糖含量值。使用克拉克误差网格分析法分别分析了三种测量方法和数据融合后的血糖值,结果应用BP人工神经网络模型预测血糖值的拟合精度为0.9992,预测误差低于0.2mmol/L,满足临床医学的精度要求,并且具有较高的稳健性和较强的容错能力。

关键词：医用光学血糖预测多光谱 BP神经网络克拉克误差网格分析

大孔径静态干涉成像光谱仪数据源选择对压缩效果影响的研究

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光谱学与光谱分析 2017年第3期37卷 939-945页

作者：余璐刘学斌李洪波刘贵忠中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 西安交通大学电子与信息工程学院陕西西安710049 中国科学院大学北京100049

针对实际工程应用中存在的大孔径静态干涉成像光谱仪(large aperture static imaging spectrometer,LASIS)的数据压缩问题,根据LASIS的成像特点,在详细分析其数据特性之后,提出了基于光程差维数据源的压缩,并与以往的LASIS和LAMIS数据... 详细信息

针对实际工程应用中存在的大孔径静态干涉成像光谱仪(large aperture static imaging spectrometer,LASIS)的数据压缩问题,根据LASIS的成像特点,在详细分析其数据特性之后,提出了基于光程差维数据源的压缩,并与以往的LASIS和LAMIS数据源压缩进行对比研究。选择不同的数据源获得的压缩效果不同,为了更合理的选择LASIS数据源,降低压缩算法带来的图像和光谱损失,实验以LASIS原理样机推扫获得的短波红外数据作为研究对象,在详细介绍了三种数据的数据特点以及提取方法之后,变换得到上述三种形式的数据源,采用工程中成熟应用的JPEG和JPEG2000算法对三种数据源分别进行逐帧压缩和重建,然后对压缩效果在图像维、干涉维和光谱维以及压缩比进行了详细的对比分析,并提取视场中三种目标物质的光谱曲线,对压缩前后它们的光谱信息损失进行了度量。实验结果表明,相较于采用LASIS和LAMIS数据源作为压缩对象,以LASIS光程差维数据作为压缩对象,无论是在图像维、干涉维还是光谱维的压缩评价标准下都表现出明显的优越性:同样的压缩方案下,基于光程差维数据源的压缩能在获得较高压缩比的同时获得更低的均方误差和更高的峰值信噪比,且对光谱信息的损失也是三种数据源中最小的。

关键词： LASIS 压缩数据源光谱信息

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CS_2飞秒超快非线性特性的实验研究

光子学报 2009年第12期38卷 3130-3132页

作者：杨青林天星司金海陈烽侯洵中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室西安710119 西安交通大学机械学院红外与激光研究所西安710049 西安交通大学电子与信息工程学院电子科学与技术系

采用中心波长800nm、脉宽30fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术对CS2的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.在探测光强与抽运光强比为1∶10时,得到了较理想的光克尔时间分辨曲线.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方... 详细信息

采用中心波长800nm、脉宽30fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术对CS2的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.在探测光强与抽运光强比为1∶10时,得到了较理想的光克尔时间分辨曲线.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30fs的超短激光脉冲激发CS2的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.

关键词： CS2 飞秒激光脉冲超快非线性

生物玻璃陶瓷骨支架的光固化成形工艺与过固化研究

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西安交通大学学报 2022年第9期56卷 151-159页

作者：杨蒙蒙伍言龙许燕陈旭刘亚雄周建平新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830017 季华实验室广东佛山528200 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对光固化技术制备生物玻璃陶瓷多孔骨支架中因光散射、光叠加等原因导致内孔扩散的过固化问题,提出从“孔-面-体”3个层面来探究样件成形过程中过固化现象与工艺参数间关系的方法,并逆向建立克服过固化提高精度的多孔补偿模型。首先,... 详细信息

针对光固化技术制备生物玻璃陶瓷多孔骨支架中因光散射、光叠加等原因导致内孔扩散的过固化问题,提出从“孔-面-体”3个层面来探究样件成形过程中过固化现象与工艺参数间关系的方法,并逆向建立克服过固化提高精度的多孔补偿模型。首先,采用激光共聚焦测量了骨支架中单孔在不同曝光时间和石墨浓度下的过固化值与固化深度;其次,在骨支架的面结构中采用光学影像测量仪分析了不同面孔隙率和孔隙形状下的过固化值与固化深度;然后,使用场发射扫描电镜表征了重叠层厚对骨支架整体结构中固化特性的影响;最后,通过控制骨支架的多孔尺寸,建立过固化逆向补偿模型并制备了与模型孔径相差不大于5μm的多孔样件。采用所制备的多孔支架样件进行实验验证,结果表明:单孔结构中,过固化值和固化深度均随曝光时间的对数增加而线性增加,随石墨浓度增加而减小;在单层面结构中,过固化值和固化深度均随孔隙率的增大线性减小,孔隙形状对固化深度无明显影响;在体结构中,随重叠层厚的增加,样件过固化程度增加,叠加层厚10μm为适宜分层;在相同曝光时间和石墨浓度下,过固化从孔结构-面结构-体结构过程中逐渐增加,且孔和面结构的过固化程度显著大于体结构。该方法可为高精度多孔骨支架的制备提供一种新思路。

关键词：生物玻璃陶瓷多孔骨支架光固化技术过固化补偿模型

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数控机床几何精度的位姿测量原理

西安交通大学学报 2016年第11期50卷 62-68页

作者：李海涛郭俊杰邓玉芬王金栋何欣荣王兴西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西南交通大学机械工程学院成都614202 西安建筑科技大学建筑设计研究院西安710055

为了获得数控机床全部的几何误差信息,根据激光跟踪仪的三维空间测量特性,提出一种数控机床几何精度位姿测量原理和几何误差分离原理。借助于一台固定安装于机床上的数控精密转台和一台激光跟踪仪获得机床运动轴的位姿信息,然后辨识出... 详细信息

为了获得数控机床全部的几何误差信息,根据激光跟踪仪的三维空间测量特性,提出一种数控机床几何精度位姿测量原理和几何误差分离原理。借助于一台固定安装于机床上的数控精密转台和一台激光跟踪仪获得机床运动轴的位姿信息,然后辨识出机床各项几何误差。首先,详细描述了位姿测量方法的基本原理,给出了平动轴误差测量数学模型,包括测量点、基点空间坐标的标定原理以及姿态偏差的获取步骤;然后,根据解析几何知识先后分离出3项转角几何误差和3项位置几何误差,并综合得出单个运动轴6项几何误差分离模型;最后通过数值模拟、测量实验以及对比实验验证了该原理的可行性和准确性。实验表明,采用位姿测量原理可以在2h内实现一台3轴高速数控铣床的精度检测,并准确分离出各项误差。位姿测量原理具有很高的测量精度与效率,解决了基点标定难题,且标定精度更容易提高。该原理为数控机床精度检测提供了一种新的思路,应用前景广阔。

关键词：位姿测量原理几何精度检测数控精密转台激光跟踪仪

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折射型红外微透镜阵列器件的发展及制备

激光与光电子学进展 2020年第7期57卷 90-105页

作者：刘丰张帆边浩杨青李敏静陈烽西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学电子与信息工程学院陕西省信息光子技术重点实验室陕西西安710049 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

光学器件的小型化、集成化是现代光学系统发展的重要趋势。在微小光学器件中,阵列化折射成像微光学器件主要包括微透镜阵列器件等,广泛应用于成像、计量、波束整形等领域。针对红外波段成像、计量测量、激光加工等领域的特殊应用需求,... 详细信息

光学器件的小型化、集成化是现代光学系统发展的重要趋势。在微小光学器件中,阵列化折射成像微光学器件主要包括微透镜阵列器件等,广泛应用于成像、计量、波束整形等领域。针对红外波段成像、计量测量、激光加工等领域的特殊应用需求,红外波段工作的微透镜阵列器件受到了广泛重视,并得到迅速发展。总结了红外微透镜阵列器件的发展及制备方法,包括使用不同材料、不同制造方法制备红外微光学器件,以及红外微透镜阵列器件在红外波段成像、计量、并行加工、光束匀化方面的应用,分析了红外微透镜阵列器件及其制造方法存在的挑战与机遇。

关键词：红外波段微透镜微透镜阵列红外成像