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基于点云的航发叶片分割及打磨轨迹规划方法

现代制造工程 2024年第4期 102-108页

作者：马国庆刘启畅刘珺玮曲合拉•金恩斯长春理工大学机电工程学院长春130022 长春理工大学重庆研究院重庆401121 阿勒泰地区职业技术学校阿勒泰836599

针对航发叶片打磨过程中点云分割效果差和轨迹规划中曲面拟合所带来的计算量大的问题,提出了一种基于点云的航发叶片分割及打磨轨迹规划方法,旨在改善点云分割效果并降低计算量。通过结构光相机采集待打磨叶片点云,进行滤波等预处理,并... 详细信息

针对航发叶片打磨过程中点云分割效果差和轨迹规划中曲面拟合所带来的计算量大的问题,提出了一种基于点云的航发叶片分割及打磨轨迹规划方法,旨在改善点云分割效果并降低计算量。通过结构光相机采集待打磨叶片点云,进行滤波等预处理,并对随机采样一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)平面分割算法进行改进,提升算法效率。设计一种结合点云颜色信息的区域生长分割算法,实现叶片待打磨区域的稳定分割。提出一种直接基于点云的三重截面法,配合B样条曲线拟合算法生成预打磨轨迹,并基于等残高算法优化行距,完成打磨轨迹规划。经实验验证,平面分割算法相较于传统方法效率提升40.25%,数据处理效率大大提高。此外,通过改进的区域生长分割算法,叶片打磨轨迹规划效率得到明显提高,其实现效果显著增强。

关键词：叶片打磨平面分割叶片点云分割轨迹规划

基于YOLOv5s的卫星光通信初始捕获方法(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 125-132页

作者：尹鹏倪小龙陈纯毅于信长春理工大学电子信息工程学院吉林长春130022 长春理工大学空间光电技术研究所吉林长春130022 长春理工大学计算机科学技术学院吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春光客科技有限公司吉林长春130022

为解决在卫星激光通信初始捕获阶段传统信标激光光斑检测算法容易受到复杂背景干扰的问题,基于YOLOv5s神经网络针对卫星平台初始指向场景进行优化、改进。选用平滑交并比(SIoU)损失函数替代原损失函数,将原本的上采样结构替换为轻量化... 详细信息

为解决在卫星激光通信初始捕获阶段传统信标激光光斑检测算法容易受到复杂背景干扰的问题,基于YOLOv5s神经网络针对卫星平台初始指向场景进行优化、改进。选用平滑交并比(SIoU)损失函数替代原损失函数,将原本的上采样结构替换为轻量化的内容感知特征重组(CARAFE)上采样结构,为C3层增加卷积块注意力模块(CBAM)机制,使用SimSPPF替代原本结构,增加了利于感知位置信息的Coordconv结构。经过改进后的神经网络在精度上优于传统的信标光斑检测算法,能够在复杂背景下准确检测出光斑的位置,适合用于初始捕获阶段以及粗跟踪阶段进行信标光斑检测。优化后的YOLOv5s神经网络精确率达到99.7%,召回率达到99.3%,在平均精度(mAP)@0.5指标上超过99.7%,在mAP@0.5∶0.95指标上超过了74%。

关键词：激光通信初始捕获信标激光复杂背景

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激光雷达三维成像研究进展(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 26-43页

作者：韩斌曹杰史牟丹张镐宇梁龙张凯莉熊凯鑫郝群北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314003 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

激光雷达三维成像相比二维成像具有信息丰富、主动性好、抗干扰能力强等优势,已广泛应用于遥感侦察、无人驾驶、航空航天等多领域。近年来,激光雷达三维成像发展迅速,一方面,以APD阵列器件为典型核心器件的制造能力增强,激光雷达的成像... 详细信息

激光雷达三维成像相比二维成像具有信息丰富、主动性好、抗干扰能力强等优势,已广泛应用于遥感侦察、无人驾驶、航空航天等多领域。近年来,激光雷达三维成像发展迅速,一方面,以APD阵列器件为典型核心器件的制造能力增强,激光雷达的成像效率得到明显提升;另一方面,随着三维成像方法(扫描/非扫描)的不断改进,其综合性能也得到突飞猛进的发展。通过总结现有激光雷达三维成像的研究现状,讨论现阶段其面临的问题与解决方法,为推进激光雷达应用提供支撑。

关键词：激光雷达三维成像扫描非扫描

C/SiC复合材料激光超声复合微切削材料损伤机理与表面质量研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 189-205页

作者：李继成陈广俊许金凯于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130022 长春理工大学机电工程学院长春130022 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025

C/SiC复合材料具有高比强度、低密度、低热膨胀系数、耐磨损、耐高温等优异的机械与力学性能,广泛应用于航空航天、国防、电子等领域。但因其特殊的组织结构与材料特性,在加工中极易产生纤维拔出、剥落、微裂纹扩展、破碎等损伤或缺陷,... 详细信息

C/SiC复合材料具有高比强度、低密度、低热膨胀系数、耐磨损、耐高温等优异的机械与力学性能,广泛应用于航空航天、国防、电子等领域。但因其特殊的组织结构与材料特性,在加工中极易产生纤维拔出、剥落、微裂纹扩展、破碎等损伤或缺陷,直接导致加工难度大、刀具磨损快、加工精度低、表面质量差,严重制约了高端装备的性能。开展C/SiC复合材料激光超声复合微切削(L-UHM)材料损伤机理与表面质量研究,分析激光超声双能场作用下C/SiC复合材料的失效机制。基于正交切削模型建立常规加工(CM)、激光辅助加工(LAM)和L-UHM微观切削模型,揭示CM、LAM和L-UHM中三种典型纤维方向下纤维相与Si C基体相的去除机制,评价不同纤维方向下微观形貌和表面粗糙度。结果表明,激光超声复合微切削可显著降低纤维断裂能,抑制纤维弯曲,缩小Si C基体破碎面积,大幅提升加工表面质量。相比CM和LAM,L-UHM可明显抑制纤维开裂、基体破碎及基体裂纹扩展,纤维断口更加平整规则。此外,在L-UHM中顺纤维方向表面质量较LAM提高了10.1%,证明了理论分析的正确性。

关键词： C/SiC复合材料激光超声复合微切削损伤机理表面质量

用于TDLAS的半导体激光器温度控制系统设计

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激光杂志 2024年

作者：王泽元魏志鹏孙礼朋长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室长春理工大学中山研究院和光精电重庆科技有限公司

由于TDLAS (可调谐激光吸收光谱)技术中半导体激光器工作温度直接影响气体浓度检测准确度。为实现气体浓度高精密检测，采用多级积分分离PID控制算法设计了一种用于TDLAS的半导体激光器温度控制系统。实验结果表明，多级积分分离PID控... 详细信息

由于TDLAS (可调谐激光吸收光谱)技术中半导体激光器工作温度直接影响气体浓度检测准确度。为实现气体浓度高精密检测，采用多级积分分离PID控制算法设计了一种用于TDLAS的半导体激光器温度控制系统。实验结果表明，多级积分分离PID控制算法在提高温度控制系统响应速度、提高系统精度和稳定性、减小超调等方面具有优势。温度控制系统在10～40℃温控范围内，温控精度优于±0.03℃，并在148s内达到设定温度，温控超调量小于2.5%，设计满足TDLAS气体浓度检测要求，为实现气体浓度高精密检测奠定了基础。

关键词： TDLAS 半导体激光器温度控制多级积分分离PID

基于知识图谱和预训练语言模型深度融合的可解释生物医学推理

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 62-70页

作者：徐寅鑫杨宗保林宇晨胡金龙董守斌华南理工大学计算机科学与工程学院广州510641 中山市华南理工大学现代产业技术研究院中山528437

基于预训练语言模型(LM)和知识图谱(KG)的联合推理在应用于生物医学领域时,因其专业术语表示方式多样、语义歧义以及知识图谱存在大量噪声等问题,联合推理模型并未取得较好的效果。基于此,提出一种面向生物医学领域的可解释推理方法DF-... 详细信息

基于预训练语言模型(LM)和知识图谱(KG)的联合推理在应用于生物医学领域时,因其专业术语表示方式多样、语义歧义以及知识图谱存在大量噪声等问题,联合推理模型并未取得较好的效果。基于此,提出一种面向生物医学领域的可解释推理方法DF-GNN。该方法统一了文本和知识图谱的实体表示方式,利用大型生物医学知识库构造子图并进行去噪,改进文本和子图实体的信息交互方式,增加对应文本和子图节点的直接交互,使得两个模态的信息能够深度融合。同时,利用知识图谱的路径信息对模型推理过程提供了可解释性。在公开数据集MedQA-USMLE和MedMCQA上的测试结果表明,与现有的生物医学领域联合推理模型相比,DF-GNN可以更可靠地利用结构化知识进行推理并提供解释性。

关键词：生物医学预训练语言模型知识图谱联合推理

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星间通信系统高精度分光镜的研制

中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 334-341页

作者：王振宇付秀华林兆文黄健山魏雨君吴桂青潘永刚董所涛王奔长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学中山研究院广东中山528437 中山吉联光电科技有限公司广东中山528437

随着星间通信系统的迅速发展,数据传输的精度要求不断提高。分光镜作为系统的核心元件,其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度。本文基于薄膜干涉理论,选取Ta_(2)O_(5)与SiO_(2)作为高低折射率膜层材料进行膜系设计,采用电子... 详细信息

随着星间通信系统的迅速发展,数据传输的精度要求不断提高。分光镜作为系统的核心元件,其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度。本文基于薄膜干涉理论,选取Ta_(2)O_(5)与SiO_(2)作为高低折射率膜层材料进行膜系设计,采用电子束蒸发的方式在石英基板上制备高精度分光镜。同时根据膜层应力补偿原理建立面形修正模型,修正分光镜面形。光谱分析仪检测结果显示,分光镜在入射角度为21.5°~23.5°内,1563 nm透过率大于98%,1540 nm反射率大于99%。激光干涉仪检测结果显示,分光镜反射面形精度RMS由λ/10修正至λ/90(λ=632.8 nm),透过面形精度RMS为λ/90。

关键词：星间通信分光镜应力补偿面形精度

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高光束质量大功率垂直腔面发射激光器

中国激光 2024年第8期51卷 1-6页

作者：闫观鑫郝永芹长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022

采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率... 详细信息

采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。

关键词：激光器垂直腔面发射激光器高功率光场分布光束质量

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表面高阶曲线光栅半导体激光器横模特性分析

中国激光 2024年第8期51卷 38-45页

作者：梁宏进邹永刚范杰付曦瑶史可田锟长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022

半导体激光器在光通信、生物医疗、激光雷达等领域中得到广泛应用,其单模稳定输出特性一直是国内外的研究热点。制备了一种基于表面高阶曲线光栅的宽脊波导半导体激光器,刻蚀曲线型高阶光栅后高阶横模损耗远大于基横模损耗,同时设置宽... 详细信息

半导体激光器在光通信、生物医疗、激光雷达等领域中得到广泛应用,其单模稳定输出特性一直是国内外的研究热点。制备了一种基于表面高阶曲线光栅的宽脊波导半导体激光器,刻蚀曲线型高阶光栅后高阶横模损耗远大于基横模损耗,同时设置宽脊电流限制注入结构,使得高阶横模激射阈值高于基横模阈值,从而改善器件的横模特性并压窄光谱线宽。利用温控模块将器件的工作温度控制为18℃,对腔长为2 mm、条宽为500μm的器件进行测试,在0.5 A电流下测得慢轴发散角为5.3°,快轴发散角为29.2°,在1 A驱动电流下测得3 dB光谱线宽为0.173 nm,边模抑制比为22.6 dB。实验结果表明,表面高阶曲线光栅对宽脊波导半导体激光器中的高阶横模起到了抑制作用且能够压窄光谱线宽,有助于实现半导体激光器的单模稳定输出,同时器件采用紫外光刻工艺,大幅降低了器件的制备难度。

关键词：激光器半导体激光器高阶布拉格光栅曲线光栅高阶横模远场发散角