基于改进扩张状态观测器的激光振镜复合控制

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作者 刘太贝 刘博 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期186-194,共9页

激光振镜扫描系统作为扫描成像激光雷达的核心部件,其扫描范围、精度和频率直接影响激光雷达成像的性能。振镜电机在长时间运行过程中,可能会受到外部干扰和电机参数变化的影响,导致系统性能下降,尤其在高精度要求下,扰动和参数变化对... 激光振镜扫描系统作为扫描成像激光雷达的核心部件,其扫描范围、精度和频率直接影响激光雷达成像的性能。振镜电机在长时间运行过程中,可能会受到外部干扰和电机参数变化的影响,导致系统性能下降,尤其在高精度要求下,扰动和参数变化对系统稳定性和精度的影响更为显著。为了解决这一问题,提出了一种基于改进降阶线性扩张状态观测器的激光振镜复合滑模控制的控制方法。首先,通过对振镜电机的物理结构和数学模型进行分析,设计传统的全阶扩张状态观测器,由于振镜电机的角度信息可得,提出降阶线性扩张状态观测器,并引入相位超前网络,进一步减少了观测器在估计外部扰动时的相位滞后,提高了扰动估计的精度。其次,将估计出的外部扰动补偿到滑模控制的控制律中,提升了系统的精度、响应速度和抗干扰能力。改进后的控制方法有效避免了传统滑模控制中的高频抖振问题,显著提高了系统的动态响应性能和控制精度。仿真结果表明,在全行程1%的阶跃响应实验中,上升时间为548μs,稳态误差减少48%以上。 展开更多

关键词 激光振镜 扩张状态观测器 滑模控制 校正网络 激光雷达

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视觉辅助下的激光振镜模型参数分步标定 被引量：11

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作者 涂俊超 张丽艳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期236-247,共12页

激光振镜内部结构较为复杂,如何对其进行高效、准确的标定一直都是基于激光振镜相关应用的核心问题。提出了一种基于模型参数分步式求解的激光振镜扫描系统标定算法。根据振镜扫描系统物理模型各参数对出射光光路产生的影响将其划分为... 激光振镜内部结构较为复杂,如何对其进行高效、准确的标定一直都是基于激光振镜相关应用的核心问题。提出了一种基于模型参数分步式求解的激光振镜扫描系统标定算法。根据振镜扫描系统物理模型各参数对出射光光路产生的影响将其划分为影响出射光方向的参数和影响出射光位置的参数两类,并分别给出了求解方向参数与位置参数的优化模型。此外,分析了入射光方向偏差对现有反射镜偏转角度估计算法造成的影响,提出了相应的估计算法。以建立的系统模型为基础进行了模拟标定实验,模拟实验结果表明该算法具有良好的稳定性。利用标定好的实际振镜扫描系统完成了平面靶圆中心与空间闭合三维曲线的投影定位实验;靶圆中心的定位投影误差在0.5 mm左右,实际激光曲线与目标空间曲线在像平面内的位置偏差的均方根误差为0.42 pixel。 展开更多

关键词 激光振镜扫描系统 分步标定 双目立体视觉 模型参数划分 激光定位投影

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视觉辅助的激光振镜加工畸变校正及精度分析 被引量：3

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作者 朱铁爽 张承瑞 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期3402-3412,共11页

为了解决激光振镜加工畸变校正过程中人工测量效率低、精度差的问题,提出一种视觉辅助的畸变校正和精度测量方法。该方法分析了误差来源,建立了畸变数学模型,采用螺旋式填充圆标刻配合最小包络圆检测获取振镜系统误差特征描述,用曲线拟... 为了解决激光振镜加工畸变校正过程中人工测量效率低、精度差的问题,提出一种视觉辅助的畸变校正和精度测量方法。该方法分析了误差来源,建立了畸变数学模型,采用螺旋式填充圆标刻配合最小包络圆检测获取振镜系统误差特征描述,用曲线拟合或线性插补算法补偿误差,最后采用误差标准测量点阵进行精度标定。实验结果表明,该方法可以消除86%图形畸变,平均相对误差为7×10^(-4),提升了校正精度和校正效率。 展开更多

关键词 激光振镜加工 图形畸变 校正精度 机器视觉

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基于FPGA的以太网激光振镜控制器设计与实现 被引量：4

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作者 袁小军 张李超 张楠 《现代电子技术》 北大核心 2019年第16期159-163,168,共6页

为了提高系统的兼容性、可移植性以及设备的网络化管理,提出并设计了一种基于FPGA的以太网激光振镜控制器。控制器采用FPGA作为主控芯片,利用FPGA并行执行的特性实现了对XY2-100协议的精确驱动,解决了在MCU的实现方案中,占用系统资源高... 为了提高系统的兼容性、可移植性以及设备的网络化管理,提出并设计了一种基于FPGA的以太网激光振镜控制器。控制器采用FPGA作为主控芯片,利用FPGA并行执行的特性实现了对XY2-100协议的精确驱动,解决了在MCU的实现方案中,占用系统资源高和四路输出信号存在延时等问题。同时基于FPGA设计并开发了UDP模块和SDRAM模块用于数据的收发与缓存,以保证控制器稳定持续地输出控制信号。经测试结果表明:控制器能够精确控制振镜的转角,并且可以灵活支持异构的上位机环境,解决了传统基于PCI接口进行数据传输的振镜控制卡在硬件与软件兼容性上存在的问题,提高了上位机应用程序的可移植性。 展开更多

关键词 激光振镜控制器 FPGA 协议驱动 UDP模块设计 SDRAM模块设计 信号延时

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基于点集贝塞尔曲线优化的激光振镜加工算法 被引量：2

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作者 沈志飞 刘晓东 +1 位作者 费锡磊 康恺 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期548-553,共6页

为了解决激光振镜加工中由于数据点集过于密集导致激光在单点停滞时间过长引起激光烧蚀问题,将原始数据点集经过稀疏化、曲线点集分段、三角二分法贝塞尔曲线拟合数据处理,转换成由少量直线和曲线构成的实体,在激光路径输出时,根据输出... 为了解决激光振镜加工中由于数据点集过于密集导致激光在单点停滞时间过长引起激光烧蚀问题,将原始数据点集经过稀疏化、曲线点集分段、三角二分法贝塞尔曲线拟合数据处理,转换成由少量直线和曲线构成的实体,在激光路径输出时,根据输出放大倍数的大小及曲线曲率大小对曲线进行整体的适应性插补,从而解决因放大倍数不同引起的数据点过密或过疏的问题,并通过对前后数据以不同的标刻分辨率进行标刻。结果表明,在保证拟合后的加工误差不超过2μm下,解决了数据过密引起的激光烧蚀问题;在高放大倍数下也具有平滑的加工效果,具有更高的加工效率和质量。此研究为高密集数据激光加工提供了参考,在高质量激光加工领域如激光精密刻蚀有良好的应用前景。 展开更多

关键词 激光技术 激光振镜加工 贝塞尔曲线优化 三角二分法 弦高误差分割 激光烧蚀

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螺旋扫描激光功率对双脉冲CMT电弧热场的影响

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作者 张刚 刘忠义 +2 位作者 蒙旭 石玗 樊丁 《焊接学报》 北大核心 2025年第8期45-54,共10页

为了探究螺旋型扫描激光功率对铝合金双脉冲冷金属过渡(cold metal transfer, CMT)增材电弧热场、熔滴过渡行为及气孔缺陷的影响规律,设计变功率激光电弧复合增材制造对比试验,并利用红外热成像、光谱测量和高速摄像技术研究分析引入扫... 为了探究螺旋型扫描激光功率对铝合金双脉冲冷金属过渡(cold metal transfer, CMT)增材电弧热场、熔滴过渡行为及气孔缺陷的影响规律,设计变功率激光电弧复合增材制造对比试验,并利用红外热成像、光谱测量和高速摄像技术研究分析引入扫描激光后近熔池表面电弧径向温度场分布、复合交叉区等离子体行为以及对熔滴过渡和气孔缺陷的影响.结果表明,双脉冲CMT近熔池表面电弧径向温度场变化剧烈,温度梯度大,电弧稳定性较低.当引入600~1 200 W扫描激光时,电弧径向温度分布趋于均匀化,温度梯度明显减小,近熔池表面电弧温度显著提高(最高温度可提高约900℃),促使Mg,Al原子电离产生更多数量的Mg Ⅱ,Mg Ⅲ,Al Ⅱ及Al Ⅲ离子,提高电弧稳定性;当激光功率为600 W和1 200 W时,电子密度分别增加6%和17%,电子温度分别提高400 K和800 K.激光金属蒸气有效降低熔滴过渡频率,减弱熔滴对熔池的冲击作用,使熔池趋于稳定;同时,增材件气孔数量明显减少、分布趋于分散化,当激光功率为1 200 W时,气孔几乎消失殆尽. 展开更多

关键词 铝合金 振镜扫描激光-双脉冲CMT复合 温度场 等离子体

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LDS激光打标机的振镜扫描失真分析及矫正 被引量：2

7

作者 谢永迅 麦焯伟 +1 位作者 杜建铭 龙泉 《机床与液压》 北大核心 2015年第5期53-56,共4页

LDS(Laser Direct Structuring)激光打标机的振镜扫描系统存在失真问题,从而造成动态聚焦误差。对激光振镜扫描系统失真问题进行了详细理论分析,建立了该振镜扫描系统的数学模型,讨论了振镜动态聚焦误差来源和误差表现,提出了LDS振镜扫... LDS(Laser Direct Structuring)激光打标机的振镜扫描系统存在失真问题,从而造成动态聚焦误差。对激光振镜扫描系统失真问题进行了详细理论分析,建立了该振镜扫描系统的数学模型,讨论了振镜动态聚焦误差来源和误差表现,提出了LDS振镜扫描系统误差矫正方法,通过实验验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 LDS 激光振镜 动态聚焦 误差分析 误差矫正

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振镜式在线激光打标机精确定位方案的实现 被引量：8

8

作者 赵曰峰 陈兴海 +2 位作者 孙元峰 董杰 郑义 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期65-66,共2页

介绍了一种振镜式在线激光打标机的精确定位方案 ,通过对振镜式打标速度进行补偿 ,成功解决了振镜式在线打标的字符倾斜问题 ,实现了对不同生产线和不同材质的在线打标。

关键词 振镜式在线激光打标机 精确定位 扫描振镜 激光加工

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钛合金扫描振镜激光焊接接头特性分析 被引量：3

9

作者 许飞 陈俐 何恩光 《热加工工艺》 北大核心 2022年第1期107-110,共4页

采用大功率扫描振镜光纤激光焊接方法对TC4钛合金开展了非穿透焊接工艺优化试验,着重分析了振镜扫描参数对焊缝成形的影响,以及扫描振镜激光焊接与常规激光焊接在焊缝成形方面的差别。试验结果表明,圆形扫描轨迹更利于获得成形良好的焊... 采用大功率扫描振镜光纤激光焊接方法对TC4钛合金开展了非穿透焊接工艺优化试验,着重分析了振镜扫描参数对焊缝成形的影响,以及扫描振镜激光焊接与常规激光焊接在焊缝成形方面的差别。试验结果表明,圆形扫描轨迹更利于获得成形良好的焊接接头,当激光扫描频率控制在50〜150 Hz范围内,扫描振幅控制在0.6〜0.9 mm范围内时,焊缝成形均匀且基本无焊接飞溅生成。随激光扫描振幅的增加,焊缝熔宽逐渐增加,而焊缝熔深逐渐减小。与常规激光焊接相比,扫描振镜激光焊接接头虽然深宽比略有下降,但焊缝表面质量和内部质量均获得显著改善,更利于接头性能的进一步改善。 展开更多

关键词 钛合金 扫描振镜激光 扫描频率 扫描轨迹 扫描振幅 焊缝成形

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振镜激光对金属材料焊接接头组织及性能影响的研究进展 被引量：2

10

作者 闵颢翰 孙茜 +1 位作者 王坤 孙齐政 《热加工工艺》 北大核心 2023年第11期1-9,14,共10页

激光焊接作为一种材料连接技术,在航空航天、精密机械、生物医疗等制造领域得到广泛的应用。采用传统线性激光技术,焊缝元素偏析严重,且接头力学性能不佳,而采用振镜激光焊接技术能够显著改善金属(特别是异种金属)焊接接头的组织和性能... 激光焊接作为一种材料连接技术,在航空航天、精密机械、生物医疗等制造领域得到广泛的应用。采用传统线性激光技术,焊缝元素偏析严重,且接头力学性能不佳,而采用振镜激光焊接技术能够显著改善金属(特别是异种金属)焊接接头的组织和性能。本文较为全面地归纳总结了目前国内外学者关于振镜激光及其参数对金属材料焊接接头宏观形貌、显微组织及其力学性能影响规律方面的研究,可为后续的研究提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 振镜激光 振镜参数 宏观形貌 显微组织 力学性能

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数学模型设计在三维振镜激光扫描仪中的应用 被引量：1

11

作者 翟丽娜 《现代电子技术》 北大核心 2020年第5期175-178,共4页

针对原有三维振镜激光扫描仪数学模型动态模拟结果不精准的问题,设计新型三维振镜激光扫描仪数学模型。根据扫描仪结构特点设定数学模型设计原则并简化原始模型,将设计原则与简化后模型结合能量守恒定律,设定硬性约束条件并模拟扫描仪... 针对原有三维振镜激光扫描仪数学模型动态模拟结果不精准的问题,设计新型三维振镜激光扫描仪数学模型。根据扫描仪结构特点设定数学模型设计原则并简化原始模型,将设计原则与简化后模型结合能量守恒定律,设定硬性约束条件并模拟扫描仪内部动态过程,以动态过程模拟结果为依据,将扫描仪内部分割为若干单元块,通过单元块动态过程计算结果与对应关系完成数学模型计算,至完成此三维振镜激光扫描仪数学模型设计。构建对比实验,将原有模型与此模型模拟结果同测量结果相比较,此模型结果为数值区间且包含测量结果,原有模型结果为固定数值,与测试结果误差较大,证明所提模型动态模拟结果更为精确。 展开更多

关键词 三维振镜激光扫描仪 动态模拟 数学模型 图像处理 动态运动 三维成像

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基于Elman神经网络的振镜扫描系统误差校正技术研究 被引量：13

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作者 陈小明 洪军 +1 位作者 阎海红 卢秉恒 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期587-590,共4页

为了消除激光快速成型机中振镜扫描系统的非线性扫描误差,以提高系统的扫描精度,提出了运用神经网络校正激光振镜扫描系统误差的方法.通过对BP神经网络、径向基神经网络和El-man神经网络3种不同网络的对比分析,运用Elman神经网络训练有... 为了消除激光快速成型机中振镜扫描系统的非线性扫描误差,以提高系统的扫描精度,提出了运用神经网络校正激光振镜扫描系统误差的方法.通过对BP神经网络、径向基神经网络和El-man神经网络3种不同网络的对比分析,运用Elman神经网络训练有限个标定坐标点的误差补偿值,构造全视场误差补偿曲面,然后对视场坐标进行校正补偿.通过实例分析,测试件在x、y方向的尺寸均方根误差由原来的0.229 6 mm、0.210 7 mm分别减小到0.023 2 mm和0.026 5 mm.实验结果表明,采用Elman神经网络构造振镜扫描系统误差补偿曲面,对振镜扫描系统进行动态误差校正,可以显著提高快速成型机的扫描精度. 展开更多

关键词 快速成型 激光振镜扫描 神经网络 误差校正

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