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未知自由曲面复杂零件再设计与直接加工技术
项目简介
针对制约我国机械装备行业发展与提升的复杂关键零部件再设计与快速加工等技术瓶颈，以影响整机性能的机械装备凸轮、汽轮机叶片、螺杆压缩机转子、增压器叶轮等为研究对象，着力构建未知自由曲面复杂零件再设计技术与数据点云直接加工技术的集成创新，使再设计效率和直接加工精度得到极大提高，技术水平和产业化成果达到国内同类研究和应用的领先水平。
技术指标
(1)未知自由曲面复杂零件的高精高效数字化技术。研究了基于蚁群算法和遗传算法的多特征测量路径规划技术、曲率连续自适应测量技术、BP 人工神经网络重定位技术、Delaunay 半径补偿技术等，开发了“复杂未知自由曲面三维智能测量系统”，为高精高效数字化奠定了基础。
(2)基于多分辨分析的曲线曲面控制顶点光顺技术。针对传统光顺算法计算效率极低，细节难于保留等问题，研究了二进小波多分辨快速光顺技术和有理数尺度小波的任意分辨率光顺技术，首创了“曲线曲面多分辨分析光顺系统”，兼顾了光顺的整体性和局部性。
(3)复杂零件的三维再设计质量控制技术。针对多分辨光顺尺度无法确定，光顺效果评判手段有限等难题，研究了基于线性假设和逆问题的多分辨光顺精度控制技术、基于极限反射法的曲面品质分析技术，开发了“极限反射法曲面品质分析系统”，实现了光顺尺度的快速反算，消除了视点和光源对评判结果的影响。
(4)双映射法数据点云直接加工技术。针对 CAD 建模及传统数控加工所引起的累计误差，研究了双映射散乱点云结构拓扑技术、数据点云全干涉检查技术、无干涉刀具加工路径规划技术，开发了“数据点云直接刀具规划与加工系统”，实现了数据点云的直接加工，填补了国内在该领域的空白。
效益分析
项目研究成果使系统的测量精度提高了 1 个数量级，测量效率提高了 3 倍以上，再设计周期缩短了 30%，在机床允许条件下，未知原型零件的直接加工精度可达μm 级。项目成果在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司和无锡沃凯精密机械制造有限公司等得到成功应用，研究成果获发明专利 7 项，软件著作权 7 项，发表论文 64 篇，SCI 收录 9 篇。
应用情况
本成果有助于提升企业研发实力与效率，降低研发成本，提升企业技术水平和核心竞争力。首创的数据点云直接加工技术，缩短了企业的工艺流程，提升了产品的加工效率与制造精度，降低了废品率，对企业的节能减排和绿色制造同样有显著作用。项目在机械装备行业有极好的推广应用价值和社会效益。
江南大学
2021-04-13
淀粉加工关键酶制剂的创制及工业化应用技术
本项目获 2019 年国家技术发明二等奖 淀粉加工用酶是食品工业用量最大的酶制剂。目前我国淀粉加工关键酶制剂匮乏或被国外垄断，导致一些淀粉加工技术难以实现或优势不足，因此亟需开发 具有自主知识产权的酶制剂，构建淀粉加工关键酶共性技术的研发体系。
江南大学
2021-04-11
基于激光散射的空气污染物微粒测量仪
近些年，工业发展导致环境污染越来越严重，其中粉尘作为环境 恶化的重要污染源,严重危害着我们的生活环境和人们的身心健康。 因此,采取及时有效的措施对环境中的粉尘浓度进行检测,然后进行 除尘降尘,可有效提高人生安全系数和环境质量。 目前，现有的粉尘检测设备中,所用的传感器稳定性差,致使测量 精度不够高,且校准调节难度大,这也对产品的推广和后期维护带来 不便。课题组采用激光散射法在线监测粉尘浓度,并采用 3D 打印技术 设计系统总体及光路结构，采用串口通讯模块对系统进行了数据校准 及稳定性分析,测量精准度高。
南开大学
2021-04-11
基于激光测振技术的建筑幕墙安全状态远程检测方法
建筑幕墙是由支承结构体系与面板组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围结构或装饰性结构,包括玻璃幕墙、石材幕墙和合金幕墙等，并被广泛应用于高楼大厦、机场、高铁车站等公共设施。随着服役年限的增加，近些年来建筑幕墙因面板脱落造成的事故屡见不鲜，严重威胁着人们的生命财产安全。因此，建筑幕墙实施有效的检测是实现幕墙安全管理、预防灾害发生的重要前提。当前幕墙安全状态检测的手段主要有：目测法、手试法、振动传感器法等，目测法和手试法需要作业人员通过攀爬等手段靠近检测对象实施检测，且检测结果受检测人员个人经验影响较大。振动传感器法因传感器的安装困难、需要额外激振、附加质量也对检测结果影响较大等原因实际应用价值较小。 本项成果提供了一种基于激光测振技术的建筑幕墙安全状态的无损检测方法。该方法基于幕墙面板时常微动的特点进行幕墙安全状态检测，不需要提供额外激励，可远程、快速评价幕墙的安全状态，具有适用范围广、实用性强等特点。
北京科技大学
2021-02-01
航空航天轻合金大型复杂结构精准激光焊接技术
以大型薄壁结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)工艺与装备需求为牵引，开展高效激光焊接机理、技术、装备研究，突破了激光焊接微观热-力-冶金机理、形性一体化精准调控技术，形成了首套双激光束双侧同步焊接装备，完成了国内首个激光焊接火箭贮箱的研制。
技术特征
面向航空航天大型复杂曲面薄壁结构，提出了焊缝组织形态三维解构方法、面向微区缺陷与性能的组织形态重构与参数体系化设计方法；提出了智能化建模技术，形成了面向航空航天型号产品的虚拟焊接体系。
南京航空航天大学
2021-05-11
航空航天轻合金大型复杂结构精准激光焊接技术
以大型薄壁结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)工艺与装备需求为牵引，开展高效激光焊接机理、技术、装备研究，突破了激光焊接微观热-力-冶金机理、形性一体化精准调控技术，形成了首套双激光束双侧同步焊接装备，完成了国内首个激光焊接火箭贮箱的研制。技术特征面向航空航天大型复杂曲面薄壁结构，提出了焊缝组织形态三维解构方法、面向微区缺陷与性能的组织形态重构与参数体系化设计方法；提出了智能化建模技术，形成了面向航空航天型号产品的虚拟焊接体系。应用范围:已有合作与成效：（1）与中国商飞合作，完成C919机身壁板结构DLBSW仿真研究与样件研制工作；（2）与上海航天技术研究院合作，将DLBSW技术应用于火箭燃料贮箱结构，成果完成了国内首个激光焊接火箭贮箱的研制工作；（3）与航天一院合作，开展新一代载人火箭贮箱箱底焊接变形控制研究。后续推广：为将来重型运载火箭、大型宽体客机、战略运输/轰炸机、下一代战斗机制造提供支持。
南京航空航天大学
2021-04-10
飞秒激光脉冲制备硅基微纳结构光伏材料
太阳能作为一种洁净和相对易于获取的能源在未来的动力产品中将占有越来越大的比份。如何发展高光电能量转换效率、高可靠性和低成本的太阳能电池是目前太阳能利用领域所面临的关键问题。相对于第一代和第二代太阳能电池(转换效率<<50％)，各国科学家纷纷研究不同的应用于第三代太阳能电池的新材料和新结构，目标是使光电转换效率大于5 0％。近年来，一种具有微、纳米量级特殊结构的光伏材料成为太阳能电池的研究热点。利用飞秒脉冲激光在极短的持续时间内激发出极大的峰值能量，其在硅片的相互作用过程中具有很强的非线性效应，聚焦烧蚀硅表面很小的一块面积，形成规则排列的微纳米结构。这种微纳米结构由于表面积增大，对入射光波有很大的吸收，且对光的敏感性提高了数百倍，这些性质对我们提高光电转换效率具有很大的指导意义。这种材料与本底未处理材料的性质相比，材料带隙减小，对光的敏感性提高了数百倍，这使得其对波长为250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比传统材质的硅的比重低。这些奇特的光电和物理性质能进一步提高太阳能电池的光电转换效率。根据光吸收效率，激子光量子效率，化学电势效率以及填充因子计算总的光电转换效率，普通硅基太阳能电池光电转换效率只有1 5％，而基于微纳结构光伏材料的太阳能电池转换效率可望达到50%-60%。 针对国民经济可持续发展在太阳能光伏技术方面的重大需求，发展利用超短脉冲激光制备具有优异光电转化效率的微纳结构光伏材料的新方法，以及通过探测光伏材料中非平衡载流子的能带结构及微分负电导等特性，探知光伏材料的光电转换效率，从而筛选出转换效率较高的微纳结构光伏材料，最终在发展新型、高效太阳能电池的新原理和新技术方面取得创新性突破，为我国研发具有自主知识产权的高效第三代光伏电池打下坚实基础。
上海理工大学
2021-04-11
在片上微纳激光器精确集成领域的研究
北京大学“极端光学创新研究团队”发展了一种高精度的暗场光学成像定位技术(位置不确定度仅21 nm)，并结合电子束套刻工艺，实现了片上量子点微盘激光器与银纳米线表面等离激元波导的精确、并行、无损集成。这种微盘-银纳米线复合结构同时具有介质激光器与表面等离激元波导的优势，因此不仅具有介质激光器的低阈值与窄线宽特性，而且具有表面等离激元波导的深亚波长场束缚特性。基于这种灵活、可控的制备方法，他们实现了片上微盘激光器与表面等离激元波导间多种形式的精确可控集成，包括切向集成、径向集成以及复杂集成，并且对量子点无任何加工损伤；进一步，通过同时集成多个片上微盘激光器与多个银纳米线表面等离激元波导，他们获得了多模、单色单模以及双色单模的深亚波长(0.008λ2)相干输出光源。这些高性能的深亚波长相干输出光源可以容易地耦合并分配至其它深亚波长表面等离激元光子器件和回路中。因此，这种灵活、可控的精确集成方法在高集成密度的光子-表面等离激元复合光子回路中具有重要应用，并且这种方法可以拓展到其它材料和其它功能的微纳光子器件集成中，为未来光子芯片的实现提供了一种可行的解决方案。 该工作于2018年5月发表在Advanced Materials上(Advanced Materials 2018, 30, 1706546)，并以卷首插画(Frontispiece)的形式予以重点报道。文章的第一作者为北京大学物理学院博士研究生容科秀，陈建军研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心和极端光学协同创新中心等的支持。 图1. 片上胶体量子点微盘激光器与银纳米线表面等离激元波导的精确、并行、无损集成。
北京大学
2021-04-11
一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法
本发明提供了一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法，首先将圆形扫描激光投射到待测物体表面上，且圆形扫描激光与待跟踪轨线有两个或两个以上的交点，其中一个交点与待跟踪轨线的起点重合；将待跟踪轨线的起点标记为 P0，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为 P1；之后，令 i＝2；将圆形扫描激光的圆心沿着直线 Pi-2Pi-1 的方向移动距离 si，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为 Pi，其中 si 为线段 P0P1 长度的 1/Ni，Ni∈[2，50]；i 逐一递增，实现自动跟踪。本
华中科技大学
2021-01-12
一种使用共面倒 F 天线的激光全息 RFID 标签
本实用新型公开了一种激光全息RFID标签，包括RFID标签（50）和贴在其上的激光全息膜（10），其中，该 RFID 标签（50）包括共面倒 F 天线（510）、基板（520）和 RFID 芯片（530），所述共面倒 F 天线（510）制作在基板（520）上，所述 RFID 芯片（530）贴装在该共面倒 F 天线（510）上。本实用新型的激光全息 RFID 标签能够适用于超高频和微波频段，其中的激光全息膜可采用金属反射层或非金属反射层，形状和尺寸大小不受限制，与 RFID 标签的复合方法简单方便。
华中科技大学
2021-01-12