单层钎焊金刚石砂轮的修整实验研究

为满足单层钎焊金刚石砂轮高效精密加工的性能要求,对磨粒有序排布单层钎焊金刚石砂轮的修整进行了实验研究。采用磨粒有序排布的钎焊金刚石修整工具对钎焊砂轮进行了修整,该修整方法通过修整工具粒度的变化以及修整速比的调整来控制砂轮形貌,从而使氧化锆的磨削表面粗糙度达到了精密加工的水平。对砂轮形貌进行了观测统计,数据表明,砂轮磨粒的等高性得到明显改善且避免了磨粒端部的严重钝化。     

单相机几何量检测新方法

按照常规摄影测量,如果仅使用一台相机而要获取点的三维坐标则至少需要在2个不同的位置进行摄影.本文则提出了利用单台相机仅拍摄单像片,来对平面内的几何量进行检测的方法:借助一个带有3个以上基准长度的共面工装,来辅助计算原始图像与正射摄影图像的转换参数;使用上述转换参数,将原始图像转换为正射图像;由正射图像的相似比例关系,进行平面内几何量的检测.另外,通过实验验证了本文所述的单台相机测量原理及所达到的相关精度.     

基于图像处理的单颗粒金刚石曲率半径测定方法研究

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采用优质天然金刚石对研、精磨和钎焊工艺制备单颗粒金刚石磨具,用于研究陶瓷等硬脆材料磨削去除、砂轮磨粒磨损及工件表面损伤形成机理。通过扫描电镜获取金刚石磨粒尖端图像,运用灰质化、直方图均衡化、中值滤波、二值化分割及Canny算子预处理并提取磨粒尖端轮廓边缘。在Photoshop软件中测量图像标尺占据的横向像素数目,绘制不同尺寸的圆形与磨粒尖端轮廓线条内切,多次操作后选择最大内切圆。统计该内切圆半径对应的像素个数,利用代数学基本原理即可求出最大内切圆半径。该方法不依赖专用的小曲率半径精密测量设备,具有较高测量精度与可操作性。
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电镀金属结合剂砂轮磨粒特征的检测

电镀金属结合剂砂轮的浓度和凸出高度,是影响磨削效率、加工成本和加工质量的直接因素.通过对采集到的电镀金属结合剂CBN砂轮数字图像进行图像处理,计算图像的面积、图像中的磨粒个数和磨料在磨料层中所占的体积,从而得出相应的浓度值;设定磨粒的等效形状,计算磨料的凸出高度,并计算不同埋入率下磨料的各个特征;应用COM组件实现VB与MATLAB的接口,完成了软件的开发.结果表明,应用该检测方法可以定量地获取磨粒的信息.     

卡尔曼滤波在单目相机运动目标定位中的研究*

单目相机运动目标定位是视觉跟踪的基本任务之一,视觉传感器对目标点位置的获取至关重要。根据单目相机针孔模型,将运动目标图像二维坐标,通过几何关系映射为相机坐标系的三维坐标。标定相机高度和旋转参数,在此基础上求得目标位置坐标。当运动目标被遮挡时,以匀变速运动为模型,根据先前位置信息确定加速度和速度,并对加速度进行自适应更新,建立运动目标状态方程,利用卡尔曼滤波算法预测目标位置。以预估位置代替真实位置,继续估计后续运动状态,在预估位置搜索运动目标,实现运动目标遮挡定位跟踪。实验结果表明,该定位方法具有可行性,当运动目标发生遮挡时,能够完成对目标的定位和跟踪。     

基于集成成像技术的零件孔径位置检测

针对利用霍夫圆检测方法很难定位大尺寸零件上所有孔径位置的问题,本文提出了一种将集成成像技术与霍夫圆检测算法相结合的非接触式测量方法.首先,根据经典成像理论提出了一套集成成像信息获取算法.其次,利用二维平移台和CCD相机搭建了相机阵列实验装置.系统工作时,相机采集的元素图像阵列,可以通过霍夫圆检测和坐标获取算法来实现零件孔径位置的定位.基于上述理论进行了验证实验,结果显示,零件孔径位置的检测误差在0.3mm以内.该方法为集成成像技术应用于高精密位置检测提供了有效的理论支持.     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

空间点的多视图DLT三维定位

物理点的三维定位是计算机视觉实现特征提取、模式识别、测绘、运动分析的基础,为了减少遮挡的影响及增大视场面积,可以通过多视图实现点的三维定位,但目前使用专门仪器设备及专门软件实现,定位的点数、二次开发功能都有一定限制。本论文提出一种基于直接线性变换(Direct Linear Transformation,DLT)的物体上点的世界坐标系下的三维定位方法,适用于单台相机移动获取的多视图实现的静态结构体点的定位,也适合于多台相机同时拍摄获取的机器上点的三维动态定位。采用DLT方法进行各相机(或不同位置下的相机)进行标定获取内外参数,即布置6个以上不共面且坐标已知的控制点,根据空间三维坐标与图像二维坐标的线性变换关系列出方程组,通过最小二乘法对相机内外参数进行线性估计;再利用这些内外参数实现点的三维定位,即依据空间几何线-线交会原理利用最小二乘法求解实现空间点的世界坐标测量。论文论证了本方法的原理,提出了方法的步骤,并以水田平地机为试验平台,测量平地铲上待测点的世界坐标来验证。试验结果表明:该方法测得的坐标在X,Y,Z方向的平均绝对误差为4.19 mm,3.97 mm,3.69 mm,空间相对距离误差为0.81%,满足一般测量精度要求。进一步提高精度可以考虑在标定步骤中校正相机失真。基于一台或多台相机得到的多视图,该方法能够实现任意多个物理点的世界坐标测量,测量结果不受相机位置影响。     

真空热环境下结构热变形试验方法研究

航天器空间结构的尺寸稳定性直接关系到航天器有效载荷和平台的在轨运行性能。为改进空间结构在轨环境下的尺寸变形测量与验证方法,开展了地面模拟在轨真空热环境下的结构热变形试验方法研究。在对国内外相关试验方法与测量系统典型案例分析的基础上,基于工业摄影测量原理提出了单相机+多摄站测量方式的试验方案,并研制了相机保护系统和相机二维运动机构,相机在真空热环境下通过运动机构的弧形导轨可以在一个弧面内二维运动进行不同角度图像拍摄,用来满足多摄站的测量需求;随后针对真空热环境下测量,分析了相机保护系统的光学窗口对测量相机标定结果的影响,通过仿真与试验验证了相机拍摄景深、圆形标志点对比度和比例因子对测量精度的影响,并提出了采集多曝光图像处理方法,从不同曝光下拍摄的圆形标志点图像中优选最佳的圆心提取和识别结果进行融合计算,来保证获取较好的对比度和亮度图像。最后结合典型试验件对提出的真空热环境下结构热变形测量方法进行了试验验证,试验结果达到0. 043 mm的测量精度,表明该方法可以有效满足未来航天器空间结构热变形的测量需要。     

基于双相机的数字摄影测量系统关键技术研究

基于双相机的数字摄影测量技术是利用相机采集的二维信息来求得被摄场景三维信息的一项技术,在此基础上可进而重建出场景的三维模型.这里对数字摄影测量中的若干关键技术进行了研究和改进.这些关键的环节包括相机畸变校正、相机定标以及特征匹配点的获取.还实现了一个三维重建系统.实验结果表明,该系统具有较强的实用性和可靠性.     

Wear behavior and mechanism of single-layer brazed CBN abrasive wheels during creep-feed grinding cast nickel-based superalloy

Wear behavior and mechanism of single-layer brazed CBN abrasive wheels during creep-feed grinding nickel-based superalloy K424 was investigated. Grinding force and temperature acting on the abrasive wheels were measured. Optical microscopy and scanning electron microscopy were utilized to detect grain protrusion and wheel wear morphology. The normal distribution of the protrusion height of the brazed CBN grains on the wheel surface was determined. The results show that, though the grinding zone temperature is merely about 180°C during creep-feed grinding nickel-based superalloy, the grinding heat still has an important effect on the grain wear owing to the high temperature of the individual grain up to 500–600°C. Wear patterns of brazed wheels are composed of mild wear (attritious wear and grain micro-fracture) and severe wear (grain macro-fracture, erosion of the bonding layer). Strong joining of brazed CBN grains and Ag–Cu–Ti bonding layer improves significantly the resistance to grain pullout.     

平面磨削中金刚石砂轮有效磨粒数的研究

采用4个不同排布方式的钎焊金刚石砂轮和1个电镀金刚石砂轮磨削天然黑色花岗石，用薄片热电偶检测磨削弧区温度信号，同时测量了磨床主轴的功率。通过分析温度信号中高频热脉冲的个数，确定金刚石砂轮实际参与磨削的磨粒数量和有效磨粒比，并计算出磨削过程中单颗金刚石磨粒的实际最大切削厚度及其消耗的切削功率。     

应用数字图像识别技术检测金刚石砂轮磨粒的凸出高度

提出一种应用数字图像识别技术检测金刚石砂轮磨粒凸出高度的检测方案,并建立了测试系统。该方法利用MATLAB软件编程,对CCD采集的金刚石磨粒数字图像进行图像处理,设定金刚石磨粒的等效形状,计算出磨粒的凸出高度。测试结果表明该方法有效可行。     

金刚石砂轮中磨粒出刃的分形分析

针对金刚石砂轮微观出刃形貌复杂的问题,提出分形维数和等价出刃尺寸的评价指标。目的是利用分形维数和等价出刃尺寸分别评价砂轮磨粒的破碎程度和砂轮磨粒出刃的均匀程度。试验和分析结果表明,进给深度越大,砂轮出刃的分形维数就越大,表明砂轮磨粒的破碎程度越大,会给加工表面造成较大的粗糙度或划伤表面。进给深度对磨粒出刃的等价出刃尺寸的影响不大。     

多孔钎焊砂轮的制备及SiC陶瓷磨削试验研究

基于模压成形和真空固相烧结工艺,选用Cu-10Sn结合剂、经氧化预处理的TiH2钎焊造孔剂、MBD8金刚石磨粒,制备出磨粒把持力大、孔隙分布均匀的多孔钎焊金刚石砂轮（PBDGW）。开展PBDGW与多层钎焊金刚石砂轮（MBDGW）的SiC陶瓷磨削对比试验,从磨削力、工件表面粗糙度和表面/亚表面形貌等方面分析砂轮的磨削性能。试验结果表明：与MBDGW相比,PBDGW磨削SiC陶瓷的切向力下降了8.4%～23.6%、法向力下降了10.2%～38.6%,磨削加工表面粗糙度平均降幅为10.4%;工件表面完整性较好,表面/亚表面的脆性断裂、微观裂纹等缺陷较少。     

陶瓷CBN砂轮地貌建模与磨削仿真

针对砂轮表面上磨粒形状的不规则性、尺寸的不确定性以及分布的随机性特点,采用随机空间平面切分实体的方法生成了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒;提出了虚拟格子法,实现了磨粒空间位置的随机分布,构建了陶瓷CBN砂轮地貌仿真模型;采用有限元法和光滑粒子流体动力学法的耦合方法进行了砂轮地貌模型磨削仿真,通过切削层SPH粒子的运动情况,分析了磨粒的切削机理及工件表面的创成机理。     

多颗粒金刚石小砂轮磨削仿真及实验

建立了多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削工程陶瓷的磨粒运动轨迹模型,通过改变砂轮转速、陶瓷件转速、轴向进给速度,揭示加工参数变化和磨粒运动规律的关系。通过不同加工参数下实际的陶瓷加工实验,分析了进给速度对边缘碎裂、磨削力、金刚石磨粒耗损的影响规律,得到的实验分析结果和仿真结果一致。实验运用了合适的实验方案和测力系统,并利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来定性分析金刚石磨粒的磨损情况。研究结果为如何利用合理的进给速度控制陶瓷材料的边缘碎裂,减少工件和砂轮磨具的损伤提供了借鉴。     

运用LS-DYNA的轴向缓进给磨削工程陶瓷的有限元仿真

介绍了轴向缓进给磨削加工原理,建立了单颗金刚石磨粒磨削工程陶瓷的仿真模型,并就磨削力在X、Y、Z向上的分力对仿真结果的影响进行分析。最后通过对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行仿真,研究了砂轮转速、砂轮轴向进给速度、工件转速,以及磨粒锥角对磨削力的影响。     

钎焊单层金刚石砂轮的实验研究

单层高温钎焊超硬磨料砂轮具有传统砂轮和电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能。利用高频感应钎焊的方法,以Ag-Cu合金和Cr粉为钎料,在一定的钎焊工艺条件下进行了实验研究,实现了金刚石与钢基体间的牢固化学冶金结合。扫描电镜分析发现在Ag-Cu-Cr与金刚石的界面之间形成CrC,与钢基体结合界面之间形成(FexCry)C,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素,并在相同的磨削参数条件下与电镀砂轮进行了对比实验,取得了较好的结果。