定制髋关节假体数字化设计与制造技术研究

针对人体的髋关节具有个性化特征以及传统假体与股骨匹配后力传递不稳定等问题,对人体髋关节假体数字化设计、有限元力传递分析、基于机器人磨削的数字化加工进行了研究,提出了在设计、仿真和加工过程中将髋关节假体模型统一的方法,实现了定制式假体数字化设计、有限元力传递的分析和机器人磨削加工的一体化,初步建立了髋关节假体的数字化设计与制造、产品生命周期的服务模型,为数字化设计与制造技术在髋关节假体等骨科植入物中的应用建立了基础。实验结果表明:采用机器人数字化磨削加工定制式假体,保持机器人软件空间与实际工作空间一致,可以有效提高假体的制造精度,实现假体与股骨髓腔的最优匹配。     

逆向工程与快速制造技术在人工假体上的应用

利用逆向工程技术,对人体股骨进行了反求设计,完成了股骨的CAD模型;基于Pro/E设计环境,采用自顶向下的设计方法进行了人工假体的详细设计;采用FDM2000原型机制造出假体实验验证模型,实现了股骨假体的逆向到原型的设计与快速制造;综合评定制造模型精度合理,可以为后续工程分析提供参考。结果表明,逆向工程与快速原型制造技术综合应用,对人体运动功能的修复、提高诊断和手术水平、缩短时间、节省费用都有显著意义。     

基于逆向工程的个性化人工膝关节CAD建模

采用接触式的CMM测量设备对人工膝关节自由曲面进行了数字化测量，用Surfacer反求软件分析了测量数据由点到面的处理方法，重构了人工膝关节的CAD三维模型并经CAM模块处理后由数控加工生成应用于临床的产品。个性化膝关节CAD模型的建立对定制人工关节构成了基本自由曲面数据库，不同患者所使用的不同类型关节只需对模型进行局部改动，满足了个性化假体设计需要并缩短产品的开发周期和开发费用。     

内燃机燃烧室芯头反求设计的CAD/CAM技术研究

以某发动机燃烧室铸造芯头为研究对象，采用非接触式光电测量技术获得了七万多个数据点，并对测量数据进行了预处理；运用CAD技术对散乱数据点进行了NURBS曲面拟合和光顺处理，生成了结构的三维实体模型；采用CAM技术对该芯头的数控加工技术进行了研究，编制了NC代码，加工出了符合要求的产品模型，成功的为某汽油机燃烧室的改进定型提供了技术指导。在此基础上生成的CAD／CAM软件系统可以应用于其它复杂曲面产品的反求工程。     

在机测量与反求系统的软件设计

以加工中心与测头组成的在机测量与反求系统为硬件基础，首先简要介绍了在机测量与反求系统，然后采用面向对象的设计思想分析了软件系统的信息流模型，利用VC 6．0编写了软件。最后用该软件系统进行了实验，用三坐标测量机进行了验证。     

在机测量与反求系统

在机测量与反求系统是在机测量技术和反求工程技术相结合的产物.该系统重新组合并改造企业现有资源,扩展加工设备的功能,从而缩短新产品设计周期,提高产品精度和质量,增强企业竞争力.本文提出在机测量和反求系统的模型,建立由FV1000三轴立式加工中心、FANUC-0MC数控系统、EP6BL型测头、UG和自行开发的计算机辅助测量软件组成的在机测量与反求实验系统.     

机器人柔性抛光叶片轨迹规划与仿真

针对航空发动机叶片人工抛光精度不高，加工效率低等问题，提出了一种机器人柔性抛光系统代替人工抛光叶片的方法。提出了基于截面法和NURBS曲线拟合的轨迹规划算法，反求机器人抛光轨迹，该算法用于关键刀触点的提取，能够将拟合误差控制在给定的范围内，提高叶片加工质量。采用RobotStudio软件进行加工过程仿真，利用MATLAB验证了该轨迹规划算法的可行性。     

基于UG二次开发的工业机器人作业仿真系统设计

为了在一般CAD软件中实现符合企业需求的工业机器人运动仿真,通过采用UG软件二次开发技术和C++程序,构造了与UG无缝集成的工业机器人作业仿真系统。设计了包含人机接口层、作业管理层、UG支撑层的仿真软件体系结构。针对UG运动模块难以进行二次开发的问题,通过对UG装配模块的二次开发来实现机器人运动仿真。机器人运动过程碰撞检测功能则由UG间隙检查模块的二次开发实现。仿真软件现已成功地应用于汽车门框焊接机器人的作业仿真及布局设计。     

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的反求设计与加工

在汽车转向器行业,对引进的动力转向器进行反求设计并进行加工验证是产品研发的重要手段和途径。汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的反求主要难点有两个方面:第一,准确地提取非圆齿扇齿条的反求设计特征,包括静态尺寸和动态性能;第二,进行非圆齿扇齿条运动分析与验证。在提取工件参数、齿扇齿廓坐标、刀具尺寸、齿扇齿条的传动比之后,结合MATLAB仿真,得出了非圆齿扇的反求理论齿廓坐标。通过将反求理论齿廓坐标与实际测量齿廓坐标进行对比,从理论上验证了特征提取的精确性和运动分析的正确性。基于华中HNC-808数控系统,开发了数控插齿机专机系统。系统采用工艺卡片式的人机交互界面,使用宏变量编写插齿加工G代码。加工出该反求设计的非圆齿扇,通过方向机厂装配检验验证,满足了厂家的生产要求。     

集成化柔性激光加工系统的误差检测及其补偿

基于集成化柔性激光加工系统的特殊框架结构和为满足测量及加工精度要求，针对加工系统的整个框架和机器人腕部分别建立了相应的误差补偿几何模型。利用三维激光跟踪干涉仪对激光加工系统进行了检测，并根据检测结果结合相对应的补偿模型对系统进行了实时软件误差补偿。测量和加工试验及干涉仪的检测结果显示所建误差补偿模型合理，系统满足测量和激光加工的精度要求。     

基于图像处理的刀具几何参数测量技术研究

采用图像预处理和边缘检测等图像处理技术自动测量刀具的长度、直径、圆角半径和两个刀刃的角度,利用Delphi平台上开发的基于图像处理的测量软件可以在瞬间检测出刀具几何参数,实现了刀具几何参数测量的自动化。针对刀具的边缘轮廓形状特征,运用了二值化、中值滤波、边缘检测、轮廓提取和参数提取等图像处理技术。使用高分辨率CCD摄像设备并配备光学放大系统,可实现对高精度和微小刀具几何尺寸参数的测量。满足刀具测量的精度高、自动化程度高、重复性好等要求。     

硅片预对准机器人边缘信息采集处理方法

针对90 nm工艺、300 mm直径大尺寸硅片对制造设备的新要求,提出一种硅片边缘信息采集、处理方法,并在此基础上建立硅片预对准机器人视觉系统。该方法在小波阈值折衷去噪的基础上,利用最小二乘回归拟合和坐标加权平均的数值方法,通过对硅片边缘特征点的标定、过滤、综合和提取,有效地实现CCD采集信号向特征位置数据的转换,解决大尺寸硅片位置信息的获取和分析问题。重复定位精度测量试验结果表明,硅片预对准机器人视觉系统完成了硅片中心、缺口的检测定位,硅片预对准机器人对准精度达到了技术指标的要求,提高了整套硅片预对准系统的工作性能。     

基于计算机视觉对目标识别检测的研究

机器视觉是工业机器人获得外部环境信息的方法之一,通过视觉所得到的图像信息能实时地提取工件参数、判断出工件所处的位置。为了改善从 CCD 摄像头摄取的工件图像的质量,需通过理论分析和MATLAB软件对图像进行预处理,利用直方图均衡化、中值滤波、边缘检测等方法,提取出板材矩形类工件的边缘特征,用Halcon软件计算测量板材边缘,利用Canny算子取得板材在精度误差之内的边缘检测效果。     

基于LabVIEW麻花钻几何角度的测量

麻花钻几何参数的测量是检测麻花钻刃磨结果的主要手段,在考虑到测量的精度、效率以及经济性三个方面后,本文采用摄像头和计算机,基于LabVIEW图形语言开发环境和IMAQ Vision图像处理工具包编制的软件对麻花钻图像进行预处理、边缘检测以及图像测量。系统软件采用模块化设计,具有高可靠性、便于维护和易于扩展的特点。     

禽蛋检测与分级智能机器人系统的设计

为了实现禽蛋检测与分级的自动化,建立一种轻型自动化系统,即禽蛋检测与分级智能机器人系统(System of intelligentrobot detecting and grading eggs,SmDGE).SIRDGE将禽蛋的破损检测、内部品质检测以及检测和分级时的搬运工作联系起来,统一由一个关节型机器人来完成,能实现禽蛋检测和分级的全程自动化.介绍该系统的组成结构和工作原理,对系统关键的硬件设备和软件实现过程作了必要的说明,包括场景图像的采集和摄像机的标定,图像处理和特征值的提取,机器人运动控制和轨迹规划,真空吸盘的单片机控制,敲击声音的处理与破损检测,彩色图像处理与内部品质检测等内容,并对SIRDGE系统进行性能测试,测试结果证明,SIRDGE能够实现禽蛋检测和分级的全程自动化.     

高精度图像测量系统

图像测量系统的测量原理是通过处理被测物体图像的边缘而获得物体的几何参数。为提高图像测量系统的测量精度,本文提出了一种具有保持特征和滤波功能的十字窗口边缘自动检测算法。该算法能有效地抑制图像边缘检测中的噪声,并且能对非均匀照明的图像进行自动变阈值设置,从而能准确地检测出图像边缘。并在此基础上,又提出了以多项式插值为原理的新的亚像元边缘检测算法,使图像测量系统的CCD摄像机的分辨率提高约60倍。     

一种大型复杂构件加工新模式及新装备探讨

大型复杂构件是航空航天、能源、船舶等领域装备的核心结构件，此类构件通常具有尺寸大、形状复杂、刚性弱等特点。传统“分体离线加工-在线检测”模式存在工艺不稳定、过程复杂、柔性差、周期长等问题，以龙门式多轴数控机床加工为代表的“包容式”加工模式，难以适应大型复杂构件的高效高质量加工制造需求。提出一种基于移动式和吸附式机器人的多机协同原位加工新模式，通过多机器人系统自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测，实现大型复杂构件多安装面并行铣削、制孔与打磨等作业。多机器人系统包括移动式混联机器人、吸附式并联机器人、移动式串联铣削机器人、移动式双臂加工机器人和移动式打磨机器人。构建多机协同原位加工模式，需要揭示多机器人协同原位加工行为与大型弱刚性结构件质量控制的交互机理，面临着本体、测量、工艺和集成四个方面的挑战，需要设计高灵活、高刚度的移动式和吸附式加工机器人，解决移动机器人自主准确寻位和超大结构件原位高精检测难题，攻克加工变形误差在线补偿和振动抑制技术，通过集成实现多机协同高效高精加工，为大型复杂构件的高效高质量制造提供创新技术及装备，并实现此类构件制造核心技术及装备自主可控。     

智能化血液粘度测试系统设计

介绍了一种基于数字图像处理的智能化血液粘度测试系统设计方法,详细分析了该测试系统的各个组成部分以及设计原理。系统采用了一体化系统设计思想,将在显微镜下的血液细胞样片通过光学系统处理后进行图像采集,经过数字图像处理后得出检测结果。并结合血液细胞采集样本特性提出了一种新的边缘检测算法,提高了系统数据分析效率。     

基于视觉的机器人抓取技术的研究

该文提出了一种基于智能相机的机器人抓取系统,采用图像处理算法对相机捕获到的图像使用模板匹配、边缘查找及坐标变换,得到工件在机器人坐标系的位置和姿态,通过串口将处理后的工件位姿数据发送给机器人控制器,控制器向机器人发送运动指令。经实验验证,系统达到设计要求,在工业机器人系统中引入计算机视觉提高了机器人的柔性以及对环境的适应能力。     

Image edge detection based tool condition monitoring with morphological component analysis

The measurement and monitoring of tool condition are keys to the product precision in the automated manufacturing. To meet the need, this study proposes a novel tool wear monitoring approach based on the monitored image edge detection. Image edge detection has been a fundamental tool to obtain features of images. This approach extracts the tool edge with morphological component analysis. Through the decomposition of original tool wear image, the approach reduces the influence of texture and noise for edge measurement. Based on the target image sparse representation and edge detection, the approach could accurately extract the tool wear edge with continuous and complete contour, and is convenient in charactering tool conditions. Compared to the celebrated algorithms developed in the literature, this approach improves the integrity and connectivity of edges, and the results have shown that it achieves better geometry accuracy and lower error rate in the estimation of tool conditions.