支持工业以太网接口的激光跟踪仪在线实时测量系统

激光跟踪仪是常用的大尺寸空间测量设备之一,测量精度高,便携性好,被广泛应用于工业生产过程。目前激光跟踪仪一般通过第三方软件进行控制,测量数据也通过第三方软件离线处理,具有很大的局限性,无法用于实时反馈被测对象的空间坐标信息。基于激光跟踪仪提供的底层用户函数（tracker programming interface,TPI）,用户可以自行设计应用程序操作激光跟踪仪。EtherCAT是IEC61158现场总线标准之一,具有极高的稳定性和实时性。结合激光跟踪仪程序开发和EtherCAT从站开发,利用嵌入式系统和EtherCAT从站控制器,从系统的设计到实现,将激光跟踪仪开发成为一个EtherCAT激光跟踪仪从站,实现了激光跟踪仪在现场工业以太网总线中的在线实时测量,扩展了其应用领域,最后实验验证了数据实时性达到了预期的100 ms的周期,并且稳定可靠。     

基于XSLT的通用STEP-NC后置处理器开发

为了使STEP-NC兼容传统的数控系统,需要在传统数控系统上构建专用的STEP-NC后置处理器。为此,建立了一个通用的后置处理器,以降低构建专用STEP后置处理器的开发工作量和开发难度。采用可扩展标记语言模式下的STEP-NC代码作为输入和基于可扩展样式表语言转换的转换机制,实现面向不同数控加工设备统一化的后置处理过程。根据可扩展样式表语言转换原理和要求,分别开发了EXPRESS-X和P21-P28的文件格式转换器。构建了以P28格式作为输入和以XSLT样式表语言定义机床设备接口格式的通用后置处理器。以一台切削加工机器人和一台三轴数控铣床为应用实例,分别以机器人语言和G代码作为后置处理结果,对后置处理器的功能性和可行性进行了验证。     

飞机复杂机构虚拟培训场景运动建模方法

针对含有飞机复杂机构的虚拟培训场景建模过程复杂、生成的场景帧率低、交互性差等问题,提出一种虚拟场景建模方法。首先,对原动件在其运动范围内进行运动状态采样;然后利用机构仿真平台进行运动学建模与解算,获取所有零件的运动状态作为机构的运动状态库,并对运动状态库进行压缩;最后,在虚拟现实引擎中将库文件与经过材质编辑的网格模型融合,采用索引、插值替代实时解算,以获取零件的位置姿态数据,生成虚拟场景。使用起落架收放机构与后缘襟翼收放机构进行实验,结果表明,该方法可以实现真实感强、交互性好的飞机复杂机构虚拟培训场景运动建模。     

铝合金电弧增材制造成形质量研究

基于机器人电弧填丝增材制造成形技术,进行了铝合金零件的成形表面不平整问题的分析及改善方法的试验探究。分析了CMT焊接技术的增材成形效果,以及应用在不同焊道时对成形质量产生的影响;分别探究了起弧与熄弧参数、层间轨迹方式、层间冷却时间等因素对成形质量的影响及改善方法。增材制造翼肋零件中,层间沉积中采用了焊道表面测量,再进行铣削加工的方式,作为进一步探究提高成形质量的试证。结果表明,加大起弧电流、降低熄弧电流,往复的层间轨迹方式及不同层间的冷却时间等方法可以提高零件的成形质量。     

切削加工机器人与CAD/CAM系统集成化

使用6R工业机器人构架切削加工平台,论述切削加工机器人与CAD/CAM系统连接和集成的数据流结构,研究切削加工机器人的后置处理过程遇到的关键问题。阐述后置处理过程各个步骤的实现原理,并以REIS RV16工业机器人为例,建立切削加工机器人的原型系统,对其后置处理过程的坐标系变换、运动学求解、冗余自由度和奇异点回避问题进行推导和论述。建立切削加工机器人的仿真和后置处理系统平台,并完成2D和3D样件的加工。试验和仿真结果表明,该系统能够完成切削加工机器人的后置处理过程及生成可执行的机器人加工指令。     

基于周期性晶格的3D打印模型轻量化方法

为了获得 3D 打印模型节材效果和优化的物理力学性能,从晶格的形状多变性出发,提出了一 种基于晶格的 3D 打印轻量化结构生成方法,由此产生的轻量化结构用来替代给定模型的实体空间。首先,提 出了一种通用的晶格描述方法,进而对晶格的几何和拓扑特征进行个性化设计。其次,通过在模型包围盒内周 期性排列晶格单元,构造出了实体建模所依附的拓扑骨架结构。接着,采用了一种基于网格拼接的直接构建 STL 模型的几何建模方法,其无需布尔运算即能快速获得网格质量可控的晶格实体结构。通过实物打印验证了 适用于晶格结构的 3D 打印成型工艺。对 5 种典型晶格的几何和力学特性进行了对比分析,并作为晶格设计选 用的初步依据。结果证明,该方法在实现节材和提高模型强重比的同时,达到了保证轻量化模型的可打印性、 自平衡性以及力学性能可优化等目标。相较于以往的方法,具有多变性和效率优势,适合各种工程应用。     

T-SPLINE开源内核的三层数据结构及算法原理EI北大核心CSCD

针对T-SPLINE开源内核,论述了T样条三层数据结构及相关算法原理,以帮助使用者更快更好地掌握和应用T-SPLINE开源内核的使用方法.首先介绍T-SPLINE开源内核及三层数据结构,论述该数据结构对T样条计算与存储的高效性;然后根据三层数据结构的特点设计了一系列高效的算法,主要包括面内节点初始化算法、关键参数抽取算法、高效基函数计算算法、重节点管理算法等,并详细说明了上述算法的原理;最后对T-SPLINE开源内核的时间复杂度和空间复杂度进行了分析与验证.实验证明,T-SPLINE开源内核在时间空间复杂度上具有一定的优势.     

虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

针对飞机的虚拟飞行仿真中,飞行事故仿真的真实感不强的问题,基于粒子系统, 结合动力学模型,实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统 点粒子,结合纹理映射技术和融合技术,将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融 合因子进行深度融合,提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法,模拟烟雾 在飞机机舱内扩散,与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统,实现真实感 和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。     

基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法

晶格结构因其具备特殊的机械性能,已成为增材制造复杂结构设计和制造的重要研究领域之一。 针对传统的模型晶格结构生成方法需要通过对参数化建模的晶格结构网格进行裁剪或对其网格进行保形变形 实现,且生成效率较低的问题,提出一种基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法,实现晶格结构对曲 面空间的适应和高效生成。首先,基于一种矩阵方法完成晶格结构骨架的表达和构造。其次,利用点与曲面、 曲线与曲面、曲面与曲面所形成的 3 种封闭空间,对晶格结构骨架进行保形变形,使晶格结构适应曲面空间。 最后,采用基于晶格结构骨架的网格生成和拼接方法,生成保形晶格结构的网格模型。通过组件应用架构(CAA) 二次开发方法提取计算机辅助三维交互应用软件(CATIA)模型的参数曲面,实现保形晶格结构模型的高效生成, 并表现出良好的曲面空间适应性,证明该方法具有一定工程价值。