航天密封圈智能测量与检测系统的集成

为了实现航天用O形密封圈的智能化全自动测量与检测,建立了双工位智能测量与检测系统,研究了大量程测量与曲面缺陷检测系统集成方案以及测量路径自主规划技术。首先,针对O形圈的柔性结构、曲面外形以及内径与截面直径之比跨度大的特点,提出基于多视场协同的双工位智能测量与检测方案,介绍了系统集成方法及其工作原理。然后,根据密封圈在大视场中的全景图信息及检测路径规划基本准则,导出了通用的小视场图像采集路径计算方法。最后,建立了密封圈检测路径的物理坐标与大视场图像坐标的映射关系,实现了系统的智能化全自动检测。实验结果表明:本集成方案能够对外形尺寸为Φ5.4~Φ140mm的O形圈进行智能化自主测量与检测,实际检测路径的位置与理想位置之间的平均误差为0.086mm;与手工测量和检测相比,效率提高了20倍以上,能够满足航天用精密密封圈的智能、高效、全自动测量与检测要求。     

橡胶O形密封圈的非线性有限元分析

借助于大型非线性有限元分析软件MSC．MARC，建立了橡胶O形圈与沟槽接触的非线性有限元分析模型，分析了橡胶O形圈在安装和使用中的接触变形、接触宽度和密封界面上的接触应力分布规律，从而为进一步可靠设计、优化橡胶O形圈提供了理论依据。     

基于图案完整性的高反射曲面缺陷检测新方法

高反射曲面零件的表面缺陷检测是一项具有挑战性的工作,以钢球为例,提出了一种通过识别反射图案的完整性进行表面缺陷检测的新方法.该方法基于钢球表面的反光率极高且达到镜面成像的特性,将钢球置于穹顶形光源内部,光源罩内壁修饰有规则、完整的图案.若钢球表面存在缺陷,则其反射形成的修饰图案的像将在缺陷部分发生扭曲变形或间断缺失.采集钢球表面图像,检测修饰图案所成像的完整性即可实现表面缺陷的检测.设计了内壁修饰同心圆图案的新型光源,利用上述方法,对钢球表面缺陷进行了有效提取与分析,取得了良好效果,验证了该方法对于高反射曲面零件表面缺陷检测的有效性.     

LED显示屏相机采集影像渐晕的修正

为了克服相机影像渐晕在LED显示屏逐点一致化校正过程中带来的不均匀性缺陷,从相机影像发生渐晕时的灰度分布规律出发,提出了一种基于图像平滑滤波算法的修正方法。介绍了CCD对LED显示屏进行数据采集和成像的原理;在分析其成像稳定性的基础上,描述了空域平滑滤波的原理,并选取模板对CCD采集得到的LED像素亮度空间分布做邻域平均平滑处理,得到了代表相机影像渐晕分布的曲面。最后,介绍了利用该曲面实现影像复原的算法。实验结果表明:经过对相机影像渐晕修正以后,可以使LED显示屏的显示均匀性偏差由12.9%缩小到0.73%,克服了修正前LED显示屏"中心暗、四周亮"的缺陷,达到了理想的校正效果。     

基于图案完整性的高反射曲面缺陷检测新方法（英文）

高反射曲面零件的表面缺陷检测是一项具有挑战性的工作,以钢球为例,提出了一种通过识别反射图案的完整性进行表面缺陷检测的新方法。该方法基于钢球表面的反光率极高且达到镜面成像的特性,将钢球置于穹顶形光源内部,光源罩内壁修饰有规则、完整的图案。若钢球表面存在缺陷,则其反射形成的修饰图案的像将在缺陷部分发生扭曲变形或间断缺失。采集钢球表面图像,检测修饰图案所成像的完整性即可实现表面缺陷的检测。设计了内壁修饰同心圆图案的新型光源,利用上述方法,对钢球表面缺陷进行了有效提取与分析,取得了良好效果,验证了该方法对于高反射曲面零件表面缺陷检测的有效性。     

一种高反射曲面表面缺陷的反射条纹检测方法

针对高反射曲面表面缺陷的检测,提出了一种基于计算机视觉的反射条纹检测方法。该方法根据该表面的高反射性和曲面特性,对曲面反射的照明光源内壁附着条纹的完整性进行检测,从而判断曲面表面是否存在缺陷。反射条纹检测系统由计算机、相机和照明光源组成。实验中,照明光源采用内壁附着同心圆条纹的穹顶漫射光源,相机通过照明光源的观测孔对曲面进行拍摄,将拍摄的黑白条纹图像送至计算机进行判别。实验结果表明,基于本方法的检测装置对某钢球生产厂家直径为0.8 mm的钢球缺陷的有效判别率为96.7%,其中G10等级及以下的钢球均被检出,满足其G10等级钢球的检测需求。本方法能够对高反射曲面表面的常见缺陷进行有效检测和判别。     

基于阵元指向性的复合材料曲面结构超声表面契合法研究

采用相控阵超声结合表面契合法(Surface adaptive ultrasonic,SAUL)检测复合材料曲面结构过程中周向缺陷检测分辨力低,给缺陷定量带来困难。为提高SAUL的检测能力,以T700/环氧树脂T形长桁为研究对象,建立弹性各向异性有限元模型,并对照弹性各向同性情况分析其声传播规律,发现弹性各向异性和层间反射共同作用导致肋板处形成明显噪声。在此基础上,基于阵元指向性开展曲面结构成像检测研究,结果表明：引入阵元指向性校正系数对声源脉冲信号幅值进行优化,降低探头频率,可使阵元声场更适应曲面结构,从而减弱两侧肋板反射,提高成像质量。针对周向长度4.5 mm、深1.5 mm的分层缺陷,改进后的SAUL方法对应仿真和试验中周向缺陷长度定量误差较常规SAUL结果分别减小7.4%和13.1%,表明优化阵元指向性可有效改善SAUL周向检测分辨力,提高复合材料曲面结构超声检测缺陷定量水平,具有推广应用价值。     

大型旋转曲面表面涂层仿形加工方法

针对航天领域中某大型易变形薄壁工件旋转曲面表面的涂层仿形加工问题,提出一种高效的实时加工方法。将距离传感器安装于刀具前方一定角度处,加工时,传感器先检测金属曲面外形数据,以测量的离散数据点计算刀具进给轨迹进而控制刀具进给,从而实现高效率的涂层加工,解决易变形薄壁工件表面涂层的仿形加工难题。在实时加工点到达测量点的时间段内,系统完成数据采集、数据处理和刀具轨迹计算。为提高运算实时性,提出对NURBS曲线进行近似拟合的轨迹快速生成方法,以拟合误差为依据将轨迹分成NURBS曲线段和折线段,在误差大的拟合点以直线段连接。最后,通过加工实验证明该加工方法高效、实用。     

通过外螺纹安装“O”形圈保护套

“O”形密封圈是机械设备中防止液体,气体渗漏的元件,应用广泛。“O”形圈的安装质量对其密封性能和使用寿命有重要影响。实践证明,使用中发生的很多泄漏现象均和密封件安装不良有关。在实际工程中,尤其通过有外螺纹表面的零件安装“O”形嘲时,往往忽视了尖锐的螺纹会将“O”形圈划伤或切伤而造成泄漏。为此,专门制备了安装“O”形圈的保护套,如图示。     

基于流固耦合的橡胶O形圈密封泄漏计算方法*

提出一种基于流固耦合的橡胶O形圈静密封泄漏计算方法。对平行平板泄漏模型进行改进,使其适用于通道截面高度可变的泄漏率、介质压力计算;采用有限元仿真方法进行固体力学分析,求解宏观接触压力;采用Greenwood-Willamson模型进行接触力学分析,求解泄漏通道平均高度。基于数值方法研究介质压力、环境温度、表面形貌参数对橡胶O形圈密封性能的影响规律。结果表明,随着介质压力、环境温度、表面高度分布标准差的增大,体积泄漏率逐渐增大。上述数值方法以泄漏率作为表征密封性能的参数,能综合考虑橡胶材料、介质、工况等多种因素对O形圈密封性能的影响,对橡胶O形圈的寿命预测和失效分析更具指导意义。     

基于深度学习的航天密封圈表面缺陷检测

针对航天密封圈表面缺陷人工检测效率低、传统图像处理检测算法通用性差的问题,提出了两种基于深度学习的密封圈表面缺陷检测算法。首先,针对缺陷大部分为小目标的特点,选取对小目标较敏感的RetinaNet网络作为检测算法的基本架构,通过在RetinaNet网络中引入轻量级网络MoGaA构建出MoGaA-RetinaNet算法。然后,为了提高检测精度,在MoGaA-RetinaNet基础上,用分解卷积模块代替MoGaA骨干网络中的深度卷积构建了newMoGaA骨干网络,设计出newMoGaA-RetinaNet算法。最后,在测试集上的实验结果表明,MoGaA-RetinaNet算法比RetinaNet算法检测速度更快,但检测准确率略低;而newMoGaA-RetinaNet算法实现了检测精度与检测速度的良好平衡,比RetinaNet算法准确率提升4.5%,达到92%,检测速度提升55%,达到31 frame/s,网络参数量减少50%。所设计的newMoGaA-RetinaNet算法可以实现密封圈表面缺陷的快速准确检测。     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三维成像方法。使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图像数据。利用均匀三次B样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生成超声点云集。最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。实验结果表明,本文方法的缺陷成像结果与CT检测结果的平均误差为1.14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材料曲面样件内部缺陷的精确表征。     

基于正弦结构光激励的透明材质缺陷检测方法

透明材质广泛用于航空航天及光学设备等领域，但由于其镜面特性及透射、多重反射等光学性质，针对其微小缺陷的高效自动检测方法是领域难点，主要表现为缺陷成像对比度极低。为得到高缺陷对比度图像，现有方法需要采用复杂的系统结构或是反复的角度调试。本文基于缺陷形态对结构光的调制作用，提出结构简单的高缺陷对比度图像成像方法，且该方法对相机角度不敏感。在不同厚度缺陷试件中的实验结果表明，相较于当前的暗场照明方法，本文方法采集的图像对于冲击损伤、划痕、擦伤缺陷对比度有平均27.58%,最高37.41%的提升。本文方法从成像角度提高缺陷对比度，包含了更丰富的缺陷特征信息。在使用多种深度学习检测算法进行对比实验时，当前最佳的暗场照明方法的平均精度均值(mAP)最大仅为34%,而本文方法均接近80%,有显著的提升。     

用于缺陷检测的指尖型大面积光学式触觉传感器设计与性能研究

对各种具有复杂曲面及平面的材料进行缺陷检测的过程中,传统触觉传感器存在探测面积小、探测效率低等缺点。针对这些问题设计并制备了一种指尖型大面积光学式触觉传感器,并将该传感器应用于多种材料的表面缺陷探测中。所设计的传感器外形类似人类手指尖端,同时具备指型曲面和平面双接触面,可满足各种复杂接触面的探测需求。传感器中设计了微型传动装置用于带动摄像头转动以提高成像质量,并通过转动采集多张图像使用APAP图像拼接算法对其进行拼接,增大单次探测有效面积。通过模拟多种材料表面缺陷并制作触觉图像数据集,采用DeepLabv3模型对其进行训练。实验结果表明,在单次采集的情况下,有效探测面积达到16.3 cm²,模型通过训练MIoU达到91.2%,可实现多种材料复杂曲面和平面的缺陷探测。     

An automatic optical inspection system for inspection of CMOS compact camera module assembly

This paper presents the development of an automatic inspection system to check lens focus status and white balance level and to inspect defects including black and white defect, dim defect, color defect, and line defects in manufacturing process of compact camera module. To check the imaging status and inspect the defects of compact camera module, a unique image capturing system is developed to get image data from CMOS sensor at high speed. It has a complex programmable logic device, and the camera link and the frame grabber is used to transfer and store images to PC. Several kinds of unique image charts are designed to inspect the various types of defects in compact camera module, and they are implemented and displayed on the LCD monitor directly to reduce handling and exchanging time of inspection charts during test procedures. Various image processing algorithms are developed to analyze the captured image from each test chart and to find and verify the defects of camera modules. The experimental results show that the proposed system is able to reliably inspect various types of defects with high precision and high speed in real manufacturing condition.     

牙轮钻头径向非对称扁平密封性能研究

为了提高HAR橡胶密封圈寿命,提出一种新的径向非对称扁平密封结构。相比传统对称截面扁平密封圈,径向非对称截面的密封接触面积更小,因而减小了内圈动密封面旋转产生的热量以及磨损。通过试验对比氢化丁腈橡胶(HNBR)与丁腈橡胶（NBR）的性能,选择出合适的橡胶密封圈材料;分别建立径向非对称扁平密封圈与传统对称截面扁平密封圈的有限元模型,对比2种结构的密封性能;在不同的环境压力和温度下对径向非对称扁平密封圈的密封性能进行评价,并在现场进行应用验证。仿真结果表明：径向非对称扁平密封圈接触应力更大,密封性能更优;同时,其Mises应力明显低于传统对称截面扁平密封圈,证明径向非对称扁平密封更适合长期稳定工作。现场应用结果同样验证：在高温高压工况下,径向非对称扁平密封圈密封性能可靠,具有较高的实用价值。     

井下V形金属密封环密封性能研究

提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。     

盾构机主轴承密封圈密封性能研究

大埋深隧道对盾构机主轴承密封性能提出了更高的要求。利用有限元分析软件ANSYS Workbench研究不同材质的压紧环密封圈在不同载荷下的受力状况,研究其密封性能。分析结果表明,压紧环唇形密封圈的密封能力与预紧载荷和材质均有关系,当预紧载荷越大,密封圈硬度值越高时,密封面的接触压力就越大,密封能力就越强。因此,为提高大埋深盾构机主轴承密封圈的密封性能,可采取以下措施:在材料方面应选择高硬度值的压紧环密封圈,必要时可增加压紧环密封圈的数量;在结构方面应适当增加压紧环的直径,保证压紧环有足够的预紧行程施加更大的位移载荷,提高密封面接触压力。     

结合暗场散射与曲率成像的镜面缺陷检测方法

在镜面表面缺陷检测技术中,常用的暗场成像检测法对于波纹类的三维镜面缺陷难以形成对比度,为此提出了一种结合暗场散射法和曲率成像法的综合型镜面表面缺陷检测方法.分别对暗场成像原理和基于条纹反射的曲率成像原理进行了理论分析;构建了结合两种成像模块的综合型镜面缺陷检测的实验装置;对注塑反射镜和抛光玻璃薄片两种样品进行了缺陷成像...