自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术

针对自由曲面光学组件的超精密制造这门崭新技术,开发出从自由曲面光学设计、CAD连续数据转化、自由曲面模型重构、多轴加工仿真与切削优化、加工误差补偿到自由曲面面形测量的集成制造信息平台。所开发的集成技术,能有效减少在同类多轴机床编写复杂数控程序的时间,优化加工条件与切削策略,针对不同类型的自由曲面光学零件的主工艺,进行数字化仿真,避免昂贵的反复试切试验,以及提高产品的面形精度。并通过一系列的试验来验证该集成平台的稳定性和有效性。     

光学自由曲面计算机控制加工中的形面检测研究

光学自由曲面可以实现特殊的成像效果,给光学设计提供了更大的自由度,计算机控制加工方法可以在低精度设备上加工出高精度的光学自由曲面。自由曲面的形面检测是决定其最终加工精度的关键因素。本文讨论了自由曲面的形面检测方法,研究了自由曲面的坐标测量法,提出了快速自由曲面坐标测量法,并进行了验证。结果表明采用快速自由曲面测量法可以大大缩短测量时间,测量精度在测量机的精度范围内。     

光学自由曲面超精密加工方法综述

介绍了几种典型的光学自由曲面,如离轴非球面、环曲面、Zernike曲面、微结构光学曲面、样条曲面和双对称曲面。评述了目前光学自由曲面超精密加工的方法,包括复制成型、CNC磨削/抛光、飞切加工、慢速溜板伺服和快速刀具伺服等,同时分析对比了上述方法的优点和不足之处,并展望了光学自由曲面的加工方法的发展方向。     

自由曲面加工装夹方法研究

在进行自由曲面加工时,采用常规的金属结构装夹工件时,装夹力会使工件产生变形,进而会对工件的加工精度产生影响.为了克服这一问题,设计了3种自由曲面元件装夹方案,并在实际应用中加以验证.首先,理论计算分析了金属结构装夹时,由装夹力引起的工件的变形.设计了采用低熔点合金作为装夹材料的装夹方案,进行试验并对实验结果进行检定和评...     

自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制方法验证

自由曲面光学元件因其优越的光学性能得到越来越广泛的应用,当前已提出一些自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制方法.针对这些进动运动控制方法进行实验加工验证,首先介绍了较为主流的进动运动控制理论,并总结了实验加工操作方法,根据已有的进动运动控制方法计算出气囊抛光机器人两虚拟轴的转角,并将转角值输入到气囊抛光机床进行实验加工...     

光学自由曲面数控研磨技术研究

介绍了光学自由曲面的数控加工方法，由数控磨削、数控研磨、数控抛光、形面测量、修正研磨等工艺过程组成。讨论了数控研磨工艺。数控研磨可以均匀地去除磨削形成的“峰—谷”层和微裂纹层，降低自由曲面的表面粗糙度值，提高表面质量。     

光学自由曲面的超精密加工技术及应用

光学自由曲面是指非对称性、不规则、不适合用统一的光学方程式来描述的光学曲面.自由曲面光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛.采用多轴超精密金刚石机床加工光学自由曲面,可达到亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙的高精度水平.文章介绍了光学自由曲面的超精密加工技术及其在光电产品领域的应用,并开发适合几种典型光学自由曲面超精密加工的刀具轨迹自动生成软件.     

光学自由曲面金刚石车削CNC仿真程序编译系统

为了解决光学自由曲面金刚石车削(DTOFS)NC代码的验证问题,保证NC代码的正确性和合理性,将计算机仿真技术应用到DTOFS加工中。利用面向对象的编程语言Visual C++为平台,结合OpenGL库函数,开发了DTOFS CNC仿真程序编译系统。根据所提取的刀具坐标信息,建立了刀具运动轨迹方程,以实现刀具的插补过程。研究结果表明,该系统能够对数控加工程序进行检查,提前发现程序中的错误并及时地进行修改。与传统插补方法相比,本系统极大地提高了仿真精度。     

自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制技术

针对自由曲面光学元件的加工特点,研究气囊抛光自由曲面光学元件进动运动控制技术,用于求出气囊工具进动过程中两虚拟轴的转角,实现对气囊自转轴空间位置的控制.以气囊自转轴为研究对象,由于自由曲面光学元件上每个点的法线三维坐标都不相同且气囊进动抛光过程中气囊自转轴与工件加工点局部法线夹角不变,提出建立基坐标系和抛光点对应三维空间坐标系的方法,得到抛光过程中气囊自转轴的空间位置变化情况,而后利用旋转坐标变换得到气囊抛光进动运动控制模型;在所建立的自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型中加入控制算法,求出抛光自由曲面光学元件各点时气囊工具两个虚拟旋转轴的转角.利用Matlab对自由曲面光学元件不同方向截面进行仿真抛光试验,得到自由曲面各方向上气囊抛光进动运动曲线以及仿真进动角曲线,结果证明了自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型及控制算法的正确性.     

加工自由曲面的刀具选择研究

文中从高精度、高效率的加工目标出发,对加工中的刀具参数进行了理论计算和分析,为自由曲面的加工中的刀具选择提供了依据。     

基于深度强化学习的工业机器人避障路径规划方法

常规方法定义机器人避障奖赏函数时,仅在机器人到达目标位置后给出奖励,避障奖励稀疏,导致避障路径规划时间和长度较长、规划成功率较低。提出基于深度强化学习的工业机器人避障路径规划方法。利用传感器,探测机器人与障碍物和目标点之间的距离方位,构成状态空间,定义机器人避障决策奖赏函数,包括机器人与目标点的方位奖赏、距离奖赏、到达奖赏、每个避障动作奖赏,将状态空间信息输入神经网络,通过深度强化学习,输出下一时刻奖赏值最大的避障动作,形成最优避障路径。选择工厂厂房作为测试环境,改变障碍物数量和位置,布置工业机器人移动的简单场景和复杂场景,实验结果表明,设计方法减少了避障路径规划时间和长度,提高了规划成功率。     

基于面形斜率的光学自由曲面表征

对光学自由曲面设计的关键问题——光学自由曲面的表征模型进行了研究。在传统高斯径向基模型的基础上,通过改善基函数的分布特性以及基于面形斜率调整基函数的形状因子,建立了基于面形斜率的高斯径向基表征模型。利用建立的模型、传统径向基模型和Zernike多项式模型拟合了不同类型的自由曲面,并进行了分析比较。结果证实了文中提出的模型较传统径向基模型的面形拟合精度提高了1~2个数量级,具有较强的面形表征能力。应用该模型进行了离轴三反系统的设计,结果显示设计的三反系统的全视场平均调制传递函数(MTF)达到80%以上。与传统面形表征模型相比,该模型的应用提高了系统的像差平衡能力,改善了系统的成像质量。综合分析表明,该模型适用于表征具有显著非对称性的、面形矢高带有显著局域性变化的自由曲面,有望应用于具有大离轴量和大视场的光学系统设计中。     

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。     

基于力觉信息的工业机器人力跟随研究

随着机器人智能化要求的不断提高,需要工业机器人作业可同时满足机器人末端接触力和位置期望跟踪控制,以期具有更好的顺应外部环境的能力,提高作业效率和质量.为此,文中搭建了基于力传感信息的工业机器人力/位控制试验平台,通过在机器人末端安装六维力传感器,并在不同位姿建立机器人重力补偿系统,提出了基于力传感信息的力/位控制算法,完成了基于力传感器机器人末端的力跟随试验.通过试验证明了机器人能够根据力传感器反馈的信息实时地对末端位姿进行调整,实现了顺从外力的功能,同时验证了以此进行的力跟随控制算法的正确性和合理性.     

一种工业机器人标准工时的计算方法

标准工时的制定是智能制造系统进行生产率管理的核心.基于传统制造系统标准工时的计算原理及概率论相关理论,针对智能制造系统中工业机器人的工作特点,将其标准工时的构成分为无故障工时、故障时间和管理工时,研究其标准工时的计算方法.其中重点探索了工业机器人故障因素对其标准工时的影响规律,并讨论了发生故障概率分布的获取.经实际案例数据验证,该计算方法可以高效、准确地估算工业机器人的标准工时.     

A new method for classification and parametric representation of freeform surface feature

Representation and parameterization of freeform feature is one key issue in CAD. Based on the idea of layering freeform feature and feature global shape (FGS), a novel method for classification and parametric representation of freeform feature is proposed. Firstly, freeform features are classified in use of a multi-side method which combines FGS, approaches for surface generation, types of characteristic curves and their topological structures. Secondly, freeform feature is parameterized step by step from global to local shape, from basic to fine characteristic, and from high to low level, thus its representation can be unified. Lastly, the framework of three-level structures and two-grade mappings is put forward to define freeform feature so that parametric semantics can be clearer and it is convenient for users to edit and modify surface by intuitive parameters. It is shown in the examples that the method can effectively improve classification and parameterization of freeform feature. It can be applied to surface feature-based design and other domains as well.     

基于CATIA V5的工业机器人运动学仿真研究

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一.利用高端三维CAD软件对六自由度M_6iB机器人建立三维运动仿真模型.采用D-H参数法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并利用Matlab编写了运动学方程的变换矩阵,最后利用软件对机器人的运动进行分析.研究了运动学方程的求解,基于CATIA V5的DUM中...     

基于Process Simulate的工业机器人信息物理融合系统

工业机器人在进行新工艺开发时一般存在周期长、调试复杂等常见问题.以ABB的IRB120型工业机器人作为研究对象,基于Process Simulate工业仿真平台,采用了工业机器人信息物理融合的方法,实现了工业机器人实体与虚拟模型深度融合的功能,通过数据的通信、采集与传输实现了二者的同步运动功能,进一步分析了虚拟模型相对...     

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。     

基于CMM测量的自由曲面反求技术研究

重点介绍三坐标测量自由曲面的反求技术。通过对自由曲面数字化过程中数据获取、测量数据处理和曲面重构的研究,得到鼠标外壳的三维模型,极大地提高了设计质量和效率。