中凸变椭圆活塞车削数控系统的实时性分析及实现

为了解决中凸变椭圆活塞数控车削加工的高实时性要求,设计了具有上下位机、多处理器结构的数控系统.系统使用固高多轴运动控制器实现普通数控模块的实时控制,使用DSP控制器作为椭圆截面生成模块--直线伺服系统的核心控制器,一体化工作站负责数控系统的管理、数据处理和人机交互等实时性要求较低的工作.采用多层次、模块化的思想,在Windows2000平台下开发了中凸变椭圆活塞车削数控软件系统,很好地满足了活塞加工的要求,并且具有功能强大、界面友好、使用方便和柔性好等特点.该数控系统已在工厂得到实际应用并形成了正式产品.     

NEW METHOD TO MEASURE PISTON SKIRT DIMENSIONS

The measurement of the middle-convex and varying ellipse profile of a piston skirt is a key technology because of its complex profile and high precision. Generally, a piston is measured on special device after it is machined. High accuracy can be achieved through this off-line measurement, but the result diverges from the actual dimension. Therefore, a no-contact in-site measurement system is proposed. A laser displacement meter is used to measure the profile of the piston skirt. A computer connected to the meter is used to process the measured data. A regression analysis method is used to process the ellipse section data. The method of moving average is used to process the middle-convex curve data. By vising the given system, high measurement accuracy can be gained, and the production requirement is met.     

Least squares evaluations for form and profile errors of ellipse using coordinate data

To improve the measurement and evaluation of form error of an elliptic section, an evaluation method based on least squares fitting is investigated to analyze the form and profile errors of an ellipse using coordinate data. Two error indicators for defining ellipticity are discussed, namely the form error and the profile error, and the difference between both is considered as the main parameter for evaluating machining quality of surface and profile. Because the form error and the profile error rely on different evaluation benchmarks, the major axis and the foci rather than the centre of an ellipse are used as the evaluation benchmarks and can accurately evaluate a tolerance range with the separated form error and profile error of workpiece. Additionally, an evaluation program based on the LS model is developed to extract the form error and the profile error of the elliptic section, which is well suited for separating the two errors by a standard program. Finally, the evaluation method about the form and profile errors of the ellipse is applied to the measurement of skirt line of the piston, and results indicate the effectiveness of the evaluation. This approach provides the new evaluation indicators for the measurement of form and profile errors of ellipse, which is found to have better accuracy and can thus be used to solve the difficult of the measurement and evaluation of the piston in industrial production.     

活塞裙部中凸变椭圆型面在位检测的研究

提出了一种基于windows环境下的活塞中凸变椭圆型面在位检测的新方法,设计了在位检测的软、硬件系统。同时,针对活塞裙部型面的特点,改进了原有的误差处理算法,新的误差处理方法具有更强的适用性。经实践表明,该系统具有较高的精度和可靠性,具有良好的实用价值。     

国内活塞异形外圆车削加工技术的现状

阐述了国内中凸变椭圆活塞异形外圆车削加工技术的研究现状和已取得的研究成果,分析了异形外圆车削技术的发展方向及目前存在的问题。     

数控车削中凸变椭圆型面的成形方法

主要研究数控车削中凸变椭圆型面的成形方法,提出了将型面先分解,后合成的成形机理,将中凸变椭圆的型面分解为“椭圆”,“变椭圆”和“中凸”三个基本特征,对每一种特重进行了数字描述,并提出了相应的成形方法,采用微椭圆柱逼近整个型面,生成控制刀具运动轨迹加工数据文件。     

活塞环切向弹力测量系统研究

论述了活塞环切向弹力测量系统的原理、测量数据处理方法、切向弹力与开口间隙变化的最小二乘直线拟合方法、活塞环开口闭合点和活塞环达到闭口间隙时的切向弹力的评定。     

渐近法加工活塞立体靠模

为提高活塞工作性能 ,活塞裙部设计成中凸变椭圆形 ,常用立体靠模仿形车削活塞裙部 ,阐述在平面磨床上用渐近法磨削活塞立体靠模的简易方法     

轴承滚子凸度轮廓的最小二乘拟合与误差评定

为了实现对轴承滚子凸度轮廓误差的精确评定,依据圆弧修正型轴承滚子凸度素线轮廓的几何特征和形状误差的定义,基于最小二乘原理,研究了轴承凸度轮廓(两段圆弧和一段直线)的最小二乘拟合和误差评定方法。首先利用各测量点的曲率差值确定了圆弧段与直线段的相切参考点;其次分别选取两个参考点临近的测量点作为辅助相切参考点,并与对应的圆弧段测量点一起拟合出一系列的最小二乘圆弧并计算拟合误差;然后基于直线与两段圆弧相切的原则确定出一系列的直线方程并计算对应的直线度误差;通过比较判断最终确定出圆弧修正型轴承滚子凸度轮廓的最小二乘拟合及误差评定。实例结果表明:圆弧修正型凸度轮廓曲线的总误差0.020 9mm与文中设定标准凸度轮廓曲线引入的法向误差0.02mm相差4.5%。本方法可以有效的实现轴承凸度轮廓的拟合与误差评定,为平面多段曲线的最小二乘拟合提供了一种新的思路。     

复杂曲面车削精度的神经网络控制

提出了一种基于神经网络的加工误差控制方法，引入神经网络对加工系统的逆模型进行辩识，运用该模型前置校正加工系统以改善加工精度。该方法在中凸变椭圆活塞裙面加工中的成功应用，证明了其合理性及先进性。     

活塞裙部超磁致伸缩车削加工机理研究

提出了一种以超磁致伸缩换能器为驱动源的车削加工方法。通过对活塞裙部变椭圆截面及中凸型线的成型理论分析,阐述了活塞中凸变型面的超磁致伸缩车削加工实现机理。初步实验结果表明,该加工方法不仅能满足设计加工要求,而且还简化了加工过程,为超磁致伸缩材料在活塞裙面中凸变型面的车削加工领域的应用奠定了理论和实验基础。     

高陡度保形光学镜面的坐标测量

针对高陡度保形光学镜面的检测,提出了基于多段拼接的光学镜面坐标测量方法。该方法将保形光学镜面轮廓的测量分割为具有一定重叠区域的数段较短的面形轮廓的测量,通过测量系统与被测工件之间的相对旋转与平移运动调整被测工件的姿态实现分段轮廓的测量。然后使用拼接算法将各段面形轮廓拼接起来,重构出被测工件的面形误差。建立了该坐标测量法的数学模型,提出了基于最小二乘的迭代拼接算法,并在Matlab下对测量算法进行了仿真。开发了高精度的测量试验系统并分别在VC与Matlab下编写了测控软件与数据分析软件。对一口径为120mm,长径比为1.2的椭球形保形头罩进行了实测试验。仿真与测量试验表明,上述方法能够高精度地重构出面形轮廓,方法简单,实用。     

冲击活塞的动态反演设计与试验研究

基于冲击活塞的撞击力学模型,应用波动力学和特征线理论,提出了由给定的应力波计算冲击活塞形状的动态反演设计方法。试验结果表明冲击活塞反演设计法是有效的。此外,从方法论角度,就反演设计的应用前景和有待解决的问题进行了探讨。     

显微视觉检测的几何量测量算法研究

为了提高微小型结构件视觉测量结果的准确度,研究了微小型结构件的圆、直线等几何要素的测量方法,并指出不同的测量方法对测量结果的准确度影响较大,在进行尺寸、形状和位置误差测量时,应选取不同的测量方法。提出一种直线和圆最小包容区域及最小外接圆的快速搜索算法,该算法利用凸包原理,排除不相关的运算数据点,可减小运算量。试验结果表明,该检测算法可大幅度提高检测速度。     

基于全站仪三坐标测量系统的测量方法

由数台全站仪和一台计算机组成的全站仪测量系统进行前方交会测量,可以完成在工业测量中的单点坐标的测量、特别是大尺寸工件的测量。现根据全站仪测量系统的测量原理,对较大范围内检测点的空间三坐标计算方法和误差作一分析探讨。以实现如汽车车身、轮船船体、空中客车等加工制造中大工件的在线检测。     

活塞杆轮廓尺寸的激光视觉测量

液压缸是液压传动系统中重要的执行元件,液压缸活塞杆的加工质量对液压缸的产品质量和设备安全具有重要意义。在活塞杆生产过程中,需要对活塞杆表面质量和尺寸参数进行实时、准确的测量,从而保证活塞杆的加工精度。针对活塞杆加工过程中的实际需求,开发了一种激光视觉轮廓检测系统,并对杆件轮廓进行了测量研究,同时提出一种基于Savitzky-Golay算法的异常值识别法来提高测量精度,从而实现活塞杆的加工过程中轮廓尺寸的快速、准确测量。     

基于正交距离回归齿面的齿轮误差评定

为了通过测量齿面拓扑轮廓来获取特征线误差,提出了一种基于正交距离回归齿面的误差计算方法。对该方法涉及的实际齿面与理论齿面匹配算法、拓扑轮廓误差的计算与分解及齿面特征线误差的评定算法进行了研究。首先,通过坐标测量方法获取的齿面拓扑数据,建立包含回归齿面参数的非线性方程。然后,求解非线性方程得到回归齿面参数的最优近似解,从而得到与实际齿面匹配的理论齿面,拓扑测量点相对理论齿面的正交距离即为齿面拓扑误差。最后,基于齿轮误差多自由度理论,对实际齿面进行局部自由度及全局自由度回归,进一步分解出齿面的齿廓误差和螺旋线误差。以一标准圆柱直齿轮的齿面拓扑测量点数据为例进行了误差计算,结果显示:计算的结果与直接进行特征线测量的结果差值小于0.5μm,表明提出的基于正交距离回归齿面进行齿轮误差评定的方法是有效的,可以应用于坐标类仪器检测齿轮误差。     

非合作目标姿态测量的嵌入式算法

针对一系列含有圆和直线特征的航天器,提出了基于嵌入式算法来实现非合作目标的姿态测量。该算法在现场可编程门阵列(FPGA)中完成边缘点的检测和边缘图像的细化;在数字信号处理器(DSP)中通过基于弧段的快速椭圆检测方法检测目标上的椭圆特征;同时用快速高精度的二次Hough直线检测方法检测目标上的直线特征。最后,针对实际在轨任务进行了地面模拟实验,基于椭圆特征和直线特征计算了目标飞行器和一个CCD相机的相对姿态。结果显示:该嵌入式方法所需资源较少,更新率优于3Hz;其测量精度随着测量距离的变大而变差,同一距离3个方向的测量精度不同,近距离(小于4m)、深度方向的测量精度优于100mm,其他方向最高优于60mm,角度精度优于1°,满足嵌入式系统对资源、在轨更新率和精度的要求。     

二维活塞泵空间凸轮的建模与实验

电静液作动器是当下十分热门的液压技术,与传统液压系统相比,在集成度、效率、功率密度方面具有明显优势。电动泵是EHA技术的关键,二维活塞泵的结构紧凑简单,摩擦副可靠性高,能够适应EHA的工况。空间凸轮是二维活塞泵最重要的零件,其建模和加工误差会影响泵的性能。为了获得更高精度的凸轮,通过三维空间的包络法,计算出滚子与凸轮的接触位置,结果说明接触线为一条空间曲线;建立了空间凸轮廓面的数学模型;通过先拟合再求解的数值方法,得到了凸轮廓面三角形网格上的平均曲率;用加工中心加工了凸轮,装配后与滚子的贴合度较好,机械效率较高。     

啮合线齿廓偏差测量方法

介绍了一种应用于齿轮测量中心上复杂齿廓测量的新方法——啮合线齿廓测量法。该方法减小了测头在X轴方向上运动距离,有效地保证了精度范围,同时减小测头重力中心的运动及测量时间,实现了高精度测量。该方法能够有效防止齿廓基圆测量法在进行内齿轮测量时的干涉现象,同时实现小直径内齿轮(外圆直径小于10mm)的一次装卡完成齿形、齿向和齿距误差测量。