光学元件表面微观轮廓和轮廓的特征

探讨了光学元件表面微观轮廓统计特征参数的基本性质、计算方法及其相互关系;测试了大量各类光学系统、不同材料元件表面微观轮廓特征参数,由此明确了常用光学元件表面微观轮廓特征和轮廓参数的量值范围及其特征。     

基于清洗表面形貌的AH32钢激光除锈机制

为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理,研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗,使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度,基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌,借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后,结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明:在3 000mm/s的扫描速度下分别采用30.6J/cm2和10.2J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗,可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下,基体表面呈现微熔状态,光斑内部光滑均匀,边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率,其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。     

粗糙表面几何形貌特征的分形参数描述

采用分形参数研究表面粗糙度对粗糙表面轮廓几何形貌的影响规律。结合表面粗糙度加工参数和随机抽样方法,模拟得到服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线,根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态共性特征,建立基于平均峰角和平均峰高的等腰三角形轮廓曲线分形模型。采用剖面位形法通过轮廓曲线总长及其相应分形标度获得不同轮廓算术平均偏差下的分形维数,通过幂律拟合得到分形维数与表面粗糙度间的函数关系。在同一表面粗糙度下用数学软件回归得到分形标度与平均峰角的数学表达式,同时建立数学表达式中相关参数与分形维数间的函数关系,最终得到表面粗糙度在0.1-1.6 μm范围内的粗糙表面轮廓几何形貌特征值（平均峰角和平均峰高）的分形参数（分形维数和分形标度）描述公式。     

几何参数对3D打印零件轮廓精度影响的研究

提出用表面轮廓平均偏差作为评价3D打印零件由于台阶效应引起的表面轮廓偏差与表面粗糙度的统一指标,推导出表面轮廓平均偏差的计算公式及其与表面粗糙度指标Ra的关系。研究表明,3D打印零件的轮廓精度和表面质量与该表面的角度、曲面半径、打印层厚均有关系;对于形状简单的工件,可通过调整打印时的摆放方向来获得更优的轮廓精度与表面质量;对于形状复杂的工件,采用较小的打印层厚是提高打印零件表面轮廓精度与表面质量最有效的方法;对于常规尺寸的零件,打印层厚为0.030mm时即可获得较好的轮廓精度与表面质量,而采用更小的层厚来提高打印质量效果将不明显。     

W-M函数模型下表面轮廓形貌的变化规律

通过将分形理论引入摩擦学,利用分形理论对表面形貌的分形特点即表面形貌的自相似性进行研究。在运用Matlab软件建立W-M函数模型的前提下对表面轮廓形貌进行二维及三维的模拟仿真分析,借此以二维以及三维模型中轮廓曲线随维数D、系数G及特征粗糙度Ra*的变化规律进行探究。最终证明了对分形维数D造成影响的主要因素为表面轮廓的复杂程度且系数G与表面轮廓高度呈正比关系,对于三维模型存在着随着分形维数D的增大则所获得的表面轮廓形貌越来越趋于复杂的规律。     

基于熔池特征融合的选区激光熔化缺陷预测方法研究

针对单一熔池特征对选区激光熔化缺陷预测精度不高的问题,提出了一种基于熔池特征融合的选区激光熔化过程缺陷预测机器学习模型。利用红外热像仪拍摄选区激光熔化过程中的熔池红外图像,检测工件中的缺陷并对其相对应的熔池红外图像进行类型标定。通过提取拍摄的熔池红外图像中熔池的灰度梯度特征、尺寸特征和形状特征,融合特征向量后得到新的特征向量,并传入K-邻近算法（KNN）中进行缺陷分类和缺陷预测,并通过比较算法预测缺陷的准确率确定K值。结果表明,运用这种融合特征分类KNN算法对选区激光熔化缺陷预测的准确率可达97.5%,相比单一熔池特征缺陷预测方法效果有较大的提升。     

结合斜率差和动态融合的自适应轮廓分段

为了使用圆弧和直线重建数字轮廓曲线,提出了一种融合了基于斜率差判断断点方法和区段动态融合的数字轮廓曲线自适应分段的方法。首先,利用直线拟合计算轮廓曲线上每点的前后方向的斜率差,求取斜率差的过程使用了自适应长度拟合窗口来平衡精度和速度的关系。然后,将自适应平滑方法应用在方向斜率差曲线上。基于平滑后的斜率差曲线,提取其中间断点作为待选区段分段点。最后,使用基于可视化误差判定的区段动态融合,来从待选分段点中选出一个可视化误差最小的分段方案作为最后的分段结果。仿真测试的结果显示这种分段方法的断点定位误差小于1%。以轴承油沟轮廓为实际测试用例的实验结果证实了这种自适应轮廓分段方法在实际应用中的可行性。     

激光表面熔铸涂层几何外形的研究

本文在镍基合金DZ22上激光熔铸钴基合金层,着重研究了激光输出功率、扫描速度、预热温度、粉末粒度和粘结剂等工艺参数对熔铸层几何外形的主要参数界面角和高宽比的影响.     

微小几何特征微铣削试验研究

微小型零件几何特征的加工质量直接影响微小型零件的使用性能,本文对50μm厚的微小几何特征尺寸精度及表面质量开展试验研究。正交试验结果显示:微铣削黄铜材料时,铣削参数对铣削力的影响主次为每齿进给量f_z、轴向切深a_p、径向切深a_e;铣削参数对尺寸误差的影响主次为a_p> a_e> f_z;铣削参数对表面粗糙度的影响主次为a_p> f_z> a_e。试验获得优化参数组合为a_p=15μm、a_e=30μm、f_z=0. 7μm,表明微铣削过程中轴向切深对加工质量的影响大于其他参数。因此,实际生产中应选择合适的轴向切深,较大的进给量和径向切深,以保证微型几何特征的加工质量,获得较高的加工效率。     

精密轴承轮廓的形成方法及其加工量的确定

论述了精密多油楔轴承轮廓的形成方法,建立了计算轮廓有关几何尺寸的数学公式,着重论述了确定轴承轮廓加工量的理论算法。     

GB/T1031—2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》介绍

<正>GB/T1031—2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》(简称新标准)2009年3月16日发布,2009年11月1日实施,代替GB/T1031—1995《表面粗糙度参数及其数值》     

激光熔覆WC-Ni基金属陶瓷涂层的几何形貌特征

通过送粉式激光熔覆系统将WC-Ni基金属陶瓷粉末熔覆到45钢和铸铁基体上,观察其熔覆层的几何形貌特征。结果表明:以45钢为基体的金属陶瓷涂层,在功率变化很大的范围内其几何形貌特征良好;而以铸铁为基体的金属陶瓷涂层其几何形貌特征有缺陷,并分析了造成缺陷的原因。同时,将多元线性回归分析方法应用于激光熔覆层高度的预测。     

基于物理模型和神经网络融合的表面粗糙度预测方法

当前表面粗糙度预测的单一建模方法都存在一定的局限性,物理建模方法无法表征实际加工动态过程,机器学习模型需要大量训练数据且解释性较差。提出了一种物理模型与神经网络深度耦合的融合模型,通过训练卷积自编码器作为特征提取器构建数据集,然后训练融合模型,实现对表面粗糙度的精确预测,通过高温合金侧铣实验建立的数据集进行了验证,上述模型在训练集上预测相对误差为4.48%,测试集上的平均预测相对误差为5.67%。以10%为允差范围,则预测的准确率为84.29%,有较高的精准度。     

基于三维几何特征的产品报价方法

针对当前主流报价系统对产品实例库的多样性和时效性要求高且报价响应效率低的问题,在研究自动特征识别技术和CAD二次开发方法的基础上提出了基于三维几何特征的产品报价方法。首先,对常用设计特征进行分类并建立设计特征标识号、设计特征和加工特征间的映像关系,利用特征标识号和设计特征间的一一映像关系完成设计特征的识别,结合设计特征与加工特征的映像关系实现加工特征的识别;其次,通过零件的材料费用和特征加工费用进行零件的报价研究,综合产品、部件及零件的报价层次关系建立产品报价模型;再次,为快速响应用户个性化需求,建立了从用户需求到产品配置再到快速响应报价的服务模型;最后,开发了基于Creo的三维几何特征的报价系统,并将该报价系统应用于某企业大功率逆变器报价中,提高了产品报价效率,验证了基于三维几何特征的产品报价方法的可行性。     

基于轮廓特征的PCB图像拼接方法

本文首先分析了PCB图像的特点,提出了利用PCB图像的轮廓特征来进行匹配和拼接,并规定了特征的选取范围和搜索范围。在此基础上给出了基于轮廓特征的PCB图像拼接的具体方法,利用形态学法来提取轮廓,基于轮廓的曲率提取了轮廓上的角点,然后利用Hausdorff距离对点集进行配准。     

基于局部轮廓特征的航空叶片综合误差评定方法

针对航空叶片综合误差评定方法效率不高和建模过程数据量大等问题,提出一种基于局部轮廓特征的评定方法。考虑到叶型轮廓的曲线形状因素,在多边形逼近方法的基础上做出改进,利用极值的局部性分析曲线曲率,以此分割曲线并提取轮廓特征点;采用最近点配准算法使被测轮廓与理论轮廓达到精确配准,建立误差评定模型,从而实现对航空叶片综合误差的评定;使用测量数据对评定方法进行试验验证,试验结果与三坐标测量机的评价结果一致,表明该方法有效可行。     

三光束激光熔覆工艺参数对熔覆层几何特征影响

采用"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法研究可以获得表面质量较高单道熔覆层的工艺参数组合方案。建立三光束激光熔覆工艺参数与熔覆层表面形貌关系以及几何特征变化规律的数学模型,通过激光提供的单位能量密度E1与丝材所需的能量密度E2之间比值关系判断熔覆层表面形貌状态,工艺参数和熔覆层几何特征关系的数学模型预测熔覆层几何特征变化规律,并采用单因素试验法进行验证。研究结果如下:E1/E2<1,熔池能量"不足",1.1≥E1/E2≥1.0,熔池能量处于"不足"到"充足"过渡阶段,以及E1/E2>1.6,熔池能量"过剩",这三种情况形成的熔覆层表面质量较差;只有当1.5≥E1/E2>1.1,熔池能量"充足"能够充分熔化进入熔池的丝材,且丝材能够以连续平稳的"搭桥过渡"方式熔入熔池,熔覆层表面连续光滑,质量较高;熔覆层几何特征变化规律:数学模型预测值变化趋势与试验值基本吻合,离焦量减小,熔覆层宽度W减小,高度H增大,宽高比a减小;激光功率增大,熔覆层宽度W增大,高度H减小,宽高比ɑ增大。扫描速度增大,熔覆层宽度W减少,高度H减少,宽高比a略有增加。送丝速度增大,熔覆层宽度W和高度H都...     

选择性激光烧结中薄层边界几何精度的评估方法

针对选择性激光烧结中激光沿着边界扫描时,薄层边界几何精度将会受到多大程度的影响这个问题,提出一种薄层边界几何精度评估方法,为不同扫描路径对薄层边界精度的影响提供分析依据。     

基于激光跟踪仪的数控机床几何误差辨识方法

激光跟踪仪作为一种三维测量仪器在工业测量中得到广泛应用,利用激光跟踪仪采用多站分时测量方法实现数控机床几何误差的快速、高精度检测.该方法通过控制机床按设定的路径在3D空间进给,一台激光跟踪仪先后在不同的基站位置对机床相同的运动轨迹进行测量,基于全球定位系统(Global positioning system,GPS)定位原理,确定基站的相对空间位置与各测量点的空间坐标,然后辨识出机床的各项几何误差.通过建立多站分时测量机床精度的数学模型,给出多站分时测量的算法原理,并推导出机床各项误差的分离算法,同时通过仿真验证该误差分离算法的可行性.试验表明,激光跟踪仪采用多路分时测量方法在4h内完成对一台数控铣床的精度检测,并分离出铣床的各项误差,该方法具有快速、精度高等优点,在中高档数控机床的精度检测中具有一定的应用前景.     

开放轮廓滤波器的边界效应削弱方法及不确定度概算研究

针对常用的开放轮廓线性滤波器具有边界效应的缺点,提出采用滤波器权函数修正方法削弱边界效应的影响,并基于新一代GPS(geometrical product specification)线性轮廓滤波器的基本原理及不确定度贡献因素,分析权函数修正方法及其对不确定度概算的影响,给出开放轮廓滤波处理后的工件合格性判定准则.指出在对具有开放性轮廓的工件进行合格性判定时,需要将滤波后的不确定度概算和开放轮廓滤波边界效应的处理结合起来,从而充分利用原始轮廓信息,保证评定结果的完整性和有效性.最后结合直线度误差评定实例对文中理论进行实验验证.