弹性薄板动态响应的全息干涉测量

采用红宝石双脉冲激光器，实现了动态全息干涉法测量，即两次曝光全息干涉法，对弹性薄板受水中冲击波作用下的动态响应进行了研究。设计了反射式动态干涉全息法测量光路，得到了爆炸后不同时间的干涉条纹图和挠度分布图，测量了弹性薄板受水中冲击波作用产生的横向变形（弯曲波）。     

基于光学原理的轴承球体表面缺陷检测方法研究

目的 实现球体表面微小缺陷的非接触式检测。方法 基于激光散射和剪切干涉的光学原理,设计了适用于微小缺陷检测的光路系统,搭建了可适用于不同直径球体检测的精密可调节检测光路系统平台,通过对标定板的检测及重复性实验,确定光路系统的检测精度。采用高精度气浮主轴搭建了精密可调节的球体运动平台,通过对直径20 mm的G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测实验,以及通过对一半抛光一半未抛光直径20 mm轴承钢球体的检测对比实验,验证光路实验平台对于球体表面微小缺陷检测的可行性。 结果 标定板上4 μm宽、63 nm高的条纹的剪切干涉信噪比为8∶1,具有相对较高的信噪比。G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测试验以及一半抛光一半未抛光轴承钢球体检测的对比实验,验证了该光路实验平台中,激光散射可灵敏地检测较深的微米级缺陷,剪切干涉可灵敏地检测较浅的微米级缺陷。结论 基于光学原理搭建的球体表面微小缺陷检测平台,可以实现对球体表面微米级别缺陷的检测。     

GTAW熔池三维表面激光点阵反射特征的仿真与优化

熔池表面三维测量对实现GTAW熔透控制及深入理解电弧、熔池耦合作用具有重要意义. 基于激光视觉提出了一种熔池表面测量方法. 在熔池表面测量时激光光路参数变化对反射点阵图像有较大影响. 为了研究激光入射角、激光器到熔池距离、成像屏到钨极距离对传感质量的影响规律,建立了熔池表面标准模型、入射线、反射线、成像屏方程,并采用光学反射定律逆向仿真了反射点阵的变化规律,并通过工艺试验对仿真结果进行了验证. 结果表明,θ,D,L的最佳调节范围为28°～32°,45～55 mm,50～60 mm;仿真结果与试验结果吻合良好.     

光学相干断层扫描技术在激光焊熔深在线检测中的应用

应用光学相干断层扫描(OCT)技术,使参考光路系统与激光焊光路系统相结合,通过采集与焊接光路同轴的反射光信号以及参照系统的反射光信号干涉图,可以探测出激光焊过程中熔池最深处的深度,从而实现激光焊熔深在线实时检测。     

试验参数对GTAW熔池表面三维形貌测量的影响分析

测量熔池表面三维形貌对实现全熔透控制、自动化焊接以及研究电弧与熔池间的相互作用机理具有重要的意义。针对熔池表面高度尺寸不易测量难题,提出了激光视觉测量熔池表面三维形貌方法。基于激光视觉测量原理设计搭建了传感测量试验系统。投射一直流小功率结构光激光器产生的19×19点阵激光于GTAW熔池表面,由CCD摄像机实时采集了经熔池表面反射的激光点阵视频图像,并在304不锈钢板上进行了光路参数和焊接规范变化对传感质量的影响规律试验研究。结果表明,基于此试验系统所获得的反射激光点阵变化能够表征熔池自由表面三维形貌的变化,通过试验研究获得了采集最佳视频图像的参数范围,缩短了焊接试验周期,为后续熔池自由表面的三维恢复提供了有效、可靠的图像数据。     

基于发射光谱的激光热处理过程高温测量方法

采用CO2激光器对45钢进行激光热处理,利用光纤光谱仪采集材料发出的光谱信息,同时通过对维恩公式变换处理,利用斜率与温度的关系处理数据,求得物体的表面温度,并通过红外温度测量仪对所测量的温度进行误差验证,得出其测量误差在4%以内.     

基于共线光外差干涉的微振动检测

为了实现对纳米级微振动的高精度测量,在传统光外差干涉系统的基础上,设计了一种新型共线光外差干涉系统。该系统利用双声光调制器设计成结构对称的双光路,大幅削弱了环境噪声的干扰;在声光调制器后加入精密光阑滤除杂散光,消除了光学噪声;在测量光路中使用法拉第旋光器改变光的偏振态,既减少了光学器件,也使光路更易于调节。采用压电陶瓷模拟振动进行验证试验,试验结果表明,两路探测信号的幅值分别为936 mV和1.1 V,相比传统的外差干涉测量信号幅值提高约15倍,其频率均为30.12 MHz,信号波形稳定且无失真,抗噪性能大幅提升,系统分辨率为2.1 nm。     

导轨副滑块型面精度检测装置设计及分析

针对现有导轨副滑块型面精度检测装置精度低、专用程度不足和自动化水平落后等问题,提出一种激光位移传感器倾斜测量的方案,根据该方案设计专用检测装置。装置设计主要针对实现其测量过程的结构设计,包括试验台整体设计、夹具台设计、滑块基准面测量部件设计等,同时也对测控系统进行设计以保证运动的控制与数据的采集。最后对检测装置进行精度分析并与现有的测量装置的方法进行对比,展现该装置的优越性。     

激光干涉仪检测光路的快速校准方法

在使用激光干涉仪时,光路校准过程比较困难,需反复调整,耗时极长,严重依赖操作者的技术水平及经验,导致检测效率大大降低。通过对雷尼绍XL-80激光干涉仪检测的机床直线轴Y轴的光路进行分析,建立被测轴的齐次坐标变换误差模型,利用机床Y轴移动距离,再借助随着光点从光靶中心移动到光靶边缘的固定距离,求解与被测轴Y轴位置无关的激光发射器偏摆和俯仰角,以及间接得到激光器和反射镜位置偏移误差和光点在坐标系间变换的距离。通过建立的误差模型求解无法直接测量的分光镜与反射镜绕各自本身垂直底座轴线的偏摆误差,调整各部件,快速准确地完成光路校准。     

基于SolidWorks的六自由度液压平台运动仿真

运用虚拟样机技术在SolidWorks软件平台上构建液压六自由度运动模拟器模型,按照机构的结构几何尺寸,创建零件并进行虚拟样机装配.直接在运动仿真模块COSMOS Motion中通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并分析其运动空间、运动状态、检查零件之间的干涉等.结果表明,利用SolidWorks软件可以对并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,验证机构设计的合理性,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础.     

基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。     

基于可变结构参数调整的机器人末端运动检测系统

为解决机器末端运动轨迹测量精度波动较大,不能满足工程实际要求的问题,提出一种可变结构参数调整模型,并开发了一套针对机器人抛光的机器人末端运动检测系统。基于轴线汇聚模型研究双目视觉系统中关键结构参数(基线距、光轴角、垂直视场角)对测量精度的影响规律并确定参数的最优域;通过实验得出各结构参数和测量精度的交互影响规律,建立可变结构参数调整模型;开发了一套机器人末端运动检测系统,并对其精度和性能进行了比对验证。验证结果表明:所设计的机器人末端运动检测系统在大尺度条件下检测精度在0.094 mm内,与激光跟踪仪精度相当,满足机器人抛光需求。     

磨损失效零件激光增材再制造性神经网络量化评价方法EI北大核心CSCD

针对现有激光增材再制造性评价方法主观性强、效率低等不足,提出一种失效数据驱动的磨损失效退役零件增材再制造性神经网络量化评价方法。根据磨损失效退役零件的激光增材再制造修复难易程度与失效模式相关的特点,以修复路径规划可行性、运动轨迹规划可行性、激光熔覆材料选择、再制造时长、再制造经济性为评价指标,构建磨损失效退役零件激光增材再制造性层次评价模型;通过退役零件失效区域的修复路径规划、修复设备运动轨迹模拟和碰撞检测进行修复路径可行性和运动轨迹可行性指标量化,并定义再制造时长、经济性指标的量化公式。以多个同类零件为对象,通过上述量化评价方法构建样本空间,基于神经网络训练获得再制造性神经网络量化评价模型,实现同类零件的快速激光增材再制造性评估。最后,以碎煤机端盘为例对所提方法进行验证,结果表明了该方法的可行性与有效性。根据失效数据与退役零件再制造性之间的映射关系,可实现磨损失效零件增材再制造性的快速量化评价,为其工程应用提供技术支撑。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

基于Hermite方法的机器人任务空间二阶平滑位姿路径构造

机器人任务空间的路径构造一直是研究者们重点关注的对象，更加平滑的路径对于机器人运动尤为关键。提出一种机器人任务空间二阶平滑位姿构造方法。位姿路径分为位置路径与姿态路径，用直线和圆弧来表示基本的位置路径，用四元数来表示姿态路径。根据环境给定的过渡区域，基于Hermite方法分别构造位置和姿态路径的过渡曲线，并设计高效易懂的数值积分算法实现位姿路径长度的计算，然后综合数值积分和二分法查找算法实现给定路径长度的插值计算。最后，在MATLAB软件上进行数值仿真分析，验证了所提算法在机器人任务空间二阶平滑位姿路径构造方面的有效性。     

立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

三维T型焊缝的双光束激光焊接及其焊缝跟踪控制

由于三维T型焊缝的焊接中存在双光束焊接结构特殊、三维焊接轨迹难以拟合、焊接变形量大的难点,针对三维T型焊缝的双光束焊接需求,在六轴联动机床上设计了双光束焊接平台的方案,根据焊件的三维模型,运用三维焊接路径控制技术,生成实际的三维双光束焊接路径;在双光束焊接过程中采用双路实时闭环焊缝跟踪技术,对焊接过程中的焊接变形引起的焊接偏差进行的跟踪. 结果表明,双光束焊接平台的实施及其双路焊缝跟踪技术很好的满足了双光束激光焊接要求.     

航空惯性试验台轮胎胎体温度自动测量装置研制

为了满足飞机机轮刹车、滚转试验后立即对轮胎胎体温度进行自动测量的需求,研制了一套轮胎胎体温度自动测量装置,将该装置安装在航空惯性试验台上的局部空间内,配合气压系统、电气系统、控制系统、采集系统驱动探针机构对轮胎胎冠、胎肩、胎侧等部位的胎体温度进行自动测量。设计了摆架结构以放大运动机构的运动轨迹,采用行程350 mm的气缸可适用于直径范围380~1 500 mm的机轮;此外,还设计了角度调整机构、探针箱、压轮机构、锁定机构、机轮带转机构等机构,能实现角度调整、装置防护、信号反馈、带转机轮等功能;在气压系统中设计了顺序动作与安全互锁回路,实现了机构顺序动作与设备安全保护,提高了试验效率,规避了试验风险。     

曲面类飞机产品激光跟踪测量工艺规划研究

为了提高通用航空飞机产品的加工质量,数字化定义模型和光学测量定位技术在产品质量检测体系中得到逐步应用。利用激光跟踪仪及其配套测量软件Polyworks对通飞曲面产品的测量过程进行工艺规划和测量路径可视化过程仿真,为曲面类产品的现场测量提供理论及工艺指导。为了提高测量拟合精度提出自由度定位基准点坐标对齐与最近点迭代算法对齐点数据相结合的方法,将产品测量坐标映射到设计坐标系下,完成数字化测量坐标系的统一,并实例验证。利用CATIA的开发接口采用CAA C++技术作为二次开发手段完成信息获取,并在计算机三维软件中与激光跟踪仪测量软件Polyworks完成测量点通信,利用宏脚本编辑语(MSCL)编辑程序将坐标转换之后的测量点进行路径仿真从而生成可视化的数字化测量工艺规划过程。     

基于盾构机盾尾间隙空间结构的视觉测量研究

为实现盾构机盾尾间隙的自动测量,通过对盾构机盾尾间隙空间结构的分析,提出一种基于盾尾间隙空间结构的视觉测量方法。利用激光线标记盾尾间隙并通过工业相机获取盾尾间隙图片,运用数字图像处理技术在视觉库OpenCV中实现非接触式地测量盾尾间隙。以直径为6 m的盾构机为原型,设计、制作了测量部分的盾尾间隙模型,开发了基于Qt的PC客户端软件。多次测量实验结果表明：采用该方法得到的测量值与人工测量值的误差小于±2 mm,达到了设计要求。