基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列组安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,在扫描方向上前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,能有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,扫描方向上的前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明:该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

面向自由曲面的反求工程研究综述

反求工程是实现自由曲面零件数字化仿制和改进的一项重要技术,其内容涉及自由曲面的测量、曲面重建、数控加工和精度检测等方面.从自由曲面测量规划、测点数据曲面重建、测量加工一体化技术等方面综述了面向自由曲面的反求工程研究现状.其中,自由曲面的测量规划主要分析了曲面（包括已知曲面和未知曲面）测点的自适应布置、测量路径的优化研究当前存在的问题,提出了相应的改进方法,而曲面的重建则主要从复杂曲面的分区域测量建模和测量数据的直接加工方面作了研究.另外,为了实现对自由曲面反求工程所涉及的各项技术的集成,还专门对自由曲面测量重建加工一体化技术的发展情况作了介绍,最后分析了该项技术的发展趋势和下一步研究的重点.     

基于数字模型的复杂曲面测量原理和技术

依据复杂曲面测量中球形测头的中心轨迹与被测曲面之间互为等距曲面的关系,用双三次B样条曲面建立了描述测头中心轨迹曲面的数字模型。该模型可以按给定精度要求逼近测头中心轨迹曲面。同时提出了一种测头半径三维补偿原理及实施技术,进行了精度分析,最后给出了测量实例。     

采用三次NURBS曲面构造鞋楦模型及刻楦仿真

为实现鞋楦曲面的精加工,基于复杂曲面实物的几何模型反求方法,从鞋楦实物模型得到其数字化模型,提出了一种可控精度的鞋楦曲面模型重构方法.利用三维实体激光扫描仪测量获取点数据,基于小波变换原理采用无偏似然估计对鞋楦原始测量点数据进行降噪平滑处理,采用三次非均匀有理B样条（NURBS）曲线表示鞋楦u、v向表面曲线,由此得到三次NURBS曲面并拟合鞋楦表面.建立了鞋楦数学模型,采用等残留高度法计算无干涉刀位轨迹,并基于Unigraphics平台虚拟刻楦进行数控（NC）程序仿真验证.仿真结果表明,该重构方法使鞋楦曲面精度可以调节,根据不同加工效率要求方便地计算刀具轨迹.误差分析结果表明,与设定鞋楦加工精度相比,产生的误差控制在允许范围内.     

三维扫描测头的标定方法

为降低三维扫描测头中标定方法对测量系统定位精度的要求,提出了一种三维扫描测头标定方法,设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法,实现了三维扫描测头高精度高效率的标定.为验证该三维扫描测头标定方法的稳定性与精度,设计若干组标定仿真实验,测试各类误差对于三维扫描测头标定结果的影响.结果表明:该三维扫描测头标定方法对于三维扫描测头标定过程中定位精度没有要求,对于测量机误差及扫描测头探测误差不敏感,三维扫描测头坐标系单位向量精度达0.000 01,完全满足三维扫描测头标定要求.     

逆向工程中三维曲面测量技术应用

逆向工程技术和先进制造技术相结合目前已发展成为CAD/CAM系统中相对独立的研究领域.自由曲面数字化是逆向工程的关键技术之一.采用了基于计算机视觉的光学非接触式测量方法，得到了自由曲面的三维几何数据.首先介绍了线结构激光扫描三维曲面测量原理、传感器的标定、激光平面的标定；通过对所拍摄的图像进行降噪、二值化、细化等处理获得光刀中心数据，进而实现了曲面的三维计算；最后给出了利用旋转测量系统对一个产品外形进行实时测量的计算实例.     

超声检测中曲面重构和路径规划方法研究

针对自由形状曲面工件超声检测中存在探头难于对准曲面法线方向和检测效率低的问题，提出了
一种非等参数超声检测路径生成算法.对于CAD模型未知的曲面工件，首先采用超声波测距原理对工件进
行仿形测量，然后应用B样条方法重构工件的曲面模型，最后根据重构的CAD模型用非等参数算法生成检
测路径.该算法采用近似等弧长方法对参数曲面重新进行参数化，使曲面上各扫描点之间的弧长间距近似
相等.应用结果表明,与等参数超声检测轨迹生成法相比，使用非等参数方法生成的扫描点间距分布更合
理，在满足检测要求的情况下扫描点数明显减少.该算法能保证超声波入射方向和各扫描点曲面的法线方
向一致，提高曲面工件的检测精度和检测效率.     

红外地球敏感器扫描镜机电特性光电检测系统研究

针对摆动扫描式红外地球敏感器扫描轴系的动态性能的测试技术进行了深入研究.介绍了测试系统的组成、总体结构和测量原理.着重阐述了姿态给定装置-两轴转台的设计方案及其传动机构精度计算,通过对扫描镜机电特性检测系统动态精度标定,其摆角测量范围为0°～±12°,精度达±0.05°,并给出三种姿态下的工作曲线.     

叶片模的在线检测

通过对叶片模的在线检测技术研究，提出一种具有测头半径三维补偿适合于自由曲面工件的在线检测方法，并对该方法进行了精度分析，设计了用于数控测量的软件。     

倾斜螺旋片强化的套管换热器数值模拟

为了减小螺旋片强化的套管换热器的摩擦阻力系数f,提出倾斜螺旋片强化的方法.基于RNG k-ε模型对倾斜螺旋片强化的套管换热器进行模拟;将雷诺数Re为2 362～16 860范围内螺旋升角α为35°,螺旋片倾斜角β为5°、10°、15°时的传热性能与光滑管以及α为35°的普通螺旋片强化管的传热性能进行对比;考察f、努塞尔数Nu和综合传热性能PEC值的变化规律;并运用火积耗散理论对传热性能进行分析.结果表明：模拟结果与实验结果吻合较好,证明模拟方法是可行的;普通螺旋片和倾斜螺旋片均有强化传热的作用,与普通螺旋片相比,倾斜螺旋片能够有效地减小f,且对f的减小程度随着β的增大呈现出先增大后减小的趋势,分别减小1.7%～3.3%、12.5%～14.5%和6.3%～7.8%;Nu随着β的增大呈现先减小后增大的趋势,但变化不大;倾斜螺旋片的PEC值均高于普通螺旋片,当β为10°时PEC值最高,相对于普通螺旋片的1.26～1.62,增大到1.38～1.71;采用倾斜螺旋片强化的火积耗散率均低于采用普通螺旋片强化的火积耗散率,当β为10°时,火积耗散率最小,与等泵功条件下所得出的结论吻合.     

基于iGPS和机器人的大尺寸接触式测量系统

针对传统大尺寸复杂曲面特征点坐标测量过程中存在的被测工件与测量系统进行坐标系统一时会存在较大偏差、被测工件在测量过程中易产生移动和深孔中心位置点无法准确测量等问题,设计了一种用于大尺寸复杂曲面特征点的坐标测量系统。首先,对手持框架和探针的结构进行了设计,使用iGPS定位系统和工业机器人搭建了测量系统。然后,采用微平面法对探针测头进行了补偿。测量系统可同时实现对大尺寸曲面上特征点三维坐标的自动化测量和动态测量。实验结果表明:采用微平面法的测头补偿误差不超过±0.2mm,深孔中心位置点的测量精度在±0.2mm左右,测量系统不确定度为0.279mm。测量系统可实现大型复杂曲面坐标的动态跟踪测量,且适用于带有深孔特征的曲面测量。     

机器人自动化制孔系统

为了实现飞机装配中高质量、高效率的自动化柔性制孔,架构一套集成激光测量技术、计算机控制技术、离线编程技术和机器人技术的自动化制孔系统.在自动化制孔过程中,孔位法向向量可以根据产品模型直接获取,但是飞机部件的实际外形和理论外形存在一定的偏差.为了减少制孔偏差,提出一种基于4个激光位移传感器的法向偏差修正技术.通过标定获得激光位移传感器的零点位置和激光方向,再根据传感器的测量值计算得到加工表面的实际法矢方向,通过调整机器人姿态实现孔位法向偏差的修正.试验结果表明,该系统的制孔效率为6 孔/min,法向精度优于0.5°,大幅提高飞机部件的制孔效率和装配质量.     

带形状参数的四次Ball曲线

为了明确形状参数对三次Ball曲线形状的影响,给出一个含有参数λ、u的四次多项式基函数,分析了此基函数的性质。同时定义基于该组基函数带有形状参数的多项式曲线,讨论了两段曲线连续拼接的条件。在保持控制多边形不变的情况下,可以通过改变形状参数来调整曲线形状,使得曲线具有更强的表达能力。曲线不仅具有三次Ball曲线的特性,而且具有形状的可调性和更好的逼近性。计算实例表明:该方法是有效的,可以广泛地应用于计算机辅助设计中对曲线形状调整。     

基于静电传感器空间滤波法测量固相速度

以点电荷为例,计算静电感应电极上感应电荷的表达式,点电荷在测量区内运动,根据电极的幅频响应,并将感应电荷表达式看作门函数,得到空间滤波法测速原理,并且在整个频率范围内对测速原理进行推广。利用信号频谱分析中的特征频率建立空间滤波测量速度,其可以用于静电传感器测量气/固两相流的流动速度表达式。采用自谱密度的转换矩阵,对静电传感器输出电压信号作自谱密度分析,得到其频谱特性,找到特征频率(峰幅频率)完成速度测量。通过实验验证其方法是可行的,并通过实验来校正比例因数和校正因子。     

旋流泵变转速性能及无叶腔流场实验研究

为研究旋流泵变转速相似定律换算、内部流场变化和外特性与内部流动的关联,研制32WB8 12型旋流泵试验样机.通过型式及变转速外特性试验,得出泵扬程、功率、效率和临界汽蚀余量曲线变化规律;用5孔球形探针对无叶腔流场进行测量,得到变转速流场5个测点静压、绝对速度、圆周速度、径向速度和轴向速度变化规律,证明轴向旋涡运动为主流,存在回流运动;通过对实验数据进行分析,解释了外特性参数与内部流动参数之间的联系和变化规律,阐明旋流泵抽吸及扬程形成原理;验证流量、扬程和轴功率满足相似理论比例定律,汽蚀余量不满足汽蚀相似定律,且其曲线呈与离心泵等相反的趋势.     

采用空间滤波法测量气/固两相流固相速度

由插入式静电传感器的点电荷数学模型得到了固相流速的空间滤波测量原理,同时在实时测量流速的过程中采用了"3dB"原则获取信号的截止频率。通过实验验证了插入式静电传感器空间滤波原理的可行性,建立了一套气/固两相流流体速度模拟实验装置,该装置可以在1～25m/s速度范围内完成固相速度空间滤波速度测量。并采用环状电极互相关速度标定了此空间滤波法测量得到的速度。实验结果表明:得到的插入式电极空间滤波速度测量模型可以在宽范围内实现固相速度测量。     

Design of a Reflective Intensity Optical Fibre Bundle Displacement Sensor

反射式光强调制型光纤位移传感器光纤束设计

贾丙辉,俞靖,冯勇,张敏,李钢

（南京工程学院 机械工程学院,南京 211167）

中文说明：

建立了5种不同结构的光强调制型光纤位移传感器光纤束的通用数学模型,对比分析了各光纤束结构在不同设计参数下的光强调制特性;基于5种结构的光纤束光强调制特性对比研究,设计了单圈同轴式光纤位移传感器;静、动态测量实验结果表明该传感器系统具有较好的静、动态性能。

关键词：光纤束位移传感器,光强调制特性,静态标定,动态标定

     

基于PIN型硅光电二极管的激光偏振态探头

综合考虑了PIN型硅光电二极管的高灵敏性、高稳定性、高响应速度、小体积及低成本的优点,主要研究了基于PIN型硅光电二极管的光强探测电路在激光偏振态测量系统中的应用.采用Stockes参量测量的LCVR调制法,将光强探测电路和光学检偏系统封装在一起构成激光偏振态测量探头,探头以STM32F103为控制器通过USB协议实现数据在上位机与控制器之间的传输.利用该探头完成808nm激光的偏振态测量,实验结果显示该偏振态测量探头具有较高的测量精度,且该偏振态测量探头具有结构简单、测量精度高、体积小、人机交互便捷、操作简单的特点.     

基于单纯形法触式探头传感器校准算法

针对测量系统机械部件的制造和装配存在误差等问题,提出了基于单纯形法触式探头传感器的校准算法,将传感器校准到通用坐标系中.该算法在充分分析触式探头传感器传感原理的基础上,用Fourier函数拟合探头测量路径,构造参数校准数学模型,并用单纯形法实现校准参数最优化.最后的实例结果显示用此算法校准后测量误差较小.