分层实体制造激光头切割路径的建模与优化

分层实体制造(LOM)技术中分层制造时间是由该层的切割速度与切割路径确定的，当切割工艺参数(如：切割功率、切割速度)确定之后，每一层制造的时间是由该层切割(扫描)路径确定的。因此优化切割(扫描)路径对提高成型效率有重要意义，而分层实体制造技术中激光切割路径优化的实质是空行程路径的优化。建立了切割路径空行程路径优化的数学模型。由于求解该模型的复杂性，采用了分级规划的两个分步算法：首先用改进的最近邻域算法求解轮廓边界线上的切割起点，然后当切割点确定后把路径优化问题归结为旅行售货员问题(TSP)，采用了高效的智能仿生算法一蚁群系统算法来求解。运行结果表明，该算法显著缩短了分层制造中的空行程，提高了快速原型制造的效率。     

共边排样件激光切割路径的规划

排样软件的应用使材料利用率得到了很大提高，然而后续切割软件若不能保证有效地切割零件、保证零件质量及提高生产率，则排样软件在材料利用率上获得的收益将丧失。基于图论学理论，建立了规则与非规则零件共边排样时激光切割路径规划的数学模型，给出了在充分考虑加工质量、加工效率、制造成本情况下的激光切割路径优化目标：打孔点最少以及切割中割嘴空行程最短。提出了满足激光切割工艺要求的三个切割路径优化算法：用于求解理想情况下共边切割路径优化问题的一个新的欧拉回路算法；基于奇度顶点完全图最小权最大匹配算法来求解一般情况下共边切割路径优化问题的算法；利用废料区域进一步减少打孔点的处理策略与求解算法。给出了各种算法的运行实例，验证了所提出的算法的有效性。     

包含多重嵌套轮廓线的激光切割空移路径规划

包含多重嵌套轮廓线的空移路径规划是开发激光切割系统的主要问题之一,在满足嵌套图形由内到外的激光切割工艺要求下,提出启发式排序和网格排序算法,实现优化排序。首先通过射线法,判断多重嵌套轮廓线的位置关系;然后采用最佳适应度优先的启发式排序算法,将空移距离、轮廓线的面积作为评价指标,分别赋值权重得到总体适应度,选择适应度高的轮廓线作为下一个切割图形;最后,为了满足不同应用场景,提出另外一种网格排序方法,根据轮廓线控制点的疏密程度,基于层次聚类算法划分网格,按照规则的路线遍历网格,依次确定定位到每个网格中的轮廓线。仿真与试验结果表明,相比于智能优化排序算法,启发式排序和网格排序在满足激光切割工艺要求的前提下,不仅可以有效缩短空移路径,还大大减少了计算时间,显著提高激光切割效率和质量。     

变焦激光切割技术在微型机械结构设计中的应用

在传统的微型机械结构设计方法中,由于对微型机械构件的加工、切割精度低,导致设计的微型机械结构的品质不够高。为此,将变焦激光切割技术应用在微型机械结构设计中。通过分析长度尺寸对微型机械结构的影响,将变焦激光切割技术应用其中,通过自动调整激光切割器的焦距,使激光切割器找到合适的焦点位置,并提高激光振镜的扫描精度、调整聚焦光斑大小,以此提高微型机械结构的设计品质。通过对比实验,与其他3种传统的微型机械结构设计方法相比,实验结果表明,提出的利用变焦激光切割技术的微型机械结构设计方法的切割精度更高,切割效果更好。将变焦激光切割技术应用在微型机械结构设计中,能够明显提高微型机械结构的设计水平,提升微型机械结构的品质。     

少无废料激光板材切割技术

采用少无废料激光板材切割技术,可以大幅度地提高材料利用率,缩短切割时间,提高生产效率。激光切割路径优化算法和板材的无搭边排样技术是少无废料激光板材切割的关键技术问题。文章研究了少无废料激光切割路径优化原则,在此基础上,研究了少无废料激光切割编程技巧,并结合纺机板材的激光切割实践,进行了少无废料激光板材切割技术研究,结果表明,采用少无废料激光切割技术,材料利用率可10%~30%,切割长度可减少5%~10%。     

机器人虚拟激光切割仿真系统

为了更好地优化机器人激光切割加工的工艺过程,提高激光切割件的质量,减少前期人员培训成本及降低生产风险,设计了一个基于Quest3D软件的用于模拟激光切割的虚拟现实系统。着重介绍了系统的整体框架以及三维场景搭建过程中的关键技术,首先用三维建模软件建立相关的系统三维模型,然后将模型导入到3 ds Max软件中进行三维场景的渲染,最后在Quest3D软件中进行光源设计、摄像机布置以及系统程序的编写,并将程序整合发布得到完整的系统。文章最后根据实例进行仿真测试,证明可方便地用该系统进行汽车覆盖件的虚拟切割。     

基于BP神经网络的光纤激光切割切口粗糙度预测

为了研究工艺参量对光纤激光切割切口质量的影响,进行了切割T4003不锈钢试验,分析了工艺参量与切口质量之间的关系。采用基于误差反向传播算法的人工神经网络,建立了激光功率、切割速率、辅助气体压力等工艺参量与切口粗糙度之间的预测模型。对切割试验采集的训练样本进行了网络训练,并利用测试样本对训练模型进行验证。结果表明,随着激光功率增加,切口粗糙度增大;随着切割速率和辅助气体压力增加,切口粗糙度减小。神经网络预测模型精度较高,网络训练效果良好,预测值与试验样本值间的最大相对误差为2.4%。训练后检验精度较高,检验样本最大相对误差仅为6.23%。该模型可有效预测激光切割切口表面粗糙度,同时为合理选择及优化工艺参量,提高激光切割质量提供试验依据。     

基于机器视觉的输电线路巡检路径三维自适应调度模型

为准确规划输电线路巡检路径,提出基于机器视觉的输电线路巡检路径三维自适应调度模型。以无人机群为飞行平台,采集并拼接目标巡检区域的输电线路图像;通过逐一构建杆塔、导地线及其他输电设备三维模型,获取整体输电线路三维模型;建立输电线路巡检路径智能规划模型,通过模糊状态寻优控制方法,规划无人机群巡检路线并寻找最优路线;引入码间干扰抑制法去除干扰因子,优化通信的连续性,实现输电线路巡检路径三维自适应调度。实验证明,该模型能合理地规划输电线路巡检路径,实现输电线路巡检路径三维自适应调度,同时可以输出全面、清晰的巡检图像。     

基于PC的开放式多功能激光加工数控系统

目前国内外在激光加工中普遍应用的数控系统是一种专用型、封闭式的系统 ,无法适应现代高柔性、低成本的加工要求。因此 ,本文研制了一种基于工业PC的开放式多功能激光加工数控系统 ,以通用的Windows操作系统作为开发平台 ,同时具有硬件和软件的开放性。该系统具有如下特色 :设计了编程专家系统 ,使用者无需学习G代码和PMAC卡宏指令即可编程 ;通过自动编程系统可将激光切割的CAD图形自动转换为加工代码 ,并可自动选择最佳切割顺序 ,保证最短空程路径 ;提出了一种PID全离线检测方案 ,大大加速了激光加工机多轴控制参数的调节和优化进程。该数控系统已成功地应用于激光切割、焊接、表面处理、快速直接制造等多种激光加工。     

基于蚁群优化算法的物流配送路径研究

针对区间重构方法进行物流配送路径寻优收敛性不好的问题,提出一种基于蚁群优化算法的物流配送路径优化选择方法。采用重极标差法进行物流配送路径的邻域网格分割,进行路径的动态实时统计特性分析,设计物流配送路径选择流程。采用蚁群优化算法进行物流配送路径的自适应寻优,实现路径优化选择规划。仿真结果表明,采用该算法进行物流配送路径规划,缩短了配送行程距离,节省了物流时间。     

激光切割板材的工艺处理

本文在现有的激光切割工艺研究的基础上对激光切割板材的工艺处理进行了进一步的探讨 ,其中包括引入线、引出线的设置 ,辅助切割路径的合理安排 ,路径优化和优化排样以及加工参数的优选等等 ,结合计算机的应用 ,实现计算机辅助工艺设计 (CAPP)。     

基于激光视觉传感的机器运动目标跟踪研究

复杂背景影响下机器人跟踪运动目标精度提升是目前相关领域研究的重点,因此,研究基于激光视觉传感的机器运动目标跟踪方法.使用激光传感器获取激光数据,利用扫描匹配算法实现运动目标检测,同时定位机器人并构建所处环境的图像;使用单目视觉传感器,通过目标位置估计算法计算出运动目标的角度信息与距离信息,使用Rao-Blackwell...     

基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测研究

为了优化激光焊接质量,设计了基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测方法。首先利用机器视觉技术设计扫描成像单元,在获得基础的激光焊接焊缝图像后,对图像实施离焦误差校正处理。然后在补偿图像缺陷的基础上,对激光焊接焊缝图像作放大处理,设计扩束准直光路与动态聚焦光路识别焊缝特征信息,从而完成对焊缝的智能检测。实验结果表明：该方法可以能够获得更有效的焊缝信息,有利于提高激光焊接质量。     

基于ObjectARX的激光切割数控自动编程系统开发

数控自动编程是数控系统向集成化、智能化发展的重要环节，对提高数控程序编制效率、可靠性和降低数控编程人员工作难度具有重要作用。针对LCM-408激光加工机床，基于AutoCAD平台的二次开发工具ObjectARX及Visual C++建立了图形交互式激光切割自动编程系统。采用Polyline图形实体描述激光切割路径，实现了Polyline的顶点和凸度等图形信息的自动提取，通过图形实体的AcDbExtent对象获取并计算出激光切割区域最小包络矩形的宽度和高度。为避免某些材料在激光切割过程中发生“过烧”现象，实现了激光切割元件轨迹的元件起割切入和最后切出部分的自动生成。并采用交互式依次选取切割元件，以及对切割元件进行分组的方法确定多个切割元件的切割顺序，并将相应的图形信息、加工路径信息等转换为相应的数控代码。通过激光切割轨迹的静态模拟初步实现了数控代码程序的校验。     

面向复杂曲面的激光切割机器人移动速度平滑控制

为了提高复杂曲面下激光切割机器人的移动速度控制精度和适应能力,提出了一种面向复杂曲面的激光切割机器人移动速度平滑控制方法。通过齐次变换矩阵和D-H运动学分析方法,组建激光切割机器人运动学模型,获取机器人对应方程的正反解。采用刀具路径插补和激光入射角调整规划方法控制激光聚焦点在复杂曲面上的切割运动。同时引入加减速滤波方法修正轨迹插补后速度曲线连续性较差的问题,最终实现激光切割机器人移动速度平滑控制。仿真实验结果表明,所提方法可以有效提升激光切割机器人移动速度平滑控制精度。     

基于机器视觉的零部件表面缺陷检测方法研究

针对零部件表面缺陷检测精度问题,提出一种基于机器视觉的零部件表面缺陷检测方法。传统的利用机器视觉对零部件表面缺陷检测方法中,由于零部件表面的光学反射特性,因此无法对零部件表面缺陷进行高精度的检测。提出的基于机器视觉的零部件表面缺陷检测方法引进了差影法检测模型,根据部件表面特征,利用分段线性灰度算法对部件表面细小的缺陷进行区域检测,并且结合了灰度共生矩阵的换算熵作为判定的依据,最终建立的缺陷检测模型是利用矩阵方位度和相似度之比进行高精度的检测。为了验证设计的基于机器视觉的零部件表面缺陷检测方法的有效性,通过仿真试验证明了该设计方法,结果表明该方法能够有效地解决零部件表面缺陷检测的精度问题。     

嵌入式机器视觉系统优化研究

介绍了基于ARM+DSP架构的嵌入式机器视觉系统的特性,分析了制约嵌入式机器视觉系统性能的因素。从操作系统和应用程序方面,讨论了嵌入式机器视觉系统的优化方案。通过对嵌入式Linux内核和文件系统进行裁剪,对应用程序代码进行大量的优化,并充分利用Cotex-A处理器独有的NEON加速技术,使系统开机启动时间缩短25 s,应用程序运行速度提高2.5倍。     

基于MATLAB神经网络激光切割质量预测系统设计

针对激光切割加工工艺过程的复杂性、系统的非线性、以及加工参数变化而引起的时变性, 如何确定合适的工艺参数以得到良好的切割质量就显得极其重要。针对激光切割多种因素相关的非线性特点, 建立了人工神经网络模型, 并对激光切割工艺数据进行拟合, 从而实现切割质量的预测和优化工艺参数的选取, 用以指导实际切割过程。     

激光修锐砂轮工艺参量的预测和优化算法

为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型。首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验。结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内。综合说明该优化模型具备良好的优化能力。     

大型异构件点云配准重建方法研究

传统的大型异构件机器人磨削按照单一工件模型统一示教路径进行加工，由于实际工件与理论模型存在尺寸偏差，导致出现磨削空行程或去除过量等问题。提出一种机器人带动线激光扫描工件的方法，获取不同视角点云数据，采用基于FPFH的SAC-IA粗配准与ICP精配准结合的方法进行点云拼接，应用KD-tree对应点距离算法删除重叠区域冗余点，再通过基于Delaunay三角生长原理的贪婪投影算法完成三维模型重建，可提供给机器人进行自适应磨削。以长600 mm、宽200 mm的叶片进行试验，该方法相比ICP、NDT+ICP两种方案配准精度分别提升71.90%、31.53%,重建模型与实际工件对比尺寸偏差小于0.15 mm。