基于特征线的棱脊重构及加工轨迹规划算法

在基于三维曲面的激光强化加工中,针对某些特殊的加工表面,采用基于特征线的测量、重构及轨迹规划方法,可在不降低精度的基础上大幅度提高效率。主要针对常见的一种曲面类型即棱脊,介绍了基于特征线的棱脊重构及加工轨迹规划方法的应用。除适用于激光强化外,该方法对于一般的刀具加工也有一定的应用价值和参考意义。     

汽车模具棱边的三维自适应测量及六维加工轨迹划分

针对大型汽车冲压模具棱边数字化的问题提出了三维自适应测量算法。为满足激光表面强化加工的特殊要求，在后续测量数据处理过程中建立了复杂棱边的简单模型，提出了六维加工轨迹划分算法，并对算法进行了加工实验验证。所提出的算法已应用到集成化柔性激光加工系统中。     

玻璃模压成形用微沟槽磷化镍模具的超精密切削加工

最佳邻接量是高精度加工玻璃模压成形用磷化镍镀层材料微沟槽模具的重要参数。本文提出了一种利用小角度微沟槽交叉切削技术快速确定微沟槽最佳邻接量极限范围的方法。该方法利用沟槽小角度交叉切削材料去除形式与沟槽邻接切削相近的特点,对微沟槽邻接量的极限范围进行预测。首先,以沟槽交叉角度和交叉沟槽深度为变量设定切削条件,得到多组渐变棱;然后,观测交叉渐变棱形貌并结合材料塑性变形法则与脆塑转变理论分析棱边上的材料去除状态;通过观察交叉渐变棱与沟槽邻接脊部在切削过程中去除材料的截面形貌建立二者的关系;最后,分析交叉渐变切入棱与切出棱形貌的差异,确定脆塑转变的邻接量范围。基于上述方法,观测了交叉渐变棱的形貌并进行几何计算,确定磷化镍模具微沟槽邻接切削产生脆性剥离现象的临界邻接量范围为570~720nm。利用微沟槽模具超精密切削加工实验验证了该方法的有效性,加工出了高质量模具并用于微沟槽玻璃模压成形,实现了玻璃微沟槽的精密制造。     

YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构,研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响,得到最佳激光加工参数;采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构,研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明:随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小,沟槽织构尺寸增大,但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙;最佳激光加工参数为激光功率40W,扫描速度100mm·s~(-1),扫描次数200次,此时沟槽织构表面形貌较好,织构宽度为160μm,深度为15μm;在试验载荷为2N、滑动速度为20mm·s~(-1)时,正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°,60°,90°的织构,且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。     

激光测头数控仿形跟踪控制算法

分析了曲面数控仿形加工的关键技术,针对基于激光非接触测量的数控仿形加工,提出一种测头速度控制算法,解决了复杂曲面高速、高精度仿形测量与加工的问题。     

碳纤维增强复合材料水导激光加工实验研究

为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料(CFRP)沟槽截面形貌与热影响区的影响,利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的影响规律,分析了沟槽截面形貌和热影响区形成机理。实验结果表明：激光功率对沟槽烧蚀深度和热影响区的影响最大,水射流压力对沟槽烧蚀宽度的影响最大,进给速度和激光重复频率对沟槽烧蚀深度和宽度的影响不大,对热影响区有较大影响。此外,发现沟槽截面去除区呈V字形,热影响区呈锯齿形状。通过单因素方法分析得到了较好的沟槽截面形貌,其沟槽截面烧蚀深度为772.8μm,烧蚀宽度为897.7μm,铺设方向为90°的碳纤维层热影响区为326.5μm,铺设方向为0°的碳纤维层热影响区为102.4μm。     

盘状沟槽凸轮的数控加工

凸轮轮廓的加工质量是影响凸轮机构运行质量的关键因素。文中以木材单板旋切机进给控制凸轮机构的盘状沟槽凸轮的数控加工为例，提出了对盘状沟槽凸轮轮廓的加工要求和改进的工艺措施，介绍了用三坐标测量机测量轮廓的过程以及数控加工过程中所遇到的问题及采取的措施。     

面向神经网络的智能测量与加工集成研究

面向神经网络的智能测量与加工一体化集成是多学科交叉和综合集成的先进制造技术。五维柔性框架式激光加工机器人系统使智能测量与激光加工一体化得以实现。文章通过神经网络的智能控制研究,从自适应测量所得到的离散点到数据智能化处理,并通过集成分析,对加工轨迹数据的生成进行了研究和加工面重构。为高精复杂产品实现智能测量与加工一体化集成指明了方向,成为一种高新技术迅速发展并构成多学科交叉的知识创新工程新领域。     

基于八叉树的复杂曲面测量路径规划

针对异形天线罩复杂曲面的测量加工一体化加工方法中,存在测量复杂曲面时测杆与工件易发生干涉,使得数控编程困难的问题,提出了一种复杂曲面测量路径规划方法。该方法将机床测量系统离散为点云数据,通过点云的空间坐标变换来模拟数控测量时测杆与工件的位置关系,同时引入八叉树算法为点云增加拓扑关系,并检测测杆点云与工件点云之间是否发生干涉。最终将无干涉测量状态下的测量系统信息输出为G代码,通过Vericut软件进行轨迹仿真。文中对8 504个测量点进行测量路径规划,结果表明,测量路径均可以避开干涉位置进行有效地测量。该碰撞检测算法可以在满足测量要求的前提下准确地实现复杂曲面的测量路径规划,为复杂曲面的测量方法提供理论指导。     

阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术

针对难加工金属材料表面阵列非贯穿型微沟槽的高效高质量加工难题,提出一种场域离散脉冲电解加工方法,所加工沟槽具有表面质量好、尺寸微小、槽数多、沟槽前后非贯穿的特点。使用绝缘栅栏隔板作为活动掩模板对各微沟槽加工区进行离散,同时遮蔽非加工区,从而实现流场隔离和非加工区电场屏蔽等效果,有效提高沟槽的加工稳定性、精度和一致性。通过设计专用夹具,对影响加工精度的关键因素进行了单因素工艺实验研究,并利用Comsol Multiphysics软件对电解加工的流场和电场进行了仿真分析。仿真和试验结果显示:场域离散加工方法的流场和电场都比传统的掩膜电解加工、电解转印加工好。成功地在1min内加工出9条宽538.76μm,深25.78μm,过切量为19.38μm的阵列微沟槽,证实了该方法的有效性。采用短加工时间、低脉冲电压幅值、高脉冲频率、小脉冲占空比等工艺参数,有利于提高沟槽的加工精度。通过场域离散电解加工技术,可以实现对非贯穿型微沟槽的高效率、高质量、低成本加工。     

齿轮特征线统一模型及在齿轮三维误差评定中的应用

表征渐开螺旋齿轮的特征线有多种,广为熟知的是几何意义明确的渐开线和螺旋线。其实齿面上还有法向啮合齿形、接触线等工程价值突出的其他特征线。但特征线增多带来了两个问题,一是复杂的特征线方程彼此不关联,数学上缺乏统一性;二是除了渐开线和螺旋线,其他特征线没有测量手段,缺乏可测性。据渐开线齿轮传动的特点,将齿面特征线映射到啮合平面里,发现齿面上各条特征线在啮合平面里都有各自对应的二维直线,以此建立直线模型统一表达了齿面各种特征线;基于齿轮三维误差测量数据和特征线统一模型,提出了各种特征线偏差的提取方法,应用于测量实践,通过与通用齿轮仪器测量的渐开线偏差和螺旋线偏差作比对,证明了特征线统一模型及特征线偏差提取方法的有效性和实用性,解决了齿面复杂特征线的可测性问题。同时,齿轮特征线统一模型在齿轮工艺误差溯源、传动性能预报等方面也有重要应用价值。     

结合COMET与AICON 3D Studio的数据获取方法在逆向工程中的应用研究

介绍了一种结合COMET光栅测量和AICON 3D Studio摄影测量的逆向工程数据获取方法、相关的原理和AICON 3D Studio编号参考点的编码技术。通过对某款轿车的后车门进行实测来验证这种数据获取方法的精度及效率。     

Estimation of sphericity by means of statistical processing for roundness of spherical parts

In the industrial standard of “balls for rolling bearings,” deviation from spherical form (sphericity) is defined as follows. It is usually determined by numerically evaluating the ball profiles, in two or three equatorial planes at 90° to each other, and recording them on a polar chart. Furthermore, the standard indicates that the minimum circumscribed circle method is relatively simple and generally satisfactory for ball profiles, and the method is also based on the assumption that two or three equatorial profiles at 90° to each other are a good indication of the deviation from spherical form. The measurement method for three-dimensional (3-D) spherical profiles is two-dimensional (2-D), because a practical (3-D) measuring system for spherical forms remains to be developed. This is another important problem. Using the method recommended in the standard, the deviation value is significantly underestimated, because the major part of the 3-D surface is not measured. Verification of the above-mentioned assumption is also difficult in general. If numerous measurements of 2-D profiles are performed, the degree of underestimation decreases. However, this requires much time and labor. In this study, a 3-D deviation value from spherical form is calculated from a few 2-D roundness values obtained using a general roundness measuring system with a statistical technique. Furthermore, an appropriate number of measuring cross sections necessary to estimate the sphericity with high reliability are presented.     

自由曲面的二维自适应测量及测球半径的三维补偿

基于贝塞尔方法提出了针对自由曲面的自适应测量算法,并与传统测量方法进行了对比。在对自适应测量数据的处理中,提出了一种新的基于离散点三角剖分的测球半径三维补偿算法。通过仿真和试验验证,上述算法已成功应用于集成化柔性激光加工系统中。     

复杂铸件的三维测量

针对复杂铸件尺寸大,结构复杂,槽、腔多,测量时需兼顾测量效率和槽腔可测性的特点,提出了一种大视场双目光栅测量子系统和小视场光栅测量子系统相结合的立体视觉测量方法。该方法使用前者测量复杂铸件的外部可测部分;使用后者测量复杂铸件的槽腔等被遮挡部分。建立了两个测量子系统的数据拼接模型,给出了数据拼接模型参数的定标方法。最后,通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明：该系统测量数据拼接的均方根误差（RMSE）为0.22 mm,满足复杂铸件测量的精度要求。相比传统测量方法,该方法兼顾了测量复杂铸件速度快和可以灵活测量槽腔等被遮挡部分的特点,对工程应用具有实际指导意义。     

几何成像法在船-桥撞击测试中的应用

通过设计小车的尺寸、形状、撞击速度等撞击参数后,在不同情况下分别进行小车撞击桥墩的模型实验。采用摄像机记录船舶在撞击过程中空间位置的变化,运用MatLab软件对实验采集到的船舶运动图像进行数据分析处理,确定小车在整个撞击过程中的运动轨迹。同时在分别改变模型小车的质量、速度、重心位置、撞击角度后,对桥墩刚度进行实验,获取不同参数下的小车运行轨迹,并对各参数下的实验结果进行比较、分析,利用图像处理技术建立了确定物体运动轨迹系统的方法。     

相位法曲面三维全场无接触检测的研究

采用光学函数分析法和傅里叶频谱分析技术，研究了相位法曲面三维全场无接触检测的基本原理和本质特点。在分析条纹类测量图象的幅频待性的基础上，实现了被测曲面调制栅线图象的精确解相和三维信息的求解，从而建立了计算机曲面三维自动检测系统，并应用于汽车覆盖件的检测，获得较好的测量精度。     

三维图形软件UG在水下动力系统复杂部件设计中的应用

动力系统具有结构复杂、零件繁多等特点,将三维图形软件引入动力系统复杂部件的设计中,可提高设计水平和设计质量。通过介绍如何利用三维图形软件UG进行水下动力系统复杂部件的造型设计,初步讨论了计算机辅助设计的方法。首先在建模过程中,利用UG的实体造型和特征造型等方法,完成零件的三维设计;在虚拟装配过程中,通过装配检查零件的设计尺寸,完善部件的设计。     

Stereo vision for 3D measurement: accuracy analysis, calibration and industrial applications

This paper evaluates the accuracy of different camera calibration and measurement methods used in 3D stereo vision with CCD cameras. These methods are evaluated by means of several precision tests, determining their error limits under specified conditions of operation. To check the precision of such systems, a CMM and some calibration objects, such as grids, plates, spheres, etc. are used. Two practical applications are described: a cost-effective system for the measurement of free-form surfaces, able to generate CAD models and measuring programs for CMMs. The system aims to reduce some difficulties associated with stereo vision and to speed up the traditional digitizing process. The other application involves car frame measurement. A new automatic measuring system has been developed, allowing contactless car frame measurement through two rotating CCD cameras.