直齿圆柱齿轮的激光热处理

本文提出了齿轮热处理的三项关键技术。在此基础上,获得了沿齿廓分布的均匀硬化层。检测结果表明：齿轮激光淬火变形很小,不影响齿轮的精度等级。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

基于机器视觉薄零件高精度测量技术的研究

为快速准确检测薄零件几何量精度,提出了一种基于机器视觉的检测方法。根据具体的视场和精度要求,完成电荷耦合元件(CCD)传感器、镜头、光源等选型与硬件系统设计。开发了软件系统,采用双三次插值法细分图像后提取亚像素边缘,变权重最小二乘法拟合出零件轮廓的圆弧和直线,自动计算零件的圆度误差,中心距尺寸误差,并判断其是否合格。通过齿轮泵中间体零件的检测结果表明,本系统能快速准确检测中高精度(IT7级)薄零件的几何量精度,满足实际应用的需求。     

飞秒激光精修面齿轮工艺参数的多目标优化

基于面齿轮传统机械加工精度欠佳的局限性,最后工序采取飞秒激光对面齿轮进行精修加工,在满足面齿轮烧蚀深度和齿面粗糙度约束的前提下,建立了以飞秒激光精修效率和表面质量为目标函数的多目标优化数学模型。利用内点罚函数并行以gamultiobj函数为基础的改进遗传算法求解优化模型,得到两组较优的飞秒激光加工面齿轮参数方案,与参数优化后的激光实验结果相对比,最大相对误差均在合理范围内,证明了优化的合理性,提供一定的理论指导在实际生产领域对飞秒激光精修面齿轮的运用。     

激光结构光测量连续调节智能光源控制器设计

激光结构光视觉测量过程中被测物体的表面材质差异、表面几何曲率大小均会影响到实际采集的激光光斑图像质量,从而影响到测量数据处理的精确度和准确性。为了适应工业测量中多变的被测对象特性和使用环境,对结构光源的激光二极管进行电流控制。在分析mW级别小功率激光二极管工作特性的基础上,提出了一种使用上位机和ARM微控制器的微小功率半导体激光器智能控制器的低成本设计方案。研究了数字PWM信号驱动激光二极管的技术,使用ARM微控制器生成PWM信号输出,然后PWM数字信号通过光电隔离的阻容滤波电路、运放电压跟随、调理电路以及压控恒流源电路(V-I)驱动半导体激光二极管的电流大小。激光控制器的PWM信号的占空比、基准频率通过上位机串行Modbus协议通讯进行快速设定。系统经过激光结构光投影成像实验进行验证,适时调整激光结构光输出强度大小,可优化激光视觉测量系统的测量输出和适应性。通过实验验证的结果表明,系统可以稳定运行。     

基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

高斯混合分布激光中心线提取方法

针对激光辅助立体视觉测量中的非高斯非对称分布激光条的匹配中心线提取精度较低的问题,提出一种基于高斯混合模型的激光中心线提取方法。首先分析了激光散斑对图像的影响,选择均值滤波方法有效去除激光散斑噪声;然后利用最大类间方差(OTSU)阈值分割方法对光条位置进行粗定位;最后,利用本文提出的高斯混合模型提取激光条亚像素中心线,该模型可准确地描述激光条横截面光强分布特性,从而能够实现光条中心极值点的高精度提取。实验结果表明该方法能够高效稳定的提取激光条中心线。     

Surface-micromachined gear trains driven by an on-chipelectrostatic microengine

Test results for a polysilicon, surface-micromachined, electrostatically-actuated microengine driving multiple gears are presented. The microengine provides output in the form of a continuously rotating output gear (50 μm in diameter) that is capable of delivering torque to additional geared mechanisms. The microengine can be operated at varying speeds and its motion can be reversed. A rotational speed of up to 200000 r/min while driving multiple gears has been obtained. Drive of a 1600 μm diameter optical shutter has also been demonstrated. The resultant microengine and gear train, produced by polysilicon surface-micromachining techniques, are completely batch-fabricated without the need for piece-part assembly     

管道内表面圆结构光视觉三维测量系统

为保证管道运输安全,需要对管道进行定期维护和检测。采用视觉检测原理,提出了一种基于圆结构光三维视觉检测的管道内表面测量系统。针对管道内表面测量空间受限的约束,基于圆结构光视觉检测原理,提出了视觉传感器的纵向排列结构模式,并搭建了管道内表面圆结构光视觉检测系统。针对圆结构光特点,设计了圆环形平面标定靶标,实现了圆结构光检测系统的标定,并基于该圆结构光视觉检测系统对工业管道内表面进行了三维测量。实验结果表明:该系统的标定不确定度为0.081 mm,针对管道内表面,具有较高的测量精度。     

基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计

为了缩短热物理激光光斑位置的测量周期,提高热物理激光光斑位置的测量水平,提出了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计.利用计算机视觉技术计算热物理激光光斑的初始位置,根据热物理激光光斑位置特征的提取流程,完成了热物理激光光斑位置特征的提取;利用热物理激光光斑质心位置与解算值的关系式,得到了热物理激光光斑的估...     

高强度轻型材料齿轮传动动态接触仿真研究

由于航空、航天、电子等领域对重量的严格要求,研究高强度轻型材料以取代钢材,是走上第四代齿轮的热点课题。但是由于在传动过程中相互啮合的齿面相对运动为滚动兼滑动,并且,在不同的啮合位置其相对滑动速度,接触应力不断变化,所以精确仿真计算某种材料齿轮啮合过程的接触应力变化,对研究齿轮材料特性十分必要。本文运用Ls-Dyna动态仿真软件,对尼龙66材料齿轮啮合过程进行了动态仿真计算并与试验结果进行了对比,此仿真方法可以运用到所有齿轮材料研究,为高强度轻型材料齿轮的进一步发展提供了新的有效途径。     

双传感器激光视觉测量系统的校准

构建了由2个结构光传感器组成的激光视觉三维测量系统,建立了测量系统的数学模型.提出了一种基于未知运动的平面靶标获得测量系统全部参数的现场校准方法.实验表明,传感器校准后的三维坐标精度为0.011、0.008和0.115 mm,所提出的校准方法无需依赖专门的三维测量设备,操作简单,促进了双传感器激光视觉测量系统的工程化三维测量应用.     

基于大景深三维扫描仪的机器人"手-眼"标定

针对机器人视觉对便携式三维扫描系统的大景深要求,利用Scheimpflug条件对像平面进行偏转,扩大了扫描系统的景深,并采用了一种将系统整个景深范围分段及进行分段校准的方法,提高了大景深三维扫描系统的测量精度;利用半径已知的球体作为参照工具,提出了一种新的机器人视觉“手-眼”关系标定方法,将姿态关系Rs与位置关系Ts解耦,使用线激光与球体的交线拟合圆恢复球心以及扫描球面拟合球心的方法,分别标定了扫描系统与机器人的旋转和平移关系,从而使机器人能够与扫描仪一起完成扫描任务,扫描精度可以达到0．2mm。实验结果表明,该方法具有精度高及稳定性好的特点。     

焊接机器人实时引导中光条快速提取算法研究

在结构光视觉测量系统中,激光条纹的提取精度和速率直接影响到最终测量结果的精确度。为了解决现有激光条纹提取方法难以同时达到抗干扰能力强、稳定性好和运算量小等问题,采用了一种优化Steger快速提取激光条纹中心的方法,利用梯度阈值分割出有效条纹区域,采用优化的扫描方式,用灰度重心法对条纹中心进行粗提取,然后用Hessian矩阵法对条纹中心进行精提取。对激光条纹提取原理进行了理论分析,并对软硬件设计进行了实验验证,取得了较好的实验数据。结果表明,该方法与传统方法相比,具有提取精度高、提取速率快的优点,这一结果对柔性传感器的高精度和实时性是有帮助的。     

光电编码器的传动方式及其传动精度分析

为了增加光电平台有效载荷的放置空间,需要将其内框架布局进行合理优化。采用平行轴传动方式,将光电编码器安装在主轴旁,可有效扩大光电平台内框架轴向空间。分析了同心轴传动和平行轴传动的优缺点,在平行轴传动中,阐述了单片齿轮传动、消间隙齿轮传动及钢带传动的适用性与局限性。通过实验分析了消间隙齿轮传动与钢带传动在有限转角范围内对光电编码器测角精度的影响。实验结果表明,消间隙齿轮传动在有限转角范围内的测角误差大于3,钢带传动在有限转角范围内的测角误差小于1,为增加有效载荷空间提供了一种途径。     

应用卡尔曼滤波技术的激光熔覆宽度检测

对金属零件激光成形过程闭环控制系统中,熔覆宽度的检测技术进行了研究,提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像,经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程,应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计,得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值,从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差,测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明:将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。     

远距离运动目标三维测量中图像匹配的研究

采用两个摄像机光轴平行的双目立体视觉测量系统,检测远距离运动物体的三维物体轮廓.阐述了该三维轮廓测量系统中的两个关键技术:提取出合适的图像特征;建立特征间的对应关系.将同一空间物理点在不同图像中的映象点对应起来,由此得到相应的视差图像,实现立体匹配,恢复出物体的三维轮廓.仿真实验结果表明,该三维轮廓测量方法容易实现、对硬件要求不高、精度较高和具有较高稳定性,能够满足远距离运动物体姿态和速度测量的要求.     

Control of low velocity friction and gear backlash in a machine tool feed drive system

Precision-controlled mechanisms are commonly used in machining applications where the feed rates are low, direction reversals are necessary to obtain the desired work piece profile and precision requirements are in the order of micrometers or sub-micrometers. Under these conditions, friction and gear backlash effects contribute significantly to the dynamics of the system. This study investigated the use of neural network models to compensate for these effects. The approach was to switch between two controllers: (i) a proportional-plus-derivative controller together with a feedforward friction compensator when the transmission gears were engaged; and (ii) a feedforward backlash controller when the transmission gears were disengaged. The control scheme was experimentally verified using a retrofitted geared head engine lathe. The results obtained were compared to those obtained with a compensation method found in the literature.     

一种基于视觉引导的激光经纬仪自动测量系统

为了实现对目标自动识别和自动测量,建立了一种基于视觉引导的新型激光经纬仪自动测量系统.利用两台TM5100a激光经纬仪作为精密角度传感器,采用二维精密转台带动相机代替人眼对被测区域进行扫描,引导经纬仪望远镜指向相机视场,进而对视场中的目标点进行识别和瞄准测量.对系统的自动视觉引导方法进行了研究.首先通过对精密转台和双经...     

Valve timing and valve lift control mechanism for engines

A new type engine valve control system has been presented, in which both the valve lift and valve timing are controlled directly by electric motors. A mechanism of the valve timing control system is made of planetary gears. The outer gear is the timing pulley which has a timing belt driven by the crankshaft of an engine. Two planetary gears are inside of the pulley. The gears engage with the inner gear of the pulley. The center of the disc, which has centers of the planetary gear, is connected to the camshaft. Then, the crank rotation is transmitted to the camshaft, and rotations of sun gear are added to the rotations of camshaft. This means that when rotation angle of the sun gear is controlled, the phase between the inlet valve and the exhaust valve can be controlled. The lift control system is made of linear slider and ball screw. The cam shape of this system is three-dimensional. The height of the cam varies along the axis of the shaft. When the ball screw rotates, the camshaft slides in the axial direction, so that the lift of the cam varies. The control method is presented for the mechanism, in which valve phase and the lift are controlled continuously. Experimental tests have been carried out for the system.