薄板件焊装仿真零件定位偏差的计算方法

使用数字化匹配技术,可有效缩短新车型的开发周期、降低成本和提高车身装配质量,核心是有限元仿真模型的精度。仿真模型中定位偏差的计算是否正确,直接影响模型的分析精度,夹具偏差和零件偏差是主要影响因素,二者共同决定零件定位偏差。通过对夹具与零件偏差的相互作用分析,给出了零件定位偏差的计算方法,并利用Abaqus软件进行了焊装验证。结果表明,所述定位偏差的计算方法是正确、有效的,为进一步利用仿真分析模型进行公差分析预测,实现设计制造的并行开发提供了必要条件。     

飞机机身壁板件装配偏差分析建模

飞机机身主要由多块壁板件构成,其装配质量直接影响飞机整体性能。装配偏差模型是保证装配质量的理论工具,但对壁板件装配偏差建模的研究还不够完善。针对某型飞机壁板件串并联装配的工艺特点,考虑零件制造偏差和夹具定位偏差,利用确定性分析法分析零件刚性定位偏差,结合影响系数法及超元刚度理论进行柔性偏差分析,建立单工位下飞机壁板件串并联装配偏差模型,并分别进行偏差模型计算和装配变形仿真,通过两者结果对比验证了本偏差模型的有效性。     

基于单元等变形的复杂曲面展开算法研究

针对板壳类零件展开问题提出了一种基于单元等变形的复杂曲面展开算法。首先利用有限元网格生成算法将零件曲面划分成三角形单元 ,然后按照单元等变形假设将三角形单元映射到平面上 ,从而得到曲面的展开形状与尺寸 ,并通过重新计算单元的变形率得到曲面内的应变分布。该算法可以将各种可展曲面和不可展曲面采用统一的形式展开 ,实际应用表明采用该算法展开复杂曲面时具有快速准确的特点 ,可以显著缩短零件从设计造型到求取其毛料外形的时间 ,适用于航空航天及汽车制造等工业领域内具有复杂曲面的金属板料零件的数字化展开。     

叶片零件的逆向建模与偏差对比分析

通过对叶片自由曲面逆向建模特点与特征建模方法的研究,结合逆向设计软件Geomagic Design X,提出一种以特征点云提取曲面特征截面线的逆向建模方法。详细介绍了如何利用面片草图功能提取特征截面线,并利用提取的截面线实现零件的逆向建模。最后对所建模型进行了偏差对比分析,结果表明:该建模方法有效可行,可提高曲面的建模精度与光顺度,为复杂曲面类零件的逆向设计提供了一种新的建模方法。     

基于点云数据的曲面法矢检测方法

针对航空制造现场自动制孔存在的法向修正错误问题,提出一种基于点云数据的曲面法矢检测方法。通过激光旋转扫描获取曲面上圆周点云数据,利用平面拟合来获得曲面法矢;利用抛物柱面模型与球面模型进行仿真测试与误差分析。实验结果表明：曲面法矢检测误差随曲面曲率半径的增大而减小;对于飞机蒙皮等曲率半径较大的零件,本方法的制孔法向精度优于0.5°。     

弱刚性超高强度铝合金零件精密切削试验研究

通过金刚石刀具精密车削弱刚性超高强度铝合金零件的切削试验，获得试验的切削力数据，建立了切削力的经验模型，同时利用有限元软件分析零件的加工变形。经检测，计算变形量与实际情况基本一致。结合有限元模型和切削力经验模型优化零件的加工参数，并对零件夹紧方式进行改进，提高了加工精度。     

基于三次Bezier曲线的大型薄壁结构随机偏差场分布表征方法

大型薄壁结构产品偏差由成形与加工回弹所致,结构的弱刚性造成每一点偏差对装配质量产生影响,目前仅采用装配区域局部关键测点很难精确描述其随机偏差场分布特征。本文提出一种基于整体结构离散关键点集的随机统计偏差来构建具有随机分布特征的大型薄壁结构空间偏差场的方法。首先给出大型薄壁结构偏差场的定义,研究薄壁结构偏差场的几何连续性和区域分布特点。基于曲面的离散点求解理想零件的曲面形状参数,采用三阶Bezier曲线拟合零件曲面的参数方程。根据Bezier曲线良好的控制性,将曲线控制点作为决定零件曲面形状的关键点,引入偏差的统计特征,利用曲面上关键点的偏差信息调整零件的表面形状,构造了具有不同初始偏差的零件整体偏差场。以贮箱的瓜瓣为例进行了零件偏差场表征的案例分析,并验证了该方法的合理性和可行性。     

iPoint3D曲面检测软件开发与工程应用综述

三维光学测量为大型复杂零件精密制造提供了新手段,但实际操作时面临两大难题:其一,非接触式光学测量存在数据规模大、测点噪音与层叠、测点密度不均、初始位姿任意、曲面误差计算难等诸多问题;其二,缺乏统一的数据存储格式、专用检测工艺库和批处理操作,需多款商业软件人机反复交互,效率低下、一致性差。针对这些难题,系统介绍了相位移面阵测量原理、点云微分信息估计、点云精简/光顺、点云-曲面匹配、点云-曲面误差计算等大规模测点处理算法,以此为基础综述了iPoint3D软件开发层次结构、主要功能模块、人机操作界面、IPD数据存储格式,并给出了iPoint3D软件批处理操作的实现方法和检测报告生成流程。最后介绍了完全自主开发的iPoint3D软件在汽车曲轴检测、航空叶片检测、锻造大叶片变形检测、机器人磨削叶片余量分配、机器人铣削蒙皮轨迹计算、核主泵法兰面机器人检测、柔性曲面共形打印视觉定位等工业场景的计算过程和应用效果,并讨论了复杂曲面零件三维光学测量的发展趋势。     

复杂曲面零件在机测量数据高效提取方法

针对复杂曲面零件"在机测量-数据处理-数控加工"一体化制造中海量密集点云数据的实时处理、存储与传输难题,以实现预设精度下数据高效精简为目标,提出了一种基于空间样条渐进细分法则的复杂曲面零件在机测量数据提取方法。该方法利用双三次空间样条对初始提取点集进行插值并求解偏差,在最大偏差处插入原始采样点以实现渐进细分,直至数据提取精度满足预设值。实验结果表明该方法较现有的弦高差方法具有更好的数据精简性能及误差分布光顺性。     

快速成型中提高成型精度的曲面分层

传统成型方式只使用平面层造成零件表面精度不高，针对这一问题研究了曲面混合分层切片，并提出了一种检测成型整体精度的方法。自动检测模型中可以曲面打印的部分，使用更加精准的邻域法向均值算法计算偏移曲面，并对原始模型进行处理生成平面基底;针对实际中较为复杂模型，编写了碰撞检测和成型顺序规划算法，可根据实际成型设备的情况生成无碰撞的刀具路径。最后，实测打印多个零件对比，证明曲面打印能够大幅提升表面质量，拥有更低的表面粗糙度和更高的整体精度。     

基于工业 CT 的零件内外曲面形位误差分析

针对具有复杂内腔结构零件的内部曲面形位误差分析困难的问题,提出了一种基于工业 CT 技术的零件复杂内腔的形 位误差分析方法。 首先,使用工业 CT 对零件进行扫描并重建为测量 STL 模型。 然后将设计 IGES 模型离散为 STL 模型与测量 STL 模型进行配准。 其次,利用设计 IGES 模型作为引导,判定测量 STL 模型中的点和 IGES 模型各曲面的归属,自动分割测量 STL 模型中的所有曲面。 最后,选取设计 IGES 模型的曲面并对曲面对应的点云簇进行形位误差分析。 选取百万级测量点云的 阀体模型进行实验,完整地分割点云模型所有曲面,选择任意曲面进行形位误差分析,测得选定内部曲面的圆柱度为 1. 11 mm、 平面度为 0. 61 mm、平行度为 1. 92 mm。 本文方法只需输入零件测量 STL 模型和零件设计 IGES 模型,再选取设计 IGES 模型待 测曲面就可以自动地完成零件内外曲面的形位误差分析。     

汽车内饰零件间隙面差的二维校核方法

阐述一种汽车内饰件间隙面差的二维校核方法。此方法是基于向量环尺寸链的概念,按照零件的实际定位形式和相对位置构建一个二维宅间等效映射的装配尺寸链模型,并将每个向量环所对应的零部件制造工艺尺寸偏差通过数学方法进行计算,用于校核各个内饰零部件之间的间隙面差的匹配控制可行性。该方法有助于在产品设计开发前期定义零件的质量评价。     

基于非刚性配准的复杂曲面修复原理与再制造五轴加工方法研究

1．项目简介
　　当前，在很多关键装备尚需进口和叶片等高端零件制造费用昂贵的情况下，提升我国高端零件的再制造能力对保障装备长期使役、减少资源浪费和实现绿色制造意义重大，需求极为迫切，但受到数字化修复能力不足的严重制约。本项目将非刚性配准思想引入复杂形状零件修复制造中，提出了复杂曲面零件在变形条件下破损区域几何修复的模型建立与求解新思路、新方法；针对薄壁件破损区域修复加工的特点，提出了适于多亏格曲面的五轴加工刀位规划新方法，建立了切削力/热和残余应力的定量描述与预测模型，并以叶片等典型零件为研究对象，进行典型破损形式的几何修复与五轴加工试验验证。本项目为复杂曲面零件的精确几何修复提供了源头创新成果，并提炼总结出高端零件数字化修复的一体化工艺策略和方法。     

基于线性状态空间模型的多工位尺寸偏差流建模与分析

为了解决在传统多工位制造系统中,描述产品尺寸偏差传递的状态空间模型中的系统矩阵隐式表示且存在着非线性因子的问题,在定义零件坐标系、夹具坐标系以及机床坐标系的基础上,用表面方向矢量、定位方向矢量和尺寸矢量描述零件模型及其偏差传递模型,运用齐次变换方法和矩阵理论给出从零件坐标系到夹具坐标系以及从夹具坐标系到机床坐标系的变换方法,得到描述多工位制造系统中的产品尺寸偏差传递的线性状态空间模型及其显式表示的系统矩阵,解决传统状态空间模型的系统矩阵存在非线性因子的问题,建立产品尺寸偏差与各种偏差源之间的关系,增强传统状态空间模型的可用性,并用实例验证模型的有效性。     

基于网格曲面形状修改的柔性件装配偏差分析

柔性件装配偏差有限元分析方法中的敏感度矩阵来源于产品的理论数学模型,而理论数学模型与实际模型之间存在一定的外形差异,会产生很大的分析误差。针对该问题,提出了一种装配偏差分析的改进方法,即根据产品理论外形和误差源数据,运用网格曲面变形方法获取逼近零件实际形状的数学模型,代替理论数学模型进行装配偏差分析。开展了金属薄板的装配回弹试验以及飞机壁板件的装配偏差分析计算,使用仿真、试验及测量等手段获取了各类偏差分析结果,并进行比较。数据表明,装配偏差分析误差可减小到5%以内。     

大中型工业机器人手腕的设计

为解决当前工业机器人生产制造、维修中所存在的谐波减速器及传动部件的分离和组装技术难题,将新技术和新颖功能部件应用到产品设计中,使工业机器人的装配和维修更简单和快捷;对现行工业机器人的传动系统结构及存在问题进行了分析和研究,提出了一种用于大中型垂直串联工业机器人手腕的新型结构设计方案,并对传动系统的结构进行了具体介绍;该方案将手腕传统系统设计成了可整体装拆和标准化生产、能通过法兰定位简单安装的传动组件,使手腕安装及维修时无需进行谐波减速器及传动部件的分离,传动组件装配时无需进行调整;利用实际生产制造及产品技术性能测试,对传统系统的设计进行了验证。结果表明,采用这一设计方案所制造的工业机器人手腕,不但解决了传统结构设计中所存在的减速器及传动部件的安装和维修问题,延长了部件的使用寿命;而且手腕摆动轴B、手回转轴T的传动精度、运动速度等指标均比传统结构手腕提高了10%~20%左右。     

不规则多孔零件的通用匹配算法研究

汽车工业存在大量形状各异的带孔零件,针对不规则多孔零件的模板匹配,提出了一种基于特征三角形的快速模板匹配算法。利用面积特征和距离特征选取匹配孔,采用限定的最小二乘法圆拟合计算匹配孔的精准圆心构建特征三角形;根据三角形的旋转不变性和平移不变性,利用特征三角形提取匹配中心和匹配角进行仿射变换,实现零件的模板匹配和配准。实验结果表明,该模板匹配算法适用于不同孔数的零件,对零件变形的宽容度较高,且不易受匹配孔部分缺失、粘连等缺陷的影响,匹配速度快,可以达到工业零件缺陷检测的要求。     

基于逆向工程的人头像建模技术的研究

利用手持式激光扫描仪得到人头像雕塑的点云数据,通过基准点定位原理对点云数据进行拼合,经过多边形网格处理,最终实现NURBS曲面模型的重构。通过对重构模型进行偏差分析和修改,得到符合CAD/CAM要求的数字化模型。该方法能够快速地处理点云,建立复杂曲面的三维模型,满足CAM加工的要求。     

基于RE和Pro/E的复杂零件外壳造型设计与快速成型

利用RE和Pro/E相结合,以福娃"晶晶"为例进行复杂零件外壳逆向造型设计和快速成型的实际应用研究。即利用三维扫描仪采集零件外壳点云数据,然后在Pro/E软件中进行点云的去噪处理、特征点的提取、特征曲线的构建和曲面的拼接等造型设计,最后利用快速成型设备制造出零件模型,以缩短产品的研发周期。     

一种面向点云制造自由曲面的CMM自适应采样方法

通过分析点云制造过程,提出了一种面向点云制造自由曲面的CMM自适应采样方法。首先,提取点云边界并选择初始采样点,进而依据中间曲面与原始点云之间的偏差不断自适应地增加采样点,直至满足采样精度要求。并提出了相应的点云边界提取方法以及点云与自由曲面偏差的计算方法。最后,将所提方法与具有代表性的两种采样方法:基于高斯曲率的自适应采样和等参数采样进行了对比,并分别以三种方法得到的采样点在三坐标测量机上进行测量,通过测量结果及测量时间的对比验证了所提出的自适应采样方法能够在提高采样效率的同时保持较高的采样精度,且该方法不依赖于曲面的CAD模型,因此能够应用于点云制造自由曲面的测量及检测。