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[硕士论文] 冒鹏飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:精密定位技术是国家制造水平的一个重要标志,是精密驱动、精密测量、精密加工中的关键技术之一,在集成电路制造、超精密加工、数据存储技术、生物工程等领域均得到广泛应用。随着我国科技的高速发展,高尖装备特别是航空航天、精密加工、生物医疗以及微型操控机器人等领域,对定位的精密度提出了更高的挑战,传统的定位精度已经无法满足这些技术领域的要求,因此,利用现代精密驱动理论设计出行程大、性能高、可靠性强、定位速度快的定位平台成为这些技术领域突破的关键。
  论文基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快、输出力大、磁机耦合系数大、居里温度高并且能够实现电磁能-机械能的可逆转化等众多优点,设计出一种精密微定位驱动器,并以此为驱动源,设计出精密定位平台。主要工作以及结论如下:
  1、根据自由能极小值原理,阐述了超磁致伸缩材料的磁致伸缩机理。根据超磁致伸缩材料的材料特性,分别设计了超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive actuator,简称GMA)的磁场结构、预应力机构、温控系统等,并以此为基础,结合实际加工技术能力,设计了超磁致伸缩驱动器的整体结构,依据现有GMM棒的几何形状尺寸确定GMA的各部分的几何尺寸。
  2、借助柔性铰链单元材料受力产生的弹性变形具有运动分辨率高、无摩擦、无需润滑、制造工艺简单等独特优点,基于理论力学和材料力学理论建立了直圆形柔性铰链机构的静力学模型,获得了柔性铰链几何参数与柔性铰链平台输出位移之间的理论数学模型。运用Matlab数值仿真软件对柔性铰链平台的几何参数进行了优化,获得了柔性铰链定位平台最优的设计参数,分别是最小厚度t=0.8mm,切割圆半径R=2.5mm,高度h=10mm,工作平台宽度为60mm。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台结构进行仿真验证,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为3.06%,从而验证了静力学理论分析的正确性,为柔性铰链定位平台的结构优化设计提供了理论基础。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台进行模态分析,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为0.8%,从而验证了动力学理论分析的正确性。
  3、介绍了国内外学者针对GMM磁滞非线性所创建的Preisach模型、神经网络模型、Duhem模型、J-A模型、自由能模型这五种磁滞非线性模型,基于此,选取了Preisach模型,阐述了经典Preisach模型的含义,并在经典Preisach模型上,通过对Preisach模型的离散化,创建了GMA磁滞特性数值模型。根据所设计的GMA具体尺寸,求解出磁场模型(Id~H)、以及磁滞伸缩模型(λ~M),确定了GMA的位移输出模型。性能测试表明:磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为2.43kA/m;偏置线圈,磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为1.74kA/m,验证了所建磁场强度公式的正确性。随着偏置电流的逐渐增大,GMA在同等电流下的最大行程变小,这与GMM的磁滞回线一致;随着偏置电流的增大即偏置磁场的增大,GMA的回程误差减小;所设计的GMA在偏执电流为0.6A时其状态最佳,验证了GMA设计理论的正确性。位移测试平台实验结果与模型计算的结果基本吻合,证明所建模型能够较好的反映出GMA输出位移的实际情况,验证了所建Preisach模型的正确性。
[硕士论文] 曲彩梅
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:熔融沉积成形技术是3D打印成形技术中应用最普遍的一种增材技术。与传统机加工相比,其突出优点为可一次性生成较复杂零件。所使用的成形材料多以高分子材料为主,材料成本低、密度小且环保。本文重点围绕此新技术展开研究,将其应用到实验室上肢假肢相关的研究项目中。由于实验室关于熔融沉积成形技术的资料有限,不同打印机的加工工艺参数没有规范性指导书,将其应用到制作上肢假肢中存在一定的局限性。因此,本文通过参考相关文献以及相关技术支持,进行仿真分析及大量试验,初步解决试验过程中出现的问题,总结制件精度误差影响因素。
  本文通过运用DF-G450单头熔融沉积型打印机进行试验研究,从理论及试验角度研究分析FDM的精度影响因素。首先从加工的前处理所涉及到的机器硬件系统、Solidworks三维模型绘制精度、Cura软件设置的工艺参数进行研究,得出部分工艺参数的优选值范围,通过分析提出部分问题的解决方案;其次从加工过程中以及冷却后处理方面对主要影响因素进行全面分析,涉及到喷头出丝的速度、实际宽度、腔体温度、喷头温度、填充密度以及支撑等因素。并分别在三、四、五章重点研究:(1)通过正交试验法,研究支撑工艺参数对支撑面精度以及尺寸精度的影响,得出相应的最优参数选取方案;(2)基于ANSYS温度场对上肢假肢部件进行分析,得到了DF-G450在使用PLA做打印耗材时所需的型腔最适温度;(3)通过对比试验研究填充密度对制件的影响,分析填充密度与打印时间、用料之间的关系,并通过MATLAB作出相应的回归方程。通过分析数据,研究此因素对产品精度误差的影响,分析出制件收缩量的差异,并总结规律,推出定量补偿公式。
  结合理论基础、分析仿真及大量试验数据,最终确立一套较为完整的适用于DF-G450的加工工艺参数,将归纳的整套优化参数应用到上肢假肢前臂中,进行实物打印,并验证各优化参数的可行性。对后续研究及个性化应用具有重要的指导意义。
[硕士论文] 吴桐
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:在我国航空航天产业、国防军事、汽车高铁等相关产品的生产过程中,存在着大量的各种内部零件众多且装配结构复杂的关键重要产品。为了确保各个部件在生产过程中的稳定性,对其内部零件进行装配正确性检测是必不可少的流程之一。现有的装配检测方法以图像中连通区域形状、长宽比、面积等特征为目标,虽然检测效果较好,但受机械精度、装配公差、零件错位等因素影响,识别鲁棒性较差。为此,本文就复杂结构件内部零件装配正确性检测问题展开研究,综合X射线多视角成像原理与卷积神经网络算法,改变以往以连通区域为特征的检测方法,自动识别图像中感兴趣区域,使合格品的判断标准由区域特征变为个体特征。
  首先,根据复杂结构件内部零件装配正确性检测的任务要求进行了整体的方案设计。利用X射线成像系统采集不同角度工件投影序列作为深度学习网络的数据支撑,将工件中不同零件标注为不同类。接着,设计了一个卷积神经网络模型,通过深度学习的方法提取零件特征、训练分类器,对工件内部零件进行分类,输出零件精确定位信息。对于首次检测判定为缺漏不合格品的工件,进行二次检测避免误检。对于完成缺漏检测的工件,结合投影数据分布的正弦特性,以卷积神经网络输出的零件定位信息匹配标准样本零件定位信息,找到与当前检测工件投影角度相符的标准工件投影,对比完成零件换位检测。最后,针对复杂结构件装配正确性检测系统的稳定性和可靠性要求,分别对两种仿真工件产品和实际产品进行了实验与分析,均完成了对工件内部零件漏缺和换位的识别。采用多种辅助技术提高检测算法的识别精度,使整个系统对工件内部零件的分类识别精度不低于90%。检测流程快速且高效,同时对其内部零件的相互遮挡等因素具有一定的鲁棒性,达到系统要求。
[博士论文] 黄院星
电力装备与智能信息技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:金属工件在加工过程中常会产生残余应力,残余应力的存在将会影响其尺寸稳定性、产生应力腐蚀和疲劳破坏,因此有必要消减工件内部的残余应力,减小疲劳因素的影响,使其更加安全地在寿命设计范围内工作。转轴类零件广泛应用于机械装备和电力装备中,因此在转轴零件加工之后进行消减残余应力工艺,可以提高转轴的使用寿命和尺寸稳定性等,以提高机械装备和电力装备工作时的动态性能。
  常用的降低残余应力的方法主要有自然时效、热时效和振动时效处理,还有少数采用磁处理。自然时效处理所需要的时间很长,占用空间也很大;热处理会消耗大量燃料资源或电能,成本高,而且燃料的燃烧会污染环境;磁处理方法降低残余应力的机理仍然需要进行更深入的研究,目前未能得到广泛应用。
  工件经过振动时效处理之后,其内部的残余应力得到重新分布,工件的尺寸稳定性得到了提高,疲劳强度也随之提高,而且只需要数十分钟左右即可完成处理过程,与热时效处理方法比较,振动时效处理在时间和成本上比热时效处理低。然而,对于大刚度或残余应力分布比较复杂的转轴,目前还没有合适的振动时效工艺来处理。对于高刚度的零件,用传统的偏心电机来进行激振,其200Hz的激励频率上限无法使高刚度零件产生共振。Wozney提出当前最具有共识的振动时效条件,即“要使得残余应力降低,需要所施加的外部动应力与残余应力的叠加超过材料的屈服极限”。根据Wozney所提出的条件,传统的激振器在处理高刚度工件时的效果不太理想。
  针对以上提出的问题,本文提出用弯扭耦合共振产生的动应力来消减残余应力。为了把弯扭耦合共振理论应用到振动时效工艺中,首先要确定由轴承支撑的转轴所受外部激励的频率和幅值、旋转速度和偏心矩的大小。本文运用有限元方法来建立转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型,该动力学模型是多自由度的,加入了偏心质量这一个耦合因素,将偏心质量视为一个独立的单元加入到已有的考虑弯曲变形和扭转变形的转子-轴承系统动力学方程中,同时考虑转动惯量、剪切变形、陀螺力矩效应、轴承刚度阻尼和动态不平衡的影响。由于考虑了陀螺力矩甚至是轴承各向异性支撑参数的影响,整体矩阵不再是对称的,不能视为小阻尼系统,需要引入状态变量将方程转换到状态空间中进行求解。通过数值方法进行模态分析,得到转子-轴承系统的固有频率和振型,并得到弯曲刚度、扭转刚度、支撑性质、偏心矩、外部激励的关系,由此来设定转轴的弯扭耦合共振的参数。由于弯曲固有频率和扭转固有频率的差值不一定很小,如果要产生弯扭耦合共振,需要很高的转速,因此需要在工艺设计上进行结构调整,如增加悬臂飞轮,或增加一跨轴承来支撑带有飞轮的延长轴段,通过这种方式来尽量调节弯扭固有频率的差值。得到比较合适的弯、扭固有频率差值之后,根据共振条件来设定驱动电机的转速,在这一恒定转速下,根据残余应力集中位置选择合适的振型,对转轴施加动态偏心和外部周期性激励并进行瞬态动力学分析,采用逐步积分法Newmark-β法来进行求解,通过编写MATALB程序求解转子-轴承系统的弯扭耦合振动特性,包括各节点的位移响应和动应力响应,以确定弯扭耦合共振式振动时效的各个参数。由于弯扭耦合振动的动力学方程中的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和力向量矩阵都是随时间变化的,是一个时变的参数激励系统,因此通过Floquet理论对弯扭耦合共振动力学方程进行稳定性分析,得到共振状态下转轴的振动是周期稳定的。
  由于弯扭耦合共振下的材料应力状态为复杂应力状态,所使用的强度理论与Wozney提出的振动时效机理中采用的单向拉压变形的强度理论不同。本文在Wozney提出的振动时效条件的基础之上,将统一强度理论引入到弯扭耦合共振式振动时效的机理分析之中,考虑了中间主应力的影响、材料拉、压强度不同的影响,得到了复杂应力状态下消减残余应力的机理,使得该振动时效机理较之传统振动时效机理更加合理。
  通过以上的理论分析,设计了弯扭耦合共振式振动时效装置并进行实验分析,通过对固有频率、弯曲振动和扭转振动的测量,得到了弯曲、扭转振动相互耦合的结论,为激发足够动应力打下基础,也为将弯扭耦合共振理论应用到振动时效领域积累相关的经验和数据。
[硕士论文] 卫洁
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:磁流变抛光(Magnetorheological Polishing,MRP)是制造高精度光学仪器的重要工具,适用于各种表面类型的工件。MRP不仅具有去除函数稳定、修形精度高、抛光头不磨损、材料去除效率高等优点,而且还不会引入亚表面损伤。本文结合实际工程需求,对MRP工艺参数开展了相关的研究工作。主要包括以下几个方面内容:
  首先对MRP进行了抛光去除理论分析。根据MRP去除理论分析工件加工时的受力与去除过程,建立材料去除模型。运用ANSYS Workbench软件对抛光磨粒的浸入深度、球径大小和速度大小等工艺参数进行仿真分析,得到了材料表面的去除量、抛光磨粒受力以及支撑平面的受力情况。仿真结果表明:随着磨粒浸入深度的减小,对材料表面凸起的去除量也减小,磨粒的受力几乎不变,而凸起所在平面的支撑受力增大;随着磨粒球径和速度的增大,对材料表面凸起的去除量、磨粒的受力和支撑受力都增大。
  在理论计算和仿真分析的基础上对励磁装置的梯度磁场进行了研究。基于静磁场理论对励磁装置产生的梯度磁场进行了计算,运用ANSYS Workbench有限元分析工具对磁场进行仿真分析。探讨永磁励磁方式下的磁场分布规律,以及该分布规律对柔性抛光模的影响;研究磁极头的厚度、气隙宽度和磁轭宽度在不同尺寸下对磁流变液的磁通密度和抛光模的影响规律,并对其尺寸进行优化。优化后的励磁装置上方产生的磁通密度增强,磁场宽度增加,形成的磁流变抛光模变宽,抛光面积增大。
  搭建了MRP实验台,并对其抛光性能进行了测试和分析。根据正置式MRP装置搭建了整个MRP实验系统,分别测试了不同抛光轮转速、浸入深度和磁场强度下对K9玻璃的抛光效果,利用超景深三维显微镜对抛光后的工件进行微观观察,并用三坐标测量仪对其去除深度进行测量,计算其去除量。结果表明,材料的去除量随着浸入深度、抛光轮转速和磁场强度的增大而增大,测试结果与仿真结果基本吻合。
[硕士论文] 尹建津
控制科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:经济的全球化与信息技术的不断发展,使得制造业面临新的机遇与挑战,产品的个性化与大批量生产是现在市场需求的新亮点。在德国提出工业4.0后,我国也积极地制定了中国制造2025的目标,可见我国对于企业新型发展模式的重视程度。而柔性制造车间灵活生产的优点又恰能解决上述的挑战,帮助企业顺利升级转型。因此研究柔性制造车间的问题具有很强的实际意义。
  柔性制造车间中调度问题是理论研究的重点,为此本文针对柔性车间中的调度问题,基于新型智能群体优化算法蝙蝠算法,改进原始算法的编码机制,使得连续蝙蝠算法可以解决车间调度此类离散问题;改进算法位置更新中步长参数,仿真实验的结果证明了该改进参数对于提高算法收敛速度的有效性;针对柔性流水车间与柔性作业车间的调度问题,采用改进后的编码方式与初始化策略,并使用文献案例做了仿真实验,仿真实验结果验证了本文改进连续蝙蝠算法的优越性。最后,分析了算法与实际生产之间的差异,并针对其中一个常见问题提出了改进方案,将改进的算法与此方案结合,应用于某图章装配加工工艺中,利用RFID技术和工业以太网通讯技术打通了PLC与web端的信息通道,并使用西门子PLC控制生产现场;并在web端,开发了排产系统与订单系统,完成了算法的应用。
[硕士论文] 王琴
控制科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:制造业同人们的生活密切联系,其发展走向可直接影响国家的综合实力。制造业企业不仅需要将制造技术走在科技前端,而且需要加强生产和经营管理技术,这样才能时刻保持其核心竞争力。而企业的调度是企业管理的核心和难点。生产调度的制定,作为制造业生产运作管理的最重要的任务,其结果强烈影响着企业的利润取得、资源的利用效率及产品能否准时交货等。在实际生产环境中,柔性作业车间调度问题(FJSP)允许所有工序可以在整个机器集中任意选择一台加工机器,这样的生产调度系统可以按照资源负荷情况灵活地分配资源,提高加工的灵活性,更接近实际生产环境,却因此加大了可行解的搜索范围,增加了问题复杂性。由于柔性作业车间调度研究的历史尚短,其发展还不够完善,在模型和求解策略上还存在一些亟待解决的难题。
  遗传算法作为一种群体智能算法,操作简便,在求解FJSP时具有较好的寻优能力和鲁棒性,但是仍然存在着收敛速度慢、极易早熟以及种群多样性不足的缺陷。本文针对遗传算法在求解FJSP时存在的不足,作了以下几点改进。综合考虑种群多样性和工序先后秩序约束,提出了用于初始化机器选择段染色体的全局随机选择机制(GRS机制);提出了改进遗传算法,在算法陷入局部最优状态后加入再激活机制来更新种群,调整其种群多样性至初始化状态;设计了种群独立比作为评价指标来衡量种群多样性,并将小生境技术引入遗传算法中,在改进GA每一次遗传更新操作后加入基于小生境的预选择机制,提出了改进小生境遗传算法。
  本文将两种改进算法用于求解11组标准测试案例,并将实验结果与其它算法进行对比,验证了改进算法的可靠性和有效性。将改进小生境GA应用于求解三个制造业FJSP实际案例,并由此验证了该算法在解决实际应用问题时具有很强实用性和可操作性。
[硕士论文] 杨明斌
机械制造及其自动化 山东大学 2018(学位年度)
摘要:再制造工程作为制造业的新兴发展方向,对国家发展循环经济具有重要意义,而在再制造工程中,对再制造毛坯件的清洗环节具有重要意义,是后续再制造工序过程中的重要环节之一。超声熔盐复合清洗技术具有清洗效果好、清洗效率高、废弃物生成率低等优点,本文将超声清洗技术与熔盐清洗技术进行复合,超声部分可为熔盐清洗提供持续不断的振动搅拌作用,加快污物的分解脱落,提高再制造清洗效率。
  随着国家对再制造工业的不断重视,再制造工程逐渐成为国家节约能源、缓解资源及环境危机、发展循环经济的重要发展方向。本文通过分析现有再制造清洗技术发展现状及其发展趋势,提出了超声熔盐复合清洗技术,并以再制造油漆油污毛坯件为研究对象,根据已确定的适用于清洗油漆类毛坯件的熔盐配方,研究优化配方后熔盐的理化性能,通过不同参数下的仿真建模声场分析,确定了超声熔盐复合清洗设备的最优参数,开展了对不同类型油漆件的清洗实验,确定了最优工艺参数,实现超声熔盐复合高效、环保和低成本的清洗过程,极大的促进了再制造超声熔盐复合清洗技术的发展与工业应用。
  本文首先分析了油漆件主要成分、表面形貌及其理化特性,同时基于课题组现有污物熔盐清洗配方的研究基础上,以降低熔盐熔点、提高热稳定性为主要目的,课题组确定了适用于油漆油污的熔盐清洗配方。基于已确定的熔盐配方,分析了熔盐的比热、粘度及密度等关键参数与温度变化的关系,为仿真建模提供参数支持。
  建立了适用于清洗再制造毛坯件的超声熔盐复合清洗设备的三维仿真模型尺寸,为全面客观地反映超声熔盐复合清洗槽内的声场分布,进行了声场评价面的选取。运用Comsol Multiphysics软件对300℃温度场中不同超声振子排布及频率参数条件下的声场分布情况进行了仿真研究,根据得到的仿真结果进行复合清洗参数优化,为实际再制造超声熔盐复合清洗设备的研制提供了理论指导。通过铝箔腐蚀法对比了实际声场与仿真声场分布差异,验证仿真模型的准确性。
  通过与徐工开展合作,初步开发出可用于再制造工业的超声熔盐复合清洗设备,并基于已搭建的超声熔盐复合清洗设备,对复合清洗工艺参数进行优化。利用Minitab实验设计软件进行了中心复合实验,选择四种典型再制造油漆工件(端盖、缸筒、内齿齿圈、液压阀)分别对清洗温度和超声功率两个工艺参数进行优化,设计并完成了清洗周期和清洗力实验,最后得到每种工件各自的清洗周期和清洗力回归方程,并进行最优化分析,计算出最短清洗周期以及最大清洗力对应的清洗温度以及超声功率工艺参数。
[硕士论文] 李建明
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:微纳定位技术是微纳制造、微观成像、纳米压印、硬盘高密度数据存储及光刻等诸多行业的核心共性技术。相关精密工程技术的飞速发展,对微纳定位系统的性能提出了更严苛的要求。由于设计误差、仿真分析中的不确定性和加工制造过程中不可避免的误差,精密定位机构常常无法达到理想的动态特性输出,无法适应复杂环境和不同工况条件下的定位工作。这些不足都限制了精密定位机构的应用范围,因此研究人员引入动态特性可调机构来避免各种误差的影响。微定位平台是精密定位机构的关键核心部件,进行微定位平台的动态特性可调研究将会进一步促进精密定位机构的发展。
  针对动态特性可调的微定位平台的设计与建模,本文做了一些探索性的工作。主要内容为:基于应力刚化原理设计了一种基于桥式机构的动态特性可调的微定位平台;根据柔度矩阵、梁变形理论以及振动理论等建立了该动态平台的放大比模型、输入刚度模型和动力学模型;采用有限元的方法对动态平台的动态特性进行了仿真分析研究。
  本文设计的动态平台运动部分主要包括动态平台调节机构与桥式放大机构。
  在实现微定位平台的动态特性可调的基础上,为保证尽可能大的输出位移和较好的导向性能,本文所设计的动态平台调节机构采用对称布置的柔性板簧导向结构。根据应力刚化原理,当板簧中存在应力时,板簧的刚度将会发生变化,因此改变板簧的内应力可以实现动态平台调节机构的动态特性调节。本文以此建立了动态平台调节机构应力刚化下的输入刚度模型、一阶模态模型,并采用有限元的方法对该模型进行了验证,证明了所建理论模型的有效性。
  为满足高精度的应用需求,本文设计的动态平台采用具有高刚度、高分辨率和高响应速度等优点的压电陶瓷作为驱动元件。但压电陶瓷驱动器的直接输出位移约为自身长度尺寸的千分之一,为了实现较大的输出位移,采用具有高放大比、结构紧凑、易于加工等优点的桥式机构作为位移放大机构,并基于柔度矩阵建立了桥式机构的放大比模型和输入刚度模型,采用有限元的方法对所建立的理论模型进行了验证。
  最后推导了动态平台调节机构作为外负载的整个动态平台的放大比模型、输入刚度模型、一阶模态模型,并采用有限元的方法对动态平台的理论模型进行了验证。理论结果与有限元仿真结果的一致性表明了理论模型的准确性,对以后实际动态可调平台的设计优化具有指导意义。
[硕士论文] 张名扬
机械制造及其自动化 山东大学 2018(学位年度)
摘要:微量进给系统的研究是实现超精密加工技术的重要途径。由于爬行现象的存在,常规的机电传动系统很难实现稳定均匀的微量进给,不能满足现阶段对超精密加工技术的需求。本实验室自主设计研发了一种基于螺母旋转式滚珠丝杠副的新型双驱动微量进给系统,可有效地避免工作台在低速进给运动时,由于电机等机电组件自身的低速爬行现象对系统精度的影响。
  本文以新型双驱动微量进给系统为研究对象,研究了双驱动系统在实际摩擦条件下的低速进给特性,主要研究内容包括:1)分别建立双驱动系统中的各个结合部的有限元模型,通过ANSYS分析双驱动系统的动态特性;2)分析双驱动系统中的运动合成,在考虑摩擦的影响下建立动力学模型,结合各部件及结合部刚度对实际位移的影响,建立双驱动系统框图,考虑实际情况选取相应的摩擦模型对双驱动系统中各摩擦组成进行描述;3)选用差分进化算法作为摩擦参数辨识方法,并对算法进行改进,利用Matlab软件设计仿真对比试验,验证该算法在Stribeck摩擦模型参数辨识上的优良特性;4)通过实验对双驱动微量进给系统的摩擦模型进行参数辨识,根据双驱动系统框图,利用Simulink建立在实际摩擦因素影响下双驱动系统的仿真模型,分析双驱动系统的低速进给特性。
[硕士论文] 张俊勇
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国制造2025的推进,工业上对产品的自动化程度要求日益增高,本文针对零件的自动化测量需求,提出基于双目视觉的在线测量技术。本论文主要包括以下内容:
  在深入研究经典的张正友标定法基础上,针对影响双目摄像机标定精度的关键点展开了细致的分析与讨论,设计了一款基于实心圆点标志引导匹配的平面标定板,并通过实验验证了该标定板相对于传统标定板的优越性,同时提出了一种基于两步RANSAC算法的改进的摄像机标定法,并针对改进的标定方法设计了双目摄像机的标定流程。
  在零件轮廓特征的检测方面,采用Canny算子作为零件轮廓特征的检测工具,并分别从数学推理上以及高斯金字塔两个方面对Canny算子进行了加速优化改进,并针对Canny算子无法同时具备较高的边缘定位精度和噪声抑制能力的缺陷,将边缘聚焦思想与Canny算子相结合,并通过实验验证了该方法的有效性。
  在零件轮廓特征的匹配方面,在研究了常用匹配方法及匹配约束的基础上,设计了一种基于极线阈值约束的灰度相关边缘匹配方法,该方法结合了区域匹配速度较快与特征匹配准确度较高的优点,并通过实验验证了该方法的鲁棒性。
  在对双目视觉测量的关键性技术深入研究的基础上,搭建了一套模拟工业流水线生产的零件多尺寸在线测量系统,设计了双目摄像机及光源的同步外触发电路,最后将本论文在视觉测量各个环节中改进的算法应用到该测量系统中,实验结果表明该在线测量系统具有测量精度较高、重复性误差较小的优点。
[硕士论文] 张美红
机械制造及其自动化 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,气浮导轨由于气膜误差均化作用已被应用于形状误差的检测工作中。以气浮导轨作为误差测量基准,可以提高检测精度。本文为了提高平面度误差的测量精度,围绕气浮导轨误差均化效应展开研究。
  气浮导轨误差均化效应的本质是气浮导轨在通气(气体润滑)和不通气(干摩擦)两种状态下沿着静导轨表面运动的运动误差的比值。为了在完整的二维平面模型下开展气浮导轨误差均化作用研究,本文利用分形插值曲面法对静导轨上表面进行了模拟,并存储了表面形貌高度值的相关信息。然后作者基于三点支撑平衡原理先求出了干摩擦状态下气浮导轨运动轨迹,再利用最小区域法求出其直线度误差或平面度误差。
  为了理论计算气体润滑状态下气浮导轨沿着静导轨运动的运动轨迹,首先,作者依据气体轴承的基本方程(N-S方程)推导出气浮导轨的气体润滑控制方程;基于有限差分法离散控制方程,数值计算后求得理论气膜厚度下气浮导轨的承载力。其次,以上述承载力以及气浮导轨力学平衡方程为基础,计算出气浮导轨沿着静导轨表面运动的运动轨迹曲线或曲面并求出其运动轨迹误差。计算结果表明:气体在实现气浮导轨的误差均化作用时有很明显的效果。最后为了验证理论计算结果的正确性,文中设计了运动误差探究实验方案,测试了两种状态下气浮导轨的运动轨迹,从而计算出实际状态下的误差均化效果。实验结果验证了理论计算结果的正确性与计算方法的可靠性。
  基于理论分析结果,作者设计了一个基于气浮导轨的X-Y二维平面度检测仪。绘制了相关零部件的三维零件图,且对相关组件进行了选型及性能分析。此平台以平面气浮导轨为平面度测量的基准平面、以直线电机以及步进电机为驱动源、以柔性铰链为微调整机构,结构简单,经济,容易实现。为了完善整个平面度误差评定系统,文章最后利用MATLAB编制了基于不同方法的平面度以及直线度评定程序,并且基于MATLAB的GUIDE工具箱完成了误差评定的图形界面,从而形成一个较完整的软件评定系统。
[硕士论文] 张宇
机械电子工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:对于某些微小零件如静压导轨中气浮元器件、半导体晶圆等,都具有平面度精度高、平面尺寸小的特点。当零件的尺寸较小且平面度优于0.5微米时,常规的平晶难以进行定量检测。纳米三坐标测量机、三维轮廓仪等精密测量仪器可以满足微小零件平面度的测量要求,但由于其价格昂贵,对环境要求高,难以工程应用。因此,有必要探索一种便于应用、成本合理的微小零件平面度的精密测量方法。
  本文基于柔性导向机构的优良导向特性,提出了微小零件平面度测量装置的系统方案。该方案由二维共面双复合柔性导向机构作为系统的扫描运动平台,采用一维平行四边形柔性导轨与LVDT传感器相结合作为测头,构成平面度精密测量系统。基于能量守恒原理分析了双复合柔性导向机构的静力学特性,采用有限元方法数值计算了柔性导轨结构不对称、载荷不对称对其导向精度的影响,验证了双复合柔性导轨导向精度的健壮性。完成了微小平面测量系统的设计、加工和试验,分析了系统测量不确定度。
  采用标准平晶作为平面基准进行了初步测试,在20mm×20mm范围内,应用最小二乘法对实验数据进行了平面度评价,获得平面度误差为0.36微米。
[硕士论文] 王世强
机械电子工程 郑州大学 2018(学位年度)
摘要:在现代工业社会中,随着对机器设备精确度的要求越来越高,几何误差的研究也就愈发的重要。其评定方法的准确性和速度直接影响到零件在加工过程中的效率和零件能否满足工作的需要程度。随着科技的发展,我们对生产零件的精确度越来越高,此时如何能够准确而又快速的检测出来零部件的形位误差也就愈发重要。进入21世纪以来,随着对形位误差要求的越来越高,我们发现在上世纪所制定的一些评定误差的行为准则越来越不能满足我们对工作中的需要。此时以计量学为基础的新一代GPS应运而生,它很好的解决了我们在评定误差的时候会遇到的一些问题。本文就是在新一代GPS的基础之上对形位误差中关于位置误差部分进行的一些研究,本论文的核心研究工作主要涉及到:同轴度、垂直度和平行度。
  基于新一代几何量技术规范的基础之上,论文主要针对几何误差检验关键技术的研究主要涉及到以下几个方面:
  (1)基于新一代GPS的数字化基础理论的内容进行了深入的研究学习,分析了关于位置误差部分的检验过程,并对其操作算子的构建进行了规范研究和探讨。
  (2)构建了典型位置误差(平行度、垂直度和同轴度)的操作算子,起操作算子构建主要有基准要素和被测要素操作算子的构建,然后在基准要素的基础上对被测要素进行构建组合。操作算子的构建为实现位置误差数字化检验提供理论支持;论文结合国标对新增标识符号进行了诠释和应用说明。
  (3)针对基准要素和被测要素的拟合操作,结合新一代GPS的规定,论文对基准的构建给出了最小区域法数学模型,同时分别给出最小二乘法及最小区域法数学模型,最后用最小包容区域法对基准要素和被测要素进行了组合构建。
  (4)对位置误差评定优化算法进行了研究,提出了单纯形增量算法和投影迭代算法,分别探讨了两种算法适应性,并通过仿真和实测表明新算法可以有效提高求解效率。
  (5)完成了典型位置误差评定的软件设计,并通过实例应用验证了操作算子及构建模型的正确性和可行性。
  论文旨在研究位置误差数字化检验关键技术的研究,其目的是为关于几何误差检验提供一套系统、标准、统一的检验系统。本系统是在新一代几何量技术规范的基础之上进行的研究,它涉及到关于形位误差的数据处理、滤波方法等多种内容,是一套比较完整的检验系统。本系统为其他数字误差检验仪器的研究提供了软件基础以及技术支撑等工作。
  论文所研究的关于位置误差研究技术,它既可以作为新一代GPS下对形位误差中关于位置误差的配套应用工具使用,也可以作为单独的一个误差分析内容来单独的使用。论文中关于一些优化方法的研究也可以为后面学者研究提供一个基础和参考,所涉及到的位置误差检验工作在零件的制造、设计的过程中有着十分重要的作用,前景十分广阔。
[硕士论文] 马琳
机械制造及其自动化 郑州大学 2018(学位年度)
摘要:机械零部件的寿命问题是限制机械行业发展的关键因素,机加工后的表面形貌很大程度上影响着零部件的疲劳寿命。表面形貌中的波谷与广义的缺口类似,在循环载荷作用下这些波谷处不可避免地要因为应力集中,成为零件的薄弱环节和断裂源,因此研究零部件表面形貌的应力集中非常必要。相比应力集中系数,应力梯度是另一个重要参数。本文对二维随机表面形貌应力集中系数和应力梯度的计算方法及疲劳演化进行研究,主要工作如下:
  (1)理论推导二维随机表面应力集中系数和应力梯度解析解:a.运用傅里叶级数对二维随机表面形貌进行重构,建立精确的滤波条件,重构表面与测量表面相对误差小于1%;b.基于轻微扰动平面应力场解析解,得到二维随机表面应力集中系数和应力梯度解析解,并利用有限元方法验证解析解的正确性;c.提取表面形貌谷底处的应力集中系数及应力梯度,将整个表面连续的应力集中系数及应力梯度转化为波谷处的离散值,并视为二维随机变量,得到二维联合分布函数;d.计算非均匀载荷下余弦表面的应力集中系数和应力梯度。发现均匀载荷的应力集中系数解析解仍然适用,但应力梯度则增加了非均匀载荷的梯度部分,为计算真实零件复杂服役状态的应力集中系数和应力梯度奠定基础。
  (2)借助单晶材料没有晶界、微结构均匀的独特优势,本文对镍基单晶进行正弦加载应力比R=0.1的疲劳试验。每循环一定周次后测量试样的表面形貌,探究在疲劳过程中表面形貌的演化规律,得到如下结论:a.随着疲劳周次的增加,表面形貌发生变化,在较高应力水平下,波峰越来越高,波谷越来越深;在较低应力水平下,波峰仍随疲劳周次呈正相关关系,但波谷几乎不变;b.粗糙度Ra也随着疲劳过程逐渐增大,表面变得粗糙;c.应力集中系数和应力梯度均随疲劳过程逐渐增大,意味着应力集中越来越严重,直至试样断裂。
[硕士论文] 姜东
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:混流装配线可实现多品种小批量产品生产,在制造企业中的应用已经非常普及。然而,目前大部分研究聚焦于混流装配线平衡或排序问题,忽视了平衡和排序之间的耦合关系,无法实现平衡方案与排序方案整体最优。混装平衡与排序的协同优化是组合优化中的强NP-hard问题,针对该问题研究有效的求解方法,具有重要的理论意义和应用价值。为此,本文做如下工作的探究:
  分析混流装配线平衡与排序协同优化问题,考虑实际生产中的各类约束和生产目标,采用混合整数线性规划方法对该问题进行建模。
  利用基因表达式编程提取混流装配线平衡排序规则。分析平衡排序问题特征,提炼候选操作操作时间、直接后续操作数、所有后序操作数、待排序模型产品需求和待排序模型工位负载五个启发式因素。在规则提取的过程中,分别设计平衡与排序基因表达式、基因表达式编码、后序遍历树解码、平衡排序方案的表达、适应度评价指标和进化操作,有效的提取平衡排序规则。
  提出融合规则的多目标模拟退火算法,完成平衡和排序协同优化问题的求解。在初始化中,使用启发式规则生成平衡方案和排序方案,提高初始解集的代表性;在邻域搜索中,提出两种局部搜索算子,不断优化当前解;在接受策略中,加入多样性选择机制和重启机制,使算法跳出局部最优,最终达到全局最优。
  对混流装配线标杆案例进行求解和分析。为检验不同启发式方法的性能,设计不同启发式方法对比实验,通过统计分析方法ANOVA对实验结果进行性能分析。同时,以世代距离、分布均匀性、非支配率、最大延展率四个评价指标对多目标模拟退火算法与经典算法NSGA-Ⅱ、多目标ABC算法进行比较,标杆案例计算结果表明,融合规则的多目标模拟退火算法在收敛性、分布性和延展性方面,优于两种对比算法。为将算法推向实际应用,设计规则提取系统和用户界面。
[硕士论文] 贾全超
控制科学与工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业制造领域自动化的全面普及和信息化的快速发展,工业制造领域的各个环节时刻都在产生着大量的数据,通过这些信息能够分析设备状态,产品质量等方面的问题。但是由于工业生产环境存在很多影响因素影响着工业数据的质量,其中噪声数据问题和数据不平衡问题普遍存在且严重影响着数据分析结果的可靠性。
  对于噪声数据问题,本文根据实验数据中的噪声特点,提出了针对此类噪声的预处理方法,该方法能够准确高效地对数据中的随机噪声和拧紧工艺产生的噪声进行消噪,从而极大提升了样本数据的质量,另外,对数据的主体部分实现了对齐,方便了后续的数据分析。
  对于不平衡数据问题,一般从数据层面和算法层面进行研究。本文对传统的SMOTE过采样方法进行改进,基于DBSCAN聚类思想,在对类内不平衡样本进行过采样时,克服了传统SMOTE方法容易改变样本空间分布特性的缺点,同时,改进的方法能够对价值较高的孤立样本进行数据合成,从而保留了更多的样本特征。
  在样本特征提取和分类方面,本文运用PCA降维得到维度较低的数据集,通过提升树算法训练得到样本分类器,从而实现了针对不平衡数据集的螺栓拧紧工艺异常检测模型。最后,本文利用螺栓拧紧的实际生产数据对检测模型进行了有效性的验证和仿真实验,并对该模型的实时化应用进行了研究。
[硕士论文] 王善涛
机械产品数字化设计 山东大学 2018(学位年度)
摘要:螺杆作为一类重要的零部件,其应用非常广泛。由于螺杆的造型复杂多变,其设计和制造较为困难。CAD/CAM技术的广泛使用提高了螺杆的设计和制造效率。但许多CAD/CAM软件的通用性较强、专业针对性较差。因此,为进一步提高螺杆的设计和加工制造效率,本文对与螺杆CAD/CAM技术展开研究,面向内旋风包络铣削加工工艺,开发了一个以UG NX8.0软件为平台,结合visual studio2010和matlab软件,以C#为编程语言,基于NX Open开发工具的CAD/CAM系统。与此同时,本文还研究了截面包络法加工螺杆时的原理误差并建立了误差值预估模型。
  在对螺杆模型进行分析的基础上,本文从螺杆三维模型的参数化设计和基于参数化程序的螺杆设计两个方面实现了螺杆三维模型的参数化设计。根据螺杆造型和实际情况,造型复杂的螺杆倾向于采用前者进行设计创建,造型简单的螺杆则更多采用后者进行设计创建。
  本文建立了内旋风包络铣削加工螺杆时的刀尖圆弧回转曲面和螺旋曲面的数学模型,基于空间包络条件确定了求解刀具轨迹的方程组。多次试图求解后发现该方程组无解。根据本次建立的螺杆和刀盘模型,从空间包络的角度求解刀具轨迹不可行。因此,本文采用旋风铣削工艺中常见的截面包络法对螺杆进行加工并求解刀具路径。介绍了截面包络法的基本原理,开发了刀具轨迹求解模块,实现了截面包络法加工螺杆时刀位点的快速求解。为快速了解螺杆信息和提取相关参数,开发了关于螺杆模型的特征参数读取模块。基于求出的刀位点坐标,以UG为平台设计了仿真加工模块以模拟演示加工过程和验证刀位点的正确性。同时开发了针对特定数控加工系统的后置处理模块,可快速将刀位点坐标转换为数控机床直接识别的数控代码,提高制造效率。
  最后,本文分析了截面包络法加工螺杆时原理误差的产生机理并对该误差进行了表征。在此基础上提出了一种较为精确的误差值估算方法并分析了加工不同样式螺旋槽轴向截线的螺杆时误差及相关参数的分布规律。该方法可以预知截面包络法铣削加工螺杆时的误差值大小,进而采取一定的补偿措施保证螺杆的加工质量。
[硕士论文] 吕岩
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:再制造是目前制造业中高价值机电产品循环利用的最佳方式,再制造研究对中国可持续发展战略有着十分重要的意义,但传统再制造工程中再制造毛坯数量与质量的不确定性阻碍了再制造工程的进一步工业化发展。本文针对再制造毛坯状况的不确定性和复杂性,阐释了主动再制造的核心理念,从产品设计角度出发,以设计需求为目标,以结构相似性为基础,提出基于结构-服役相似性分析的主动再制造优化设计方法。
  首先,阐释主动再制造的基本理论与概念,提出主动再制造设计框架,着重介绍主动再制造时域的内涵与时域匹配原则,结合产品性能退化曲线分析了产品服役-再制造过程性能演化过程。提出产品关键零部件的划分与提取原则,基于时域与性能分析将主动再制造时域需求转换为性能需求,提出优化设计的目标函数,提取并量化主动再制造的设计需求;其次,提出应力集中结构理论,基于相似性理论等建立相似结构与结构相似度的概念,通过对机械零部件的失效形式与性能分析建立服役相似度的概念。基于支持向量机方法原理,分析并量化设计参数与服役性能的映射关系,提出结构-服役相似映射函数,构建基于相似性分析的相似映射模型;最后,提出基于相似映射模型的优化设计方法,详细阐述具体的设计流程,而后以发动机产品为例,分别建立其关键零部件曲轴与连杆的相似映射模型,根据发动机的主动再制造设计需求对曲轴与连杆进行优化设计,验证了该方法的可行性与有效性。
  结果表明,通过基于相似性分析的主动再制造优化设计方法,可以对发动机关键件的再制造时域进行主动调整,满足主动再制造的时域目标,实现发动机的再制造时域匹配,降低再制造过程的不确定性,进一步提升再制造的经济性、环境性、技术性。
[硕士论文] 陈长春
仪器仪表工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:光谱共焦测量技术是以波长承载位移信息的测量技术,在精密制造加工领域有着很好的发展前景。这其中最核心的部分就是光学色散系统和光谱的信号处理部分,它的好坏将直接对最终测量结果的精度以及分辨率产生比较重要的结果。在测量系统中,采用了光线耦合技术,使得LED的白色光源在经过准直透镜后进入到色散透镜当中,实现在轴上的不同位置不同波长的光的聚焦,在被测物体的表面,被反射回来的某一单色光在到达光谱分析系统的时候,相关信息被系统所采集。由于一个波长有一个指定的对对应距离值,所以在经过峰值识别之后是可以完成位移值的推算的。论文主要工作如下:
  1、采用宽光谱的光纤光源(LED白光),由光纤导入聚焦透镜新系统。基于光学色像差聚焦系统设计。利用Zemax软件在对该设计进行模拟分析;中心波长为550nm。对不同平行光照射下的透镜聚焦情况进行模拟,对优化目标以及相关的操作指数例如焦距或者球差等进行优化,达到提升设计的性能的目的,为设计的可行性提供分析依据。
  2、设计基于高密度光栅的集成化光谱检测系统,采用反射光栅进行分光,采用一维CCD进行光谱识别,本次设计建立在FPGA全硬件型号处理的基础之上,并且使用了小波去声算法对探测信号的信噪比进行了优化,从而实现光谱信号的高速高精度处理。
  3、建立一个连续型的传感器误差模型,误差补偿程序和信号解调运算复杂,大量的数据运算与实时性要求需采用高MIPS的FPGA芯片进行数据处理,研究高速数据处理和数据融合技术,编制高速信号解调和误差插补软件烧录在FPGA芯片中,满足实时为满足高精度、高速度的测量要求。
  4、系统测试平台的搭建与测量,整个标定系统拟放置在恒温的中心实验室,减少温度变化对系统测量精度的影响,对本项目系统标定,分为系统分辨率标定、系统精度测试标定与系统动态性能标定。系统分辨率标定利用高精度定位平台提供具有高分辨率的微位移来测试研发传感器分辨率。系统动态性能标定,基于振动工作台进行动态性能测试,采用测量结果与激光干涉仪比对,分析测试结果。
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