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[博士论文] 陈光
光学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:科学技术的飞速发展对材料及结构件在载荷作用下的应变测量与监测方法要求越来越高。常用的应变测量与监测方法是以电阻应变计和振弦式应变计为代表的电测法,具有测量误差小、范围大的特点,但是它们存在传感器成活率不高、抗电磁干扰性差、钢弦丝长期处于张紧状态导致的蠕变现象十分严重等问题,难以实现设备长期、持续和在线监测。
  针对上述问题,本文以光学手段为基础,利用全场应变光学测量的数字散斑相关方法和点式应变光学监测的光纤光栅传感技术,研究和解决结构表面应力、应变和位移等力学信号的测量与长期监测问题。其中基于数字散斑相关方法的应变测量是通过对亚像素位移场的数学计算获得,其精度和速度的影响主要来自于位移场,因此有必要进一步完善亚像素位移场搜索算法。光纤光栅应变传感技术应用于长期监测时,被测基体与光纤之间通过中间层连接,由于中间层的剪切变形,导致光纤光栅测量应变与基体结构应变不同,因此需要准确获得光纤光栅应变与基体结构应变的关系,以提高应变的测量精度。
  因此,本文围绕上述内容的主要工作和创新点如下:
  1、改进了二元二次曲面拟合方法的亚像素位移搜索算法,利用模拟散斑图像,对改进后方法和现有方法进行对比分析,结果表明,减小了均值误差,提高了测量精度。
  2、针对亚像素位移测量方法中工程实践应用较好的梯度法的精度和速度优化问题,提出了粒子群和梯度法相结合的亚像素位移搜索算法。通过粒子群优化算法的全局搜索得出整像素初值,然后利用梯度算子进行亚像素位移搜索。利用模拟散斑图像和试件验证表明,粒子群优化算法和梯度法结合的亚像素位移搜索算法在计算精度、抗噪性能及计算效率方面均得到了明显提高。
  3、在不破坏管道表面力学性能的情况下,进行高温蠕变应变在线准确测量一直是一个测量难题。为此,本文提出并研制了利用二维数字散斑相关方法的在役高温管道的应变测量系统。在实验室利用拉伸试件对喷漆散斑场、焊接散斑场和电阻应变片进行对比,结果表明,三者具有良好的一致性。在现场主蒸汽管道上通过热膨胀系数测量的试验表明,该系统能用于高温管道应变的测量与监测,满足了工程实际需求。
  4、端接光纤光栅应变传感器具有无多峰、栅区不直接受力和各点受力相等等优点,在基片式和夹持式等传感器封装中得到广泛应用,由于粘接层的剪切变形,导致光纤光栅测量应变与基体结构应变不同,需要准确获得光纤光栅应变与基体结构应变的函数关系,以提高应变的测量精度。论文针对端接光纤光栅传感器应变损耗问题,基于剪滞理论推导了表面粘贴式端接光纤光栅应变传递方程,建立光纤光栅和基体之间的平均应变传递模型,给出粘接层和基体的物理特性参数对平均应变传递率的影响规律,并进行有限元和实验验证,揭示了提出模型的有效性和相比现有方法在测量精度方面的优越性。
[硕士论文] 王诗雅
机械制造工业工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:在复杂机械装置的整个生命周期中,公差的设计与控制可直接影响其成本、性能和质量。随着科技的发展和消费者对产品要求的提高,企业亟需在产品设计、制造、装配和工作的各个阶段减少成本和缩短研发周期以提高自身竞争力。公差分析的目的是研究尺寸和几何公差对产品装配功能要求的影响,它是公差优化的基础,公差优化是为了得到更合理的公差设计方案。公差分析及优化是提高生产产品的质量、降低成本的重要手段。因此,在产品设计初始阶段分析设计公差的合理性并进行优化具有重要的工程意义。
  在现代机械装备中,一些零件处于高温和载荷共同作用的工作环境,在运行中不可避免地产生变形偏差,且连接副间隙的存在会导致零件间配合位置产生偏差。运转工况下,温度和载荷共同作用下零件的热力耦合变形偏差以及连接副间隙导致的零件间配合位置偏差,随着机械运转时间而变化,即时序变动偏差,会导致机械装置装配体累积偏差发生变化,直接影响产品的工作性能。随着对机械装备性能要求的提高,考虑以上偏差的公差分析及优化越来越值得进行研究。然而,现有的公差分析及优化方法较少考虑运转工况下偏差的时序变动。本文在现有公差分析及优化研究方法的基础上,引入时序变动偏差的概念,提出基于时序变动偏差的公差分析及优化方法。研究内容如下:
  (1)建立考虑热力耦合变形偏差的公差分析法。首先,根据热力耦合原理,利用有限元软件计算温度和载荷共同作用下零件的热力耦合变形偏差。然后,基于向量环原理,将变形偏差集成到装配体向量环模型中,建立考虑热力耦合变形偏差的公差分析数学模型。最后,采用蒙特卡罗法求解公差分析数学模型,分析热力耦合变形偏差对装配体关键尺寸的影响。为后续基于时序变动偏差的曲柄滑块机构的公差分析及优化中,考虑曲柄的时序变动的热力耦合变形偏差的研究奠定了理论基础。
  (2)分析连接间隙对机构运动精度的影响。首先,对连接间隙引起的配合位置偏差进行数学描述并判断连接间隙间的有效碰撞。然后,利用多体动力学原理建立考虑连接间隙的曲柄滑块机构的动力学模型,仿真分析连接间隙对产品性能的影响,为后续时序变动的配合位置偏差的求解奠定了基础。
  (3)基于时序变动偏差的曲柄滑块机构的公差分析及优化。在上述研究内容的基础上,首先以曲柄滑块为例,将时序变动偏差,即曲轴的变形偏差、曲轴与连杆间的连接副间隙引起的配合位置偏差,集成到公差分析数学模型中。然后,利用蒙特卡罗法求解发现,时序变动偏差会导致关键尺寸分布的偏移,且不同时刻偏移量不同。这表明静态下的公差分析不能准确预测产品实际工作性能,同时也验证了本课题研究的重要意义。最后,为了在零件制造精度提高的同时,减少零件精度的变化对成本的影响,引入了公差敏感度这一评判指标。建立同时使总成本、成本-公差敏感度最小的多目标优化函数,且将时序变动偏差考虑进公差优化装配功能要求的约束方程中,建立考虑时序变动偏差的公差优化数学模型,将优化结果与原始数据对比,验证了本文提出的方法的精确有效性。
[硕士论文] 马孝江
机械电子工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:CNC齿轮测量中心控制器是齿轮测量中心的核心,控制器功能和性能的技术水平决定了整个齿轮测量中心的技术水平。随着齿轮测量中心技术的不断发展,也要求其控制器不断升级和发展。因此研制一种新型的集成控制器对齿轮测量中心发展具有重要意义。
  本课题研制了一种总线独立于计算机总线系统之外的、功能增强的、与计算机以太网通信的专用集成控制器。其具有集成度高、对上位机依赖低、实现网络化、具有智能性、方便二次开发、与上位机测量应用程序接口兼容、与原来的硬件接口兼容等特点。
  本课题的主要工作包括硬件和软件两部分。在硬件部分主要研究了控制器集成度的提高和总线升级优化。使用高性能的集成芯片FPGA提高了集成度,并优化了各个模块之间总线;在软件部分采用嵌入式处理器ARM9为软件控制核心。上下位机功能进行了重新分配,使原来以计算机为控制中心的系统变成了以控制器为中心的系统。测量控制的核心下移到控制器中,该控制器实现了对硬件进行独立操作,对测量过程中的状态进行判断分析,完成后将测量结果报告给上位机,减少了通信次数。由于底层开发工作量很大,本课题为后续软件开发提高了底层软件开发平台。
  本课题完成了控制器硬件和软件的设计,并进行了通信实验验证,实现了硬件集成软件结构设计思想。
[硕士论文] 杨朔
机械工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:齿轮齿距偏差是评定齿轮传动性能的重要指标之一,在齿轮精度等级标准中齿距偏差是齿轮精度的必检项目之一。齿轮齿距偏差测量可分为绝对测量法和相对测量法,目前国内外对于常规齿轮一般采取绝对测量法,但随着被测齿轮模数和直径的增大,绝对测量法的分度误差也随之增大,导致测量精度下降,因此一般认为大型齿轮齿距偏差测量时,采用相对测量法。基于绝对测量法和相对测量法的研究,国内外都分别进行深入的定性分析研究,但对于同一测量设备进行定量地对比分析研究,尚未开展过。因此,开展绝对法和相对法测量精度的对比研究,显得尤为重要。本文基于CNC齿轮测量中心,对现有实验平台进行了改造,实现了齿轮齿距偏差的绝对法和相对法同步测量,开展了渐开线直齿圆柱齿轮齿距绝对测量法和相对测量法的对比测量实验研究。本文的主要研究内容如下:
  (1)通过分析齿轮齿距偏差的绝对测量法和相对测量法的测量原理,基于CNC齿轮测量中心给出了绝对法和相对法的偏差计算公式,结合现有CNC齿轮测量中心现有的结构,确定了对比实验平台的改造方案。
  (2)根据对比实验平台的改造方案,分别进行了机械、电气结构的改造。通过实验,对电气结构的测头系统的线性度以及测头噪声进行了检测,证明改造后的机械和电气结构的指标可以满足齿距偏差两种方法的对比实验测量的要求。
  (3)基于Visual C++6.0对CNC测量中心测量系统的软件结构进行了修改,通过修改程序中的测量采样动作和误差计算公式,能够实现绝对法和相对法的同步测量,实现了数据的准确采集与分析处理。
  (4)对标准渐开线直齿圆柱齿轮采用两种不同的测量方法,在同一台CNC齿轮测量中心,并在同样机械、电气的精度条件下进行了多次重复测量,从而计算出各自单个齿距偏差、齿距累积总偏差的测量不确定度,对测量结果进行了定量对比分析。
[博士论文] 楼盈天
机械工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:直线度是表征各类高端装备中精密导轨或运动平台性能的重要几何参数,直线度的高精度测量是保证高端装备整体性能的先决条件。直线度测量技术属测试计量技术领域重要研究课题,可以用于超精密加工、微电子制造、微机电系统(MEMS)等领域的直线度误差检测与校准。随着中国供给侧结构性改革的不断深化,“加快发展先进制造业,加快建设制造业强国”制造业发展战略路线的不断推进,愈加突显测量仪器的作用与地位。然而,中国在新型精密测量技术及仪器领域与欧美日等工业发达国家之间存在差距。
  本论文从国家对高端装备制造业需求出发,开展新型直线度与位移同时测量技术研究,提出了激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量方法,利用非线性更具优势的激光单频干涉技术实现了高精度测量,建立直线度、位移以及转动误差六自由度参数同时测量数学模型,充分利用激光单频干涉技术高精度测量优点实现了4个自由度参数测量,依据直线度、位移以及转动误差耦合关系,实现了直线度及位移测量结果的补偿。论文详细研究了激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量的方法及测量系统研制的相关技术。论文主要的研究工作和创新点如下:
  1、从直线度及位移测量的实际实现方法出发,深入分析直线度及位移测量模型,从“共光路”结构与空气折射率影响方面进行光路分析与优化,提出了一种激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量方法,通过激光单频偏振干涉技术解调两测量光束的位移信息,解决了直线度误差及其位置信息同时获取的技术问题,并利用其非线性优势实现了高精度测量。
  2、在激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量光路的基础上,提出了一种直线度、位移以及转动误差六自由度参数同时测量方法,采用基于单频干涉条纹图分析的二维小角度测量方法检测俯仰角与偏摆角误差,结合准直测量方法检测滚转角与水平直线度误差,实现了六自由度参数同时测量;建立了直线度、位移及转动误差的六自由度参数同时测量数学模型,结合测量光束渥拉斯顿棱镜内部光程分析,实现了对直线度及位移测量结果的准确补偿。
  3、提出了一种基于信号修正的激光单频偏振干涉信号处理方法,设计预处理、前置处理和相位延迟修正用于干涉信号修正,消除了直流偏置、振幅不一致以及相位非正交产生的相位测量影响,设计CORDIC小数计数方法,结合双路信号整数计数方法,实现了高精度的相位检测;提出了以中值滤波器、二值化、分离条纹、条纹直线拟合以及直线间距计算算法为核心的干涉条纹图像处理方法,实现了基于LabVIEW的干涉条纹图像处理程序;分析了四象限探测器差分电流信号与光斑位置坐标关系,对用于归一化坐标与实际坐标之间转换参数κ进行推导与仿真分析;最后给出了信号处理系统配套设计的软件系统,并对各个功能模块进行了说明。
  4、建立了激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量非线性误差分析模型,理论研究和仿真分析了激光偏振态椭偏化、渥拉斯顿棱镜安装误差、直角反射棱镜偏摆角误差、四分之一波片安装误差以及偏振分光棱镜安装误差对直线度及位移测量影响;利用空气折射率间接测量方法(PTF法)实现了激光波长的修正,设计了测量装置环境扰动抑制方案,降低了外界环境干扰对实验测量的影响;结合最小二乘法与满足最小包容区域法的优点,提出了基于最小二乘法与二分搜索法的直线度误差评定方法。
  5、构建了激光单频偏振干涉直线度及位移同时测量与运动误差检测系统,分别进行可行性验证实验、综合性能验证实验与应用性验证实验。可行性验证实验结果表明研制的测量系统三次重复性六自由度参数同时测量结果趋势一致,且均符合被测导轨自身的规格参数;综合性能验证实验中俯仰角、偏摆角、水平直线度、垂直直线度误差以及位移测量数据与英国Renishaw公司XL80干涉仪测量数据比对,标准偏差分别为0.353arcsec、0.414arcsec、0.882μm、0.398μm和0.320μm,滚转角误差测量与青岛前哨精密仪器有限公司的WLll型数字水平仪测量数据比对,标准差为0.839arcsec,实验结果显示研制的测量系统测量数据与比对测量数据具有较好的一致性;应用性验证实验进行了VM1000型数控机床Y轴导轨直线度校准检测实验,检测结果表明研制的测量系统可应用于实地数控机床直线度校准检测。
[硕士论文] 刘凯
仪器仪表工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:在转轴回转系统中,受转轴加工工艺和装配技术等因素的影响,实际回转轴线的位置与理想轴线发生偏离,导致转轴出现回转误差。其中,转轴沿轴截面径向的跳动会产生径向误差,通过对径向误差的检测和分析,可以对其进行控制和补偿,在生产中有很重要的意义。目前对转轴径向误差检测的研究已经取得了很多成果,但是还存在诸多要改进的地方。
  针对轴径为几十上百毫米的转轴回转时径向误差检测的问题,本文提出基于电容传感器的差动法检测转轴径向误差的方法,并研制了基于运算放大器的电容式间隙传感器,搭建简易的实验装置,对转轴的径向误差进行实时检测。
  本文对转轴径向误差检测的研究主要从以下几个方面进行:(1)研制了基于运算放大器式的电容传感器,设计并制作了包括载波发生电路、运算放大器式的电容调幅电路、精密检波电路和滤波电路等在内信号传感器信号调理电路,并制作了基于印刷电路板技术的传感器测头,该测头成本低廉、制作方便,且能满足实验要求;(2)在了解国内外转轴径向误差检测技术的基础上,采用差动法对其进行测量,并对该方法的原理进行分析;(3)搭建实验装置,验证自制测头的性能和信号调理电路的性能,并用电容差动法对转轴径向误差进行检测;(4)对影响转轴径向误差的主要因素进行分析,并提出改进建议。
  经过实验验证,传感器分辨率可以达到微米级,可以得到转轴回转时径向误差的变化趋势及其最大径向误差值(70μm左右),对径向误差的控制和补偿具有一定的指导意义。
[硕士论文] 路翼畅
测试计量技术及仪器 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:精密球铰链是一种能实现三自由度回转运动的机械关节,具有运动灵活、结构紧凑、承载能力大等优点,广泛应用于机器人、并联机构、汽车零部件以及医疗器械等领域,但在其被动运动中转角信息和间隙误差无法实时获知。若能实时获知球铰链空间回转角度以及间隙误差,对提高后续机械控制的精度有着重要的意义。在前期研究的基础上,课题组提出一种可实时检测空间回转角度和间隙值的嵌入式智能球铰链。
  本文针对已建立的智能球铰链精度不高以及间隙无法自动获取等问题,主要完成以下工作:建立了球铰链间隙与球头三轴偏心关系的数学模型,构建了一种测量球铰链回转间隙以及球头偏心位移的点电容模型;基于点电容模型的思想,采用电涡流传感器搭建实验平台,设计体积更小的新型球铰链样机,利用气动装置控制轴向载荷,以电感传感器为基准,测量获取球铰链回转的间隙值,从而计算不同转角和轴向拉压力下三轴偏心情况;设计并研制新型球铰链转角误差测量装置,使得对己研制的第一台球铰链样机的误差测量有了更高的精度水平;结合等效磁荷模型和智能球铰链空间旋转定位的思想,提出一种基于磁效应的空间位置检测装置及检测方法,实现无导轨、无标尺的简单测量。
  基于电涡流传感器的球铰链间隙测量实验结果表明,该实验方案能有效测量球头与球窝之间的三轴相对偏心分量,且可以获知不同转角、不同载荷下的三轴偏心量。大量实验数据表明,转角变化对于球铰链偏心的影响大于载荷力变化所带来的影响。间隙测量装置分辨力可达到0.05μm,且电涡流传感器测间隙方法的可靠性高于电感传感器,适用于球铰链,万向铰链等间隙偏心的测量。新的转角误差测量装置实验结果表明,α角度在±5°范围内,β角度在±20°范围内,α角平均误差为3.4',β角平均误差为9.6'。与前期研究成果相比,转角测量精度有了进一步提升。
[硕士论文] 陶婷婷
仪器仪表工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:大型轴类零件是众多生产制造设备上应用广泛的一类圆柱构件,其形状误差包括圆柱度等直接被复制到制成品上,引起制成品表面质量瑕疵,因此大型圆柱表面形状误差的测量精度标志着国家重大装备制造业的技术水平、创新能力和产品的国际竞争力。论文基于实现大型圆柱廓形在线测量和重构的新技术——并行误差分离技术,研究其验证设备测控系统中的运动控制和同步数据采集控制等一些关键问题,对于保障验证实验的顺利进行、完善并行误差分离技术起着重要作用。
  本文从并行误差分离技术测量原理入手,基于测量系统机械结构工作原理,规划了信息系统总体框架,提炼了信息系统各模块的主要工作,选择所使用的运动控制卡、数据采集卡、角编码器以及传感器等核心器件,组建完成了测控信息系统;详细给出板卡之间的线路连接和具体使用板卡的功能及其工作原理;利用运动控制卡的回归原点功能函数和角编码器的零位机械信号实现了回转运动定位和直线移动定位控制。利用运动控制卡在线性比较触发功能,通过外部触发控制实现了多传感器同步圆周均匀数据采集控制和零位显示;鉴于单周多路同步数据采集的数据量超出了数据采集卡的存储能力,采用基于事件的分段同步采集控制策略实现多路数据的同步采集和存储。基于Visual Studio2010,开发了测控软件,应用Windows的多任务机制,实现了顺序运动控制和数据采集控制及其数据存储功能,使得测量过程中全面自动化,排除人为干扰,保障了验证设备的测量效率和测量精度。
  软件通过实际运行,证明完成了验证实验需要的运动控制和数据采集功能,通过对数据采集结果的分析证明了软件正确实现了整周的五通道均匀数据采集,该软件已投入验证实验,证明软件全面胜任验证实验的要求。
[硕士论文] 吴旭东
控制工程 苏州大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着工业自动化和视觉检测技术的迅速发展,影像测量和激光测量已普遍应用在实际的成产中。非接触式测量可以克服测量环境的影响,实现对工件的高精度测量。面对市场上测量仪功能单一、测量效率不高的现象,本文所研制的测量设备集影像测量技术、线激光三维测量技术、接触式测量技术和全局标定技术等于一身,可实现多个测量工站、多传感器的在线转盘式全尺寸测量系统。
  本文的主要研究内容如下:
  1)论述了国内外接触式测量和非接触式测量的相关设备,详细陈述了非接触式测量的方法。最后对3C行业尺寸相关测量仪做出对比,由于此类设备功能比较单一、产能不高、占地面积大,因此研制一套在线式高速高精度的全尺寸测量系统。
  2)对测量尺寸的需求做出详细分析,根据测量原理和测量效率设计出转盘式设备架构和相应的测量工站。通过对相机、镜头、图像采集卡、线激光传感器、接触式位移传感器以及直线电机等硬件进行分析对比,确定测量元器件选型,并对光机电系统中的各个测量工站进行设计,从而实现了整机光机电系统的硬件研制。
  3)对系统进行标定,包括相机标定、PPG标定、线激光精度标定、实物仿形标定以及全局标定,实现了各测量工站的精度标定,同时将多传感器坐标系的融合,统一到同一世界坐标系中进行测量。
  4)针对各个尺寸的测量提出了相应的测量原理与计算方法。采用影像测量方法实现二维平面尺寸的测量,使用接触式位移传感器实现厚度尺寸的测量,采用线激光扫描实现台阶尺寸、轮廓度、平面度的测量,同时针对上述的形位公差尺寸给出各自的计算方法。研究了滤波算法、边缘检测算法、最小二乘算法、点云数据的预处理、点云拼接以及曲面重构等相关技术,实现了光机电系统中不同测量工站的相关尺寸测量。
  5)对本文设计的测量设备进行测量系统评价,主要在GRR(重复性和再现性)、偏倚、线性度以及相关性分析等几个方向展开实验,测量结果与评判原则进行对比,结果表明该在线测量系统满足要求。
[博士论文] 王福全
机械电子工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:微纳CT技术是以图像形式、直观地展现被检测对象内部的三维结构、缺陷信息,不受检测对象材质、结构的限制。凭借其超高的图像分辨能力在航空、航天、国防、军工、材料、汽车、微电子、生物医学等领域得到越来越广泛的应用。
  精密转台是CT设备中重要部件之一,更是微纳CT系统中实现被检测对象空间精确定位关键设备。低速稳定运行、高精度技术指标、回转精度检测与误差分离方法以及分度误差校正技术是超精密转台研究热点。
  课题由国家重大科学仪器设备开发专项(NO:2013YQ030629)资助,研究超精密转台关键技术,解决微纳CT系统被检测对象空间精确定位问题。主要内容如下:
  研究了微纳CT系统基于电子束直线CT扫描方法。重点分析了微纳CT系统对超精密转台各项性能指标的需求。通过分析,量化的提出了满足微纳CT系统检测需求的超精密转台主要技术指标。
  从基本方程入手,研究了气体润滑基本理论、静压空气轴承理论。对静压空气轴承的稳定性进行了分析,推导了稳定性判据。重点研究了提高静压空气轴承回转精度的方法。在研究的基础上设计了精密静压空气轴承。通过ANSYS,在不同供气压力、不同气膜厚度以及不同数量供气孔下,对静压空气止推轴承的静承载能力、静刚度和气体质量流量进行了仿真分析。研究并优化设计制造了精密静压空气轴承,装配调试了超精密转台。
  重点研究了超精密转台径向跳动检测及误差分离技术。以最小成本为前提,提出一种单测头三点两次转位径向跳动检测与误差分离技术。通过仿真,该方法可将随机产生的误差分离。该方法融合了反向法和多步法的特点,使结果比单次反向法更为准确,比两次反向法节约了准备和检测时间。成本低,简单易行。在搭建的试验平台上对研制的超精密转台进行了试验,并与反向法进行了对比。试验结果表明:提出的单测头三点两次转位径向跳动检测与误差分离技术,检测并分离出的径向跳动误差为67nm。与反向法检测结果50nm相比较,更能反应超精密转台真实的径向跳动误差。能够更有效的评定超精密转台径向跳动精度。
  重点研究了分度误差校正技术。结合稀疏分解思想与谐波分析建立分度误差补偿模型,提出了基于稀疏分解的分度误差校正方法。在处理分度误差数据过程中,该方法能够在过滤掉信号中的噪声,获得较为准确的谐波分量。通过分解得到谐波分量拟合成误差补偿函数,并对分度误差进行补偿。在搭建的试验平台上对所提方法进行验证,并与谐波分析法校正技术进行对比。实验结果表明:提出的基于稀疏分解的分度误差校正技术,采用单读数头进行数据采集,在不增加成本的情况下,对转台的分度误差进行补偿,可大幅度提高转台的测角精度。对分度误差最大值为90.85"的转台进行误差补偿后,测角误差可减小到0.64"。比谐波分析法校正技术补偿结果1.22"降低近一倍。经该方法修正后,根据GB/17421.2-2000标准,并考虑不确定度,测得所研制的超精密转台定位精度为4.47"。
  对研制的超精密转台进行了轴向跳动、摆动误差、速率波动、静承载力和静刚度测试试验。
  文章最后对本文的工作进行了总结,并展望下一步的研究计划和方向。
[硕士论文] 孙博
机械工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:珩磨加工往往是零件的最终加工工序,所以珩磨效果好坏直接影响到产品的最终质量和使用性能。如今气动测量技术在珩磨加工中得到广泛应用,是因其具有测量精度高、测量稳定性好、自洁性好、不破坏被加工件表面质量等诸多优点,是组成珩磨机床闭环控制系统的重要环节。因珩磨机床气动测量系统的精度,直接影响到珩磨加工精度,进而影响到工件的质量。所以,通过分析研究测量环境因素,提升气动测量系统在珩磨机床中的测量精度显得尤为重要。
  相比于国外,我国珩磨机床在制造水平、加工精度、控制方式等方面都有较大差距,尤其是珩磨在线气动测量方面中仅仅起到开关比较作用,形状精度和表面质量只能在加工结束后下线测量。然而,气动测量系统不能为珩磨加工过程提供实时在线测量值,究其原因在于加工过程中测量结果受到测量环境的极大影响,气体需要在狭缝内冲破珩磨液与被珩工件表面碰撞,在狭缝内的气体射流情况复杂,珩磨加工区域中的珩磨液流量、温度、切削碎屑都会夹杂其中,对测量精度产生不同程度的影响。因此,气动测量系统不能为珩磨加工提供实时在线测量值,极大的制约了珩磨机床水平的发展。所以,通过研究珩磨加工区域测量环境中珩磨液温度、流量变化对气动测量精度的影响规律,为气动测量技术很好的应用于珩磨机床提供依据。
  本文在充分研究流体力学和气动测量的基础上,结合珩磨加工特点,首次提出了针对变换气路建立的差压式珩磨气动测量的动态数学模型;运用数值分析法,分析了珩磨头旋转状态下,珩磨液在狭缝内的运动情况;通过FLUENT仿真得到珩磨液温度变化和流速变化都会影响测量结果;根据需要,结合2MK2210型数控珩磨机床设计了气动测量正交实验,重点验证了外部环境因素中珩磨液流量、温度对测量精度影响的正确性,对实验数据的处理方式采用极差分析法,经过分析研究得到,在加工区域内测量环境中各影响因素对珩磨气动测量精度的影响规律以及其主次影响因素。
[硕士论文] 陈毅
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:表面粗糙度是指加工零部件表面上存在的,由较小的间距和峰谷所构成的微观几何形状特征。随着产品精度和零部件表面粗糙度要求的不断提高,接触式检测工件表面粗糙度的仪器仪表的测量精度和测量速度等方面要求的不断提高,推动了现在的非接触式无损检测技术的发展。本文将数字图像的相关理论与技术应用于工件表面粗糙度的检测研究,主要研究内容和结果包括:
  (1)国内外关于检测工件表面粗糙度的发展状况进行了表述,并且对数字图像处理技术在零部件表面粗糙度检测中的应用以及意义进行探讨,而且介绍了数字图像处理的基本方法以及原理并且运用其对工件表面的图像进行分析处理,用不同的数字图像的处理方法,针对相同的图片,从而获得不能的图像特性;
  (2)将灰度变换、灰度拉伸等方法应用到零部件加工表面的图像中分析,经过图像处理后,根据其灰度直方图及图像显示效果选择适合表面粗糙度检测的图像处理方法,研究了零部件的表面粗糙度Ra、Rz值的测量原理及其实现的数字化技术;
  (3)介绍了图像噪声的分类,并且根据零部件表面图像中噪声的不同,运用不同的滤波方法来处理图像中不同类型的噪声,并且对其进行了降噪处理,最终获得不同的降噪效果;
  (4)以工件加工表面的图片为对象,采用传统的表面粗糙度测量方法,对特征纹理的提取方法进行研究;采用最小二乘法,通过对工件加工表面图中的特征纹理的分布情况进行分析、对加工工件的纹理特征的统计,计算得出零部件表面粗糙度值,并给出零部件表面粗糙度值的最终测量方法;
  (5)基于OpenCV平台,借助C++语言编出测量加工工件表面粗糙度的程序,实现了对工件加工表面图片的处理,从图像的读入到表面的纹理特征提取,再到表面粗糙度值的自动测量,最后将测得数据与表面粗糙度试验得到的实际值相比较,将两组数据进行参数回归分析,得到最终的运算结果,也就实现了本系统的标定。
  本文将工件表面粗糙度检测与数字图像处理技术有机结合起来,对加工工件的表面图片进行预处理,在此基础上,提取了图像中的纹理特征并编程计算,最后得到的工件表面的粗糙度值,从而证明了此方法的可行性,研究结果对工件表面粗糙度的检测具有非常重要的实践意义。
[硕士论文] 艾华川
计算机技术 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代制造加工业的不断发展,零件的复杂度越来越高,同时对零件的质量检测要求也越来越高。特别是对于一些较为特殊的物体,如强反射表面的光学元件、抛光模具、喷涂车身、陶瓷表面,国内企业采用的普遍方法都是接触式测量,成本高、测量效率低、测量精度低。而常用的非接触式测量方法如基于光栅投影的三维测量技术因其表面的强反射而实施困难。本文研究了基于条纹反射法的强反射物体三维测量方法。本文的主要研究内容包括:
  (1)分析相位展开算法,重点研究对比了典型的时间相位展开算法,从时间效率与相位展开精度两方面考虑,本文采用了指数时间相位展开算法。同时针对投影系统中正投斜采或斜投正采产生光栅周期不均匀的现象,设计了一种周期校正方法,通过投射二值条纹图的方式,获取其周期变化关系,然后采用反向拟合的方式生成校正光栅,再投射到参考面,即可获得周期均匀的光栅条纹。
  (2)分析了现有测量系统标定方法的缺点,设计一种新的系统标定方法应用到本系统中。即将LCD显示器视为一个逆向相机,通过LCD显示器投射横向与纵向光栅到强反射物体表面,建立LCD显示器点阵与CCD像素之间的映射关系,完成LCD显示器的标定,进而将LCD-摄像机测量系统转化为双目视觉三维重建系统,实现强反射物体测量。
[硕士论文] 胡浩
材料科学与工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:铈基稀土抛光粉具有硬度适中、抛光效率高和抛后表面光洁度好等特点,已经广泛应用于玻璃、陶瓷等工件的表面抛光。由于不同的制备方法影响抛光粉的结构、形貌、粒度,导致抛蚀效果不同,获得的产品性能也各不相同。本文以氯化镧铈为原料,采用化学沉淀法和球磨法制备稀土抛光粉,研究前驱体制备条件、球磨参数及掺氟对稀土抛光粉物化性能的影响,并利用第一性原理模拟计算F/La/CeO2的弹性模量,从物理性质方面对抛光粉性能进行研究。得出以下结论:
  (1)化学沉淀法制备稀土抛光粉,研究前驱体制备条件对抛光粉性能的影响。得出最佳条件:沉淀温度65℃,NH4HCO3浓度0.5mol/L,搅拌速率400r/min,加料速率15ml/min,陈化时间4 h。前驱体经不同温度焙烧,抛光粉的晶格常数从0.5497nm降低到了0.5426nm,晶格畸变降低,晶粒尺寸增大。随保温时间的增加,粉体的晶粒尺寸增大,粒径呈先减小后增大的趋势,其形貌趋向于球形,当保温时间为6h时,抛光粉D50为0.625μm,其抛蚀量为2.2358mg/min,被抛玻璃表面粗糙度Sa为0.023,再延长保温时间,稀土抛光粉抛蚀量增大趋势较小,玻璃表面粗糙度增大到0.095,总体抛光性能降低。
  (2)高能球磨法制备稀土抛光粉。随球磨时间的延长,稀土抛光粉的晶粒尺寸减小,晶格畸变降低,衍射峰出现宽化,当球磨时间在3.5h时,抛光粉粒径为0.669μm,粉体呈类球型,对玻璃抛光后抛蚀量为2.2145mg/min,表面粗糙度Sa为0.024,粉体抛光性能达到最佳;当球料比为10:1时,抛光粉的粒径及粒径分布达到最小,抛光后玻璃表面光洁度较好;随着球磨速率的增大,抛光粉粒度呈降低趋势,当速率达到300r/min时,粉体抛光性能最好。
  (3)通过掺氟对稀土抛光粉进行改性研究。掺氟量为2%时,制备的样品为CeO2,未出现杂相,晶格常数为0.5513nm;掺氟量的增加,样品中出现LaOF相;当掺氟量在10~20%时,出现LaOF相和LaF3相,样品的晶格常数在0.5214nm~0.5410nm范围内,与CeO2的晶格常数接近。利用第一性原理对镧掺杂氧化铈进行结构模拟,结果表明,随着La浓度的不断增加,CeO2晶格常数增大,晶胞体积和能量增加,CeO2的弹性模量从207.808MPa降低到117.965MPa,降低了CeO2的硬度。对LaOF进行模拟,其弹性模量为114.851MPa,低于CeO2的弹性模量,减低了样品的总体硬度。
[硕士论文] 刘闪闪
机械工程 湖北汽车工业学院 2017(学位年度)
摘要:表面纹理成分和峰谷特征构成了机械加工产品的表面结构,不仅反映出产品表面的外在物理信息,同时也影响着产品的使用寿命、表面的承载能力及润滑性能等等。因此,现代机械加工产品的表面结构分析具有重要意义。传统的二维参数表征表面结构具有自身局限性,采用三维参数替代二维参数评定机械加工零件表面结构成为当前表面计量学领域研究的一个热点,而三维参数中的功能性参数与实际生产应用的有效结合更是亟需解决的问题。
  针对上述问题,本文以平台珩磨缸套内表面为分析对象,从表面结构成分开始,分析了表面的形状、粗加工后的纹理和精加工后的纹理,采用最小二乘法得到评定基准,进而分析了多种加工工艺叠加而形成的表面结构。从而得出,对于描述多种不同加工工艺过程所形成的多尺度表面结构的功能特性,三维功能性参数的评定更加合理。用WIVS型白光干涉三维轮廓测量仪对珩磨缸套表面进行测量,采用概率支承率曲线来表征缸套这种具有复合加工特征的表面结构,并利用纹理成分来检验及识别加工工艺。最后以ISO13565二维Rq与Rk系列参数为纽带,建立三维功能参数与二维Rq、Rk系列参数的相关联系,用S系列三维功能参数来表征缸套的表面结构。实验结果表明,三维功能参数对平台珩磨结构表面的实际性能作出了更为准确的评定,从而验证了三维功能参数的有效性及合理性,对于指导缸套的生产加工具有重要意义。
[硕士论文] 张露
控制工程 长春工业大学 2017(学位年度)
摘要:机械制造业作为一个传统的领域在我国已经发展了很多年,而汽车制造业作为我国的支柱产业,它的高速发展带动了国民经济的增长。汽车零部件产品的质量对于整车的质量以及整体性能有着很深的影响。三坐标测量机是在精密工程中得到了广泛应用的测量仪器,作为先进的测量设备,在测量精度与适应产品不断更新的节奏的能力上完全可以满足上述要求,使得三坐标测量方法能够遥遥领先于各种测量方法。
  本文从对三坐标实验室的布局要求的掌握与了解开始,逐步对三坐标测量机的定义进行探索,并深入掌握三坐标测量机的工作原理、测量的方法、日常维护以及精度的提高、常见的异常情况的处理。通过对测量软件PC-DMIS的深入学习,在本文中详细的剖析了三坐标测量过程编程的方法以及思路,为本文的研究工作奠定了理论基础。
  首先,对三坐标测量机工作机理进行分析,通过对三坐标知识的学习,掌握了三坐标测量的方法、三坐标测量机的维护以及提高精度的方法,并能够对常见的异常情况进行处理。通过对三坐标测量机工作机理进行详细的剖析,使三坐标测量机的工作、运行过程清晰的呈现在本文中。
  其次,分别以5DA0-28851检具和A4后轴为例,对使用三坐标测量机检测专用检具的整个过程进行详细的描述,并重点讲述了三坐标测量程序的优化过程与优化前后测量数据的优势。在后面产品质量优化的研究工作中就是通过经过本次优化后的测量方法实现了三坐标测量方法对生产过程中质量控制的指导意义。
  最后,重点通过阐述三坐标测量机在质量控制中的应用。通过对三坐标测量结果的指导对A4后轴尺寸优化的整个过程,包括产品的测量、夹具的调整等工作。然后引入了SPC的概念,对SPC控制方法进行介绍,以及通过SPC控制方法与三坐标测量结果相结合,使三坐标测量方法在产品质量控制以及尺寸优化过程中的指导意义更加明显。详细地介绍了三坐标测量过程中编程的方法、步骤以及程序的运行、测量数据的输出。这些工作的完成为今后的质量控制以及优化起到了极大的引导意义。
[硕士论文] 王辉
机械工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:装配公差分析是几何产品设计和制造过程中的重要环节,通过装配公差分析可验证公差设计的合理性和经济性。随着科技的发展,人们对精密几何产品的精度要求越来越高,为了保证精度要求和降低制造成本,在几何产品设计中需要正确处理尺寸公差、形位公差和公差原则。现有的计算机辅助公差设计(CAT)技术,虽然可以较好地处理形位公差,但是很少涉及尺寸公差与形位公差之间的关系,即公差原则,因而难以很好地实现几何产品的装配公差分析。针对这个问题,本文基于公差原则对装配公差分析方法展开研究。主要研究内容如下:
  1.研究了基于公差原则的特征公差建模方法。基于SDT公差建模理论,研究了零件特征在各种公差原则的公差建模方法,给出了同轴度、对称度和位置度公差在各种公差原则下的数学表达式,为下一步的公差分析打下了理论基础。
  2.建立了零件考虑公差原则时的三维公差模型。在特征公差建模的基础上,建立了零件的三维公差模型,并研究了零件的公差分析方法,最后以花键轴为实例验证了方法的有效性。
  3.实现了基于公差原则的装配公差分析。在雅可比旋量理论的基础上,建立了基于公差原则的装配体公差分析模型。在建立模型的过程中,研究了特征有公差原则要求时的旋量区间表示方法。最后用简易尾座顶尖装配体对所提方法进行说明,并基于蒙特卡洛对其进行了公差分析。
  4.开发了装配公差分析原型系统。在上述理论成果的基础上,利用MATLAB GUI平台开发了原型系统,详细介绍了系统的主要功能模块,并结合实例说明了系统的使用方法。
[硕士论文] 王蕴哲
机械工程 长春工业大学 2017(学位年度)
摘要:内螺纹是一种常用的机械联接结构,工业生产中为了满足旋合性和联接强度要求,对内螺纹尺寸进行了高度标准化。目前国内内螺纹参数测量主要采用机械检测方法完成,检测速度慢、测量精度低。针对传统内螺纹螺距机械检测方法中存在的问题,本文提出了一种基于机器视觉技术的非接触测量方法。
  本文建立工业内窥镜摄像机成像模型,采用 Tsai两步标定法对所采集的内螺纹图像进行了标定,并对成像过程中的径向畸变进行校正。针对采集到的螺纹表面图像边缘特征弱、纹理复杂、对比度不明显、难以直接提取图像中的牙顶区域信息的问题,采用SIFT模板匹配算法对螺纹图像中的相邻两条牙顶区域图像分别进行了提取,实验结果表明该算法对牙顶图像匹配定位速度快、精度高。针对牙顶图像的中轴线提取问题,利用二值化、中值滤波等方法去除图像噪点,采用数学形态学的膨胀算法填充牙顶图像区域中的孔洞,使用骨架提取算法成功提取了同一图像区域中相邻牙顶图像的中轴线信息。结合摄像机标定结果,实现了内螺纹螺距的视觉测量。
  实验证明,本文提出的测量方法具有高效、高精度、自动化、无损伤等特点,能够满足实际生产中工业检测的效率、精度要求。
[硕士论文] 任晟德
计算机应用技术 广西大学 2017(学位年度)
摘要:在零件二维测量中,针对圆形零件的检测较为复杂,快速准确地检测出圆并计算出其圆度是圆形零件二维测量的重点所在。
  圆检测算法通常基于Hough变换改进而来,可分为概率与非概率算法两种,本文算法在已有算法基础上进行改进,首先通过延伸方向三点搜索连通子集,保证子集曲线的渐变性;接着依据该连通子集通过二分法有规律地计算圆参数,迭代二分后当存在两个参数相似即确定候选圆;接着在外切正方形与内接正方形中累计证据确定真实圆。最后将所有连通子集与圆内边缘点去除,再将剩余边缘点划分区域,区域内点数量满足条件后以随机Hough变换判定是否有圆。本文圆检测算法依据现有的连通子集算法及随机检测算法进行改进,考虑零件测量中的各种情况并进行处理,在较低的时间复杂度下达到较高的精度。
  接着本文提出一个基于多尺度思想的圆检测方法,即通过一定方式处理图像,转换到高层尺度时将圆信息提出,从而快速直接地计算出圆的数量及定位出各圆边缘。本文用一种较为简单的方法去做转换,即在多个圆形零件相似的情况下,首先计算出首圆,再根据首圆的扩充区域遍历图像,将区域内的边缘点数量作为高层尺度的映射结果,以其来定位圆。
  进行完圆检测之后,还需要对检测出的圆环进行处理从而计算出其圆度,本文基于现有算法及物理学上的互斥平衡原理提出了一种基于互斥平衡原理的圆度测量方法。算法将圆环像素模拟成带点电子,在圆环中放置一个初始点,并模拟初始点受到圆环电子群的受力情况,迭代求解直到初始点移动到一个受到圆环像素群的综合斥力平衡的点,将该点设置为圆心,通过实验证明该点有着较最小二乘法更优的结果,并适用于实际的圆度测量工作。
  本文通过对零件二维测量和圆检测及圆度的研究,提出了一系列有着较好实用效果的改进算法及优化思想,适用于实际的圆检测及圆度测量工作,并为之后的研究工作提供一些新的思路。
[硕士论文] 万鑫
机械制造及其自动化 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:螺纹连接是工业生产领域常见的机械连接方式,其几何参数对于一些紧密器械的性能有重大的影响。随着机械行业的迅猛发展,工业领域对于螺纹的检测技术日益提升。传统的螺纹检测技术在检测精度、检测效率方面越来越难达到工业领域的要求,因此提出了将机器视觉技术应用到螺纹参数检测中去。作为一门新兴科学,其中心思想在于通过计算机将获得的图像进行分析、计算并得到螺纹的各项参数,相对于传统的检测手段来说,将机器视觉技术应用到螺纹的参数检测中具有检测效率高、自动化程度高等优点,能够实现螺纹的非接触测量。
  本课题以设计高效的普通外螺纹参数测量系统为研究方向,提出了一种基于机器视觉的外螺纹参数测量及合格性评定系统。主要包括以下几个方面:
  (1)搭建了螺纹参数测量的硬件平台,主要构成包括光源、CCD摄像机、镜头、图像采集卡、计算机,其性能要求满足纹参数检测系统的测量任务和系统要求。
  (2)以LabVIEW虚拟仪器作为螺纹参数检测的软件平台,深入研究LabVIEW虚拟仪器的内置视觉模块的功能及作用,设计了图像采集模块、图像处理模块、螺纹边缘检测模块、特征值提取模块、螺纹参数计算模块和合格性评判模块。
  (3)研究了螺纹图像处理及螺纹参数计算的相关算法,通过图像预处理的方法,从螺纹原始图像中得到了螺纹图像轮廓的的相关信息。同时进一步设计了螺纹各项参数的计算方法,包括大径、中径、小径、牙型半角、牙高、螺距,并根据和光学显微镜的测量数值进行对比验证系统的有效性。
  (4)根据视觉系统的标定原理对检测到的参数像素值进行了实际物理量的变换,同时分析了系统误差并提出了改进误差的方案。
  (5)在LabVIEW虚拟仪器平台的基础上设计了螺纹合格性评判系统,对检测后的螺纹的合格性进行了判断。
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