基于改进三角函数加减速的一步拐角过渡法

加减速控制是数控系统的关键技术之一,影响着零件加工时的高效性和平稳性,同时由于传统数控系统在加工复杂的曲线曲面时,需要生成的大量连续微线段,这不仅增加了数控系统的负担,且在拐角处仅G0连续,导致在拐角处频繁加减速和机床振动,降低零件加工效率和加工质量.两步法拐角过渡是先进行轨迹光顺再进行速度规划,不仅步骤繁琐,而且降低了加工效率.因此,针对传统三角函数中最大加加速度只存在峰值导致加工效率降低的问题,本文先对加减速连续性较好的传统三角函数加减速控制算法进行改进,以sin^(2)x作为加加速度的基函数建立加减速规划的模型,并在其运动模型中增加匀加加速度加减速阶段.针对数控加工中连续微线段拐角处加工效率低、插补轨迹连续性低的问题,提出了新的一步法拐角过渡方法.该方法是通过一步法拐角过渡算法在速度规划阶段直接完成轨迹光顺.最后根据轮廓误差和机床各轴动态性能的限制对过渡时间、速度、加速度及加加速度进行约束.实验证明,提出的方法能够进一步提高加工中的加减速柔性,能够利用最大加加速度持续加减速,且在保证加工效率的基础上提高伺服控制的跟随精度,使得误差检测的精度能够满足要求.

基于三维关键点投票的物体位姿估计方法

针对单帧RGB-D图像进行物体六自由度位姿估计时,在物体遮挡、光线情况不良、低纹理情况下性能不佳的问题,本文设计了一种基于多网络特征融合(颜色特征提取网络和点云特征提取网络)的深度学习网络.首先,使用颜色特征提取网络提取RGB图像中的纹理特征,使用点云特征提取网络计算深度图中的点云特征,进行几何特征与纹理特征计算后,回归计算点云的关键点投票及实例语义信息.然后,通过投票聚类方式计算每个实例的所属类别和关键点位置.将RGB-D图像中的颜色信息与几何信息分别计算,由于后续操作需要充分考虑像素及点云的局部信息与全局信息,分别使用改进后的残差神经网络和RIPoint(residuals inverted point)网络提取数据特征.采用神经网络中的特征融合方法将颜色信息与几何信息充分提取,为后续模块提供更有效的点云特征.使用深度霍夫投票算法与均值偏移聚类算法计算实例的三维关键点坐标.最后,利用最小二乘拟合方法计算预测三维关键点的物体位姿参数.在LineMOD数据集和YCB-Video数据集上进行测试,实验结果表明:与六自由度物体位姿估计方法相比,本文模型预测的物体位姿准确率高于其他方法,平均准确率分别达到99.5%和96.9%.网络同时基本满足实时性要求,完成一帧RGB-D图像的多实例物体位姿估计时间需0.06 s.

旋转惯导姿态误差补偿方法分析

旋转惯导能够实现误差自补偿,从而提高系统导航精度。但旋转惯导中的旋转结构较为复杂,存在轴系的非正交误差、测角误差等,导致姿态输出随着旋转而发生波动,影响着惯导姿态解调输出的精度。针对惯导姿态误差补偿方法,选取4种常用的拟合补偿方法进行讨论,并结合实际采集数据,进行试验比对与分析,为后续工程应用提供参考。

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。

基于经验模式分解和最小二乘支持矢量机的滚动轴承故障诊断

为了有效提取设备状态信息,提出一种Renyi熵复杂性测度下的经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)和最小二乘支持矢量机(Least square support vector machine,LS-SVM)的故障诊断方法。该方法先对振动信号进行EMD分解,得到多个基本模式分量(Intrinsic mode function,IMF)后,求出表征故障信息的若干个IMF的Renyi熵,再将其作为特征矢量输入LS-SVM进行故障分类。一个滚动轴承故障诊断实例说明该种方法的有效性。

高档数控装备的发展趋势

综合介绍了现今高档数控装备各关键技术的发展趋势,首先,结合机床关键功能部件的发展状况,讲述了数控机床在高速、高精度、高效率、高可靠性方面的主流发展动态,并进一步指出机床的可靠性是影响我国机床企业市场竞争能力的关键因素;然后,结合当前高档数控系统在智能化、开放式、网络化等方面的发展,阐述了最新的数字化控制技术对高档数控技术的重要影响及其未来发展方向,并介绍了国内外最新的相关研究成果;最后,结合国内数控技术的发展现状,提出了关于高档数控装备发展的相关建议。

基于嵌入式技术的数控系统开发设计

针对基于PC的数控系统的不足,提出了基于嵌入式微控制器和嵌入式实时操作系统的数控系统开发设计的新方法,旨在增强数控系统运行的稳定性和任务调度的实时性.设计了以MC68F375和MCX314为双CPU架构的硬件开发平台,规划出了基于VxW orks的层次化软件结构体系和任务调度运行机制,设计了一种引导型的二次开发平台的理论模型,在此基础上设计出了TDNCM4数控系统的原型机,并将其应用于四轴加工中心TDNC-M40A的设计上,探索出一条数控系统开发设计的新途径.

蒙特卡洛仿真法在尺寸及公差设计中的应用

通过对机械工程设计中所采用的几种尺寸及公差设计方法的对比分析,提出了应用蒙特卡洛仿真法进行尺寸及公差设计的新方法。探讨了采用该方法进行计算机模拟,解决三维尺寸及公差设计问题的实现方法。在尺寸及公差设计中,该方法简单、易行,而且可以获得高的计算精度。以机械零部件为例,详细说明了应用该方法进行三维尺寸及公差分析的过程,从而证明了该方法的有效性和实用性。

复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法

在对等残余高度刀具轨迹规划算法加工参数曲面研究的基础上,提出带有误差补偿值的复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法——高精度刀轨误差补偿算法。通过分析刀触点及与之相应的相邻路径上的粗、精刀位对应点间的关系,引入误差补偿值以提高精对应刀位点的求解精度,得到经过合理简化的误差补偿值表达式,并得出粗、精对应刀位点与理论刀位点的距离误差表达式。高精度刀轨误差补偿算法可以在满足插补运算实时性要求的前提下,使相邻轨迹上与刀触点相对应的刀位点的参数值计算精度得到极大提高,进而提高复杂参数曲面的加工刀具轨迹精度。以使用平底铣刀为例进行仿真加工,结果表明高精度刀轨误差补偿算法适合进行对复杂参数曲面的高精度加工。

基于SVD降噪的经验模式分解及其工程应用

提出了一种基于奇异值分解降噪的机械设备振动型号经验模式分解方法,该方法首先对原始振动信号进行相空间重构和奇异值分解,然后根据分解奇异值的奇异熵确定降噪阶次,最后利用经验模式分解法提取降噪后振动信号的基本模式分量。对滤波前和滤波后的工业现场振动信号进行了经验模式分解,分析结果表明奇异值分解能够有效地提高信噪比,突出原始振动信号的故障特征,使得降噪后的振动信号分解出的基本模式分量具有更明确的物理意义,有利于对设备故障进行精确诊断。

基于状态监测和故障诊断的设备管理系统

当前由于状态监测和故障诊断与维修管理的相互脱节,使其应有的作用没有得到充分发挥。针对这种情况,采用了离线和在线监测诊断相结合的状态维修策略,建立了状态维修的工作模型,运用集成定义方法建立了系统的功能模型,进而综合采用网络技术、计算机技术和数据库技术等,开发出了基于状态监测和故障诊断的设备管理系统,为企业成功开展状态维修提供了有效的管理工具。

神经网络多参数诊断法及其应用研究

阐述了神经网络多参数诊断法的理论依据，讨论了该方法的诊断步骤，并以滚动轴承故障诊断为例，对该方法进行了试验验证。

谱熵分析方法在漏磁信号特征提取中的应用

为了研究谱熵分析方法在漏磁无损检测中的应用,将信息熵理论引入缺陷漏磁信号的特征提取工作中,通过试验分析证明一维谱熵、二维谱熵在缺陷类别辨识中的可行性,并指出其存在的局限性.提出了集能量集中程度、谱线的重心位置和能量大小3种指标于一身的适于缺陷定量分析、识别的谱熵三维向量的概念,并在室内实验台架上实际测得的不同尺寸矩形槽类内、外缺陷信号分析中进行了应用.实验结果表明,对于矩形槽外缺陷而言,谱熵三维向量中的三维向量指标与二维谱熵和一维谱熵相比,在漏磁检测缺陷定量化方面具有很大的优越性,为缺陷识别定量化提供了一条途径.

数控车床仿真系统开发

根据数控车削加工的特点,提出一个基于构造单元的工件分解表达模型,利用此模型与刀具实体模型做布尔减运算,实时模拟工件材料的去除加工过程,并验证加工结果.在此基础上,根据切削力、切屑形成原理,提取几何仿真中的切削层参数和一些相关参数,将其应用于切削力计算和切屑仿真中,形成几何仿真和物理仿真集成的数控车床仿真系统.

数控机床多维度多层级数字孪生建模方法及应用

针对数字孪生建模技术在数控机床领域的工程实践中实施难度大、成本高等问题,提出数控机床多维度多层级数字孪生建模方法,并开发数字孪生系统,实现数控机床运行过程的可视化。首先,从物理实体、数字孪生模型、信息物理融合数据和服务4个维度以及几何、物理、行为和数据4个层级构建数控机床数字孪生模型;其次,基于该方法设计并开发数控机床数字孪生系统,实现数字孪生建模技术的软件化;最后,以某型数控机床为应用案例,采用NC代码控制机床实体运动,借助数字孪生模型与机床实体间的连接关系,驱动机床模型进行运动仿真,并将模型运行状态和各项数据进行可视化展示。结果表明系统各项功能均正常运行,所提方法具备可行性,为数字孪生建模技术在数控机床领域的工程应用提供参考。

基于网络的具有在机监测与智能维护的可重构数控系统技术

构建了一个基于网络的可监控数控系统。为适应开放式数控系统的发展趋势,构建了一个四层次的开放式系统架构模型,该模型可满足功能结构调整与后续功能扩展的需求;为实现数控系统的功能集成、机床运行状态的监测与加工质量的实时获取以及免二次装卡的需求,建立了基于嵌入式监测单元与在机质量检测单元的数控系统原型。在分析机床监测发展现状的基础上,组建了基于DSP+ARM架构的嵌入式监测单元,该单元可进行机床运行状态的实时监测,并通过现场总线方式与数控系统实现无缝连接,还可依据监测目标的改变与需求进行柔性化的软硬件配置;利用开放式架构,嵌入质量检测单元,可实现被加工工件几何信息的在机获取。研究结果为数控装备维护与系统功能集成提供了一种可行的方案。

基于现场总线的可重构数控系统的研究

在研究开放式可重构数控的基础上,构建了基于先进精简指令集微处理器和运动控制芯片的数控平台,提高了系统的集成度和稳定性,实现了生产过程的数字化与高速高精。基于现场可编程门阵列器件的硬件可重构设计,避免了资源浪费,实现了柔性制造。为解决因数控系统信息交互密集而产生的实时性、可靠性等差的问题,在对现场总线时间特性分析的基础上,开发了基于现场总线的开放式数控系统。最后,通过在机床数控系统中的应用,验证了方案的可行性和高效性。

一种改进BP算法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

分析了前向型神经网络动力系统模型 ,根据该模型的特点提出了能够克服传统 BP算法学习速度慢、容易陷入局部极小的新算法。改进后的算法用于滚动轴承故障诊断 ,试验结果表明 ,该算法可以有效缩短网络在训练过程中滞留于局部极小区域的时间 。

基于EWF保护的XPE操作系统的开发与应用

介绍了XPE(Windows XP embedded)嵌入式OS(operating system)的开发以及实现OS写保护的EWF(en-hanced write filter)的三种配置方法:基于磁盘保护、基于内存保护和基于注册表保护.当实际情况需要改变OS参数时,可以通过EWF API(application programming interface)函数实现OS写保护状态的灵活切换.结合一个便携式动态信号分析仪的开发说明了它的应用前景.

开放式设备故障诊断对象网研究

基于国内外远程诊断技术发展存在的问题,简要介绍了构建开放式设备故障诊断系统的内容,对CORBA技术进行了概要介绍.深入分析了基于CORBA设备远程诊断系统的开放式体系结构,提出了基于CORBA技术的企业诊断平台和远程诊断中心的实现方法,给出了运用远程诊断网进行设备故障诊断的一个实例,最后得出开放式故障诊断对象网合理有效的结论.