基于飞行时间法的3D相机研究综述

基于飞行时间法(Time-of-Flight,TOF)的3D相机是一种体积小、误差小、抗干扰能力强、可直接输出深度信息的新型立体成像设备。目前,该类相机已成为测量成像领域的研究热点。本文首先介绍了TOF相机的发展历程及测量原理;随后对TOF相机测量误差来源及类型进行分析;接着将TOF技术与其他主流的三维成像技术进行对比分析;最后对TOF相机的应用与发展趋势进行了阐述。

空间TOF相机大视场光学镜头结构优化设计

为使某航天设备上所搭载的小型空间(TOF)相机在宽温度工作范围以及复杂动力学环境下能够较好成像,对空间TOF相机大视场光学镜头开展了优化设计。首先,根据镜头的设计指标要求采用近远心光路设计了光学系统,并对系统进行了分析;然后通过对比材料性能,选取铸钛合金(ZTC4)作为镜头支撑结构材料;并探讨了镜座在加工前、后的加工工艺;随后利用有限元参数化优化和自适应响应面优化算法对镜头关键部件之一的镜筒(壁厚)进行了优化设计。优化后镜筒的质量由75 g减少至51.2 g,减重率达到31.7%;最后对整机进行了过载适应性分析、温度适应性分析和模态分析,并进行了相关测试试验。分析和试验结果表明:该空间TOF相机的各项光机结构性能均满足设计指标要求。

长条形空间反射镜组件轻量化结构设计

针对某700 mm×249 mm长条形空间反射镜组件结构设计要求,对反射镜及其支撑结构进行了详细的光机结构设计。首先,从反射镜材料选择、径厚比、支撑方案及轻量化形式等角度出发,对反射镜进行结构设计。通过理论计算得到长条形反射镜的支撑点数。对支撑点位进行了优化,并探索了支撑孔位对反射镜自重变形的影响规律。其次,为满足反射镜组件的力、热环境适应性要求,设计了一种新型柔性支撑结构,并给出了柔性铰链薄弱环节对反射镜面形精度的影响;对支撑结构安装位置深度进行优化,给出反射镜面形精度关于支撑结构安装位置的变化曲线。然后,对反射镜组件进行了有限元分析,自重和5℃温升载荷工况下,反射镜面形精度峰谷(Peak Valley,PV)值和均方根(Root Mean Square,RMS)值最大分别达到58.2 nm和12.3 nm;反射镜组件一阶固有频率为259 Hz,低频正弦扫描振动条件下柔性支撑最大应力响应为138 MPa。最后,进行了动力学试验测试。测试结果表明,反射镜组件一阶固有频率为255 Hz,有限元分析误差为1.7%。分析和试验结果表明,反射镜组件结构设计合理,满足设计指标要求。

基于灵敏度分析的连续驱动摩擦焊机结构优化

提出一种基于灵敏度分析的焊机多工况结构优化设计方法。首先利用有限元方法对焊机整机进行静力学分析,找出床身和主轴箱为系统薄弱环节;为提高两者的刚度,对床身和主轴箱结构参数进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析结果确定影响整机质量和柔度较大的关键尺寸,并对其进行多工况尺寸优化;对优化后的整机结构静力学分析结果表明,主轴组件径向最大变形满足焊机设计指标要求,整机静态刚度得到提高。最后,通过实验验证了仿真结果的准确性,说明此优化方法对连续驱动摩擦焊机结构优化行之有效。

连续驱动摩擦焊机的有限元动态分析

动态特性是C-25D连续驱动摩擦焊机的重要的加工性能,其对焊接产品的质量有着重要影响。为了得到整机的动态特性,首先在Hyper Mesh软件中建立了C-25D连续驱动摩擦焊机整机有限元模型,然后对其进行了模态分析和谐响应分析。分析结果表明,整机的动态特性良好,满足设计要求。