基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测

油管接箍是油田钻井用重要连接工具,其内螺纹质量对于油气安全开采至关重要。针对现有油管接箍内螺纹接触式检测方法效率低、磨损大、光谱共焦等非接触式方法测量可达性差的问题,提出基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测系统与方法,利用激光和反射镜实现内螺纹牙型轮廓的强化和转角窥视,借助已标定的相机模型参数,通过立体视觉和旋转进给重构纵截面中双侧牙型的三维点云,经进一步处理,从三维点云中计算出内螺纹螺距、齿高和锥度三项几何参数。依据美国石油协会(API)标准规定的参数容限范围实现油管接箍内螺纹质量的判定,研制出视觉系统,并与传统量具在相同工况下测量27/8与31/2英寸两种规格的油管内螺纹几何参数,结果表明,提出的视觉系统可实现内螺纹多项参数的一体化高精、高效测量,满足工业现场需求。

Modeling of Geometric Variations Within Three-Dimensional Tolerance Zones

A tolerance modeling method of geometric variations within three-dimensional(3D) tolerance domain is proposed.According to the classification method of feature variations and classes of invariance or symmetry in the new generation Geometrical Product Specifications(GPS) system,the proposed method is based on the Small Displacement Torsor(SDT) concept,and SDT is used to represent the geometric deviations between the nominal feature and the fitting feature. Furthermore,the variation zones of several kinds complex or irregular geometric features are constructed,and the corresponding tolerance modeling methods are discussed respectively. Finally,an example is presented to verify the efficiency of the presented method for modeling 3D dimensional and geometrical tolerances.The proposed modeling method based on the complete mathematical foundation conforms with the design philosophy and principle of the new generation GPS standards system.

基于fminimax优化函数的圆度误差评定

依据圆度误差标注代号和附加符号的含义,基于最小外接法、最大内切法和最小区域法分别建立了参考圆的圆心坐标优化目标函数和圆度误差评定模型,采用MATLAB软件编写了参考圆的圆心坐标优化目标函数子程序和圆度误差评定子程序,给出了圆度误差评定中fminimax优化函数调用方法。用Talyrond 585LT圆柱度测量仪对三个试样的圆周轮廓进行了提取,基于最小二乘法、最小外接法、最大内切法和最小区域法对提取的圆周轮廓分别进行了圆度误差评定。研究了优化搜索范围对圆度误差评定结果的影响,并将fminimax优化函数圆度误差评定的优化符合度与其他优化方法圆度误差评定的优化符合度进行了比较。fminimax优化函数的应用结果表明,评定结果精度高于或等于其他优化方法评定结果的精度,可满足圆度误差评定的需要。

服务器机箱底座下沉量Sag仿真与测试研究

文章采用Abaqus仿真与批量测试的方法,对服务器机箱底座的下沉量进行深入研究分析。以2U通用机架服务器为例展开分析,通过进行仿真与实测对比,证明了仿真精度足够且演练了满载sag到空载sag的分析和管控过程。该研究提出了全新的空载sag管控理论,并根据满载建议值反推空载建议值,再由仿真计算出空满载差值,该方法有效提升了工厂端的sag管控,对服务器机箱的sag设计和生产有重要指导意义。

惯性传感器测试质量质心测量装置及方法研究

惯性传感器是空间引力波探测的核心载荷,惯性传感器内的测试质量是惯性和测量基准。测试质量质心、形心偏移会产生杂散力噪声,空间引力波探测对测试质量质心、形心偏移的技术指标要求小于3.75μm。由于需要获得测试质量精确的质心位置,并且商用质心测量装置无法满足测试质量质心测量精度需求,因此设计了一种基于五线摆的新型质心测量装置,根据测得的五线摆自由振动频率得到测试质量质心位置。实验结果表明,质心测量精度优于±1μm,满足空间引力波探测惯性传感器测试质量质心测量的精度需求。

滚珠丝杠滚道法向截面测量系统

为了实现滚珠丝杠滚道法向截面的快速、精确和无损检测,建立基于光学测微计的滚珠丝杠滚道法向截面测量系统。基于滚珠丝杠滚道法向截面测量原理设计了检测装置,对原有滚道法向截面数据处理算法进行优化,提出了角度划分圆弧方法、圆弧数据均匀化方法。对检测装置中传感器安装误差、水平移动平台直线度误差、传感器误差进行分析,并进行误差补偿。最后,通过实验验证检测装置和优化后的算法组成的整个检测系统的精度。实验结果表明:算法优化后检测系统测得的滚道法向截面参数,随着划分圆弧的角度增加最终收敛。算法优化后检测系统测得的圆弧半径和接触角与厂家提供的误差最大值分别为3.6μm和19′31″,相对算法优化前提升率分别为64.36%和53.46%;测得的圆弧半径和接触角标准偏差最大值分别为1.56μm和2′41″,相对算法优化前提升率分别为22.77%和56.67;测得的圆弧半径和接触角的A类不确定度最大值分别为0.63μm和1′6″,相对于算法优化前分别降低56%和70%。滚道法向截面检测系统的精度、重复性和不确定度均满足测量要求。

基于多图超分辨率重建的精细导星仪星点质心定位精度提升方法

精细导星仪的星点质心定位精度决定了空间天文望远镜的视轴姿态解算精度,为了提升精细导星仪的星点质心定位精度,提出了一种基于深度小波循环神经网络的星图超分辨率重建方法。首先,借助微扫描技术获取亚像素错位低分辨率星图序列,采用小波编码器提取低分辨率星图的小波域特征,通过小波系数约束低分辨率星图的噪声,并将亚像素错位星图序列配准过程融入到网络学习中。其次,利用卷积门循环神经单元对所提取的多星图序列特征进行融合。最后,使用逆小波解码器对多特征融合模块输出的小波域特征进行解码,从而实现基于低分辨率星图序列的去噪与超分辨率重建。实验结果表明,分别采用平方加权质心法求取原始星图和超分辨率重建后星图中的各星点的质心位置,相比于前者,后者的各星点平均质心定位精度和稳定度在X方向分别提升了64.76%和19.15%,在Y方向分别提升了75.35%和26.14%。

渐开螺旋面的数字化曲面及其计量特征

真实齿面的数字化重建是虚拟仿真与测量的重要基础,提出了基于几何线特征的渐开线齿轮齿面的数字化曲面构造方法,根据渐开线齿轮齿面的渐开线、螺旋线和接触线三条特征线之间的相交关系划分齿面网格点,分别构造出三角面片组成的渐开螺旋面和双三次NURBS渐开线螺旋面。与三角面片集拟合得到的曲面进行面型拟合特征与拟合精度、特征线拟合特征与拟合精度的比对分析、特征线拟合精度与光顺性的分析计算。分析结果表明,两种数字化曲面具有明显不一样的特征,NURBS渐开螺旋面具有良好的精度和光顺性。

基于LabVIEW的非平行平面距离测量与误差分析系统

气囊隔振器垫片厚度的传统测量方式为人工测量金属安装面的间隙再减去隔振器高度,存在效率低、精度不够等问题。设计了基于LabVIEW的非平行平面距离测量与误差分析系统,基于电涡流位移传感器设计出一种结构简单、测量精度高的测量装置,传感器同时获取多个测点的测量数据并上传上位机,使用LabVIEW编写程序对测量数据实时显示、处理和存储,计算金属平面间距离;使用粒子群算法计算被测金属面板的平面度。经过实验测试,装置能够测量金属平面测点的间隙与平面度计算,测量误差<0.02mm,可应用于非平行金属平面间距离与误差测量,具有实用价值。

基于计算机视觉的输电塔位移监测ROI关键点法

为了实现输电塔远距离位移监测,同时满足低成本、无接触、易实施及精确度高等要求,结合输电塔的内轮廓特征和计算机视觉位移识别技术,提出感兴趣区域(region of interest,简称ROI)关键点法。首先,利用N近邻最小能量法进行ROI轮廓搜索提取,并与Harris角点检测算法相结合;其次,通过输电塔台架实验与灰度模板匹配法相比,ROI关键点法位移识别结果的平均误差、均方根误差分别降低了56%和45%,绝对误差小于5 mm和10 mm的准确率提高了61%和3%,计算效率提高了11倍,稳定性及抗噪性能较高;最后,在实验塔对比验证中,ROI关键点法的位移测量值与实际位移的差值百分比在0.0%~11.1%之间。结果表明,ROI关键点法在输电塔结构位移监测中具有较高的准确率、精细度、计算效率、稳定性及鲁棒性。

自动定位测量的L角间隙视觉检测方法

针对某型破甲弹摆帽安装L角间隙人工测量一致性差、效率低以及机器视觉测量精度低等问题,提出了基于支持向量机(SVM)的多特征融合模板匹配定位方法和利用NMS-OTSU非极小值抑制算法进行间隙边缘特征提取的机器视觉复合检测方法,实现了L角间隙的自动识别定位与精确测量。实验结果表明,该方法可精确定位到间隙区域,并可精准检测0.05~0.3mm的间隙宽度,测量误差小于0.02mm,可以实现复杂工况下L角间隙的精确测量,满足实际自动化装配生产需求。

齿轮测量中心信息化系统设计与开发

针对齿轮测量中心与车间信息化系统的信息交互开发了齿轮测量中心信息化系统。信息化系统采用C/S模式设计系统的网络架构和软件架构,细化了测量参数、测量报告及实时状态交互格式标准,实现了齿轮测量中心与车间管理系统的通讯连接。齿轮测量中心获取DNC提供的测量参数,根据远程指令测量齿轮,并将测量结果上传至Q-DAS进行质量分析;同时齿轮测量机还可将设备实时状态上传至MDC,对设备状态进行实时监测。该系统已接入国内一家减速机制造企业的智能化产线,实现了齿轮测量数据的跨平台传输。

基于多面体模型的电机装配误差分析

电机装配时各零件的偏差累积会影响电机气隙,导致电机性能与装配质量下降,因此需对装配后电机定转子间的气隙进行公差分析。为做好公差分析,以电机气隙作为装配功能要求,建立装配偏差传递路径上的多面体模型,对串并联装配结构的多面体模型进行闵可夫斯基求和与求交运算,最终得到装配体气隙沿径向平动的变化范围。运用3DCS基于蒙特卡洛法对电机气隙进行仿真,验证了多面体模型法求解所得装配误差的准确性和合理性,对电机的公差设计具有一定的参考价值。

U型钢冷弯成形过程的有限元仿真

为了提高U型钢的抗扭性能和承载能力,改善外弯角的曲率厚度分布均匀性,并减少尖点在圆角部位的出现,本文使用软件模拟板带连续冷弯成形过程,以揭示U型钢的应力和应变的分布规律。首先,在传统设计方法的基础上进行了成型工艺参数和轧辊的设计,确定了成型道次和每次弯曲的角度;然后,利用有限元软件MSC.Marc,构建了冷弯成型仿真模型,并进行了仿真计算。仿真结果表明:在冷弯过程中,等效应力及等效应变分布呈现弯角处大,立板处次之,而底板处最小的特点,各道次间应力及应变的大小变化较均匀,成型力分布也比较合理。

二次装夹轴类零件同轴度精度控制方法研究

针对轴类零件在切削加工中需要二次装夹产生同轴度误差的现象,分别从测量误差和加工方法上对同轴度精度控制方法进行分析。以某典型轴类零件为例,分别从同轴度检测方法、原理上进行了误差探究,从加工方法上进行了三种方式的实践,得出采用定位误差补偿方法可以提高此类零件同轴度精度的结论。

基于神经网络的壁板铆接视觉测量研究

铆接制孔直径是影响制孔质量的重要参数之一,针对人工测量存在的人为偏差和效率低的问题,提出了一种基于神经网络的机器视觉测量方法,该方法通过图像预处理、ROI提取和图像识别及尺寸测量四个阶段对产品进行检测。图像预处理阶段的目标是通过基于神经网络的镜头补偿模型获得更好的原始图像。检测到的边界可作为滤波图像ROI提取的基础,压缩后的ROI存储在数据库中并由图像识别模块发送,图像识别模块是基于反向残差块构建的,在保持识别精度的同时减少了模型大小和计算时间,孔的图像识别准确率达到94.67%。利用参照物的像素直径得到壁板铆接被测孔的像素直径。实验结果表明,在不同位置的孔直径测量中,本方法的直径测量精确率平均在95%左右。

鲁棒性优化的混合四探针圆柱度测量方法

四点法在现场测量方面具有优越性,被广泛应用于圆柱度轴系轮廓重构中。为了进一步提高四点法的测量精度,构建了一种混合四点法测量模型。在第一个测量位置布置不同的探头角度并进行多次测量,为每个谐波系数提供多个候选解;针对单个谐波系数,根据传递矩阵从候选解集合中选取最优估计;将探针支架移动到第二个测量位置,重复上述步骤,直到测量全部截面;利用最优谐波系数得到整体圆柱度误差。实验证明,混合四点法比常规方法对误差源的测量具有更强的鲁棒性。

基于模拟退火算法的空间直线度误差评定

针对空间直线度误差评定问题,采用模拟退火算法对深孔中线的计算、坐标转换与投影、最小覆盖圆等进行研究。模拟退火算法是基于金属退火机理而建立起来的优化算法,能够以随机搜索技术从概率意义上找出目标函数的全局最值点,得到目标函数取到全局最值点的相关参数,根据得到的相关参数对测点坐标进行坐标转换,并进行最小圆覆盖得到直线度误差。利用MATLAB软件编写程序,对空间直线度误差进行实例计算,并将其结果与其他方法的计算结果进行分析比较,验证了模拟退火算法的可行性及优越性。

数字化精益生产体系构建研究——基于某装配车间实例分析

从精益化、数字化到智能化,企业的转型和升级是企业维持长远、可持续发展的必要手段。在近10年中,国际产业格局重大调整,是中国制造业转型和革新的重要时机和窗口。目前,国内仍有许多企业停留在工业3.0或工业2.0向工业3.0的过渡状态,从上到下的发展步调不平衡、不一致,处于单项覆盖而难以系统集成的阶段,没有形成一个统一体系,导致存在信息传递不及时和数据分析不全面的问题。以某动车装配车间的建设为例,从产线规划、产线构建、运行管理和优化改进等4个方面,建立数字化车间的体系结构,实现从工位到产线再到车间的精益化和数字化融合,进一步推进企业从精益化到数字化再到智能化的转型。

基于机器视觉的刀具磨损特征值获取方法

为在生产加工过程中有效检测刀具磨损状态,提高加工效率,降低加工成本,提出一种基于机器视觉的刀具磨损特征值获取方法与检测装置。基于加工场合开发了一款具备回收与展开两种状态的在位刀具图像采集装置;运用灰度处理、高斯模糊滤波与二维中值滤波、自适应二值化、形态学等图像处理技术对刀具图像进行预处理,结合GrabCut算法分割图像背景,运用OTSU分割算法提取刀具轮廓,采用Canny算子边缘检测提取刀具磨损区域,结合刀具直径计算得出刀具磨损特征值;通过对6061铝合金航发叶片进行正交试验,获取刀具磨损特征测量值,与电子数码显微镜获得的实际值对比表明,测量值与实际值之间的误差(除少部分外)均保持在0.02mm内。