基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法

木窗是一种以木材或木质复合材料为主要构件的门窗产品,具有良好的生态性能和美观效果,适用于多种建筑形式和风格,其中木窗尺寸是衡量木窗加工是否合格的重要指标。对于传统木窗双端铣削加工中人工测量尺寸方式存在的精度低、效率低等问题,提出一种基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法,以期提高尺寸测量精度及加工效率。该方法针对木窗厚度引起的透视效应,提出一种物平面提升法,以消除透视投影带来的误差。首先对木窗图像采取灰度化、平滑去噪、图像增强及轮廓分割等举措,完成图像预处理,提取出木窗内外轮廓区域。对轮廓区域应用Canny算子获取木窗像素级轮廓。通过优化的Zernike矩亚像素边缘提取算法对木窗像素级边缘进行更精确的定位,得到亚像素级轮廓坐标。通过最小二乘法联合RANSAC算法对亚像素轮廓坐标进行拟合,得到拟合轮廓及角点坐标,并使用透视矫正模型计算出木窗尺寸。实验利用3种厚度规格相同但尺寸不同的松木材质矩形木窗,分别测量其内框和外框的边框尺寸及对角线尺寸,并与对应的实际物理尺寸对比,验证了所提木窗尺寸测量方法的检测精度。研究结果表明,所提方法与实际物理尺寸值相比,其绝对误差范围在±0.12 mm之内,相对误差在±0.1%之内,且效率及精度高,可以满足对木窗的在线尺寸检测。

新型盘式削片机刀盘结构设计及切削力研究

基于目前纤维板所需工艺木片的生产现状,为保证盘式削片机生产工艺木片的质量并解决盘式削片机飞刀快速更换的问题,设计一款采用差动螺旋结构实现飞刀伸出量微调,以及刀块整体更换的新型盘式削片机刀盘。对新型刀盘的削片工作原理以及切削力进行研究,对装刀块夹持力部分进行验证计算,通过Adams仿真软件对设计的新型刀盘进行了动力学分析,验证刀盘结构在额定转速下的稳定性。

基于RF-GA的热磨机生产参数优化方法

热磨机是纤维板生产中最重要的设备之一;热磨机的综合能耗在纤维板生产的整体能源消耗中占比显著,优化生产参数以降低热磨机能耗一直是纤维板生产的要求之一。以华北某纤维板企业采集的数据为依据,针对影响比能耗(SEC)和纤维质量(QF)的多个生产参数,用粒子群算法优化的BP神经网络、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)建立比能耗和纤维质量预测模型,经对比确定最佳比能耗和纤维质量预测模型;后基于最佳预测模型构建生产参数优化模型,采用遗传算法(GA)对其求解得到最佳生产参数,以此提出基于RF-GA模型的热磨机生产参数优化方法。结果表明,热磨机各生产参数之间存在较强耦合关系,且与比能耗和纤维质量为非线性关联;粒子群算法对机器学习算法中超参数的优化是必要的,可以有效降低机器学习算法误差;选取5组不同纤维质量下的数据,采用建立的热磨机生产参数优化方法优化后,比能耗平均下降6.9kW·h/t、降幅为5.22%。该研究验证了RF-GA热磨机生产参数优化方法的可行性,能够应用于生产参数的优化,有效地实现节能降耗的目标,并为热磨机生产参数的设定提供依据。

木窗双端铣削加工中心关键机构的设计与研究

针对被动式欧式木窗外框铣削加工效率低、加工精度低和人工劳动强度大等问题,设计一种被动式欧式木窗的双端铣削加工中心,用于被动式欧式木窗外框高效率、高精度铣削加工。通过对木窗铣削工艺的分析,采用计算机辅助设计方法对加工中心结构进行详细设计,利用Solidworks软件对加工中心进行三维建模,基于有限元分析软件对关键支撑零件的强度、刚度进行分析,使用虚拟试验方法验证加工中心的加工效率。研究结果表明,加工中心理论加工效率约为400扇/d,相较于人工加工效率350扇/d,效率提升了14.28%,关键支撑零件的最大应力远小于材料的许用应力,满足使用要求。

基于木质异型材的两自由度工作台研究

设计了一种两自由度可旋转工作台,用于辅助普通三轴数控机床对木质异型材进行复杂曲面加工。该工作台可通过两台电机控制工作台同时或分别进行X轴和Y轴方向上的旋转,左侧电机驱动蜗轮蜗杆传动实现工作台X轴向旋转,右侧电机驱动齿轮副传动实现工作台Y轴向旋转,通过互相配合实现多平面、多角度加工。通过对工作台关键支撑结构进行静力学分析与模态分析,确定工作台整体支撑结构合理性,为两自由度工作台结构设计提供参考。

框架式人造板装卸机的设计与有限元分析

人造板装卸机是板式家具生产线中的原料板材装卸机构,其使用可使人造板生产线的布局更为合理,缩短生产进料时间,提高原料板材装卸过程的自动化水平,提升企业的生产效率。采用Solidworks对框架式人造板装卸机机架进行了立体结构建模,利用Ansys-Workbench对其受力及强度进行仿真分析与验证。

木质重组材单板卷曲辊压成型平台设计与试验

低品质木制单板制备重组材是其高值化利用的重要途径,研发连续式重组材成型技术有利于提高其生产效率,对促进木材可持续发展和经济社会绿色发展具有重要意义。该研究设计一种木制重组材单板卷曲辊压成型平台,并以木质管道制备为例对工艺参数进行优化试验研究以测试平台工作性能。设计单板卷曲辊压成型平台的整机机械结构并描述其工作原理,对辊压机构、卷木轴刹车防滑机构、施胶压紧装置等关键部件进行详细设计和理论计算。对物理样机进行性能试验,以芯轴转速、单板厚度、施加压力为试验因素,木质管道的环刚度和轴向压缩强度为试验指标,运用Box-Benhnken试验方法,建立因素与试验指标的回归方程,优化参数组合为芯轴转速16 r/min,单板厚度2.15 mm,施加压力293 N。此时预测木质管道的环刚度为26 016.6 N/m^(2),轴向压缩强度为23.11 MPa验证环刚度与预测值误差为1.07%,轴向压缩强度误差为4.46%。进一步使用优化参数对内径为5.08、7.62、12.70 cm的木质管道进行试验,得到环刚度分别为43 812、32 655、17 532 N/m^(2),轴向压缩强度为25.83、24.71、20.17 MPa。该研究成果可为木质重组材卷曲辊压成型技术及装备的工业化应用提供参考。

气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的磨削力与表面粗糙度

【目的】探究气鼓轮砂带砂光参数对磨削力的影响以及磨削力与砂光表面粗糙度的关系,为更好控制气鼓轮砂带砂光木(板)材的表面粗糙度提供理论参考。【方法】开展气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的单因素试验,运用流体腔理论建立气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型,基于有限元模型和单因素试验,探究气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差对磨削力和砂光表面粗糙度的影响,并分析磨削力与砂光表面粗糙度的关系。【结果】随着气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差增加,试件总磨削力增大,但其引起总磨削力增大的原因不同;试件接触中心节点法向应力大小主要与气鼓轮气压有关;对应同一试件的中间区域(6~59 mm),气鼓轮气压组和进给量组试件的局部磨削力近似相等,轴平行度误差组试件的局部磨削力与位置近似线性相关;气鼓轮气压对试件磨削力和表面粗糙度影响较小,进给量可较明显改善试件表面粗糙度;试件表面粗糙度与局部磨削力的线性拟合相关系数R2为0.975,与总磨削力的线性拟合相关系数R2为0.871,表面粗糙度与局部磨削力的线性相关性更好。【结论】气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型可以准确计算试件磨削力;分析气鼓轮磨削力与试件砂光表面粗糙度的关系时,选择试件局部磨削力比试件总磨削力和试件法向应力更好。

林业剩余物可调式斜进料盘式削片机主轴刚柔耦合动力学分析

研究新型枝丫材、抚育间伐材等林业剩余物盘式削片机的主轴系统,该削片机刀盘与主轴安装结构的特点,与当下主流安装形式存在差异,验证其主轴系统在切削原木过程中是否符合结构设计要求。采用ADAMS软件与ANSYS软件建立柔性主轴的刚柔耦合模型,在模型中添加切削力周期变化的规律,仿真提取主轴与刀盘连接点位置处主轴轴向与径向振幅情况,得到刀盘在径向的最大振动幅度为175μm,结果按国标对比符合旋转轴长期运行条件。研究结果对新型削片机主轴系统的合理性提供了验证,为削片机主轴系统的结构改进提供了理论依据。

面向板式定制家具立体仓库的穿梭车结构设计与分析

针对现有的堆垛机式板材立体仓库存取系统运行效率低、结构复杂、成本高等问题,设计了一款能够自动换层存取货物的穿梭车。整机由行走装置、移载装置、框架式车身等部件组成。在研究板式家具产品特征的基础上进行整车结构设计和参数确定,对换层行走的工作原理进行设计,对移载装置中的关键部件空间圆柱凸轮机构进行详细设计,并利用有限元软件对车架结构进行了分析和参数优化。结果表明,穿梭车可以实现换层行走功能,货箱移载装置无严重冲击载荷,优化后的车架结构有效提升整车的稳定性,能够保证仓储质量,提高存储效率,降低仓储成本。

基于抚育整枝目标的毛白杨枝条冲击切割性能适应性分析

【目的】为了提高毛白杨枝条冲击切割效率并改善切割效果,通过研究枝条内部因素对切割性能的影响,对毛白杨枝条的冲击切割性能进行适应性分析。【方法】以我国华北地区林场广泛种植的速生林品种毛白杨的枝条为研究对象,使用自制的枝条切割平台进行枝条切割试验。在单因素试验的基础上采用Box-Benhnken中心组合试验方法,通过试验和理论研究枝条直径、含水率和分枝角度3个内部因素对峰值切割力和断裂效果的影响规律。【结果】(1)建立了毛白杨枝条冲击切割性能的切割机理模型;(2)通过对模型进行优化分析,得到最优参数组合为枝条直径14.7 mm、含水率14.0%、分枝角度90°,该组合下的峰值切割力为370.48 N,断裂效果评分为4.6分,峰值切割力和断裂效果分数的预测值与实测值的相对偏差均小于5%;(3)峰值切割力与枝条直径呈线性增长关系,随枝条含水率的增大呈先增大后减小的趋势,随着分枝角度的增大而小幅增大。【结论】选择树龄为7年时进行修枝作业,作业的季节选择秋冬季,可以获得较优的修枝质量,该研究可为速生林修枝装备的研发与林木抚育方式的优化结合提供数据支撑。

木工机床远程互联监测点位的仿真优化

随着电子技术和计算机技术的深入发展,实现木工机床的联网并进行数据采集已成为必然的发展趋势,而对于新型木工机床来说,要对木工机床进行远程监测,则需要对主要部件进行状态监测,尤其是主轴。在监测过程中,对机床主轴的监测点位的选择值得思考。因此,可以准确地监测主要零部件、及时了解机床的运行状态、提高设备使用率成为了迫切需求。在使用Solid Works simulation进行分析的基础上,对机床远程互联监测进行点位优化,极大地方便了参数信息的获取,也为下一步搭建监测平台做准备。

新型无卡轴旋切机工作后角及旋切轨迹研究

无卡轴旋切机作为原木加工机械中最基础的设备,主要用来对原木进行第一道工序的加工。由于目前森林资源的枯竭,小径木的大量使用要求无卡轴旋切机有更高的精度以保证旋切单板的质量。对无卡轴旋切机的工作后角及刀尖的旋切轨迹进行研究,对装刀高度、工作后角等参数进行理论计算,通过MATLAB软件得出相关的变化曲线并拟合出多项式方程,最后将结果代回SolidWorks软件完善无卡轴旋切机结构的设计。

竹勺连续化自动成型装置设计与试验

针对传统竹勺热压成型工序中存在的连续性差、效率低、人工强度大等问题,在已有的成型技术基础上,对竹勺热压工艺、上下料方式、单次成型数量等关键结构和运动参数进行改进设计,提出了一种多吸盘连续上料整体热压成型的工艺方法,并设计了竹勺热压成型样机。通过对竹勺压板热传递条件的理论分析,在压板尺寸为713 mm×537 mm×56 mm的条件下,确定竹勺模具排列方式及单次成型数量,使加工效率提高了125%。运用ANSYS Workbench有限元方法模拟吸盘吸附时的变形状态并对吸附底面的受力情况进行分析,确定吸盘吸附半径为5 mm、吸盘吸力为4.74 N,验证了对竹勺无变形破坏。通过含水率试验以及弯曲性能分析试验,将传统头部热压竹勺和整体热压竹勺进行对比,结果表明,整体热压竹勺含水率为4.8%、抗弯强度为99.46 MPa、抗弯弹性模量为5809.2 MPa,相比传统头部热压竹勺,含水率降低了1.2%、抗弯强度增加了17.0%、抗弯弹性模量增加了14.5%。对断裂特征使用扫描电子显微镜观察分析表明,本研究提出的整体热压装置成型后的竹勺具备更好的使用硬度和抗弯强度。

青萝卜种子物性参数测定与离散元参数标定

为保证青萝卜种子排种过程离散元仿真模拟试验参数设置的正确性,以青萝卜种子物性参数为研究目标,通过物理试验和仿真试验相结合的方法对仿真参数进行标定。首先,采用物理试验的方法测定青萝卜种子的外形尺寸、单粒重、密度、泊松比、弹性模量、剪切模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数,参考物理试验测定结果选择仿真试验参数取值范围,利用EDEM软件对青萝卜种子的堆积进行仿真,利用最陡爬坡试验对试验因素进行优化分析,结果表明:种子间的静摩擦系数和种子-PLA塑料板的静摩擦系数之间有显著性影响(P<0.01),再通过2因素5水平二次通用旋转组合试验方法对显著性因素进行优化,以实测种子的堆积角29.75°为优化目标值,获得最优参数组合:种子与种子及PLA塑料板间的静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞恢复系数分别为0.53、0.0175、0.204及0.56、0.012 5、0.399。

毛边锯材形状识别系统设计

针对目前我国毛边锯材外形尺寸测量主要仍依赖人工完成的现状,基于运用功能设计法设计了一套基于光幕检测的毛边锯材形状识别系统,其主要由外形参数采集模块和数据处理模块构成。通过单片机编程设计了毛边锯材外形参数采集模块和数据处理模块的控制系统,可以实现毛边锯材外形参数的自动采集功能,为毛边锯材加工的自动化与智能化奠定基础。

双动刀环式刨片机分料装置结构设计与仿真分析

双动刀环式刨片机是刨花板备料工段不可或缺的装备之一,随着刀环宽度的增加,双动刀环式刨片机刀环宽度方向磨损不均匀问题越加明显。根据阻挡分流原理设计一种双8字形分料装置,主要由一次分料板、二次分料板、连接杆和传动轴组成。通过计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)分析双8字形分料装置的分料翼板弯折角度和分料装置转速对木片运动轨迹的影响,结果表明该分料装置的应用可以使木片在刀环宽度方向上分布均匀,有助于解决刀环磨损不均匀的问题。研究结果可为双动刀环式刨片机的结构改进提供理论依据与技术支撑。

高精密数控优选多片圆锯机的研究

针对我国木工机械行业数控化发展起步较晚、圆锯机存在设计能力弱、加工精度低、效率低、性能差等问题,提出了一种高精密数控优选多片圆锯机的设计方案。通过分层次结构布局和双排式锯片集成设计,采用高稳定无角位偏移精准传输结构和伺服独立控制模块锯片群,实现了高精度的锯切和自动化加工;通过仿真模拟与参数优化,优化了圆锯片的切割过程和振动控制,提高了加工精度和效率。高精密数控优选多片圆锯机的成功开发将促进木工机械行业的重大变革,推动木材加工和家具制造企业的快速发展,具有良好的市场前景和社会经济效益。

门窗材双端刨铣自动换刀加工中心的结构设计

由于国内门窗窗型加工设备大多处于半自动化状态,更多依赖于国外进口设备,且存在着加工效率不高、精度低等缺陷,因此提出了门窗材双端刨铣自动换刀加工中心的设计。通过对门窗材双端端头铣型加工工艺分析,完成门窗材双端刨铣自动换刀加工中心结构总体布局,利用Solidworks软件对加工中心端头铣削结构进行实体建模,确定了加工中心端头铣削结构主机总体结构,并对齐头锯、端头粗铣铣削主轴的切削力和切削功率进行设计计算,得到主锯电机功率7.5 k W、铣削主轴铣削电机功率为7.5 k W,符合加工功率要求,并完成齐头锯组件、粗铣主轴组件、精铣主轴组件、榫头铣座送料结构、刀具位置调整机构、主机机架等结构的设计以及外购件的选型,最后运用ANSYS对粗铣铣削主轴进行静力学分析,得到主轴的应力、应变和变形云图,其最大应力值为10.305 MPa、最大应变值为0.051 527 mm/m、最大变形量为0.010 946 mm,且最大强度、刚度以及变形均在安全范围内,验证了铣削主轴满足设计要求。设计的自动换刀加工中心结构简单,能一次完成门窗材两边齐头、端头铣型工序,自动化程度高,效率高。

定制家居柔性化生产线控制系统信息交互模型

探讨板式定制家居柔性化生产线控制系统数据信息交互方法,以期为解决中小企业由于生产线中各工段所用控制系统的类型不同、总线不同而导致数据信息前后传递不畅、动作不协调的问题提供科学依据。分析定制家居柔性化生产线组成和工艺流程,建立控制系统模型;提出基于Modbus TCP/IP协议和类对象的思想构建数据信息交互模型,抽象出5个公共类:伺服电机类、变频电机类、加工工件类、指令输入类、状态输出类和7个私有类:龙门分拣机器人类、RGV运料小车类、开料裁板锯类、立体缓存机器人类、U型封边线类、打孔机器人类、终点缓存区类;为每个工段主机分配Modbus寄存器的起始、终止地址和数据缓冲区长度从而将数据交互方法实例化。研究结果表明所建数据信息交互模型可实现生产线不同工段间的信息流转和几种主流PLC之间的数据交互,达到5Hz的数据采样与交互频率且正确率达到了100%;易于实现扩展和移植,满足板式定制家居柔性化生产线的工艺需求,为板式定制家居柔性化生产线提供数据交互范式和接口技术。