基于交流电磁场的高铁钢轨表面裂纹无损检测研究及展望

针对高铁钢轨表面产生滚动接触疲劳(RCF)裂纹导致对钢轨带来危害的问题,本文分析了钢轨表面滚动接触疲劳裂纹的形成机理及扩展规律,系统归纳了高铁裂纹的无损检测与表征方法。聚焦于交流电磁场检测(ACFM)技术,重点研究了ACFM技术发展及研究现状、理论研究成果以及存在的问题,综述了ACFM技术的特点及应用,通过与其他无损检测方法进行分析比较,阐述了ACFM测量法对钢轨表面裂纹的精准量化表征的优势。结果表明:ACFM探针传感器沿45°方向扫描,通过结合ACFM信号补偿量算法可将非均匀裂纹口袋深度误差降到5.5%,垂直深度误差降到7.1%,裂纹簇误差减小到7.1%;经过人工神经网络训练对钢轨RCF裂纹尺寸进行精准表征,最终计算的误差在10%以内。进一步讨论了融合人工智能技术的钢轨表面裂纹无损检测技术的发展趋势,为后续ACFM技术对钢轨表面RCF裂纹的检测和表征研究提出相关建议和展望。

基于机器视觉的金属工件智能分拣系统设计

针对传统工业中人工分拣效率低和成本高等问题,设计了基于机器视觉的机械臂智能分拣系统。通过摄像头采集图像并对图像进行灰度滤波操作后,使用SOA-OTSU算法对图像进行阈值分割,对目标区域进行Blob连通域分析,实现对工件的识别与定位。运用标准D-H参数法建立三自由度机械臂模型,将工件位置坐标代入逆运动学方程,解得每个连杆的关节转角,将其转化为机械臂步进值,并通过串口通信方式发送给Arduino,由Arduino控制机械臂完成工件的抓取与放置。实验结果表明,该方法提高了分拣系统抓取的准确性。

纵向塞曼激光器的磁场分析与研究

双频激光器频差大小直接影响双频激光干涉仪测量速度,而纵向磁场是制约纵向塞曼激光器频差的主要因素。通过理论分析双频激光器频差与纵向磁场强度之间的关系,得出磁场最优参数,并选用三种型号激光管进行实验验证。实验表明,磁场强度为0.03T时,双频激光器性能达到最优。

基于二维影像测量的全自动检测装置研发

小型回转类零件尺寸小、待检特征多样,通常只能采用手工检测,存在检测效率低、耗时长等问题。通过分析此类零件的检测需求和待测特征,采用二维影像测量的方式,研发了一款集自动上料、快速测量、结果判定及分拣功能于一体的全自动检测装置,可在实现多特征的同时进行高效测量。通过更换不同的上料机构,还可实现对同类零件的自动化检测。该装置已正式投入现场生产检测,使用效果良好,为小型回转类零件的批量自动化检测提供了技术保障。

基于ELVIS Ⅲ平台的布匹运动速度测控系统

NIELVISⅢ教学实验平台兼具便于操作的硬件平台和灵活的虚拟仪器测量软件,可靠性达到工业级标准,为了充分利用NI ELVIS Ⅲ教学实验资源,在此平台上开发综合性实验系统十分必要。基于NI ELVIS Ⅲ平台设计开发了布匹运动速度测控系统,包括硬件设计、硬件系统搭建与连接、软件编程及系统联调,实现了一个完整的测控系统,实验表明,系统的设计和调试综合了传感器、电路、机械设计、仪器设计、软件编程等多个学科的知识和技能,对学生工程能力的提升起到重要的培养作用。

3D线激光相机的激光条纹中心提取方法

线激光条纹中心提取是实现线激光相机三维扫描的关键,根据激光三角测量法研制了线激光相机,基于传统Steger法对其进行优化并提出一种适用于提取线激光相机光条中心的方法。对图像进行预处理,结合Canny算子找出光条边缘,求取光条边缘极值并计算确定ROI区域,利用高斯滤波处理提取后的图像,利用Hessian矩阵求取光条中心法线方向,在法线方向进行二阶泰勒展开确定光条中心点,最后对中心点连接并平滑处理,实现中心线精确提取。实验表明,采用本方法能够准确找到不同背景与光源环境下的光条中心,不同条件下的光条中心均方根误差平均值小于0.4,并能够准确扫描出零件三维点云。

检测自由曲面时精确定位方法的研究

针对用三坐标测量机对自由曲面轮廓进行测量时由于工件找正时的定位误差引起的测量误差，提出了一种将实际测量数据点与工件的ＣＡＤ模型理论数据点优化匹配的算法。

基于锥光偏振全息测量法的自由曲面零件的光学非接触式自动检测

为了解决测量复杂自由曲面零件的速度和精度问题,提出一种基于锥光偏振全息测量方法的自动检测系统.该系统在5自由度自动定位系统的支持下,根据零件的三维CAD模型实现了对自由曲面零件的自动检测.文章介绍了锥光偏振全息测量法的原理,对系统进行了详细描述,讨论了系统基于CAD模型的检测规划及其优化算法,并介绍了相关的自由曲面叶片零件测量的实验结果.

非圆磨削中曲轴角向定位方法及其误差分析

非圆磨削根据运动模型控制工件的旋转运动和砂轮架的横向进给运动,使砂轮外圆与工件表面轮廓始终相切,实现异形零件磨削。磨削前必须使建立非圆磨削运动模型的工件坐标系与机床坐标系重合或接近,才能使磨削余量分布均匀,保证曲轴各档相位角的加工精度。基于触发式测头构建大量程在机测量装置,配合不同测量方法,分别建立两点法和多点法角向定位模型,并分析谱尺度BFGS算法在求解该模型时的收敛速度、精度以及初值选取范围。在此基础上,通过仿真计算分析测头预行程及定位误差对角向定位精度的影响规律,并揭示其与所选定测量点位置的关系。根据试验结果分析比较两种自动角向定位方法的有效性,并提出相应措施以减少角向定位误差。

空间自由曲面数控测量系统中测量路径的优化

要实现空间自由曲面数控自动测量，则必须在测量前自动生成合理的测量路径。特别是对于带有测量障碍区域的未知曲面，其测量路径的规划不仅直接影响到测量的准确性和效率，而且影响到系统的可靠性和安全。木文采用“曲面→曲线→点集”的曲面分解测量策略，对曲面网格结点分类处理，然后在矩阵域中通过分别构造‘Ｐ’形点阵块，对测量路径进行优化。实践表明这种测量路径优化方法是保证ＣＮＣ坐标测量系统安全、准确、高效使用的关键技术。

基于STM32F103的旋转角度测量装置设计

设计一种基于增量式编码器和STM32F103系列芯片的角度测量仪。该装置与被测物件按一定传动比固定安装,系统自动测出传动比并存储,以免断电数据丢失。被测物件每转动一周,光电传感器触发一个零位信号,编码器输出A、B两相方波信号,STM32F103芯片接收到编码器的脉冲信号后根据算法求出对应的角度值,经串口在上位机界面实时显示并分析实验数据,得到不同传动比下的角度测量精度。

自驱动关节臂坐标测量机上位机测控系统软件设计与仿真

传统测量机测量软件可以实现数据采集、仿真环境和手动示教等单一功能,但未实现自驱动一体化。本文基于Visual Studio 2015开发平台中的MFC搭建了软件整体框架,采用跨平台应用程序接口OpenGL研究了仿真环境的模型导入显示和待测坐标点抓取。根据抓取的坐标点数据,将MFC和MATLAB软件进行数据链接,以实现测量机的运动学逆解及其路径规划。分别采用CSerial类、socket类进行串口通信和以太网通信,将逆解得到的关节转角参数和运动参数传输至下位机控制器系统,驱动关节臂进行目标点测量。将下位机系统采集的测量数据反馈至上位机交互界面,根据MATLAB软件编写的算法进行误差补偿,并利用SQL数据库链接实现数据存储、查询、插入和删除等功能,完成高效实时的数据传输。实验结果表明,测量系统软件可以有效地完成三维模型显示与坐标点抓取,两种通信方式均可实现数据的传输和读取,能存储采集到的数据并调用MATLAB函数进行处理,完成误差补偿,提高关节臂的测量精度,最终实现自驱动功能为一体。

曲面类零件在线测量

利用数控车床和TP6C-T型触发式红外通讯测量头等软硬件建立了一套数控车床在线测量平台,分析异形测头的X、Y和Z向误差、测量头原理误差等产生的原因,并提出了相应的解决方法,从而在数控车床上基本实现了曲面类零件轮廓在线测量。

薄壁易变形圆筒件几何尺寸自动测量方法

针对薄壁易变形圆筒件的等效直径测量，采用提取表面轮廓的部分特征来实现一定精度的测量。分析了测试原理、算法和误差，同时介绍了采用这种测试原理所构成的两种测试系统。

一种大型滚动轴承径向游隙测量机

针对大型滚动轴承径向游隙测量不稳定的状况,开发了一款大型滚动轴承径向游隙测量机。检测结果表明,自动检测游隙机测量值比人工测量的结果误差更小。

基于小波模极大值的工件图像边缘检测

为给数控机床上下料机器人提供准确定位信息,实现机械手准确抓取工件,需要对工件进行图像抓取并处理图像,同时为了获得抓取信息,对工件进行边缘检测以提取出清晰的轮廓。在工件实际图像采集中,噪声往往比较多,本文采取小波模极大值边缘检测算法,将图像进行小波变换后计算模值及相角,求出模的极大值点并判断是否为边缘点后对边缘进行提取,最后对实际工件进行边缘检测。该方法抗噪性良好,并具有一定的实用性。

接触式激光传感器集成测量方法的研究

利用光学测量传感器与接触式传感器集成方法,建立多轴测量系统,是以航空发动机叶片等为代表的重要零件型面几何精度检测的发展方向。针对“接触-非接触”复合测量传感器集成测量问题,提出了复合测量传感器标定及其空间位置关系的建立方法,结合自主开发的四轴叶片测量系统和测量软件,开展了叶片截面封闭曲线测量,并验证了该方法的可行性。

基于机器视觉的二维尺寸检测

借助CMOS工业相机、光学镜头、计算机以及Open CV等搭建了一套机器视觉检测简易系统,采用了一种针对两孔零件的测量方法。经试验得出:精度可达0.009mm,重复性误差可达0.0215mm,用该系统测量已检测合格的300个零件,满足检测要求,说明该检测系统具有一定的可行性。

多读数头位移传感器原理及误差谐波修正

为提高传感器的精度,提出了一种构建多读数头位移传感器的方法,在不增加刻线槽的情况下,可大幅提高传感器的对极数,该传感器误差成分比传统传感器的谐波误差成分少,且谐波误差幅值小,有利于提高传感器的精度。详细研究了传感器误差组成和误差谐波修正法理论,提出了对极内单点采样的误差修正方法。与对极内多点采样修正方法相比,误差修正效果一致,但采样点数较少。通过试验证明,对极内单点采样误差修正方法可提高传感器的精度。

高精度气动传感器的研究

介绍了气动测量中常用反射式和背压式气动传感器的设计与工作原理。理论分析出提高气动传感器灵敏度和测量范围的方法;通过对影响测量精度主要误差因素的分析,给出相应误差补偿的方法。所研制气动传感器的测量范围为55μm,分辨力为0.02μm,静态误差小于0.25μm,可适用于高精度高分辨力的非接触尺寸测量。