焊接机器人空间轨迹段间位姿平滑过渡方法

针对目前采用传统轨迹过渡方法在实现多段焊接轨迹过渡处理仅能保证机器人末端速度的平滑性,却无法实现满足弓高误差要求的问题,提出采用三次非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational B-splines,NURBS曲线)的最大弓高误差可控的轨迹过渡方法。根据最大弓高误差计算过渡路径点,并用NURBS曲线对路径点进行拟合得到过渡轨迹。此外,基于位姿同步,对衔接点的角速度进行前瞻处理,并采用S型加减速对轨迹姿态进行规划。在自主搭建的机器人测试平台验证所提出的轨迹过渡方法,实验结果表明可以根据焊接工艺需求设定最大弓高误差,且在保证机器人末端线速度和角速度平滑性的基础上,保证实际弓高误差小于设定值。

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺误差研究

中低速磁浮轨道10 m弦测值作为评价轨道几何平顺性的标准时,由于弦测值在幅频范围内存在畸变并受基准线选取的影响而产生较大误差。本文推导了弦测法“以小推大”的传递函数,进一步定义了“以小推大”及其逆推算法的误差放大系数;分析了弦长、矩阵维度对误差积累特性的影响,结合传递函数分析不同波长对误差的敏感性差异,并通过数值模拟进行验证。结果表明:“以小推大”算法及其逆推算法在传递函数为0的波长范围内误差积累较严重,轨道不平顺功率谱密度出现阶跃信号;随着矩阵维度的增加,“以小推大”逆推算法的误差快速积累,推得的小弦长越小则误差积累越小。应用“以小推大”算法时应减小大小弦长比值;对于“以小推大”逆推算法,要减小采样步长、可换算最小弦长以及矩阵维度。

自由曲面等误差数控加工刀轨生成方法

等误差刀轨的逼近误差等于设定的最大允许值(阈值),步长达到了理论最大,能够有效提高数控加工的进给速度和平顺性,为了对自由曲面高效地生成满足精度要求的等误差刀轨,提出以几何距离驱动刀触点调整的等弓高误差刀触点迭代搜索方法,提出以刀具切削包络面与刀触点轨迹线之间的最大距离作为逼近误差、采用自适应离散法进行计算的方法;然后以等弓高误差刀触点的刀位点作为初值,提出步长自适应调整迭代的等误差刀位点计算方法;最后对算例计算出等误差刀轨验证了算法的可行性,所有刀位点的逼近误差均位于指定的阈值邻域内,满足了等误差要求,与常用的步长筛选法相比,计算时间更短、刀位点更少。

蒙皮镜像加工误差实时补偿优化方法研究

针对传统的飞机蒙皮镜像加工误差补偿方法收敛速度慢,在大进给高速加工中很难完成较好的补偿效果的问题,提出了一种蒙皮镜像加工误差实时补偿优化方法。该方法基于双点弦截法,借助超声波测厚仪前两次获得的蒙皮壁厚与程序切削深度,计算下一点的补偿值,并通过控制镜像铣补偿轴运动实现加工误差补偿,有效的提升了飞机蒙皮镜像铣的补偿效果,减小了加工误差。最后通过有限元仿真和试验证明了该方法的优越性,最大加工误差降低了41.67%,总体加工误差降低了41.96%。

叶片前后缘识别及百叶轮抛磨工艺研究

针对叶片前后缘厚度小、曲率变化急剧的结构难点,利用最小二乘法对叶片截面前后缘和部分叶身处的离散点进行椭圆拟合,通过设置平均距离、最大距离和斜率差三个误差约束条件来确定前后缘与叶盆叶背临界点,精确识别叶片前后缘;选取适合抛磨前后缘的弹性抛磨工具百叶轮,简化百叶轮抛磨模型,从单颗磨粒抛磨出发,探究抛磨过程中百叶轮压缩量与抛磨力的关系,并基于Hertz接触理论和改进的等弦高误差法确定步长行距。最后通过机器人夹持叶片、百叶轮抛磨的方式进行横抛、纵抛实验。两种抛磨方式横抛后表面粗糙度均小于0.4μm,轮廓度误差小于0.08 mm,均能满足叶片的尺寸精度和表面质量要求。

基于冗余误差控制的非均匀有理B样条曲线插补算法研究

提出了一种能有效控制冗余误差的非均匀有理B样条曲线插补算法。该算法综合了等弓高误差插补算法和恒定进给速度插补算法的优点,小曲率情形时在保证加工精度的前提下,通过引入进给倍率因子,增大进给速度以改善误差过度冗余;同时在大曲率情形下,可控制弓高误差在限定的误差范围以保证轮廓精度。这样既可保证轮廓精度,又可提高加工效率。仿真实例证实了该插补算法的有效性和可行性。

基于de Boor算法的NURBS曲线插补和自适应速度控制研究

以NURBS曲线de Boor递推插补算法为基础,针对NURBS曲线速度处理的特殊性,建立了一种NURBS曲线自适应速度控制模型,该模型分为速度自适应控制和插补前加减速处理两部分。以de Boor算法为基础对整个插补周期的弓高误差以及切向和法向加速度进行实时监控,分析了误差产生的原因并进行了相应的速度控制;以插补前直线加减速为例引入NURBS反向插补的概念,解决了NURBS曲线减速区长度计算问题。实验结果表明,该模型满足实际的NURBS曲线插补的需要。

基于传动系统动力学的NURBS曲线插补算法

对机床传动系统、伺服驱动系统和数控插补模块进行动力学建模和求解。提出一种新的NURBS插补算法,按照进给率自适应轨迹规划算法进行当前插补周期的速度设定,并且根据曲线当前位置的曲率特性,进行基于曲率的最大速度限定,通过求解动力学模型,获得按照这一速度进行插补时系统需要的最大驱动力,若该驱动力超过系统能够提供的最大驱动力,则再次按照用户设定的加速度进行减速,获得的速度作为指令速度,按照一阶泰勒展开近似进行插补点的计算。该算法不仅在NURBS曲率较大的区域自动降低进给速度,保证要求的弦误差,而且使输出的插补速度指令区域平滑,保证不会出现插补输出的位置值系统无法进行位置控制造成更大的加工误差。

基于NURBS曲线的加减速控制方法研究

针对目前参数曲线加减速控制的不足,研究了基于NURBS曲线的插补前抛物线-直线-抛物线的S形加减速自适应控制方法,将高速加工中容易超限的弓高误差、机床所承受的加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预测困难的问题。采取优化、简化等快捷算法,实现了实时自适应的NURBS等参数曲线插补的加减速控制,并用实例进行了验证。

基于逆滤波的轨道不平顺测评误差分析及滤波参数优化

弦测法是目前国内外使用最普遍的轨道不平顺测评方法之一。本文采用滤波模型描述弦测法对轨道不平顺的测评过程,借助频率采样方法构造逆滤波器实现轨道不平顺波形的复原,进一步定义滤波器等效长度和误差放大系数,对不同滤波器设计参数的误差影响进行分析,发现截止波长与采样步长的增加将导致误差快速积累;滤波器等效长度越大,波长的截断效果越明显,滤波效果越好。提出轨道不平顺测评过程中滤波参数的优化思路:一是采用更小的采样步长提高测评精度,二是采用更高的滤波器阶数优化滤波效果。以一段1km长的高速铁路轨道区段为例,根据逆滤波器设计方法,实现其轨道不平顺的复原,检测精度为0.01mm时测评误差在1~50m波长范围不超过0.84mm。

等弓高误差变步长的插补点求取方法优化

传统的等弓高误差求取插补点的方法是根据走刀步长来计算,并且假设步长内为等曲率半径。由于自由曲面的曲率半径不断变化,传统的插补方法并不能准确计算出下一个刀触点的位置。为了克服传统方法的不足,提出了一种新的等弓高误差变步长插补方法。采用该算法得到的两相邻刀触点之间的弓高误差值一致,可得到较高的加工表面精度;而且在保证表面加工质量的情况下,刀触点最少,提高了加工效率。最后,通过MATLAB对该方法的可行性和精度进行了验证。

数控加工中NURBS曲线的小线段离散方法

针对将NURBS曲线离散成连续小线段轨迹问题,提出局部等弦长、等弦差、偏转角可控的离散算法.分别对等弦长、等弦差离散算法进行仿真,验证这两种算法的优缺点;结合弦长、弦差和偏转角之间的耦合关系,提出对NURBS曲线进行区域分割,实现离散后的小线段轨迹局部等弦长、等弦差,轨迹相对光顺.利用平面光栅进行实验验证,实验结果表明:利用该算法,离散后的小线段轨迹可以很好地逼近原NURBS曲线,并且保证轨迹相对光顺.

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。

最小外接球法球度误差评价与实现

针对直角坐标系下球体形状的误差评价,介绍一种利用最小外接球法评价球度误差的计算方法。建立基于直角坐标系下的球度误差三维评测模型,并研究外接球体几何曲面关系,得出了利用弦线截交关系快速评价球度误差的理论。利用弦线截交关系构建最小外接球法球度误差评价的'2+1'、'3+1'、'4+1'评价模式统一体,通过两次截交产生的虚拟中心定位,可以准确确定评价点的位置,达到了快速、精确利用最小外接球法评价球度误差的目的。通过分析表明,基于弦线截交关系的最小外接球球度误差评价方法计算效率高、易于实现且具有较高的评定精度,也为球度误差评价提供一种新的方法和思路。

基于NURBS插补的汽轮机叶片背弧面数控加工模拟与误差分析

弓高误差是影响汽轮机叶片加工质量的关键因素之一。根据汽轮机叶片数控切削加工的质量要求,采用NURBS曲线插补算法,并用MATLAB软件模拟了NURBS插补过程。通过UG6.0数控仿真模块进行模拟加工,分析仿真数据可知:采用NURBS插补方法模拟加工汽轮机叶片背弧面,弓高误差为0.080～1.154μm。

基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线平滑插补算法研究

提出了一种基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线插补算法,该方法对于兼容NURBS形式的高档数控系统至关重要。粗插补计算造成的轮廓误差与插补经过该点时的进给速度大小有关,敏感点则可根据插补微段逼近时的弓高误差来界定。进而,根据相邻敏感点之间的距离,通过增设安全缓冲区等方法,进行速度曲线自适应规划。整体进给速度曲线可以由各部分进给速度曲线连接而成。为评价算法的有效性,采用3次NURBS曲线在三种不同进给速度指令下进行仿真计算。仿真结果证明,该算法很好地将轮廓精度和进给速度的平滑性进行了系统考虑,能在相邻危险点复杂分布的情况下执行柔性的插补控制。

柑橘人工分级的误差分析

水果机械分级研究中,常以人工分级所确定的柑橘级别数作为标准级别数,故有必要对柑橘人工分级进行误差分析,以确保分级结果的可靠性。分析表明,对直径为分级区间临界尺寸的柑橘,可采用考虑测量系统误差的精确分级步骤来保证其可靠性;对于其他尺寸区间的柑橘,直接用游标卡尺对其短轴最大径向弦的测量平均值作为分级尺寸,从而保证了人工分级结果的可靠性,使之可用于后续的研究。

最大内接圆法内孔截面圆度误差评价与实现

针对内孔圆度误差的最大内接圆法评价,提出了一种基于最大弦线截交对称关系的评价模式。利用最大内接圆评价法的几何特征关系,在确定虚拟中心位置的基础上弦线截交模式可以快速搜索到最大内接圆圆心的位置,并且在评价中避免了计算搜索步长和搜索方向。分析表明:利用几何关系的弦线截交评价模式,达到了高效、精确评价内孔截面圆度误差的目的。可实现三坐标测量机及其它测量仪器利用坐标采样数据对内孔圆周截面形状进行最大内接圆法误差评价。

一种圆度误差最小区域评价方法

针对圆度误差的评价方法,介绍一种利用最小区域法评价圆度误差的计算方法。研究最小区域圆度误差评价机理,建立基于弦线截交关系的最小区域圆度误差评价模型,并得出了利用弦线相对变化搜索特征点的方法。通过内、外接圆的两次弦线变换关系,利用弦线变换产生的虚拟中心可以准确确定最小区域圆的"2+2"特征关系,达到了快速、精确利用最小区域法评价圆度误差的目的。通过分析表明,基于弦线截交关系的最小区域圆度误差评价方法计算效率高、易于实现且具有较高的评定精度,也为圆度误差评价提供一种新的方法和思路。

NURBS曲线高速高精度插补及加减速控制方法研究

为满足非均匀有理B样条曲线高速高精度插补加工的需要,针对目前参数曲线插补加减速控制方法的不足,提出了一种新的控制方法。该方法考虑了高速高精度加工中容易超限的弓高误差和机床所能承受的法向加速度等因素,使进给速度既符合加减速的要求,又能随曲线曲率自适应调整,因而可在提高轮廓加工精度同时,显著地减小加工过程对机床的冲击。同时,采取了改进、简化算法,实现了快速、实时自适应的非均匀有理B样条曲线插补的加减速控制。实例表明,该方法在实时插补过程中,满足了速度和加减速的要求,保证了插补加工的高速与高精度,且实现了速度的平滑过渡。