CAD-DIRECTED INSPECTION PLANNING FOR FREEFORM SURFACE USING CONTACT PROBES

A methodology for CAD-directed measurement of freeform surface using a coordinate measuring machine equipped with a touch-trigger probe is presented,mainly including adaptive sampling of measurement points and registration of freeform surface.The proposed sampling method follows four steps: Freeform surface is fitted by bi-cubic B-spline; Curvedness measure of the surface is computed; Given a number of sampling points,an iterative algorithm is constructed for selecting a set of measurement points by employing the curvedness information; The measurement points is regularized for tradeoff between maximizing the measurement accuracy and minimizing the sampling time and cost.The aforesaid algorithm is demonstrated in term of a marine propeller blade.An offset surface registration method is presented to improve alignment accuracy of freeform objects,and Monte Carlo simulation is conducted to verify the effectiveness of the method.     

叶片进排气边光学测量系统的实现

针对航空发动机叶片进排气边的制造精度和一致性较差等问题,搭建了非接触式的叶片进排气边光学测量系统,以实现叶片进排气边的几何尺寸和轮廓形状的快速精确测量。该系统以传统的三坐标测量机框架为平台,采用由两个互成一定角度的新型激光扫描测头构成的专用测头作为前端传感器,并且内置了多种数据后置处理算法。在测量过程中,在每个叶片截面的进排气边处选取5条截线,分别测量这5条截线上的轮廓信息,从而确定叶片进排气边的几何尺寸和加工余量。该系统可以作为叶片加工系统的组成部分,从而将叶片的设计、制造和测量3个环节紧密地联系在一起。最后,应用该系统对某一精锻叶片的3个等高截面上的进排气边进行了多次测量实验,结果验证了所搭建的叶片进排气边光学测量系统的实用性和有效性,而且测量结果的重复性精度能够满足系统的设计要求和叶片进排气边的检测需求。该项研究为叶片进排气边的加工质量提供了一种高效率、高精度和高一致性的评定手段。     

激光在机测量系统的实现

为了能在加工航空发动机关键零部件(如叶片)等复杂曲面零件的过程中实现快速在机测量,研制了非接触式激光在机测量系统。分别介绍了测量系统的工作原理,机械结构和电控系统。该系统主要由激光测头、无线传输电路、可充电锂电池、转接基座、刀柄和外壳等部分组成。为了实现机床的加工模式与测量模式之间的快速切换,其采用刀柄式的安装方式,从加工叶片切换到在机测量时,机床只要运行换刀程序,即可实现叶片加工到叶片测量的转换。此外文中还针对在机测量系统的电控部分研制了通过无线传输的数据采集系统。为了验证所研制的在机测量系统的实用性和有效性,在五轴叶片加工中心上进行了叶片截面测量实验,结果显示其测量精度为20μm,测量时间为10min。验证结果表明所研制的激光在机测量系统能够高效精确地完成叶片型面的测量任务。     

基于设计公差约束的螺旋桨配准问题

针对螺旋桨加工过程中叶面和叶背加工余量分布不均匀的问题,提出了一种公差约束条件下螺旋桨毛坯与设计曲面快速配准的方法,用以保证螺旋桨叶面和叶背加工余量均匀。在螺旋桨设计过程中,分析了半径、纵斜、轴向位置和桨叶夹角对设计曲面空间位置的影响,确定了基于设计公差变动范围的螺旋桨形貌变化约束条件。建立了约束条件下螺旋桨曲面配准数学模型,并基于模拟退火算法快速求解得到全局最优解。螺旋桨毛坯曲面与设计曲面的匹配验证结果表明,该算法能实现螺旋桨毛坯曲面和设计曲面的快速匹配。     

压气机叶片三维流场耦合反问题设计方法

针对航空发动机等领域高性能压气机的发展需要,研究、构建并验证了一种压气机叶片三维反问题设计方法。该方法以叶片壁面压力分布作为目标参数,采用基于特征波理论的可穿透壁面边界条件计算匹配预设压力分布的流场,通过流线追踪求解目标叶片。根据叶片求解系统对流场参数的敏感性分析,提出采用重构独立型面求解网格和对预设压力分布添加松弛因子两种降低对流场计算精度依赖程度的措施,在几乎不增加计算资源需求和设计时间的前提下,提高了反问题设计系统的求解准确度。为检验反问题设计方法关键原理的正确性和降低设计误差措施的有效性,进行了多种算例验证,结果表明所构建的反问题设计方法可准确高效地实现轴流压气机叶片气动反问题设计。     

面向精锻叶片的模具计算机辅助设计研究

研究了面向精锻叶片的模具计算机辅助设计方法 ,以大型CAD/CAM软件UGⅡ为平台开发了一套精锻叶片的模具CAD系统 ,该系统可根据叶片零件的型面数据及相关参数自动进行精锻叶片的模具设计。对设计过程中一些关键的技术问题 ,如叶身曲面光顺、叶片实体造型、分模面的确定、毛边槽的设计等进行了探讨 ,并提出了实现方案。     

深孔内轮廓尺寸光学测量系统

针对深孔类零件对内轮廓尺寸的检测要求较高,而目前所采用的测量方法不是分辨率太低就是测量效率较低的问题,研究了一种用于深孔内轮廓尺寸的光学测量系统,该系统主要由环形激光发生器、扩束锥镜、成像锥镜和CCD相机组成。环形激光发生器发出的环形激光照射到扩束锥镜上,经反射后投影到深孔内轮廓某断面处形成一个环形光斑,该环形光斑的形状反映了深孔内轮廓某一处断面的形貌,并经过扩束锥镜反射后在CCD相机的光敏面上成像,经过处理和计算可以得到深孔内轮廓的尺寸。试验证明,该系统可以有效快速地实现对深孔内轮廓尺寸的测量,并能够保证较高的测量精度,在改善误差影响因素和采取相应的误差补偿办法后,可以进一步提高测量精度。     

数控齿轮加工机床的在机测量系统

基于齿轮渐开线轮廓面的构型机理和数控齿轮加工机床的运动功能,提出了一种齿轮在机测量方法,并开发了相应的在机测量系统。该方法在不增加额外的测量系统机械机构的情况下,充分利用数控机床自身的高速、高精密和高可靠性的伺服运动实现渐开线齿轮的齿形、齿向及齿距等误差项目的在机测量。在机测量实验表明了该系统的有效性和可行性,是齿轮在机测量中高效率、高精度、低成本的解决方案,构成了数控机床质量保证系统中的一个重要环节。     

利用人工神经网络测量零件三维表面轮廓的新方法

提出一种利用人工神经网络对零件三维表面轮廓进行非接触测量的新方法,介绍了光学系统、数据获取、训练反向传播神经网络确定系统映射函数以及零件三维曲面测量方法和实例。该方法可降低对测量系统精度的要求,并且不需要精确调整成像系统和预先精确测定系统参数。     

用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误差

介绍了整体叶轮结构及其叶片型面的表示方法 ,给出了用三坐标测量机检测整体叶轮叶片型面误差的测量步骤和数据处理方法     

Location tracking scanning method based on multi-focus in confocal coordinate measurement system

Confocal microscopy is high precision and widely used method for topography measurement. The surface height information is obtained by peak extraction of the axial response signal (ARS) which axial tomography of the surface is required. Therefore, when scanning large-diameter surfaces with a confocal coordinate measuring system (CCMS), the relative horizontal scanning trajectory (RHST) between the confocal sensor and surface is repeated and time-consuming step motion, which greatly increases the measurement time. To improve the scanning measurement efficiency of CCMS, we propose a new location tracking scanning (LTS) method based on multi-focus. In the LTS method, the RHST is a continuous linear motion during the process of axial tomography, and the horizontal motional surface is located and tracked through a series of focuses to restore the ARS. A generatrix profile of a spherical surface is measured to verify the effectiveness of the proposed method, and the results show that the scanning measurement time can be reduced by more than 90% without loss of accuracy of the profile measurement.     

基于机器视觉复杂形状工件的非接触测量方法

介绍一种利用机器视觉技术完成复杂形状工件断面尺寸检测的非接触测量方法,该方法利用数字图像处理算法对高分辨率CCD器件采集的工件断面图像进行处理,可实现多品种工件的多参数自动测量。通过系统结构和工作过程分析了影响测量精度的因素。     

双光源光切法三维轮廓测量的误差分析

本文介绍了光切三维轮廓测量系统的原理和结构，并对其测量精度进行了详细的分析，得出了量化环节和旋转环节为测量的主要误差源的结论。最后，给出了本系统与三坐标测量机的测量结果比较和进一步提高精度的措施     

一种基于相移技术的物体表面三维轮廓测量方法

提出一种将阴影莫尔条纹法与相位测量技术相结合的物体表面三维轮廓测量方法 ,该方法利用电磁铁和精密机械部件对光栅进行定位控制以实现精确相移 ,并采用三步相移技术对CCD摄像机采集的物体表面形貌莫尔条纹进行相位解调 ,可有效实现物体表面三维轮廓的高速、高精度自动测量。     

面向机器人成形加工可视化系统的三维形貌检测技术

将傅立叶变换轮廓法用于机器人等离子熔射成形过程中零件的三维形貌检测，目的是在满足一定精度要求的前提下，对机器人成形加工过程中被加工体进行现场检测和实时控制，并对成形过程工艺参数进行反馈修正，提高成形精度。详细论述了该方法的测量原理，零件形状与所对应的相位之间的关系，建立了三维形状测量的系统构架，最后给出了测量结果并提出了误差来源和改进措施。     

齿条刃边测头在位测量大型齿轮齿形误差的基本原理及误差与变异分析

针对大型齿轮的特点,阐述了基于在位测量方法的齿条刃边测头测量大型齿轮齿形误差方案的基本原理,运用误差与变异规律分析了误差条件下工具齿条刃边与被测渐开线齿面的啮合过程,给出了基于齿条刃边测头的大型齿轮齿形误差在位量仪的精度设计的理论根据。     

An integrated surface modeling and machining approach for a marine propeller

For given data points on different cylindrical section curves of marine propeller during the design period, the fair fitting method with the least squares of the cubic B-spline curve has been used to form cylindrical section curves with different radius. Then the control points of the cylindrical section curves were used as new data points to process fair fitting in another direction, and the pressure surface and the suction surface of the propeller can be acquired at last. Aims to overcome disadvantages of the present machining method of propeller, such as lower machining precision and efficiency, repeated clamping, and limited machining scope, a new machining method—the second order osculating machining method—has been presented. By using this method, not only the cylindrical cutter and the machined surface can keep line contact, but also the propeller can be machined with one clamping. It’s very suitable for the machining of propeller with larger projected area ratio and the machining precision and efficiency will be improved.     

基于无衍射光束的水平方位角测量方法研究

利用无衍射光束、透镜组和CCD相机建立一种水平方位角测量方法,以提高水平方位角测量的精度和稳定性。给出了水平方位角测量模型的构成和测量原理,阐述了整体测头的结构设计方案。对该测量方法精度及其影响因素进行了分析,同时用Zemax模拟成像系统光路并对光路进行优化仿真。与目前工程测量中普遍采用的方法相比,该测量方法能够获得更高的测量精度和稳定性,可用于盾构机的水平方位角测量、轴系校中曲线轴系布置等工程。     

枞树型核电轮槽精铣刀制造技术优化设计

以枞树型叶根精铣刀为例,阐述了可换硬质合金型线刀体和刀片精铣刀的优化设计、制造工艺、建模及优化设计,进行切削过程加工策略优化和加工过程模拟,设计制造了锥柄专用工装及检测环规、磨削刀片后角专用工装,采用NUMROTO软件编制刀片加工工步。该项目研制的可换刀片精铣刀型线精度完全能达到进口铣刀水平,能满足大部分轮槽与叶根加工对型线精度的要求,可以大幅度节约刀具费用。     

加工齿轮滚刀齿形过程中如何提高齿形精度

针对阿基米德滚刀加工渐开线圆柱齿轮,用阿基米德造型的滚刀在刃磨滚刀齿形时,为了提高齿形精度,改变加工工艺和检测工艺,使用先进的"砂轮修正器"和"齿轮测量中心",缩短了设计和加工时间,提高了齿轮滚刀齿形磨制的效率,保证了滚刀加工渐开线圆柱齿轮齿形精度,使大于4模数的阿基米德滚刀齿形(A级﹑AA级)易于保证被加工渐开线圆柱齿轮的齿形精度。