一种微小挠性零件的自动化精密装配系统

为解决具有挠性结构微小零件精密装配的问题,将基于机器视觉的精密测量技术、高分辨率非接触激光位移测量技术等应用到精密装配系统的研制中.设计了用于微小零件夹持的装置,实现了对微小挠性零件拾取、搬运、放置等操作;根据视觉系统测量得到的微小零件与目标位置的偏差,对微小零件水平面内的位置和姿态进行了调整;提出了装配微小零件挠性结构的接触控制方法,该方法通过激光位移传感器非接触测量挠性结构接触变形所引起的微小位移变化,实现了装配过程中垂直方向的精密接触控制;通过在作业机械臂上集成标定模板,实现了装配系统的自动标定.简要介绍了所研制的装配系统组成,并进行了微小挠性零件的装配实验.实验结果表明,微小零件装配的平行度、同轴度误差小于10 μm,挠性结构接触控制偏差为0.6 μm ～0.8 μm,装配精度满足使用要求.     

面向某微小型平板类零件的微装配系统研究

针对平板类微小型零件装配中出现的自动化程度低、可靠性差的问题,提出基于主机+从控制器+多种传感器的微装配控制系统;设计了吸附式微夹持器代替卡爪式微夹持器,解决了平板类微小型零件难以夹持的问题;同时设计了基于单摄像机的光学自动对位系统,以完成装配件与装配基体之间的精确对位检测.实验中所搭建的微装配系统可较好地完成平板类微小型结构件的装配.     

现代制造业螺栓副连接的装配质量控制（连载一）

本文就现代制造业螺纹副连接的装配质量所涉及的主要环节,做了较为全面地介绍。并指出：自动、半自动电动拧紧枪及其拧紧过程的验证与监控,以及采取正确的事后检验方法对螺纹副连接部位进行扭矩测试,乃是确保零部件或总成装配质量的二项基本条件。本文以汽车发动机为例,就此做了详尽的解释。     

面向生产线的全自动微小零件装配系统研制

为面向生产线实现微小零件的全自动装配,对装配前自动上料、装配后零件的自动锁紧、机械臂模块设计和装配过程中零件视觉定位策略等问题进行了研究。首先,系统采用模块化设计结构,设计了装配作业模块,视觉测量模块,装配平台模块和上料平台模块四部分,为适应生产线操作实现自动化装配,设计了自动上下料模块。然后,为实现多种零件的稳定拾取和装配设计了集成力传感器单元和柔性单元的机械臂,同时设计了锁紧夹具能够实现零件装配后的自动锁紧。最后,针对零件制定合理的装配策略,利用视觉测量的方法获得零件的位置和位姿信息实现零件的装配。实验结果表明:该装配系统可以实现微小零件自动装配的任务。     

基于显微机器视觉的微小零件装配系统研究

针对精密微小型机电产品装配中的组成零件尺寸小、普通摄像机的分辨率低的问题,提出了一种基于显微机器视觉而建立的高分辨率CCD摄像机与体式显微镜相结合的显微视觉测量系统。采用MATLAB软件中图像平滑、图像识别、边缘提取以及最小二乘拟合圆等方法,对采集到的待装配微小零件的图像进行分析,研究了微小零件装配系统的组成、待装配微小零件的识别定位以及装配过程。结果表明,所采用的显微视觉测量系统,实现了待装配零件的识别定位,完成了待装配微小零件的自动测量和精密装配。     

显微视觉系统的自动聚焦及控制

对自动显微镜的自动聚焦评价函数及聚焦控制策略进行了研究.首先,介绍了频域聚焦函数提升小波变换及时域聚焦函数Sobel-Tenengrad算子,通过将提升小波变换和Sobel-Tenengrad算子有机组合提出了一种新型聚焦评价函数.然后,利用离焦、正焦样本图像对自组织算法进行无监督训练,使用粒子群优化算法加速训练过程,并以经过学习的自组织映射算法作为聚焦控制器.最后,进行了显微视觉自动聚焦实验.实验结果表明:新型组合算子具有单峰性,峰值处变化陡峭,对不同样本、不同倍数物镜均可在正焦位置达到最大值,鲁棒性强;经过学习控制器后平均仅用7.6步即可完成自动聚焦,与爬山法相比,该聚焦算法不仅大大提高了聚焦速度且性能稳定,对每幅输入图像处理、识别时间约为120ms;满足了显微视觉自动聚焦要求,获得了良好聚焦效果.     

手工装配中微小金属件漏装模糊自适应视觉检测方法

针对手工装配作业中微小金属件装配区图像特征易受光照环境影响产生不规则动态变化的问题,定性分析了总体视场及微小金属件装配区灰度分布的影响因素,建立了不同装配特征灰度分布混杂区动态识别数学模型;通过BP神经网络学习总体视场及装配区灰度分布特征与不同装配特征之间的非线性关系,并将网络预测精度转化为灰度分布特征对装配特征的模糊隶属度函数,提出了一套基于灰度混杂区阈值模糊自适应调整的微小金属件漏装视觉检测方法。在某企业所生产的钢琴顶盖螺钉漏装机器视觉检测系统中的成功应用,结果表明所提方法对手工装配作业复杂光环境具有较好的鲁棒性和适应性。     

数控车床主轴自动定位修复螺纹方法的探讨与应用

针对目前数控车床上修复螺纹困难、易乱扣、效率低的问题,通过对切削螺纹的原理和修复螺纹中存在的问题进行分析,得出主轴编码器一转零脉冲信号位置和螺纹起始位置重合是修复螺纹的关键,提出了主轴自动定位修复螺纹的方法,设计了主轴一转零脉冲信号制动电路,利用对刀点计算确定螺纹入刀点。该方法无需对机床进行大的改动,安全可靠,操作方便简单,螺纹修复效率高,是一种较好的数控车床修复螺纹的方法。     

嵌入式自动聚焦摄像模组控制系统的设计

针对手机等移动终端设备中的摄像模组,提出了一种嵌入式自动聚焦控制系统。该系统以AD5820作为聚焦电机的驱动IC,以OV5642作为图像传感器,利用68013单片机进行数据处理并控制驱动IC调整镜头的位置,完成准确自动聚焦。系统通过控制音圈电机带动镜头行程变位,获取一系列图像;计算每幅图像清晰度评价值构成清晰度评价曲线;采用梯度函数作为图像清晰度评价标准;并用全程搜索的方式找到图像清晰度最大值时镜头的位置,从而达到聚焦的目的。实验验证显示,系统的聚焦分辨率能达到5～10μm,响应速度小于70ms。自动聚焦实物拍摄图像清晰,能够很好地满足摄像模组自动聚焦的需求。     

螺距误差下的螺纹副应力分布及其对装配预紧力的影响研究

螺栓连接结构中的螺纹副和端面接触应力分布规律对装配预紧力以及连接可靠性起着关键的作用,螺纹加工过程中所产生的螺距误差使理想条件下的接触应力发生变化,其导致的螺牙啮合顺序变化不仅会影响螺纹副的应力分布还会对端面的应力分布产生影响,使螺栓拧紧过程中的扭矩与预紧力关系也随之发生变化.针对上述现象,以M10螺栓连接为例,建立了考虑螺距误差下的螺牙啮合理论模型,揭示了应力重分布的产生机理;建立了全参数化的螺栓拧紧过程三维有限元模型,分析了不同的螺距误差分布模式对螺纹副应力、端面应力以及螺栓装配预紧力的影响规律,并通过对内外螺距的选配实现了螺纹副应力均匀分布.最后,通过单螺栓拧紧实验建立了螺距误差与螺纹摩擦扭矩、端面摩擦扭矩以及螺栓预紧力的关联关系,验证了仿真模型以及上述理论的准确性.     

机床主轴组件精度的分析及提高精度的措施

箱体孔的同轴度、主轴前后支承轴颈的同轴度、轴承内外圈的径向跳动和端面跳动以及主轴轴肩跳动等元件误差，都会影响主轴组件的精度。采用误差定向装配法，则在同样的元件精度下能获得最高的主轴组件装配精度。     

Frictional changes during repeated tightening of zinc plated threaded fasteners

Tightening a bolt to a torque value is the most popular means of controlling the preload provided by a threaded fastener. However, repeated tightening and loosening of a threaded fastener, can have a dramatic effect on the friction coefficient. These changes will, in turn, will affect the preload and can, therefore, have an adverse effect on the structural integrity of an assembly. This study investigates the effect of repeated tightening on electro-zinc plated (EZP) nuts, bolts and washers. It is found that significant wear of the contact surfaces of the bolt/nut thread and nut face occurs upon repeated tightening.     

特殊螺纹石油套管连接性能力学分析及计算

应用弹性力学、结构力学等经典力学知识,以20in-ZSB螺纹套管为研究对象,对其相关的连接性能进行力学分析及计算,计算内容包括:螺纹连接的自锁性、拧紧力扭矩、拧紧所需的圈数、抗拉强度、抗弯强度、抗内压强度等.计算结果表明:ZSB螺纹套管具有较强的抗挤压、抗拉伸、抗弯曲载荷的性能和装拆效率高等特点.计算方法和力学模型的建立,对今后特殊螺纹石油套管产品设计计算,有一定的参考价值.     

基于加工误差敏感度与模糊层次分析法的行星滚柱丝杠公差匹配优化方法

行星滚柱丝杠（PRSM）公差主动设计对提高其传动性能与加工可行性有着至关重要的作用。建立了综合考虑丝杠、滚柱、螺母的螺纹同轴度误差、螺距误差与中径误差的PRSM行程误差及轴向间隙模型,计算得到各误差因素敏感性指数;基于三角模糊数的专家评判层次分析法,计算各误差因素加工权重,初步分配PRSM行程精度各误差项公差;基于序列二次规划算法对轴向间隙各误差项公差进行优化;以标准型PRSM为例,验证了该方法的有效性。结果表明：针对行程精度与轴向间隙各误差项进行公差优化的方法,不仅极好地平衡了行程精度与轴向间隙,且增加了关键公差带宽度,提高了零件加工可行性,算例表明,优化后完整周期内轴向间隙最小值由-25 μm变为0,避免螺纹干涉发生;优化后V300行程变动量基本不变,公差带宽度平均增加65%,保证PRSM 5级精度指标的同时提高了关键零件加工可行性,降低了加工成本,可为PRSM公差主动设计理论提供参考。     

圆锥滚子轴承轴向载荷与预紧力矩的关系

研究圆锥滚子轴承在预紧状态下轴向载荷与预紧力矩及最小预紧力的关系.首先,对受载的圆锥滚子轴承的滚子进行受力分析,推导轴向载荷和滚子的内、外滚道,内圈挡边法向接触载荷的关系;其次,通过对滚动体的内、外滚道,内圈挡边的法向接触载荷与预紧力矩的分析,推导轴向载荷与预紧力矩的关系;并且,针对一对圆锥滚子轴承,讨论其轴向载荷与最小预紧力的关系.通过以上分析,最后得出圆锥滚子轴承在预紧状态下轴向载荷与预紧力矩的线性关系和最小预紧力的表达式.     

楔形螺纹连接扭拉关系理论分析及拧紧特性

楔形锁紧螺母是一种应用广泛的防松结构,但是当前关于楔形螺纹连接的扭拉关系理论分析和拧紧特性因素分析的研究成果匮乏,导致楔形锁紧螺母的安装工艺一直缺少理论指导。首次建立并验证了楔形锁紧螺母拧紧过程的扭拉关系理论公式,并对其拧紧特性进行了影响因素分析。首先考虑楔形螺纹面的复杂几何形状,构建楔形斜面上任意区域的局部坐标系,通过坐标转换获得了任意楔形区域的平面方程、切向和法向矢量,在此基础上建立楔形锁紧螺母拧紧过程的扭拉关系理论公式;然后建立精确的楔形螺纹连接有限元模型,仿真了实际的拧紧过程,通过改变不同的摩擦系数、楔形角和螺距,得到拧紧扭矩-预紧力的离散数据点,通过对比理论公式所绘制的扭拉关系直线,从数值仿真角度验证了楔形螺纹连接扭拉关系理论公式的可靠性;同时,采用航空航天领域的两种典型楔形锁紧螺母作为试验对象,通过拧紧试验进一步验证理论公式的可靠性。最后系统研究了螺栓螺母材料、被压件材料、螺纹规格、螺母结构形式、拧紧次数等因素对楔形锁紧螺母扭矩系数和重复拧紧性能的影响规律。     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

弹塑性变形对螺栓应力和轴力分布的影响

为了解决液压机用锯齿形螺纹在啮合螺纹段第一扣牙根处的疲劳断裂问题,采用非线性有限元数值模拟方法,以ANSYS软件为工具,考虑螺栓和螺母材料的弹塑性,研究了不同轴力作用下啮合螺纹段的应力和变形规律.给出不同轴力下螺栓啮合螺纹段中轴力和牙根峰值等效应力沿螺母高度的非线性分布规律,得出螺母螺纹约70%塑性变形可使螺栓牙根峰值等效应力和牙间轴力趋于均匀分布的结论,为大型螺栓连接结构的弹塑性设计提供了有益指导.     

Tensile behaviour of threaded steel fasteners at elevated rates of strain

The tensile behaviour of threaded steel fasteners was studied experimentally at elevated rates of strain. Two testing techniques were used to perform the tests at strain-rates in the range from 10⁻³ to 1.9×10³ s⁻¹. The tests at low and medium strain-rates were performed in a servo-hydraulic testing machine, while tests at high strain-rates were achieved using a split-Hopkinson tension bar. All tests were carried out using a purpose-made fixture to ensure uniform test conditions, and to control the location at which failure by thread shearing could occur. The material tests and the threaded assembly tests showed approximately the same trend of an increased strength with increasing strain-rate. Owing to the strength ratio between the purpose-made fixture and the threaded fastener, two of three possible failure modes occurred during the performed tests, i.e. bolt breaking and bolt thread stripping. The length of the thread engagement, the grip length and the strain-rate had an influence on the failure mode. In addition, these parameters had varying effect on the strength and ductility of the threaded assembly. A modification of the Alexander [4] model was proposed, to predict the maximum load and mode of failure of threaded steel fasteners at high strain-rates. The modified model was in good agreement with the experimental results.