基于测量点云的涡轮叶片配准定位算法应用研究

涡轮叶片是航空发动机的核心零件,其精铸后进行数控机加需要先实现叶片测量点云与CAD模型的快速、准确配准定位。为此,针对测量点云初始位姿不佳的问题,实现了基于主成分分析的预对齐和手工关联预对齐两种预对齐算法;针对匹配点计算效率较低的问题,实现了网格法、赋范空间投影法和基于kd–tree快速搜索法3种搜索算法,通过对比分析发现,基于kd–tree搜索算法计算效率较好。在此基础上,确定了手工关联预对齐、基于kd–tree快速搜索匹配点集和ICP方法的配准方案,示例测量点云配准定位后与CAD模型差异区间为[–0.06 mm,+0.1 mm],符合涡轮叶片铸造精度情况。     

用宽视场实时测量系统进行多目标测量时轨迹识别的一种方法

本文给出了利用宽视场实时光学测量系统进行多目标弹道测量时识别多目标轨迹的一种方法。该方法分两步完成,即先进行单站目标测量点轨迹识别,然后进行站间测量点的轨迹匹配。在单站轨迹识别中,先利用多项式拟合进行预测,根据跟踪门进行轨迹分裂、延伸,然后按多帧预测偏差量对各分裂轨迹进行x~2检验,形成可能轨迹,最后对可能轨迹进行判诀。在站间轨迹匹配中,利用轨迹上多点共面条件行列式绝对值之和进行轨迹匹配判决。文中还粗略分析了单站轨迹识别及站间轨迹匹配方法能可靠识别的目标测量点密集度极限。仿真实验表明,本文给出的轨迹识别方法可行,识别极限的分析结果也基本正确。     

基于随机测量点的机翼精加工位姿计算方法

在机翼精加工过程中,需要对机翼的位姿进行计算,以指导其调整。通过对翼面水平测量原理的分析,提出一种基于随机测量点的机翼精加工位姿计算方法。首先,以翼面水平测量数据为基础,采用以最小二乘法为目标函数的迭代最近点算法,求解出测量点在翼面设计模型上的匹配点,形成位姿计算所需的2个点集。然后,运用Levenberg-Marquardt算法计算出这2个点集间的变换关系,实现位姿参数的求解。最后,为减少测量点误差对位姿计算的影响,给出了测量点精度补偿方法。仿真算例表明,该方法具有较高的计算精度,能够满足实际工程需求。     

复杂叶片机器人磨抛加工工艺技术研究进展

针对航空、航天、能源等国家战略领域复杂叶片高效高品质加工重大需求,对近年来以工业机器人为装备执行体的机器人磨抛加工技术的研究进展进行了综述。具体围绕叶片机器人磨抛中涉及的加工系统精确标定、测量点云高效匹配、加工轨迹自适应规划,以及柔顺力精密控制等关键工艺技术,系统而全面地分析了国内外已公开发表的相关文献,并以典型的汽轮机叶片和发动机叶片为例,阐述了叶片机器人磨抛工程应用效果。最后从叶片特殊部位一体化加工、磨抛加工颤振抑制、磨抛表面完整性控制、叶片增减材混合加工等方面对该领域未来研究方向进行了展望。     

基于CMM的薄壁叶片型线测量点分区域采样规划方法

薄壁叶片具有型面复杂,刚性差,加工误差大且分布不均匀的特点。传统的测量点采样规划方法只考虑了薄壁叶片的几何特征,而忽略了其加工误差的分布情况。这直接导致叶片型线重要形状信息丢失,更造成有限测量资源的浪费,限制三坐标测量机精密、高效测量性能的发挥。针对以上问题,提出一种测量点分区域采样规划方法。在测量点采样过程中,既利用叶片型线的几何特征,又兼顾叶片加工误差的分布情况。首先,根据薄壁叶片的特点,提出测量点采样规划的原则;然后,基于所提出的原则,依次从测量区域划分和测量点计算两方面,对测量点分区域采样规划方法进行研究;最后,在实际叶片上,对所提出的方法进行试验验证和对比分析。结果表明,所提方法在满足薄壁叶片几何特征的同时,更加适应其加工误差的分布情况,并且能够提高测量效率和精度。     

基于加权最小二乘法的大部件对接位姿评估算法研究

本文以定位器支撑的大部件调姿系统为研究对象,通过激光跟踪仪测得大部件上多个测点坐标数据.针对各点在不同坐标系下测量点值不匹配且各点精度要求有差异的问题,提出了最小二乘法评估大部件位姿的模型,并利用权值实现对多个测点数据进行误差分配优化,为大型部件的位置姿态评估计算提供一套有效的解决方案.     

基于iGPS的飞机部件对接测量点选取方法研究

iGPS在飞机对接中拥有多点实时测量、测量范围大的优势,是未来飞机对接测量的发展趋势.在iGPS测量过程中,测量点的选取是测量工作的重要环节,对飞机部件的对接质量影响很大.目前测量点的选取主要依赖经验,难以满足高效对接的需求,针对这一问题提出了一套基于测量关键特性的iGPS测量点选取方法,按照对接流程将测量关键特性分为基准特性、调姿特性、连接特性和工装特性4类.基于4类测量关键特性提出了测量点选取原则和方法.通过某型号民机前、中机身对接实例详细阐述了飞机对接测量点选取流程,验证了该方法的可行性.     

飞机部件数字化调姿定位测量点的优选与构造算法

数字化调姿定位系统中飞机部件的位姿常通过固连在部件上的测量点的坐标来控制，依据测量点在调姿定位前的实际坐标和调姿定位后的理论坐标将飞机部件从初始位姿调整到目标位姿。由于实际工况中测量点之间的实际长度与理论长度存在偏差，甚至存在超差，如果不对测量点及其坐标数据进行处理，将会产生较大的调姿定位系统内力，也将影响调姿定位精度。为提高飞机部件调姿定位的整体精度，降低调姿过程中的系统内力，提出一种测量点的优选和构造算法，以测量点在调姿定位前、后的实际坐标和理论坐标作为输入条件，分析实际工况中测量点的位置偏离状态，构建测量点的优选判据，计算并确定优选的测量点。在此基础上，将实际工况中的优选测量点匹配构造到理论坐标处，使构造点处于其理论点的公差盒内，并使构造点与理论点的距离的平方和最小。试验结果表明：经过测量点的优选和构造，飞机部件调姿定位过程中的系统内力减少到无优选和构造情况下的4.4%,并使得满足理论坐标及其公差要求的测量点的数量较无优选和构造情况提高了30%。     

基于刀轨调整的叶片前后缘几何自适应加工

航空发动机压气机叶片在前期净近成形工艺中,其前后缘曲率变化剧烈,形状特殊,无法直接成形,需要进行二次加工。然而,前期工艺会使叶片产生变形,理论数模已经无法适用于其二次加工。因此,为了解决因变形带来的前后缘加工问题,实现前后缘与叶身的光滑转接加工,提出了一种基于刀轨修改的叶片前后缘几何自适应的加工方法。首先,在前后缘附近的已成形区域上提取特征测量点并对其进行实测;然后,通过特征点实测数据分析叶片前期工艺变形情况,并基于变形数据建立叶片截面Z坐标值与变形规律的映射关系函数;最后,根据变形映射函数,相应地调整原始理论刀位文件,以调整完的刀轨实现叶片前后缘的自适应加工。以某型号航空发动机精锻叶片为例进行仿真试验验证,试验结果表明该方法优化效果显著,原理论刀位文件与调整后的刀位文件的加工误差相比,后者偏差基本在0.01 mm以内,极大程度地减少了加工误差。该方法能有效解决精锻叶片进排气边的光滑转接加工问题。     

HPM铣刀新系列的特点和效益

HPM整体硬质合金铣刀加工策略把我们带回到了铣削的基本目标--以最低的成本获取最大的生产率.最初的经济型铣削的基本原理仍然有效.首先是实现最大化切削深度,然后尽可能选择最高的进给量,最后根据给定的工况来匹配切削速度,以保证加工工序被尽可能经济地完成.     

考虑刀具偏心的微铣削加工表面粗糙度预测模型研究

基于微铣削刀具轨迹建立了考虑刀具偏心、最小切削厚度的塑性材料微铣削底面粗糙度的预测模型,预测结果表明粗糙度表面形貌呈锯齿状,刀具偏心会影响表面粗糙度的形貌周期和高度,并进行微铣削加工实验,对粗糙度预测模型进行了验证。采用回归统计方法,建立了脆性材料微铣削加工表面粗糙度预测模型,对加工表面形貌进行观察,利用响应曲面法得到了各铣削用量对表面粗糙度的影响规律。     

工件淬火过程表面综合换热系数的测算

表面换热系数是温度场计算中一个重要参数,它的取值将直接影响到温度场计算的精度。为了得到表面换热系数与温度变化的关系,采用非线性估算法,编制计算程序,基于工件淬火过程的实测温度值,对工件在不同淬火介质中冷却过程的表面换热系数值随温度的变化进行了测算,得出了换热系数在冷却过程不同阶段的变化规律。     

高能机械加工表面纳米化40Cr钢组织结构与力学性能

利用超声高能机械加工处理工艺在40Cr钢表面制备了纳米晶表面层。采用SEM,TEM和纳米压痕技术等分析了表面纳米晶层的组织结构与力学性能。实验结果表明,表面是由分布均匀的纳米级铁素体和纳米级渗碳体晶粒构成的复合纳米结构,过渡区由纳米级的渗碳体晶粒和粗晶铁素体晶粒构成。表面平均晶粒尺寸为3nm。随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。表面硬度高达8GPa,为基体硬度的3倍,随着深度的增加,硬度迅速降低。表面层弹性模量为252GPa,与基体十分接近。     

基于等距Ease-off曲面的轮齿啮合仿真分析

提出了一种基于Ease-off曲面等距变换的轮齿啮合仿真分析方法. 利用曲面曲挠参数，给出了2阶密切曲面的定义及其拓扑方法；在2阶微分精度范围内，密切曲面与原曲面贴近，可以代替散曲面做几何解析. 利用空间坐标变换，建立了弧齿锥齿轮加工的啮合方程和通用产成模型. 基于啮合等距对应原理，求解齿面对应点的离差；利用最小二乘法，拓扑散曲面，构建Ease-off差齿面的2阶密切曲面. 基于Ease-off密切曲面参数，利用齿面接触的等距线、渐近方向，解析出齿面接触位形、接触路径、传动误差等啮合性能参数. 分析结果表明:一次性构建Ease-off的2阶密切曲面，能够获得轮齿完备的啮合信息，曲面拓扑精度可到达0.1μm；与现行的啮合仿真方法相比易于齿面反求、数值计算，啮合信息的获得也更为便捷.      

三维编织碳纤维复合材料超声辅助车削可行性分析

根据三维编织碳纤维复合材料非均质性和各向异性的特点,将其车削加工表面分为四类典型表面.分别采用三种不同刀具对三维编织碳纤维复合材料进行了超声辅助车削和普通车削加工试验,分析了四类典型表面的粗糙度的变化规律,建立了三维编织碳纤维复合材料表面质量评价方案,并对超声辅助车削和普通车削加工过程中的切削力和刀具磨损进行了研究.结果表明,超声辅助车削加工三维编织碳纤维复合材料相对于普通车削,可以有效地提高工件表面质量,降低切削力,延长刀具寿命.     

弧齿锥齿轮齿面拓扑修形及加工参数计算

为了能够实现对齿面啮合性能的灵活控制，针对弧齿锥齿轮小轮提出一种齿面拓扑修形方法，即借助二阶曲面对齿面偏差拓扑的近似表达，将齿面拓扑修形分解为5个方向:螺旋角修正、压力角修正、齿长曲率修正、齿廓曲率修正及齿面挠率修正，通过改变5个方向的修形系数对小轮齿面拓扑结构进行自由控制。在此基础上，建立齿面偏差与机床加工参数之间的修正数学模型，通过构建敏感性矩阵并采用最小二乘法求解，反求出获得修形齿面的小轮加工参数，以便指导加工。以一对弧齿锥齿轮副为例进行修形啮合分析，仿真结果表明:选取齿长曲率修形系数为0.0001，齿廓曲率修形系数为0.0005，齿面挠率修形系数为0.0003，对齿面进行拓扑修形后传动误差幅值为-25.60″，接触迹线倾斜角度变为54.7°，相比原始结果啮合性能得到改善。滚检接触区与理论仿真结果一致，验证了修形方法的有效性。      

考虑表面加工状态的粉末盘低循环疲劳寿命分析

分析了表面加工状态对疲劳性能的影响,建立了基于Manson Coffin公式考虑表面加工状态的低循环疲劳寿命分析方法。分析不考虑与考虑表面加工状态某FGH96粉末合金盘的低循环疲劳寿命,分析结果表明:表面加工状态对低循环疲劳寿命的影响程度为30%～40%。完成了某FGH96粉末合金盘的低循环疲劳寿命试验,试验结果表明:不考虑表面加工状态的预测寿命分散度大,考虑表面加工状态的预测寿命分散度小。      

硅烷偶联剂改性Al2 O3p/TDE-85 的力学性能

利用硅烷偶联剂对Al2O3颗粒进行表面改性,制备了Al2O3颗粒增强的TDE-85树脂基复合材料,研究了表面改性对其力学性能的影响,采用差热分析仪测定复合材料的固化反应温度,并计算了固化反应活化能。利用扫描电子显微镜分析了拉伸断口形貌。研究发现,当Al2O3用量为2wt%时,固化反应速度较快,硅烷偶联剂用量为4wt%时,冲击强度为13.2 kJ/m2;拉伸强度为65.2 MPa;弹性模量为2.66 GPa;最大伸长率为3.35%,此时对Al2O3颗粒的表面改性综合效果最好。     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化组织与摩擦学性能

分别利用预涂活性碳粉和 Ti C粉 2种方法对γ-Ti Al基合金 Ti-4 8Al-2 Cr-2 Nb进行激光表面合金化,制得了无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达 1.6mm以上的、以硬质 Ti C树枝晶为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层,分别采用 OM,SEM,EDS,XRD等方法分析了激光合金化耐磨表面改性层的显微组织,分别在销 -环滑动磨损、Si C纤维刷式高速滑动磨损及微动磨损条件下评价了激光表面改性层的摩擦学性能。结果表明 :采用上述 2种方法所获激光表面合金层组织均匀、与基体间结合为完全冶金结合,合金层硬度及在 3种磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。激光表面合金化是提高γ-Ti Al合金摩擦性能的一种很有前途的表面改性方法     

激光脉冲法背温信号中噪声信号的滤除方法

针对激光脉冲法背温信号中存在的噪声干扰,通过频谱分析确定了噪声信号的频率范围,设计了相应的FIR数字滤波器,并对滤波后存在的残留噪声进行了递推平滑滤波.滤波前后的数据对比表明,该方法能有效滤波背温信号中的噪声.