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[硕士论文] 陈毅
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:表面粗糙度是指加工零部件表面上存在的,由较小的间距和峰谷所构成的微观几何形状特征。随着产品精度和零部件表面粗糙度要求的不断提高,接触式检测工件表面粗糙度的仪器仪表的测量精度和测量速度等方面要求的不断提高,推动了现在的非接触式无损检测技术的发展。本文将数字图像的相关理论与技术应用于工件表面粗糙度的检测研究,主要研究内容和结果包括:
  (1)国内外关于检测工件表面粗糙度的发展状况进行了表述,并且对数字图像处理技术在零部件表面粗糙度检测中的应用以及意义进行探讨,而且介绍了数字图像处理的基本方法以及原理并且运用其对工件表面的图像进行分析处理,用不同的数字图像的处理方法,针对相同的图片,从而获得不能的图像特性;
  (2)将灰度变换、灰度拉伸等方法应用到零部件加工表面的图像中分析,经过图像处理后,根据其灰度直方图及图像显示效果选择适合表面粗糙度检测的图像处理方法,研究了零部件的表面粗糙度Ra、Rz值的测量原理及其实现的数字化技术;
  (3)介绍了图像噪声的分类,并且根据零部件表面图像中噪声的不同,运用不同的滤波方法来处理图像中不同类型的噪声,并且对其进行了降噪处理,最终获得不同的降噪效果;
  (4)以工件加工表面的图片为对象,采用传统的表面粗糙度测量方法,对特征纹理的提取方法进行研究;采用最小二乘法,通过对工件加工表面图中的特征纹理的分布情况进行分析、对加工工件的纹理特征的统计,计算得出零部件表面粗糙度值,并给出零部件表面粗糙度值的最终测量方法;
  (5)基于OpenCV平台,借助C++语言编出测量加工工件表面粗糙度的程序,实现了对工件加工表面图片的处理,从图像的读入到表面的纹理特征提取,再到表面粗糙度值的自动测量,最后将测得数据与表面粗糙度试验得到的实际值相比较,将两组数据进行参数回归分析,得到最终的运算结果,也就实现了本系统的标定。
  本文将工件表面粗糙度检测与数字图像处理技术有机结合起来,对加工工件的表面图片进行预处理,在此基础上,提取了图像中的纹理特征并编程计算,最后得到的工件表面的粗糙度值,从而证明了此方法的可行性,研究结果对工件表面粗糙度的检测具有非常重要的实践意义。
[硕士论文] 艾华川
计算机技术 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代制造加工业的不断发展,零件的复杂度越来越高,同时对零件的质量检测要求也越来越高。特别是对于一些较为特殊的物体,如强反射表面的光学元件、抛光模具、喷涂车身、陶瓷表面,国内企业采用的普遍方法都是接触式测量,成本高、测量效率低、测量精度低。而常用的非接触式测量方法如基于光栅投影的三维测量技术因其表面的强反射而实施困难。本文研究了基于条纹反射法的强反射物体三维测量方法。本文的主要研究内容包括:
  (1)分析相位展开算法,重点研究对比了典型的时间相位展开算法,从时间效率与相位展开精度两方面考虑,本文采用了指数时间相位展开算法。同时针对投影系统中正投斜采或斜投正采产生光栅周期不均匀的现象,设计了一种周期校正方法,通过投射二值条纹图的方式,获取其周期变化关系,然后采用反向拟合的方式生成校正光栅,再投射到参考面,即可获得周期均匀的光栅条纹。
  (2)分析了现有测量系统标定方法的缺点,设计一种新的系统标定方法应用到本系统中。即将LCD显示器视为一个逆向相机,通过LCD显示器投射横向与纵向光栅到强反射物体表面,建立LCD显示器点阵与CCD像素之间的映射关系,完成LCD显示器的标定,进而将LCD-摄像机测量系统转化为双目视觉三维重建系统,实现强反射物体测量。
[硕士论文] 万鑫
机械制造及其自动化 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:螺纹连接是工业生产领域常见的机械连接方式,其几何参数对于一些紧密器械的性能有重大的影响。随着机械行业的迅猛发展,工业领域对于螺纹的检测技术日益提升。传统的螺纹检测技术在检测精度、检测效率方面越来越难达到工业领域的要求,因此提出了将机器视觉技术应用到螺纹参数检测中去。作为一门新兴科学,其中心思想在于通过计算机将获得的图像进行分析、计算并得到螺纹的各项参数,相对于传统的检测手段来说,将机器视觉技术应用到螺纹的参数检测中具有检测效率高、自动化程度高等优点,能够实现螺纹的非接触测量。
  本课题以设计高效的普通外螺纹参数测量系统为研究方向,提出了一种基于机器视觉的外螺纹参数测量及合格性评定系统。主要包括以下几个方面:
  (1)搭建了螺纹参数测量的硬件平台,主要构成包括光源、CCD摄像机、镜头、图像采集卡、计算机,其性能要求满足纹参数检测系统的测量任务和系统要求。
  (2)以LabVIEW虚拟仪器作为螺纹参数检测的软件平台,深入研究LabVIEW虚拟仪器的内置视觉模块的功能及作用,设计了图像采集模块、图像处理模块、螺纹边缘检测模块、特征值提取模块、螺纹参数计算模块和合格性评判模块。
  (3)研究了螺纹图像处理及螺纹参数计算的相关算法,通过图像预处理的方法,从螺纹原始图像中得到了螺纹图像轮廓的的相关信息。同时进一步设计了螺纹各项参数的计算方法,包括大径、中径、小径、牙型半角、牙高、螺距,并根据和光学显微镜的测量数值进行对比验证系统的有效性。
  (4)根据视觉系统的标定原理对检测到的参数像素值进行了实际物理量的变换,同时分析了系统误差并提出了改进误差的方案。
  (5)在LabVIEW虚拟仪器平台的基础上设计了螺纹合格性评判系统,对检测后的螺纹的合格性进行了判断。
[硕士论文] 王伟
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国先进制造业的飞速发展,非接触式测量已经成为了制造过程中的重要手段,如何能够快速、高效的进行复杂零件三维建模是当今三维测量研究的热点问题。目前,三维测量技术在应用中仍然存在许多有待解决的难题,如在实际测量过程中获取的点云数据量巨大,且伴有噪声,影响其处理速度;受测量方式及被测物体几何形状的限制,需从不同视角对物体进行测量,然后通过点云配准形成其完整的模型。这一过程产生的累积误差将影响整体配准精度。本文针对点云处理过程中存在的难点问题,深入研究点云预处理、点云配准等方法,提出一种旋转台多视场点云数据的自动配准方法,通过基于闭合条件的平差模型实现配准结果的优化,减小多视配准时产生的累积误差,实现三维测量系统的开发,并通过实验验证该方法的有效性。论文的主要研究内容概括如下:
  (1)深入调研三维测量的国内外研究现状,分析点云预处理与点云配准的算法,并指出该领域目前仍然存在的难点问题。
  (2)针对测量过程中产生的点云噪声以及点云数据量大等问题,研究点云数据的预处理方法,包括对无序点云数据建立拓扑结构,以及点云滤波与点云精简等手段,保证后续点云数据的处理速度与精度。
  (3)在基于标志点的点云配准算法基础上,提出并实现NDT-ICP混合算法的配准方法,分析该算法的配准原理与配准过程,通过实例验证本论文算法在多视场点云数据配准方向的快速性与高精度。
  (4)分析点云配准过程累积误差产生的原因,深入研究可减小累积误差的配准优化方法,通过基于闭合条件的平差模型对NDT-ICP混合算法配准的结果进行优化,并通过实验验证上述方法的有效性。
  (5)基于上述点云数据处理相关算法的研究,编程开发多视场三维测量系统,包括点云获取、点云显示、点云处理、点云配准与模型IO等功能模块,可实现点云的可视化、人机交互、多视场点云配准、模型优化等功能,为点云处理过程中各种算法的验证提供了保障,也为三维测量模型的建立奠定了良好的基础。
[硕士论文] 苏占领
机械工程 重庆理工大学 2017(学位年度)
摘要:化学元素锆具有出色的核性能,以锆为基体添加其他元素所构成的合金已被广泛用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管材料。作为与反应堆核燃料直接发生接触的第一道防护线,锆合金包壳管承受着异常复杂与恶劣的外部环境,为防止其因加工缺陷而发生局部腐蚀破损、延长其使用寿命,实际生产中对其壁厚均匀性和外表面加工质量提出了严格的要求。
  针对经过热挤压和内孔珩磨后的锆合金管坯壁厚分布不均、外表面加工质量要求高的加工难题,并在其存在一定的椭圆度(约10%D)与弯曲度(约2.5/1000mm)的情况下,本文以保证锆合金管坯壁厚的均匀性(壁厚偏差≤0.2mm)和其外表面的光滑性(表面粗糙度Ra≤0.8μm)为研究目的,采用理论研究与实验验证的研究方法,对管坯壁厚自动超声检测与砂带磨削关键技术进行研究,开发了一套可自动生成数控NC磨削加工程序的软件,实现了对锆合金管坯壁厚偏差及其表面加工质量的自动化加工,显著的提升了加工效率,为解决因对锆合金包壳管坯截面壁厚及其表面加工质量有着严格要求而带来的自动化加工难题提供指导方案。
  1.为保证锆合金管坯壁厚的均匀性,本文主要开展了以下研究工作:
  (1)首先对管坯壁厚自动超声波检测系统方案进行构建,通过超声波这双“眼睛”实现了对管坯壁厚值的测量;
  (2)其次规划了管坯壁厚检测路径,对所测管坯壁厚值进行了数据处理,根据测点壁厚值、相应角度值及管径求出了各检测点的坐标值,并采用三次B样条曲线对管坯进行模型重构,获得了整根管坯的壁厚偏差与磨削区域分布;
  (3)然后使用C++编程语言将壁厚数据处理功能与模型重构功能进行集成,开发了管坯壁厚检测与磨削软件,使得管坯壁厚检测与磨削软件这只“大脑”可根据测点坐标位置信息,自动生成管坯壁厚数控NC磨削加工程序;
  (4)最后通过砂带磨削这“双手”来完成对管坯壁厚超差区域的磨削加工,并再次进行壁厚超声波检验,若其壁厚偏差仍然较大,则再次对其进行砂带磨削,最终可将管坯壁厚偏差控制在0.2mm以下。
  2.为保证锆合金管坯外表面的光滑性,在其壁厚均匀的前提下,对其外表面进行整体抛磨加工,主要开展了以下研究工作:
  (1)首先采用响应曲面法(RSM)建立了与影响锆合金管坯外表面粗糙度的磨削工艺参数(砂带线速度、磨削压力、砂带进给速度及管坯旋转速度)具有映射关系的表面粗糙度分析模型;
  (2)然后通过研究工艺参数间的交互效应,得到了各工艺参数间的最优组合;
  (3)最后使用所得的工艺参数最优组合对管坯进行实际整体抛磨实验验证,验证试验表明以此最优工艺参数组合可将管坯外表面粗糙度控制在0.63μm以下。
[硕士论文] 杨柏
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:机械行业经过多年的发展逐渐由工程机械、航空航天、船舶、桥梁、土木工程等领域的结构、强度等方向转向了高速精密化、高度自动化发展及导弹空间技术的发展,而机构运转的精确性及可靠性也成为了一项重要的指标日益突出。目前对机构运动精度的研究大多在构件的尺寸误差和运动副间隙等方面,结合机构的制造及安装过程可发现,影响机构运转精确性的因素往往呈现多维特性。因此本文的研究内容旨在设计过程中针对制造及安装过程影响连杆机构运动精度的各类公差进行分析,建立了一套可量化描述各类公差对机构运动精度的影响的模型,提出了计及多公差的连杆机构优化设计方法,结合工程应用具有实际意义。
  在总结了大量国内外文献的基础上,在设计过程中,考虑了多公差作用下对机构运动精度的影响,选择了平面和空间连杆机构进行分析及优化设计。主要成果如下:
  (1)分析了设计与制造过程的关联性,考虑了杆长公差和孔轴配合对系统运动精度的影响,基于蒙特卡洛算法,提出了计及公差和配合的平面连杆机构优化设计方法,进行了制造后机构运动误差的预测。拓展应用于不同配合的间隙模型优化,实现了设计阶段对机构运动误差范围的预测,为机构优化设计提供了一套可量化的评价体系。
  (2)分析了公差精度与制造成本间的关系,对各设计变量对机构运动精度影响进行了分析,提出了在保证机构运动精度的前提下,对不同的转动副使用不同的配合公差以节约不必要成本。
  (3)分析了机构基础件的安装精度及机构使用时的零位误差问题,将安装精度和零位误差加入设计变量进行优化设计,使机构制造及安装后运动精度可控。
  (4)分析了计及尺寸公差、配合公差、相邻关节轴线不平行的空间串联机构运动精度,提出了一套多公差量化描述模型,通过优化设计,合理分配各类公差,实现了对机器人末端不同方向运动精度的控制。
  基于以上研究,最终提出了一套计及多公差的连杆机构优化设计方法。
[硕士论文] 赵方舟
机械工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业4.0和中国制造2025计划的实施,数字化设计与制造智能化成为了机械发展的主要方向。计算机辅助公差设计技术(CAT)作为CAD/CAM集成化的重要内容,对于提高设计效率、进一步实现智能制造具有重要意义。然而,CAT却远远落后于CAD的发展。针对这一问题,本文开展了CAT研究,并开发了一种集成于SolidWorks三维设计软件中,通过与模型交互,高效实现公差优化设计工作的插件系统。本文开展的具体研究工作主要如下:
  首先,探讨了利用二次开发工具API SDK将CAT设计集成到SolidWorks平台的方法。通过分析SolidWorks二次开发API的接口模型结构和二次开发时所生成的框架代码,调查了插件系统与SolidWorks之间的链接和数据交换方法,以及插件具体功能的实现手段。运用获取回路零件与配合信息的API,创新地提出了易于回路搜索的数据组织结构,以及基于配合位置信息判断组成环增减性的方法,并实现了基于三维CAD模型的尺寸链的自动生成。其次,对目前主要的公差分配和公差分析方法进行了对比研究,论述了运用蒙特卡洛法进行公差分析的具体实现方法。通过建立标准公差数据库,实现了对公差数据的自动获取,提高公差设计效率。最后,研究了公差优化分配的相关理论,重点分析了不同约束条件(极值法约束条件和统计法约束条件)下的成本-公差模型,以及结合了田口质量损失模型的多目标优化方法。通过调研得到的成本数据应用不同优化方法进行计算,分析了造成不同结果的原因。
  本文设计的CAT设计模块被集成在SolidWorks三维CAD平台中,可直接从三维装配模型中获取数据,自动生成尺寸链,并提供了多种公差分析和公差优化分配方法,可较为方便地进行公差优化设计与验证,大大提高了公差设计效率。
[硕士论文] 金少搏
机械电子工程 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:随着精密技术的精度要求不断提高,产品的几何精度设计已成为制约提高产品精度提升的重要因素,现有的研究成果和技术手段在保证产品精度这个关键问题上还存在诸多难点,缺乏对影响产品几何精度影响因素的考虑,导致了由于精度设计不合理而造成的产品最终装配精不合格、零件互换性差等问题。而作为产品几何精度设计的重要内容,实际工况下产生的零件形变引起的几何偏差,在以往的研究中并未加以考虑,缺乏相应的规范和模型描述。此外,尺寸公差和几何公差之间相互关系也会对几何精度设计及其对零件性能的影响,在以往公差分析当中,缺乏系统性的考虑,极大降低了产品设计精度。新一代GPS中肤面模型概念的出现,为实现零件几何变动模型的构建奠定了基础。因此,研究建立包含几何偏差的肤面模型,并采用公差分析技术进行产品几何精度设计是目前精度设计领域需要迫切需要解决的重要问题。
  本文面向产品几何精度设计中涉及的产品建模问题和公差分析技术进行了深入系统地研究,主要研究内容如下:
  研究了考虑公差原则的三维公差建模与分析方法。基于SDT理论和模态区间方法分别建立了要素采用独立原则、包容要求、最大实体要求、最小实体要求或可逆要求时的三维公差模型。利用空间矢量表示三维尺寸链,基于空间矢量环叠加原理推导出了三维公差分析时的封闭环尺寸及其变动计算模型。以采用不同公差原则的工程实例进行了三维公差建模和公差分析,给出了公差分析的步骤,验证了本文所研究方法的有效性。
  研究了考虑实际工况的装配精度分析技术。基于弹性力学、热力学理论,建立了温度、载荷等实际工况因素引起的零件形变模型,利用ANSYS对所建立的几何变动模型进行了实验仿真验证,以实例说明了实际工况下温度、载荷等因素装配精度影响。
  研究了基于新一代GPS的肤面模型构建及应用技术。首先对基于新一代GPS的肤面建模基础理论进行了研究,然后基于SDT理论、M-H(Metropolis-Hastings)技术、数据去噪技术、数据精简技术和NURBS曲面拟合技术等构建了包括几何偏差特征的肤面模型,最后利用CAD系统对所构建的肤面模型进行了装配和实际接触状态的仿真分析,为实现产品精度的数字化预测奠定了基础。
  运用VS2010与MATLAB混合编程技术研究开发了基于Creo的的装配成功率预测系统。该系统可以实现对装配体约束信息、材料特征、形状特征、表面精度信息的提取,分别采用极值法、概率法、蒙特卡罗法等公差分析方法实现了装配精度计算与装配成功率预测。
[硕士论文] 郑中鹏
机械工程 西安工业大学 2017(学位年度)
摘要:大齿轮是大型装备的关键传动部件,广泛应用于舰船、发电机组、矿山机械、航空航天等领域,在国民经济和国防建设中占据着十分重要的地位。因此,作为大齿轮制造质量保障的手段,其检测技术极具研究价值。本文就大齿轮的测量坐标系的建立问题,进行了深入研究。通过多种方案的对比分析,确定了标准量块法建立测量坐标系的设计方案,分析了各误差敏感项目对测量坐标系建立的影响,并通过实验进行了定性分析。
  本研究主要内容包括:⑴设计了大齿轮测量坐标系建立的方案。本文提出标准量块法、小圆弧法和多站分时法三种测量坐标系建立的方案设计,经过分析对比,确定了标准量块法建立测量坐标系的设计方案,提高了测量坐标系的建立精度。⑵分析了标准量块法建立测量坐标系的精度。研究了示值误差、量块的几何误差、测量运动的几何误差、工作台倾斜误差、量块安装误差等误差敏感项对坐标系建立的影响,分别建立了各敏感项误差测量模型,进行了不确定度分析与评定和实例计算分析,实例计算结果表明:标准量块法满足4级精度大齿轮参数测量的要求。⑶开发了测量坐标系建立的软件。结合测量原理和精度分析,以及测量路径的规划,采用Visual C++6.0开发了标准量块法测量软件。⑷进行了标准量块法建立测量坐标系的实验。在C40齿轮测量中心上,分别得出了量块安装位置不同、量块长度不同、工作台倾斜、环境不同等因素对坐标系建立精度的影响,实验结果表明:量块长度在300mm以内时,R轴的测量坐标系建立精度在1μm以内,T轴精度在2.5μm以内。相同条件下,采用标准量块+自准直仪的优化方案所得实验结果表明:R轴坐标系建立精度在1μm以内,T轴精度在1μm以内,有效提高坐标系建立精度。
[硕士论文] 李振亚
机械设计及理论 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:螺母作为机械设备主要连接零部件之一,依靠其优秀的机械特性,广泛的应用于各类机械设备中。因此对螺母使用性能进行检测显得尤为重要。对目前螺纹检测设备进行调查研究,发现存在检测效率低、检测成本高等问题,难以满足螺母出口企业的批量全检要求。因此有必要研制一台适用性强、效率高、成本低的螺母内螺纹检测设备。
  首先,根据选定的接触式综合测量法以及制定的设备技术指标,本文提出立式螺母内螺纹检测机的总体设计方案,采用模块化思想将设计方案分为机架总成、检测平台总成和螺母移动定位总成等,对各组成部分进行设计计算,验证设计合理性。样机完成后进行样机实验,对实验数据进行分析总结。针对实验过程中出现的问题提出解决方案,并对立式螺母内螺纹检测机设计方案进行总结。
  然后,针对立式螺母内螺纹检测机实验后出现的问题,提出卧式螺母内螺纹检测机的总体设计方案。采用模块化思想将设计方案分为机架总成、移动总成、检测平台总成、上料总成和分拣总成等,并对主要零部件进行设计与选型计算。其中设计的双向导杆式离合器通过与齿轮结构配合,实现一个伺服电机同时控制四个检测工位。
  最后,为验证设计方案的可靠性和安全性,对设备进行建模和虚拟装配,并对重要的零件进行有限元分析。同时参与完成卧式螺母内螺纹检测机控制系统的需求分析、方案设计、工作流程制定等工作。
[博士论文] 杜慧林
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:基于非球面、自由曲面的光学反射镜是光学系统中不可或缺的元件,由其构成的光学系统具有结构简单、系统体积小、能量透过率高、成像质量高等特点,因而广泛应用于大型天文望远镜、空间遥感、复杂自由曲面制造以及精密工程等领域。大口径、非球面(离轴非球面)、自由曲面型反射镜的高效加工一直是光学领域的瓶颈问题,随着计算机控制局部磨抛等先进光学制造技术的发展,光学车间基本形成了固定的铣磨、研磨、抛光的三段式确定性加工模式,只要测量精度足够高,确定性研抛就能加工出相应精度的光学反射镜,而测量技术的短板,特别是铣磨到研磨过渡阶段测量手段的缺乏,严重影响到光学反射镜的加工效率。
  坐标式扫描测量通用性广,适用于面形误差较大和表面较粗糙时使用,是最有希望衔接铣磨到研磨过渡的面形测量方式,而现有的坐标式测量技术存在诸多缺点:1)接触式坐标测量设备存在效率低的问题,而采用非接触探头的坐标式面形测量设备受限于探头的量程和精度,如何实现非接触探头的高精度大量程测量?2)传统坐标式测量设备采用栅格扫描的方式,扫描效率过低,而采用螺旋扫描测量能够明显提高测量效率,但如何解决螺旋扫描测量时探头与主轴旋转中心的对中问题?3)传统CMM在测量工件边缘时存在测量不准的缺点,在测量异形工件时存在探头轨迹复杂的问题,如何解决异形工件的全口径测量?4)反射镜的表面疵病测量意义重大,但目前仍旧依赖人工或专用设备检测,而几乎所有的面形测量设备都不具备表面疵病测量功能,如何实现面形测量和表面疵病测量在同一台设备上同时测量?本文的研究工作将针对上述关键问题,提出了一系列具有工程意义的方法和关键技术,开发了具有自主技术的非接触坐标式面形测量系统。
  论文的研究内容一共分为六章:
  第一章:介绍了光学反射镜的面形测量研究背景,介绍了光学反射镜的应用前景和面形测量的基础理论。概括了目前常用的可用于光学反射面测量的各种方法,并概述了各自的优缺点,指出了目前反射面测量所面临的技术难题和测量要求。简述了针对非接触坐标扫描式面形测量技术的发展状况,对比了我国与国外先进技术的差距,并指出现有相关技术的不足之处。最后概述了本文的主要研究内容和意义。
  第二章:针对目前高精度探头均存在量程低、无法测量PV值较大的面形的缺点,提出了基于音圈电机运动平台的自动聚焦式面形跟踪测量技术,为此本章从音圈电机运动平台的开发以及自动聚焦的实现提出了两种不同精度和跟踪速度的自动聚焦系统,即机械导轨式和气浮导轨式。详细介绍了机械导轨式从器件到系统的开发过程,包括音圈电机的设计制造、光栅尺细分器的设计、控制系统和系统调试策略等。介绍了气浮运动系统的优势和开发难点,重点解决了气浮导轨的装配技术,提出了一种低成本、易实现的装配技术,实现了比机械式系统更优的定位精度和更高的跟踪速度。提出了适用于同类系统的控制策略、调试策略以及性能评估方法。
  第三章:提出了一种新的面形测量系统,并系统介绍了直角坐标式面形跟踪测量样机的开发过程,包括坐标运动系统的设计、搭建以及控制,运动误差的测量及补偿方法,高精度面形测量系统的设计和开发,测量信号采集策略和抗干扰措施以及软件开发;样机搭建完成后,对分辨率、漂移、重复性等指标进行了测量。
  第四章:对于扫描式面形测量设备而言,螺旋扫描是扫描效率最高的方式,而实现螺旋扫描最大的难点在于扫描探头和主轴旋转中心的对中。本章提出了一种适用于所有螺旋扫描测量设备的探头对中方法,这种方法只需要使用一个倾斜的平面镜就能实现高效率、高精度的对中。本章详细说明了该方法的原理和操作步骤,并开展了系列实验验证了该方法的可行性,同时提出了一种对中误差的评估方法,实验证明在自主搭建的测量设备上的对中精度为10μm,在高精度气浮平台上的对中精度为1.7μm,所需的操作时间仅为3 min。
  第五章:论述了基于色散共焦位移传感器的反射镜全口径面形测量技术和表面疵病测量技术。首先介绍了色散共焦位移传感器的原理,研究了传感器输出的谱峰强度信号的工程意义,优化了面形测量系统的测量原理,提出了异形光学反射镜的全口径覆盖测量方法,并通过实验验证了方法的可行性。为了实现反射镜表面疵病测量,建立了色散共焦位移传感器的“陡度-位移-谱峰强度”的数学模型,提出了面形和表面疵病同时测量的方法,利用该方法成功实现了亚毫米级表面疵病的测量。
  第六章:归纳总结了论文的主要研究工作和创新点,并对今后的研究工作进行了展望。
[硕士论文] 张强强
机械电子工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:变速器是汽车的主要传动部分,其齿轮精度对整体操纵性能有重要的影响。为了保证齿轮传动的平稳性,在生产环节应对其进行100%综合误差检测。目前,国内外测量仪的研究主要用于单件齿轮检测,检测效率和精度较低。本文基于双齿面啮合原理,对变速器中间齿轮轴在线测量设备进行研究,在传统齿轮综合误差测量仪结构基础上增加多个测量机构,使其适用单件齿轮和齿轮轴系小总成径向综合偏差检测的同时,进一步提高检测精度和检测效率。本文主要研究内容如下:
  (1)对传统测量仪结构进行改进,设计出以标准齿轮与被测齿轮轴系作无侧隙啮合传动的在线测量总体方案,完成关键零部件设计和标准件的选取,运用三维绘图软件完成机构设计与装配。
  (2)为测量仪设备添加控制系统,通过高精度位移传感器采集齿轮中心距变化;软件系统完成数据处理、分析和存储,实现自动化在线测量。
  (3)基于ANSYS Workbench软件,建立仿真模型,并通过网格无关性验证对测量机构进行静力学分析;根据仿真结果,拟合弹簧压力与测量机构变形曲线。
  (4)完成测量仪关键零件误差检定、静态精度试验、测量重复性试验和不确定度分析。采用有限元分析、试验与理论相结合的研究方法探究弹簧压紧力、测量机构变形量和电机转速对测量精度影响,提高检测效率的同时,保证检测的可靠性。
[硕士论文] 寻佩佩
控制科学与工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:在目标定位与追踪领域,基于声信号的阵列传感网络系统具有能耗低、隐蔽性好的特点,在军事国防、野外监控等领域有重要应用。由于实际应用环境、设备等方面存在诸多不可控因素,难以保证各阵列节点均能给出完全可靠的量测信息。如何在部分量测不可靠的情况下获得高可靠的目标位置估计将是一项需要重点研究的工作。
  本文将针对以方位角为量测的声阵列传感网络系统,分别对单目标定位、单移动目标时空联合定位、多目标定位三个场景,在部分量测不可靠的情况下,给出具体的鲁棒定位方案。本文主要工作包含以下几个方面:
  首先,在单目标定位场景中,引入目标可行区域概念,并设计基于目标可行区域评价的异常量测检测方法和基于l1范数的单目标鲁棒定位方法。针对所设计的鲁棒定位方法求解困难的问题,提出一种基于区域拆分和剪枝的快速搜索求解方法。
  其次,在单移动目标时空联合定位场景中,基于非机动目标短时间近似匀速直线运动的前提假设,利用各节点一段时间的量测信息,从概率角度推导节点可靠性和量测可靠性的有效评估方法。基于现有定位方法,设计使用l1范数改进的时空联合单目标鲁棒定位方法,并基于反向评价机制设计有效的反欺骗鲁棒定位方法。
  最后,在多目标定位场景中,由于节点间量测关联关系未知,易因量测关联错误引入不属于任何目标的鬼点,针对该问题,本文将提出判别量测错误关联的若干充分条件。并对量测中存在异常的情况,扩展目标可行区域评价机制,设计适用于多目标场景的异常检测方法。最后将设计基于聚类思想的多目标定位方法,以进一步抑制对残留的少量错误关联和少量异常DOA的影响。
[硕士论文] 古川南
机械工程 浙江理工大学 2016(学位年度)
摘要:中厚板检测系统是检测中厚板形貌的仪器,检测结果的准确性与检测装置密切相关。近年来,非接触式检测技术迅速发展,以检测精度高、数据处理快、具有实时性等特点广泛引用于中厚板检测中。随着中国产业升级,对中厚板检测系统的检测精度要求也随之提高。一方面中国在自动测量方面技术相对落后,中厚板检测系统直接从国外购买。另一面温度效应对检测精度影响不可忽视,工业检测现场常用恒温箱控制检测系统温度,从而消除温度效应,但随着而来的是设备和维护成本增加。为了降低中厚板的检测成本和提高中厚板的检测精度,因此需要加大对中厚板检测系统的研究。
  本文将以中厚板检测系统为研究对象。文中建立环境温度变化导致检测系统温度变化和拍摄图像像素点漂移模型并进行仿真分析,实验探究环境温度变化对检测系统温度分别影响以及图像像素点漂移影响的规律,最后进行系统温度标定和补偿验证实验。重点围绕相机成像模型、相机参数标定;基于热分析理论仿真系统温度变化;基于成像模型推导出图像像素点坐标漂移模型并进行仿真;最后论文进行了实验验证并依据理论分析建立温度补偿模型和温度补偿验证。论文总体内容如下:
  (1)阐述当前中厚板检测系统的发展状况,分析研究了检测技术今后的发展趋势,并根据现阶段中厚板检测现状和问题分析了温度效应对检测结果的影响与温度补偿研究的意义。
  (2)中厚板检测系统的原理阐述和和实验平台的搭建。介绍了检测系统成像模型和标定原理并标定了相机参数,推出检测系统的图像坐标系和物体坐标系相互转换关系式。
  (3)基于热分析理论和有限元理论,分析了中厚板检测系统的温度分布情况,仿真出系统温度云图,从而为检测系统结构设计和检测温度点选取提供参考。
  (4)推导温度变化导致相机参数变化与相机图像像素点漂移模型关系式,基于此模型进行了像素漂移仿真分析并简化模型参数,找到像素漂移与相机参数之间简化关系。
  (5)实验介绍并分析实验结果,实验结果验证了理论分析的有效性。通过事先标定测量系统的温度变化与相机参数变化之间模型曲线,然后利用标定曲线对相应温度下测量的结果进行修正。验证分析中可将系统检测精度提高1.4mm。
[硕士论文] 蒋羽超
信息与通信工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:工件识别是利用计算机视觉技术,对生产线上的目标工件进行智能分类,以便工业机器人高效准确地完成工件的自动化分拣、装配、搬运、加工等,以降低生产成本,提高工业生产效率。将工件识别问题抽象化,可转化为简图识别问题。简图是一类特殊的图像,具有最稀疏的图像形式,它在人机交互系统、儿童教育、公安办案等许多领域都有重要应用。以往都是将简图作为常规图像进行识别,这能在一定程度上完成分类,但分类效果往往不能满足实际应用的要求。
  本文针对工件识别和简图识别技术进行了较深入研究,主要工作如下:
  (1)结合工业生产流水线上的工件分拣与安装应用场景,采用图像处理技术,研究开发了一套传送带上工件检测与识别系统。在该系统中,针对应用需求,开发了图像预处理、分割定位、特征提取和模式分类算法;在此基础上,充分考虑光照等环境因素对识别性能的影响,开发相应的图像预处理算法,使得工件识别系统能够有效地分割工件、提取工件轮廓信息。本文搭建了工件识别实验测试平台,开发了工件识别软件系统,取得了良好的识别效果,同时可满足实际应用中的实时性要求。
  (2)针对简图应用,提出了基于深度学习的简图识别方法。该方法首先考虑了简图独有的特征,如稀疏性,颜色特征等;然后根据其图像特点,简化和构建了基于卷积神经网络的深度学习系统,并用TU-Berblin简图数据集进行了测试实验。实验结果表明,该方法具有良好的分类性能。
[硕士论文] 董涛
车辆工程 西安工业大学 2016(学位年度)
摘要:CNC齿轮测量中心的测量精度受诸多因素影响。为了研究采样策略对渐开线齿廓测量不确定度的影响,建立了直角坐标测量法的数学模型。基于CNC齿轮测量中心,运用展成法、斜向展成法、极坐标法和直角坐标法对渐开线齿轮进行测量,定性定量地分析误差敏感项目对渐开线齿廓测量不确定度的影响。
  本研究主要内容包括:⑴根据对已有的直角坐标测量法的对比分析以及对CNC齿轮测量中心工作原理的研究,建立了基于CNC齿轮测量中心的直角坐标测量法的数学模型。通过运用Visual C++6.0软件,开发出直角坐标法测量软件。⑵通过对展成法、斜向展成法、极坐标法和直角坐标法的测量原理和测量精度进行分析,确定了影响测量精度的误差敏感项目:示值误差、测量运动的几何误差、测量坐标系建立误差、工件安装误差和测球球度误差等。根据四种测量方法的各自特点,定性的分析了各种测量方法的误差敏感项目,建立了测量不确定度的评定模型。⑶在CNC齿轮测量中心上,运用展成法、斜向展成法、极坐标法和直角坐标法对渐开线样板进行测量,通过实验数据确定四种测量方法的实际测量不确定度。同时,根据渐开线样板的参数计算出四种测量方法的理论测量不确定度。结果表明实验数据与理论数据一致,验证了测量不确定度评定模型的正确性。
[博士论文] 吴紫涧
机械制造及其自动化 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:本文在分析公差设计以及云制造资源的国内外研究现状的基础上,结合国家自然科学基金项目“基于功能-结构并行分析的公差设计理论与方法”(51275464)和“复杂混合制造系统能效优化理论与方法研究”(U1501248),开展了面向云制造资源的公差优化设计方法研究,建立了云制造资源到产品制造资源需求的映射关系,提出了基于多元过程能力指数的云制造资源的优选方法,在此基础上开展了面向多制造资源环境下的公差优化设计研究。
  第1章:综述了计算机辅助公差设计方法的理论和研究现状,论述了云制造以及云制造环境下制造资源的研究现状。分析了论文的研究背景和意义,给出了本论文的研究内容和总体框架。
  第2章:研究云制造的制造模式与架构,根据云制造的需求和云制造资源的特征提出面向云制造资源的公差优化过程框架。
  第3章:研究产品生长型设计方法,实现在产品公差设计过程中根据制造资源使用方需求对云制造资源进行搜索,构建云制造资源到产品制造资源需求的映射关系。
  第4章:研究了云制造环境下的资源优选方法。基于直觉模糊理论,通过衰退函数对不同时间尺度的新旧资源数据进行统一,建立多元过程能力评价指标,引入直觉模糊集合的优势度实现了云制造资源的优选。
  第5章:研究多制造资源环境下的公差优化设计方法。通过构建制造资源相互竞争构成非合作博弈关系、以及公差设计单元相互效仿构成进化博弈关系,在此基础上提出双层公差设计模型,实现面向多制造资源的公差设计。
  第6章:基于MATLAB开发了面向云制造资源的公差优化设计原型系统,并进行实例验证。
  第7章:总结本文的主要研究内容,对面向云制造资源的公差设计方法进一步开展工作进行探讨。
[硕士论文] 张庆飞
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2016(学位年度)
摘要:蜗线型齿轮是一种节曲线向径按余弦规律变化的非圆齿轮,因其能够实现两轴间的变速比传动,且具有结构紧凑、传动高效平稳等优点,因此被广泛地应用于水稻插秧机、结晶器连铸生产装置等机械设备中。而在实际应用中,对该类齿轮使用性能要求较高,因此,有必要对其精度控制与误差测量方面作进一步的研究。基于此,本课题以蜗线型非圆齿轮为研究对象,从齿廓设计方法与滚齿加工误差等方面探讨了该类齿轮的加工误差及测量方面的有关问题。
  首先,以圆柱齿轮误差基本理论为依据,详细分析了蜗线型非圆齿轮的加工误差,并在此基础上,分别从影响非圆齿轮传动的精确性、平稳性、载荷分布的均匀性以及齿侧间隙四个方面介绍了机床、刀具及齿坯等工艺系统误差对加工误差的影响。参考并借鉴圆柱齿轮的误差检测项目,总结并归纳出蜗线型非圆齿轮的误差检测项目。
  其次,以折算齿形法为理论设计依据,对蜗线型非圆齿轮的各个齿廓等效为不同齿数的圆柱齿轮来处理,通过三维绘图软件建模,并在数控滚齿机床上加工出实物图。另外,分析了三坐标测量机的数据采样方法及对测量点的路径规划等问题,为下一步精确测量齿廓数据做铺垫。
  最后,采用渐开线法线法建立了蜗线型非圆齿轮所测偏差项的数学模型,利用三坐标测量机采集其齿廓数据,将测得的有效数据代入各偏差项公式,并求解出各个偏差项的结果。为了提高蜗线型非圆齿轮的加工精度和测量精度,对蜗线型齿轮的误差项进行补偿与修正分析,这将有效改善该类齿轮在机械传动系统中的工作性能。
  通过上述的研究工作,系统的建立了蜗线型非圆齿轮的误差测量项目,为今后对该类齿轮误差控制方面的深入研究及精度等级的制定提供了借鉴。
[硕士论文] 刘冬冬
计算机技术 西南科技大学 2016(学位年度)
摘要:随着生产与科技的发展,加工精度的提高和加工对象的变化,人们对测量精度、效率以及自动化程度要求越来越高。实现零件形状尺寸的快速、精确测量是零件几何尺寸测量系统中最为关键的问题。本文针对传统测量在小型、柔软、形状特异等零件测量上的不足,运用亚像素边缘检测、图像配准、相机标定等关键的计算机视觉技术,开发通用零件尺寸高精度在线自动化测量系统。主要工作如下:
  1、亚像素边缘检测算法研究。着重研究了基于亚像素检测的边缘定位技术,设计实验对比拟合法、灰度矩和空间矩等亚像素检测算法的精度和效率,定量分析影响精度的主要因素,选择能满足实时测量中精度、速度、稳定性兼顾的亚像素检测和边缘定位算法。
  2、高精度零件图像配准算法设计。设计了一种基于质心和最小外接矩形的快速高精度零件图像配准算法。分为初始配准和精确配准,初始配准通过利用零件最小外接矩形和图像形心,缩减配准参数范围提高配准速度。精确配准将互信息作为相似度准则提高配准精度。实验结果表明本算法能同时在时间效率和匹配精度上达到批量测量的要求。
  3、零件几何尺寸精密测量系统开发。分析了图像测量系统的软硬件结构,应用基本的亚像素边缘检测、图像配准等技术,设计开发出零件几何尺寸测量系统,具有单品测量、批量检测、统计分析等功能。测试结果表明,系统重复测量精度能够达到5μm。
[硕士论文] 匡也
仪器科学与技术 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:在精密测量领域中,电感位移传感器扮演着越来越重要的角色。尤其是在圆度/圆柱度测量中,电感位移传感器已成为其中必不可少的传感器。电感位移传感器的测量精度直接制约了圆柱度仪的精度,是限制圆度/圆柱度测量领域发展的主要瓶颈。为了保证圆柱度仪用电感位移传感器的测量精度,需要对其进行定期校准。而电感位移传感器进行圆度/圆柱度的测量是一个动态过程,这就迫切需要一种能够对电感位移传感器进行动静态校准的装置。因此,本文设计出一种电感位移传感器校准装置,能够实现对圆柱度仪用电感位移传感器进行动静态自动化校准。
  首先,分析了国内外对于位移传感器校准装置及大行程高精度定位平台的研究现状,确定了校准装置的宏微结合结构。为了保证微动定位平台的动态性能,对微动定位平台的负载结构进行ANSYS仿真分析,得到其减重后的最优结构,减重后的负载结构一阶固有频率为1887.4Hz,在幅值0.1μm、频率200Hz的高频运动状态下,负载结构最大变形量为0.39nm。
  其次,对校准装置进行了误差分析,分析出系统中各误差源对系统精度的影响。分析结果表明,宏动定位平台偏航运动所引起的光栅尺测量阿贝误差最大,由此提出了利用双频激光干涉仪实时监测校准装置的运动状态,测量出运动中的偏航角并进行补偿处理的方法。
  再次,介绍了校准装置的控制方案,提出了两种宏微结构的控制策略,通过理论模型推导分析两种控制策略的特点,并利用Simulink进行控制模型仿真分析。结合理论模型及仿真结果,选用了宏动跟随微动的控制策略来实现校准装置的运动控制。
  最后,搭建校准装置的实验系统。进了校准装置的性能测试,测试结果表明,校准装置的运动行程达20mm;校准装置在全行程内的分辨力优于5nm;校准装置线性度为0.000011%,重复性误差为10nm;校准装置在0.05mm幅值的正弦频率响应中,动态频率可达100Hz,当幅值增大到2mm时,频率下降为5Hz。然后对自研的圆柱度仪用电感位移传感器进行动静态校准实验,证明了校准装置具有动静态的校准能力。最终,进行了校准装置测量的不确定度分析,得到被校准电感位移传感器的基本误差为(510±31)nm(k=2)。
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