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静电拉伸薄膜反射镜的多电极成形控制

光学精密工程 2012年第2期20卷 344-351页

作者：张鹏金光张元钟兴中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂,工程实用性差等问题,提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先,基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值;其次,利... 详细信息

针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂,工程实用性差等问题,提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先,基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值;其次,利用有限元软件建模和分析,验证所推导的压强分布;最后,在口径为300mm的三环电极的静电拉伸反射镜实验平台上进行了验证实验。实验显示,拉伸面形最大变形量与理论值基本吻合,面形误差与传统均匀压强下的相比有所减少,最好的实验结果得到的PV值和RMS值较均匀压强下的值分别减少了9.76%和15.38%。仿真及实验结果表明:所描述的方法可以控制面形并提高面形精度,与传统的成形控制方法相比较具有简单实用等优点。

关键词：静电拉伸薄膜薄膜反射镜成形控制反演求解

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激光熔覆原位合成WC单道成形控制方法

金属热处理 2022年第6期47卷 222-231页

作者：肖石洪练国富黄旭冯美艳福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118

采用响应面法中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量、WC粉末配比与熔覆层宽度、高度、横截面积之间的数学模型,通过方差分析和模型验证,验证了数学模型的准确性。熔覆层的宽度与激光功率成正比,与扫描速度、气流量、粉末配比成反... 详细信息

采用响应面法中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量、WC粉末配比与熔覆层宽度、高度、横截面积之间的数学模型,通过方差分析和模型验证,验证了数学模型的准确性。熔覆层的宽度与激光功率成正比,与扫描速度、气流量、粉末配比成反比;熔覆层的高度和横截面积与激光功率成正比,与扫描速度、粉末配比成反比。最后以熔覆层宽度和横截面积最大,高度最小为目标优化工艺参数,通过试验验证获得熔覆层宽度、高度和横截面积预测值和实际值误差分别为9.439%、5.153%、4.835%,平均误差率低于6.5%,进一步验证了所建立模型的准确性。研究结果为WC激光熔覆原位合成成形质量的预测、控制及工艺参数优化提供理论参考依据。

关键词：激光熔覆中心复合设计成形控制多目标优化

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激光熔覆单层单道轨迹成形控制方法

激光与红外 2018年第4期48卷 438-446页

作者：练国富杨谡陈昌荣姚明浦福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118

建立工艺参数与工艺结果之间的简析表达式,是解释激光熔覆"光-粉"耦合作用的复杂过程的前提,也是指导工艺实施与实现单道轨迹预测与控制的重要依据。采用响应面法研究了激光功率、扫描速度、气流量、离焦量4个因子对熔覆层的宽度、高度... 详细信息

建立工艺参数与工艺结果之间的简析表达式,是解释激光熔覆"光-粉"耦合作用的复杂过程的前提,也是指导工艺实施与实现单道轨迹预测与控制的重要依据。采用响应面法研究了激光功率、扫描速度、气流量、离焦量4个因子对熔覆层的宽度、高度、横截面积3个响应值的作用规律,揭示了"光-粉"耦合作用对激光熔覆成形的影响规律。结果表明:激光功率增加,扫描速度减小,3个响应值相应地增加;气流量增加,3个响应值相应地减小;离焦量的变化对熔覆层宽度无明显的影响作用,但离焦量增加,熔覆层高度、横截面积会相应地减小。进一步地,构造因子与响应值之间的二阶回归数学模型。熔宽、熔高和横截面积的模型调整R方值分别为0.7321,0.8749和0.9137,预测R方值分别为0.6371,0.8007和0.8630,表明3个响应模型能够很好拟合并预测试验组数据。最后开展3组验证实验,得到3个响应的预测值与实验值的误差均小于5%,表明所建立回归模型的可靠性。

关键词：激光熔覆响应面法成形控制单道轨迹

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V型曲面坡口打底焊成形控制与工艺参数优化

精密成形工程 2023年第2期15卷 188-198页

作者：翁华晶冯美艳江吉彬陈昌荣练国富福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118

目的研究熔化极气体保护焊工艺参数对V型曲面坡口打底焊焊接接头形貌及硬度的影响规律,实现焊接接头工艺参数的预测与优化,提高焊接质量。方法基于响应面Box-Benhnken方法,分析焊接电压、焊接电流、焊接速度、曲面弧度对焊接接头成形与... 详细信息

目的研究熔化极气体保护焊工艺参数对V型曲面坡口打底焊焊接接头形貌及硬度的影响规律,实现焊接接头工艺参数的预测与优化,提高焊接质量。方法基于响应面Box-Benhnken方法,分析焊接电压、焊接电流、焊接速度、曲面弧度对焊接接头成形与性能的影响规律,构建工艺参数与焊接接头响应指标的数学模型。结果试验结果表明,熔宽随焊接电压、焊接电流的增大而增大,随焊接速度、曲面弧度的增大而减小。面积随焊接电压、焊接电流、曲面弧度的增大而增大,随焊接速度的增大而减小。硬度随焊接电压的增大而减小,随焊接速度、曲面弧度的增大而增大。以熔宽、面积及硬度最大为优化目标,最优工艺参数为电压26 V,电流260 A,焊接速度26 cm/min,曲面弧度(13/36π)rad。对比预测值与实际值,熔宽、面积、硬度的误差率分别为4.2%、3.8%、2.3%。结论研究结果表明了所构建数学模型的可靠性,为非对称曲面坡口及其他特殊结构焊缝的成形控制与参数优化提供了理论依据。

关键词：打底焊曲面坡口响应面法成形控制工艺优化

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激光熔覆粉末粒径对熔覆层成形控制的影响

精密成形工程 2022年第3期14卷 58-67页

作者：岳琨练国富陈昌荣冯美艳福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118

目的揭示激光熔覆过程中TiC粉末粒径及工艺参数对复合材料熔覆形貌的影响规律,实现熔覆层成形控制。方法采用响应面法中心复合设计模块分析扫描速度、激光功率、粉末粒径对复合材料熔覆形貌的影响,建立工艺参数及TiC粉末粒径与复合材料... 详细信息

目的揭示激光熔覆过程中TiC粉末粒径及工艺参数对复合材料熔覆形貌的影响规律,实现熔覆层成形控制。方法采用响应面法中心复合设计模块分析扫描速度、激光功率、粉末粒径对复合材料熔覆形貌的影响,建立工艺参数及TiC粉末粒径与复合材料熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度之间的数学模型,通过方差分析和模型检验验证模型的准确性。结果激光功率对复合材料熔覆形貌的影响不显著,粉末粒径对熔覆面积影响最为显著,熔覆层面积随着扫描速度的减小和粉末粒径的增大而增大;粉末粒径对熔覆层高度影响最为显著,熔高随着粉末粒径的增大而增大,随着扫描速度的降低而减小;扫描速度对熔覆层宽度的影响最为显著,熔宽随着扫描速度的增大而下降,随着粉末粒径的增大而增大。结论以熔覆面积最大及熔宽熔高最大为优化目标,对比预测值与实际值,熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度的误差率分别为6.81%,3.9%,7.7%。该研究成果为提高复合材料熔覆形貌的预测与控制提供了理论依据。

关键词：激光熔覆粉末粒径响应面法成形控制

电-热-力耦合作用下焊锡焊接工艺与焊锡成形控制方法研究

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电-热-力耦合作用下焊锡焊接工艺与焊锡成形控制方法研究

作者：李光尧贵州大学

学位级别：硕士

在电子器件连接中,焊锡接点一方面能实现电子元器件之间的电气连接,起到信号传输和电路导通的作用,一方面又起到机械支撑的作用。由于传统的热压焊接采用气动加压方式,存在压力控制波动范围大、控制精度低的问题,极易造成焊锡溢出、焊... 详细信息

在电子器件连接中,焊锡接点一方面能实现电子元器件之间的电气连接,起到信号传输和电路导通的作用,一方面又起到机械支撑的作用。由于传统的热压焊接采用气动加压方式,存在压力控制波动范围大、控制精度低的问题,极易造成焊锡溢出、焊点偏移、焊点浮起虚焊等缺陷。焊锡接点的强度和表面质量是评价焊点质量的重要因素。因此,深入分析电热力耦合作用下热压焊锡焊接过程中焊锡接点的成形过程,探究改善焊点成形的控制方法,对提高焊锡接点的质量有重大意义。首先基于STM32核心控制器,构建伺服加压控制系统。设计系统硬件电路和软件程序,实现对焊接过程的实时控制和过程动态参数监测;设计正交试验优化焊接工艺参数,探究焊接参数对焊锡接点质量的影响。结果表明,焊接压力对焊锡接点成形效果影响程度最大。压力过小导致焊接过程中热量传递效率低,无法形成有效完整的焊锡接点;压力过大不仅导致焊锡外溢造成搭接短路,还造成焊锡接点表面压痕过深、焊锡成形高度不足、焊点焊后残余应力集中、宏观形貌光泽度差缺陷。提出温度-压力-位移协同控制策略,实现焊锡接点成形过程的动态化控制。结果表明,焊锡接点表面成形形态得到明显改善。在多参数协同控制下,焊锡接点强度呈现先上升后下降的变化趋势,焊锡成形高度与焊点强度成正相关性,实现了对焊接过程焊锡成形高度的精确控制。试验结果表明设计的伺服加压控制系统稳定,提出的温度-位移-压力协同控制方式改善了焊锡接点质量,焊点成形更加美观、稳定、可靠。获取不同焊接温度和焊接时间条件下的焊锡接点,分析了工艺参数对焊锡接点的微观结构演化及力学性能的影响。通过SEM、EDS能谱分析,得出其中间典型形貌界面组织为CnSn。当焊接温度过低或焊接时间不足时,焊锡接点中间层越粗糙,焊锡接点强度越低,焊锡接点的断裂方式主要为脆性断裂;随着焊接温度的升高和焊接时间的增加,焊锡接点中间层组织形貌不断由扇贝状逐渐转变为较为平整的界面,焊锡接点的断裂方式由脆性断裂方式转变为脆韧性混合断裂模式;在焊接压力12 N,焊接时间4000 ms,焊接温度420℃时强度达到35 N。电参数焊接电流积分值增加,焊接能量不断累积,积分值与焊锡接头力学性能成正比列关系。

关键词：热压焊伺服加压成形控制多参数协同控制焊锡接点微观组织

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悬臂式掘进机巷道断面成形控制系统研究

悬臂式掘进机巷道断面成形控制系统研究

作者：熊双辉西安科技大学

学位级别：硕士

目前,悬臂式掘进机在我国的矿业生产中得到了广泛的应用,为了提高掘进机掘进巷道断面机械化、自动化程度以及提高效率,研究掘进机的成形控制系统具有重大意义。本论文以EBJ-132A型悬臂式掘进机为例,对其掘进巷道断面的成形和成形控制系... 详细信息

目前,悬臂式掘进机在我国的矿业生产中得到了广泛的应用,为了提高掘进机掘进巷道断面机械化、自动化程度以及提高效率,研究掘进机的成形控制系统具有重大意义。本论文以EBJ-132A型悬臂式掘进机为例,对其掘进巷道断面的成形和成形控制系统两方面进行研究。在断面成形研究过程中,通过分析EBJ-132A型掘进机截割部主要工作机构和工作过程,建立了相关工作参数与巷道断面尺寸之间的数学模型。然后针对实际生产中几种常见的巷道断面形状,分别编制出相应的工作机构作业轨迹控制程序,并在计算机上显示出和实际情况相符合的截割头截割作业包络线图,验证截割头运动轨迹规划的正确性和相关工作机构参数的计算准确性。在成形控制系统研究过程中,通过分析EBJ-132A型掘进机液压控制系统,在此基础上,对其改进,采用电液比例方向阀自动控制系统,并对其主要组成元件进行选型计算及建立了相关数学模型。然后利用MATLAB和AMESim软件对该控制系统进行了开环控制和PID控制仿真研究,仿真结果表明,电液比例控制系统具有较好的动态响应特性和控制特性。本文对悬臂式掘进机断面成形基本理论的推导及控制仿真研究,为掘进机自动断面成形进行了有益的探索。

关键词：悬臂掘进机成形控制轨迹规划数学模型液压控制 PID

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激光熔覆三角截面近净成形控制方法

激光熔覆三角截面近净成形控制方法

作者：杨谡福建工程学院

学位级别：硕士

任意复杂不规则的几何截面形状的精确控制都可以通过解决三角形状的制造与控制来实现。通过三角形熔覆轨迹的搭接与层叠规划,获得对三角截面轮廓精确控制,进而实现对任意直线边界截面形状的净近成型,对完善激光熔覆近净成形的基础理论... 详细信息

任意复杂不规则的几何截面形状的精确控制都可以通过解决三角形状的制造与控制来实现。通过三角形熔覆轨迹的搭接与层叠规划,获得对三角截面轮廓精确控制,进而实现对任意直线边界截面形状的净近成型,对完善激光熔覆近净成形的基础理论有积极意义。为了研究三角截面形状的预测与控制方法,首先,研究了Z轴离焦量对成形控制的影响,通过实验研究Z轴离焦量与激光功率、扫描速度、气流量对激光熔覆成形的耦合作用规律,借助金相组织、熔覆层几何形貌等评价手段揭示Z轴离焦量对激光熔覆成形质量的影响规律。第二,通过采用响应面法中的中心复合设计法,研究激光功率、扫描速度、气流量、离焦量对激光熔覆成形的耦合作用规律,获得激光熔覆单层单道截面轨迹的数学模型,实现熔覆单层单道轨迹形状的控制与预测。第三,提出适用于激光熔覆多道搭接熔覆层表面相对平整度评价方法,构建了多道搭接的最佳搭接系数与单道熔覆层宽度、高度关系的计算模型。第四,通过选取恰当的搭接系数、扫描方式以及对熔覆层高度的精度控制进行试验,不断地提高了三角截面的成形精度,研究了激光熔覆三角截面近净成形控制方法,为激光熔覆制造与再制造的形状精确控制提供理论依据。最后,选用一种旋转模切刀具开展应用研究,验证了三角截面近净成形控制方法的有效性,为其他高硬度难加工刀具的激光工程化净成型技术提供理论依据。研究成果对任意复杂截面形状的熔覆成形机理和控制方法,以及复杂轨迹熔覆成形技术提供理论依据。对大尺寸回转类刀具、特殊形状刀具、发动机叶轮等具有复杂截面形状高值旧件的修复、复杂零件的直接制造、熔覆与切削的混合制造的应用研究提供技术方法,为激光熔覆从表面工程向增材制造领域的应用拓展奠定理论基础。

关键词：激光熔覆离焦量响应面法三角截面成形控制

铝合金变极性TIG焊视觉信息表征及成形控制方法

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铝合金变极性TIG焊视觉信息表征及成形控制方法

作者：梁明龙上海交通大学

学位级别：硕士

铝合金航天薄壁结构件焊接装配及热变形导致焊接工件错边、间隙等变化,最终影响铝合金焊接成形及接头质量,目前“示教-再现”型焊接机器人在焊接过程中无法对工件装配及焊接过程的焊缝特征信息进行感知,不能进行焊缝成形的自适应调节。... 详细信息

铝合金航天薄壁结构件焊接装配及热变形导致焊接工件错边、间隙等变化,最终影响铝合金焊接成形及接头质量,目前“示教-再现”型焊接机器人在焊接过程中无法对工件装配及焊接过程的焊缝特征信息进行感知,不能进行焊缝成形的自适应调节。本文以航天器大型薄壁结构件焊接制造为背景,研究了铝合金变极性TIG焊装配、焊接过程视觉特征等信息表征及成形控制策略,对提升铝合金大型薄壁结构件机器人焊接智能化制造水平有积极的意义。首先,针对航天铝合金薄壁结构件焊接制造,构建了机器人焊接系统平台,系统主要包括焊接参数采集及输出系统,视觉传感系统以及焊缝成形控制系统等。其中视觉系统主要包括焊接装配高精度检测和焊接动态熔池在线检测两部分。基于上述系统,基于Qt开发平台进行多线程软件系统开发。其次,根据采集到的铝合金变极性TIG液态熔池图像,开发了相应的图像处理算法。针对完整熔池图像,采用基于ROI(感兴趣区域)的图像处理方法,利用模板匹配检索ROI区域,然后利用中值滤波、对比度拉伸、自适应阈值化、边缘提取、伪边缘去除、线性扫描即可获得熔池的特征参数;针对弧光干扰较严重的不完整熔池图像,则采用基于部件树的图像处理算法,完成液态熔池图像特征点识别并进行拟合,给出最终液态特征尺寸信息。接下来,根据检测的焊缝间隙、错边和液态熔池宽度等信息,结合模糊逻辑控制理论,设计了间隙量、错边量等信息前馈调整的模糊逻辑控制器,在线自适应调整焊接电流和送丝速度,实现不同厚度铝合金工件的焊缝成形控制。最后,采用模糊逻辑控制策略,开展了贮箱箱底瓜瓣以及贮箱箱底法兰模拟件的工艺控制验证试验,实现了基于焊接数据采集、信息处理及智能控制的大型铝合金薄壁结构件焊缝成形自适应控制。

关键词：铝合金变极性TIG焊视觉传感成形控制