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复杂构件激光熔覆轨迹的干涉检测及修正

计算机集成制造系统 2021年第1期27卷 102-108页

作者：刘金朵孙文磊黄勇巴智勇新疆大学机械工程学院新疆乌鲁木齐830047

针对激光扫描复杂构件受损面加工过程中,光束易与零件发生干涉的问题,提出复杂结构零件激光轨迹的干涉检测及修正算法。以逆向点云数据为基础,构建预期轨迹插补点数据结构。根据扫描轨迹采用法向投影建立碰撞域,快速排除非干涉激光束,... 详细信息

针对激光扫描复杂构件受损面加工过程中,光束易与零件发生干涉的问题,提出复杂结构零件激光轨迹的干涉检测及修正算法。以逆向点云数据为基础,构建预期轨迹插补点数据结构。根据扫描轨迹采用法向投影建立碰撞域,快速排除非干涉激光束,粗检出可能发生干涉的路径点。构建四叉树索引精确搜索干涉点,计算干涉角,考虑光束半径补偿误差,确定相应修正量。满足再制造成形质量的前提下,调整光束姿态将干涉点转换为有效点,优化熔覆轨迹模型。设计干涉检测模块,实现用户可视化操作。该算法适用于曲面及结构复杂的零件,通过具体实例分析验证了该算法的可靠性与有效性。

关键词：复杂构件激光熔覆轨迹碰撞域干涉检测姿态修正

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基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

表面技术 2020年第3期49卷 275-280页

作者：刘金朵孙文磊张冠黄勇新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件... 详细信息

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。

关键词：凹形曲面激光熔覆干涉检测姿态修正轨迹优化

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基于UG的三维模具参数化建模及干涉检测

基于UG的三维模具参数化建模及干涉检测

作者：吴屹宁东华大学

学位级别：硕士

在三维模具模型图的生产绘制过程中,经常出现三维模具图的零件模具过多,建模环境复杂等问题,造成的设计加工困难。在这样的背景下,如果通过人工的方式对三维模具进行标注和干涉检测,不仅时间效率上十分低效,而且会造成三维标注的冗余和... 详细信息

在三维模具模型图的生产绘制过程中,经常出现三维模具图的零件模具过多,建模环境复杂等问题,造成的设计加工困难。在这样的背景下,如果通过人工的方式对三维模具进行标注和干涉检测,不仅时间效率上十分低效,而且会造成三维标注的冗余和混乱。因此,解决三维模具模型的自动标注和干涉检测是关键性的问题。UG（Unigraphics NX）软件自带的标注模块和干涉模块需要人工输入标注或干涉检测的对象,无论从时间效率角度,还是程序集成性角度,都十分低效,因此有必要开发一款针对三维模具模型的三维模具标注系统和自动干涉检测系统,实现三维模具模型高效、简明的自动标注,并对复杂三维建模环境集成性地进行模具的自动干涉检测。本文采用TTRS树模型理论和模型公差理论结合的方法,从几何元素和几何拓扑关系出发,结合标注信息,开发三维模具标注系统;采用干涉检测理论,运用UG软件的bounding box技术代替层次包围盒技术进行干涉检测系统的开发。以下为本文主要内容:（1）三维模具标注模型建立:创建同时包含主尺寸和公差信息的三维模具标注模型。遍历建模环境的所有特征面,确定最小基准元素,构造三维标注元素集;将尺寸信息的坐标系统一并确定标注平面,根据冗余消除原则进行冗余消除,构造三维模具参数化模型。（2）三维标注双向公差信息的补全:根据公差模型理论,构造几何元素—尺寸、几何元素—公差邻接矩阵,公差数据来源于自定义HB5800公差表,使得不同范围的主尺寸对应不同范围相适应的双向公差,给对应的尺寸标注添加双向公差,进行参数化建模,完成了双向公差信息补全和干涉信息的确定。（3）基于三维模具标注模型的干涉检测:提出用UG的bounding box技术代替层次包围盒技术,结合干涉检测技术理论,对三种特定的干涉类型:圆柱-圆柱、球-圆锥、平面-平面的干涉检测进行二次开发;对三维模具标注模型带有的主尺寸、双向公差标注进行读取,用于干涉类型判断和干涉距离计算。利用ufun和NXOpen开源API函数库开发圆柱-圆柱、平面-平面、球-圆锥干涉检测算法,对干涉类型、干涉距离做出不同的定义和分类,并记录干涉发生的对象。在UI使用界面树列表中添加子菜单功能反映干涉信息。（4）系统开发与测试:借助Visual C++和UG/Open API开发工具,在UG开发平台上运用UI Block Styler模块添加需要的组件、创建符合需求的UI设计交互界面。进行UI模块、算法模块、子功能开发的程序编写和开发,以四种圆柱模型的工作装配图为例,解决了三维标注模型的自动标注、集成性的干涉检测的实际问题。

关键词：三维模具自动标注算法 TTRS拓扑分析冗余消除干涉检测 UG二次开发

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基于实测数据的翼身交点接头干涉检测方法

浙江大学学报（工学版） 2018年第2期52卷 207-216,232页

作者：王青范胜豪程亮李江雄柯映林浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点研究实验室浙江杭州310027

针对飞机翼身对接过程中,叉耳式交点接头因装配变形而发生干涉的问题,提出基于关键点距离检测的装配干涉判断方法.根据对接前叉耳接头上的现场实测数据,计算接头在装配坐标系下的位姿并建立耳型接头和叉型接头的坐标变换关系,通过投影... 详细信息

针对飞机翼身对接过程中,叉耳式交点接头因装配变形而发生干涉的问题,提出基于关键点距离检测的装配干涉判断方法.根据对接前叉耳接头上的现场实测数据,计算接头在装配坐标系下的位姿并建立耳型接头和叉型接头的坐标变换关系,通过投影方法计算并归纳出接头的距离极值点,求出叉耳接头间最小距离.综合考察各个叉耳接头处的最小距离,判断干涉情况,提出在多种叉耳接头布局方式下的机翼位姿调整方案.该方法将三维距离问题转化为有限个点的检测问题,能够快速实现在任意机翼位姿下的翼身对接干涉检测和机翼位姿修正.仿真验证结果表明该方法的有效性.

关键词：翼身对接叉耳接头干涉检测位姿调整

基于三维力传感器的飞机翼身对合干涉检测与位置修正

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基于三维力传感器的飞机翼身对合干涉检测与位置修正

学位级别：硕士

在飞机大部件对接装配过程中,由于零件制造误差、安装定位误差、装配变形等多源误差的影响,零部件之间经常发生干涉现象。目前,主要利用基于三维点云数据的数字化预装配方法对飞机大部件进行虚拟装配,计算零部件在虚拟装配后的干涉分布... 详细信息

在飞机大部件对接装配过程中,由于零件制造误差、安装定位误差、装配变形等多源误差的影响,零部件之间经常发生干涉现象。目前,主要利用基于三维点云数据的数字化预装配方法对飞机大部件进行虚拟装配,计算零部件在虚拟装配后的干涉分布情况;通过对零部件进行后续的装配干涉处理,进而解决实际装配中存在的干涉现象。然而,在现有的虚拟装配中并未考虑到实际零部件受到装配和受力变形的影响,实际零部件不能与数字化模型保持完全一致,导致虚拟装配干涉检测不准确,从而影响虚拟装配的真实性。因此,需要寻求一些高效率和高精度的方法应用于实际装配干涉检测领域。为解决实际翼身对合过程中存在的叉耳干涉问题,本文以单叉耳式飞机翼身对合为研究对象,提出了基于三维力传感器的飞机翼身合干涉检测与位置修正方法,本文主要研究内容如下:(1)结合叉耳装配工艺要求,提出了三维力传感器和激光跟踪仪辅助单叉耳式飞机翼身对合的方法,构建了飞机翼身对合干涉检测与位置修正系统,为验证本文所提方法奠定了坚实的实验平台基础。(2)提出了基于粒子群算法优化的多输出支持向量回归机解耦算法的三维力传感器静态标定方法。为提高平台中传感器的测量精度,构建了基于粒子群算法优化的多输出支持向量回归机模型,获得了电压与力之间的关系。实例结果表明传感器的I类误差和II类误差分别降低至0.099%、0.205%,该标定方法可以获得叉耳干涉后的精确受力信息,为后面的基于干涉力反馈的机翼位置动态修正打下良好的基础。(3)提出了基于干涉力反馈的机翼位置动态修正方法。构造了干涉力反馈模型,获得了干涉力反馈控制方法,解算出了机翼位置动态修正量。实例仿真结果表明该方法不仅能够保证机翼位置修正过程的柔顺性,又能够保证飞机翼身对合叉耳装配精度。(4)基于以上研究内容,研发了飞机翼身对合干涉检测与位置修正软件,利用该软件实现了翼身模拟件上叉耳干涉情况的实时监控和机翼位置的动态修正。通过实验结果对比分析,验证了所构模型、算法和方法的有效性。

关键词：翼身对合叉耳干涉检测位置修正力传感器标定干涉力反馈

基于干涉检测的复杂进气道自动铺丝可行性研究

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复合材料科学与工程 2023年第3期 99-103页

作者：黄威董文武姚锋中国航空制造技术研究院复合材料技术中心北京101300 海装驻北京地区第五军事代表室北京101300

飞机进气道采用基于自动铺丝工艺的复合材料整体成型方案,为分析进气道型面自动铺丝的可行性,对进气道型面与铺丝头的干涉问题进行了研究。首先,以进气道型面网格化的STL文件为对象,并结合铺丝头的边界条件,开发了基于VC++6.0的干涉检... 详细信息

飞机进气道采用基于自动铺丝工艺的复合材料整体成型方案,为分析进气道型面自动铺丝的可行性,对进气道型面与铺丝头的干涉问题进行了研究。首先,以进气道型面网格化的STL文件为对象,并结合铺丝头的边界条件,开发了基于VC++6.0的干涉检测计算程序,获得了型面上干涉区域的位置,并以点云进行标识。然后,在CATIA下对标识的干涉区域进行铺丝头外形轮廓的建模,并在Vericut仿真软件下对进气道型面进行自动铺丝运动仿真,验证了型面上标识的干涉区域的正确性。最后,将标识过干涉区域的进气道型面反馈给设计进行型面修正,获得了满足自动铺丝条件的进气道型面。

关键词：复合材料进气道自动铺丝干涉检测运动仿真

计算全息板干涉检测工业镜头凸自由曲面(特邀)

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红外与激光工程 2022年第9期51卷 84-90页

作者：朱德燕唐骏伟国成立李元正赵烈烽南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 南京航空航天大学空间光电探测与感知工信部重点实验室江苏南京211106 浙江舜宇光学有限公司浙江余姚315400

工业镜头元件口径小、数量多、精度要求高,将自由曲面用在镜头凸面上会导致面形复杂、偏离量大,对表面面形检测提出了很高的挑战。提出了基于计算全息板(Computer-Generated-Hologram,CGH)的干涉检测方法,并利用Zemax对光路进行优化设计... 详细信息

工业镜头元件口径小、数量多、精度要求高,将自由曲面用在镜头凸面上会导致面形复杂、偏离量大,对表面面形检测提出了很高的挑战。提出了基于计算全息板(Computer-Generated-Hologram,CGH)的干涉检测方法,并利用Zemax对光路进行优化设计,建立了镜头装夹误差对检测结果的影响分析模型,提出了镜头高精度干涉检测方案,并结合实验验证了分析模型和检测方案的可靠性。实验结果表明:利用CGH可实现凸自由曲面工业镜头的全口径干涉检测,检测结果为0.57μm PV (满足镜头检测需求),并结合轮廓仪对比验证了干涉测量的可靠性。

关键词：干涉检测凸自由曲面工业镜头计算全息板

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基于包围盒十字相交的装配干涉检测方法

计算机集成制造系统 2015年第7期21卷 1725-1733页

作者：张闻雷王健熙罗小川曲蓉霞东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国人民解放军驻沈阳黎明航空发动机公司军事代表室辽宁沈阳110043 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

鉴于现有装配干涉检测方法仅限于利用包围盒排除不干涉的对象,提出轴向包围盒和方向包围盒的十字相交判断方法,使得基于包围盒即可检测出零件在平移过程中产生的硬干涉关系,从而有效缩短检测时间。利用基于扩展结构的层次包围盒逐渐逼... 详细信息

鉴于现有装配干涉检测方法仅限于利用包围盒排除不干涉的对象,提出轴向包围盒和方向包围盒的十字相交判断方法,使得基于包围盒即可检测出零件在平移过程中产生的硬干涉关系,从而有效缩短检测时间。利用基于扩展结构的层次包围盒逐渐逼近且紧密包覆几何模型、排除不可能干涉的零件并进行包围盒十字相交判断,可大幅度减少干涉检测的运算量并提高算法效率。基于包围盒十字相交判断与层次包围盒,提出面向零件平移的装配干涉检测算法和流程。在AeroAssem装配设计系统中实现了该方法,通过在装配干涉矩阵生成中的实例验证分析,说明所提方法是有效的和精确的,可广泛应用于装配规划与仿真等设计任务中。

关键词：干涉检测包围盒十字相交判断法装配规划装配仿真

可见光/近红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术(特邀)

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红外与激光工程 2023年第6期52卷 94-102页

作者：熊玉朋路文文黄铖陈付磊陈善勇国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学智能科学学院超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073

由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出了计算全息(Computer Generated Hologram,CGH)补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折... 详细信息

由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出了计算全息(Computer Generated Hologram,CGH)补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统;应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜;重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器,通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置,有效分离了干扰衍射级次的鬼像,实现了多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测。干涉测量结果表明,多个反射镜同时达到接近零条纹状态,面形精度和相互位姿精度较高,且无鬼像干扰。系统对100 m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。

关键词：可见光/近红外成像系统折叠反射镜干涉检测计算全息高次非球面