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面向工件自动化装配的空间位姿柔性接触式测量方法研究

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 75-83页

作者：郭文婷陈东生程思博孙若依中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621900

自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、畸变等影响鲁棒性不高。为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测量系统,... 详细信息

自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、畸变等影响鲁棒性不高。为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测量系统,通过解耦将位姿调节量转化为姿态、圆心、相位相互独立的测算量。首先采用视觉引导方式构建视觉坐标系实现点位测量路径自更新实现柔性测量,然后通过测量工件平面、圆周、孔位圆周获取坐标点位,最后采用最小二乘法拟合平面并将圆周点位进行投影拟合圆心,求解定位孔圆心构成的向量空间夹角得到姿态、相位及圆心的调整量。本文所述方法可以提高测量效率,解耦调整方式大大降低了位姿联调的相互影响,提高了位姿测量的柔性和鲁棒性。通过实验对本文所提方法的有效性进行验证,实验结果表明:采用空间位姿柔性接触式测量方法进行测量后调整,其工件相对位置偏差在0.075 mm以下,姿态角度偏差在0.02°以下,相位角度偏差在0.055°以下。

关键词：接触测量最小二乘法位姿检测工业机器人

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热处理温度对选区激光熔化成形316L不锈钢冲击韧性及各向异性的影响

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中国激光 2024年第12期51卷 139-147页

作者：汪洋扬孙明艳陈捷秦煜沈显峰王国伟黄姝珂中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同成形取向的316L冲击构件,并比较了SLM态、1050℃热处理态以及1100℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明,按冲击韧性从大到小排列... 详细信息

为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同成形取向的316L冲击构件,并比较了SLM态、1050℃热处理态以及1100℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明,按冲击韧性从大到小排列,依次为SLM态、1100℃热处理态、1050℃热处理态。随着热处理温度的升高,冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态,XY-Z样的冲击韧性比XZ-X样和XY-X样更好,但热处理之后XY-Z样的冲击韧性反而最差。同时,热处理之后亚晶组织逐渐消失,夹杂物粗化,晶粒尺寸增大,大角度晶界增加,逐层制备的多层结构被破坏,晶粒织构发生变化,这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。

关键词：激光技术选区激光熔化 316L 冲击韧性各向异性热处理

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激光选区熔化成形因瓦合金点阵结构参数优化及其性能研究

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激光与光电子学进展 2024年第17期 233-241页

作者：何燚炜陈捷杨琴沈显峰中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

因瓦合金点阵结构能够集成低热膨胀系数和低密度的优势，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光选区熔化[SLM，又称激光粉末床熔融（L-PBF）]作为一种应用最为广泛的金属增材制造技术，在成形复杂点阵结构方面具有极大的优势，但是目... 详细信息

因瓦合金点阵结构能够集成低热膨胀系数和低密度的优势，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光选区熔化[SLM，又称激光粉末床熔融（L-PBF）]作为一种应用最为广泛的金属增材制造技术，在成形复杂点阵结构方面具有极大的优势，但是目前对SLM成形因瓦合金点阵结构的性能影响规律的认识还不够深入。采用三因子三水平设计正交试验来优化SLM成形因瓦合金工艺参数，并以抗拉强度和屈服强度为指标，提出了激光功率为280 W、激光扫描速率为1000 mm/s、扫描间距为0.12 mm的较优参数，此参数下成形试样屈服强度为340 MPa、抗拉强度为419 MPa。在优化参数基础上，探究了扫描速率对SLM成形因瓦合金点阵结构几何性能和力学性能的影响，发现激光功率为280 W、激光扫描速率为1000 mm/s、扫描间距为0.12 mm下成形的点阵结构兼具较好的力学性能和几何性能。

关键词：激光技术激光选区熔化激光粉末床熔融因瓦合金点阵结构参数优化

三线槽式自补偿液体静压导轨油膜刚度优化设计

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机械工程学报 2024年

作者：陈刚利俞利庆崔海龙刘聪陈开强中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

液体静压导轨是各类精密和超精密机床的核心功能部件，其油膜刚度是影响机床加工精度的关键性能指标。为提升三线槽式自补偿液体静压导轨的支承性能，提出了油膜刚度的准确计算与快速优化设计方法。设计了三线槽式自补偿液体静压滑块及... 详细信息

液体静压导轨是各类精密和超精密机床的核心功能部件，其油膜刚度是影响机床加工精度的关键性能指标。为提升三线槽式自补偿液体静压导轨的支承性能，提出了油膜刚度的准确计算与快速优化设计方法。设计了三线槽式自补偿液体静压滑块及导轨原理样机，基于液压欧姆定律和流量守恒条件建立了油膜刚度的理论模型，并通过数值模拟验证了其准确性。建立了油膜刚度最优化问题的数学模型，然后采用遗传算法对其进行求解，优化后的油膜刚度提高了约31.6%。设计并搭建了三线槽式自补偿液体静压导轨原理样机的油膜刚度测试系统，试验结果进一步验证了油膜刚度理论模型的准确性及优化设计的有效性。本文采用理论建模、数值模拟和试验测试相结合的方法对三线槽式自补偿液体静压导轨的油膜刚度进行了优化设计研究，实现了油膜刚度的准确计算与快速优化设计，为液体静压导轨支承性能的提升奠定了理论基础与技术支撑。

关键词：液体静压导轨自补偿油膜刚度理论建模优化设计

区域激光曝光粉末床熔融成形温度场-流场仿真研究

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激光与光电子学进展 2024年第17期 242-253页

作者：高国威沈显峰王国伟孙明艳王开甲朱涛中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

通过COMSOL有限元仿真软件数值模拟区域激光曝光粉末床熔融成形过程，获得区域激光曝光粉末床熔融成形的温度场和流场分布规律，通过分析流场和温度场的演变过程进一步揭示表面张力和马兰戈尼力对熔池成形的影响。结果表明：相较于传统... 详细信息

通过COMSOL有限元仿真软件数值模拟区域激光曝光粉末床熔融成形过程，获得区域激光曝光粉末床熔融成形的温度场和流场分布规律，通过分析流场和温度场的演变过程进一步揭示表面张力和马兰戈尼力对熔池成形的影响。结果表明：相较于传统激光粉末床熔融成形，区域激光曝光粉末床熔融成形得到的熔池具有更小的峰值流速，在水平方向上具有非常小的温度梯度，表面张力是熔池成形的主要驱动力，得到的熔池具有更小的表面粗糙度。

关键词：激光技术粉末床熔融平顶光温度场流场马兰戈尼效应

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基于深度分类网络与激光超声的焊深测量方法

应用声学 2024年

作者：王志颖孙凯华何华彬中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

焊深是衡量焊接质量的重要参数，其对焊接产品的性能有极大影响，因此发展焊深的无损测量方法尤为重要。在众多无损测量方法中，激光超声凭借其无耦合剂、高时空分辨率等特点，在小结构焊深测量中具有独特的优势。由于小尺寸结构中存在... 详细信息

焊深是衡量焊接质量的重要参数，其对焊接产品的性能有极大影响，因此发展焊深的无损测量方法尤为重要。在众多无损测量方法中，激光超声凭借其无耦合剂、高时空分辨率等特点，在小结构焊深测量中具有独特的优势。由于小尺寸结构中存在超声模式混叠且焊缝的衍射波微弱的问题，该文提出将激光超声与深度学习相结合的焊深测量方法，在线切割模拟焊接样品上进行激光超声扫描实验。将超声A扫信号压缩为矩阵格式可加速深度网络收敛、减少网络参数规模。与反射横波模式方法相比，训练得到的深度分类模型能够实现焊深测量误差小于0.1 mm。最终的结果表明，深度网络在焊深测量中具有良好的发展前景。

关键词：激光超声深度学习焊深测量

基于数字孪生的自动化单元预测性维护参考框架

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机床与液压 2024年第18期 110-115页

作者：孙若依黄明孙顺苗白翱程思博中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

为提高以自动化单元(AMU)为代表的复杂设备运行可靠性、安全性、经济性，提出一种基于数字孪生的自动化单元预测性维护框架(DT-PMAMU)。分析AMU的常见组成结构与故障特征，研究数字孪生预测性维护的关键因素；在此基础上构建了由物理设... 详细信息

为提高以自动化单元(AMU)为代表的复杂设备运行可靠性、安全性、经济性，提出一种基于数字孪生的自动化单元预测性维护框架(DT-PMAMU)。分析AMU的常见组成结构与故障特征，研究数字孪生预测性维护的关键因素；在此基础上构建了由物理设备层、物联网数据采集层、数字孪生数据层、虚拟设备层、预测性维护服务层组成的多层次预测性维护框架。某铣削AMU实际应用表明：该框架取得了较好的应用效果，能够帮助相关人员快速建立预测性维护系统，有效降低了AMU实现智能运维任务的复杂度。

关键词：数字孪生自动化单元(AMU) 预测性维护故障诊断和健康管理(PHM) 智能维护

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基于密珠轴系的全圆角度基准装置研制

中国测试 2024年

作者：何韬韩林唐强游奇峰中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

针对以惯性器件和角度编码器为首的高精度角度和角速率校准需求以及角度基准装置轴系稳定性、低成本等需求，该文对基于密珠轴系的全圆角度基准装置进行研制。首先，采用止推轴承—径向轴承—止推轴承的工型构型对装置轴系结构进行设计... 详细信息

针对以惯性器件和角度编码器为首的高精度角度和角速率校准需求以及角度基准装置轴系稳定性、低成本等需求，该文对基于密珠轴系的全圆角度基准装置进行研制。首先，采用止推轴承—径向轴承—止推轴承的工型构型对装置轴系结构进行设计，轴系回转精度达到亚微米量级；其次，分析圆光栅角度误差模型，基于EDA方法搭建四读数头角度测量系统，设计一种带有滤波和前馈环节的PID控制系统结构，实现±0.008″稳态定位精度；最后，基于全组合法完成系统测角误差分离，分析角度位置偏差的傅里叶级数阶次分布，通过线性插值方法生成全圆连续角度补偿函数并完成误差补偿，同时搭建角速率稳定性测试平台，基于定角测时法完成系统角速率稳定性测试。实验结果表明：研制角度基准装置补偿后测角精度为0.08″，角速率稳定性优于0.05%，可验证基于机械轴系实现高精度角度基准装置的可行性。

关键词：角度基准装置密珠轴系全组合补偿角速率稳定性

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利用回火定形提高波形弹簧的合格率

热加工工艺 2024年第18期 41-43页

作者：周文凤滕宇李敬民付豪中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

针对波形弹簧由于载荷值不稳定导致合格率低的问题，从波形弹簧原材料、厚度、高度等多方面进行对比和综合分析。结果发现，影响波形弹簧合格率的主要因素是波形弹簧厚度的不均匀性。根据厚度将波形弹簧分类，将不同厚度的波形弹簧装入... 详细信息

针对波形弹簧由于载荷值不稳定导致合格率低的问题，从波形弹簧原材料、厚度、高度等多方面进行对比和综合分析。结果发现，影响波形弹簧合格率的主要因素是波形弹簧厚度的不均匀性。根据厚度将波形弹簧分类，将不同厚度的波形弹簧装入不同波形高度的回火工装中回火定形处理，控制波形弹簧的高度，提高了波形弹簧的合格率。

关键词：波形弹簧厚度高度回火定形