卡尔曼滤波在精密机床装配过程误差状态估计中的应用

针对精密机床装配偏差控制问题,在借鉴多工位装配中薄壁件装配偏差控制方法的基础上,建立了精密机床装配过程中偏差传递的状态空间模型,并提出了一种利用卡尔曼滤波实现对装配误差进行最优估计的新方法。首先,根据机床结构建立基准传递链,将零件关键特征在基础坐标系中位姿误差定义为状态变量,引入状态空间方程描述装配过程中的偏差传递,实现对装配工艺过程的数学表达。然后,基于状态空间模型,将当前装入零件加工误差作为系统输入误差,以当前装配步的测量结果为观测值,通过卡尔曼滤波计算装配误差最优估计值以及相应协方差矩阵,实现装配过程中装配误差的估计。最后,应用该方法对精密坐标镗床装配过程进行计算,结果表明:与传统公差分析计算方差相比,经过卡尔曼滤波计算得到最终装配状态估计误差的方差减小了63%,说明该方法用于评价装配过程中偏差累积是有效的,能为优化装配工艺和机床装配调整工艺提供有效指导。     

基于位姿在线反馈调整的大型法兰对装

为解决工业结构中大型法兰对接装配存在的低精度、低效率等问题,提出一种基于姿态矢量及LD-PSD在线反馈的对装方法.首先,以关节臂测量机获取标定块测量点的实际坐标值,与理论坐标值对比形成拟合误差矩阵,以该矩阵2范数最小为优化目标,利用奇异值分解法(SVD)建立全局坐标系与测量坐标系映射关系,并获取全局坐标系下待装配件若干点空间坐标,结合最小二乘法及随机霍夫变换(RHT)建立待装配体当前位姿数学模型.设计六自由度位姿调整装置,以静法兰为目标位姿,依据关键姿态矢量信息解算动法兰位姿调整参量,实现位姿预调整.LD-PSD在线反馈系统检测并反馈装配质量评价指标,规划微转动及微平动路径,对静法兰位姿多次纠偏以满足对接装配精度.试验结果表明:装配过程高效,装配精度高,能够实现法兰连接结构的精确对装.设计的LD-PSD在线反馈系统可实现位姿的调整、检测、反馈再调整的闭环装配操作.     

多阶段制造系统中尺寸偏差建模与控制

多阶段制造系统中,最终产品的尺寸偏差是所有加工工位上尺寸偏差累积、耦合与传递的结果.为了解决多阶段制造系统中缺乏系统层上尺寸偏差控制模型的问题,在定义了3个坐标系、零件模型和零件偏差的基础上,通过齐次变换方法,推导出了夹具误差、基准误差、安装误差和加工误差的累积、传递过程,构建了状态空间模型,给出了模型的系统矩阵.该模型建立了每个工位上的零件尺寸偏差与制造过程中各种误差之间的关系,将尺寸偏差控制从设备层扩展到了系统层.实例证明了该模型的有效性和可行性.     

基于偏差传递的多工位装配过程质量评估模型

针对多工位装配系统中尺寸偏差传递的特点,建立了一种新的装配过程质量评估模型.首先分析了多工位装配系统的偏差源,研究了多工位装配尺寸偏差传递关系,构建了偏差流传递的状态方程.然后从过程系统本身寻找影响偏差传递和累积的特征参数来评价系统的装配质量特性,通过对尺寸偏差传递模型推导引出工位系数矩阵,经过合并变换求出各工位的系数矩阵的最大特征值,再乘以偏差精度权因子来建立装配质量评估模型,进而提出用装配偏差指数来衡量装配工艺过程的优劣.最后通过实际零件的装配过程说明该模型和装配偏差指数的应用方法.     

基于状态空间模型的飞行器角误差控制

针对飞行器装配角误差过程控制问题,提出了基于状态空间模型的逐步最小化角误差法及全局最小化最终角误差法,并与直接装配法进行了对比.研究结果表明:直接装配法角误差服从莱斯分布并逐渐增加;逐步最小化角误差法和全局最小化最终角误差法角误差服从广义极值分布,逐步最小化角误差法不受装配零件个数的影响,全局最小化最终角误差法角误差均值与标准差均随零件增加收敛于0.     

元动作装配单元误差传递模型及有效路径求解方法

在对机械产品进行"功能-运动-动作"结构化分解的基础上,将影响元动作装配单元装配精度的误差源分为零部件的形状误差、位置误差、装配位置误差和运动误差等四类误差源。引入误差链接模型作为元动作装配单元误差关联关系的基本封装单元,构建结构化误差关联模型——链接网络和链接矩阵,形象描述误差间的耦合嵌套关系。提出基于误差链接模型的装配误差传递路径求解方法,用老鼠迷宫算法搜索所有可能的误差传递路径,以装配精度最高作为判别依据,得到各误差分量的有效传递路径。以蜗杆转动元动作装配单元蜗杆轴线平行度误差有效传递路径为目标,对上述方法进行验证,结果表明该方法能够高效地搜索到所有误差传递路径,并快速获得有效传递路径。该方法的提出为整机装配过程质量预测与控制提供了理论依据。     

大型飞机机身壁板装配位姿调整系统的运动规划

为了解决大型飞机机身壁板数字化装配中的调姿与对接问题,设计了一种面向大型飞机机身部装的数字化柔性工装试验样机,提出了一种基于精密三坐标定位器四点支撑的大型飞机机身壁板的装配位姿调整方法.该方法不仅适合于调姿路径不确定的情况,而且还将装配位姿调整过程分解为位置与姿态2个调整阶段,从而降低了多轴协调控制的难度.由于装配件的位移、速度、加速度轨迹的理论计算与物理实验结果均是光滑连续的,而且满足各边界约束条件,因此该调姿系统及其运动规划方法可满足机身壁板装配调姿的精度、效率和稳定性要求,为装配件调姿运动的高效精确控制奠定了基础.     

基于刚体运动学的复杂装配体递推误差分析

因实际生产的零件不可避免具有误差,装配体实际上是具有误差的系统,故在产品设计阶段对装配体进行误差分析具有重要意义.文中从装配体的实际几何物理意义出发,提出在每个误差特征的名义位置和实际位置处分别建立名义局部坐标系和实际局部坐标系,得到了装配体的递推误差分析模型;由于几何尺寸误差通常较小,可根据刚体运动学的微分变换原理将递推误差分析模型线性化,并以具有并联尺寸链的复杂装配体为例,得到了线性化的误差分析解析式.采用文中方法进行误差分析时,通过对不同类型的复杂装配体建立相应的系数矩阵,可极大减少计算的工作量,也易于编程实现.文中最后给出了上述误差分析方法的一个应用实例.     

刀具平面在正交剖面系内的角度变换及其应用

在刀具前刀面和后刀面的正交剖面系中,利用作者规定的坐标变换矩阵算符和空间平面的截距方程,建立了刀具正交双斜率平面的坐标变换矩阵表达式,可同时变换四个角度(正交剖面的一组前角和一组后角)。如与刀刃矢量的坐标变换结合,则可同时进行刀刃的四个基本角度(前、后、偏、倾)的变换。此法投影变换形象清晰,矩阵运算方法简捷,尤其当进行多次变换时,较之常用方法优点更为突出。     

基于平面聚类算法的欠定混叠盲信号分离

基于平面聚类的方法,对具有3个观测信号的欠定盲分离问题进行了探讨,该方法不再要求源信号是充分稀疏的,即源信号在同一时刻不只有一个起主导作用.先通过转化将平面聚类化为法线聚类,然后通过寻找由法线聚类所确定的平面族之交线识别出混叠矩阵,为Georgiev(2005)提出的最新理论提供了相应分离算法的有效途径.仿真结果表明所给方法在估计混叠矩阵时的准确性以及源信号的良好恢复能力.     

基于机器视觉的炮管校直内孔直线度检测

炮管内孔直线度检测是炮管校直的关键技术。为了实现炮管的自动化校直,对炮管校直内孔直线度检测的原理进行了深入研究。提出了一种利用CCD相机的新型光轴式炮管校直内孔直线度检测的方法,解决了现有检测方法的自定心机构在移动过程中发生旋转而引入检测误差的问题。根据所提出的检测方法,设计了炮管校直内孔直线度检测装置;特别设计了一种新型自定心机构能够检测带有膛线炮管的直线度,其结构简单、装配误差小,可以减少由定心机构所引入的误差。通过计算分析,该检测装置可以达到0. 005 mm的检测分辨率。实验结果重复性精度较高,具有一定的工程应用价值。     

批量零件三坐标测量的校准及误差评估算法

研究了批量产品参考标架的程序自动化校准算法,该算法解决了对于空间中具有平移、对称、旋转及其组合变换关系的批量产品其测量的理论值和实测值之间的变换问题,提出了基于基准点的标架校准技术和误差的评定方法,使批量产品的标架校准由原来的多次重复性复杂手工操作过程变为程序一次性精确校准,实例表明该方法在坐标方向上的精度可达4μm,角度达到0.012。     

基于误差传递模型的精密装配几何误差灵敏度分析

文中针对确定各零部件几何误差对装配精度的影响以及瓶颈装配工序等重要问题,分析了两零件装配时由于配合面表面形貌所导致的几何误差造成的零件位姿变动,确定单工序的配合误差.以此为基础,基于多体系统理论建立多工序装配过程误差传递模型,用矩阵微分法建立了几何误差对装配精度的灵敏度分析模型.该模型可以识别出多工序装配过程中对装配精度有较大影响的主要零部件几何误差,从而为精密装配精度分析以及控制提供基础,并通过实例验证了模型及分析方法的有效性.      

回转窑大齿圈的安装与找正

文章根据回转窑大齿圈结构特点 ,阐述了回转窑大修中两个半齿圈组装、校正及与筒体的安装 ,找正方法。     

用平行光测薄透镜焦距的一种新方法

基于薄透镜焦平面和副光轴的性质,提供了一种用平行光测量透镜焦距的新方法。该方法中的入射光平行于待测透镜的副光轴而非主光轴。该方法的利用可以加深对薄透镜主光轴、副光轴、焦平面等光学概念的理解和应用,进一步理解近轴成像的含义。     

模糊抗干扰传递对准技术研究

针对机动过程中的机载捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)进行抗干扰传递对准技术研究。建立了机载SINS传递对准误差模型,设计了一种顾及系统误差的模糊抗干扰传递对准方法。在滤波估计过程中引入模糊理论,对观测向量及状态预测向量的协方差阵进行估计。利用修正后的观测向量和状态预报向量及相应的协方差阵进行导航滤波计算,以克服机动过程引起的干扰。仿真结果表明,该算法得到的系统状态估计精度明显提高,为研究SINS快速、精确传递对准奠定了理论基础。     

任意曲面叶片四坐标数控加工刀位轨迹的生成方法

提出了一种四坐标联动等残留高度端铣加工任意曲面叶片的方法．针对刀轴摆动的四坐标机床，首先建立了后跟角和摆转角之间的函数关系，以满足加工过程中刀轴矢量始终平行于摆刀平面的要求，然后采用平底刀的等残留高度方法进行刀位轨迹规划，并通过调整后跟角使加工带宽最大化，该方法在提高四坐标联动加工效率的同时，也使得将五坐标联动加工刀位轨迹的规划方法移植到四坐标中成为可能。     

匹配信息丢失条件下传递对准方法研究

针对传递对准过程中匹配信息的丢失会导致对准滤波器的估计误差过大甚至发散的问题,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波（UKF）方法的舰载传递对准方案. 该方法通过在滤波器的更新方程中设置一个控制变量,根据当前时刻是否存在匹配数据丢失的判断结果对滤波更新过程进行相应处理,并对所提对准算法的估计误差的有界性进行了分析. 在几种不同等级的匹配信息丢失率的情况下,所提出的方法均能够以较高精度完成对姿态失准角的估计. 仿真结果表明了该方法的有效性.      

全站式激光准直技术研究

针对传统激光准直无法直接得到距离值的不足,提出并设计了全站式激光准直系统,同时具有激光测距和激光准直功能。设计了PC机控制界面,使用无线通信实现了测量系统与PC机的数据传输。电池供电,实现了直线度测量的便携化。介绍了系统组成模块和软硬件设计,给出了实验结果。