3月16日：《机械工程学报》2019年第17期最受关注论文推荐学术资讯

来源：机械工程学报

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基于视觉特征的厚板机器人焊接焊缝轮廓的有效提取

南昌大学江西省轻质高强结构材料重点实验室的何银水等认为基于结构光的主动视觉传感技术是用于厚板机器人自动焊接中检测焊缝信息的一种有效途径。针对焊接过程中采集的焊缝图像包含或不包含电弧区域的两种情形,提出了一种基于视觉特征的适用于典型接头的激光条纹提取的通用算法。该算法利用Gabor滤波生成方向特征图,阈值分割后利用最近邻聚类算法对激光条纹和干扰数据进行聚类,根据聚类结果获得各类数据点在图像中的空间跨度,且只保留跨度值大于平均跨度的类,实现激光条纹的粗略提取;在从粗略提取结果中获取首个激光条纹分段的前提下,利用后续待识别的类与前一次已提取的激光条纹分段的欧式距离和类的自身跨度,设计了一个能提取激光条纹后续分段的竞争策略,从而实现激光条纹主体轮廓的准确提取;根据激光条纹视觉投射特点,设计了一个提取主体轮廓各分段之间的激光条纹细节的有效规则,实现激光条纹细节的提取。利用厚板T形接头和对接接头焊接中采集的焊缝图像验证了文中激光条纹提取算法的有效性,为厚板机器人自主焊接智能系统面向多种接头焊接应用的集成提供了可能。

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精密机床加工误差灵敏度分析与公差设计

西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室的刘奕等指出加工精度是衡量精密机床加工性能的重要指标,当前针对提高加工精度的研究主要围绕误差补偿展开,缺少根据加工件的精度要求而进行机床运动轴公差设计的研究。从公差设计的角度出发,通过机床空间运动误差建模、蒙特卡洛法模拟,实现最小二乘法评价零件加工精度;利用正交试验方法,得到某项精度要求与机床运动轴误差的公差带的多组对应数据,通过多元线性回归,进行灵敏度分析;同时基于自适应遗传算法,给出了运动轴误差的公差设计方法,保证所设计的公差带在装配工艺上的可行性。通过对某精密卧式坐标镗床29项误差公差带设计,验证了该方法的可行性。

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织构化表面设计及其摩擦学应用西安交通大学设计科学与基础部件研究所的张辉等认为织构化表面作为近年来涌现的表面摩擦学改性新技术,具有降低摩擦磨损的作用,在机械摩擦配副中得到了广泛的研究和应用。随着先进制造技术的发展,复杂、精细织构的加工制造成为了可能。与此同时,表面织构的摩擦学设计也由试验试错筛选阶段逐步走向理论优化阶段。概述了近年来表面织构化设计及其摩擦学应用的发展前沿和进展。介绍了凹形和凸形织构在加工、润滑方面的特点,以及凹形织构在不同工况下的润滑机理。探讨了近年来织构流体动压润滑和混合润滑模型的发展,并概述了织构典型规则形状的选择和不规则形状优化研究。归纳了针对不同材料和不同工况,圆形织构尺寸参数的选择和优化设计,总结了合理的参数范围。进而重点探讨了圆形织构排布影响,分析了几种典型的织构排布研究;同时概述了针对典型摩擦配副,如轴承,织构排布形式的选择和设计方法。最后,对织构化表面设计研究进行了总结,提出了表面织构设计面临的问题挑战,并对织构设计未来的发展方向进行了分析和展望。

探花

基于视觉传感的机器人焊缝纠偏控制系统天津大学天津市现代连接技术重点实验室的王志江等针对工业机器人多层多道焊缝纠偏问题,提出一种基于视觉传感的人机互动机器人焊缝纠偏方法,并建立相应的视觉传感焊缝纠偏控制系统。该系统主要包含视觉传感采集及标定和机器人焊缝纠偏控制两个子系统。将工业相机安置在焊枪上得到拍摄的实时焊接图像,然后利用Windows Forms开发的焊接监控软件,工作人员通过观察监控界面,能够对焊枪偏离焊缝是否超过允许范围做出判断,再通过控制面板发出纠偏指令传送至可编程逻辑控制器(Programmable logic controller,PLC),PLC向机器人控制器发出控制信号,机器人调用"机器人传感器接口"(Robot sensor interface,RSI)的信息流,将PLC控制信号转化为机器人末端偏移量并执行,使焊枪调整至合适位置,达到焊缝纠偏控制目标。在验证试验过程中,该系统反应较灵敏,焊缝纠偏准确度较高,整个过程运行平稳,焊缝成形质量良好。

榜眼

焊接机器人避障策略研究华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室的王学武等指出焊接机器人因其高效性在工业生产中得到广泛应用,而碰撞检测关乎机器人安全生产。针对焊接机器人与工件避障的问题,利用栅格法化简环境信息的优势进行建模,利用蚁群算法运算速度快的特点寻求每两个焊点之间的避障路径,从而能够迅速地找到机器人末端和工件之间的无碰撞路径。在机器人与工装夹具避障部分,通过对机器人几何建模、焊点位置选取和姿态正逆解,利用粗略检测和精细检测结合的方法,碰撞检测完成机器人关节与工装夹具之间的避障。最后在考虑到焊枪姿态和工装夹具的条件下,根据姿态相同和焊接时间相近两个原则,利用分组竞争粒子群算法优化机器人焊接时间,实现双焊接机器人焊点划分和路径规划问题,从而实现两个机器人焊接时间最优的目标。

状元

数字孪生驱动的装配工艺设计现状及关键实现技术研究中国航空制造技术研究院的郭飞燕等基于制造过程中的全数字量协调传递方式,通过"虚实融合、以虚控实"的手段,对数字孪生模型驱动的航空产品装配工艺优化-反馈-改进环机制进行了研究。分析了装配单元划分/求解/评价、孪生工艺模型构建、以及装配精度闭环控制等方面的技术内涵,阐述了国内外的研究现状及存在问题;考虑虚拟空间的设计与物理空间的装配等因素约束,提出数字孪生在装配工艺设计中的三项关键技术:①基于"面向装配设计"(DFA)的装配工艺规划与评价;②考虑真实物理拓扑关系的孪生工艺模型动态构建与分析;③面向装配现场的工艺优化—反馈—改进环机制构建,并给出具体的解决途径,从而拓展基于模型的制造技术内涵,将数字孪生落地应用,实现产品研发生产的闭环优化决策及产品研制模式的改变,提高装配准确性/一致性及装配效率。