根据一种陶瓷PCB基板表面缺陷视觉检测的实际需求,对比分析了多种物料输送方案,最终设计制造了一款自动化检测设备,实现了PCB板件从料箱中自动取放并通过视觉检测装置完成拍照取像,并实现缺陷标记功能.设备硬件主要由自动上料模块、板件传送模块、视觉检测模块、点胶打标模块、自动下料模块组成,电气控制系统采用PLC搭建.在实际测试使用中发现了板件吸附压紧不平和打标点胶针头堵墨等问题,对板件载物台和点胶针头进行了设计改进,并通过测试验证证明,基本满足使用需求.

针对目前使用机器视觉方法对花生进行精选存在精度和效率较低的问题,本文通过搭建花生精选流水线,并将基于YOLO-V5的神经网络模型引入视觉检测部分,提高花生表面质量检测的准确率和效率.对训练后的模型,采用多类别测试集进行测试,并与不同神经网络模型进行对比.结果显示,在不考虑缺陷类别的情况下,缺陷检测准确率达到99％.发芽、发霉、白斑等难识别缺陷类别的检测准确率分别达到97.5％、98％、98.5％.与传统检测模型Faster R-CNN、YOLO-V3等传统模型相比,准确率和检测速度也更为优秀.通过现场应用验证了所用算法和整体系统的可用性.

在考虑重力对机床加工精度影响的前提下,以特定构型五轴数控刀具磨床为研究对象,通过对其结构进行有限元分析,发现由于X溜板、Z溜板以及立柱设计的不合理,导致机床在竖直方向存在较大静变形,严重降低了机床加工精度.针对上述零件的不合理设计,将其分别作为优化对象,基于Topology Optimization拓扑优化、形貌优化以及尺寸优化方法,最终确定了X溜板、Z溜板以及立柱的优化结构及关键尺寸参数.优化结果表明,在保证机床静刚度不降低的前提下,整机质量减轻157.6 kg,同时优化后的机床在竖直方向最大静变形为-0.0197 mm,相较于优化前减少11.66％.最后对优化前后机床的竖直方向定位精度及加工精度进行实验测量,结果表明,与优化前机床相比,优化后机床的竖直方向定位精度及加工精度分别提升约8.85％、5.9％.验证了所优化结构的有效性,从而使整机性能得到了一定提高.

随着智能制造的发展,数字孪生技术在制造业中的应用逐步深化,可以用于复杂设备的运行监测.为实现柔性生产线的三维可视化与加工过程监控,同时指导用户对生产过程进行管理和预测,设计开发了一种基于数字孪生的柔性生产线状态监测系统.该系统的基本架构包括数据保障层、建模计算层、数字孪生功能层、用户空间层,保障了系统的功能性、时效性、可操作性等.同时从几何模型、行为模型、数据模型三个维度构建了数字孪生系统模型,实现了动作特征虚实融合一致性和工艺数据与质量数据采集.以某柔性生产线为例进行实验测试与分析,系统可以与实际柔性生产线正常通讯并对数据做出响应,且延迟均值为131.1ms,可见虚拟映射与现实状况保持高度一致,验证了该方法的可行性.

口腔手术机器人手眼标定精度直接影响口腔手术机器人的工作精度.针对固定视点的口腔手术机器人,提出一种基于SVD分解的手眼标定算法,该算法无需采集姿态信息.通过纯平移运动,采集若干对坐标点计算旋转矩阵,而后通过纯旋转运动,采集若干对坐标点计算平移向量,从而完成手眼标定.在双目视觉位置定位精度为0.12 mm、机器人位置定位精度为0.1 mm、两者姿态定位精度均不定的条件下,实物实验结果表明:该算法标定平均误差的旋转部分在4 mrad以下,平移部分在0.411 mm以下,可满足口腔手术机器人手眼标定的精度要求.

针对飞机蒙皮的化学铣削加工区域轮廓的测量问题,构建了一套基于双目视觉的测量系统.以双目相机作为视觉传感器,结合光源系统和多曝光融合算法得到融合图像,基于Canny算法和双三次插值法提取亚像素轮廓,通过基于ZNCC的立体匹配,最终实现化铣区域轮廓三维重建,获取区域的轮廓信息.实验结果表明,提出的系统具有较高的测量精度,显著提升了测量效率,其稳定性与精确性满足飞机蒙皮检测要求.

中医学领域的热证同现代医学中的发热存在差异,新型代谢模型是中西医融合的切入点,并能够弥合这种差异.现代医学认为,发热是致热源作用于下丘脑,导致体温调定点上调而引起的发热.从新型代谢模型来看,热证形成的病机是火行异常、热能在人体内积聚,是机体内化气和化阴过程失衡的表现.根据《伤寒论》六经理论,热证可以按照六经进行分类.阳明热证是获取能量物质的过程出现异常,太阳热证是水热排泄异常,少阳热证是能量物质在人体内代谢中间过程出现异常.这种异常包括氧化代谢和基因表达过程.致热源和感染性疾病导致的热证属于阴分发热.临床热证多以一经病变为主,累积多经,可以根据各经特征进行辨证施治.

针对康养行业的需求,基于模块化设计方法,对多功能护理床进行了模块划分和功能分析,完成了多功能护理床的整体方案设计.基于人机工程学原理,对抬背机构进行研究,通过分析对比现有抬背机构的优劣,设计了一种两折抬背机构;建立了相应的运动数学模型,借助Matlab对其进行理论运动分析,并与Adams运动学仿真结果进行对比,验证了机构设计的合理性.借助Ansys对抬背机构的关键部件进行有限元分析,确保了机构的安全性,并制作实验样机进行了验证.

介绍了PCB基板玻璃表面缺陷检测设备PLC控制系统的硬件结构、软件设计和通信.该系统以三菱FX3U系列PLC为下位机,通过串口实现与工控机的通信,通信协议为用户自定义协议.根据PCB基板玻璃表面缺陷检测设备的工作原理及工作流程,进行了控制系统硬件设计和端口分配、软件编程、通信协议编写及通信连接,实现了设备的各项控制功能,具有高效可靠、自动化作业和对人力要求低等特点.该系统已在所设计的PCB基板玻璃表面缺陷检测设备现场测试中取得检测效率为70秒/片的良好效果.

In this study, we propose a novel robust online self-adaptive Proportional-Integral-Derivative (PID) control design for Brushless DC Motor (BLDCM) speed system under different operating conditions. The online adaptive tuning for PID parameters is realized accurately by optimizing the control rules of variable universe fuzzy inference with a modified genetic algorithm (GA). Based on the variable fuzzy inference theory, the method of solving contraction–expansion factor in real-time through fuzzy inference is proposed. Furthermore, the process to optimize two inference rules by GA is improved to get optimal control rules for adjusting PID parameters. Finally, multiple sets of simulations and experiments are conducted to validate the proposed controller in different conditions by building Simulink models and setting up experiment platforms. The results of this study not only demonstrate the effectiveness of the proposed controller but also provide technical suggestions for the speed control of BLDCM.

针对某批生产产品检测项目多,人工检测耗时长,出错风险大且传统装夹方式难以满足产品检测增速提效要求等问题,采用理论计算与试验验证相结合的方法对该产品设计了专用的气吸式批量检测工装.经实际验证,该工装密封效果良好,能实现目标产品的批量化装夹和测量,取代了此前的纯手动检测方式.通过该工装与已有的自动化检测单元相结合,对该产品进行了自动化检测转型的尝试,并取得了良好的应用效果.

FDM打印中,不合理的温度场分布会导致喷头堵塞和物料供给不通畅,最终影响打印质量.针对此问题,提出了一种喷头散热优化方案,在原有喷头结构上采用风扇对喷头关键区域进行集中散热.分别对优化前后的喷头进行热力学仿真实验和打印实验,对比结果表明:优化后的喷头温度场分布有明显改善,喉管关键区域温度有明显下降,在显微镜下观察打印件结构,打印质量有显著提高.

目的 探讨基于3D Voronoi结构的随机多孔骨植入材料建模参数与实际小孔结构参数之间的数学关系,并研究一种针对此类小孔结构的参数化建模方法,使其获得更准确的小孔结构.方法 本文利用Rhinoceros三维建模软件配合Grasshopper插件进行了基于3D Voronoi结构的随机多孔骨植入材料的参数化建模研究,提出“等效体积球”方法拟合孔径,并通过析因实验获得了建模参数与实际小孔结构参数之间的数学关系,设计了一种控制模型平均孔径和孔隙率的参数化建模方法;为验证方法的有效性,使用上述建模软件设计了建模程序,并用选区激光熔化(SLM)工艺和316L不锈钢粉末对其创建的多孔模型进行了制备,并测量了样件的实际孔径和孔隙率.结果 本文设计的建模程序成功创建了一系列平均孔径为500～1 000 μm,孔隙率为60％～80％的随机多孔模型;其中,小梁直径≥182 μm的模型实现了SLM成形,成形样件呈现出较为明显的Voronoi随机孔隙结构,且其实际平均孔径与设计值的相对误差仅为8％,而实际孔隙率与设计值的绝对误差仅为±1.2％,与设计参数吻合度较高.结论 本文设计的参数化建模方法有效地控制了随机多孔模型的小孔结构参数,为制备具有准确孔隙参数的随机多孔植入物提供了一种可行的方法.

为了帮助机械设计工作者加快熟悉一些常用的设计计算,并提高设计计算的速度和准确率,搭建了机械设计计算Web系统.系统采用B/S(Browser/Server)作为开发结构,ASP.NET MVC作为开发框架,集成了204个常用设计计算项目,其数据库包含超过300个数据表格用作帮助参数选用.每个项目所展现的清晰计算步骤和计算公式,辅以相关的图示、参数建议值等,能有效地为设计计算提供帮助.部分设计还可以导出word文件的设计报告,方便使用者对所做设计进行记录和保存.测试表明,此系统能有效提高设计计算的速度及准确率.

激光扫描测量设备中,测量精度主要取决于扫描光带的平行性以及其扫描速度是否均匀,而扫描速度的均匀性主要取决于驱动多面棱镜旋转的驱动电机,其转速波动或漂移是造成测量误差的主要原因.该研究通过在测量光路中加入尺寸已知的光阑,利用同时测量光阑和未知测量对象直径的同步测量方法来消除电机转速波动的影响,并利用非线性补偿方法进行误差修正,尽可能减小系统误差对测量误差的影响.实验验证结果表明,经以上方法优化的激光扫描测量设备测量精度达到±0.002 mm,能够满足实际应用需要.

针对单边驱动的大跨度、长行程直线运动平台存在翻转力矩的问题,设计并开发了一套双通道闭环步进电机运动控制器.采用“控制+驱动”的硬件架构,以STM32和FPGA为控制核心,设计了该运动控制器的硬件电路,并紧密结合数控系统原理,设计了控制器系统软件架构;在经典PID闭环调节架构的基础上,引入同步偏差调节项构成了适用于双通道同步偏差调节的新型闭环同步运动控制算法;搭建了典型的“双边驱动”实验平台,分别在空载工况、带载工况和变载工况下,以不同的速度和位移指令测试了该运动控制器的定位误差、同步误差和加减速性能.研究结果表明:双步进电机的位置定位误差和位置同步误差均保持在0～0.095 mm范围内,系统运行流畅且无任何卡顿现象,达到了预期的功能和性能要求.

针对步进电机在机床设备同步驱动中的应用,采用电气同步方式设计开发了一套双电机同步运动控制系统.该系统分别采用编码器和光栅尺作为两步进电机转速和被控工作台位移输出的测量元件,构成全闭环系统.本研究在传统PID控制算式的基础上引入了同步偏差调节项构成新的PID闭环同步控制器.通过实验进行了不同指令速度下传统并行同步算法与该闭环同步控制算法的控制效果对比,证明了该算法的有效性.同时本系统所采用的闭环同步控制方案及其原理不局限于步进电机,对其他类型电机的同步运动控制也具有一定的参考借鉴意义.

针对微型车床数控加工系统,提出并初步实现了一种便捷的基于USB总线的开放式数控系统.开放式数控系统由上位机和STM32+FPGA组成的下位机构成.研究了数控系统实时多任务调度,译码、刀补、插补算法的软件实现,针对微型车床研究了下位机的功能要求并设计了硬件电路板,研究了下位机的内存管理及运动控制的实现.提出了一种基于USB串行总线的通信方式,验证了USB在开放式数控系统中的可行性.实验证明,USB总线可以便捷高效地运用在开放式数控系统中;通过软硬件结合的方式,保证了系统具有良好的开放性、实时性和同步性.

Magnetic Barkhausen Noise (MBN) detection technology shows great potential in the pipeline detection of stress, microstructure, and fatigue damage. However, in actual application, some pipes such as those near power plant are exposed to external magnetic fields or contain remanence. The presence of these magnetic fields will affect MBN features and then influence the testing results. To investigate the effect of DC magnetic field on MBN signal characteristics, theoretical analysis and experimental verification were carried out in this paper. It is found that the intensity and direction of the DC magnetic field have great effects on MBN signal characteristics, including the changes in the energy of MBN signal, the peak position and the shape of MBN signal profile.

针对精密车床对数控系统的具体需求,提出并初步实现了一种开放式数控系统方案.主要探讨了精密车床开放式数控系统的总体方案,设计了FPGA硬件电路,研究了FPGA在精密车床开放式数控系统中的伺服电动机同步控制、信号处理、通信及反馈调节等多种功能的实现方式,并对各项功能进行了仿真和实验测试.切削实验结果表明,该系统实时性高、同步性好,加工精度高且加工过程稳定可靠,具有一定的应用前景.