2023年, 第0卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-20
  

  • 全选
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    设计与研究
  • 基于改进YOLOv5s的复杂装配场景多尺度零件识别
    郑亮亮, 郭宇, 蒲俊, 周海浪, 齐健文
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 1-5,9. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.001
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    针对当前AR装配引导系统场景感知能力较弱,对复杂装配场景中多尺度零件和遮挡零件识别效果不佳的问题,提出一种基于改进YOLOv5s的复杂装配场景零件检测算法。首先,通过多尺度特征融合,将新增浅层特征图输入到特征融合网络中,提高对小零件的识别效果;其次,在主干网络中增加卷积注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)、Transformer编码器模块,提高对于重要特征的捕获能力,抑制冗余特征;最后,采用CIoU作为边界框损失函数,并将传统非极大值抑制(non-maximum suppression,NMS)算法改为DIoU_NMS,提高零件被遮挡时的识别效果。实验结果表明改进后的YOLOv5s算法识别精度达到96.2%,相比原始算法提高了2.9%,提高了对多尺度零件特别是小零件及零件被遮挡时的检测性能,且满足实时性要求。
  • 数控机床可靠性加速试验与评估研究
    肖泽坤, 夏仰球, 滕强, 许耀宇, 米良
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 6-9. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.002
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    针对数控机床可靠性快速测评技术研究不足、行业内缺少相应的可靠性快速测评方法的问题,提出一种基于修正应力的逆幂律模型评估方法。首先,应用AHP方法建立加速应力层次修正结构对加速应力进行修正;其次,基于修正应力的加速模型确定了试验的总体试验方案、流程、剖面以及数据采集方式,并采用修正应力对逆幂律模型进行求解;最后,在某型号国产数控弯管机上开展可靠性加速测评试验。对试验数据中的加速应力应用该方法进行修正并与同型号设备跟踪统计常规试验结果对比,威布尔形状参数的相对误差由7.5%降低至4.7%,MTBF点估计值得相对误差由16.9%降低至5.9%,验证了本测评方法的可行性和准确性。
  • 基于卡尔曼滤波的恒力装置恒力跟随方法
    吴凌峰, 易建业, 谢晖
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 10-13,17. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.003
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    无力传感恒力装置是机器人打磨核心部件之一,由于缺乏对外部负载的感知,存在恒力精度较差的问题。对此研究其恒力跟随方法:根据恒力装置的结构和工作原理建立恒力装置恒力跟随模型;利用卡尔曼滤波器获取恒力跟随模型中的位置、速度、加速度信息,并利用外部负载质量标定方法获取恒力跟随模型中的外部负载质量;在恒力跟随模型参数确定后,根据输出力目标值和恒力装置状态确定气缸进气方向和求解气压大小,继而实现恒力跟随。最后实验结果表明,采用该恒力跟随方法的无传感的恒力装置的恒力跟随精度为3 N,基本满足机器人打磨作业的精度要求,验证了所提出的恒力跟随方法的可行性。
  • 轨道车体涂装线生产过程监控系统设计
    刘浩, 王德权, 张南, 李显
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 14-17. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.004
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    针对高铁、地铁车体涂装车间加工流程的分析与目前涂装车间存在的问题,结合软件系统的运行特点,分析涂装车间的系统需求以及实际生产的工艺流程和业务流程,从而设计生产过程监控系统的体系架构、功能模块和软硬件的集成。通过此系统监控生产过程中的物料、质量数据及车体位置等信息,解决了生产数据不透明、设备保养不及时、车体信息追溯难等问题。提高了设备利用率及工时统计精准度,实现了车体信息的精准追溯,达到了信息化管控的目的,从而推动了企业的信息化进程。
  • 阀控缸系统反步法控制及半实物仿真分析
    王志科, 梁全
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 18-21,27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.005
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    针对高阶、非线性和时变负载干扰的阀控缸系统提出了非线性反步控制算法,利用实时Linux系统、研华控制板卡和Visual Studio code仿真软件等技术搭建的阀控缸半实物仿真系统对反步控制算法进行仿真调试。首先,通过李雅普诺夫理论对阀控缸系统反步控制算法进行状态反馈设计;其次,借助AMESim软件验证搭建的半实物仿真系统具有较高的准确性;最后,在系统受到外部负载干扰时,在该半实物仿真系统完成了反步算法和PID算法的仿真试验。半实物仿真表明,反步算法相比传统PID算法具有较高的控制精度,能有效抑制系统的负载干扰,证明反步法可以对阀控缸系统运动轨迹有效跟踪控制。
  • 语义地图中语义物体免疫遮挡定位算法
    左建朋, 蒋林, 李云飞, 邵慧超, 刘奇
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 22-27. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.006
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    针对语义物体被遮挡而导致语义定位失效或存在多区域多位置定位位姿的问题,提出了一种在语义地图中免疫语义物体被遮挡的定位算法。首先,利用已经建立的二维语义地图生成语义链,当有障碍物遮挡语义物体时,对当前帧与构建语义地图时保存的关键帧进行基于词袋模型相似度匹配和关键帧语义链检验,确定正确相似帧;其次,进行帧间语义向量链加权求差值,根据差值确定被遮挡的语义物体类别;最后,根据当前帧包含的语义物体种类查语义地图的语义链来确定机器人所处的区域,并依据该区域的高置信度语义信息完成语义定位。通过在搭建的移动机器人平台进行定位实验验证,能快速和精确的进行重定位,相对AMCL算法迭代收敛速度提高了60%,证明本文所提算法的真实有效性。
  • 传动比波动幅度约束下的摆线轮齿廓修形量优化
    郭彩霞, 宿月文, 王参军
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 28-31,36. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.007
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    摆线轮齿廓修形对摆线针轮传动机构的承载能力和运行平稳性有重要影响。为获取最优的修形策略和修形量,提出了一种以最小化传动比波动幅度为优化目标、基于内点法的摆线轮齿廓等距-移距复合修形量的优化方法。以单级摆线针轮减速器为例,建立考虑修形后的摆线轮受力平衡方程,以及摆线轮针齿的轮齿接触方程,并通过优化流程将力平衡方程和轮齿接触方程耦合集成,从而实现对3种等距-移距修形组合策略下的修形量进行优化计算,发现正等距加正移距组合修形下的最优修形量可将传动比波动幅度降低40%,最大针齿接触力降低17%,实现更平稳的传动和更好的承载性能,也有利于提高减速器传动精度和寿命。
  • 基于数值模拟的柴油机连杆螺纹联接可靠性分析
    胡丰岩, 何强, 周宏根, 符博峰, 赵明, 杨平
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 32-36. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.008
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    连杆螺栓是柴油机曲柄连杆机构的关键部件,但是由于螺纹联接的特点,在曲柄连杆工作的过程中极易发生螺纹处应力集中的现象。为了提升柴油机连杆螺纹联接的质量,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,基于ANSYS有限元分析软件对连杆大头螺纹联接结构进行数值模拟,分析了不同螺距、螺纹联接长度和螺栓预紧力的应力分布情况,得到了不同因素对螺纹联接结构强度的影响。该研究成果表明,随着螺距的增大,螺纹连接长度的减小以及螺栓预紧力的减小都会导致螺纹联接结构应力过大从而影响螺栓整体结构的可靠性。
  • 永磁同步电机驱动器电流传感器容错控制
    乔浩, 何雅婷, 罗世超
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 37-40,45. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.009
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    针对双电流传感器永磁同步电机驱动系统中可能出现的软故障,提出了一种复合型故障诊断与容错控制方案。在故障诊断部分,该方案在电流残差的基础上,结合时间分析法对故障电流传感器进行二次检测,解决了恒定阈值下的误检问题;在电流重构部分,设计了二阶超扭曲滑模观测器重构故障电流,并利用Lyapunov原理证明了观测器的稳定性。经半物理仿真平台验证可知,当任一相电流传感器发生故障时,所提策略可以准确定位出故障传感器位置并稳定的重构故障电流,所设计的容错控制系统仍可以正常的调速、加减负载,具有较强的鲁棒性。
  • 基于MRD-DDPG的机械臂避障路径规划方法
    付子强, 郑威强, 张立萍, 何丽, 袁亮, 邵明明
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 41-45. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.010
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    提出将MRD-DDPG算法应用在机械臂避障路径规划上,解决了DDPG算法在训练过程中学习效率低、样本利用率低的问题。首先,在DDPG算法的基础上,通过改进经验池机制,提出多经验池延迟采样的深度确定性策略梯度(multi-replay buffer delay sampling-deep deterministic policy gradient,MRD-DDPG)算法,有效的缓解了样本利用率低的问题;其次,针对机械臂交互探索过程中奖励稀疏问题,设计了一种适用于避障路径规划的位置奖励函数,有效的提高了智能体的学习效率。实验结果表明,机械臂避障路径规划的平均成功率达97%左右;MRD-DDPG算法相比于DDPG算法的平均成功率提升了88%;机械臂的平均规划时间为0.638 s。
  • 融合A*算法与人工势场法的动态路径规划
    胡铮, 徐斌
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 46-49,56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.011
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    为了提升移动机器人全局路径规划及动态避障的能力,提出了一种融合A*算法与人工势场法的混合算法(IA*-APF)。首先,基于角度定义指数加权改进估价函数,利用障碍物的安全阈值优化子节点的选择以及对路径进行二次优化来提升A*算法路径规划效率和安全性;同时,在人工势场法的斥力函数中加入了相对速度斥力,提升机器人在动态路径规划中的求解效率。最后融合改进的A*算法和人工势场法,选取改进A*算法得到的全局路径的拐点作为子目标点,引导人工势场法进行局部路径规划。在陷阱区域和动态环境下进行实验仿真的结果表明,IA*-APF能够有效地避开局部陷阱区域,且能在提高实时避障的效率的基础上保证全局最优,是一种有效求解机器人动态路径规划的方法。
  • 基于采样隐马尔可夫模型的移动机器人路径规划
    白晓兰, 张振朋, 周文全, 袁铮, 任鹏博, 张炳贵
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 50-56. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.012
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    为提高移动机器人路径规划的学习和预测能力,使得规划的路径长度和转弯较小,能够动态躲避行人,提高搜索效率,提出一种基于采样隐式马尔可夫模型(sampled hidden markov model,SHMM)的移动机器人路径规划方法。首先,将2D网格环境下的轨迹划分为位置(x,y)、航向(θ)、线速度(vl)四个维度,建立机器人轨迹预测模型;其次,利用KL散度(kullback-leibler divergence)将建立的HMM运动模型进行降采样;最后,用K-means聚类因子、SHMM因子和转角因子改进蚁群算法进行路径规划。仿真验证了基于SHHM的移动机器人规划的路径长度短、转角少,并具有学习和预测能力,在路径规划地同时能很好地躲避行人。
  • 激光加工复合织构非光滑表面减摩性能的研究
    韩智斌, 马廉洁, 赵镇
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 57-60,64. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.013
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    为提高陶瓷柱塞的减摩性能,延长柱塞在干摩擦条件下的使用寿命,采用飞秒激光加工技术在氧化锆陶瓷试样表面加工出不同形状、面积占有率和深度的微凹坑织构,通过球盘摩擦试验机进行单因素试验,测试分析了凹坑织构参数对氧化锆陶瓷摩擦性能的影响。结果表明,在干摩擦条件下不同织构参数对摩擦系数的影响程度不同,其中面积占有率的影响较大,凹坑形状的影响较小;只有合理的复合织构参数才能使其展现出较好的减摩性能;在试验条件下,深度为60 μm、面积占有率为10%时,氧化锆陶瓷试样的摩擦系数最低。
  • 基于半边折叠代价算法的数字孪生模型构建
    刘小奇, 王雅君, 王德权, 冷峻宇
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 61-64. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.014
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    为解决数字孪生模型于生产过程中出现的虚实数据交互效率低,虚拟调试效果差等现象,基于数字孪生模型构建的基本准则,首先,对模型最小单元进行建模,再根据各个单元相关约束进行组装;其次,模型构造成功后进行网格化处理,采取半边折叠算法,对复杂的数字孪生模型进行轻量化处理;最后,通过BP神经网络解决运动向量迁移问题,对模型在生产过程中的动作进行刻画。实验结果显示,构建的数字孪生模型精确度提高,轻量化处理后,有效减少了孪生模型的数据量,减少规模达到30%,充分保证在真实生产过程中,数字孪生模型的优异运行。
  • 单体常闭式精密锁紧器的研制
    吴杰, 李梦阳, 胡秋, 夏仰球, 袁南南
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 65-68. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.015
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    针对某高精度转台的锁紧要求,通过结构仿真与实验研究,设计出一种基于径向摩擦的单体常闭式精密锁紧器。首先,通过仿真分析确定弧形环腔结构和铝合金材料为锁紧器的优选材料与构型;然后,对锁紧器的性能进行了仿真分析,锁紧器工作时的径向变形大于5 μm,最大锁紧力矩可达174 N·m,最大疲劳寿命超100万次,具有较好的抗冲击载荷能力;最后,对锁紧器开展变形实验,实测变形量与仿真结果的偏差在7%以内。所设计的单体常闭式精密锁紧器功能可行,使用性能和可靠性良好,在精密、超精密领域具有广泛应用前景。
    • 控制与检测
  • 基于平面法向量的线结构光视觉传感器参数标定
    邓仕超, 蒋应良, 高兴宇
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 69-72. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.016
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    为解决线结构光传感器精度低且易受环境干扰的问题,提出一种标定方法。此方法以棋盘格为靶标,使用一种新的角点快速定位算法进行相机标定;使用Steger算法提取图像激光中心点后结合Huber损失函数拟合出光条直线;通过相机内外参标定两个平面的法向量,两法向量叉乘后获得激光光条在相机坐标系下的点向式方程;对提取的多条激光光条进行等距取点后利用最小二乘拟合出激光平面。使用3种方法进行对比实验,验证了此方法的有效性,同时对长为7 mm的标准量块在此系统下进行测量,其平均测量误差为0.036 mm。与传统方法相比,此方法具有较高的精度与较好的鲁棒性,能够适应较复杂的环境。
  • 永磁同步电机改进非线性反步自抗扰位置控制
    何栋炜, 林杭彬, 刘丽桑, 陈健, 曾志伟, 王佩
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 73-78. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.017
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    为提高永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统的性能,针对外部扰动及参数不确定性对控制性能的影响,提出一种改进的非线性反步自抗扰控制方法。首先,针对传统自抗扰位置控制器中反馈控制律的设计仅限控制增益已知的情况且其收敛性能有限的问题,基于反步控制及连续光滑非线性函数改进了控制律设计;其次,针对传统自抗扰控制器所采用的等效扰动估计方法性能有限的问题,引入朗道自适应观测器对扰动及参数分别辨识。仿真结果表明,所提出的非线性反步自抗扰控制方法有效地提高了永磁同步电机位置伺服系统位置的跟踪收敛速度及跟踪精度,增强了系统对外部扰动及参数不确定性的自适应能力。
  • 基于I/F控制的永磁同步电机无位置传感器高效起动
    赵毅恒, 宁博文
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 79-82. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.018
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    为提高永磁同步电机无位置传感器I/F控制下的起动性能,在传统开环I/F的起动策略上进行改进,采用电流矢量幅值和频率双闭环的控制策略来对I/F起动的给定进行调节。对I/F控制策略起动的动态和稳态过程进行了分析,引入位置观测器得到的转子位置角度,采用改进的PI调节器对电流矢量幅值进行闭环调节,并提出了一种利用线性回归估算稳态功角的方法对给定电流矢量频率进行阻尼转矩补偿,以提高I/F控制的电流利用率和系统的收敛速度。仿真结果表明,在本文提出的控制策略下,电机电流利用率明显提高,在外界扰动下具有更好的稳定性和自调节性。
  • EPS用永磁同步电机性能测试系统设计
    李泽琪, 陆艺, 郭斌, 胡晓峰, 陈威
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 83-86. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.019
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    针对现有EPS (electrical power steering)电机测试系统结构受限、忽视弱磁控制下被测电机转矩输出能力等问题,研发了基于LabVIEW的EPS用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)性能测试系统。系统分为主动电机加载、被测电机控制、数据采集三大模块,通过开放控制器弱磁超前角参数、引入阶次分析技术等方法,对某型EPS用PMSM进行转矩-转速特性(T-N)和转矩波动测试(T-R)。试验结果表明,电机在被测转速点下输出转矩误差不超过5%(0 rpm时误差不超过3%);低转速工况转矩波动主要分布在24阶,转矩幅值小于0.030 N·m,其余各阶次未出现明显转矩波动。验证了试验台架的准确性与可靠性,完成产品质量自动化检验。
  • 永磁同步电动机基于滑模与自抗扰控制研究
    齐歌, 黄文豪, 马丁
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 87-90. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.020
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    为了解决永磁同步电动机传统滑模控制中抖振大、抗干扰能力差等问题,提出一种基于新型趋近律的滑模控制方法。利用李雅普诺夫函数证明其稳定性,并与传统的指数趋近律进行性能对比。将新型滑模控制器应用到永磁同步电动机矢量控制的转速环,有效地提高了动态响应时间,消除了启动超调,但在突变转速时依然有超调,为了进一步提升控制性能,设计一种新型fal函数的自抗扰控制器并应用到交轴电流环。仿真结果表明,所提方法相比传统滑模控制有效提升了响应速度,减小了静态误差,增强了抗干扰能力和控制精度。
  • 频率变化条件下负载模拟器改进迭代学习PID控制
    刘晓琳, 李晋恺
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 91-95,101. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.021
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    针对电动负载模拟器因多余力矩造成的输出力矩误差问题,提出了一种改进迭代学习控制与增量式PID控制相结合的复合控制器。首先,介绍了电动负载模拟器的组成元件并根据其原理建立了系统数学模型,在此基础上分析了多余力矩的产生原因及舵机工作信号频率对多余力矩的影响;其次,设计了基于tanh函数改进的引导信号迭代学习控制器,并给出了其收敛条件,将该控制器与PID控制器结合设计了复合控制器。仿真实验表明,提出的复合控制器能有效抑制多余力矩对电动负载模拟器输出力矩的干扰,在变频率舵机工作信号引起的多余力矩影响下仍然能保证电动负载模拟器的加载精度。
  • 基于定速比的三感应电机多频复合同步控制
    潘成, 贾磊, 王国辉
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 96-101. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.022
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    针对目前工业生产中需要有多种频率的组合才能获得良好的工艺效果的机械,而且复合同步运动可以在控制同步运动的基础上节约经济成本,所以对振动系统中三台感应电机定速比多频复合同步控制问题进行了研究。多频复合同步包括自同步和多频控制同步,在自同步部分,电机1和电机2可以实现振动系统的自同步运动。在多频控制同步部分,电机3采用基于改进的主从式控制策略的模糊PID方法跟踪电机1。通过数值仿真分析了该理论的可行性,并对多频参数的任意性进行了讨论。在多频自同步中,电机1和电机2之间的零相位差以及电机1和电机3之间的多频相位差是不可能实现的,而采用基于模糊PID控制的固定频率比控制方法,在多频复合同步中可以实现上述结果。
  • 基于环形耦合的多电机转矩均衡控制
    牛宗贤, 范波, 付雨林, 王春光, 吴晓丹, 杨晨辉
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 102-105,109. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.023
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    针对多电机齿轮传动结构经常出现电机转矩分配不均衡导致的电机传动轴和齿轮组磨损增大的问题,提出一种基于环形耦合的转矩均衡控制方法。首先,依据多电机齿轮传动结构建立动力学模型,分析系统转矩不均衡的影响因素;其次,将传统多电机环形耦合转速控制方法加以改进,设计环形耦合转矩控制器;最后,以传统PI控制方法作为对照,在MATLAB/Simulink平台进行仿真验证。仿真结果证明,多电机转矩环形耦合控制方法在突发状况下系统保持较好的控制性能,降低系统运载负荷。
  • YOLOv5框架下的飞机蒙皮铆接缺陷检测
    魏英姿, 苏迈
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 106-109. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.024
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    飞机蒙皮制孔及铆接质量的视觉辅助检测是飞机装配过程的关键环节,为提高其智能检测效率和精度,提出改进YOLOv5模型的飞机蒙皮铆接装配缺陷的检测方法。研究蒙皮制孔、铆接质量等,执行多种特征缺陷检测。为减少数据增强过程中计算损耗,避免训练过程中过拟合现象,引入随机数据增强策略作数据增广,采用强化学习方法确定随机搜索策略的超参数,可提升深度学习的数据驱动性能;更改损失函数为α-CIoU函数,并使用非极大抑制软计算方法(soft-NMS)进行预测框的筛选,以避免漏检情况,提高多种缺陷检测判别的准确性;最后将YOLOv5改进前、后算法进行对比实验。实验结果表明,在检测速度上单张图片检测时间可达到1.78 s,检测平均精度均值提升了16.4%,达到94.6%,精确率提升18.8%,达到90.7%,满足飞机批量化检测的精度要求和实时检测需求。
  • 基于离焦图像的晶圆表面缺陷检测
    何睿清, 周鑫宇, 张慧, 郝飞, 宋佳潼
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 110-113,118. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.025
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    缺陷检测在晶圆生产中起着关键作用,在利用机器视觉检测晶圆缺陷时,无论晶圆有无缺陷均进行自动对焦,从而导致检测效率降低,针对该问题,提出了一种基于离焦图像的晶圆表面缺陷检测方法。可在对焦前下对晶圆进行评估,检测缺陷后进行对焦,首先在频域中对晶圆图像进行自适应背景估计和去除,得到光照均匀、特征突出的检测图像;然后使用区域合并的优化分水岭算法进行图像分割;最后对分割后缺陷区域进行缺陷识别。实验结果表明,该方法可以准确鉴别晶圆图像是否存在缺陷,对于存在缺陷的样本,缺陷检测准确率可达95.3%,提高了检测效率。
  • 基于ADRC的四臂桥驱动伺服系统死区效应补偿
    刘超辉, 张倩, 王群京, 符梦虎, 杨衡, 陈帝江
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 114-118. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.026
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    为了降低死区效应对伺服电机驱动系统的影响,对驱动电路进行设计、分析的基础上,引入自抗扰控制并串联内模状态观测器加以优化,对产生的死区进行补偿。首先,提出了一种四臂桥变换器驱动电路拓扑结构,分析了臂桥产生的死区电压规律。提出齿隙死区模型,分析齿隙死区对系统的影响;其次,将扩张状态观测器与内含内模原理的观测器串联,设计出可降阶的新型死区补偿控制器;最后,将改进的自抗扰控制策略应用于四臂桥驱动伺服电机齿隙死区模型,改善系统性能。结果表明,引入改进自抗扰控制器后,死区效应对伺服系统的影响降低了约40%,系统抗干扰能力增强,补偿效果稳定。
  • 同轴度法标定相贯线工件坐标系
    陈琳, 李权文, 付钰, 李松莛, 潘海鸿, 黄龙鹏
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 119-122,126. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.027
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    针对相贯线工件坐标系标定过程中标定步骤复杂,精度不高的问题,提出一种同轴度法标定相贯线工件坐标系。首先,建立一般形式的相贯线工件坐标系;然后,通过机器人TCP点分别在相贯线主管和支管上各标定10个点,并使用遗传算法分别求出主管和支管的最优轴线方向向量;最后,根据空间几何关系、主管和支管的轴线方程建立相贯线工件坐标系。在机器人与变位机实验平台进行标定实验,并与现有六点标定法对比,所提出的方法其标定精度在X、Z方向上约为1 mm,在Y方向上小于0.5 mm,为相贯线工件坐标系的标定提供了一种新的标定策略。
  • 误差集中策略的PID调参算法及联合仿真研究
    牟宗亮, 徐雷, 陈建华, 钟俊柏
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 123-126. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.028
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    针对传统PID控制过程中控制参数选择困难造成的响应速度慢、超调量大以及稳定性差等问题,提出一种基于改进神经网络动态修正策略的PID调参算法。首先,采用误差集中思想结合神经网络算法提出一种新的调参算法,修改反馈训练过程中的策略和参数,通过抑制不良样本实现控制信号的整体整定;其次,针对被控对象不同可能造成的异常波动信号进行辨识,采用局部修正的方法解决信号波动和震荡现象,进而增强控制策略对不同被控系统的适应性;最后,模拟实际情况通过AMEsim建立仿真模型,基于MATLAB、Simulink和AMEsim构建了一个联合仿真平台,对上述控制策略进行仿真验证。结果表明,改进后的神经网络PID调整算法相较于传统的神经网络控制算法具有控制信号响应速度快、准确度高、抗干扰能力强等优点,能够明显提高系统的控制性能。
    • 工艺与装备
  • 基于KNN分类的涂胶质量检测算法
    于一深, 苏宇锋, 高建设
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 127-130. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.029
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    涂胶作业是工业生产中常见的工艺流程,对密封性能有着极其重要的作用,它会直接影响密封件的质量,因此涂胶质量的缺陷检测方案的设计极其重要。为了能够快速高效地检测胶条是否符合要求,提出了一种基于KNN分类的涂胶质量检测算法。首先,通过坐标系转换和图像处理,获得涂胶轨迹的实际位置以及胶条宽度;其次,在轨迹中提取一定数量的采样点,获得采样点的胶条宽度和中心点偏移量,与标准宽度和标准轨迹进行比对便可以得到正确的检测结果。结果表明,该缺陷检测算法的准确率为97.85%,单个零件平均检测时间为98 ms,与传统人工检测相比,效率明显提高。
  • 高压CO2冷却切削高温合金GH4169的切削特性研究
    梁向东, 万晓航, 胡孟谦, 解景浦, 胡纪雄
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 131-134,141. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.030
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    以高压CO2为冷源和切削液载体的冷却润滑加工技术,能有效改善难加工材料加工质量并具有环保优势,其工艺有待深入开发。结合CO2热力学状态、流体运动方程以及传热模型,建立了各冷却加工参数之间的联系。基于有限元对高压CO2冷却切削GH4169的过程进行计算与分析,考察各工艺参数对切削性能的影响。结果表明,相比干切和浇注式切削,CO2介入后能明显改善切削力、切削温度以及表面残余应力。提高CO2喷射压力可以降低切削力与温度,喷射角度和喷嘴半径对切削力和温度呈现非单调性变化,在一定范围内存在最佳值。适当增大喷射压力可促进切屑断屑。
  • 基于广义S变换与隐马尔可夫的滚动轴承性能评估
    李雯玉, 郑小霞
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 135-141. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.031
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    考虑到滚动轴承故障信号的非平稳性、强噪声性,导致状态评估结果不确定性高,提出一种基于广义S变换特征提取和变分贝叶斯-隐马尔可夫模型的滚动轴承性能评估方法。针对滚动轴承监测获得的振动信号,对其进行广义S变换后,分别进行时间、频率、时频的信息熵特征值运算,提取健康指数作为性能评估的特征向量,并使用变分贝叶斯-隐马尔可夫模型建立实时性能评估模型,用健康样本训练模型,以模型输出对数似然概率值作为性能退化的评估指标。利用数学模型仿真和辛辛那提大学提供的轴承数据验证特征指标和评估模型的可行性,结果表明广义S变换熵值优于常规的特征指标,在轴承早期微弱故障时灵敏度高,性能评估模型仅需要正常数据就可以准确表征轴承性能退化趋势,为设备的维修和故障检测提供了参考。
  • 基于CNN-LSTM的晶圆良率预测
    吴立辉, 周秀, 张中伟
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 142-146,151. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.032
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    晶圆良率是衡量半导体制造系统加工能力的关键指标,对其精准预测有利于排查晶圆制程工艺缺陷、提高晶圆生产率、控制企业生产成本。基于晶圆允收测试(wafer acceptance test,WAT)大数据,提出了基于卷积神经网络和长短期记忆网络(convolutional neural networks and long short-term memory,CNN-LSTM)的晶圆良率预测方法。该方法对WAT数据进行缺失、异常与归一化预处理;构建CNN模型对复杂WAT参数的关键特征进行识别;考虑相邻晶圆间的时序相关性,设计长短期记忆网络进行回归分析,从而实现晶圆良率的准确预测。以某工厂晶圆允收测试过程中采集的实际生产数据进行实验,并与其他传统晶圆良率预测方法的结果进行对比分析,从而验证所提方法的有效性。
  • 双连杆柔性关节机械臂分数阶线性自抗扰控制
    陈志环, 戴雪刚, 董加顺
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 147-151. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.033
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    针对双连杆柔性关节机械臂的柔性振动和受外部干扰的问题,提出了一种复合控制器的控制策略。通过拉格朗日方程建立了考虑关节柔性的刚柔耦合的机械臂动力学模型,使用奇异摄动法对机械臂系统解耦,使其分解成代表刚性部分的慢速子系统和代表柔性部分的快速子系统;对于慢速子系统,设计了带有前馈补偿的分数阶线性自抗扰控制器来抵抗内外扰动,实现了机械臂的高精度的轨迹跟踪,对于快速子系统,采用微分补偿项补偿,来抑制关节的柔性振动,从而达到系统稳定。实验和仿真结果表明,系统可以有效地实现双连杆柔性关节机械臂的轨迹跟踪,并且相对于整数阶线性自抗扰控制器有着更好的动态性能和鲁棒性。
  • 基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性研究
    冀成龙, 兰国生, 张学良, 李声祺, 李勇, 杨琦
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 152-156,161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.034
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    为减小等效微凸体体积,使得等效后的微凸体体积更接近实际微凸体体积,将微凸体变形部分等效为圆锥微凸体,并结合分形理论和改进的W-M函数,建立了结合面法向接触刚度和法向接触阻尼模型,并对模型进行仿真分析和实验验证,仿真结果表明,法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大,法向接触刚度随着分形维数的增大先增大后减小,并在分形维数为2.6附近取得最大值;法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大先增大后减小,法向接触刚度随着分形粗糙度的增大而减小;法向接触阻尼随着塑性指数的增大而减小,法向接触刚度随着塑性指数的增大而增大;将理论分析结果与实验数据进行比较,两者基本保持一致,验证了其正确性。基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性模型的提出,为结合面的刚度与阻尼预测和优化机械设备的性能以及结构改进提供良好的依据。
  • 基于融合策略的冷床钢板自动下料跟踪
    吴昆鹏, 石杰, 杨朝霖, 邓能辉
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 157-161. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.035
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    冷床区范围较大、结构紧凑、安装金属探测仪困难且成本较高,常用的自动化二级跟踪策略无法有效地完成对该场景下钢板的跟踪。通过利用改进的SOLO实例分割算法构建冷床区钢板检测的视觉模型,识别得到冷床区各个钢板对象的坐标位置和长宽尺寸;再结合逻辑跟踪模型形成多模型匹配跟踪策略,能够识别到行车下料、冷床卡钢等特殊情况,实现自动下料跟踪和异常预警。结果表明,改进的SOLO实例分割方法在6种不同的环境场景下平均mAP (mean average precision)提升到98.14%,平均mIoU (mean intersection over union)提升到98.72%,并且实现了29.1 fps的处理速率,满足了生产条件中对于准确率和实时性的要求。
  • 双目视觉手眼标定的精度优化
    岳有军, 李勇飞, 赵辉, 王红君
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 162-165,170. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.036
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    双目视觉定位是机器人领域对环境感知的常用技术,手眼标定的好坏很大程度上影响着机器人定位精度。传统的线性标定只需一组数据就可标定,但极易受到偶然误差的影响;非线性算法使用多组数据,但容易出现奇异值和陷入局部最优点。针对这两个问题,用非线性算法Ada-delta对线性算法Tsai得到的数据进行优化,非线性算法多组数据运算避免了偶然误差,线性求解的结果充当优化算法的常数项也避免了出现奇异值的情况。用优化前后的手眼标定矩阵求得理论机械臂末端位姿,分别与实际位姿作差,取其Frobenius范数。结果证明:优化后的Frobenius范数为0.305 65小于优化前的0.520 717,优化效果良好。
  • 定转子双开槽对永磁同步电机齿槽转矩的影响
    闫宏亮, 武亚斌, 杨泽心, 王镇涛
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 166-170. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.037
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    针对内置式永磁同步电机齿槽转矩过高导致的振动和噪声的问题,提出一种定子开矩形槽转子开弧形槽的电机模型,可以在不牺牲输出转矩的情况下抑制齿槽转矩。在分析齿槽转矩的基础上,以8极36槽内置式永磁同步电机为例,通过有限元仿真,分析在定转子上单独开辅助槽以及同时开辅助槽时,电机齿槽转矩随辅助槽参数的变化。然后对优化前后电机的性能参数进行对比,验证了所提方法的可行性。仿真结果表明,齿槽转矩随辅助槽参数的变化先减小后变大,定转子同时开辅助槽时,齿槽转矩削弱了92.01%,相较于单独在定子或转子开槽,可以更好地削弱电机齿槽转矩,且双开槽模型可以更有效地削弱气隙磁密谐波,提高电机的输出转矩。
  • 面向手眼系统的摄像机内参数自标定研究
    朱世雄, 葛动元, 姚锡凡, 向文江, 李健
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 171-175,179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.038
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    为得到机械臂手眼系统中的摄像机内参数,提出了一种基于运动约束线性求解的自标定方法。通过控制机械臂上的视觉系统进行极点延伸运动,根据图像序列之间对应特征点的关系确定摄像机主点。而后进行一组三正交平移运动,即可根据运动约束,构建关于单应性矩阵的线性约束方程组,实现摄像机内参数的线性求解。以所研究的标定结果为基础重建三维点云模型作为比较值,与已知相机参数的双目深度传感相机重建的点云模型进行对比试验,绝大多数点云相对偏差在1.5%内,有较高的标定精度。为机械臂的手眼系统标定提供了一个新的解决方案。
  • 基于改进图像结构算法的钣金件特征点识别
    徐杰, 邹媛媛, 郑家俊
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 176-179. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.039
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    针对平面钣金件轮廓特征点识别中,特征点受边缘噪声影响,易出现伪特征点、切点难识别及特征点识别定位精度低等问题,提出了一种基于改进图像结构算法的平面钣金件轮廓特征点识别方法。首先,对特征点进行粗提取,通过判断轮廓点两相邻轮廓段的类型,并计算轮廓点间斜率差的绝对值,将斜率差的绝对值和阈值比较,分别获取切点和角点的候选特征点集;其次,进行特征点精确识别,将候选特征点进行分组融合,并引入直线度指标对线段轮廓上的伪特征点进行滤除,最终完成特征点的准确识别。实验结果表明改进的识别算法可以准确地识别平面钣金件轮廓特征点,能够滤除掉所有伪特征点,识别精度更高。
  • 基于深度动态密度估计的轴承异常检测
    刘华杰, 雷文平, 王军辉, 陈新财, 董辛旻
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 180-183,188. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.040
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    针对传统的机器学习算法在应对工业系统中样本不均衡现象时难以获得较高的异常检测性能的问题,提出一种基于深度动态密度估计的轴承信号异常检测方法(DCEN)。首先,训练该压缩网络时只需要从正常样本中提取特征,得到原始数据的低维表示;接着将其进一步输入到高斯混合模型(GMM)中,对正常数据进行动态密度估计;然后,利用估计网络来促进模型的参数学习,以端到端的方式多次迭代同时优化深度自动编码器和混合模型的参数;最后,采用高斯混合模型的预测能量值作为异常分数,模型在没有学习异常样本分布的情况下将故障样本输入到本文模型中产生更高的异常分数来检测异常。通过在3个不同轴承数据集上的实验和对比分析,验证了该方法的有效性和优越性。
    • 先进管理技术
  • 基于改进鲸鱼优化算法的装配线再平衡方法
    郭宏, 闫炳南, 罗雷, 冒源, 原超, 徐壮
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 184-188. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.041
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    针对装配线再平衡问题,建立了可调整产能装配线模型,并提出了改进多目标鲸鱼优化算法进行求解。首先,依据任务分配规则建立以不同需求下的平均工作站数量和平均时间均衡指数为衡量指标的目标函数;然后,在原始鲸鱼算法中使用混沌映射初始化种群,并在鲸鱼搜索过程中引入动态距离控制系数和成对竞争机制来提高算法的收敛速度;最后,与其他方法进行了对比实验,结果表明,所提出的改进算法在Pareto解的数量和质量上优于其他算法,验证了算法的可行性和有效性。
  • 扰动环境下非标自动化设备项目反应性调度
    刘珩达, 王子阳, 杨宏兵
    组合机床与自动化加工技术. 2023, 0(7): 189-192. https://doi.org/10.13462/j.cnki.mmtamt.2023.07.042
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    为应对非标自动化设备项目调度中的突发状况,在企业资源受限下多模式项目调度问题基础上,针对扰动环境采用反应性调度作为动态调度方案,反应性调度模型将各作业开始时间变动成本最小化作为优化目标,同时考虑最小化各作业模式转换成本。为满足快速求解的要求设计了双层嵌套变邻域搜索算法,通过对邻域和扰动算子的设定减少了不可行解和扩大了搜索空间。将改进算法与遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法进行了比较,实验结果验证了算法的有效性和性能的优越性。
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
ISSN 1001-2265
CN 21-1132/TG

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