黄鹤[1]2002年在《基于开放式数控系统的数字化采集技术的研究》文中指出数字化采集技术是逆向工程中的一项关键技术，现有的数字化采集系统基本是基于DOS平台，在单机模式下开发出来的。这种数字化采集系统开放性差，开发周期长，人机交互不够友好。并且基本依赖进口，价格昂贵。针对这种情况，本文研究了基于开放式数控系统的数字化采集技术。 系统采用主从式双CPU结构。上位机选用研华工控机，下位机选用美国Delta Tau公司的多轴运动控制器PMAC。同时系统中扩展了DPRAM、伺服电机、A／D转换器、叁维模拟仿形仪、I／O接口板。 下位机完成扫描跟踪控制、插补运算、位置控制、加减速控制、面板和机床状态的输入输出处理等实时性任务。同时将工件表面坐标实时写入DPRAM。 上位机通过调用PComm32动态连接库中的函数实现系统后台管理等非实时性任务，包括系统初始化、系统参数调整、坐标显示、机床操作控制等。采用WIN32下的多线程技术，结合多媒体定时器技术和双缓冲区存储技术，实时从DPRAM中采集机床坐标并存盘。解决了实时数据采集和海量数据存储任务。 论文进行过程中，作者进行了现场实验，成功地实现了工件表面的数字化采集，证明系统方案切实可行，具有实际应用价值。
王常海[2]2007年在《基于IPC的开放式数字化仿形控制系统的关键技术研究》文中认为随着我国航空航天、汽车、模具等行业的飞速发展，对未知数学模型曲面零件的需求越来越大。数字化仿形加工是生产制造这类零件的重要手段，其融合了数控、仿形和数字化技术，将CAD／CAM与仿形铣削沟通起来，已成为机械制造业的一个重要分支。精确获取曲面几何信息技术和数据处理技术是数字化仿形中的关键技术。本文搭建了一种全软件型开放式体系结构的数字化仿形控制系统平台，对曲面数字信息的采集存储、数学处理等关键技术进行了研究。首先，在对当前开放式控制系统的体系结构和实现途径深入基础上，设计了全软件型开放式数字化仿形控制系统方案，搭建了以IPC与通用工业接口卡为核心结构的硬件系统平台，按照软件工程思想对软件系统的功能模块进行规划组织，设计了系统软件结构模式，利用VC++6.0实现了系统的人机交互界面和软件主程序。其次，本文分析了Windows2000操作系统的实时特性，在计算机高频计数器和多线程技术研究基础上设计开发了高精度软件定时器，实现了实时控制。深入研究了曲面跟踪扫描测量的理论和算法，对等误差数据采样算法进行改进，给出等误差精确比较判别法，其先采存后压缩处理的数据采集方式，提高了算法的精度和系统采样效率。系统移植嵌入式数据库SQlite和应用双线程双缓冲区存储技术有利于大量采集数据的存储管理，提高了数据的安全性，为后续数据处理提供了极大的方便。最后，针对模型表面形状对跟踪扫描控制精度的影响，本文研究了模型表面几何特征识别和预测控制技术，设计了曲面跟踪扫描速度的自学习模糊控制器，实现了系统控制仿形仪随模型表面光滑性变化自动调节跟踪扫描速度。本文所设计构建的数字化仿形控制系统从硬件和软件两方面保证了较强的开放性，它可根据需要改变硬件组构，增添软件功能模块，优化更改控制算法，为研发高性能数控仿形系统和数控仿形设备提供了一个试验平台。
王春[3]2002年在《大型配对型面数字化制造技术的研究》文中进行了进一步梳理大型蜂窝共底构件是液体运载火箭末级推进剂箱的一个关键部件，它是由蜂窝夹芯复合材料和上、下薄铝合金蒙皮粘接固化而成的。为了保证蒙皮与蜂窝夹芯的高质量粘接，要求粘接固化前蒙皮与蜂窝夹芯表面的配合间隙小于0.2mm。由于上、下底蒙皮焊接成型过程中的变形使其内表面形状相对于理论椭球面具有较大的误差，采用常规的椭球面数控加工方法，或传统的按上底蒙皮内表面手工打磨、研合修配方法加工蜂窝夹芯表面无法保证配合精度要求。为了适应运载火箭型号发展的需要，研究新技术解决这一重大技术难题，已是实际急需的课题。 本文独创性地提出了综合运用曲面自动跟踪测量、离散数据采集、数学分析处理、数控与数字化加工等技术的大型配对型面的加工方案，解决了大型不规则回转型结构件配对加工的技术难题。 研究了蒙皮内表面的数字化采集技术，提出了采用叁维扫描测头进行大型不规则回转面自动跟踪测量的控制算法及密集数据采集方法；研究了蜂窝夹芯表面的数字化加工技术，提出了以回转轴为基准的随动控制插补方法。 以圆矢量函数和回转运动群为工具讨论了曲面的误差变换，利用理论椭球面的误差曲面建立了实测曲面的数学模型，通过求解理论曲面的法线实现了实测曲面的等距计算和阴阳面数据转换。利用鞍点规划方法优化理论椭球面的位置，使实测曲面相对理论椭球面的最大法向误差达到最小，减少或消除了蒙皮内表面测量时由于定位的偏心或歪斜引起的系统误差，使误差均化，防止了配对加工蜂窝夹芯表面时少切或过切现象的发生。 运用模块化设计思想开发了基于PC的大型蜂窝共底构件数控、数字化测量加工系统。该控制系统的研制成功，大大提高了大型蜂窝共底构件的产品质量和加工效率。截至目前，已完成了十几件大型蜂窝共底构件的配对加工，产品合格率100％，生产周期由两周缩短到五天。生产实际证明本文所研究的大型配对型面的数字化制造技术的思想正确、技术合理，解决了我国航天制造领域一个亟待解决的技术难题。
刘世兴[4]2006年在《数字化仿形控制系统及叁维曲面跟踪测量技术》文中研究表明自由曲面零件在工业领域的应用日益广泛，特别是能源、航天、国防等重大工程中的一些关键零部件，呈现大型不规则曲面的特征。集测量、处理和加工控制于一体的数字化加工方法是解决这一类零件制造难题的有效途径，叁维曲面跟踪测量和数字化仿形加工是其中至关重要的环节。本文构建了一种开放式体系结构的数字化仿形控制系统平台，并对接触式曲面跟踪测量的原理及若干关键技术进行了理论和仿真实验研究。 在综述和剖析了开放式数字化仿形控制系统特征的基础上，设计和构建了以工业计算机(IPC)和通用工业接口卡为核心的硬件平台。根据该系统的主功能和辅助功能要求，规划设计了软件总体布局和功能模块组织层次。 基于多媒体定时技术，在Windows2000平台上完成了实时控制方案。应用键盘钩子技术，高效地实现了控制系统的管理和调度机制。应用VC++集成开发工具，编写了系统的主程序和界面管理程序。 介绍了叁维仿形仪的原理、结构及其放大倍率的校准过程，研究了曲面跟踪测量的理论和算法，提出一种新型的等弦高差数据采样算法——中间叁点比较判别法，提高了采样处理算法的精度。 基于模糊—PID复合控制策略设计了压偏量模糊—PID复合控制器，通过合理地选择控制器来有效调节径向速度所对应的控制电压，提高了压偏量的控制精度和跟踪测量过程的平稳性。 为了提高仿形系统的位置控制精度，设计了基于PID控制器的位置控制闭环结构，采用遗传算法对PID参数进行了优化，运用Matlab仿真程序获得了理想的PID优化参数。控制系统的阶跃响应仿真结果证实了此方法的实用性。
祁若龙[5]2007年在《开放式数控伺服模型及位置控制技术的研究》文中研究指明先进数控机床是机床产业中能够衡量一个国家制造水平、最具代表性、附加值最高的产品。伺服系统的位置控制技术是决定数控机床加工精度的核心技术之一。在剖析了开放式数控系统特征的基础上，设计和构建了数字化仿形技术和叁轴联动数控加工一体的，以工业计算机(IPC)和通用工业接口卡为核心的硬件平台。该平台支持4路正交编码器脉冲计数，4路D／A输出，16通道单端或8通道差分A／D输入和48路I／O。对控制电路进行了高度集成，增加了抗干扰技术，为高速高精加工数控系统的实现提供了强有力的支持和保证。本文根据现代高精度数控系统的功能需求，研究并优化了数控系统软件关键技术的内核算法。通过建立缓冲区和代码分流技术对G指令实行逐行译码。应用数据采样插补技术处理G指令中的直线、圆弧信息。采用了先进的五次样条插补技术和前瞻控制方法处理自由复杂曲线的轮廓信息。对各模块进行了优化，最大限度地实行增量运算和迭代求解，在运用高精度算法的同时，显着地提高了运算速度。基于优化后的数控软件算法，用C语言在VC平台下开发了一种基于开放式体系结构的数控系统软件内核。本文的开放式体系数控内核已经实现模块化，具有较强的可换性、可伸缩性、可移植性、可扩展性，不仅简化了硬件结构，而且显着地降低了系统成本。基于所建立起来的数控系统平台，构建并研究了高速运行条件下的伺服系统四阶模型。采用阶跃响应对具有相同位置控制器参数的高速四阶模型与低速一阶模型和中速二阶模型进行响应特性的比较。发现随着伺服系统运行速度的提高，系统性能会由于原有位置控制器参数设置的误差而发生恶化。本文通过极点配置的方法，对高速伺服系统的四阶模型进行了参数优化，得到了响应速度快、没有震荡和超调的系统响应特性。为了增加系统稳定性，利用所得到的优化参数对神经元PID控制器进行初始化，构建了以优化后参数为基础的神经元PID控制器。仿真试验表明，这种方法可以使系统在保持优化后系统特性的基础上，将系统的干扰峰值降低10％以上。
李小雷[6]2005年在《开放式数控刻楦机及鞋楦CAD/CAM关键技术研究》文中进行了进一步梳理随着CAD/CAM技术在鞋楦制造业中的广泛应用,鞋楦的生产方式得到了极大的改变,鞋楦生产周期大大缩短,生产效率也有了很大提高。鞋楦数字化仿形加工作为一种有效的生产方式,它适应了鞋楦品种多、制造周期短的现代鞋楦生产的需要,是当前制楦业提高鞋楦生产效率的良好选择。 本文紧密结合浙江省2002年重大科技攻关项目“鞋楦CAD/CAM系统开发及数控刻楦机研制”,对鞋楦加工设备及其实现方法进行了应用性研究,在国内首次提出面向集成的新一代鞋楦数字化加工解决方案,构建了一个集测量、造型、加工于一体的应用系统,论文主要研究内容如下: 1.根据鞋楦加工特点,面向集成构建了以通用的激光叁维扫描仪为测量工具,以开放式刻楦机数控系统进行控制,以先进的刻楦机机床本体为加工基础,以鞋楦CAD/CAM系统为核心的新一代鞋楦数字化加工解决方案。 2.利用激光叁维扫描仪对样楦进行测量,基于小波变换对测量数据进行平滑和降噪处理,得到真实感较强的样楦测量数据,从而形成鞋楦数控加工模型。根据鞋楦数控加工原理,基于投影原理进行刀位轨迹计算,并进行精度评价,提出了误差控制策略。为检验鞋楦NC程序的正确性,应用虚拟切削法进行NC仿真验证。 3.以系统误差分析为理论依据,完成数控刻楦机总体设计;应用有限元技术的现代设计方法对系统重要零部件进行分析研究,从而确保了样机开发一次成功。 4.结合现代开放式的数控系统的设计理念,以通用的工业控制机为支撑平台,以国产GT400-SV多轴运动控制卡为运动控制核心,以∑—Ⅱ系列交流伺服电机作为驱动元件,构建了鞋楦的数控加工硬件平台。开发了面向鞋楦数控加工模型的鞋楦数控系统。 文中围绕鞋楦产品,提出了从数字化测量到加工一体化解决方案:首先是基于通用激光叁维扫描仪完成对样楦测试,再通过软件得到数控加工刀轨数据,最后利用专门的数字化加工设备进行加工。是对现有专门的鞋楦测量设备的一次革命,大大降低鞋楦数控加工的硬件成本。系统的成功开发,对提高我国鞋楦数字化加工技术水平具有一定的现实意义。
吴世旭[7]2008年在《五轴义齿雕刻机数控系统的应用开发》文中研究表明牙体缺损是口腔科的一种常见疾病和多发病,自然人中牙科疾病的发病率约为24%至53%,通常采用固定修复体的方法进行修复。目前国内外口腔固定修复体的主要制作方法为金属精密铸造或精密铸造后烤瓷,使用这种方法必须采用手工个别制作,加工工艺繁琐,速度慢,周期长,制作效率低,变革传统的制作方法势在必行。本课题属于牙齿修复体CAD/CAM系统的一部分,牙齿修复体CAD/CAM系统主要由激光摄像系统,数据处理系统和数控机床叁部分组成,本课题的主要研究内容是根据牙齿加工的特点和加工要求为数控机床构建数控系统,该系统选用美国Delta Tau公司UMAC(Universal Motion and Automation Controller)多轴运动控制器作为下位机,以工控机作为上位机,组成“IPC+运动控制卡”硬件平台,以Windows XP操作系统为软件平台构建数控系统。下位机与上位机通讯采用了稳定、可靠、简便、成熟的以太网连接方式。数控系统的开发主要包括硬件和软件两大部分,在硬件方面,首先通过对常见数控控制系统优缺点的比较,选择了“IPC+CNC”的数控控制系统,并搭建了电气控制系统,实现了UMAC对机床五轴的运动控制和各种插补运动,并对机床各轴PID参数进行了调节和研究。在软件方面成功实现了UMAC对数控加工G代码的接收,并使用Visual C++开发了一套界面友好、功能强大的人机交互界面。由于目前我国在数字化牙齿修复系统的研究和产业化开发还处于空白阶段,因此本课题的研究对我国数字化牙齿修复系统的发展具有重大的意义。
鞠华[8]2003年在《逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究》文中研究指明在产品开发及制造过程中，计算机辅助技术已被应用得相当广泛。新型计算机辅助技术的发展使得CAD／CAM无缝制造技术得以实现。由于在许多情况下设计者和制造者面对的是实物样件，需要将实物模型转化为CAD模型。因而产品信息模型是实现无缝制造技术的关键。与这种以实物模型为依据生成数据信息模型相关的技术，已发展为CAD／CAM中的一个相对独立的范畴，即逆向工程(Reverse Engineering)。在机械领域中，逆向工程(Reverse Engineering)是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的模型(产品原型或油泥模型)，利用各种数字化技术及CAD技术重新构造CAD模型而克隆或创造实物产品的过程。在与制造业密切相关的航空航天、汽车、造船及模具等工业领域，未来追求对产品功能和外形等方面的日益严格的要求，这使得自由曲面零件在现代工业中得到了越来越广泛的应用。其加工质量和生产周期对提高产品的性能和市场的响应速度起着关键作用。本文结合浙江省科技计划重点项目“多传感器集成的智能化柔性测量、加工一体化装备研制”和浙江省先进制造技术重点实验室建设项目“叁坐标数控曲面测量系统”，以自由曲面为研究对象，以获取自由曲面精确数据信息模型为目标，在传统数控铣床上研制开发基于运动控制卡的开放式数控非接触式激光测量系统，同时对逆向工程中的关键技术——自由曲面非接触式测量规划、测点数据的处理、误差补偿等技术进行研究，以有效地实现自由曲面的零件设计与制造的集成，实现制造过程的集成化、智能化、低成本。 论文首先分析了逆向工程技术在先进制造技术领域发展的必然和它的概念，通过分析逆向工程的应用领域、国内外发展现状，归纳出逆向工程的特点和研究热点，进而提出本论文选题的依据，概述了本论文的主要研究内容和论文结构。在分析开放式数控系统的基础上，提出“PC+运动控制卡”的开放式数控非接触式激光测量系统的体系结构。分别分析IPC与两种运动控制卡，包括PMAC和GT-400-SV集成的工作原理。给出系统的总体框架构成和激光非接触测头的数据采集原理。对数控非接触式激光测量系统的软件构成进行分析，然后给出基于开发的激光测量系统进行逆向工程关键技术研究的总体研究框架。 在截面线法测量的基础上，对阶梯式跟踪法、直线式跟踪法和仿形式跟踪法进行分析比较。基于叁次参数样条曲线的性质，在有界曲率的平面曲线的有界性的基础上，提出通过圆弧外延点位控制测头自动跟踪曲面，即后续测量点根据已测前叁点求得的圆弧曲率沿切线方向或曲率外延来进行预测，并根据测点矢量来估测保证数字化几何信息的充分性。并通过给定理论B样条曲线，对该算法进行仿真，验证该算法的有效性。 对逆向工程技术的第二步数据点的处理进行研究。首先剔除粗大误差，然后浙弓工大理六节攀士学七忆论文对测点数据进行滤波处理，再对大规模数据点进行压缩。在分析各种数据压缩算法的基础上，针对激光非接触测量设备提出一种基于直线度和距离偏差相结合的自适应数据压缩算法，通过实例对算法进行分析与比较。 在分析激光叁角测量的原理的基础上，建立激光测头的仿真模型，研究影响激光测量精度的影响因素。然后，设计实验，分别分析待测物体的表面特征，包括表面粗糙度、颜色、材料和表面倾角等对测量精度的影响。最后，对实验数据进行误差分析，首次提出误差表征法对测量数据进行补偿修正。 针对逆向工程中曲面部分破损、不完整，或者由在逆向工程过程中因测量方法和测量设备的局限而造成的阻塞和可及性问题使获取的数据信息不完整，提出了采用神经网络实现逆向工程中数据修补的方法。通过BP反向传播算法分析了神经网络在数据修补等几何造型方面的应用可能以及存在的问题。根据径向基网络学习速度快、避免了局部极小值的优点，建立了径向基神经网络模型，通过仿真实验分析径向基网络模型在数据拟合中应用的有效性。 基于开发的激光测量系统对前面各章理论进行实验研究。研究了表面轮廓边界的确定。并对从数据点到曲面重建再生成加工路径和从数据点直接生成数控加工路径通过实例进行了分析。 最后对本文的研究内容和主要工作进行了总结，并展望了下一步的研究方向。
张旭明[9]2006年在《基于总线的开放式数控系统测试平台开发》文中研究说明高速高精数控技术的研究是高性能数控技术研究的基础,要进行高速高精数控技术的研究,首先要有面向高速高精运动控制的测试、分析平台。本文针对高速高精加工对数控系统的要求以及现有数控系统的不足,为高速高精运动控制算法的测试及分析设计了基于总线的开放式数控系统测试平台。本文主要完成了以下的工作:首先研究了数控系统测试平台整体结构,搭建测试系统的硬件平台并设计基于Linux系统的软件平台,验证了基于上、下位机的数控系统体系结构。高速高精运动控制实验需要开放的控制算法接口,本文设计开放式运动控制接口,将运动控制算法向用户开放,通过此运动控制接口,用户可以测试、调整高速高精运动控制算法以达到最佳性能。此外,软件运动控制的研究也为今后实现全软件数控系统做出铺垫。控制设备与伺服系统的通讯方式是基于串行数据传输的,本文研究并应用了基于现场总线的通讯技术,采取了基于CAN总线通讯方式,提高测试平台的数据通讯能力,增强系统的可靠性,并在软硬件方面实现全方位的开放。现场设备的运动控制以及系统控制性能的分析都需要采样系统的支持,高速高精系统对采样系统提出更高的要求。本文开发高频采样系统,集采样、存储以及分析功能于一体,弥补了现阶段国内采样卡系统在数据高频连续采集和存储方面的不足,为高速高精运动控制实验提供了分析平台。最后,本文基于工程实际设计实验,验证测试平台的可行性。
孙芒[10]2007年在《基于ARM-Windows CE的嵌入式数控系统的研究》文中进行了进一步梳理当今嵌入式技术的发展突飞猛进，嵌入式系统在很多产业中得到广泛应用并逐步改变着这些产业。嵌入式技术的发展同样也影响到了数控技术的发展。论文综述了当前开放式数控系统国内外发展现状，并分析了几种主流开放式数控系统体系结构的优缺点，进而提出了利用ARM处理器和Windows CE操作系统开发一个基于ARM-WinCE嵌入式数控系统的原型系统的想法。论文论述了如何构建ARM-WinCE数控系统基于S3C2410开发板的硬件平台和基于Windows CE.Net的软件平台；在ARM微处理器上构建了基于Windows CE的数控操作系统内核，并利用VIVI Boot Loader把定制的映像加载到S3C2410开发板中去。本文重点针对ARM处理器芯片，利用流接口驱动程序结构实现了蓝牙串口驱动程序的开发，实现了ARM-WinCE数控系统中机床控制器和移动控制器的蓝牙通信；研究了如何利用S3C2410处理器的PWM定时器和Windows CE的中断机制进行数控系统的实时控制。
参考文献：
[1]. 基于开放式数控系统的数字化采集技术的研究[D]. 黄鹤. 大连理工大学. 2002
[2]. 基于IPC的开放式数字化仿形控制系统的关键技术研究[D]. 王常海. 大连理工大学. 2007
[3]. 大型配对型面数字化制造技术的研究[D]. 王春. 大连理工大学. 2002
[4]. 数字化仿形控制系统及叁维曲面跟踪测量技术[D]. 刘世兴. 大连理工大学. 2006
[5]. 开放式数控伺服模型及位置控制技术的研究[D]. 祁若龙. 大连理工大学. 2007
[6]. 开放式数控刻楦机及鞋楦CAD/CAM关键技术研究[D]. 李小雷. 浙江大学. 2005
[7]. 五轴义齿雕刻机数控系统的应用开发[D]. 吴世旭. 北方工业大学. 2008
[8]. 逆向工程中自由曲面的数据处理与误差补偿研究[D]. 鞠华. 浙江大学. 2003
[9]. 基于总线的开放式数控系统测试平台开发[D]. 张旭明. 华中科技大学. 2006
[10]. 基于ARM-Windows CE的嵌入式数控系统的研究[D]. 孙芒. 合肥工业大学. 2007
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