中国机械工程

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2022, 33(09): 0.

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20年来齿轮测量技术的发展

石照耀, 于渤, 宋辉旭, 王笑一

2022, 33(09): 1009-1024. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.001

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推动齿轮测量技术发展的力量有两股，一是齿轮产业发展对齿轮测量不断提出的新要求，二是不断进步的关联技术在齿轮测量领域的渗透。21世纪以来，这两股力量的交汇推动了齿轮测量技术的快速发展。在简要回顾20世纪齿轮精度理论和齿轮测量技术演变的基础上，提出了齿轮广义精度理论的基本要义，从齿轮全信息测量技术、面向生产现场的齿轮在线快速分选检测技术、面向特大齿轮和微小齿轮的极端测量技术、高精度齿轮样板及量值传递等多个方面系统归纳了20年来齿轮测量技术的新发展。齿轮精密测量肇始至今已历经百多年，目前处在第三代齿轮测量向下一代齿轮测量跨越的关键阶段。提出了下一代齿轮测量的整体技术构想，列出为实现下一代齿轮测量必须攻克的基础理论和关键技术问题，展望了未来10年齿轮测量的研究重点和科学问题。

基于电极位移的点焊飞溅量化评价与自适应控制研究

李欢, 吕天乐, 夏裕俊, 李永兵

2022, 33(09): 1025-1033. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.002

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飞溅是电阻点焊过程中一种常见的缺陷，严重的飞溅会显著影响焊接质量。针对典型的异常工况，通过飞溅金属量化分析与飞溅骤停实验，发现电极位移信号突变量与飞溅金属总质量之间线性相关，且电极位移信号突变量与飞溅前后熔核厚度减少量基本一致，因此电极位移信号突变量可以表征飞溅程度。在此基础上，提出了基于量化统计的点焊飞溅自适应控制策略，制定了以飞溅程度和飞溅概率为输入,以调幅系数、调幅时刻、调幅时长等电流调幅参数为输出的模糊控制策略，同时根据恒能量与恒功率补时策略确定了补时时长、补时电流等补时参数。使用两种强度的板材验证了该策略的效果。实验结果表明，与恒流焊接模式相比，该方法能有效抑制飞溅，减小压痕深度，增大熔核直径，与传统短时电流调幅策略相比，该方法减少了调幅次数和补时时间，有效提高了焊接效率。

机械传动系统运动精度优化分配新方法

李健, 冉琰, 张根保, 王勇勤

2022, 33(09): 1034-1043. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.003

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为对机械传动系统的运动精度进行合理分配，结合元动作理论，提出了一种机械传动系统运动精度优化分配新方法。首先利用“功能-运动-动作”结构化分解树对机械系统进行结构化分解，得到基本的元动作和元动作链；然后以元动作链为研究对象，分析运动精度形成机理，建立运动误差传递模型；考虑成本因素和运动误差灵敏度因素，建立了成本函数和鲁棒性函数。在此基础上建立了元动作链运动精度优化分配模型，得到了元动作运动误差。工程实例证明了该方法的有效性。

钢丝绳缺陷涡流热成像在线检测方法研究

夏慧, 郑军, 邱锦川, 伍剑波, 王杰

2022, 33(09): 1044-1050. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.004

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为保证钢丝绳的安全运行，提出钢丝绳缺陷涡流热成像在线检测方法。首先，提出基于等时加热的图像重构算法，建立钢丝绳全长均经历相同加热过程的重构图像；进一步，提出列最大值归一化算法，消除发射率不一致造成的温度采集误差；最后，建立涡流热成像在线检测系统，对不同数目断丝和磨损缺陷进行在线检测实验。实验结果证明，该方法可以实现钢丝绳1~5根断丝和磨损缺陷的检测和识别。

超精密蜗轮副加工成套工艺研究

彭东林, 石照耀, 郑永, 周启武, 杨继森, 徐是

2022, 33(09): 1051-1056. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.005

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介绍了一种新型超精密蜗轮副加工成套工艺，该工艺以“误差诱导重塑与自我精准抵消”为核心思想。为实现传动误差的精准检测，开发了机械传动误差检测智能iFMT仪器；研发了嵌入iFMT仪器可实现加工测量一体化功能的新型蜗轮母机；配合刀具、新标准等配套技术，加工得到双面同时达到DIN标准1级精度的超精密蜗轮副。

不锈钢表面裂纹方向电磁检测方法

闫梁, 万本例, 胡斌, 范孟豹

2022, 33(09): 1057-1064. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.006

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针对传统交流电磁场检测表面不定方向裂纹容易出现漏检的问题，研究了旋转磁场下感应电流方向、裂纹方向变化对平板表面裂纹检测幅值的影响，推导了裂纹走向角度与平面磁场分量波谷幅值的关系表达式，从检测机理角度提出了裂纹方向判定方法及影响因素。建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测有限元仿真模型，开发了基于双U形激励和高分辨率隧道磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。仿真和实验结果表明，利用磁场分量的波谷特征能够实现裂纹走向的判定，判定误差不超过8.4°。

小径薄壁管座角焊缝典型缺陷的超声相控阵CIVA仿真研究

何慈武, 杨萌萌, 龙晋桓, 韩军, 陈志荣

2022, 33(09): 1065-1072. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.007

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在电厂安放式小径薄壁管座角焊缝超声检测技术中，检测结果易受到管径小、检测位置结构复杂等因素影响，因此，采用CIVA软件对焊缝模型进行超声相控阵声场仿真，得到未熔合、未焊透、裂纹和夹渣4种典型缺陷在不同检测位置曲率下的缺陷响应。对比分析仿真缺陷图谱，研究检测位置曲率对缺陷成像和声压幅值的影响，结合优化后的仿真参数和检测方法形成了检测工艺。实验结果表明，提出的检测工艺可有效检出不同检测位置曲率下的焊缝缺陷。

结晶性塑料制品注塑成形质量在线监测方法研究

钱应平, 薛杭, 梅建良

2022, 33(09): 1073-1076,1083. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.008

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结晶性材料的结晶度与塑料制品质量有紧密联系。利用电容传感器的物理特性，通过测量注塑成形过程中的结晶度来实现制品质量的在线监测，重点研究了熔体温度、注塑压力、注塑时间及保压压力对结晶度的影响机制，同时分析了工艺参数-结晶度-力学性能的关系，设计并制造出了一套注塑模具进行试验验证。试验结果表明，随着结晶度的增大，注塑件的拉伸强度和弯曲强度随之增大，通过调控工艺参数，能有效控制制品的结晶度，进而得到优良力学性能的注塑制品。

利用弹性网络算法求解大型三坐标测量机几何误差的方法

陈洪芳, 孙梦阳, 高毅, 石照耀, 王帼媛, 路伟光, 宋辉旭

2022, 33(09): 1077-1083. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.009

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为提高大型三坐标测量机(CMM)的精度，修正空间几何误差，研究利用激光追踪仪多站位测量技术取代实物基准，提出了基于弹性网络算法求解CMM几何误差的方法。基于激光追踪仪多站位测量技术，结合L-M算法，实现CMM空间规划点体积误差的高精度测量，有效提高测量效率。利用弹性网络算法解算CMM准刚体模型，解决模型求解存在多重共线的难题，实现CMM几何误差的求解；将方程组中部分系数为0的项结合体积误差与单轴几何误差的关系模型来求解几何误差。实验搭建了激光追踪多站位测量系统，测量了CMM的空间待测点体积误差。实验结果表明，提出的方法可以有效求解大型CMM的几何误差。

纳米精度在位测量系统测头误差校正方法

郭曦鹏, 徐闻, 王定文, 李蓉, 尹韶辉

2022, 33(09): 1084-1089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.010

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针对超精密机床两轴联动接触式在位测量过程中测头误差影响测量精度的问题，提出了一种测头半径误差及形状误差校正方法。进行了在位测量实验，比较分析了测头误差未校正、测头半径误差校正及测头形状误差校正三种情况的测量结果，并分别与Taylor Hobson PGI840离线测量结果进行对比，以验证测头形状误差校正方法的有效性。测头形状误差校正后，面形精度PV值由420nm变为370nm，与离线测量PV值380nm的差值为10nm。结果表明，该在位测量系统测头误差校正方法有效，能够提高在位测量精度。

面向轴孔类零件圆度误差评定的改进式最小区域圆法

宋慈, 焦黎, 王西彬, 刘志兵, 陈晖

2022, 33(09): 1090-1097,1114. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.011

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面向轴孔类零件圆度误差评定，提出了一种改进式最小区域圆法。以计算几何为基础，确定测量点间距离关系，并按照多边形去除法则优化了最小外接圆和最大内接圆的控制点求解过程；再根据最小外接圆、最大内接圆和最小区域圆三者控制点间的相互关系，实现了对最小区域的构建；最后通过实验结果验证了提出方法的有效性和准确性。

基于信息熵-灰色模糊融合模型的火电机组燃烧检测仪器综合性能评价方法

冯旭刚, 魏舜昊, 魏新园, 徐帅, 樊嵘

2022, 33(09): 1098-1103. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.012

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针对火力发电机组因结构复杂、指标众多且难以量化导致的燃烧检测仪器综合性能评价难以实现的问题，提出了一种基于信息熵-灰色模糊融合模型的火电机组燃烧检测仪器综合性能评价方法，建立了信息熵-灰色模糊评价模型。以发电机组飞灰含碳量工程范例的3种检测方式对比验证所提方法，采用模糊数学量化仪器性能、适用性能、风险性能3类语言标度，以从优隶属度规范化11项指标建立模型输入，用灰色关联系数矩阵综合考量输入量之间的耦合关联度，以熵权法替代传统专家法，剔除赋权过程的主观影响。对比结果表明，3种方案的二级指标权重在去人为干扰环境下，分别占总体的14.63％、58.51％、26.86％，对最优结果1的隶属度分别达到0.4265、0.6642和0.9673。与单因素分析方法相比，该模型在评价结果上具有一致性，而在多数据分析和去人为干扰中表现出更好的综合评价效能。

面向小样本高维数据的秩检验非参控制图

赵宇, 李艳婷

2022, 33(09): 1104-1114. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.013

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针对某些制造业质量数据存在的数据分布未知、数据维度高、受控样本少等特点，提出一种基于高维秩检验的多元非参数监控方案。通过生成观测值的秩矩阵并进行渐近秩变换，得到渐近秩变换检验数T^*_n；基于检验数T^*_n设计具有滑动窗口的EWMA控制图，即HREWMA控制图。通过马尔可夫链对HREWMA控制图在不同条件(样本维度，均值漂移程度，受控样本量以及观测数据的分布)下的检测效果进行研究，并和其他多元非参控制图(DFEWMA、SREWMA、SSEWMA、RTC)进行对比，结果显示，对于检测具有大漂移的高维数据，HREWMA控制图的监控效果表现更优秀；在非正态数据的情况下，HREWMA控制图同样具有良好的监控效果。

模型估计对序数响应轮廓控制图的影响

王志琼, 李金梦, 王颖, 马彦辉

2022, 33(09): 1115-1126. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.014

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复杂制造或服务过程的质量特性可用函数关系即轮廓描述。针对序数响应轮廓的监控，基于非参数回归模型提出了广义似然比控制图。在受控模型未知且需要估计的现实情况下，采用局部线性核估计、样条和Newton Raphson 3种模型估计方法，并考虑不同的样本量、估计方法的不同参数设置，研究模型估计对控制图性能的影响。仿真以及案例分析的结果表明，样本量对受控状态下的控制图性能有显著影响，但当样本量超过一定值时，控制图的受控性能不再随样本量的增加而变化。另外，当受控模型为广义线性模型时，3种估计方法均对失控状态下的控制图性能有明显影响，Newton Raphson方法表现较好，而当受控模型不明确时，局部线性核估计方法更优。

基于局部搜索NSGA-Ⅱ算法的机械产品分组选择装配方法

李好, 徐志玲, 徐勇, 赵有为

2022, 33(09): 1127-1133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.015

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针对批量机械产品多目标要求下的分组选择装配问题，提出一种基于局部搜索的第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的分组选择装配方法。以装配精度和装配成功率为优化目标，构建基于质量损失函数和尺寸偏差的综合选择装配模型。采用浮点数和整数相结合的编码方式来描述分组选择装配方案，为获得分组选择装配方案中每个产品的封闭环实际尺寸，设计了一种解码方式。为了提高算法局部搜索能力，利用NSGA-Ⅱ混合模拟退火算法对分组选择装配问题进行求解，将成绩标量函数作为个体评价规则，实现了多目标要求下选择装配分组方案的优化。以某深沟球轴承的装配为例，验证了该方法的可行性和有效性。

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2022, 33(09): 1134.

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