基于多智能体的制造系统生产控制建模研究

为提高制造系统生产控制的性能,建立了基于多智能体系统的混合控制模型。该模型把生产控制系统分为管理智能体层、单元智能体层和执行智能体层。管理智能体层负责调度和协调各单元智能体,并对所有智能体进行管理;单元智能体层中的各单元智能体间通过公用数据库相互协作;执行智能体对制造系统内的硬件负责,它们根据局部的本地资源信息及当前状态,接收发布的任务,并对其求解。同一层次的智能体之间是分布式结构。采用基于多智能体的混合控制模式,提高了制造系统生产控制的实时性和灵活性。通过激光拼焊生产系统中的试验,验证了该模型的有效性。

基于数学形态学的激光拼焊熔池图像处理研究

基于拼板激光焊接工程中的实时检测系统,应用数学形态学中的相关图像处理技术,提出了一种新的熔池图像处理流程模型,并通过实验得到了三种清晰的熔池边缘图像,同时验证了该模型的正确性。将算法与经典算法进行比较,证明了该算法对于激光拼焊的适用性和鲁棒性。

焊缝图像处理技术在激光拼焊中的应用

基于拼板激光焊接工程中的视觉跟踪系统,应用相关图像处理技术,建立了一种焊缝跟踪的图像处理流程模型,并通过实验验证了该模型的正确性。

激光拼焊装备定位、夹紧机构研究

激光焊接技术是现代焊接技术的重要组成部分之一，在板材深加工产业中占有重要地位。激光拼焊技术具有高效率、高速度、高精度、强适应性等特点，被广泛应用于汽车、造船、航天等领域。激光拼焊定位、夹紧机构是激光拼焊装备的核心技术之一。目前国外已经研制出高性能激光拼焊装备，国内仍处在实验研发阶段。因此，对激光拼焊定位、夹紧机构展开研究，对实现激光拼焊装备的发展具有重要意义。本文以中国科学院知识创新工程方向性项目“全自动激光拼焊成套装备关键技术研究与示范应用”为课题背景，结合项目实际开发中的具体要求，以激光拼焊生产线核心技术之一的定位、夹紧机构为研究对象，在定位、夹紧机构的创新设计及综合性能评价、焊缝碾压精密预成型原理与实现技术、碾压机构优化方法以及定位机构误差补偿方法等方面开展了深入研究，为激光拼焊装备研制提供理论和技术支持。本文首先对研究激光拼焊定位、夹紧机构所需的一些基本理论进行了综述。在此基础上系统的研究了激光拼焊定位、夹紧机构设计方法及性能评价模型、基于多体系误差建模方法、焊缝碾压精密预成型、基于Kriging模型的碾压机构优化设计方法等。这些方法对激光拼焊定位、夹紧机构设计具有指导意义。以沈阳自动化研究所研制的全自动激光拼焊生产线为背景，依据定位、夹紧机构性能评价模型分析了该生产线定位、夹紧机构设计原理及存在的问题。为了解决这些问题，采取了机构优化及改进、压紧力优化、过盈量作用机制、多组焊等措施。实际试验证明这些措施在一定程度上提高了定位、夹紧机构的性能，但是由于定位、夹紧机构自身结构特点，无法解决非线性定位误差和长焊缝料片的定位等问题。针对所研制的激光拼焊焊定位、夹紧机构的不足，结合国外相关先进技术，提出了一种新型激光拼焊定位、夹紧机构，对其结构和原理进行介绍，并建立了其参数化三维模型。为了保证料片的准连续传输，采用了传输带和辊子的方式传输板材；设计了水平方向成α角，竖直方向共面的两个定位机构实现板材在传输过程中的定位；通过沿焊缝方向布置与传输方向成β夹角的压紧轮保证板材传输位置精度；采用焊缝碾压精密预成型机构降低非线性定位误差带来的间隙，保证了长焊缝激光拼焊的质量。新型激光拼焊定位、夹紧机构能完成任意长度和异形料片的定位与夹紧。非线性定位误差是制约长焊缝激光拼焊的瓶颈，焊缝碾压精密预成型是解决非线性定位误差的主要手段，为了指导焊缝碾压机构的设计，对焊缝碾压精密预成型原理与实现技术展开了深入研究：建立了碾压预成型数学模型；研究了碾压过程中金属塑性流动规律；研究了基于Kriging模型的机构优化方法建立全局优化模型，实现了碾压轮机构优化设计；提出了基于曲柄滑块原理的碾压轮机构，碾压轮和薄板压紧轮同轴并采用两端支撑，提高了碾压机构刚度并实现薄板压紧轮与碾压轮竖直方向相对位置的调节，以适应不同板厚差板材焊缝的碾压预成型。以上述理论为指导，建立了碾压预成型试验平台，碾压试验结果表明：碾压预成型机构能够有效解决超长焊缝非线性定位误差问题，能够消除最大为0.3mm的焊缝间隙。本文研究了激光拼焊定位、夹紧机构误差对焊接质量的影响及其误差补偿方法。通过工艺试验研究，建立了机构误差对焊缝界面形状影响的数学模型，完善了激光焊接工艺对机构误差的补偿机制，研究了碾压在激光拼焊中的特点及作用。

激光拼焊焊缝质量在线检测技术研究

激光拼焊作为一种新的高质量焊接技术，已经广泛应用于汽车，航空、造船等领域，对提高我国装备制造水平有重要意义。激光拼焊过程中由于焊接装置与焊接工艺的一些时变因素，导致焊接质量存在一定波动，因此，必须对焊缝进行在线实时质量检测，这不仅可以保证焊接质量，而且有助于实现焊接的自动化。目前，国外成熟的激光拼焊系统中，焊缝质量实时检测技术已经成为实现激光拼焊自动化的关键部分。但该项技术国内目前仍处于研究阶段。因此，研制应用于激光拼焊的焊缝质量实时检测系统，实现焊接过程的自动化在学术理论性及工程应用性上具有重要研究意义。本文以激光拼焊为背景，针对激光焊接焊缝质量检测中存在的科学问题和实际应用需求，参考了国外先进的焊缝质量检测系统，应用机器视觉原理对焊缝质量检测方法进行了研究。 本文首先介绍了基于结构光视觉检测原理建立的焊缝质量检测系统。其次重点研究了焊缝质量检测系统的图像处理算法。图像处理算法是整个检测系统的核心内容，其处理的速度与精度直接影响到系统的实时性与准确性。本文依据ISO13919-1 B级焊缝质量标准设计了基于结构光的焊缝图像处理算法。算法主要分三步：首先准确提取结构光光纹中心线，其次提取光纹中心线特征点，最后，根据光纹的几何形状以及所提取的特征点，计算焊缝缺陷参数。第二部分系统介绍了结构光视觉传感器的标定原理及方法，针对激光拼焊焊缝质量检测应用需求，研究了焊缝质量检测视觉传感器直接标定方法。并设计了标定方法的具体实现，通过在局部区域建立光平面到像平面之间的线性函数关系，像平面中的任意一个像点对应的物理坐标，可以通过线性插值算出。实验结果表明，标定精度可以满足激光拼焊质量检测系统的精度要求，且便于工程实现。第三部分针对激光拼焊质量检测需求，进行了焊缝质量检测系统的软、硬件设计及实现。重点研究了软件实现中的一些关键问题，如Windows实现检测系统的方法，进程、线程的优先级，三维重建等。最后在该检测系统实验平台上进行了图像处理算法的精度与速度的验证，实验结果表明图像算法结果满足系统要求。最后，本文对所做的研究工作进行了总结，并对今后的工作进行了展望。

Hybrid organic-inorganic phenyl monolithic column for capillary electrochromatography

A novel hybrid organic-inorganic silica-based monolithic column possessing phenyl ligands for reversed-phase (RP) capillary electrochromatography (CEC) is described. The monolithic stationary phase was prepared by in situ co-condensation of tetraethoxysilane (TEOS) with phenyltriethoxysilane (PTES) via a two-step catalytic sol-gel procedure to introduce phenyl groups distributed throughout the silica matrix for chromatographic interaction. The hydrolysis and condensation reactions of precursors were chemically controlled through pH variation by adding hydrochloric acid and dodecylamine, respectively. The structural property of the monolithic column can be easily tailored through adjusting the composition of starting sol solution. The effect of PTES/TEOS ratios on the morphology of the created stationary phases was investigated. A variety of neutral and basic analytes were used to evaluate the column performance. The CEC columns exhibited typical RP chromatographic retention mechanism for neutral compounds and had improved peak shape for basic solutes.