超塑自由胀形曲面分析及超塑胀形实验研究

摘要

超塑胀形是超塑性成形的重要工艺之一，是一种先进制造技术。超塑胀形在超塑性力学的理论研究和实际生产应用中都占有重要的地位，然而目前超塑胀形理论并不完备，仍需要更加深入的研究，如何研制高精度的超塑胀形实验装置及胀形件图像测量装置已显得非常重要。
　　 本文主要针对超塑胀形装置的改进设计、图像测量装置的设计、图像处理过程、胀形件曲面分析等内容作了以下工作：
　　 1.设计了利用PLC控制液压机自动压边装置，编写了PLC程序，使胀形实验压边装置的控制更加方便，提高了装置的自动化程度；
　　 2.对实验装置进行了改进设计，使加热系统由炉外单一加热改为炉外、炉内加热同时进行，提高了热效率。所需设备简单、易于操作，降低了设计成本；
　　 3.对控制系统作了重新设计，使用温控仪直接控制气体温度，从而减少了单片机的控制任务，使单片机对胀形气体压力的实时控制更加精确，提高了实验精度；
　　 4.对超塑胀形图像测量装置总体设计、图像测量硬件组成、图像测量基本原理作了具体的介绍；对超塑胀形边缘轮廓图像标定及图像处理过程作了详细的分析；
　　 5.对超塑胀形边缘轮廓曲线拟合作了详细分析，并对用拟合曲线进行胀形曲面分析作了详细介绍。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超塑胀形实验研究的意义

1.3 超塑胀形的国内外研究现状

1.3.1 国外超塑胀形装置研究状况

1.3.2 国内超塑胀形装置研究状况

1.3.3 国内其他研究人员对装置的研究状况

1.4 选题的目的和意义

1.5 主要研究内容

第2章 超塑胀形实验装置及控制系统

2.1 装置总体设计和装置控制系统

2.1.1 装置总体设计

2.1.2 装置控制系统

2.2 液压机的选型及改造

2.2.1 液压机结构

2.2.2 液压机液压系统

2.2.3 液压机控制系统设计

2.3 氩气净化系统

2.4 加热系统设计

2.4.1 高温气体加热装置

2.4.2 上下加热板和施压腔背压腔加热装置

2.5 温度测控系统

2.5.1 温控仪工作原理

2.5.2 温控系统硬件设计

2.5.3 温控系统通信协议设计

2.5.4 温度PID控制的原理和特点

2.6 加载系统的设计

2.6.1 上下进气系统

2.6.2 气体压力调节系统设计

2.7 压力测控系统

2.7.1 单片机压力控制系统硬件设计

2.7.2 单片机压力控制系统软件设计

2.7.3 单片机压力实时控制的实现

2.8 人机界面设计

2.9 通讯系统设计

2.10 小结

第3章 超塑非球面自由胀形图像测量

3.1 图像测量概述

3.1.1 图像测量技术

3.1.2 图像测量的目的、方法及应用领域

3.1.3 图像测量的主要内容

3.2 图像测量基本原理

3.3 图像测量硬件系统

3.3.1 摄像机选型

3.3.2 镜头选择

3.3.3 光源选择

3.4 图像标定与测量分析

3.4.1 摄像机标定

3.4.2 成像测量分析

3.5 图像处理的基本过程

3.5.1 边缘检测

3.5.2 边缘精确定位（亚像素技术）

3.6 胀形件极点高度测量

3.7 胀形件边缘轮廓测量

3.8 影响图像检测精度的主要因素

3.8.1 成像系统分辨率

3.8.2 成像系统的几何畸变

3.8.3 成像系统的噪声

3.8.4 视频图像采集的像素抖动

3.8.5 图像处理算法的影响

3.8.6 标定误差的影响

3.8.7 拼接误差的影响

3.8.8 特征量测量的误差

3.9 本章小结

第4章 超塑自由胀形曲面分析

4.1 非球面超塑自由胀形的基本概念

4.2 曲线拟合

4.2.1 Origin pro 8.0软件

4.2.2 曲线拟合（回归）概述

4.2.3 曲线拟合方法介绍

4.3 非球面边缘轮廓曲线拟合

4.3.1 绘制边缘轮廓曲线

4.3.2 边缘轮廓曲线方程的回归（拟合）

4.4 非球面边缘轮廓曲线相关参数的计算

4.4.1 几何参数ρθ、ρs及N的计算

4.4.2 变形参数εt、εs、εθ的计算

4.5 本章小结：

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果