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基于目标检测技术的铁谱磨粒特征提取及分析方法研究

基于目标检测技术的铁谱磨粒特征提取及分析方法研究

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作者：吕鑫中国矿业大学

学位级别：硕士

铁谱分析技术是一种从润滑油或液压油中分离、检测和分析磨损颗粒的油液分析技术,可以对设备的磨损状态进行监测诊断。磨粒图像分析是铁谱分析的关键,本文针对传统磨粒识别及分析方法的不足,以旋转式铁谱仪制备的谱片为研究对象,采用目... 详细信息

铁谱分析技术是一种从润滑油或液压油中分离、检测和分析磨损颗粒的油液分析技术,可以对设备的磨损状态进行监测诊断。磨粒图像分析是铁谱分析的关键,本文针对传统磨粒识别及分析方法的不足,以旋转式铁谱仪制备的谱片为研究对象,采用目标检测技术,实现了铁谱磨粒自动识别与特征提取分析,提高了铁谱分析的效率。结合旋转式铁谱仪的工作原理和磨粒的沉积规律,对其谱片上磨粒的沉积行为进行了研究。利用COMSOL多物理场仿真软件的磁场物理接口对磁头的磁场分布进行了仿真分析,同时结合受力分析,对磨粒在旋转式铁谱片上的等几率沉积规律作了探究,分析了谱片上磨粒的分布特征。基于磨屑群理论,构建了适用于旋转式铁谱片的实用磨屑群,规划出整张谱片的磨粒群体特征分析区域,并确定了整张谱片磨粒图像拍摄所需的视场数。根据磨粒分类对磨粒图像进行了整理,确定了本文所要检测的5种异常磨粒,再借助数据增广技术制作出适用于磨粒检测的训练数据集。针对磨粒图像特点,选择综合效果突出的Faster R-CNN目标检测算法作为基础框架,利用MATLAB深度学习工具箱进行开发,构建出适用于铁谱磨粒检测的目标检测模型WP-Faster R-CNN。基于迁移学习技术,从训练方法、初始学习率调整、锚框大小修改等多个角度进行超参数优化,提高了磨粒目标检测模型的性能。最后通过实验对比分析,证明本文构建的WP-Faster R-CNN模型能够对各类磨粒图像中的异常磨粒进行较好的检测识别,同时检测速度也较快。基于K均值颜色聚类分析方法去除磨粒图像的背景,并采用二次遍历区域标记法对去除背景的磨粒图像进行了分割,最终得到单个磨粒的图像。根据磨粒群体特征分析方法思想和磨粒图像显著性特点,定义了本文所要提取的磨粒图像群体特征参数。对提取的磨粒图像群体特征参数进行处理,采用二级模糊综合评判方法,确定了各类磨粒的特征参数在不同磨损阶段的隶属函数,最终建立了磨粒图像群体特征参数描述体系,实现了铁谱定性分析的量化处理。利用MATLAB软件的APP Designer工具箱设计了铁谱磨粒检测与特征分析系统。通过工况模拟试验测试表明,该系统可以利用训练好的目标检测模型对磨粒图像中的异常磨粒进行检测识别,并基于建立的磨粒图像群体特征参数描述体系,实现对设备磨损工况的判别。该论文有图66幅,表21个,参考文献99篇。

关键词：旋转式铁谱片磨粒沉积规律磨粒图像目标检测特征提取分析

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旋转式铁谱谱片磨粒参数显微镜自动测试系统研究

旋转式铁谱谱片磨粒参数显微镜自动测试系统研究

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作者：李林宁中国矿业大学

学位级别：硕士

铁谱量化分析技术作为油液分析技术的重要分支之一,在大型机械设备状态监测和故障诊断中有着广泛应用。其中,旋转式铁谱仪制作的谱片蕴含的机械磨损的信息量大,对处于恶劣环境下的矿山机械,分析效果更为显著,但目前仍存在人工分析效率... 详细信息

铁谱量化分析技术作为油液分析技术的重要分支之一,在大型机械设备状态监测和故障诊断中有着广泛应用。其中,旋转式铁谱仪制作的谱片蕴含的机械磨损的信息量大,对处于恶劣环境下的矿山机械,分析效果更为显著,但目前仍存在人工分析效率低、工作量大,以及分析结果不够全面等问题。为此,本文根据铁谱定量分析要求,设计了一套旋转式铁谱谱片磨粒参数显微镜自动测试系统。根据旋转式铁谱仪磁头结构,对制谱过程中铁磁性磨粒的受力情况进行分析,探究磨粒在磁头表面沉积位置的影响因素。利用ANSYS软件对磁头表面的磁场分布进行仿真分析,推导出磨粒在磁头表面的等几率沉积规律。基于磨屑群理论,在旋转式铁谱谱片上构造出适于检测分析的磨屑群,并确定了相应的定量分析参数和测试路径。针对谱片磨粒的定量分析参数和测试路径,设计由磨粒光密度采集、图像采集和载物台驱动等模块组成的自动测试系统。其中,光密度采集模块由透射光源、光电传感器、信号处理模块和数据采集卡组成,实现磨粒覆盖率信息采集;磨粒图像采集模块通过微距摄像头实现图像实时采集;载物台驱动模块由电动载物台、运动控制卡和驱动器组成,实现谱片视场的自动定位采集。同时,对磁头和载物台加以改进,分别在磁头和移动平台上设计谱片定位立柱与定位槽,以谱片磨粒沉积环中心为基准实现各采集视场定位。开发基于Labview的测试系统软件,根据旋转式谱片的磨粒信息采集路径,采用多线程技术,实现对载物台的运动控制,以及磨粒覆盖率信息和磨粒图像信息的采集、处理与分析,并自动完成磨粒变化趋势分析和磨损程度判断。通过中间文件传递参数法将Matlab磨粒图像处理功能集成到测试系统软件,实现图像中磨粒尺寸与磨粒数量的统计功能。对所设计的测试系统进行实验标定,从线性度、分辨力等方面评定系统的静态特性,并进行重复性实验检验测试系统的综合性能。在此基础上,采用测试系统对工况模拟实验获取的油样进行监测,完成工况判别实验,结果表明,所开发的自动测试系统能够实现旋转式铁谱谱片磨粒覆盖率信息和磨粒图像的自动采集处理,高效准确地判别机械设备的磨损程度,能够有效监测机械设备的摩擦磨损工况。

关键词：铁谱定量分析磨粒沉积规律自动测试系统磨粒覆盖率磨粒图像

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