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一种基于条纹相位特征的印刷电路板三维重建方法

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光学学报 2024年第14期44卷 144-153页

作者：吴福培彭俊龙叶玮琳郑志丹李昇平汕头大学工学院机械工程系广东汕头515063

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性,本文提出了一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先,基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则,进而合成高质量的... 详细信息

重建印刷电路板(PCB)表面元器件的三维形貌对确保其贴装质量具有重要意义。为提升PCB表面三维重建的精度和可靠性,本文提出了一种基于条纹相位特征的PCB三维重建方法。首先,基于自适应权重法建立多曝光图像的融合规则,进而合成高质量的条纹图像,并构建异步多频相移法以求解视场内各像素点的相位值;其次,针对结构光三角立体模型因标定误差而影响PCB重建精度的问题,由相机和结构光发生器视线映射关系建立高度重建模型;在此基础上,基于标准量块的测量值标定并拟合出最终的三维重建参数。实验结果表明,所提方法可有效提升高动态范围复杂表面的三维重建效果;在精度评价实验中,采用所提三维重建方法测量陶瓷标准球的平均直径误差为0.0188 mm,且能准确可靠地恢复PCB表面元器件的三维形貌,进一步检验了所提方法的有效性。

关键词：三维重建条纹结构光印刷电路板参数标定图像融合

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滑动轴承磨损智能诊断与寿命预测方法研究

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：代菁洲田凌韩天霖清华大学机械工程系

滑动轴承是现代机械设备的核心部件之一,在润滑不充分的情况下,轴承接触面易出现磨损退化,为设备运行带来极大安全隐患。为实现对滑动轴承磨损智能诊断与寿命预测,该文设计并建立了滑动轴承磨损试验台,开展了滑动轴承磨损退化试验和振... 详细信息

滑动轴承是现代机械设备的核心部件之一,在润滑不充分的情况下,轴承接触面易出现磨损退化,为设备运行带来极大安全隐患。为实现对滑动轴承磨损智能诊断与寿命预测,该文设计并建立了滑动轴承磨损试验台,开展了滑动轴承磨损退化试验和振动测量试验,得到不同磨损深度下的轴承振动信号,并构建了时域、频域、非线性结合的多域特征,可有效表征轴承磨损退化信息;提出了基于稀疏相关向量迭代指数退化的预测方法,对新输入的振动信号进行定量的磨损深度诊断,并基于历史数据的稀疏相关向量加权拟合退化模型,进行磨损趋势预测。试验证实了所提方法能够有效支持滑动轴承磨损状态的智能诊断与寿命预测。

关键词：滑动轴承磨损振动信号智能诊断寿命预测

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机匣类工件五轴铣削工艺系统的刚度建模技术

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1435-1444页

作者：赵彤卞鹏锡王永飞张毅博清华大学机械工程系北京100084 北京动力机械研究所北京100074

为了探究机匣类工件五轴铣削工艺系统因刚度不足引起的加工振动问题,该文针对KMC600SU机床、刀具、薄壁类零件及其夹具组成的整体工艺系统进行了建模分析。首先通过有限元分析和锤击实验,确定了工件和刀具部分的动刚度特征和测量方式;... 详细信息

为了探究机匣类工件五轴铣削工艺系统因刚度不足引起的加工振动问题,该文针对KMC600SU机床、刀具、薄壁类零件及其夹具组成的整体工艺系统进行了建模分析。首先通过有限元分析和锤击实验,确定了工件和刀具部分的动刚度特征和测量方式;然后基于悬挂式电磁激振器的机床动刚度测量装置和XGBoost模型,建立了包含五轴数控机床位姿信息的机床动刚度模型,并通过有限元仿真建立了刀具、零件及夹具的动刚度模型;接着利用刚度串联理论和坐标变换完成对整体工艺系统的动刚度建模。在此基础上,建立一种可以通过铣削实验测量工艺系统动刚度的XGBoost模型,以获取新的工艺系统动刚度数据;最后采用自适应等弦高欠采样算法对已有的工艺系统动刚度模型进行校准和迭代。结果表明该文建立的工艺系统动刚度模型的误差率满足3σ原则。

关键词：工艺系统机床动刚度建模机器学习

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基于条纹结构光特征提取的三维重建方法

计算机集成制造系统 2024年

作者：吴福培彭俊龙乐聪李昇平汕头大学机械工程系

重建印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)元器件的表面三维形貌对检测其贴装质量具有重要意义；然而，因元器件表面特征和颜色分布的随机性，往往难以准确恢复其表面形貌。为此，论文提出了一种基于条纹结构光特征提取的三维重建方法... 详细信息

重建印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)元器件的表面三维形貌对检测其贴装质量具有重要意义；然而，因元器件表面特征和颜色分布的随机性，往往难以准确恢复其表面形貌。为此，论文提出了一种基于条纹结构光特征提取的三维重建方法。首先，引入曝光系数并建立多重曝光图像合成规则，进而获取曝光均匀的编码图案，并建立十二步相移法求解其像素点的相对相位。其次，通过格雷码辅助编码法求解出目标的绝对相位。在此基础上，提出自适应相位滤波方法，进而结合邻近点相位对绝对相位异常点进行估计补偿，从而实现异常相位的修正。最后，结合标定结果重建PCB表面三维形貌。实验结果表明：论文所提方法可有效提高求解复杂表面相位的准确率，且能准确可靠地恢复PCB 表面元器件的三维形貌，检验了所提方法的有效性。

关键词：三维重建印刷电路板结构光格雷码图像处理

基于深度强化学习算法的纯电动矿用汽车再生制动策略研究

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工程科学学报 2024年第3期46卷 503-513页

作者：杨威威罗登昊张文明北京科技大学机械工程学院车辆工程系北京100083

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度... 详细信息

以载重50 t纯电动矿用汽车为研究对象,提出了一种基于深度强化学习优化算法的再生制动回馈策略.首先建立了纯电动矿用自卸车的数学模型.随后提出了一种考虑载重和坡度变化的基于自动熵调节Soft actor-critic (SAC)和深度确定性策略梯度算法(DDPG)的能量管理策略.其中车速、加速度、车辆质量与道路坡度、动力电池荷电状态(SOC)及充放电倍率作为状态变量;变速箱挡位作为动作变量;动力电池SOC及电池寿命作为奖励函数.仿真结果表明,基于动态规划的控制策略和所提出的基于SAC算法与基于DDPG算法的优化控制策略回馈效率分别提高了18.15%、17.18%和16.63%,电池寿命分别提升了57.31%、56.87%和57.38%.最后通过比较两种基于深度强化学习算法策略的奖励曲线,可以看出与基于DDPG算法的控制策略相比,所提出的基于SAC的能量管理控制策略的收敛速度提升了166.7%.

关键词：纯电动矿用汽车再生制动电池寿命控制策略强化学习

大型游乐设施多姿态假人下肢省力驱动设计研究

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机械工程学报 2024年第1期60卷 352-360页

作者：李永辉卢文秀清华大学机械工程系北京100084 北京宇航系统工程研究所北京100076

为解决大型游乐设施传统检测方法可靠性低,进口假人与测试场景不匹配的问题,基于我国人体特征设计了多姿态假人下肢模型,以准确评估危险运行区间。对不同驱动模型进行运动学和动力学分析,基于Lagrange方程和动态静力分析法建立了驱动力... 详细信息

为解决大型游乐设施传统检测方法可靠性低,进口假人与测试场景不匹配的问题,基于我国人体特征设计了多姿态假人下肢模型,以准确评估危险运行区间。对不同驱动模型进行运动学和动力学分析,基于Lagrange方程和动态静力分析法建立了驱动力矩与腿部转动角度之间的关系,确定了下肢仿人1:1模型的低力矩驱动方案;利用传感器获取角度数据,分析了人体姿态调整规律,从而确定了下肢模型的运动参数,进一步通过微控制单元实时获取和调整模型姿态数据,实现了假人站姿和坐姿的转变。实验结果表明:间接驱动机构的驱动力矩约为直接驱动力矩的1/4,实现了低力矩电机驱动大力矩下肢模型;间接驱动模型主动构件运动非线性,通过轨迹规划结合PID控制实现了姿态调整过程的非线性驱动和平滑启停。

关键词：假人下肢模型力矩动态静力分析仿生机构轨迹规划

蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离

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发光学报 2024年第4期45卷 681-687页

作者：项文辞孙浩王思博周慧莲帅凌霄叶云霞张韵江苏大学机械工程学院光电信息科学与工程系江苏镇江212013

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行... 详细信息

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离,并成功转移至Si衬底,形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现,当超快激光能量密度在1.3 J/cm^(2)附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层,且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明,剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放,从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I-V性能测试,5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA,光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究,为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑,有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。

关键词： LED 超快激光图案化蓝宝石半极性面氮化镓

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轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计

机械工程学报 2024年第11期60卷 145-155页

作者：何华刘全申屠舒展宫昭清华大学机械工程系北京100084 中国机械工业集团有限公司北京100080

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿... 详细信息

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动,在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下,提升轨迹跟踪控制器的响应速度。研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律,提出以门限角度为分界的状态机,控制机器人对目标参数的响应顺序,减小跟踪过程误差。基于模糊控制器,实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节,有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差。通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性。

关键词：轮式移动机器人轨迹跟踪控制器模糊控制输入饱和状态机

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基于小波变换的地层旋回周期数字模型建立

数学的实践与认识 2024年

作者：郎君吕梁学院资源与机械工程系

地层中记录着丰富的地质时间信息.当地层年代资料缺乏或者精度很低的情况下,可以通过岁差周期、地轴斜率周期、短偏心率周期和长偏心率周期间特有的时间比例来识别地层中的米兰科维奇旋回.依据这种周期比例关系,构建一个具有相同比例关... 详细信息

地层中记录着丰富的地质时间信息.当地层年代资料缺乏或者精度很低的情况下,可以通过岁差周期、地轴斜率周期、短偏心率周期和长偏心率周期间特有的时间比例来识别地层中的米兰科维奇旋回.依据这种周期比例关系,构建一个具有相同比例关系的止弦或余弦周期函数来代表这种具有米氏周期的信号,进而进行米氏旋回研究.研究发现,当构建的信号序列长度及其采样间隔符合采样定理的要求时,无论信号序列的长度变长或变短,相同尺度小波值下周期特征相同,并且,随着采样密度的增大,对周期的刻画也越来越清晰.

关键词：米兰科维奇旋回小波变换信号曲线模极值