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基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1834-1844页

作者：邓飞跃蔡毓龙王锐郑守禧石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处... 详细信息

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处理方法,消除不同类别数据样本不均衡的影响,提高图像数据集质量;其次,基于卷积与自注意力融合思想,设计了VGG与Transformer双分支并行融合网络(VGG and Transformer parallel fusion network,VTPF-Net),综合获取图像全局轮廓特征与局部细节特征信息;再次,构建了多尺度膨胀空间金字塔卷积(Multiscale dilation spatial pyramid convolution,MDSPC)模块,利用多尺度膨胀卷积递进融合充分挖掘特征图中多尺度语义特征;最后,基于NEU-DET图像缺陷数据集与自建列车轮对轴承图像数据集进行了实验分析.结果表明,所提模型对NEU-DET数据中6类缺陷图像与轮对轴承4类故障图像的识别准确率分别为99.44%与98%,能够较为准确识别不同损伤类型图像样本,在不明显增加模型复杂度基础上各项评价指标要显著优于当前CNN模型、自注意力机制ViT模型以及CNN-Transformer融合模型.

关键词：轮对轴承损伤识别卷积网络 Transformer网络多尺度特征

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基于无监督学习的金属表面高光去除算法研究

西北工业大学学报 2024年第4期42卷 744-752页

作者：成懋李炳燃陈炜铧洪海波薛静西北工业大学软件学院陕西西安710072 清华大学机械工程系北京100084 上海航天精密机械研究所上海201699

金属材料表面的高光会严重破坏图像的连续性,产生一定的伪边缘,导致高光区域的纹理细节减弱甚至消失,干扰后续表面的区域分割和缺陷检测等操作。针对现有高光去除方法效率低、损失大、易失真、金属高光数据难标定等问题,提出了一种基于... 详细信息

金属材料表面的高光会严重破坏图像的连续性,产生一定的伪边缘,导致高光区域的纹理细节减弱甚至消失,干扰后续表面的区域分割和缺陷检测等操作。针对现有高光去除方法效率低、损失大、易失真、金属高光数据难标定等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的无监督感知增强网络模型。使用生成对抗的方法生成大量拥有高光特征信息的金属图像,用于增加训练集中高光金属图像数据集的数量;在上下文聚合网络中引入细节增强模块(detail enhance model,DEM)和色彩增强模块(color enhance model,CEM)提高低分辨率权重图中的特征细节保留率;评估函数采用多尺度结构相似性函数代替原有结构相似性函数,解决在图像尺寸过大时细节不敏感的问题。实验表明,所提模型相比其他多曝光图像融合模型,在融合速度领先情况下,融合图像的互信息和平均梯度等评估指数提升10%左右,能够保留更多的纹理特征信息。

关键词：高光去除无监督学习 MEF 图像融合感知增强

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含分段阻尼特性动力吸振器的吸振性能

振动工程学报 2024年第6期37卷 945-953页

作者：卢学礼邢海军阮子悦石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

利用凸轮机构设计了一种分段阻尼装置。以传统Voigt型动力吸振器为基础,将该装置安装于动力吸振器的主系统与子系统之间,建立了吸振器的动力学方程。利用在一个振动周期内阻尼耗能等效这一原理,在相同振动频率下得到了分段阻尼装置的等... 详细信息

利用凸轮机构设计了一种分段阻尼装置。以传统Voigt型动力吸振器为基础,将该装置安装于动力吸振器的主系统与子系统之间,建立了吸振器的动力学方程。利用在一个振动周期内阻尼耗能等效这一原理,在相同振动频率下得到了分段阻尼装置的等效阻尼系数。推导得出了具有分段阻尼特性的动力吸振器的理论解,并用数值解进行了验证。比较分析了无阻尼、传统线性阻尼及具有分段阻尼特性的动力吸振器的吸振特性。结果表明,具有分段阻尼特性的动力吸振器的幅频特性综合了无阻尼和传统线性阻尼动力吸振器的特点,能保证反共振点处主系统的振幅很低,同时对主系统的共振振幅的抑制效果接近于传统线性阻尼动力吸振器。

关键词：动力吸振器分段阻尼共振反共振能量等效

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面料堆垛非接触式分层吸附工艺模型与系统构建

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纺织学报 2024年第5期45卷 209-217页

作者：马梓鸿陈慧敏丁孟孟岳晓丽东华大学机械工程学院上海201620

针对因面料柔软、透气导致面料堆垛难以自动分层抓取、移送的问题,探讨了利用非接触式吸附技术进行面料堆垛分层的可行性。考虑面料悬垂特性、堆垛内气体流动压力损失和层间静电力等因素,构建了伯努利非接触式堆垛分层吸附力理论模型。... 详细信息

针对因面料柔软、透气导致面料堆垛难以自动分层抓取、移送的问题,探讨了利用非接触式吸附技术进行面料堆垛分层的可行性。考虑面料悬垂特性、堆垛内气体流动压力损失和层间静电力等因素,构建了伯努利非接触式堆垛分层吸附力理论模型。为验证该模型的有效性和非接触式吸附系统的可靠性,进行了吸附力测试以及面料堆垛分层吸附试验。结果表明,所构建的吸附力理论模型与通用模型的结果偏差为26.17%;模型计算所得吸附力变化趋势与试验结果一致,数值与试验结果相差9.4%;利用模型计算所得工艺参数对面料堆垛进行分层吸附的成功率可达93%,所构建的吸附工艺模型与系统的有效性和可靠性较高。

关键词：服装生产面料堆垛非接触式吸附技术吸附力堆垛分层

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热转印系统色带传动过程张力分析与建模

纺织学报 2024年第9期45卷 228-234页

作者：吴建忠徐洋盛晓伟东华大学机械工程学院上海201620

为保证热转印过程中薄膜色带传动稳定进而实现高质量转印,建立正确的热转印色带传动张力模型十分关键。首先,研究了热转印色带传动系统组成及转印原理,并根据色带传动路径分辊间段、放卷段和收卷段3阶段对色带传动系统张力进行了建模与... 详细信息

为保证热转印过程中薄膜色带传动稳定进而实现高质量转印,建立正确的热转印色带传动张力模型十分关键。首先,研究了热转印色带传动系统组成及转印原理,并根据色带传动路径分辊间段、放卷段和收卷段3阶段对色带传动系统张力进行了建模与分析。然后,结合热转印色带卷材的黏弹性分析张力形成机制,改进了卷绕系统经典张力公式,建立了辊间段薄膜色带张力模型。针对传动系统的放卷区域,分析了摩擦对薄膜色带传动张力的影响,提出张力下降系数以评估张力损失。考虑色带张力非线性时变的特点,利用步进电动机负载模型求解收卷区域色带张力。最后,通过对比仿真与实验所得的色带张力变化曲线,验证了模型的准确性,为后续张力控制方案设计奠定了基础。

关键词：热转印薄膜色带张力建模黏弹性张力下降系数非线性时变

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血管支架预制件的六角形三维虚拟编织

纺织学报 2024年第3期45卷 65-73页

作者：丁彩红顾馨卢晨雨东华大学机械工程学院上海201620

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工... 详细信息

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工序转换为不同时刻下携纱器在底盘上的XY平面坐标和运动信息以及纱线在芯棒上的高度坐标z值,并应用数值计算方法进行连接和拟合,建立纱线空间轨迹的数学模型,得到虚拟支架的三维基本形态。然后,将编织支架的三维形态展开为二维形态,分析二维平铺形态下单向支架沿螺旋方向缠绕的特点,应用线性方程组求解纱线的交织点坐标,并通过层内和层间的纱线交织关系判断得到各交织点的交织类型。最后,通过方程修正得到具有六角形编织特征的纱线波动方程,进一步建立了具有纱线立体交织特征的虚拟支架实体化数学模型。经不同编织工艺的支架虚拟仿真实验,将虚拟支架与其实物进行比较发现,虚拟支架均能准确直观地表达实物的几何特征和交织特征。由此验证了虚拟仿真建模的正确性,有利于六角形三维编织工艺的快速开发。

关键词：六角形三维编织血管支架虚拟编织单向管状织物交织判断

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移动机械臂牵引卷装纱线的动态建模与控制

纺织学报 2024年第1期45卷 1-11页

作者：许高平孙以泽东华大学机械工程学院上海201620

随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一... 详细信息

随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一种集成机器人避障运动规划策略的卷装纱线牵引操纵控制框架。构建了卷装纱线系统的动力学模型,解析了机器人与纱线间的运动耦合关系和机器人牵引纱线的运动控制方程,提出了基于纱线轴向应变约束的改进自适应引导快速扩散随机树算法,保障机器人避障运动的同时防止纱线被过度拉伸。通过数值仿真验证了该控制框架的有效性,实现了机械臂对卷装纱线从起点到目标点的无碰撞柔顺牵引操纵。

关键词：纱线动力学卷装线头牵引移动机械臂自适应引导快速扩散随机树算法避障规划智能制造

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卫星舱体振动能量传递特性分析

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 60-66,197页

作者：崔征徐洋申妍尹显波东华大学机械工程学院上海201620

将结构声强法引入卫星振动传递分析领域,研究飞轮扰动下卫星舱体结构的振动能量传递规律,辨识主导传递路径和波形。根据等效板理论对舱体结构蜂窝板等效并建立有限元模型,通过测力平台获取飞轮扰动力和力矩进行激励加载,结合命令流进行... 详细信息

将结构声强法引入卫星振动传递分析领域,研究飞轮扰动下卫星舱体结构的振动能量传递规律,辨识主导传递路径和波形。根据等效板理论对舱体结构蜂窝板等效并建立有限元模型,通过测力平台获取飞轮扰动力和力矩进行激励加载,结合命令流进行数据提取,利用结构声强法获得振动能量并将其传递过程以流线云图方式呈现,实验也验证了蜂窝耦合结构振动能量流计算的正确性。通过对模型上能量流动分析,对振源到相机安装区域的传递路径进行划分,对比各路径不同波形的净传递比及振动总能量,分析不同路径上波形参与能量传递情况,确定主要传递路径及波形。结果表明:从左隔板传递到相机区域的总能量最大;4条路径中纵波的净传递比均大于0.68,为参与能量传递的主要波形;振源及相机安装区的弯曲波能量最大,纵波、剪切波起到能量传递及转化的作用。

关键词：卫星舱体振动能量结构声强传递路径振动波

基于超图嵌入的行车故障多元关系知识表示方法

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计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 445-459页

作者：张飞周彬鲍劲松李心雨东华大学机械工程学院上海201620

鉴于常规知识图谱仅能处理二元关系,而故障知识包含大量“多现象—多原因—多方法”的多元耦合关系,强制转化将会破坏关系的完整性,造成严重的信息失真,为采用知识超图处理此类复杂多元关系以保证数据的完整性,设计了一种基于超图嵌入... 详细信息

鉴于常规知识图谱仅能处理二元关系,而故障知识包含大量“多现象—多原因—多方法”的多元耦合关系,强制转化将会破坏关系的完整性,造成严重的信息失真,为采用知识超图处理此类复杂多元关系以保证数据的完整性,设计了一种基于超图嵌入的行车故障多元关系知识表示方法。通过梳理行车故障单中现象、原因、方法等数据之间的多元关联,构建适用于表征多元耦合关系的行车故障本体模型,以该本体模型为知识超图的模式层建立行车故障知识超图;基于BERT模型和超图卷积网络获取故障知识的嵌入向量表示,并实现了相似故障检索。最后,以上海某钢铁公司收集的行车故障调查单为实例,验证了所提方法的有效性。

关键词：知识超图多元耦合关系知识表示图嵌入算法行车故障