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成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复的影响

光学学报 2024年第8期44卷 150-159页

作者：夏晓华曹雨松向浩鸣袁述皓葛兆凯长安大学工程机械学院陕西西安710064

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主... 详细信息

为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律,明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施,在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上,利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序,重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律,并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度,建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式,为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明:焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数,在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数,且随着采样间距减小,最佳焦距增大,最佳F数减小;多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%,验证准确率为94.76%,可用于最佳景深的计算;采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度,为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。

关键词：机器视觉聚焦形貌恢复成像参数大深度物体重建精度

基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统设计

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中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 71-78页

作者：姜波郑雄斌周怡周同苏岩南京理工大学机械学院南京210094

为了提高科氏振动陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,设计了基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统。利用基于直接数字频率合成器(DDS)算法的数字锁相环实现对陀螺谐振频率和相位的跟踪,采用数字自动增益模块(AGC)实现驱动幅值的稳... 详细信息

为了提高科氏振动陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,设计了基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统。利用基于直接数字频率合成器(DDS)算法的数字锁相环实现对陀螺谐振频率和相位的跟踪,采用数字自动增益模块(AGC)实现驱动幅值的稳定控制。实验结果表明,通过DDS算法实现的闭环驱动系统具有更高的控制精度,驱动幅值变化的均方差缩小到0.0011 mV,幅度稳定性为183 ppm,谐振频率变化的均方差缩减至0.07 Hz,频率稳定性为3.48 ppm,陀螺仪驱动模态的幅值和频率控制精度得到了提高。

关键词：陀螺仪锁相环均方差频率稳定性

开放环境下钛合金激光熔覆的表面色差模型研究

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表面技术 2024年第7期53卷 156-163,199页

作者：朱清清张津超王恒曹宇鹏苏波泳花国然南通大学机械工程学院江苏南通226019

目的选择合适的工艺参数范围,在开放环境下获得性能良好的钛合金激光熔覆层。方法以氧含量衡量熔覆层的氧化程度,研究不同表面色差值下的氧含量的变化规律。以激光功率、扫描速度、送粉速率和气体流量为控制变量,利用分光测色仪检测熔... 详细信息

目的选择合适的工艺参数范围,在开放环境下获得性能良好的钛合金激光熔覆层。方法以氧含量衡量熔覆层的氧化程度,研究不同表面色差值下的氧含量的变化规律。以激光功率、扫描速度、送粉速率和气体流量为控制变量,利用分光测色仪检测熔覆层表面色差并以之来量化熔覆层表面颜色,以表面色差作为响应指标,基于响应面法建立熔覆层表面色差与熔覆工艺参数之间的数学模型。结果随着色差值的增加,熔覆层中的氧含量增加。激光功率对色差的影响要大于扫描速度,激光功率越大,色差值越大;低激光功率和高送粉速率可获得较小的色差值;扫描速度和送粉速率的交互作用对色差的影响较小;气体流量的变化对色差的影响较为显著,为了获得较小的色差,可增大气体流量。根据表面色差模型,当激光功率为950~1090W,扫描速度为5~7mm/s,送粉速率为1.15~1.65g/min,气体流量为24~32L/min进行工艺参数组合时,可获得满足熔覆条件的表面色差值。结论可用色差来表征熔覆层表面颜色,极限表面色差值为5.09,并得到了合适的激光熔覆工艺窗口。通过试验验证了模型所得预测值与实测值相吻合,证明了本文研究方法的有效性。

关键词：激光熔覆钛合金工艺参数响应面法表面色差开放环境

人工淹没空化射流喷丸强化7075铝合金性能分析

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表面技术 2024年第7期53卷 190-199页

作者：吴思豪杨勇飞施卫东王高伟伍祥龙吴锐南通大学机械工程学院江苏南通226019

目的利用喷丸强化技术提高材料的性能,延长零件的使用寿命。方法在人工淹没空化射流喷丸中,利用由2个具有大速度差的同心共流射流产生的剪切层引起的空化,在承受疲劳载荷或腐蚀环境的金属部件的表面层中引入压缩残余应力,从而实现冲击... 详细信息

目的利用喷丸强化技术提高材料的性能,延长零件的使用寿命。方法在人工淹没空化射流喷丸中,利用由2个具有大速度差的同心共流射流产生的剪切层引起的空化,在承受疲劳载荷或腐蚀环境的金属部件的表面层中引入压缩残余应力,从而实现冲击性能显著提高的新型喷丸强化技术。为了进一步验证人工淹没空化射流的强化性能,采用人工淹没空化射流喷丸对7075铝合金(Al7075)进行表面强化处理,研究不同扫描速度的人工淹没空化射流喷丸对其微观组织和力学性能的影响。观测不同扫描速度人工淹没空化射流喷丸下Al7075的表面形貌和粗糙度。结果在扫描速度为3.0mm/min时,粗糙度值约为1.27μm;在扫描速度为2.0 mm/min时,粗糙度值约为4.08μm;在扫描速度为1.0 mm/min时,粗糙度值约为12.35μm。测量了人工淹没空化射流喷丸冲击前后Al7075的残余应力和显微硬度沿深度方向的分布,研究并讨论了Al7075在人工淹没空化射流喷丸过程中的微观结构演变。结论人工淹没空化射流喷丸会在Al7075表面发生塑性变形,增加了表面粗糙度,且产生加工硬化。揭示了Al7075在塑性变形过程中的晶粒细化机制,旨在为获得高性能的Al7075提供一种新的表面强化方法。

关键词：人工淹没空化射流喷丸 7075铝合金显微硬度残余应力微观结构演化表面强化

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基于改进交替迁移学习的滚动轴承故障诊断算法

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振动与冲击 2024年第5期43卷 239-249页

作者：王鹏李丹青王恒南通大学机械工程学院江苏南通226019

针对不同型号滚动轴承监测信号之间特征分布差异大、故障数据样本少,导致轴承故障精度低的问题,提出了一种基于改进交替迁移学习的滚动轴承故障诊断算法。为了充分发挥卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)对二维数据优秀... 详细信息

针对不同型号滚动轴承监测信号之间特征分布差异大、故障数据样本少,导致轴承故障精度低的问题,提出了一种基于改进交替迁移学习的滚动轴承故障诊断算法。为了充分发挥卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)对二维数据优秀的特征提取能力,首先将一维振动信号转化为二维图像,输入到深度卷积神经网络中学习;其次,为了减少源域与目标域数据间的特征分布差异,提出了改进的交替迁移学习(improved alternately transfer learning, IATL),通过交替计算域间的CORAL损失函数和最大均值差异(maximum mean discrepancy, MMD)损失函数,并反向传播更新各层网络权重与偏置参数,以实现变工况、跨轴承型号和小故障样本条件下轴承特征迁移适配;最后,在全连接层使用Softmax函数对目标域数据进行故障诊断。为了验证该算法的有效性,采用凯斯西储大学(Case Western Reserve University, CWRU)的滚动轴承数据集进行了迁移试验验证。结果表明,与仅计算CORAL损失函数和MMD损失函数等算法对比可知,该算法有效地减少了领域数据之间的特征分布差异,具有较高的故障分类准确率。

关键词：滚动轴承故障诊断迁移学习(TL) 损失函数深度卷积神经网络

纳米级粗糙界面法向接触特性的分子动力学模拟

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中国表面工程 2024年

作者：吴兵孙韵韵巫世晶武汉大学动力与机械学院

精密仪器的应用推动了机械零部件的纳米化，然而关于纳米级粗糙形貌与接触参量之间映射关系的研究有限，且不同外加负载下粗糙界面接触参量的动态变化特性尚未完全被揭示。采用分子动力学方法研究纳米级粗糙界面的法向接触特性。首先，... 详细信息

精密仪器的应用推动了机械零部件的纳米化，然而关于纳米级粗糙形貌与接触参量之间映射关系的研究有限，且不同外加负载下粗糙界面接触参量的动态变化特性尚未完全被揭示。采用分子动力学方法研究纳米级粗糙界面的法向接触特性。首先，通过对表面功率谱密度函数进行逆傅里叶变换构建随机粗糙表面，建立具有纳米级粗糙度的铜-金刚石界面法向接触分子动力学模型。然后，从原子尺度模拟纳米级粗糙界面的法向动态接触过程，分析纳米级粗糙界面在不同外加负载作用下的动态变化特性，包括法向接触力、实际接触面积、界面等效变形量等关键参量。最后，模拟不同粗糙度的界面法向接触过程，建立等效接触变形量与实际接触面积间的映射关系。纳米级粗糙界面法向接触特性研究表明：接触界面粗糙形貌恒定时，法向接触力、实际接触面积、接触变形量与外加负载呈正相关；相同外加负载时，表面粗糙度的增加会使实际接触原子数量减少，进而导致法向接触力、实际接触面积和界面等效变形量的减小；原子间相互作用力和原子扩散效应直接导致接触参量的动态变化受表面形貌影响；实际接触面积随界面等效变形量呈非线性增长，且两者间存在幂律映射关系。通过分子动力学模拟，揭示纳米级粗糙界面实际接触面积与等效变形量之间的函数关系，研究成果可为微纳尺度界面接触研究提供理论参考。

关键词：接触界面纳米级粗糙度法向接触特性分子动力学模拟

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光谱响应曲线对双色法燃烧测量技术精度影响

洁净煤技术 2024年

作者：韩磊程勇朱宁静王哲黄志锋武汉大学动力与机械学院

化石能源是全球能源消费占比最高的能源，我国超一半的能源消费来自于煤炭，化石燃料燃烧时燃烧系统的温度场和燃烧介质的浓度分布直观反映了其是否充分燃烧，以及燃烧系统是否安全稳定运行。基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场... 详细信息

化石能源是全球能源消费占比最高的能源，我国超一半的能源消费来自于煤炭，化石燃料燃烧时燃烧系统的温度场和燃烧介质的浓度分布直观反映了其是否充分燃烧，以及燃烧系统是否安全稳定运行。基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场和烟黑浓度场测量，为认识燃烧规律和掌握燃烧状态发挥重要作用。已有工作大多忽略CCD相机的光谱响应特征，而将CCD相机各通道检测信号视为火焰在特定波长处辐射能量，给燃烧温度和烟黑浓度测量结果带来误差，并鲜有针对光谱响应曲线简化所引起测量误差的分析。通过模拟计算分析了形状、半宽、不对称性等不同光谱响应曲线参数对火焰温度及烟黑浓度重建精度的影响。结果表明，光谱响应曲线形状和半宽对重建精度影响较小，在无测量误差条件下，温度场平均重建误差均小于1%；当光谱响应曲线不对称或中心波长不准确时，重建结果误差明显增大，在无测量误差条件下，温度场平均重建误差可达2.4%。对CCD相机进行黑体炉及光谱响应曲线标定，通过CCD相机对乙烯层流扩散火焰进行实验测量发现，利用中心波长和利用实际光谱响应曲线测量结果具有明显偏差，最高温度和最大烟黑浓度偏差分别为4.74%和16.4%。

关键词：光谱响应曲线双色法温度场烟黑浓度场

人机协同装配多目标检测的改进YOLOv7算法

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机械科学与技术 2024年

作者：惠记庄丁凯长安大学工程机械学院

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensiona... 详细信息

针对人机协同装配环境复杂多变且装配零件尺度差异大、部分零件相似度高的特征，为保证人机协作装配过程中机器人准确抓取装配零件，提出了一种改进的YOLOv7模型来提高装配场景中多零件目标检测效果。首先，采用ODConv（Omni-Dimensional Dynamic Convolution）替换YOLOv7主干网络中的卷积层，使其能够自适应调整卷积核的权值，提取不同形状、大小的装配零件的特征。其次，在YOLOv7主干网络中引入SimAM（Selective Image Attention Mechanism）模块来减轻复杂多变的装配环境背景对零件检测准确率的影响。最后，使用Efficient-IOU替换原始的Complete-IOU来加速收敛，同时降低部分装配零件相似度高对检测准确率的影响。实验结果表明，该模型的平均准确率为93.4%，改进后的网络优于原始网络和其他目标检测算法。所提出的改进YOLOv7算法在保持高精度的同时具有较高的FPS，模型参数和计算量也相对较低，适合动态人机协同装配场景下实时目标检测要求。

关键词：人机协同装配 YOLOv7 注意力机制 E-IOU 装配零件检测多目标检测

HCS@TiO_(2)光催化复合材料的制备及其染料降解性能

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2534-2545页

作者：乔瑞泽侯斌林杰汪德昭高晓红南通大学纺织服装学院南通226019

为了获得性能更加优异的光催化材料,本文通过简单的湿化学法制备了空心碳球(HCS)@TiO_(2)光催化复合材料,并对其进行了表征。形貌与结构的表征结果显示,TiO_(2)纳米颗粒均匀地锚定在HCS表面,形成亲水性强、比表面积大、热稳定性优异的... 详细信息

为了获得性能更加优异的光催化材料,本文通过简单的湿化学法制备了空心碳球(HCS)@TiO_(2)光催化复合材料,并对其进行了表征。形貌与结构的表征结果显示,TiO_(2)纳米颗粒均匀地锚定在HCS表面,形成亲水性强、比表面积大、热稳定性优异的球形复合材料,HCS@TiO_(2)复合材料中TiO2的质量分数为80wt%;光电化学性质分析表明HCS@TiO_(2)复合材料禁带宽度更小,光响应范围更大,光生电子还原能力更强。在模拟太阳光下,以活性红195(RR195)为实验对象,测试制备的HCS@TiO_(2)复合材料的光催化降解染料的性能和循环稳定性。结果表明:HCS@TiO_(2)光生电子空穴对的分离效率更高,光催化活性优异,在120 min内染料降解率为95.36%,5次循环后仍高达93.34%,稳定性高,且易于回收。同时结合自由基捕获实验及电子顺磁共振光谱,对HCS@TiO_(2)光催化复合材料的光催化机制进行了探究,证实了·O_(2)^(-)在光催化反应体系中起主要作用。

关键词：湿化学法二氧化钛空心碳球光催化复合材料降解活性红195