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基于YOLO v5的直播油菜激光间苗系统设计与试验

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农业机械学报 2024年第4期55卷 40-52页

作者：张昌松李伟陕西科技大学机电工程学院西安710021

间苗是保证直播油菜增产的一项关键技术措施,为解决人工间苗劳动强度大、机械间苗不精确的问题,采用机器视觉的方式,基于深度学习算法YOLO v5平台,设计并搭建自动间苗装置。机器视觉系统评估幼苗种群的合理密植情况,间苗算法以间距和幼... 详细信息

间苗是保证直播油菜增产的一项关键技术措施,为解决人工间苗劳动强度大、机械间苗不精确的问题,采用机器视觉的方式,基于深度学习算法YOLO v5平台,设计并搭建自动间苗装置。机器视觉系统评估幼苗种群的合理密植情况,间苗算法以间距和幼苗叶展为评估标准,实现控制幼苗间距和筛选优质苗的功能。选用遗传算法对间苗行进路径进行规划,相较于未规划路径可缩短最低为50%的行进距离,最终采用激光器高温烧除的方式完成间苗作业。选取油菜苗作为试验材料,间苗阈值α是划定幼苗最小间距的参数,设置不同的间苗阈值α进行试验。结果表明,间除苗的数量随着间苗阈值α的增加而增加,幼苗平均密度下降的同时种群分布趋于均匀,对间除苗的叶展长度分类统计,α为0~75 mm时,间除苗叶展长度全部在0~20 mm范围;α为75~200 mm时,间除苗叶展长度为0~40 mm,其中叶展长度为20~40 mm的最高占比约为76%;α为200~350 mm时,间除苗叶展长度在40 mm以上的幼苗开始增加,最高占比约为14%,间除苗叶展长度梯次分布证明了间苗算法具备筛选优质苗的性能。间苗执行阶段耗时占据间苗作业总耗时的90%以上,以激光走线参数L、激光器功率P、间苗距离阈值为试验因素,三因素三水平正交试验结果表明:选择合适的激光走线参数L能有效提高间苗死亡率、降低间苗误伤率和减少间苗耗时,在参数L为30 mm、P为7.5 W、α为250 mm下开展土槽台架性能验证试验,激光间苗平均死亡率为93.29%,平均误伤率为5.19%,平均总耗时为15.19 min,为开发基于机器视觉的激光自动间苗机提供了理论基础和技术支撑。

关键词：油菜自动间苗 YOLO v5 激光器遗传算法

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可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

中国机械工程 2024年第4期35卷 656-665页

作者：张萌张松林刘玉为刘时成范鹏举陕西科技大学机电工程学院西安710016

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联... 详细信息

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分,分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程,在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优化。最后,搭建了压电驱动系统动态特性测试平台,测试了压电驱动系统的机械响应特性以及可调谐半导体激光器的输出光可调谐范围。实验结果表明,压电驱动系统一阶固有频率为2187 Hz,柔性机构最大轴心偏移量为0.947 mm。在可调谐半导体激光器无跳模调谐性能测试中,当调谐频率为20 Hz时,实现了103.5 GHz的无跳模调谐范围。

关键词：压电驱动系统柔性铰链优化设计可调谐半导体激光器

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基于低功率激光渗氮的TA1表面耐磨DM码标刻工艺研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：周斌李夏霜李桂峰孙凯张冬旭唐一博陕西科技大学机电工程学院

针对TA1表面溯源防伪DM(Data Matrix，简称DM)码易磨损的问题，在密闭氮气氛围下，采用低功率激光渗氮工艺在TA1表面制备涂层实现表面强化。探究了激光功率对TA1氮化层微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明，氮化层主要由T... 详细信息

针对TA1表面溯源防伪DM(Data Matrix，简称DM)码易磨损的问题，在密闭氮气氛围下，采用低功率激光渗氮工艺在TA1表面制备涂层实现表面强化。探究了激光功率对TA1氮化层微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明，氮化层主要由Ti N相构成，还存在少量的α-Ti相和β-Ti相，这表明在TA1表面该工艺有效实现了激光渗氮。且当激光功率为16W、扫描间距为0.03mm、频率为40Hz、扫描速度为25mm/s、补偿因子为0.04mm时，与基体相比较氮化层表面显微硬度提升了1.7倍，磨损体积下降98%，磨痕宽度与深度分别降低了83%和82%。最后，在最优激光氮化参数下分别在大气环境与氮气环境下激光标刻DM码，通过摩擦实验对DM码进行耐磨性评估，结果表明经过激光氮化的DM码与大气环境中标刻的DM码相比，平均摩擦系数减少了44.4%，磨痕宽度减少了55%,对比度增加了25%，并且氮气气氛中制得DM码识读等级为A级，而大气环境中为C级，表明激光氮化标刻工艺在保证DM码识读等级的基础上极大提高了DM码的硬度与耐磨性能。

关键词：激光渗氮 TA1 DM码表面技术摩擦学性能

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基于YOLOv5的激光间苗方法研究与试验

农业机械学报 2024年

作者：张昌松李伟陕西科技大学机电工程学院

间苗是保证直播油菜增产的一项关键技术措施，为解决人工间苗劳动强度大、机械间苗不精确的问题，采用机器视觉的方式，基于深度学习算法YOLOv5平台，设计并搭建自动间苗装置。机器视觉系统评估幼苗种群的合理密植情况，间苗算法以间距... 详细信息

间苗是保证直播油菜增产的一项关键技术措施，为解决人工间苗劳动强度大、机械间苗不精确的问题，采用机器视觉的方式，基于深度学习算法YOLOv5平台，设计并搭建自动间苗装置。机器视觉系统评估幼苗种群的合理密植情况，间苗算法以间距和幼苗叶展为评估标准，实现控制幼苗间距和筛选优质苗的功能。选用遗传算法对间苗行进路径进行规划，相较于未规划路径可缩短最低为50%的行进距离，最终采用激光器高温烧除的方式完成间苗作业。选取油菜苗作为试验材料，间苗阈值α是划定幼苗最小间距的参数，设置不同的间苗阈值α进行试验。结果表明，间除苗的数量随着间苗阈值α的增加而增加，幼苗平均密度下降的同时种群分布趋于均匀，对间除苗的叶展长度分类统计，α取0～75mm时，间除苗的叶展长度全部在0～20mm范围；α取75～200mm时，间除苗的叶展长度在0～40mm，其中叶展长度为20～40mm的最高占比约为76%；α取200～350mm时间除苗的叶展长度在40mm以上的幼苗开始增加，最高占比约为14%，间除苗的叶展长度梯次分布证明了间苗算法具备筛选优质苗的性能。间苗执行阶段耗时占据间苗作业总耗时的90%以上，以激光走线参数L、激光器功率、距离阈值α为试验因素，三因素三水平正交试验结果表明:选择合适的激光走线参数L能有效提高间苗死亡率、降低间苗误伤率和减少间苗耗时，在L为30mm、P为7.5W、α为250mm的参数下开展性能验证试验，激光间苗平均死亡率为93.29%，平均误伤率为5.19%，平均总耗时为15.19min，为进一步开发基于机器视觉的自动间苗机提供了理论基础和技术支持。

关键词：自动间苗 YOLOv5 激光器遗传算法

响应面法优化秋葵预制菜真空蒸汽脉动烫漂工艺

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真空科学与技术学报 2024年第6期44卷 511-520页

作者：袁越锦李颖徐英英李沈沈陕西科技大学机电工程学院西安710021

将真空蒸汽脉动烫漂技术应用到秋葵预制菜处理中,以色差、脆度、蛋白质含量、感官评分为指标,分别进行蒸汽烫漂单因素试验和四因素三水平响应面试验,通过响应面法分析烫漂真空度、烫漂温度、烫漂时间和脉动次数对综合评分的影响,建立二... 详细信息

将真空蒸汽脉动烫漂技术应用到秋葵预制菜处理中,以色差、脆度、蛋白质含量、感官评分为指标,分别进行蒸汽烫漂单因素试验和四因素三水平响应面试验,通过响应面法分析烫漂真空度、烫漂温度、烫漂时间和脉动次数对综合评分的影响,建立二次回归数学模型,对秋葵预制菜真空蒸汽脉动烫漂工艺参数进行优化。结果表明:各秋葵预制菜品质的影响顺序为烫漂时间>脉动次数>烫漂温度>烫漂真空度。最佳工艺参数:烫漂真空度0.04 MPa,烫漂温度108℃,烫漂时间70 s,脉动次数2次,此工艺条件下,色差值6.36,脆度1824.68,蛋白质含量1.66%,感官评分31,综合评分0.8795分。研究结果可为预制秋葵菜品的加工提供参考。

关键词：预制菜秋葵真空脉动蒸汽烫漂响应面分析

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搅拌摩擦加工增强LA103Z镁锂合金超塑性

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 763-776页

作者：宋文杰辛彬彬贺帅吴宗育杨光李誉之陕西科技大学机电工程学院西安710021 复旦大学材料科学系上海200438

利用搅拌摩擦加工(FSP)对热轧态LA103Z镁锂合金板材进行改性,研究了FSP-LA103Z合金在温度为200~350℃、应变速率为5×10^(−4)~1×10^(−2)s^(−1)时的超塑性变形行为,揭示了FSP-LA103Z合金的超塑性变形机制。结果表明:当在温度为300℃、... 详细信息

利用搅拌摩擦加工(FSP)对热轧态LA103Z镁锂合金板材进行改性,研究了FSP-LA103Z合金在温度为200~350℃、应变速率为5×10^(−4)~1×10^(−2)s^(−1)时的超塑性变形行为,揭示了FSP-LA103Z合金的超塑性变形机制。结果表明:当在温度为300℃、应变速率为1×10^(−3)s^(−1)时,FSP-LA103Z合金的伸长率约为430%,曲线为流变应力稳定型,该条件下的应变速率敏感系数m为0.55。在FSP-LA103Z合金的超塑性变形过程中,β-Li晶粒长大并重新排列,其晶界扭曲畸变;α-Mg相经析出、断裂、长大,呈等轴状或球状在晶界均匀分布,部分重新聚合;AlLi相的固溶析出促进位错滑移从而协调晶内变形。在变形前期,β-Li主导变形,细小α-Mg抑制β-Li生长。在变形后期,α-Mg主导变形,β-Li晶粒沿着拉伸方向规律排布,使得β/β界面阻力增大不利于变形。此时,FSP-LA103Z合金主要由α/β界面滑移及α-Mg晶粒转动协调变形,随着空洞的形核、长大、合并,最终导致板材断裂。

关键词：搅拌摩擦加工超塑性变形行为应变速率敏感系数变形机制晶界滑动

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振荡器驱动方板的有限元模型和克拉尼图形

噪声与振动控制 2024年第1期44卷 104-110,133页

作者：曹磊磊陈海峰常博陕西科技大学机电工程学院西安710021

振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适... 详细信息

振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适当的边界条件,进而通过固有频率和振型分析,根据振型有效质量的大小预测和再现多组实验中出现的共振频率和克拉尼图形。对薄板在任意驱动频率下的稳态振动,通过振型叠加法快速准确计算出其振幅节线图形,与实验中相同频率下的克拉尼图形几乎相同。振荡器驱动的方板在共振频率下的克拉尼图形可解释为固有频率对应的振型,在非共振频率下的克拉尼图形可以解释为多个振型的叠加。通过建立具有适当边界条件的有限元模型,对振荡器驱动方板的克拉尼图形给出具有明确物理意义解释。

关键词：振动与波振荡器方板克拉尼图形有限元模型振型

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的修正Rayleigh模型建模及实验验证

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机械科学与技术 2024年第4期43卷 582-590页

作者：张萌刘玉为范鹏举刘时成朱禹清陕西科技大学机电工程学院西安710021

针对压电陶瓷驱动器建模复杂的技术难点,本文提出了一种基于修正Rayleigh模型的动态迟滞非线性建模方法。首先,针对压电陶瓷材料的机电响应特性,构建了压电驱动器的线性本构方程;然后,基于迟滞效应成因及其微观机理研究,提出了采用Rayle... 详细信息

针对压电陶瓷驱动器建模复杂的技术难点,本文提出了一种基于修正Rayleigh模型的动态迟滞非线性建模方法。首先,针对压电陶瓷材料的机电响应特性,构建了压电驱动器的线性本构方程;然后,基于迟滞效应成因及其微观机理研究,提出了采用Rayleigh模型的非线性建模方法;在此基础上,采用一阶线性方程描述压电驱动器频率相关特性并通过实验验证其有效性;之后,采用双Rayleigh系数,构建了非对称Rayleigh模型;最后,实验验证了Rayleigh模型在压电陶瓷驱动器次环响应中的适用性。

关键词：压电陶瓷驱动器迟滞非线性 Rayleigh模型率相关

钛合金超声辅助等离子体氧化改性磨削基本加工特性研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 13-25页

作者：武韩强陈卓叶曦珉张诗博李偲偲曾江汪强吴勇波南方科技大学机械与能源工程系深圳518055 温州大学机电工程学院温州325600

鉴于钛合金的难加工特性,提出了超声辅助等离子体氧化改性磨削新方法。首先介绍了新方法的加工原理,并基于加工原理构建了实验装置;其次就不同电解质溶液对等离子体氧化层生长方向,工艺参数对等离子体氧化层厚度的影响规律开展研究;随... 详细信息

鉴于钛合金的难加工特性,提出了超声辅助等离子体氧化改性磨削新方法。首先介绍了新方法的加工原理,并基于加工原理构建了实验装置;其次就不同电解质溶液对等离子体氧化层生长方向,工艺参数对等离子体氧化层厚度的影响规律开展研究;随后表征等离子体氧化层表面主要化学成分、显微硬度,并利用单点磨削实验揭示等离子体氧化层的材料去除行为;最后对比有、无氧化层的磨削加工特性。研究表明:Na_(2)SO_(4)溶液下的氧化层主要向内生长;在工艺参数中,降低进给速度和增加超声振幅可以提升氧化层厚度;氧化层较低的硬度和疏松多裂纹结构提高了钛合金的切削加工性。相比于无氧化层的传统磨削,超声辅助等离子体氧化改性生成的氧化层可以降低磨削力,提升表面质量,减少砂轮磨粒脱落和磨屑粘附。

关键词：钛合金超声等离子体氧化氧化层性能磨削性能