基于改进SVR算法的模具棱线磨损预测方法研究

为研究汽车覆盖件模具棱线几何特征参数及成形工艺参数对棱线磨损的影响,实现对模具棱线磨损的精准预测,提出了一种基于改进SVR算法的模具棱线磨损预测模型.通过利用改进的拉丁超立方抽样(ILHS)方法获取模具棱线磨损有限元计算的实验样本,进而构建预测模型的输入参数集.通过耦合混沌理论、动态权重方法对蝗虫优化算法(GOA)进行改进,利用改进后的蝗虫优化算法(IGOA)对SVR算法关键参数进行寻优.构建了基于IGOASVR算法的模具棱线磨损预测模型,结合粒子群寻优算法(PSO)建立多目标优化模型,实现对模具棱线磨损的高精度预测以及几何特征参数和成形工艺参数优化.对比5种常规预测模型,基于IGOA-SVR算法的预测模型在采样点处的预测误差分别为8.546%、8.497%、8.473%,较GOA-SVR预测模型分别提高25.9%、26.2%、26.4%,预测精度相比于其他预测模型也有不同程度的提高.结果表明改进后的IGOA-SVR算法具有更高的精度.

基于改进YOLOv4轻量化网络的机械手状态检测算法

YOLOv4网络结构复杂、参数较多、模型较大,因此极大地限制了其在工业上的应用.针对这一问题,提出一种改进YOLOv4的轻量化网络.首先,采用GhostNet代替YOLOv4主干网络,简化网络结构,降低模型参数量;其次,为了弥补网络简化后带来的精度损失,在其余两个输出特征层后加入Spatial Pyramid Pooling结构,加强特征提取;再次,加入Squeeze and Excitation Network通道注意力机制,增强网络重要信息提取能力;最后,将损失函数CIOU替换为SIOU,加快模型收敛,进而产生更好的模型.实验结果表明,在满足工业要求的前提下,改进后的轻量化网络相比于YOLOv4网络,在牺牲较小检测精度的情况下,模型参数量和计算量大幅下降,同时检测速度得到了提升,从而证明了改进算法在光纤插拔任务中机械手夹持状态识别检测的有效性.

指尖自锁欠驱动机械手设计与研究

欠驱动机械手结构简单、成本低、易于控制、自适应能力强,但欠驱动机械手是通过机械限位与弹簧约束来完成抓取,抓取稳定性差,无法输出较大的指尖抓取力.本文提出一种新型的指尖可自锁的欠驱动三指机械手,在抓取时远指节与中指节可实现自锁,增加了抓取的稳定性.同时建立了单指的D-H运动学模型,利用MATLAB分析了机械手的工作空间,对手指进行了静力学分析,利用ADAMS软件对机械手进行仿真分析,最后进行抓取测试,结果表明指尖自锁机械手能输出更大抓取力,从而验证了指尖自锁机械手结构的合理性与可行性.

镁合金表面沉积Al-Al_(2)O_(3)/AT13复合涂层及其耐磨耐蚀性能研究

为了提高镁合金的耐磨耐蚀性并拓展其应用领域,首先采用冷喷涂法在镁合金基体表面沉积一层Al-20%(质量分数)Al_(2)O_(3)(缩写:Al-Al_(2)O_(3))涂层作为复合涂层过渡层,然后采用大气等离子喷涂法在其表面制备Al_(2)O_(3)-13%(质量分数)TiO_(2)(缩写:AT13)面层,从而获得Al-Al_(2)O_(3)/AT13复合涂层。采用扫描电镜分析了过渡层与面层的表面与截面形貌,借助显微硬度仪和万能试验机测定了复合涂层的显微硬度与结合强度,采用摩擦磨损仪测定了复合涂层的摩擦系数与磨损率,利用动电位扫描技术研究复合涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:Al-Al_(2)O_(3)过渡层与AT13面层的显微硬度分别为(42.3±13.7) HV_(0.1)、(838.8±87.6) HV_(0.1),Al-Al_(2)O_(3)/AT13复合涂层结合强度为31.2 MPa;在40 N载荷和10 min的磨损条件下,复合涂层的稳定摩擦系数与磨损率为0.74、5.94×10^(-5 )mm^(3)/(N·m),与镁合金基体[1.89×10^(-4) mm^(3)/(N·m)]相比,磨损率减少了68.6%;在经过30 min的3.5%NaCl溶液浸泡后,复合涂层的腐蚀电位为-927 mV,腐蚀电流密度为1.81×10^(-5) A/cm^(2),与镁合金基体相比,腐蚀电位增大了742 mV,腐蚀电流密度下降了1个数量级。

基于改进Faster RCNN的金属丝网缺陷检测方法

作为一种传统的纺织产品,金属丝网在工业生产、日常生活、科研等领域起着举足轻重的作用,而金属丝网在编制过程中,表面会产生斑点、断线等缺陷,严重影响金属丝网的质量。为保障产品质量,研究了一种基于改进Faster RCNN算法的金属丝网表面缺陷检测方法。首先,为提高模型缺陷特征提取能力,特征提取网络选用深度残差网络(ResNet50)代替原视觉几何群网络(VGG16),并引入注意力模块;随后,训练过程中利用有预热的余弦退火学习率衰减机制,以提高网络检测精度;同时引入k-means算法和遗传算法,设计了更适合金属丝网数据集的锚框尺寸,以提高候选框的精度,解决缺陷定位不准的问题。经实验验证,利用改进Faster RCNN算法检测的平均精度均值(mean average precision,mAP)达86.95%,较原Faster RCNN算法提高18.81%,为金属丝网缺陷的检测提供了一个有效可行的方案。

Crab脉冲星巨脉冲辐射等待时间分布的非稳态泊松模拟

利用中国科学院新疆天文台南山观测站26m射电望远镜,在中心频率1556MHz,对Crab脉冲星(PSR B0531+21)进行了长达12.6h的连续观测,观测带宽为512MHz,时间分辨率为32μs,研究了巨脉冲辐射的等待时间分布特征.观测共探测到2097个信噪比大于10的巨脉冲,对应的流量密度大于100Jy.巨脉冲的爆发率表现为高度的间歇性,在较短的时间内具有较高的爆发率,在相对长的宁静期内巨脉冲的爆发率较低,尤其是中间脉冲相位内的巨脉冲爆发.相邻两个巨脉冲的等待时间分布表现为幂律分布特征,可以用一个非稳态的泊松过程进行模拟,这表明巨脉冲的爆发是一种独立的随机事件.此外,主脉冲和中间脉冲相位上的巨脉冲具有不同的等待时间分布特征,这意味着脉冲星不同磁极的巨脉冲辐射机制可能是不同的.这些观测结果对于理解脉冲星的射电辐射机制具有重要意义.

Ti6Al4V表面激光渗碳磨削及其强化机理

目的利用激光渗碳磨技术,研究Ti6Al4V表面性-形协同控制机理。方法以Ti6Al4V为研究对象,提出了一种高效的加工强化一体化技术——激光渗碳磨削。即对工件表面预涂覆渗碳膏,并置于马弗炉中干燥,形成稳定的固态碳源。采用激光辅热的方式对磨削加工过程进行表面性形协同抗疲劳制造。通过对比实验研究了激光渗碳磨削和传统磨削对Ti6Al4V表面力学性能和加工表面质量的影响。对Ti6Al4V表面微相组成、硬度、耐磨性和表面粗糙度进行表征。探究了激光渗碳合金化对材料磨削去除的正向作用以及磨削热回火对重熔层性能的调节作用。结果激光辅热足以使磨削表面温度高达1700℃,实现表面主动渗碳,且激光渗碳磨削后,Ti6Al4V表面形成具有均匀树枝状晶和颗粒状碳化物的重熔层,加工表面硬度达到850HV,磨损损失仅为常规磨削的6.7%,表面粗糙度Ra降低22%。结论激光渗碳磨是一种高效的Ti6Al4V表面性-形协同制造新技术。渗碳重熔层不仅提高了加工表面力学性能,还会影响表层材料的磨削特性,使加工表面更加光整。该技术实现了磨削加工-强化一体化制造,对指导工业生产具有重要的实际意义。

激光-超声辅助磨削氮化铝表面改性机理

目的利用激光-超声辅助磨削技术(LUAG),研究氮化铝表面创成改性机理。方法通过分子动力学,从磨削力、原子相变和亚表面损伤深度方面,分析氮化铝表面材料去除的微观特性演变过程,对激光-超声双物理源条件下的单粒辅助磨削进行分子动力学(MD)模拟,对氮化铝分别进行传统磨削、激光辅助磨削、超声辅助磨削、激光-超声辅助磨削分子动力学分析,探讨不同工况下AlN的去除行为及损伤演化机制。结合LUAG过程中生成的氧化铝增强相,探明氮化铝表面力学性能提升原因。结果与传统磨削(TG)相比,LUAG过程的磨削力降低了50%,表面粗糙度Ra降低28.4%。AlN的表面硬度可达1298.6HV,相较于TG提高了25%。AlN表面摩擦磨损因数和亚表面损伤深度分别降低了50%和33%。结论LUAG生成的少量氧化铝被用作扩散强化的增强相,氧化铝相的生成实现了材料的弥散强化,填补了氮化铝原子间的空位以实现基体的材料硬化并提高耐磨性。该研究成果加深了人们对激光、超声波和磨粒加工耦合作用下材料去除和损伤的理解,同时促进和实现了氮化铝基底表面的高性能制造。

基于新一代脑磁图的语义视听单试次检测

为解码人脑在语义情境下的视听双模态与单模态中的响应差异,本研究设计了相关任务范式并应用新一代脑磁图(OPM-MEG)结合机器学习方法对采集信号从行为学响应、事件相关场(ERF)和单试次检测3个角度进行分析.结果显示单模态语义响应主要集中在枕叶,而双模态语义响应主要集中在顶叶.同时,双模态下的被试响应速率及单试次检测准确率显著高于单模态.此外,支持向量机(SVM)在4种机器学习模型中显示出了最佳分类效能,在被试内分类平均准确率可达75.16%,被试间平均准确率达80.56%.结果表明基于OPM-MEG结合机器学习为实现解码语义情境下的视听双模态与单模态响应差异提供了一条新的有效途径.

分焦平面式偏振相机偏振误差分析及偏振定标

分析了相机结构和测量原理,建立了相机响应模型,理论推导了相对透过率和偏振方位角对偏振测量的影响。采用积分球光源测量了相对透过率,采用旋转线偏振片法和马吕斯定律测量了偏振方位角,最后进行了偏振测量精度验证。测试结果表明,经过偏振定标后,偏振度测量误差约为0.44%。该检测方案可以定标分焦平面式偏振相机性能,定标精度高,能够为分焦平面式偏振相机高精度应用奠定基础。

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

ε-Fe_(2)O_(3)/FeO界面结构与相变机理研究

本文利用脉冲激光沉积技术在SrTiO_(3)(111)衬底上生长了ε-Fe_(2)O_(3)薄膜,并应用高分辨X射线衍射(HRXRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对薄膜的显微结构进行了系统表征。XRD和XPS的研究结果表明ε-Fe_(2)O_(3)(001)薄膜在SrTiO_(3)(111)衬底上外延生长,薄膜中Fe离子为+3价。TEM的结果表明,在TEM样品制备过程中,由于高能Ar离子束轰击,ε-Fe_(2)O_(3)/SrTiO_(3)界面上容易发生相变形成FeO。ε-Fe_(2)O_(3)/FeO/SrTiO_(3)的外延关系为ε-Fe_(2)O_(3)(001)[110]//FeO(111)[112]//SrTiO_(3)(111)[112]。基于ε-Fe_(2)O_(3)/FeO界面结构与取向关系,分析了离子束辐照诱导ε-Fe_(2)O_(3)→FeO相变的微观机制。

基于小型化原子磁力计的零场NMR波谱仪搭建与测试

常规高场NMR波谱仪依托超导技术,其体积大、维护成本高,且存在样本磁化率不均匀导致的谱线展宽现象,零场或近零场NMR技术则可实现有效互补.本文自主搭建了一套基于小型原子磁力计的可移动零场NMR波谱仪,采用以多功能采集卡(National Instruments PCIe-6353)为核心的集成控制系统,仪器主磁场强度小于1nT,可实现高分辨率的J-耦合谱采集.为实现对自旋体系的有效操控,利用样品绝热初态的单脉冲激发实现对三轴脉冲线圈的精确标定.在此基础上,使用改进的组合脉冲序列实现了在^(13)C-^(1)H异核体系下的单自旋选择性操控,验证了零场NMR波谱仪的有效性.

NiO外延薄膜的显微结构与光学、电学性能研究

本文利用脉冲激光沉积技术在MgO(100)和Al_(2)O_(3)(0001)衬底上生长了NiO薄膜,并应用高分辨X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜表征了两种薄膜的物相、化学成分和显微结构。结果表明,MgO衬底上的NiO薄膜为单晶外延薄膜,薄膜内部存在位错和由衬底扩散来的Mg元素,Al_(2)O_(3)衬底上的NiO薄膜为多晶外延薄膜。采用霍尔效应测试系统和紫外分光光度计测量了NiO薄膜的电阻、可见光透过率和能隙。结果表明,单晶NiO薄膜具有较低的电阻,更高的可见光透过率和更大的能隙。本研究表明可以通过选择不同的衬底来调控NiO薄膜的显微结构、光学和电学性质。

中间像面非理想成像的近红外折反射系统光学装调方法

近年来,基于中间像面非理想成像的近红外折反射系统应用广泛,但由于该波段干涉仪的价格昂贵且难以维护,其应用并不普及,因此在该类系统集成阶段,通常只能采用传统的机械特征定位方式(例如采用中心偏测量仪辅助定位)进行装调。由于传统机械定位方法无法直接借助干涉仪对系统出瞳波像差进行实时高精度监测,即不能通过观察各视场像差变化规律来指导装调,导致系统的装调效率和精度通常难以保证。针对一个口径为150 mm、焦距为450 mm的中间像面非理想成像近红外折反射系统的高精度光学装调方法开展研究,通过对系统中继透镜组透镜薄膜进行包含常用干涉仪工作波长(λ@632.8 nm)的设计,来实现利用可见光激光干涉仪对系统波像差进行高精度检测的目的,然后研究了系统各装调自由度和系统初级波像差的敏感度关系,以失调敏感度单变量分析为基础,分析了各失调维度间的耦合作用特性,在此基础上提出了次镜和中继镜组相互反复迭代联调的光学装调方案。整机装调后,光学系统各视场波前误差(RMS)和设计仿真结果数值大小大致相同,方向一致,均达到成像质量要求。

冷喷涂增材制造技术应用研究进展

冷喷涂增材制造(CSAM)技术作为一种新兴的快速增材制造技术,凭借其独特的“气动加速-固态沉积”的工艺特性,以及增材效率高、成形尺寸规模不受限等应用优势,已逐渐成为金属增材制造领域的新热点。通过将CSAM技术与包括选区激光熔化(SLM)、选区电子束熔化(SEBM)、电弧熔丝沉积(WAAM)、激光金属直接成形(LMDF)以及搅拌摩擦增材制造(FSAM)在内的几种典型金属增材制造技术,进行了制造效率及成本、成形尺寸规模、成形精度、产品机械性能及工艺适用材料等方面的分析对比,并总结了CSAM在当下增材制造应用中的优势和不足。基于改善CSAM目前存在成形质量欠佳、复杂结构成形能力不足等问题,重点综述了近年来关于CSAM工艺研究、喷涂部件改良以及喷涂策略创新三方面的相关研究进展。此外,针对CSAM技术现阶段在旋转增材成形、自由增材成形、损伤修复及再制造等方面的具体应用情况进行总结与讨论。最后,提出了CSAM目前面临的挑战和潜在的发展方向并强调了其在快速增材制造方面的应用价值及意义。

TiB_(2)增强乙烯基树脂自润滑复合材料的制备及性能

自润滑材料是影响自润滑关节轴承性能的关键因素,由于传统自润滑材料存在制造工艺复杂、成本较高等问题,所以目前聚合物自润滑复合材料的研究备受关注。热固性树脂因其优异的物理化学性质成为了聚合物自润滑复合材料研究的重点。采用注塑法制备了以乙烯基树脂(VER)为基体、聚四氟乙烯(PTFE)为润滑剂、二硼化钛(TiB_(2))为增强剂的聚合物自润滑复合材料,通过压缩试验与球-盘摩擦磨损试验研究了填料对复合材料摩擦学以及压缩性能的影响;通过扫描电子显微镜、能谱仪以及三维白光形貌分析仪等对其断面以及磨损表面进行了研究分析。结果表明,PTFE的加入改善了复合材料的摩擦学性能,使得摩擦系数和磨损率分别降低了61.14%和73.8%;PTFE添加质量分数为30%时,添加质量分数1.5%TiB_(2)的复合材料性能最优,压缩强度最大为102.35 MPa,摩擦系数最低为0.102,磨损率最低为1.593×10^(-15) m^(3)/(N·m)。同时,通过磨损面微观形貌观察发现复合材料内部填料分散均匀,磨损面光滑连续,此时主要磨损形式为疲劳磨损。断裂面微观形貌观察到复合材料受到裂纹钉扎机理的作用,力学性能显著提高。

氮气环境下NBG-18核石墨表面类聚合物碳涂层的摩擦学性能研究

高温气冷堆中球形燃料元件在往复循环流通过程中存在摩擦磨损问题。采用高能量离子束沉积(Ion Beam Deposition,IBD)镀膜工艺在NBG-18核石墨表面沉积类聚合物碳(Polymer Like Carbon,PLC)涂层,以提升其表面力学与摩擦学性能。镀膜后纳米压痕测试NBG-18核石墨的硬度从0.44 GPa提高到4.16 GPa,提高845%;弹性模量从9.00 GPa提高到27.21 GPa,提高202%;在载荷2 N、滑动频率5 Hz的氮气环境下,TRB~3摩擦磨损试验机测试其摩擦系数(Coefficient of Friction,COF)从0.335 7降至0.006 5,降低98%;三维白光干涉仪表征其磨损率从3.71×10^(-3) mm^(3)·(N·m)^(-1)降至1.81×10^(-6) mm^(3)·(N·m)^(-1),降低3个数量级。摩擦诱导PLC涂层石墨化与惰性环境高含氢表面钝化悬挂碳键是实现核石墨超滑的主要机制,可为核石墨表面改性润滑技术发展提供重要的理论支持。

一种Kongsberg EM多波束后向散射强度波束指向性残余改正方法

Kongsberg EM多波束声呐的波束指向性与出厂标定存在偏差,导致后向散射强度呈现与扇区耦合的辐射畸变,针对这个问题提出了一种基于波束指向性模型的多扇区指向性残余改正方法。该方法首先在分析波束收发过程的基础上,构建EM声呐多扇区指向性辐射模型;然后选取特定测线,采用经验性声学模型估计后向散射强度-角度曲线,分离各扇区指向性残余信号;最后对回波强度进行指向性残余改正,得到与采集扇区无关的后向散射强度。实例计算结果表明:该方法能有效降低多扇区指向性残余对后向散射强度测量的干扰,提高EM系列多波束声呐在海底底质分析中的使用价值。

移动式激光雷达在人工林样地调查中的路径规划方法

【目的】林业调查规划对林业的可持续发展至关重要。在利用移动式激光雷达实现森林样地建图与量测过程中,全局一致性地图的准确性与扫描轨迹有着密切联系。因此,对样地观测路径进行合理规划尤为必要。【方法】本研究主要通过结合即时定位与地图创建(SLAM)技术,利用手持式激光雷达对样地进行扫描,根据SLAM技术应用的相关研究并结合林业样地特点规划出3种手持移动式激光雷达在样地内扫描路径方案并利用LeGO-LOAM算法实现点云地图构建,分析比较各路径建图效果及拟合量测的立木胸径、位置的精度差异。【结果】逐行式路径1拟合的样地立木胸径估计值偏差为2.18 cm,相对偏差为7.74%,均方根误差为2.74 cm,精度高于其他两种路径;在立木位置拟合精度方面,逐行式路径1与多环式路径3整体拟合效果较好,路径1精度略优于路径3,x轴估计值均方根误差(RMSE)为0.077 m,y轴估计值均方根误差在0.157 m,最大误差方向的协方差值为0.124 m,小于其他两路径。【结论】在使用32线激光雷达进行数据采集并基于LeGO-LOAM算法对森林样地进行点云建图进而实现单木因子进行拟合量测中,近似于航空摄影测量航线的路径方案的逐行式的路径1整体建图效果、量测精度相对优于其他路径,为地面移动式激光雷达外业数据采集提供一种合理的路径方案参考。