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2023年 42卷 第8期
2023, 42(8): 1171-1177.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220047
摘要
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摘要:
隔膜抽气泵在运转过程中会产生振动，使用阻尼垫片可以有效减小其振动。设计并制备了一种三明治约束阻尼垫片，其约束层使用铝合金，阻尼层采用黏弹性材料。通过时域和频域响应分析对比了三明治约束阻尼垫片安装前后隔膜泵的振动响应，发现该垫片能够以4 mm（或传统的1/10）厚度实现良好的减振效果，提高了系统的稳定性。与此同时，本文还从材料和结构的角度分析了三明治约束阻尼垫片的减振机理。
隔膜抽气泵在运转过程中会产生振动，使用阻尼垫片可以有效减小其振动。设计并制备了一种三明治约束阻尼垫片，其约束层使用铝合金，阻尼层采用黏弹性材料。通过时域和频域响应分析对比了三明治约束阻尼垫片安装前后隔膜泵的振动响应，发现该垫片能够以4 mm（或传统的1/10）厚度实现良好的减振效果，提高了系统的稳定性。与此同时，本文还从材料和结构的角度分析了三明治约束阻尼垫片的减振机理。
2023, 42(8): 1178-1183.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220054
摘要:
针对液压启闭机-弧形闸门，为研究其振动传递并提出有效抑振措施。本文通过建立其三维实体模型，并建立其动力学方程，理论分析液压油的刚度阻尼特性，在Simpack中建立液压启闭机-弧形闸门耦合动力学仿真模型，并以液压系统为振动源，通过设置基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器并进行参数优化来抑制振动传递，结果表明：基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器能有效抑制振动的传递，并得到两阻尼器刚度与阻尼的优势区间，基座隔断阻尼器刚度为1 × 104 ~ 1 × 105 N/mm，阻尼为100 ~ 2 000 Ns/mm；闸门隔断阻尼器刚度为1 × 104 ~ 5 × 105 N/mm，阻尼为100 ~ 2 000 Ns/mm。
针对液压启闭机-弧形闸门，为研究其振动传递并提出有效抑振措施。本文通过建立其三维实体模型，并建立其动力学方程，理论分析液压油的刚度阻尼特性，在Simpack中建立液压启闭机-弧形闸门耦合动力学仿真模型，并以液压系统为振动源，通过设置基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器并进行参数优化来抑制振动传递，结果表明：基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器能有效抑制振动的传递，并得到两阻尼器刚度与阻尼的优势区间，基座隔断阻尼器刚度为1 × 104 ~ 1 × 105 N/mm，阻尼为100 ~ 2 000 Ns/mm；闸门隔断阻尼器刚度为1 × 104 ~ 5 × 105 N/mm，阻尼为100 ~ 2 000 Ns/mm。
2023, 42(8): 1184-1191.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220052
摘要:
滚动体在加工制造过程中往往受研磨设备的精度、磨盘参数及沟槽形状、加工参数（压力、转速等）和“误差复映”现象等因素的影响而存在一定的直径误差，且在轴承装配时可能将具有不同直径误差的滚动体混装，故研究滚动体直径误差对轴承噪声的影响具有重要意义。以D17621N4Q型双半内圈角接触球轴承为例，通过设计实验采集在不同直径误差和排布方式工况下的噪声信号，分别提取信号的有效声压和小波包-AR能量熵两个特征参数，从噪声信号的强弱和混乱程度两个角度进行分析。实验结果表明：误差滚动体的大小、个数以及不同的排布方式都会对滚动轴承的噪声特性造成一定规律的影响，对误差滚动体进行合理排布，能有效降低滚动轴承的运转噪声。
滚动体在加工制造过程中往往受研磨设备的精度、磨盘参数及沟槽形状、加工参数（压力、转速等）和“误差复映”现象等因素的影响而存在一定的直径误差，且在轴承装配时可能将具有不同直径误差的滚动体混装，故研究滚动体直径误差对轴承噪声的影响具有重要意义。以D17621N4Q型双半内圈角接触球轴承为例，通过设计实验采集在不同直径误差和排布方式工况下的噪声信号，分别提取信号的有效声压和小波包-AR能量熵两个特征参数，从噪声信号的强弱和混乱程度两个角度进行分析。实验结果表明：误差滚动体的大小、个数以及不同的排布方式都会对滚动轴承的噪声特性造成一定规律的影响，对误差滚动体进行合理排布，能有效降低滚动轴承的运转噪声。
2023, 42(8): 1192-1199.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220075
摘要:
为借助Greenwood-Williamson（GW）接触模型开展粗糙表面接触分析，基于微凸体识别的参数定义法和基于随机过程理论的谱矩法都被广泛用于微凸体分布参数计算。为厘清应用不同计算方法产生的接触求解差异，针对粗糙曲面接触，利用快速傅里叶变换重构获得不同统计分布下的粗糙表面随机样本，由三点定义法和谱矩法分别计算仿真样本的微凸体峰点分布参数，对样本开展GW接触分析，得到两种计算方法下接触预测结果，对结果进行了对比讨论，分析了样本表面统计分布参数、高通滤波常数、曲率半径和载荷的影响。最后，通过试验数据对谱矩法的计算偏差进行了检验，对微凸体分布参数计算给出了建议。
为借助Greenwood-Williamson（GW）接触模型开展粗糙表面接触分析，基于微凸体识别的参数定义法和基于随机过程理论的谱矩法都被广泛用于微凸体分布参数计算。为厘清应用不同计算方法产生的接触求解差异，针对粗糙曲面接触，利用快速傅里叶变换重构获得不同统计分布下的粗糙表面随机样本，由三点定义法和谱矩法分别计算仿真样本的微凸体峰点分布参数，对样本开展GW接触分析，得到两种计算方法下接触预测结果，对结果进行了对比讨论，分析了样本表面统计分布参数、高通滤波常数、曲率半径和载荷的影响。最后，通过试验数据对谱矩法的计算偏差进行了检验，对微凸体分布参数计算给出了建议。
2023, 42(8): 1200-1206.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220034
摘要:
受蜜蜂腹部变形机制的启发，设计一种能够实现伸缩和弯曲的仿生变体头锥机构，该机构采用三组RSH/RRR支链并联机构形式。通过旋量理论计算变体机构的自由度，结果表明该机构的运动自由度满足变体头锥的变形要求，可作为变体头锥的变形展开骨架。然后对变体机构的动态性能进行了仿真分析，结果表明变体机构的变形量满足设计要求，受力情况下仍能保持较稳定的运动状态，变体头锥机构动态性能良好。该变体机构可以提高头锥的灵活性和适应性，同时，该机构的自锁特性和并联分布方式增强了头锥变形的稳定性。
受蜜蜂腹部变形机制的启发，设计一种能够实现伸缩和弯曲的仿生变体头锥机构，该机构采用三组RSH/RRR支链并联机构形式。通过旋量理论计算变体机构的自由度，结果表明该机构的运动自由度满足变体头锥的变形要求，可作为变体头锥的变形展开骨架。然后对变体机构的动态性能进行了仿真分析，结果表明变体机构的变形量满足设计要求，受力情况下仍能保持较稳定的运动状态，变体头锥机构动态性能良好。该变体机构可以提高头锥的灵活性和适应性，同时，该机构的自锁特性和并联分布方式增强了头锥变形的稳定性。
2023, 42(8): 1207-1212.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230277
摘要:
以往对结合部刚度特性的研究多着重于不同粗糙度结合部的横向对比，较少或忽视了同一结合部在载荷作用下多次循环历程加载时加载前后刚度特性的纵向对比，以及忽视多次循环历程加载时加载前后表面部分微凸体高度变化的纵向对比。实际上，不论刚度特性还是界面部分微凸体，在多次载荷历程作用下都会变化，这就使预测设备的动静态性能复杂化。针对这一问题，本文基于实验研究了粗糙表面单元螺栓结合部刚度特性在循环载荷历程作用下的变化规律，为量化研究和更好的应用这一规律，对本文各载荷历程曲线进行了数值拟合。纵向比较研究发现：单元结合部刚度特性随载荷作用历程循环次数的变化而变化，即：随着载荷历程作用次数的增加，单元螺栓结合部变形减小，结合部刚度增加。为进一步了解刚度特性变化的机理，还对结合部接触表面进行了载荷作用后的显微镜观察，发现结合部螺栓孔附近的表面部分微凸体高度在螺栓多次循环预紧力作用下有不同程度的塑性变形。
以往对结合部刚度特性的研究多着重于不同粗糙度结合部的横向对比，较少或忽视了同一结合部在载荷作用下多次循环历程加载时加载前后刚度特性的纵向对比，以及忽视多次循环历程加载时加载前后表面部分微凸体高度变化的纵向对比。实际上，不论刚度特性还是界面部分微凸体，在多次载荷历程作用下都会变化，这就使预测设备的动静态性能复杂化。针对这一问题，本文基于实验研究了粗糙表面单元螺栓结合部刚度特性在循环载荷历程作用下的变化规律，为量化研究和更好的应用这一规律，对本文各载荷历程曲线进行了数值拟合。纵向比较研究发现：单元结合部刚度特性随载荷作用历程循环次数的变化而变化，即：随着载荷历程作用次数的增加，单元螺栓结合部变形减小，结合部刚度增加。为进一步了解刚度特性变化的机理，还对结合部接触表面进行了载荷作用后的显微镜观察，发现结合部螺栓孔附近的表面部分微凸体高度在螺栓多次循环预紧力作用下有不同程度的塑性变形。
2023, 42(8): 1213-1220.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220067
摘要:
由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间，提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题，提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间，利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间，并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数，得到可达工作空间。进一步，利用可操作度值评估机器人的灵活性，从可达工作空间筛选出灵活种子空间，利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界，得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象，对本文方法进行仿真分析。结果表明，本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率，为后续的机器人优化设计提供了便利。
由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间，提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题，提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间，利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间，并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数，得到可达工作空间。进一步，利用可操作度值评估机器人的灵活性，从可达工作空间筛选出灵活种子空间，利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界，得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象，对本文方法进行仿真分析。结果表明，本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率，为后续的机器人优化设计提供了便利。
2023, 42(8): 1221-1228.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220081
摘要:
面向汽车侧门锁轻量化及空间有效利用的需求，基于方位特征集提出一种空间过约束机构构型方案，对其拓扑结构及尺度约束类型进行机构解耦特征综合，构造两簇互相垂直的旋转副(\begin{document}$\{R_A\|R_B\| R_F \perp R_E\|R_C\| R_D\} $\end{document} ![]()
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面向汽车侧门锁轻量化及空间有效利用的需求，基于方位特征集提出一种空间过约束机构构型方案，对其拓扑结构及尺度约束类型进行机构解耦特征综合，构造两簇互相垂直的旋转副(
2023, 42(8): 1229-1235.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220245
摘要:
为了解决轴向柱塞泵气穴复杂问题，介绍泵的运动规律，分别建立柱塞腔压力、泵进出口流量和斜盘力矩计算模型，以柱塞腔内压力和出油口流量为基准，采用正交试验、Kriging曲面插值及遗传粒子群算法，对泵中液压油含气量、进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径进行优化计算。试验表明：油液中含气量、柱塞转速和柱塞直径对腔内压力和出油口流量的显著性值均小于0.05，当柱塞转速为700 r/min，柱塞直径为8 mm，油液中含气量为3%时，柱塞腔内压力和出油口流量分别为47 991 Pa和2.1 L/min，将优化结果导入AMESim单柱塞泵计算模型中，得到柱塞腔内负压为−29 573.5 Pa，出油口流量2.18 L/min，并无空穴现象发生，两者计算结果吻合程度均在合理范围内，验证了控制算法的优越性。
为了解决轴向柱塞泵气穴复杂问题，介绍泵的运动规律，分别建立柱塞腔压力、泵进出口流量和斜盘力矩计算模型，以柱塞腔内压力和出油口流量为基准，采用正交试验、Kriging曲面插值及遗传粒子群算法，对泵中液压油含气量、进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径进行优化计算。试验表明：油液中含气量、柱塞转速和柱塞直径对腔内压力和出油口流量的显著性值均小于0.05，当柱塞转速为700 r/min，柱塞直径为8 mm，油液中含气量为3%时，柱塞腔内压力和出油口流量分别为47 991 Pa和2.1 L/min，将优化结果导入AMESim单柱塞泵计算模型中，得到柱塞腔内负压为−29 573.5 Pa，出油口流量2.18 L/min，并无空穴现象发生，两者计算结果吻合程度均在合理范围内，验证了控制算法的优越性。
2023, 42(8): 1236-1241.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220032
摘要:
爪式氢气循环泵具有输气平稳、适应工况范围广、效率高等优点，是燃料电池系统的关键设备。建立了氢气循环泵数学模型，数值模拟了其内部流动特性，获得了工作腔内流场分布规律。结果表明：转子工作过程存在等容输送过程，形成的两侧工作腔内气体压力、温度均存在差异，泄漏导致容积较小的工作腔内压力较高，两者压力差约为8.1 kPa。两侧工作腔内压力随间隙、吸排气压力的增大而增大，温度随吸气压力的增大而减小。转子最大热变形位于转子爪尖处。模拟结果与实验值基本吻合，验证了模拟方法的准确性。
爪式氢气循环泵具有输气平稳、适应工况范围广、效率高等优点，是燃料电池系统的关键设备。建立了氢气循环泵数学模型，数值模拟了其内部流动特性，获得了工作腔内流场分布规律。结果表明：转子工作过程存在等容输送过程，形成的两侧工作腔内气体压力、温度均存在差异，泄漏导致容积较小的工作腔内压力较高，两者压力差约为8.1 kPa。两侧工作腔内压力随间隙、吸排气压力的增大而增大，温度随吸气压力的增大而减小。转子最大热变形位于转子爪尖处。模拟结果与实验值基本吻合，验证了模拟方法的准确性。
2023, 42(8): 1242-1248.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220065
摘要:
分析了精密机床主轴静压轴承节流器孔径d0、轴承半径间隙h0、油腔长度L和油腔宽度B等参数的制造误差，选取了制造误差影响较大的节流孔径d0和半径间隙h0作为分析的对象；建立了考虑节流孔径误差εd和半径间隙误差εh的静压轴承性能计算模型，计算分析了εd和εh影响下的轴承刚度J和回转精度e，并通过试验对理论分析结果进行了验证。研究结果表明：制造误差εd和εh对J的影响随载荷W的增加而增大，W为600 N、εd为0.05 mm时的J值是εd为−0.05 mm时的1.34倍，εh为10 μm时的J值仅为εh为−10 μm时的29.9%；对于e，εd会带来1 μm左右的影响，εh会带来2 μm左右的影响。
分析了精密机床主轴静压轴承节流器孔径d0、轴承半径间隙h0、油腔长度L和油腔宽度B等参数的制造误差，选取了制造误差影响较大的节流孔径d0和半径间隙h0作为分析的对象；建立了考虑节流孔径误差εd和半径间隙误差εh的静压轴承性能计算模型，计算分析了εd和εh影响下的轴承刚度J和回转精度e，并通过试验对理论分析结果进行了验证。研究结果表明：制造误差εd和εh对J的影响随载荷W的增加而增大，W为600 N、εd为0.05 mm时的J值是εd为−0.05 mm时的1.34倍，εh为10 μm时的J值仅为εh为−10 μm时的29.9%；对于e，εd会带来1 μm左右的影响，εh会带来2 μm左右的影响。
2023, 42(8): 1249-1260.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220080
摘要:
近年来智能制造已成为制造业未来发展的重要方向，作为践行智能制造理念与目标的数字孪生技术，为解决智能制造过程中的信息物理融合难题提供了有效手段，受到世界各国的广泛关注。为全面解析数字孪生技术在智能制造领域的研究动态和发展趋势，检索Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)数据库的数据源，采用Citespace5.7软件梳理了2011～2021年发表的国内外相关文献，绘制出科学知识图谱，并从文献特征、科研合作、研究热点及前沿分析等不同维度进行定性与定量分析。最后从技术层面和应用层面两个角度预测数字孪生技术在智能制造领域的发展趋势。
近年来智能制造已成为制造业未来发展的重要方向，作为践行智能制造理念与目标的数字孪生技术，为解决智能制造过程中的信息物理融合难题提供了有效手段，受到世界各国的广泛关注。为全面解析数字孪生技术在智能制造领域的研究动态和发展趋势，检索Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)数据库的数据源，采用Citespace5.7软件梳理了2011～2021年发表的国内外相关文献，绘制出科学知识图谱，并从文献特征、科研合作、研究热点及前沿分析等不同维度进行定性与定量分析。最后从技术层面和应用层面两个角度预测数字孪生技术在智能制造领域的发展趋势。
2023, 42(8): 1261-1269.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220082
摘要:
压缩式封隔器广泛用于油田分层开采工艺，其胶筒的坐封通过高压流体作用在活塞上压缩胶筒或管柱来实现。现场作业发现：压缩式胶筒离载荷端较远，且大多采用单向加载，导致坐封不完全，接触应力与密封性能系数较低。针对上述问题，基于Mooney-Rivlin超弹模型、胶管变形及接触非线性理论，建立压缩式胶筒组有限元计算模型,从内衬套和防肩突结构开展单因素分析，并对其裸眼密封性能进行研究，结果表明：三角形内衬套能有效提高胶筒中部接触应力；金属圆环防突结构能提高胶筒密封性能系数；与常规压缩式封隔器相比，优化后的压缩式封隔器密封性能显著提高；裸眼井壁的不规则程度在一定范围内时，对封隔器的密封性能影响不大。
压缩式封隔器广泛用于油田分层开采工艺，其胶筒的坐封通过高压流体作用在活塞上压缩胶筒或管柱来实现。现场作业发现：压缩式胶筒离载荷端较远，且大多采用单向加载，导致坐封不完全，接触应力与密封性能系数较低。针对上述问题，基于Mooney-Rivlin超弹模型、胶管变形及接触非线性理论，建立压缩式胶筒组有限元计算模型,从内衬套和防肩突结构开展单因素分析，并对其裸眼密封性能进行研究，结果表明：三角形内衬套能有效提高胶筒中部接触应力；金属圆环防突结构能提高胶筒密封性能系数；与常规压缩式封隔器相比，优化后的压缩式封隔器密封性能显著提高；裸眼井壁的不规则程度在一定范围内时，对封隔器的密封性能影响不大。
2023, 42(8): 1270-1276.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220099
摘要:
熔融沉积成型（FDM）过程中热塑性材料的热胀冷缩是影响成型件尺寸精度的重要因素。本文以分层厚度、喷头温度、打印速度、底板温度这4个打印参数为控制变量，利用正交试验研究了打印参数对聚合物直齿轮尺寸精度的影响，运用三维扫描技术对聚合物直齿轮打印件进行测量，分析了齿轮各部位的变形特征，进而计算出不同打印参数组合下的齿廓总偏差。采用齿距仪测量了聚合物直齿轮打印件的齿距偏差。运用极差法分析了打印参数对齿廓总偏差和齿距偏差的影响顺序。最后，采用综合平衡法获得了最优工艺参数组合：喷头温度230 ℃、底板温度87 ℃、打印速度40 mm/s、层厚0.1 mm。
熔融沉积成型（FDM）过程中热塑性材料的热胀冷缩是影响成型件尺寸精度的重要因素。本文以分层厚度、喷头温度、打印速度、底板温度这4个打印参数为控制变量，利用正交试验研究了打印参数对聚合物直齿轮尺寸精度的影响，运用三维扫描技术对聚合物直齿轮打印件进行测量，分析了齿轮各部位的变形特征，进而计算出不同打印参数组合下的齿廓总偏差。采用齿距仪测量了聚合物直齿轮打印件的齿距偏差。运用极差法分析了打印参数对齿廓总偏差和齿距偏差的影响顺序。最后，采用综合平衡法获得了最优工艺参数组合：喷头温度230 ℃、底板温度87 ℃、打印速度40 mm/s、层厚0.1 mm。
2023, 42(8): 1277-1284.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220055
摘要:
为了解决以往汽车造型设计要素提取过程存在的模糊性、复杂性、主观性等问题，本研究使用可拓综合评价对汽车前脸关键设计要素进行感性提取。首先，从用户对汽车前脸的感性认知信息出发，以感性工学为基础，使用推论式感性工学建立感性评价指标体系。其次通过模糊层次分析法和熵权法求出各感性指标的主、客观权重，得到综合权重后，接着运用可拓理论针对各感性指标对汽车前脸设计要素进行重要度评价。最终，根据各指标权重及设计要素评价结果综合确定影响汽车前脸设计要素的重要程度等级。本研究方法过程简洁，逻辑清晰，不仅增强了提取汽车前脸关键设计要素的客观科学性，也为其他产品关键设计要素的提取提供有效参考。
为了解决以往汽车造型设计要素提取过程存在的模糊性、复杂性、主观性等问题，本研究使用可拓综合评价对汽车前脸关键设计要素进行感性提取。首先，从用户对汽车前脸的感性认知信息出发，以感性工学为基础，使用推论式感性工学建立感性评价指标体系。其次通过模糊层次分析法和熵权法求出各感性指标的主、客观权重，得到综合权重后，接着运用可拓理论针对各感性指标对汽车前脸设计要素进行重要度评价。最终，根据各指标权重及设计要素评价结果综合确定影响汽车前脸设计要素的重要程度等级。本研究方法过程简洁，逻辑清晰，不仅增强了提取汽车前脸关键设计要素的客观科学性，也为其他产品关键设计要素的提取提供有效参考。
2023, 42(8): 1285-1292.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220051
摘要:
影响机床精度的因素众多，其中，工件载荷对机床产生的误差同样不可忽视。通过对机床的受载情况进行静力学分析，并利用激光干涉仪对机床的定位误差及其他各项几何误差进行测量，其结果显示，工件载荷对机床的几何误差存在很大影响，尤其在定位精度上，加载100 kg与空载相差10%左右，并且在进行误差补偿之后，这一差距会提升到40%左右，在此基础上提出了结合载荷的定位误差补偿方法。该方法解决了螺距误差补偿在实际工况下会产生欠补偿或过度补偿的问题。
影响机床精度的因素众多，其中，工件载荷对机床产生的误差同样不可忽视。通过对机床的受载情况进行静力学分析，并利用激光干涉仪对机床的定位误差及其他各项几何误差进行测量，其结果显示，工件载荷对机床的几何误差存在很大影响，尤其在定位精度上，加载100 kg与空载相差10%左右，并且在进行误差补偿之后，这一差距会提升到40%左右，在此基础上提出了结合载荷的定位误差补偿方法。该方法解决了螺距误差补偿在实际工况下会产生欠补偿或过度补偿的问题。
2023, 42(8): 1293-1315.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220086
摘要:
纹理表面缺陷检测在机器视觉领域具有意义和挑战性，其历史可以追溯到20世纪中后期，近年来随着深度学习技术的蓬勃发展，纹理表面缺陷检测技术大幅飞跃。直至今日，关于纹理表面缺陷检测的调研和综述仍然很少。在此背景下，本文回顾2017年-2021年间200余篇纹理表面缺陷机器视觉检测论文，对纹理表面缺陷机器视觉检测研究进展进行了及时、全面的调查；分析了纹理表面缺陷检测的发展历史和最新研究进展，原则上将纹理表面缺陷机器视觉检测方法分为传统方法与深度学习方法，并对二者进行了深层次研究分析，特别是深度学习方法；对近期出现的几种纹理表面缺陷机器视觉检测方法主题进行总结的同时，也对这些主题的研究进展进行了综述。最后，对未来的研究趋势进行了展望，以期为后续研究提供指导和启示。
纹理表面缺陷检测在机器视觉领域具有意义和挑战性，其历史可以追溯到20世纪中后期，近年来随着深度学习技术的蓬勃发展，纹理表面缺陷检测技术大幅飞跃。直至今日，关于纹理表面缺陷检测的调研和综述仍然很少。在此背景下，本文回顾2017年-2021年间200余篇纹理表面缺陷机器视觉检测论文，对纹理表面缺陷机器视觉检测研究进展进行了及时、全面的调查；分析了纹理表面缺陷检测的发展历史和最新研究进展，原则上将纹理表面缺陷机器视觉检测方法分为传统方法与深度学习方法，并对二者进行了深层次研究分析，特别是深度学习方法；对近期出现的几种纹理表面缺陷机器视觉检测方法主题进行总结的同时，也对这些主题的研究进展进行了综述。最后，对未来的研究趋势进行了展望，以期为后续研究提供指导和启示。
2023, 42(8): 1316-1323.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220058
摘要:
针对机器学习方法中样本满足独立同分布导致的诊断精度低下问题，提出了平衡分布自适应(BDA)算法与K-最近邻(KNN)分类算法结合的轴承故障迁移诊断方法。提取变工况下的轴承故障信号的时域特征分别作为源域和目标域，并利用Fisher判别分析方法优选特征；基于BDA将不同工况的特征样本映射至可再生希尔伯特空间，引入最大均值差异(MMD)对变工况样本的边缘分布差异和条件分布差异进行适配；利用KNN分类器对分布适配后的样本进行迁移诊断。仿真和实验表明：本文方法在同实验平台和跨实验平台迁移上，轴承诊断的准确性和分布距离相较于其他算法优势明显。
针对机器学习方法中样本满足独立同分布导致的诊断精度低下问题，提出了平衡分布自适应(BDA)算法与K-最近邻(KNN)分类算法结合的轴承故障迁移诊断方法。提取变工况下的轴承故障信号的时域特征分别作为源域和目标域，并利用Fisher判别分析方法优选特征；基于BDA将不同工况的特征样本映射至可再生希尔伯特空间，引入最大均值差异(MMD)对变工况样本的边缘分布差异和条件分布差异进行适配；利用KNN分类器对分布适配后的样本进行迁移诊断。仿真和实验表明：本文方法在同实验平台和跨实验平台迁移上，轴承诊断的准确性和分布距离相较于其他算法优势明显。
2023, 42(8): 1324-1331.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230266
摘要:
针对连续阻尼可调悬架系统中存在的典型时滞问题，本文提出一种基于云平台的超视距预瞄控制策略。首先，利用MATLAB/Simulink构建七自由度连续阻尼可调悬架系统整车动力学模型；然后利用云服务器搭建超视距预瞄控制策略运行平台，并基于消息队列遥测传输（Message queuing telemetry transport, MQTT）协议将车载控制单元与云服务器接入物联网平台，实现云端控制策略与车载控制单元的数据通讯；最后利用CarSim-Simulink联合仿真模型及车载控制单元进行硬件在环试验。结果表明，所提出的控制策略不仅能改善悬架系统的平顺性，而且将预瞄控制策略部署于云端的方式可有效降低车载电子控制单元负荷。
针对连续阻尼可调悬架系统中存在的典型时滞问题，本文提出一种基于云平台的超视距预瞄控制策略。首先，利用MATLAB/Simulink构建七自由度连续阻尼可调悬架系统整车动力学模型；然后利用云服务器搭建超视距预瞄控制策略运行平台，并基于消息队列遥测传输（Message queuing telemetry transport, MQTT）协议将车载控制单元与云服务器接入物联网平台，实现云端控制策略与车载控制单元的数据通讯；最后利用CarSim-Simulink联合仿真模型及车载控制单元进行硬件在环试验。结果表明，所提出的控制策略不仅能改善悬架系统的平顺性，而且将预瞄控制策略部署于云端的方式可有效降低车载电子控制单元负荷。
2023, 42(8): 1332-1339.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220076
摘要:
为此提出基于核局部保持投影(KLPP)和正则化极限学习机(RELM)的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法。首先，提取单向阀振动信号的时域、频域、时频域特征，构建多域特征集；然后，通过KLPP算法对构建的多域特征集进行维数约简；最后，建立基于RELM的故障诊断模型，用于识别单向阀运行状态。实验结果表明，基于多域特征的故障诊断方法检测精度高于单域特征识别方法；KLPP约简多域特征集，可以有效消除信息冗余；建立的RELM故障诊断模型识别精度达到98.89%，能够有效识别高压隔膜泵单向阀故障类型。
为此提出基于核局部保持投影(KLPP)和正则化极限学习机(RELM)的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法。首先，提取单向阀振动信号的时域、频域、时频域特征，构建多域特征集；然后，通过KLPP算法对构建的多域特征集进行维数约简；最后，建立基于RELM的故障诊断模型，用于识别单向阀运行状态。实验结果表明，基于多域特征的故障诊断方法检测精度高于单域特征识别方法；KLPP约简多域特征集，可以有效消除信息冗余；建立的RELM故障诊断模型识别精度达到98.89%，能够有效识别高压隔膜泵单向阀故障类型。
2023, 42(8): 1340-1348.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220070
摘要:
针对岩石破裂声发射信号具有非线性、非平稳以及大样本的特点和传统VMD、ITD算法对降噪处理时存在一定局限性的问题，提出一种改进VMD-ITD联合降噪方法。以钨岩为研究对象，首先采用分量能量比作为VMD的终止条件，将岩石破裂声发射信号分解得到多个IMF分量，将各分量与原始信号的互信息量作为各分量的加权因子进行重构信号，再对重构信号进行ITD分解以达到二次降噪的目的，最后以均方根误差与信噪比为去噪效果评价指标，对比分析VMD、ITD以及改进VMD-ITD联合降噪算法降噪效果。通过试验验证，改进VMD-ITD联合降噪算法在抑制非平稳信号噪声中，其均方根误差为4.552 1，信噪比为10.012 8。相比单一的VMD、ITD算法，降噪效果更好。
针对岩石破裂声发射信号具有非线性、非平稳以及大样本的特点和传统VMD、ITD算法对降噪处理时存在一定局限性的问题，提出一种改进VMD-ITD联合降噪方法。以钨岩为研究对象，首先采用分量能量比作为VMD的终止条件，将岩石破裂声发射信号分解得到多个IMF分量，将各分量与原始信号的互信息量作为各分量的加权因子进行重构信号，再对重构信号进行ITD分解以达到二次降噪的目的，最后以均方根误差与信噪比为去噪效果评价指标，对比分析VMD、ITD以及改进VMD-ITD联合降噪算法降噪效果。通过试验验证，改进VMD-ITD联合降噪算法在抑制非平稳信号噪声中，其均方根误差为4.552 1，信噪比为10.012 8。相比单一的VMD、ITD算法，降噪效果更好。
2023, 42(8): 1349-1356.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220039
摘要:
为了提高舰艇居住舱室布局优化求解速度，将能量法引入NSGA-Ⅱ算法。借鉴能量法的思想建立待布舱室数学模型，量化舱室内属具摆放的具体要求，并以此形成目标函数进行方案筛选。利用MATLAB在二维平面内实现舱室布局优化方案的自动化输出。最后，以某舰艇20人居住舱室为例对方法进行了验证。实验结果表明，采用该方法的布局设计速度明显提升，布局方案满足需求且提高了舱室的空间利用率。
为了提高舰艇居住舱室布局优化求解速度，将能量法引入NSGA-Ⅱ算法。借鉴能量法的思想建立待布舱室数学模型，量化舱室内属具摆放的具体要求，并以此形成目标函数进行方案筛选。利用MATLAB在二维平面内实现舱室布局优化方案的自动化输出。最后，以某舰艇20人居住舱室为例对方法进行了验证。实验结果表明，采用该方法的布局设计速度明显提升，布局方案满足需求且提高了舱室的空间利用率。
2023, 42(8): 1357-1361.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220048
摘要:
采用Box-behnken design(BBD)实验设计法，开展铝合金压印接头的工艺试验研究。试验过程选用了5182、5052和6061这3种铝合金薄板，建立了以冲压力、板材厚度、板材硬度为影响因素,以失效载荷为响应值的多元回归模型，并进行了试验验证。结果表明：建立的多元回归模型可以预测铝合金压印接头的拉剪失效载荷，最大误差为17.7%，其误差在工程应用范围内较小；且方差分析表明，各因素对失效载荷影响程度大小的顺序为冲压力、板材硬度、板材厚度；压印接头的失效载荷随冲压力的增大呈先增大后减小的趋势，随板材厚度的增大呈先减小后增大的趋势，板材硬度对接头失效载荷的影响呈正线性相关性。
采用Box-behnken design(BBD)实验设计法，开展铝合金压印接头的工艺试验研究。试验过程选用了5182、5052和6061这3种铝合金薄板，建立了以冲压力、板材厚度、板材硬度为影响因素,以失效载荷为响应值的多元回归模型，并进行了试验验证。结果表明：建立的多元回归模型可以预测铝合金压印接头的拉剪失效载荷，最大误差为17.7%，其误差在工程应用范围内较小；且方差分析表明，各因素对失效载荷影响程度大小的顺序为冲压力、板材硬度、板材厚度；压印接头的失效载荷随冲压力的增大呈先增大后减小的趋势，随板材厚度的增大呈先减小后增大的趋势，板材硬度对接头失效载荷的影响呈正线性相关性。
2023, 42(8): 1362-1365.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220056
摘要:
实际检测中发现，复合材料蜂窝夹层结构中的芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷能够引起喷水超声穿透法C扫描检测中超声大幅度衰减。为了从理论上分析并验证蜂窝夹芯缺陷对穿透法超声传播的影响，本文采用3D有限元建模仿真方法，分别模拟了超声波在蜂窝壁完好、芯格塌陷、胞壁鼓泡这3种模型中的传播方式，研究了不同缺陷种类的尺寸和数量对、超声透射波幅值的影响，讨论了复合材料蜂窝芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷引起零件检测中超声波大幅度衰减的原因，与实际超声C扫描检测结果具有较好的一致性。
实际检测中发现，复合材料蜂窝夹层结构中的芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷能够引起喷水超声穿透法C扫描检测中超声大幅度衰减。为了从理论上分析并验证蜂窝夹芯缺陷对穿透法超声传播的影响，本文采用3D有限元建模仿真方法，分别模拟了超声波在蜂窝壁完好、芯格塌陷、胞壁鼓泡这3种模型中的传播方式，研究了不同缺陷种类的尺寸和数量对、超声透射波幅值的影响，讨论了复合材料蜂窝芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷引起零件检测中超声波大幅度衰减的原因，与实际超声C扫描检测结果具有较好的一致性。
2023, 42(8): 1366-1372.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220084
摘要:
对应用超声Lamb波在线监测金属结构裂纹在疲劳载荷作用下的扩展进行了实验研究。制备了含中心裂纹的铝合金平板结构试件，并在试件表面布设了压电晶片传感网络。疲劳实验中，在观测裂纹扩展的同时，采用压电晶片分别进行Lamb波信号的激励和接收，监测驱动器与传感器间的疲劳裂纹扩展行为。通过时域信号处理提取了Lamb波信号峰值点的幅值（AMP）与传播时间（ToF）特征，由柯西隶属度函数定义了改进的信号健康度指标及相应的损伤指标，并评估了健康度指标和损伤指标随裂纹扩展的变化趋势。最后，结合损伤概率成像方法，融合Lamb波激励-接收路径的所有损伤指标，近似表征了裂纹长度的变化，验证了该方法的可行性和有效性。
对应用超声Lamb波在线监测金属结构裂纹在疲劳载荷作用下的扩展进行了实验研究。制备了含中心裂纹的铝合金平板结构试件，并在试件表面布设了压电晶片传感网络。疲劳实验中，在观测裂纹扩展的同时，采用压电晶片分别进行Lamb波信号的激励和接收，监测驱动器与传感器间的疲劳裂纹扩展行为。通过时域信号处理提取了Lamb波信号峰值点的幅值（AMP）与传播时间（ToF）特征，由柯西隶属度函数定义了改进的信号健康度指标及相应的损伤指标，并评估了健康度指标和损伤指标随裂纹扩展的变化趋势。最后，结合损伤概率成像方法，融合Lamb波激励-接收路径的所有损伤指标，近似表征了裂纹长度的变化，验证了该方法的可行性和有效性。
