第三屆上銀優秀機械博士論文摘要選登

論文名稱：基于多幀圖像焊縫缺陷軌跡跟蹤的X射線實時檢測技術

論文作者：清華大學/ 邵家鑫

指導教師：都 東《研究領域：成形制造（焊接）復雜過程建模與智能控制、無損檢測技術與系統、機器人技術及工程應用》

基于X射線實時成像的焊縫缺陷在線檢測是重要焊接結構連續生產過程中的關鍵環節，而動態圖像處理技術是實現在線自動檢測的關鍵。對于高噪聲焊縫X射線實時圖像，采用單幀圖像處理算法無法克服缺陷誤檢與漏檢之間的矛盾，需要研究多幀關聯的圖像處理方法。目前該領域已有的X射線多幀實時動態圖像處理主要采用圖像匹配方法或幀間缺陷匹配方法，前者在進行相關度計算時實時性較差，后者對低對比度缺陷容易產生漏檢。另外，現有的焊縫缺陷檢測圖像處理算法對工業現場長期檢測過程（圖像灰度分布范圍和噪聲水平時常變化）適應性較差，難以滿足實際生產需求。

針對上述問題，本文提出了基于“焊縫區域提取——潛在缺陷預分割——缺陷真偽智能識別——多幀圖像焊縫缺陷軌跡跟蹤”的X射線實時圖像焊縫缺陷自動檢測的路線。在此基礎上又進一步提出采用基于焊縫邊緣連續性的焊縫區域快速提取算法、基于雙向累積霍夫(Hough)變換的焊縫區域提取算法、基于自適應閾值大模板中值濾波背景消除法的缺陷預分割方法、基于支持向量機（Support Vector Machine,SVM）的真偽缺陷識別算法以及基于改進Hough變換的潛在焊縫缺陷軌跡跟蹤算法和基于“潛在缺陷對”速度直方圖的焊縫缺陷跟蹤算法，并進行了深入的研究和試驗。

試驗研究和應用結果表明，所提出的焊縫缺陷自動檢測技術路線能夠有效克服高噪聲X射線實時圖像中缺陷漏檢與誤檢之間的矛盾；所提出的兩種焊縫區域提取算法、焊縫缺陷預分割方法及基于SVM的真偽缺陷識別算法為適應不同灰度分布范圍和噪聲水平的焊縫X射線實時圖像，實現缺陷的自動檢測提供了基礎；所提出的兩種多幀圖像中焊縫缺陷軌跡跟蹤算法則能夠快速有效地實現真實缺陷目標的軌跡跟蹤，剔除偽缺陷，確保焊縫缺陷檢出的可靠性。

本文所提出的圖像處理算法及自動檢測技術方法經三種不同類型的X射線實時成像采集系統應用和不同壁厚鋼管檢測實踐，被證明具有廣泛的適應性。基于本文成果研制開發的焊縫缺陷X射線實時自動檢測系統，已成功應用于國家“西氣東輸”螺旋縫焊管生產制造過程。

論文名稱：零件表面混合維建模理論、方法及其在產品裝配質量預測中的應用

論文作者：浙江大學/ 裘 辿

指導教師：譚建榮《研究領域：機械設計及理論、數字化智能化設計與制造》

劉振宇《研究領域：產品數字樣機技術、虛擬現實》

零件表面建模是復雜產品裝配設計和裝配質量預測中的關鍵技術。例如，航天電液伺服閥是精密的機、電、液一體化產品，其關鍵零部件的表面質量直接影響了伺服閥的裝配精度，決定了伺服閥的最終運行性能。滿足同樣尺寸公差的伺服閥配合件，其裝配質量會不一樣，甚至相距甚遠。為了提高伺服閥的裝配質量，在生產過程中需要反復選配與裝調，降低了伺服閥的生產效率。因此，本文針對零件表面質量對產品裝配質量的影響機理這一科學問題進行了深入的研究，取得了如下主要創新性成果：

（1）提出了整數維與分數維相結合的零件表面混合維分析方法，在整體上表達零件表面整數維信息的同時，精確地表達了零件表面的分數維細節。提出了基于小波分析的零件表面形貌數據的誤差提取方法，實現不同形貌輪廓的表面特征參數的辨識。提出了零件表面理論模型與實測數據比對的混合維表面參數驗證方法，通過加工后零件局部表面形貌測量數據與理論模型比對，修正了混合維表面的參數取值。

（2）提出了零件表面多尺度融合的真實參數獲取方法，定義了零件的真實表面參數，建立了理想參數、變動參數和混合維參數等多尺度誤差信息的關聯。提出了基于公差語義的零件變動表面生成方法，通過公差語義分析，建立了尺寸公差、形位公差與零件表面變動區間的映射關系。提出零件表面參數的關聯疊加法，將零件混合維表面參數與變動表面參數進行融合，構建了公差與形貌融合的零件真實表面。

（3）提出了公差分組與形貌個性匹配的零件選配與質量預測技術，通過基于接觸簇約束的裝配定位求解，在尺寸公差分組選配的基礎上精確比對不同配對表面多尺度誤差對裝配定位變動域的影響。分析零件結合面中接觸簇的高度范圍，構建了等效接觸面的表面接觸間隙場，實現了配合表面有效間隙量和有效間隙空間的預測。改進了環縫流量經典理論計算公式，分析了尺寸偏差、有效間隙和閥芯偏心率等參數對流量的影響規律，較精確地預測了滑閥由徑向間隙引起的油液泄漏量。

論文的研究成果成功應用于上海航天八院生產的3種型號150組雙噴嘴擋板電液伺服閥閥芯和閥套的選配，有效地提高了電液伺服閥關鍵零部件的配合質量，縮短了電液伺服閥的裝配周期50%，減少電液伺服閥選配零件投產數20%以上。