第三届上银优秀机械博士论文摘要选登

论文名称：基于多帧图像焊缝缺陷轨迹跟踪的X射线实时检测技术

论文作者：清华大学/ 邵家鑫

指导教师：都 东《研究领域：成形制造（焊接）复杂过程建模与智能控制、无损检测技术与系统、机器人技术及工程应用》

基于X射线实时成像的焊缝缺陷在线检测是重要焊接结构连续生产过程中的关键环节，而动态图像处理技术是实现在线自动检测的关键。对于高噪声焊缝X射线实时图像，采用单帧图像处理算法无法克服缺陷误检与漏检之间的矛盾，需要研究多帧关联的图像处理方法。目前该领域已有的X射线多帧实时动态图像处理主要采用图像匹配方法或帧间缺陷匹配方法，前者在进行相关度计算时实时性较差，后者对低对比度缺陷容易产生漏检。另外，现有的焊缝缺陷检测图像处理算法对工业现场长期检测过程（图像灰度分布范围和噪声水平时常变化）适应性较差，难以满足实际生产需求。

针对上述问题，本文提出了基于“焊缝区域提取——潜在缺陷预分割——缺陷真伪智能识别——多帧图像焊缝缺陷轨迹跟踪”的X射线实时图像焊缝缺陷自动检测的路线。在此基础上又进一步提出采用基于焊缝边缘连续性的焊缝区域快速提取算法、基于双向累积霍夫(Hough)变换的焊缝区域提取算法、基于自适应阈值大模板中值滤波背景消除法的缺陷预分割方法、基于支持向量机（Support Vector Machine,SVM）的真伪缺陷识别算法以及基于改进Hough变换的潜在焊缝缺陷轨迹跟踪算法和基于“潜在缺陷对”速度直方图的焊缝缺陷跟踪算法，并进行了深入的研究和试验。

试验研究和应用结果表明，所提出的焊缝缺陷自动检测技术路线能够有效克服高噪声X射线实时图像中缺陷漏检与误检之间的矛盾；所提出的两种焊缝区域提取算法、焊缝缺陷预分割方法及基于SVM的真伪缺陷识别算法为适应不同灰度分布范围和噪声水平的焊缝X射线实时图像，实现缺陷的自动检测提供了基础；所提出的两种多帧图像中焊缝缺陷轨迹跟踪算法则能够快速有效地实现真实缺陷目标的轨迹跟踪，剔除伪缺陷，确保焊缝缺陷检出的可靠性。

本文所提出的图像处理算法及自动检测技术方法经三种不同类型的X射线实时成像采集系统应用和不同壁厚钢管检测实践，被证明具有广泛的适应性。基于本文成果研制开发的焊缝缺陷X射线实时自动检测系统，已成功应用于国家“西气东输”螺旋缝焊管生产制造过程。

论文名称：零件表面混合维建模理论、方法及其在产品装配质量预测中的应用

论文作者：浙江大学/ 裘 辿

指导教师：谭建荣《研究领域：机械设计及理论、数字化智能化设计与制造》

刘振宇《研究领域：产品数字样机技术、虚拟现实》

零件表面建模是复杂产品装配设计和装配质量预测中的关键技术。例如，航天电液伺服阀是精密的机、电、液一体化产品，其关键零部件的表面质量直接影响了伺服阀的装配精度，决定了伺服阀的最终运行性能。满足同样尺寸公差的伺服阀配合件，其装配质量会不一样，甚至相距甚远。为了提高伺服阀的装配质量，在生产过程中需要反复选配与装调，降低了伺服阀的生产效率。因此，本文针对零件表面质量对产品装配质量的影响机理这一科学问题进行了深入的研究，取得了如下主要创新性成果：

（1）提出了整数维与分数维相结合的零件表面混合维分析方法，在整体上表达零件表面整数维信息的同时，精确地表达了零件表面的分数维细节。提出了基于小波分析的零件表面形貌数据的误差提取方法，实现不同形貌轮廓的表面特征参数的辨识。提出了零件表面理论模型与实测数据比对的混合维表面参数验证方法，通过加工后零件局部表面形貌测量数据与理论模型比对，修正了混合维表面的参数取值。

（2）提出了零件表面多尺度融合的真实参数获取方法，定义了零件的真实表面参数，建立了理想参数、变动参数和混合维参数等多尺度误差信息的关联。提出了基于公差语义的零件变动表面生成方法，通过公差语义分析，建立了尺寸公差、形位公差与零件表面变动区间的映射关系。提出零件表面参数的关联叠加法，将零件混合维表面参数与变动表面参数进行融合，构建了公差与形貌融合的零件真实表面。

（3）提出了公差分组与形貌个性匹配的零件选配与质量预测技术，通过基于接触簇约束的装配定位求解，在尺寸公差分组选配的基础上精确比对不同配对表面多尺度误差对装配定位变动域的影响。分析零件结合面中接触簇的高度范围，构建了等效接触面的表面接触间隙场，实现了配合表面有效间隙量和有效间隙空间的预测。改进了环缝流量经典理论计算公式，分析了尺寸偏差、有效间隙和阀芯偏心率等参数对流量的影响规律，较精确地预测了滑阀由径向间隙引起的油液泄漏量。

论文的研究成果成功应用于上海航天八院生产的3种型号150组双喷嘴挡板电液伺服阀阀芯和阀套的选配，有效地提高了电液伺服阀关键零部件的配合质量，缩短了电液伺服阀的装配周期50%，减少电液伺服阀选配零件投产数20%以上。