智能化磨粒图像分析及监测技术

本书面向装备智能运维学科发展前沿与工程迫切需求，锚定磨粒分析技术智能化方向，围绕传统监测技术中磨粒信息表征不完备、磨损机理辨识精度低与磨损失效诊断不准确的科学问题与应用难题，以机理驱动的磨损状态演变监测为主线，详细介绍了静态磨粒图像传感器设计、运动磨粒图像传感器设计、典型磨粒类型的智能辨识模型、磨损状态的在线监测方法等基础理论与核心技术。 全书内容兼具前沿性、创新性与工程实用性，旨在将作者团队在磨粒分析领域近二十年的经验积累与最新研究成果分享给广大读者，为其开展相关学术研究、解决工程应用难题提供参考。

武通海，1976年9月生，西安交通大学教授、博士生导师；高端装备复杂传动系统智能运维创新团队核心成员；陕西省首批中小企业首席工程师、西安交通大学首批“王宽城青年学者”、新疆大学“天山学者学科带头人”。现担任现代设计及轴承转子系统教育部重点实验室副主任，机械工程学会设备与维修工程学会委员、Measurement等本领域著名期刊副主编。长期从事高端装备状态感知方向研究工作，研发的国内首创磨损在线监测系统在军工装备、航空航天等领域的装备上得到推广应用。 曾获军队科技进步二等奖、陕西高等学校科学技术一等奖、中国国际工业博览会高校展区优秀展品一等奖、中国机械工程学会优秀论文奖。主持国家自然科学基金、陕西省重点研发项目等省部级以上项目8项。发表学术论文80余篇，获得授权发明专利及软件著作权50余项，完成科技成果转化8项。

目录 Contents 序(一) 序(二) 前言 第1章绪论 1.1磨粒图像监测技术概述 1.2磨粒图像监测技术 1.2.1磨粒图像获取 1.2.2磨粒特征提取 1.2.3磨粒类型辨识 1.2.4磨损状态分析 1.3磨粒图像监测技术的研究与进展 1.3.1磨粒图像获取技术 1.3.2图像驱动的磨粒特征表征 1.3.3典型磨粒类型辨识 1.3.4基于磨粒分析的磨损状态评估 1.4磨粒图像监测技术的发展趋势 参考文献 第2章静态磨粒图像传感器设计 2.1静态磨粒沉积及成像传感技术原理 2.1.1磁场作用下磨粒沉积特性分析 智能化磨粒图像分析及监测技术 目录2.1.2静态磨粒图像传感器简介 2.2静态磨粒图像传感器优化设计 2.2.1静态磨粒图像传感器励磁结构设计 2.2.2基于ZEMAX的显微成像系统设计 2.2.3基于定向遗传算法的光源布置优化 2.2.4静态磨粒图像采集系统及成像质量对比 2.3静态磨粒链分割与特征提取 2.3.1磨粒成链问题剖析 2.3.2基于磨粒边缘特征的磨粒链自动分割 2.3.3磨粒链Mask-RCNN智能分割模型 2.4静态磨粒图像传感器的效果检验 2.4.1图像质量验证 2.4.2磨粒特征提取有效性分析 2.5小结 参考文献 第3章运动磨粒图像传感器设计 3.1磨粒运动图像传感器设计 3.1.1磨粒滚动运动原理 3.1.2磨粒运动的驱动设计 3.1.3运动磨粒图像采集系统及分析 3.2运动磨粒检测跟踪与空间特征提取 3.2.1运动磨粒自动跟踪 3.2.2基于磨粒二维特征的三维空间特征构造 3.2.3磨粒三维空间特征的优势分析 3.3磨粒的三维重建与形貌特征提取 3.3.1磨粒表面重建策略 3.3.2关键点表征的磨粒表面稀疏重建 3.3.3融合SfS的磨粒表面稠密重建 3.3.4磨粒多视角形貌重建 3.3.5磨粒表面三维特征提取及评估 3.4小结 参考文献 第4章典型磨粒类型的智能辨识模型 4.1典型失效磨粒分层辨识策略 4.2失效磨粒CGAN样本扩增 4.2.1CGAN网络简介 4.2.2典型失效磨粒二维表征及样本标签制作 4.2.3失效磨粒样本扩增模型 4.2.4失效磨粒样本扩增模型验证 4.3基于BP神经网络的显著磨粒类型辨识 4.3.1磨粒关键特征参数筛选 4.3.2形状显著磨粒的类型辨识 4.3.3磨粒类型辨识结果分析 4.4基于二维图像的CNN形态学相似磨粒辨识模型 4.4.1形态学相似磨粒的CNN辨识模型 4.4.2形态学相似磨粒的CNN辨识模型验证与分析 4.5基于三维形貌特征的形态学相似磨粒辨识 4.5.1磨粒知识的图像化表征 4.5.2知识指导的形态学相似磨粒辨识模型 4.5.3辨识模型测试及可视化分析 4.5.4模型分析 4.6小结 参考文献 第5章磨损状态的在线监测方法 5.1机理驱动的磨损状态演变监测 5.1.1磨损状态的特征体系 5.1.2磨损阶段的Mean-shift判别模型 5.1.3磨损状态演变的建模方法 5.2四球机摩擦试验的磨损状态分析 5.2.1方法描述和实验设计 5.2.2四球机磨损状态数据演变判断 5.2.3磨损状态演变规律辨识 5.2.4磨损表面检测与验证 5.3车桥台架测试的磨损状态监测与动态预警 5.3.1车桥台架磨粒图像在线监测 5.3.2车桥台架磨损失效预警模型 5.3.3车桥台架磨损监测实测案例 5.4谐波减速器全寿命试验的磨损状态动态监测 5.4.1性能退化实验方案设计 5.4.2谐波减速器磨损性能退化监测 5.5小结 参考文献