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关键词： 焊缝缺陷检测   目标检测   异常检测   特征融合   知识蒸馏  

摘要： X射线图像检测焊缝缺陷是目前主流的钢管质检方法,虽然X射线图像的拍摄已经完全实现了自动化,但是图像的缺陷检测却依旧需要依赖技术人员的人工质检。人工阅片环节在整个焊缝质检的过程中需要占用大量的时间,并且会因为技术人员的主观判断导致检测错误和判断不准确。同时,焊缝的X射线图像具有缺陷模糊,对比度低等问题,给焊缝的质检带来了挑战。针对以上问题,本文提出了焊缝X射线图像缺陷的检测方法,主要贡献如下: (1)针对焊缝的缺陷检测问题,本文提出了基于多路特征融合块和双向加权混合编码器的焊缝X射线图像缺陷检测模型。首先,该模型使用多路特征提取块改进了骨干网络,在提升模型检测性能的同时兼顾了模型的推理速度。其次,本模型采用了双向加权混合编码器,将骨干网络顶层输出的特征图输入内部特征自注意力块中,并将骨干网络较低层级的特征图输入特征选择模块中,增强其关键特征的表达能力。然后,将处理后的特征图输入使用CARAFE上采样算法的双向带权特征金字塔中,使不同层级的特征充分融合。最后,本文的多重损失请求选择解码器采用了交叉熵损失函数作为类别损失和SIo U损失作为定位损失,优化了模型针对小目标的检测能力。 (2)针对焊缝中的罕见缺陷和缺陷检测模型有可能的漏检,本文提出了一种基于知识蒸馏的Vision Transformer焊缝X射线图像异常检测模型以排除潜在的风险。首先,该模型采用了两套完全相同的骨干网络作为知识蒸馏模型的教师模型和学生模型,骨干网络的前两层应用了双路特征提取块,该模块可以提取图像的特征信息并缩小特征图的尺寸。其次,本文将基于稀疏注意力机制的Bi Former块应用于骨干网络的顶层,兼顾了推理速度和模型精度。同时,对于中间层的特征图,本文采用了多尺度输出一致性约束层,通过基于特征中心的损失函数和基于格拉姆矩阵的损失函数使得骨干网络中间层的特征图也保持高度一致。最后,该模型通过多尺度异常判别层,利用CARAFE上采样算法融合不同层级的特征后再使用余弦相似度计算每个位置的异常分,从而判断是否存在异常。 文本在公开数据集和自建的焊缝缺陷数据集中对本文提出的方法进行了验证,两种模型都优于目前的最优方法。此外,为了验证本文提出的模型在实际工业中的有效性,本文设计了缺陷检测软件系统,并部署于企业中。

关键词： 重金属   车载   多通道   原子荧光光谱   数据采集和处理  

摘要： 重金属污染是环境污染问题中的一部分,给人类的生活带来了许多不利影响,严重危害着人类的身体健康。有关分析重金属污染的研究引起了人们的极大关注。原子荧光光谱法是一种有效的重金属检测分析方法。采集污染物带回实验室进行检测,样品运输过程中存在污染风险,且检测结果反馈不具有时效性。设计车载多通道原子荧光光谱仪器,实现在现场对多种重金属同时进行分析,对于重金属污染检测至关重要。其中数据采集和处理系统是原子荧光光谱仪的重要组成部分,其影响着仪器整体性能。据调研,现有的原子荧光光谱仪大部分都是通过下位机数据采集,结合上位机数据处理的方式,这种结构的优点是可以在上位机执行复杂的算法对数据进行处理,但会影响数据处理的实时性和整体的工作效率。 本课题以汞和砷两种重金属为检测分析切入点,基于车载多通道原子荧光光谱仪,对原子荧光光谱的数据采集处理系统进行研究和设计,实现多个通道原子荧光光谱的数据采集和处理,提升了仪器的性能和工作效率。基于FPGA和单片机设计数据采集处理系统,采用时分复用策略,实现四通道原子荧光光谱的数据采集和处理。通过Matlab仿真验证了小波阈值去噪结合滑动均值的混合滤波算法对原子荧光光谱信号处理的有效性。设计前置放大电路和信号调理电路对信号进行放大和调理,由FPGA控制数据采集电路完成数据采集,在FPGA硬件上实现混合滤波算法,实时对各个通道的信号进行独立的数据处理和计算。采用STM32单片机通过CAN总线将数据传输到主机,完成数据传输。 将本课题设计的数据采集处理系统接入车载多通道原子荧光光谱仪中联调,对汞和砷标准溶液进行测试,验证系统的功能及性能参数。单通道模式下:汞通道工作曲线线性度为0.9999,检出限为0.0116μg/L,重复性为2.03%;砷通道工作曲线线性度为0.9996,检出限为0.1344μg/L,重复性为2.39%。双通道模式下:汞通道工作曲线线性度为0.9994,检出限为0.0157μg/L,重复性为2.90%;砷通道工作曲线线性度为0.9996,检出限为0.1692μg/L,重复性为2.62%。通过测试表明,系统可以应用到车载多通道原子荧光光谱仪上,为重金属实时检测提供技术支撑。

关键词： CFETR CS模型线圈   制造工艺   NBI功率测量靶   接头结构设计   制造验证  

摘要： 依照中国磁约束聚变能发展规划路线图,开展中国聚变工程试验堆(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)研究是我国从积极加入国际热核聚变实验堆项目跨越到实现聚变原型电站建设过程当中的十分重要一步,对于上述之间存在的关键技术与科学问题解决至关重要。为满足能源可持续再生需求,中国科学家经过多年的基础研究攻关并完成相关论证实验后,开始了中国聚变工程试验堆的工程设计任务,其中心螺管线圈(Central Solenoid Coil,CS)及中性束辅助加热(Neutral Beam Injector,NBI)系统的功率测量靶部件都为聚变装置系统中关键部件之一。为研究CS线圈和NBI系统中的关键部件制造性能,掌握关键部件制造过程中的核心技术,需要开展对CS线圈绕制成形经热处理后的超大磁体的制造技术、NBI系统功率测量靶部件的关键制造技术进行详细的工艺研究。 中心螺管Nb3Sn绕组经绕制成型热处理工序后,才具备超导临界属性,且为保证线圈通电绝缘属性,需要对热处后的线圈进行匝间绝缘和层间绝缘的包绕任务,因此为保证线圈整体制造安全性及尺寸精度,要求线圈整体外形尺寸及性能必需满足。本文基于线圈拉开成形工艺的三维模型建立,分析线圈满足热处理工序后的线圈超导性能在许可应变条件下的拉开距离计算,完成了线圈热处理制造工艺后的拉开包绝缘一体成型设备的设计,建立了 CFETR CS模型线圈Nb3Sn绕组拉开落模工艺的关键部件有限元模型,分析采用有限元软件对设计部件进行结构强度模拟计算,得出最大等效应力分布及最大变形区域后,经过优化设计进而为实际的焊接过程控制及制造提供了一定的参考依据。依据线圈成型后的尺寸精度控制工艺,完成了线圈拉开、线圈层间旋转,绝缘包绕及线圈落模一体式关键设备控制系统的设计研发。通过线圈拉开成型设备的关键载荷与性能测试,参考线圈成型过程,完成了线圈拉伸应变不超过0.1%的工程验证。开展了成形模具和旋转拉开的样件试验,验证了拉开落模工艺的关键设备可靠性和稳定性。 功率测量靶作为热负荷的高能量承载部件,工作期间靶板表面会承受数兆瓦每平方米功率密度载荷能量。为实现靶板的高效排热,以保证靶板管路结构支撑强度及关键接头部件的设计强度及尺寸精度,不仅是功率测量靶设计的瓶颈问题,也是实现NBI系统作为聚变装置中等离子体辅助加热和维护的有效诊断手段。为此完成了靶板管路接头关键部件的结构尺寸详细设计,并且依据靶板集成管道的设计要求,首先提出三种集成方案,然后进行相同截面面积条件下的不同集成方案对比分析,最后选出制造工艺及设计的最优化方案。利用有限元软件对靶板集成管路进行设计尺寸的优化,评估了其承压条件下的强度分析。完成了靶板管路总体支撑部件的方案设计,按照承载在温升、耐压、自重及水负载条件下的各工况载荷变形位移与等效应力分布,进行整体支撑部件的设计强度及可靠性评估,并以此作为关键部件设计制造的理论依据。完成测试部件及关键支撑部件的加工、装配、调试。通过调试和检测,管路接头设计方案达到了设计要求,检验结果表明,该结构设计满足工程制造要求,性能测试指标满足设计指标要求,为NBI功率测量靶的研制提供参考依据。

关键词： X射线荧光光谱法(XRF)   熔融制样   钴内标   锰铁   金属锰   锰   硅   磷  

摘要： 锰铁合金和金属锰是炼钢过程加入的重要原料，锰、硅、磷含量的准确检测对商务结算及生产控制具有重要意义。以四硼酸锂、偏硼酸锂、过氧化钡、钴粉与试样按一定质量比例混合包球，先在石墨垫底的瓷坩埚中通过马弗炉低温加热熔融，再置于盛有四硼酸锂的铂-金坩埚熔制成片，解决了合金中单质元素腐蚀铂-金坩埚的问题；用钴内标对锰进行校正克服了因烧失量及元素价态变化导致的样片质量波动对主量元素锰测定结果的影响，硅、磷的测定结果无需内标校正，实现了熔融制样-X射线荧光光谱法对锰铁合金和金属锰中锰、硅、磷的测定。选用各元素含量呈一定梯度的锰铁合金、金属锰等标准样品绘制校准曲线，采用ZSX Primus分析软件自带数学校正功能校正元素间吸收增强效应，校准曲线的相关系数不小于0.999 4,硅的方法检出限为0.000 8%,磷检出限为0.000 3%。分别选取高碳锰铁、中碳锰铁、金属锰试样，按实验方法进行10次平行试验，锰、硅、磷测定结果的相对标准偏差(n=10)在0.06%～4.1%之间。将实验方法应用于锰铁和金属锰标准样品中锰、硅、磷的测定，测定值与标准值的误差分别满足GB/T 5686.1、GB/T 5686.2、GB/T 5686.4标准方法的允许差要求。随即抽取锰铁、金属锰试样共8件，采用实验方法和GB/T 5686系列标准方法进行方法比对，结果表明，实验方法与GB/T 5686.1中高氯酸氧化滴定法测定锰、GB/T 5686.2中高氯酸重量法测定硅、GB/T 5686.4中钼蓝光度法测定磷的结果基本一致。