【摘要】：木材是可再生的生物質(zhì)材料,廣泛應用于建筑、橋梁、家具等領域,但是由于對其力學特性缺乏足夠了解,使其應用范圍受到了限制。抗壓彈性模量是木材應用的重要力學指標,傳統(tǒng)的檢測方法則是通過力學破化性實驗完成測量,其具有條件苛刻、耗時長、以偏概全等缺點。隨著現(xiàn)代傳感技術的發(fā)展,木材力學強度的無損檢測法得到了大力發(fā)展。目前主要的無損檢測技術主要有:近紅外光譜分析法、密度預測法、應力波法等。纖維角作為板材表面的重要特征,在很大程度上決定了板材的力學性能。通過構(gòu)建板材纖維角分布特征與板材力學性能的模型,能夠很好彌補當前主流木材力學強度無損檢測中測量設備昂貴、操作復雜、方式局限等缺陷,拓展了板材力學無損檢測方法。本文從針葉材管胞效應入手,設計了一套集光源發(fā)射、光斑采集與板材遍歷為一體的纖維角檢測平臺,實現(xiàn)纖維角測量與纖維角分布的統(tǒng)計功能。針對設備搭建過程中相機相對于待測板材表面存在旋轉(zhuǎn)導致光斑圖像出現(xiàn)梯形變形的問題,采用了在待測表面設置特殊標記完成相機的姿態(tài)恢復,從而完成圖像校正。在從激光光斑圖像恢復板材纖維角的過程中,采用了高斯濾波核對圖像高頻信號進行抑制,通過梯度算子完成光斑邊緣點的提取。在提取光斑最大變形指向的過程中,以橢圓方程作為模型,利用最小二乘法進行擬合。針對最小二乘對“離群點”敏感的缺陷,采用了隨機采用一致性原則進行抽樣擬合,以啟發(fā)搜索的方式降低離群點對橢圓擬合的影響。由于脈沖激光光源發(fā)射功率存在跳動從而導致測量設備對同一點的不同次的測量值存在波動,該波動符合高斯分布,故選用均值濾波對最終擬合的纖維角度進行平滑。通過遍歷板材得到板材纖維角分布,經(jīng)過實驗調(diào)優(yōu),最終確定了以板材正反兩側(cè)的纖維角均值、纖維角標準差、潛入系數(shù)作為輸入,抗壓彈性模量作為輸出構(gòu)建了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡,完成板材纖維角分布預測抗壓彈性模量的任務。在纖維角測量過程中,通過單點重復測量得到在最終的纖維角均值濾波器參數(shù)為20時,設備最大誤差為0.65°。按照國家標準《GB-T-15777-1995》加工落葉松試樣100個,應用檢測平臺采集纖維角分布后采用力學試驗機獲得抗壓彈性模量;按照3:1的比例劃分訓練樣本與測試樣本;通過實驗反復確定,在以兩面纖維角均值、纖維角方差與潛入系數(shù)均值為輸入,抗壓彈性模量為輸出構(gòu)建6-15-4-1的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡;以網(wǎng)絡權(quán)值平方作為代價函數(shù)正則項,利用NAGD方法進行訓練,網(wǎng)絡精度能夠達到90.8%,能夠較好的完成板材抗壓彈性模量預測任務。
【圖文】：

維角圖像的纖維角圖像采集模塊，用于承載板材與拖動板材運動完成待測板材遍歷的滑逡逑臺與板材夾取模塊，用于從矯正圖像、從圖像中恢復纖維角指向以及進行模型推理的計逡逑算模塊。整個設備簡圖如圖２－１所示，逡逑攝像機逡逑邐逡逑｜邐．邋Ｉ逡逑鏡頭與輔助裝置邐邐邐＇邐．．．ｎN逡逑計算機逡逑激光器邐＾逡逑Ｉ逡逑待測板材逡逑二軸滑臺邋＾邐－＾逡逑圖２－１纖維角設備示意圖逡逑其中攝像機、鏡頭輔助裝置、激光器與相關支架構(gòu)成管胞效應圖像采集模塊。二軸逡逑滑臺包含板材夾取機構(gòu)、導軌、驅(qū)動電機、運動控制機箱構(gòu)成以及相應的傳動機構(gòu)構(gòu)成逡逑用于便利板材的運動模塊。采用計算機作為運算平臺，實現(xiàn)對攝像機曝光控制、滑臺運逡逑動規(guī)劃以及圖像處理模型推理的計算任務。逡逑２．２圖像采集子系統(tǒng)逡逑圖像采集子系統(tǒng)包含了攝像機、鏡頭、鏡頭輔助裝置、激光發(fā)生器構(gòu)成。由于后續(xù)逡逑算法的處理全部依賴于圖像采集，圖像質(zhì)量的好壞直接影響建模的準確性。所以設計穩(wěn)逡逑定、高效、高質(zhì)量的拍照環(huán)境尤為重要。逡逑２．２．１相機的選型逡逑相機是一種能夠?qū)⒐鈱W信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。外界光線通過鏡頭聚焦在相機內(nèi)逡逑部的ＣＭＯＳ或ＣＣＤ芯片上呈現(xiàn)出倒立的像。這些芯片又是由數(shù)以萬計的感光單元整齊逡逑的排列在一起，這些感光單元稱之為像素。芯片最大的成像分辨率就是感光單元在橫向逡逑于縱向的數(shù)量。逡逑同時由于一般的相機沒有類似于單反相機類似的三棱鏡成像系統(tǒng)，不能夠通過機械逡逑－７－逡逑

東北林業(yè)大學碩士學位論文控制，所以該類相機普遍采用電子快門。其原理是通過一定時間的光電效應得到的電荷量，并在曝光事件結(jié)束后輸出電荷累計量張圖像的采集。市面上電子快門形式一般分為全局曝光和卷簾曝結(jié)束后一次性清除所有芯片上積累的電荷如圖２－３，而卷簾式曝荷累計量并依次清除電荷累計如圖２－２。逡逑從菜NB？始t墸浩櫧�，辑溪一庚p盟急剩у澹瑁蚓皇枷輿義，

本文編號：2694607