基于深度学习的废旧塑料饮料瓶分选系统研究

发布时间：2023-03-02 07:37

　　本课题围绕废旧塑料饮料瓶在整瓶视觉分选过程中的颜色和位置识别问题以及废旧塑料饮料瓶的气动喷射分离问题展开研究。基于深度学习分类的理论,采集并制作了废旧塑料饮料瓶分类数据集,运用三种经典深度学习网络(Alex Net、VGGNet和Darknet-53)在分类数据集上训练和测试,研究了废旧塑料饮料瓶颜色识别问题。以此为基础提出了适合于废旧塑料饮料瓶分类的Bottle Net分类网络模型,并研究了该分类网络模型在不同工况环境(不同传送带颜色和光照强度)下颜色识别的适应性。基于深度学习目标检测方法,采集并制作了废旧塑料饮料瓶检测数据集,研究了废旧塑料饮料瓶的位置识别问题,设计并构建了适合于废旧塑料饮料瓶位置识别的BottleYOLOv3定位网络模型。针对连续多帧图像中可能存在信号重复问题,提出了废旧塑料饮料瓶在分选过程中避免遗漏和位置信息重复算法。利用流体仿真软件Fluent,并结合正交试验分析方法,模拟仿真了气动喷嘴型式、总长、收缩角以及出口直径对喷射性能的影响规律,优化了喷嘴的结构。利用流体仿真软件Fluent模拟被喷射的废旧塑料饮料瓶在喷射气流下所受到的冲击性负载,构建了废旧塑料饮料瓶...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的意义及应用前景
    1.2 颜色识别与位置检测
        1.2.1 颜色识别技术
        1.2.2 多目标位置检测技术
    1.3 气动喷射喷嘴结构设计
    1.4 气体冲击射流技术
    1.5 论文的主要研究内容
2 基于深度学习的废旧塑料饮料瓶的颜色识别
    2.1 引言
    2.2 废旧塑料饮料瓶分选系统颜色识别简介
    2.3 废旧塑料饮料瓶分类数据集制作
        2.3.1 弱光环境下黑色传送带分类数据集采集
        2.3.2 分类数据集数据增强
        2.3.3 废旧塑料饮料瓶分类数据集综合
    2.4 常见深度学习分类算法模型
        2.4.1 Alex Net网络模型
        2.4.2 VGGNet网络模型
        2.4.3 Darknet-53 网络模型
    2.5 三类深度学习分类算法仿真实验及结果分析
        2.5.1 实验硬件及软件简述
        2.5.2 三类分类模型的训练
        2.5.3 三类分类模型测试结果
        2.5.4 三类分类模型的特征图可视化分析
        2.5.5 三类分类模型结果分析
    2.6 废旧塑料饮料瓶Bottle Net分类网络模型的设计
        2.6.1 废旧塑料饮料瓶Bottle Net分类网络模型结构设计
        2.6.2 废旧塑料饮料瓶Bottle Net分类网络模型的训练与测试结果分析
        2.6.3 废旧塑料饮料瓶Bottle Net分类网络模型的特征图可视化分析
    2.7 不同颜色传送带和光源强度对Bottle Net分类网络模型准确率的影响
    2.8 废旧塑料饮料瓶Bottle Net分类网络模型的训练优化
    2.9 本章小结
3 废旧塑料饮料瓶的位置检测
    3.1 引言
    3.2 废旧塑料饮料瓶定位模型设计
    3.3 废旧塑料饮料瓶检测数据集准备
        3.3.1 废旧塑料饮料瓶检测数据的拍摄
        3.3.2 数据增强
        3.3.3 废旧塑料饮料瓶检测数据集的制作
    3.4 废旧塑料饮料瓶定位模型分析
        3.4.1 Bottle-YOLOv3 目标检测原理
        3.4.2 去重复原理
    3.5 废旧塑料饮料瓶定位模型的训练与测试
        3.5.1 废旧塑料饮料瓶定位模型的训练
        3.5.2 废旧塑料饮料瓶定位模型的测试
    3.6 废旧塑料饮料瓶分选试验系统搭建及实验
        3.6.1 视觉系统整体搭建
        3.6.2 数据采集
        3.6.3 视频数据测试及结果
    3.7 本章小结
4 气动喷嘴结构优化设计
    4.1 引言
    4.2 轴对称欠膨胀气体自由射流的理论分析
    4.3 气体喷射冲击废旧塑料饮料瓶过程
        4.3.1 气体的特性
        4.3.2 废旧塑料饮料瓶的物理特性
        4.3.3 影响气体冲击性能的因素
    4.4 基于正交试验方法的气动喷嘴结构设计
        4.4.1 气动喷嘴的型式与结构
        4.4.2 气动喷嘴正交试验设计
        4.4.3 气动喷嘴内外流场Fluent数值模拟仿真
        4.4.4 锥形喷嘴正交试验结果与分析
        4.4.5 锥直形喷嘴正交试验结果与分析
        4.4.6 锥形喷嘴和锥直形喷嘴综合对比分析
    4.5 本章小结
5 冲击射流下废旧塑料饮料瓶运动轨迹模拟分析
    5.1 引言
    5.2 废旧塑料饮料瓶气动分离方法简介
    5.3 气体冲击射流的基本理论
    5.4 废旧塑料饮料瓶的运动模型建立
        5.4.1 废旧塑料饮料瓶运动模型分离模型简介
        5.4.2 被喷射废旧塑料饮料瓶的运动分析
    5.5 废旧塑料饮料瓶数学模型中部分参数量的确定
    5.6 分离运动模拟参数优化
        5.6.1 喷嘴喷射方案的确定
        5.6.2 喷嘴冲击仿真模拟初始化设置
        5.6.3 喷嘴出口直径参数优化
        5.6.4 废旧塑料饮料瓶的运动轨迹模拟
        5.6.5 气动喷射分离部分优化结果
    5.7 本章小结
6 结论与展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的专利情况



本文编号：3752222