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基于CPCI圖像采集器的制動片磨損檢測系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2016-10-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:設(shè)計了一種系統(tǒng),采用基于總線的,利用圖像處理技術(shù),在車輛運(yùn)行過程中完成磨損的實(shí)時自動檢測,能提供準(zhǔn)確的表面磨損度的測量值,當(dāng)制動片被磨損到厚度為1.5~2.5 mm之間時,系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號,提醒工作人員及時更換制動片,有效地保障安全。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201610/308673.htm

在行車過程中,剎車是行車安全的重要保證。制動片表面磨耗達(dá)到一定程度,就要更換,以保證行車安全,由于電動機(jī)負(fù)荷不同、轉(zhuǎn)速不同,所以各個制動片磨耗不同,工作人員要根據(jù)制動片的磨損程度及時更換制動片片。但由于工作人員經(jīng)驗(yàn)不足和判斷不準(zhǔn)確,不能充分掌握制動片磨損的程度,造成在工作過程中剎車失靈的現(xiàn)象,帶來了巨大的安全隱患。文中設(shè)計的基于的制動片系統(tǒng)能實(shí)時自動檢測制動片表面磨損程度,有效地保障安全,提高工作效率和效益。

1 系統(tǒng)主要功能

1)能對車輛制動片進(jìn)行實(shí)時自動檢測,能提供制動片的磨損度的準(zhǔn)確測量值。

2)具有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲、查詢功能。

3)對超過磨損限度的制動片能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)故障定位,同時提供報警信號,同時顯示詳細(xì)的報警信息。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案和工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

基于的制動片系統(tǒng)主要由兩部分組成:第一是硬件部分,包括激光器、制動片、CCD攝像頭、CPCI圖像采集器、計算機(jī)等,第二部分是軟件部分,包括圖像采集、圖像處理等。該系統(tǒng)的激光器將光源投射到運(yùn)動的車輪的制動片上,當(dāng)車輪通過測量區(qū)域的測量位置時,制動片被激光照射,形成制動片厚度的截面激光線,CCD高速攝像頭在磨損檢測傳感器的作用下動態(tài)抓拍制動片激光輪廓線圖像,通過CPCI圖像采集器進(jìn)行圖像采集并進(jìn)行預(yù)處理,然后將測量結(jié)果傳輸給計算機(jī),計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理識別、判斷后顯示并將信號傳給語音報警器,最終來實(shí)現(xiàn)制動片的磨損度測量,其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

a.jpg

系統(tǒng)主要部件性能如下:

1)激光器

①激光波長:650 nm±10 nm;

②激光二極管正常工作壽命:10 000小時;

③激光線軸箱偏差5°;

2)CCD攝像機(jī)

為保證測量精度,防止抓拍出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象,對攝像機(jī)的CCD技術(shù)性能要求較高,選擇的是針孔面陣CCD。

主要技術(shù)指標(biāo):

①60 Hz逐行掃描,支持異步外觸發(fā);

②快門觸發(fā)控制從1/125秒到1/32 000秒可選,15 mm焦距,1/1 000畸變率;

③分辨率:1024×768;

3)圖像采集卡

選用CPCI型圖像采集卡。兩塊圖像采集卡,來完成信號的采集工作。主要技術(shù)指標(biāo):

①CPCI總線接口,軟件基于WINDOWS平臺,功能強(qiáng)大,界面友好;

②每路圖像采集卡有兩路獨(dú)立的A/D通道,支持異步外觸發(fā),可以在外觸發(fā)信號的控制下同步完成兩路圖像的采集工作;

③A/D采集的分辨率是11 bit。

2.2 工作原理

該制動片表面磨損度檢測系統(tǒng)采用基于CPCI總線的圖像采集器,利用圖像處理技術(shù)對采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括圖像的邊緣檢測技術(shù)、圖像二值化技術(shù)、圖像分割腐蝕、細(xì)化算法、平滑算法等技術(shù)。將處理后的圖像由PCI總線接口橋接芯片PCI6140送至CPCI總線,再傳送至計算機(jī),最終將整個圖像在后臺計算機(jī)上顯示,并進(jìn)行誤差分析,如果制動片磨耗度大于標(biāo)準(zhǔn)最低磨耗度,進(jìn)行實(shí)時報警,及時提醒工作人員更換制動片。這是一種先進(jìn)的智能檢測技術(shù),實(shí)用性強(qiáng),能夠更準(zhǔn)確地檢測制動片表面磨損度,保障了工作的安全,提高了工作效益。

其中,圖像采集器中圖像預(yù)處理具體步驟如下:

步驟1,利用Canny邊緣檢測算法檢測獲取已磨損摩擦片原始圖像(如圖2)的邊緣,從而提取連續(xù)而完整的邊緣圖像(如圖3)。

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步驟2,利用形態(tài)學(xué)的二值化、膨脹算法消除雙邊緣之間的間隙(如圖4)。

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步驟3,再用腐蝕、細(xì)化算法平滑算法,細(xì)化粗邊緣,使得邊緣在寬度上更接近原始目標(biāo),得到第一個處理結(jié)果圖5。

步驟4,對獲取的原始圖像進(jìn)行傅里葉變換處理,再用最優(yōu)閾值分割得到第二個處理結(jié)果圖像如圖6。

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步驟5,然后對兩幅圖像點(diǎn)乘運(yùn)算,最后使用模板去噪方法,得到處理的圖像如圖7。

e.jpg

圖像采集器中圖像處理技術(shù)流程圖如下:

通過對一個圖像進(jìn)行測試,最終測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的制動片圖像比較,如不在正常范圍1.5~2.5 mm內(nèi),需要及時更換該制動片。該方法能夠正確識別并計算剎車片厚度,結(jié)果較手工測量快速且有更高的精度,正確識別率大于95%,對高速運(yùn)行的剎車片的圖像也顯示出較強(qiáng)適應(yīng)性。

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3 系統(tǒng)的應(yīng)用前景

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平不斷提高,汽車的普及化已成為未來發(fā)展的必然趨勢,其安全問題更加引起人們的重視。汽車的制動系統(tǒng)應(yīng)具有安全性高、控制準(zhǔn)確、舒適度高、可靠性高、維修方便、系統(tǒng)輕量化的特點(diǎn)。剎車片是制動系統(tǒng)的重要組成部分,對制動性能起著舉足輕重的作用。剎車片是通過與車輪的摩擦實(shí)現(xiàn)制動,其材料應(yīng)具有耐熱性強(qiáng)、磨損量小、摩擦系數(shù)高、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。在汽車運(yùn)行中剎車片的磨損較嚴(yán)重,汽車長期處于動態(tài)運(yùn)行狀態(tài),基于CPCI圖像采集器的制動片表面磨損檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r自動檢測制動系統(tǒng)的故障隱患,具有非常重要的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,本系統(tǒng)能夠?qū)崟r自動檢測制動片表面磨損程度并及時發(fā)出更換制動片報警信號,測量精度和靈敏度較高。由于制動片的材料、表面粗糙度、硬度、摩擦力等因素的存在,并且在測量過程巾存在信號干擾和隨機(jī)誤差,可在算法和測量部分做進(jìn)一步改進(jìn)。



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