Thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập và xử lý ảnh

Nội dung text: Thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập và xử lý ảnh

1. THIẾT BỊ NỘI SOI ÔTÔ CẦM TAY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH PORTABLE VEHICLE BORESCOPE DEVICE WITH BUILT-IN IMAGE ACQUISITION AND PROCESSING TECHNOLOGY (1) (2) KS. Đặng Quang Vinh , TS. Nguyễn Bá Hải quangvinhdang2002@yahoo.com[(1), bahai@hcmute.edu.vn(2) Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh TÓM TẮT Đề tài này nghiên cứu và phát triển thiết bị nhằm giúp việc kiểm tra trực tiếp sâu bên trong các bề mặt chi tiết của động cơ ôtô có thể được thực hiện dễ dàng. Thiết bị có đầu dò gắn camera siêu nhỏ đưa vào sâu bên trong chi tiết máy, đồng thời nhìn qua màn hình thiết bị này có khả năng tự phát hiện những hư hỏng và báo mã lỗi chúng ta biết về tình trạng hư hỏng của chi tiết. Thiết bị nội soi hoạt động nhờ chương trình được lập trình trên phần mềm xử lý ảnh với LabVIEW. Thiết bị đã được thí nghiệm trên mười loại động cơ khác nhau và đạt được kết quả ban đầu khả quan. Từ khóa: Thiết bị nội soi, nội soi ô tô, giao diện kiểm tra mã lỗi, xử lý ảnh, LabVIEW. ABSTRACT This research paper focuses on Research into and development of the portable vehicle borescope device with built-in image acquisition and processing technology with the aim of enabling direct and inside testing of the surface of vehicle-engine parts with ease. The device is equipped with a probe to which a super-mini camera is attached in order to enable inside exploring of engine parts. Concurrently, via a monitor, this device is able to automatically detect defects and send error codes to notify users the failure status of parts. This device is operated through a program which is programmed with the image – processing software by Labview. It has been tested on over 10 different engines with early satisfactory result. Key words: Borescope device, vehicle borescope, error- code checking interface, image processing, LabVIEW. 1. GIỚI THIỆU đèn pin, thậm chí cả gương để có thể nhìn Trước đây, các kỹ thuật viên ngành ôtô, thấy chi tiết sâu bên trong. Quá trình kiểm tra muốn kiểm tra bên trong động cơ, xem có và sửa chữa trên động cơ ôtô ngày càng phức khuyết tật hay không, họ thường phải dùng tạp và khó khăn. Vì xe ôtô được ngày càng 1
2. điện tử hóa, giảm kích thước Để đáp ứng hoặc vị trí đường ống nước Giá khoảng những nhu cầu trong quá trình kiểm tra và 2.279.000VND. (Xem hình 2)[2]. phát hiện những hư hỏng được dễ dàng nhanh chóng, tăng tính an toàn trong quá trình kiểm tra hư hỏng trên xe ôtô. Thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập và xử lý ảnh giúp cho chúng ta kiểm tra và phát hiện những hư hỏng trực tiếp trên động cơ ôtô được dễ dàng và thuận lợi hơn. Trên thế giới đã có những thiết bị nội soi ô tô nhưng chưa qua xử lý bởi các phần mềm để Hình 2. Máy nội soi công nghiệp Extech- tự phát hiện ra những hư hỏng, ví dụ như: BR80 Máy nội soi công nghiệp (camera) CEM BS- Với thiết bị nội soi được giới thiệu trong bài 100, xuất xứ từ Trung quốc giúp ghi lại hình báo này, tác giả ứng dụng công nghệ xử lý ảnh tại những vị trí mà mắt không thể quan ảnh với LabVIEW. Đây chính là điểm mới sát trong các điều kiện thông thường: Đường của đề tài đã nghiên cứu. ống, bình ga, tủ điện, động cơ, máy và thiết Đề tài thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng bị khác Giá khoảng 2.749.950 VND (Xem công nghệ thu thập và xử lý ảnh gồm một đầu [1] hình 1) . dò có góc quay quét rộng, trên đó gắn một camera siêu nhỏ, độ nhạy cao. Khi đưa đầu dò vào sâu bên trong chi tiết, hình ảnh được truyền về máy tính và được xử lý ảnh trên phần mềm LabVIEW. Thiết bị có khả năng tự phát hiện những hư hỏng và hiển thị mã lỗi trên giao diện phần mềm LabVIEW. Đồng thời nó cũng giúp cho kỹ thuật viên có thể Hình 1. Máy nội soi công nghiệp (camera) nhận định, đánh giá rất rõ ràng các chi tiết CEM BS-100 máy về tình trạng hư hỏng của chi tiết. Thiết Máy nội soi công nghiệp Extech-BR80 có bị nội soi này cũng giúp cho chúng ta kiểm xuất xứ từ Mỹ. Giúp ta kiểm tra trong những tra được các đường ống có đường kính nhỏ. bức tường bị nấm mốc, côn trùng phá hoại - 2 -
3. Khi có thiết bị nội soi chúng ta sẽ phát hiện Người điều khiển dùng tay cầm thiết bị nội được nhanh chóng, chính xác những hư hỏng soi, đưa trực tiếp đầu dò camera vào chi tiết và đề ra phương pháp sửa chữa phù hợp. Cắt cần quan sát. Ta có thể điều chỉnh góc xoay giảm được chi phí sửa chữa, tránh gây thiệt của camera bằng cách điều khiển bánh răng hại do quá trình tháo lắp. được đặt ở tay cầm của thiết bị, đồng thời ta có thể xoay tay cầm để quan sát toàn bộ diện 2. THIẾT BỊ NỘI SOI ÔTÔ CẦM TAY tích bề mặt chi tiết. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH 2.3. NHỮNG KHÓ KHĂN VỀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ NỘI SOI ÔTÔ 2.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Một trong những khó khăn kỹ thuật của thiết bị nội soi ôtô là làm thế nào để đầu camera có thể quét được toàn bộ diện tích bề mặt của chi tiết và có thể tự phát hiện ra những hư hỏng trên bề mặt chi tiết cần quan sát. Để khắc phục chúng tôi sẽ thiết kế thiết bị nội Hình 3. Sơ đồ hoạt động của thiết bị nội soi soi ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập và và xử lý ảnh. xử lý ảnh Thiết bị nội soi này được kết nối với máy 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ NỘI SOI ÔTÔ tính qua cổng USB. Khi kỹ thuật viên đưa CẦM TAY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ đầu dò của thiết bị nội soi vào bên trong chi THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH tiết máy cần quan sát, máy tính sẽ nhận tín 3.1. THIẾT KẾ CƠ KHÍ hiệu hình ảnh từ camera được đặt ở phần đầu Thiết bị nội soi có chiều dài 908mm gồm ống của thiết bị và được xử lý bởi phần mềm xử inox Φ10mm, ống thép mềm Φ8mm, dây lý ảnh với LabVIEW để đưa ra những hư cáp, bánh răng bằng thép bán kính 8mm và hỏng được thể hiện qua mã lỗi trên giao diện ống nhựa POM Φ30mm. máy tính. Thiết bị sẽ tự phát hiện ra những hư hỏng và hiển thị mã lỗi trên giao diện. Sau Phần đầu của thiết bị được gắn bởi camera đó hình ảnh và mã lỗi sẽ được lưu vào cơ sở quan sát có chiều dài 6mm. dữ liệu trong máy tính. Phần thân của thiết bị gồm ống inox, ống thép mềm ghép lại với nhau. 2.2. PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN - 3 -
4. Phần tay cầm của thiết bị làm bằng nhựa POM, tay cầm được ghép với phần thân của thiết bị, đồng thời bánh răng nối với dây cáp điều khiển đầu camera cũng được ghép với tay cầm. Hình 5.a. Giao diêṇ hiển thi ̣Piston còn tốt Hình 4. Bản vẽ thiết kế thiết bị nội soi ôtô 1.Tay cầm 2. Bánh răng 3.Thân ống 4. Dây cáp 5. Camera 3.2. THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ LẬP Hình 5.b. Giao diêṇ hiển thi ̣ Piston bị đóng [9] TRÌNH XỬ LÝ ẢNH muội than[10] (Mã lỗi #V0001) 3.2.1. THIẾT KẾ GIAO DIỆN - Khi ta muốn kiểm tra xilanh trong động cơ Trên đây là những giao diện được thiết kế đại của xe ôtô thì tác giả dùng con trỏ chuột click diện để hiển thị một số mã lỗi, được điều trực tiếp vào nút kiểm tra xilanh. Nút kiểm khiển trực tiếp trên máy tính [5]. tra xilanh đang ở vị trí On đèn xanh sáng. Ta - Khi ta muốn kiểm tra piston của động cơ quan sát ba giao diện hình 6.a, hình 6.b và đốt trong thì tác giả dùng con trỏ chuột click hình 6.c. trực tiếp vào nút kiểm tra piston. Nút kiểm tra piston đang ở vị trí On đèn xanh sáng. Ta quan sát hai giao diện hình 5.a và hình 5.b [4]. - 4 -
5. Hình 6.c. Giao diện hiển thị xilanh bị trầy xước và trên thành xilanh có phủ lớp dầu bôi trơn [10].(Mã lỗi #V0002) - Khi ta muốn kiểm tra ống dẫn dầu phanh trên xe ôtô thì tác giả dùng con trỏ chuột click trực tiếp vào nút kiểm tra ống dẫn dầu. Nút kiểm tra ống dẫn dầu đang ở vị trí On đèn xanh sáng. Ta quan sát hai giao diện hình Hình 6.a. Giao diêṇ hiển thi ̣xilanh còn tốt 7.a và hình 7.b. Hình 6.b. Giao diêṇ hiển thi ̣ xilanh bị trầy Hình 7.a. Giao diêṇ hiển thi ̣ ống dẫn dầu còn xước [10].(Mã lỗi #V0002) tốt Trường hợp xilanh có một lớp dầu bôi trơn phủ trên bề mặt thì kết quả kiểm tra vẫn không thay đổi, ta quan sát hình 6.c Hình 7.b. Giao diêṇ hiển thi ̣ dầu bị rò rỉ (Mã lỗi #V0003) - 5 -
6. - Khi ta muốn kiểm tra lọc nhớt hay mối ghép - Chƣơng trình thu thập và nhận diện chi giữa lọc nhớt và thân máy có bị rò rỉ nhớt hay tiết bị lỗi không thì tác giả dùng con trỏ chuột click trực tiếp vào nút kiểm tra lọc nhớt. Nút kiểm tra lọc nhớ đang ở vị trí On đèn xanh sáng. Ta quan sát hai giao diện hình 8.a và hình 8.b. (1). Thu ảnh từ camera. (2). Xám hóa ảnh (chuyển ảnh sang hệ màu 8 bit). (3). Nhị phân hóa ảnh (chuyển ảnh sang hệ màu nhị phân). (4). Lọc bỏ một số điểm ảnh không mong muốn. (5). Điều chỉnh liên kết các Hình 8.a. Giao diêṇ hiển thi ̣ mối ghép giữa điểm ảnh. (6). Đưa ra thông số đánh giá chất lọc nhớt và thân máy còn tốt lượng của chi tiết. (7). Thông số cuối cùng đánh giá chất lượng chi tiết. (8). Hiển thị thông số đánh giá chất lượng chi tiết. [7] - Chƣơng trình báo mã lỗi [6] Hình 8.b. Giao diêṇ hiển thi ̣ mối ghép giữa lọc nhớt và thân máy bị rò rỉ nhớt (Mã lỗi #V0004) 3.2.2. THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH THU - Chƣơng trình lƣu hình ảnh khi chi tiết bị THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH lỗi - 6 -
7. 8bit 1 bit Hình 9.a. Kết quả sau khi nhị phân hóa ảnh Để việc đánh giá các lỗi chính xác hơn tác giả sử dụng hàm IMAQ GrayMorphology (5) để điều chỉnh liên kết giữa các điểm ảnh để đưa ra một thông số thống nhất cho vùng điểm ảnh (là các lỗi) cần nhận diện. Ví dụ như hình 9.b. - Nguyên lý làm việc của chƣơng trình xử lý ảnh Morphology Hình ảnh tình trạng của các chi tiết máy được camera đưa về máy tính và được đọc lên Hình 9.b. Kết quả sau khi điều chỉnh liên kết phần mềm LabVIEW [3] thông qua thư viện điểm ảnh NI IMAQdx (1), hình ảnh đưa về là hình màu 32bit được xử lý bằng hàm IMAQ Khi việc xử lý ảnh đã giúp ta phân biệt rõ các ExtractSingleColorPlane (2) để đưa ra kết hình ảnh lỗi thì chúng ta cần lập trình để đưa quả là hình xám 8-bit, đây được gọi là bước ra thông số cụ thể làm kết quả cho việc nhận xám hóa ảnh (hình 8bit có dung lượng nhỏ, diện các lỗi ở trong các chi tiết máy, ta sử dễ xử lý và được hỗ trợ lập trình bởi nhiều dụng hàm IMAQ Particle Analysis (6) để thuật toán xử lý ảnh khác). Tiếp tục sau khi đưa ra các thông số hay kết quả của việc được xử lý thành ảnh xám, hình lại được xử kiểm tra các chi tiết máy như: số vết xước lý thành ảnh nhị phân (1bit) bằng hàm trên thành xylanh, diện tích piston bị muội IMAQ Threshold (3), việc đưa ra hình nhị than, diện tích phần dầu loang quanh ống dẫn [8] phân giúp chúng ta loại bỏ đi những điểm hay diện tích nhớt loang quang lọc nhớt. ảnh không quan trọng và lọc ra những vùng 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ảnh thể hiện đó là những lỗi (vết xước của Kết quả thưc̣ nghiêṃ là đã chế tạo thành công xylanh, muội than trên piston, dầu bị rò rỉ thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng công trên đường ống dẫn, nhớt bị rò ra từ bộ phận nghệ thu thập và xử lý ảnh. Dưới đây là hình lọc nhớt). Ví dụ như hình 9.a. - 7 -
8. của thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO công nghệ thu thập và xử lý ảnh. [1]. camera-CEM-BS-%E2%80%93-100- 509p3664s.html Hình 10. Thiết bị nội soi ôtô cầm tay ứng [2]. dụng công nghệ thu thập và xử lý ảnh Extech-BR80-509p6181s.html 5. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN [3]. TS. Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW, CỨU TIẾP THEO trình độ cơ bản, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM. Đã hoàn thành việc thiết kế thiết bị nội soi [4]. Vision Application Devolopment With ôtô cầm tay ứng dụng công nghệ thu thập và LabVIEW Tutorial, Ks. Nguyễn Hồ Nam. xử lý ảnh nhằm muc̣ đích giúp cho người [5]. NI Vision Assistant 2009 Tutorial dùng kiểm tra, phát hiện nhanh chóng những hư hỏng trên bề mặt của các chi tiết máy nằm [6]. NI Vision Builder for Automated sâu bên trong mà mắt chúng ta không nhìn Inspection Tutorial thấy được. [7]. LabVIEW Help – IMAQ & Vision section Kết quả đaṭ đươc̣ và đóng góp c ủa đề tài [8]. Image Processing: The Fudamentals. gồm: Maria Petrou and Panagiota Bosdogianni Giao diện giao tiếp giữa thiết bị phần cứng (cơ khí) và phần mềm. Điểm mớ i và tính thực 0470841907 tiêñ của đề tài là đề tài đầu tiên ở Viêṭ Nam [9]. được thiết kế và sản xuất thử . Ứng dụng công xu-ly-anh nghệ xử lý ảnh để xác định được chất lượng [10]. Nguyêñ Tấn Lôc̣ , Giáo trình thực tập bề mặt của xylanh, piston trong động cơ ôtô, đôṇ g cơ xăng I và II, Trường ĐHSPKT HCM phát hiện được sự rò rỉ của dầu phanh, dầu nhớt trên ôtô. Sản phẩm dự kiến có tính Thông tin liên hệ thương mại hóa cao. Họ tên: Đặng Quang Vinh Hướ ng phát triển của đề tài này là: Tiếp tục Điện thoại: 0939292308 nghiên cứu sâu , cải tiến thiết bị gọn nhẹ , Email: quangvinhdang2002@yahoo.com thẩm mỹ hơn , bổ sung đầy đủ những mã lỗi cho việc kiểm tra phát hiện những hư hỏng của các hệ thống khác. - 8 -
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.