【電鏟鏟齒檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計案例7300字】

電鏟鏟齒檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32364電鏟鏟齒檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計案例 1267741.1鏟齒工作狀態(tài)分析 1165791.1.1斗齒結(jié)構(gòu)及特點 15551.1.2鏟齒失效形式 2302921.1.3鏟齒磨損規(guī)律 4282011.2檢測系統(tǒng)方案設(shè)計 9208481.1.1鏟齒狀態(tài)監(jiān)測要求與目標(biāo) 9123451.1.2鏟齒狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 9325601.1.3鏟齒關(guān)鍵幀采集 111971.3硬件平臺設(shè)計 121.1鏟齒工作狀態(tài)分析1.1.1斗齒結(jié)構(gòu)及特點 電鏟工作三大主要部件為斗桿、鏟斗、動臂，其中鏟斗為電鏟作業(yè)中主要裝載部件，也是剝離作業(yè)中挖掘的主要裝置。電鏟鏟斗結(jié)構(gòu)組成如圖1.1所示，分別為鏟齒組件、開關(guān)斗門、鏟斗斗桿。在電鏟挖掘作業(yè)時，鏟斗的斗門與鏟斗本體閉合，在鋼絲吊繩和推壓軸的共同配合運行下，對礦石進(jìn)行挖掘，在礦石裝載過程中，鏟斗跟隨回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動到自卸卡車卸掉點處，釋放斗門，完成物料裝裝載。圖1.1鏟斗結(jié)構(gòu)Figure1.1Bucketstructure鏟齒組件位于鏟斗的前端工作面，是鏟斗進(jìn)行挖掘剝離作業(yè)的重要部件，其力學(xué)模型可簡化為懸臂梁結(jié)構(gòu)。鏟齒是所有斗齒組件的合計，并非單獨的個體部件。其的組成部分為C型卡板、楔子、鎖銷和鏟齒，結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。鏟齒分為上下兩部分，上端齒尖負(fù)責(zé)切削分離物體，齒座負(fù)責(zé)安裝，C型卡板將鏟齒定位在鏟斗前壁斗唇上，同時通過楔子進(jìn)行緊固，因不同電鏟工作方式的差異，斗齒還分為整體式和分離式兩種，整體式結(jié)構(gòu)簡單可靠，在目前服役的電鏟中應(yīng)用較多。圖1.2鏟齒組件Figure1.2Bucketteeth在挖掘裝載工作的一個周期中，鏟齒工作主要的階段是挖掘過程，挖掘時推壓機構(gòu)和提升機構(gòu)共同作用使斗桿上的鏟斗克服挖掘阻力和礦石重力，鏟齒直接與煤巖、土層、石塊等巖層物料接觸，由于物料組成復(fù)雜，破碎程度大小不一，挖掘時齒體受到很大的沖擊力、摩擦力以及擠壓作用力，齒尖位置磨料磨損嚴(yán)重，表面出現(xiàn)多種犁溝，同時還要承載挖掘載荷和彎曲載荷，易出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂，復(fù)雜惡劣的工作環(huán)境下長時間開采導(dǎo)致鏟齒壽命僅為一個月左右。1.1.2鏟齒失效形式鏟齒在惡劣環(huán)境下長時間工作，常出現(xiàn)磨損、變形、表面裂紋、脆裂脫落、斷裂等異常狀態(tài)。其中磨損失效比例可達(dá)到90%以上，主要表現(xiàn)為鏟齒磨禿、尺寸減小；斷裂失效比例為5-10%，主要表現(xiàn)為整體或部分脫落。電鏟鏟齒在鏟裝作業(yè)時承受挖掘阻力與礦石沖擊，在彎曲應(yīng)力下鏟齒早期斷裂現(xiàn)時常發(fā)生象。鏟齒材料多為高錳鋼，斷裂部位常常出現(xiàn)在鏟齒上表面齒座處，如圖1.4所示。鏟齒設(shè)計結(jié)構(gòu)及安裝方式使得其在齒上表面F1位置處承受較大挖掘阻力，而在齒側(cè)面P方向上受力較小，鏟齒挖掘角過大，齒底座A處易發(fā)生斷裂。斷裂后失去C形銷約束，造成單腿受力現(xiàn)象使得B處應(yīng)力集中易發(fā)生斷裂。鏟齒斷裂后直接導(dǎo)致鏟齒脫落，脫落的鏟齒混入煤炭中產(chǎn)生巨大隱患。圖1.3易斷裂位置Figure1.3Vulnerablefracturelocations鏟齒磨損是一個漸變的過程，直接表現(xiàn)出的特點為鏟齒外形逐步縮減，鏟齒在正常磨損狀態(tài)下不影響鏟斗挖掘工作，若某一齒發(fā)生異常磨損，鏟齒尺寸快速縮減，則需及時調(diào)整，防止加劇鏟斗和其他鏟齒的磨損。鏟齒易磨損區(qū)域為圖1.4鏟齒正面虛線所示區(qū)域，在挖掘時，斗齒以面工作而非以刃工作，接觸面積大，易出現(xiàn)“拉底”問題。圖1.4易磨損位置Figure1.4Wearableposition電鏟鏟齒作業(yè)時直接與物料接觸進(jìn)在挖掘阻力等因素作用下造成磨損，當(dāng)鏟齒的耐磨性不足時，就會造成鏟齒的過度磨損而提早報廢。鏟齒的磨損失效形式主要有：（1）切削磨損，在高沖擊工況作業(yè)下，鏟齒齒面在銳利棱角的物料上滑動，可近似看做刀具對齒面切削作用造成磨損，此形式磨損可歸類于鑿削式磨料磨損。（2）疲勞塑變磨損，當(dāng)待挖掘物料不太銳利時，在電鏟壓力的作用下，礦石壓入鏟齒齒面并滑動，不產(chǎn)生切屑而在表面產(chǎn)生犁皺犁溝，造成鏟齒齒面較大的塑性變形，在礦石反復(fù)推擠碾壓過程中，鏟齒齒面反復(fù)經(jīng)歷塑性變形，從而因疲勞而引起剝落，此情況磨損機制被稱為多次塑變導(dǎo)致斷裂的磨損機制。（3）脆裂磨損，鏟齒齒面與物料表面反復(fù)作用，導(dǎo)致鏟齒外表產(chǎn)生劇烈的塑性變形，進(jìn)一步引起加工硬化，增大了鏟齒外表面脆性，在挖掘中強烈沖擊震動下，外表面碎裂而形成磨損。1.1.3鏟齒磨損規(guī)律鏟齒是電鏟最常用的消耗品，最主要失效形式為磨損失效。磨損規(guī)律是判斷磨損是否正常的參考依據(jù)，一方面磨損超限需要一個閾值，在該閾值范圍內(nèi)斗齒可正常作業(yè)，若超出該閾值范圍，則會造成其他鏟齒和鏟斗受力異常，承受沖擊等載荷加重，造成磨損加劇，為減小經(jīng)濟(jì)損失須立即更換該鏟齒；另一方面在極端工況下鏟齒會產(chǎn)生異常磨損，在檢測異常磨損時，系統(tǒng)需結(jié)合當(dāng)前磨損程度和當(dāng)前磨損規(guī)律進(jìn)行判斷，分析當(dāng)前狀態(tài)是否為正常磨損狀態(tài)，若發(fā)生異常需及時報警提醒電鏟司機進(jìn)行排查，規(guī)范挖掘習(xí)慣，斷絕鏟齒出現(xiàn)不必要的磨損失效，合理延長鏟齒使用壽命。故在檢測系統(tǒng)設(shè)計前需研究磨損規(guī)律，為檢測系統(tǒng)判斷提供理論支承。運用EDEM中Hertz-MindlinwithArchardWear模型，研究每個鏟齒磨損規(guī)律，該模型基于J.F.Archard的磨損理論可計算出幾何體表面近似的磨損深度，材料的去除體積正比于顆粒通過材料表面所做的摩擦功。Archard的磨損公式為： （1.1）其中，Q為去除材料的體積；為顆粒沿材料表面的切向滑移距離；W為磨損常數(shù)。可表示為如下公式： （1.2）其中，K是一個無量綱的磨損系數(shù)，H是被磨材料的硬度。EDEM軟件根據(jù)顆粒和幾何體的接觸面積為每個單元安排一個深度Depth，S為接觸面積，由公式1.6可得Depth計算公式如下： （1.3）設(shè)定理論磨損規(guī)律的條件。首先要求挖掘軌跡為電鏟理想挖掘軌跡，只有沿著等切削角的軌跡進(jìn)行挖掘，挖掘機才能保證工作過程中挖掘阻力最小，實現(xiàn)高效率、低能耗作業(yè)，因此，等切削角挖掘軌跡又稱理想挖掘軌跡，電鏟理想挖掘軌跡為對數(shù)螺旋線[30]，推導(dǎo)挖掘軌跡時首先進(jìn)行假設(shè)：1）切削角在挖掘過程中大小不變。2）假定斗桿轉(zhuǎn)動中齒輪瞬時嚙合點心為推壓軸中心。實際斗桿的回轉(zhuǎn)中心是時刻變化的，為推壓齒輪瞬時嚙合點點。圖1.5鏟齒運動軌跡Figure1.5Movementtrackofshovelteeth設(shè)置坐標(biāo)原點O為推壓齒輪軸心，鏟齒尖為A點，OA距離為矢徑，矢徑與齒尖A處切線夾角為，矢徑OA轉(zhuǎn)角為。A點軌跡線位置坐標(biāo)為： （1.4）兩邊同時積分得： （1.5）化簡可得： （1.6）當(dāng)轉(zhuǎn)角=0時： （1.7）將上式帶入（2-1）得到挖掘軌跡線數(shù)學(xué)方程為： （1.8）建立鏟齒磨損仿真模型，煤礦石之間采用Hertz-Mindlin(NoSlip)接觸模型，煤礦石和鏟斗之間選取Hertz-MindlinwithArchardWear和RelativeWear模型。首先定義材料屬，設(shè)置接觸參數(shù)，各參數(shù)如表1.1所示。表1.1接觸參數(shù)Table1.1Contactparameters參數(shù)名煤礦鏟斗密度/（kg/m3）15007850泊松比0.250.3剪切模量/Mpa1.346×1031.459×103靜摩擦系數(shù)0.50.4滾動摩擦系數(shù)0.060.05恢復(fù)系數(shù)0.50.5磨損常數(shù)/（m2/N）3.2×10-12參考煤塊外形建立顆粒模型如圖1.6（a）所示，建立顆粒工廠，總顆粒個數(shù)為162293，煤塊顆粒由6個半徑為30mm的圓顆粒構(gòu)成，最大長寬高分別為91.54mm、71.18mm、60.03mm，通過隨機正態(tài)分布產(chǎn)生不同尺寸的顆粒模擬爆破后不同大小的煤塊，最大煤塊質(zhì)量為375.44kg，最小為10.16kg，生成顆粒堆積效果如圖1.6（b）所示。（a）（b）圖1.6顆粒模型Figure1.6Particlemodel導(dǎo)入IGS格式鏟斗三維圖，單位選擇mm，根據(jù)理想想挖掘軌跡設(shè)置運功規(guī)律參數(shù)，進(jìn)行單次挖掘仿真，總時間設(shè)置15s，前5s為顆粒生成時間，后10s為鏟斗挖掘時間，其仿真過程如圖所示。圖1.7鏟斗挖掘仿真過程Figure1.7Bucketminingsimulationprocess仿真完成，進(jìn)入EDEM三維后處理界面，觀察鏟齒磨損分布規(guī)律，如圖所示。由圖可知，鏟齒磨損嚴(yán)重的位置主要在齒尖處，特別是兩端尖角，在挖掘一個周期中，鏟齒會受到較大的沖擊載荷，齒尖會首先與物料接觸，然而兩端尖角處接觸半徑最小，所受的挖掘阻力最大，因此磨損也最為嚴(yán)重；五個鏟齒在鏟斗上位置不同，受力情況有所差異，不同鏟齒磨損程度不同。圖1.8鏟齒磨損分布Figure1.8Bucketminingsimulationprocess進(jìn)入EDEM二維后處理界面，分別提取每個鏟齒隨挖掘時間變化的平均磨損深度曲線，如圖1.9所示，5個鏟齒磨損深度變化規(guī)律基本一致，在挖掘前期，斗齒深入煤層進(jìn)行切削，鏟齒磨損速度快，隨著鏟斗的轉(zhuǎn)動，鏟齒受力狀態(tài)發(fā)生改變，磨損速度逐步下降，當(dāng)斗齒完全提出時，磨損深度基本不在改變。5個鏟齒安裝位置不同，在挖掘時中間3號齒率先接觸煤層，首先發(fā)生磨損，所承受的沖擊載荷和摩擦力均比較大，因此平均磨損深度最大，在單次挖掘仿真中平均磨損深度達(dá)到4.53um，2號和4號齒最大平均磨損深度接近，為3.37um，1號和5號齒平均磨損深度最大為1.33um。圖1.9各齒磨損規(guī)律Figure1.9Wearlawofeachtooth1.2檢測系統(tǒng)方案設(shè)計1.1.1鏟齒狀態(tài)監(jiān)測要求與目標(biāo)通過分析在露天開采生產(chǎn)中電鏟鏟齒異常狀態(tài)的形式與危害，對電鏟現(xiàn)場工作環(huán)境現(xiàn)場勘查，并詢問電鏟司機需求與意見，綜合考慮現(xiàn)場各種不確定性因素，對研究鏟齒健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提出以下要求與目標(biāo)：（1）主要功能為檢測鏟齒脫落、斷裂、磨損狀態(tài)。此系統(tǒng)需保證在不影響電鏟正常生產(chǎn)作業(yè)前提下進(jìn)行設(shè)計，不能犧牲目前工作效率，檢測速度要快，考慮到挖掘周期中存在鏟齒完全被覆蓋情況，要求系統(tǒng)能在鏟斗動態(tài)工作中最大程度進(jìn)行實時性監(jiān)測，發(fā)生缺齒時能第一時間識別并報警。（2）準(zhǔn)確性及可靠度高，鏟齒在挖掘中易被礦石遮擋，系統(tǒng)需能正確判斷出脫落與遮擋狀態(tài)，脫落及時報警，并要減少遮擋時不必要的誤報，防止誤報過多造成司機對報警信息的敏感性降低。（3）對環(huán)境魯棒性強，能實現(xiàn)全年全天候檢測。電鏟實行24h工作，夜間司機視野受限且長期觀察易出現(xiàn)視覺疲勞，夜間監(jiān)測效果至關(guān)重要；監(jiān)測系統(tǒng)需能應(yīng)對粉塵、光照、天氣、溫度等環(huán)境因素影響，尤其是能在極寒氣候下運行，我國北方冬日室外溫度可達(dá)到零下40度，攝像機等電子設(shè)備需能耐低溫，冬日露天礦煤層易產(chǎn)生霧氣，系統(tǒng)需能一定程度上消除霧氣影響。（4）軟件系統(tǒng)運行流暢，能適應(yīng)長時間連續(xù)工作強度，無死機崩潰現(xiàn)象，人機交互界面直觀易懂，操作簡單方便；同時預(yù)留接口，便于后續(xù)系統(tǒng)升級更新及可并入為智慧礦山系統(tǒng)。（5）硬件設(shè)備安裝牢固可靠，易于維護(hù)。電鏟作業(yè)時不斷挖掘煤層，會產(chǎn)生大量灰塵和劇烈震動與沖擊，硬件設(shè)備要安裝牢固；電鏟系統(tǒng)電器設(shè)備復(fù)雜，電磁干擾性強，需有一定的抗干擾能力；合理選擇安裝位置和布線方式，在不干擾其他設(shè)備正常運轉(zhuǎn)條件下兼顧電鏟司機使用方便性。1.1.2鏟齒狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案為滿足設(shè)計要求與目標(biāo)，選擇非接觸式檢測方式，運用深度學(xué)習(xí)圖像處理技術(shù)，針對鏟齒脫落、斷裂和磨損異常表現(xiàn)形式，分別研究鏟齒脫落檢測方法和鏟齒磨損檢測方法，設(shè)計鏟齒工作狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由圖像采集與預(yù)處理系統(tǒng)、鏟齒脫落檢測系統(tǒng)、鏟齒磨損狀態(tài)檢測系統(tǒng)、顯示控制界面、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)組成，如圖1.10示。圖1.10監(jiān)測系統(tǒng)組成Figure1.10Compositionofthemonitoringsystem（1）圖像采集與預(yù)處理系統(tǒng)。圖像采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)為算法訓(xùn)練和模型檢測過程提供樣本圖像，本文基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)監(jiān)測鏟齒狀態(tài)，圖像數(shù)據(jù)的獲取是整個監(jiān)測系統(tǒng)的第一步，更是極為重要的一步。設(shè)計斗齒圖像采集實驗方案，既要考慮安全性、穩(wěn)定性、可實施性等因素，又要保證電鏟鏟斗鏟齒最大程度被監(jiān)控攝像機捕獲。應(yīng)用工業(yè)觸摸一體機、相機、補光燈、支架、千兆交換機等設(shè)備組成圖像采集系統(tǒng)，采用雙監(jiān)控點，兩處監(jiān)控點互補，保障鏟齒圖像信息全時輸入系統(tǒng)，能在鏟齒脫落時第一時間發(fā)現(xiàn)，上視攝像機安裝在天輪下方電鏟大臂上，負(fù)責(zé)采集鏟齒正面圖像，前視攝像機安裝在回轉(zhuǎn)平臺上，負(fù)責(zé)采集鏟斗背部圖像，為便于調(diào)整錄像角度，采用角度和方向可調(diào)節(jié)攝像頭支架，便于獲得效果最優(yōu)的鏟齒圖像。原始數(shù)據(jù)量往往難以滿足網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)需求，且存在無效和大量重讀斗齒圖片，通過預(yù)處理系統(tǒng)提升數(shù)據(jù)質(zhì)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)充，增加斗齒樣本多樣性。（2）鏟齒脫落檢測系統(tǒng)。鏟齒因斷裂而發(fā)生脫落時，在鏟斗上最直接的表現(xiàn)形式為鏟齒個數(shù)缺失，因此可將鏟齒脫落通過檢測斗齒上現(xiàn)有鏟齒個數(shù)是否與安裝個數(shù)相符進(jìn)行判斷。綜合分析接觸式與非接觸式鏟齒數(shù)量檢測技術(shù)，選擇精度和速度均符合設(shè)計要求的基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測算法，將鏟齒脫落問題轉(zhuǎn)換為視覺領(lǐng)域中斗齒圖像含有目標(biāo)的類型、數(shù)量與位置的檢測問題。故鏟齒脫落檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是鏟齒目標(biāo)檢測，首先將斗齒圖像輸入鏟齒目標(biāo)檢測模型進(jìn)行識別，可得此圖像中含有鏟齒類別的目標(biāo)個數(shù)與邊框像素位置，若發(fā)生脫落時還需能準(zhǔn)確判斷出具體哪個鏟齒丟失，還需設(shè)計鏟齒脫落判斷算法，對每個鏟齒檢測位置進(jìn)行排序和是否缺失進(jìn)行標(biāo)定，并對誤報進(jìn)行過濾。（3）鏟齒磨損檢測系統(tǒng)。電鏟動態(tài)挖掘過程中鏟齒在位置固定的相機監(jiān)測下會呈現(xiàn)不同的位置形態(tài)，這給鏟齒磨損判斷帶來很大難度，鑒于磨損檢測對準(zhǔn)確性要求高而實時性要求低，故采用定點檢測模式，對相同位置鏟齒關(guān)鍵幀圖像進(jìn)行分析，對比同一位置不同時間段鏟齒形態(tài)差別。鏟齒磨損檢測系統(tǒng)利用深度學(xué)習(xí)中實例分割技術(shù)對每個鏟齒進(jìn)行逐像素分割，獲取鏟齒特征掩膜圖像，通過設(shè)計磨損檢測算法提取鏟齒輪廓，計算每個鏟齒像素面積并與初始面積對比即可獲得當(dāng)前磨損程度。（4）報警系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。報警系統(tǒng)接收來自鏟齒脫落檢測系統(tǒng)和磨損檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果，并與設(shè)定的報警閾值進(jìn)行對比，產(chǎn)生異常狀態(tài)第一時間發(fā)出報警信號，報警系統(tǒng)與電鏟控制中心通訊，若發(fā)生鏟齒脫落情況可控制電鏟急停，同時數(shù)據(jù)儲存系統(tǒng)保存此時故障的圖像、時間、類型等具體信息，便于后續(xù)對丟失鏟齒的查找。（5）檢測結(jié)果顯示系統(tǒng)。此系統(tǒng)用于人機交互，運行時實時顯示鏟齒檢測狀態(tài)，包括鏟齒傳入的上下監(jiān)控圖像，鏟齒健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)工作時，首先圖像采集與預(yù)處理系統(tǒng)實時采集工作中的斗齒圖像，經(jīng)預(yù)處理后傳入鏟齒脫落狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行脫落判斷，到達(dá)指定位置后進(jìn)行磨損程度判斷，并將檢測結(jié)果通過顯示系統(tǒng)實時顯示，若發(fā)生故障則啟動報警系統(tǒng)，引起電鏟司機注意。1.1.3鏟齒關(guān)鍵幀采集鏟齒磨損時刻發(fā)生但形狀變化細(xì)微，需經(jīng)過日積月累的高負(fù)荷工作才能直觀觀察出長度上的變化，故磨損監(jiān)測系統(tǒng)對實時性要求較低，且在鏟齒脫落監(jiān)測系統(tǒng)中獲取的鏟齒圖像涵蓋鏟齒各個尺寸，鏟齒大多被梯梁遮擋，僅有少數(shù)鏟齒完全露出，而對于被遮擋的鏟齒識別其形狀及面積是完全沒有必要的，檢查出來的結(jié)果不準(zhǔn)確且沒有任何現(xiàn)實意義，故僅需對鏟齒完整露出的圖像進(jìn)行逐像素分割，含完整鏟齒信息圖像的關(guān)鍵幀的提取是鏟齒磨損監(jiān)測效果準(zhǔn)確的前提條件。關(guān)鍵幀獲取可通過鏟齒目標(biāo)檢測系統(tǒng)中獲取，在檢測任務(wù)中將含有鏟齒的圖像進(jìn)行篩選，可通過設(shè)計算法提取在一個挖掘周期中鏟齒預(yù)測框by值最大的圖像，但由于斗齒處動態(tài)挖掘過程，斗齒姿態(tài)的不同可能導(dǎo)致同一長度的檢測框?qū)?yīng)的并不是同一位置的鏟齒圖像，且鏟齒易被礦石遮擋，故單考慮邊框長度并不能準(zhǔn)確的找出鏟齒完全露出時的圖像。鏟齒磨損程度變化不明顯，必須嚴(yán)格保證參與磨損檢測的每張圖片均處于同一位置，否則不具備可比性，所以采用外觸發(fā)斗齒關(guān)鍵幀提取方案。由電鏟挖掘運動規(guī)律分析可知，鏟斗的運動分別由斗桿推進(jìn)齒輪和提升繩控制，斗桿推進(jìn)長度和提升繩收放長度是鏟斗定位的決定因素，若要準(zhǔn)確確定鏟斗的一個位置需對這兩個因素共同約束，故分別在斗桿推進(jìn)齒輪和提升繩卷揚機軸心處安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，如圖1.11示，由于斗桿旋轉(zhuǎn)角度不超過360度，其位置選擇絕對式編碼器，而卷揚機往往需要旋轉(zhuǎn)多圈，其位置處選擇增量式編碼器，這兩個編碼器信號引入電鏟控制中心S7-300PLC中。確定一個最佳的鏟斗位置，保證此時鏟齒全部露出且相機處于正視位置，使得監(jiān)測結(jié)果更準(zhǔn)確，記錄此時兩編碼器數(shù)據(jù)，以此位置作為設(shè)定位置采集鏟齒圖像關(guān)鍵幀進(jìn)行分割。圖1.11關(guān)鍵幀提取方案Figure1.11Keyframeextractionscheme1.3硬件平臺設(shè)計根據(jù)所設(shè)計的鏟齒狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成，對每個系統(tǒng)所需硬件設(shè)備選型，通過網(wǎng)絡(luò)通訊將不同硬件設(shè)備組建為硬件平臺，其組成如圖1.12所示。圖1.12硬件平臺組成Figure1.12Hardwareplatformcomposition硬件平臺組成包括編碼器、PLC控制器、工業(yè)觸摸一體機、千兆交換機、工業(yè)相機、嵌入式開發(fā)套件組成。圖像采集分為兩個階段，一個階段為訓(xùn)練前期數(shù)據(jù)采集，另一個階段為檢測數(shù)據(jù)采集，前期采集時鏟齒圖像數(shù)據(jù)經(jīng)雙路相機獲取并通過以太網(wǎng)傳輸至一體機中，儲存為視頻格式用于目標(biāo)檢測訓(xùn)練，編碼器和PLC負(fù)責(zé)定位鏟斗關(guān)鍵位置，當(dāng)達(dá)到點位時將觸發(fā)信號通過Python-snap7協(xié)議傳輸至一體機中，將本幀鏟齒圖像儲存為圖片格式用于實例分割訓(xùn)練；檢測階段鏟齒圖像數(shù)據(jù)傳入鏟齒脫落檢測和磨損檢測系統(tǒng)核心硬件嵌入式開發(fā)套件中進(jìn)行脫落和磨損檢測。顯示設(shè)備選擇工業(yè)觸摸一體機，window10系統(tǒng)，用于監(jiān)測系統(tǒng)人機交互換畫面顯示，并讀取和寫入PLC數(shù)據(jù)；設(shè)備之間需能進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，選擇千兆交換機作為監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸中心，建立鏟齒監(jiān)測系統(tǒng)局域網(wǎng)。工業(yè)觸摸一體機還肩負(fù)結(jié)果顯示功能和報警系統(tǒng)任務(wù)，顯示智能監(jiān)測結(jié)果及通過自身內(nèi)置音響進(jìn)行報警輸出。（1）工業(yè)相機雙路相機選擇工業(yè)相機，采用更大光圈和更靈敏的傳感器，比普通監(jiān)控攝像頭進(jìn)光量更多，感光更好，在露天生產(chǎn)微光環(huán)境下，也可以呈現(xiàn)出清晰的畫面，同時配備角度方向可調(diào)節(jié)攝像頭支架和混合補光燈，便于調(diào)整錄像角度和夜間補光，保證惡劣工況環(huán)境下也能獲得最優(yōu)的鏟齒圖像。圖1.13工業(yè)相機Figure1.13industrialcamera表1.1工業(yè)相機參數(shù)Table1.1Industrialcameraparameters配置參數(shù)像素3MP分辨率1280×960感光芯片類型1/3.6inchONpython500CMOS最大幀率30FPS數(shù)據(jù)接口1000Mbit/s（2）圖形開發(fā)套件AGXxavier深度學(xué)習(xí)依賴圖像處理硬件，一個高性能的核心處理器能大幅度提高訓(xùn)練和識別速度，是實時性任務(wù)的保障，由于深度學(xué)習(xí)算法具有非常高的算法復(fù)雜度，當(dāng)前可供選擇的嵌入式GPU處理器貨架產(chǎn)品較少。根據(jù)市場調(diào)研，基于項目的需求、工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定性等綜合性考慮采用英偉達(dá)（NVIDIA）公司生產(chǎn)的嵌入式AI處理平