CN112683478A - 一种车载液晶屏撞击效果的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种车载液晶屏撞击效果的检测装置及方法，装置包括控制终端、弹射打击模块、轨道、高速相机、固定模块、夹紧模块、力检测模块和微处理驱动单元，固定模块和夹紧模块用于固定和夹持待测液晶屏，弹射打击模块用于弹射一小球使其沿轨道向待测液晶屏进行撞击；控制终端根据设定的控制参数以及高速相机和力检测模块反馈的数据计算小球速度、液晶屏所受夹持压力及撞击力、以及撞击力量的拟合，得到对液晶屏撞击效果的各项检测结果。本发明设计的检测装置能够产生正面碰撞和侧面压力测试，结合检测方法，实现车载液晶屏检测的自动化、智能化，可准确产生指定方向及力度要求的碰撞，检测液晶屏所受到的各个方向的力，可以用于车载液晶屏的质量检测。

Description

一种车载液晶屏撞击效果的检测装置及方法

技术领域

本发明属于液晶屏检测技术领域，涉及对车载液晶屏的质量检测，为一种车载液晶屏撞击效果的检测装置及方法。

背景技术

车载液晶屏是用于汽车中控的重要电子组件，它的性能对汽车的安全驾驶起到了十分重要的作用，因此，对它的性能检测工作也十分重要。

车载液晶屏在用作汽车中控时，通过紧固件与液晶屏的边缘框架进行结合，形成一个整体的部件。而汽车受到撞击时，形成的加速度会通过紧固件传递给液晶屏的边缘框架，继而传递给液晶屏，形成影响的力。对于液晶屏而言，面临撞击时液晶屏边缘容易碎裂或者变形，而通过研究在不同速度撞击下的液晶屏的结果，进而用于对液晶屏的参数进行修正，可以实现车载液晶屏的在撞击下稳定可靠工作，从而保证车辆、驾驶员的安全。

因此，需要一款能够依据需求，产生指定要求的碰撞的设备，这款设备除了用于研究为了满足撞击条件下、寻找液晶屏各个最优参数的任务以外，还可以用于日常生产时，批次液晶屏的质量抽检工作。

查阅相关的专利、论文，我们并未发现相关的直接资料。现有专利的相关技术：CN203657997U《震动测试装置》，CN203705141U《于车载产品的在线震动测试装置》均为震动装置，而不是撞击装置，无法用于撞击测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中没有适合于对车载液晶屏进行有效撞击检测的装置及检测方法，不利于车辆部件安全性和可靠性的检测。

本发明的技术方案为：一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，包括控制终端、弹射打击模块、轨道、高速相机、固定模块、夹紧模块、力检测模块和微处理驱动单元，弹射打击模块设置在轨道一端，轨道另一端对应设置固定模块和夹紧模块，固定模块用于固定待测液晶屏的位姿，夹紧模块设置在固定模块上，用于夹持待测液晶屏，夹紧模块配有电机实现夹紧和放松，力检测模块设置在夹紧模块夹持待测液晶屏的夹手内，弹射打击模块用于弹射一小球使其沿轨道向待测液晶屏进行撞击；控制终端与高速相机及微处理驱动单元数据连接，高速相机用于拍摄小球运动过程，微处理驱动单元接收控制终端的控制参数指令，驱动弹射打击模块、夹紧模块及力检测模块工作。

进一步的，对应高速相机的拍摄取景设置纯色背景和补光灯。

进一步的，固定模块还用于固定检测装置的其他部件，固定模块为一平面板，设有螺丝孔用于其他部件的固定，通过选择不同的螺丝孔固定来调整部件的位置。有利于检测装置的灵活布置及相对结构固定。

作为优选方式，夹紧模块为框型，框型内侧四边上均设有至少一个U型夹手，将待测液晶屏夹在框内，U型夹手的三个面上各设有一个力检测传感器，用于检测待测液晶屏侧边受到的压力及被撞击时屏幕两面受到的力。

作为优选方式，弹射打击模块包括外圆筒、电动推杆、弹簧、钢制小球、发射筒和可控电动插销，外圆筒内置电动推杆和弹簧，发射筒内置钢制小球，外圆筒与发射筒连通，外圆筒与发射筒之间通过可控电动插销隔离，弹簧和钢制小球分别位于可控电动插销两侧，电动推杆及可控电动插销在微处理驱动单元的驱动下实现动作：电动推杆压紧弹簧，当可控电动插销拔出，弹簧释放推动钢制小球弹射出发射筒，沿轨道射向待测液晶屏。

本发明还提出一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，采用上述检测装置进行撞击检测，控制终端根据设定的控制参数以及高速相机和力检测模块反馈的数据计算小球速度、液晶屏所受夹持压力及撞击力、以及弹簧压缩与撞击力的关系，得到对液晶屏撞击效果的各项检测结果。

本发明设计的检测装置能够产生正面碰撞和侧面压力测试，结合检测方法，实现车载液晶屏检测的自动化、智能化，可准确产生指定方向及力度要求的碰撞，通过弹簧压缩与撞击力的关系检测调整弹射打击装置，实现不同力度的撞击，通过检测液晶屏所受到的各个方向的不同力度的力，模拟不同情况下的真实撞击，实现对车载液晶屏撞击性能的质量检测。

附图说明

图1为本发明实施例中各个硬件部件的相对位置俯视图。

图2为本发明实施例中各个硬件部件的相对位置侧视图。

图3为本发明实施例中弹射打击模块示意图。

图4为本发明实施例中弹簧被释放时的状态示意图。

图5为本发明实施例中轨道的结构切面示意图。

图6为本发明实施例中夹紧模块与待测车载液晶屏的位置示意图。

图7为本发明实施例中夹手上贴片压力传感器的位置关系侧视图。

图8为本发明实施例中撞击力量数据计算模块中一次采样周期中数据与时间的关系示意图。

图9为本发明实施例中撞击力量数据计算模块的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例具体说明本发明的实施。

如图1和2所示，本发明的车载液晶屏撞击效果的检测装置，包括控制终端1、弹射打击模块、轨道9、高速相机10、固定模块13、夹紧模块14、力检测模块15和微处理驱动单元16，弹射打击模块由外圆筒2、电动推杆3、推杆电机4、高强度弹簧5、钢制小球6、发射筒7、可控电动插销8组成，弹射打击模块设置在轨道9一端，轨道9另一端对应设置固定模块13和夹紧模块14，固定模块13用于固定待测液晶屏17的位姿，夹紧模块14设置在固定模块13上，用于夹持待测液晶屏17，夹紧模块14配有电机实现夹紧和放松，力检测模块15设置在夹紧模块13夹持待测液晶屏17的夹手内，弹射打击模块用于弹射一小球6使其沿轨道9向待测液晶屏17进行撞击；控制终端1与高速相机10及微处理驱动单元16数据连接，高速相机10用于拍摄小球6运动过程，微处理驱动单元16接收控制终端1的控制参数指令，驱动弹射打击模块、夹紧模块及力检测模块工作。本实施例中控制终端1为电脑，与微处理驱动单元16设置在一起。为提高拍摄效果，对应高速相机10的拍摄取景设置纯色背景11和补光灯12。下面对本实施例各个部件进行详细说明。

1.1电脑用于控制弹射打击模块的弹簧5压缩程度，从而控制释放时的打击力度；用于与高速相机10相连，获得小球运动的视频信息；用于在获得小球运动视频信息后，为分析轨迹算法提供计算资源；用于控制夹紧模块的侧面压力运动的速度和力量，从而给待测的车载液晶屏施加缓慢持久的力量；用于接收来自微处理驱动单元16获得的力检测模块15的数据；用于在接收到力检测模块的初始数据后，提供算法的计算资源。本发明实施例中，电脑采用的是普通的PC电脑，只是额外内置了专用的巴斯勒相机高速采集卡。

1.2如图1-4所示，弹射打击模块是一个由外圆筒2、电动推杆3、推杆电机4、高强度弹簧5、钢制小球6、发射筒7、可控电动插销8组成，整个结构与中国专利申请CN107505215A《一种冲击试验装置》相似，但是为了提高过程中的稳定性能，减少人为操作插销带来的干扰，以及为了提高控制的准确性，本发明中增加了可控电动插销8的模块。

1.3外圆筒2用于放置电动推杆3、推杆电机4和高强度弹簧5，它的一端在外部被固定住，不能移动，另一端与发射筒7相连，发射筒的内孔与外圆筒的内孔相通。外圆筒与发射筒之间用可控电动插销8隔离。外圆筒的作用是提供电动推杆3不受干扰的工作空间，在电动推杆压缩高强度弹簧时，使得高强度弹簧被固定住，没有左右移动的空间。本实施例中，外圆筒长500mm，内径105mm，筒壁厚3mm。

1.4电动推杆3和推杆电机4是常见的电动丝杆结构，推杆电机4可设置在在外圆筒外侧，电动推杆3位于外圆筒内，推杆电机4带动电动推杆3运动，电动推杆3靠近高强度弹簧5一侧通过一个钢片与弹簧固定住，当推杆电机4工作时，带动电动推杆3向弹簧端或者弹簧端反向运动。在微处理驱动单元的控制下，电动推杆3向弹簧方向推进，压缩弹簧，使其积蓄势能；在弹簧释放势能时，固定弹簧的靠近电动推杆一侧的位置，使其能量完全朝向发射筒一侧方向释放，而弹簧不会飞出发射筒；在弹簧释放势能结束后，向弹簧方向反方向回撤，把弹簧全部拉回到外圆筒中，为下一次工作做准备。本实施例中，电动推杆采用的400mm的丝杆，电机是42BYGH电机。钢制小球是直径为100mm的纯钢制圆球，表面被涂为白色，便于检测。

1.5高强度弹簧5在压缩状态下，全部在外圆筒内，在电动推杆的压缩下，积蓄势能。释放过程是在压缩状态下，通过可控电动插销8的打开，从外圆筒内部深入到发射筒内部，释放能量，外圆筒内部钢制小球6在高强度弹簧释放能量时，倍推动沿发射筒内轨道9运动，发射出去，模拟外部力量撞击车载液晶屏。本发明实施例中，高强度弹簧是D120的H级弹簧，外径是90mm，正常长度为300mm。

1.6发射筒7内部是用于放置弹簧弹射状态时的空间，还用于放置钢制小球6。它的一头与外圆筒相接，一头与轨道9对接，它与外圆筒之间由电动插销控制是否隔离。本实施例中，发射筒长200mm，内径105mm，筒壁厚3mm。

1.7可控电动插销8是控制弹簧是否释放的器件，它放置在外圆筒和发射筒之间，在微处理驱动单元的控制下，控制它打开和闭合，打开时，被压缩的弹簧朝发射筒释放能力，弹出钢制小球。然后弹簧被电动推杆全部拉回外圆筒，此刻可控电动插销闭合。它的设计与电动推杆的原理一致，也是靠一个电机带动丝杆运动，丝杆下方焊接一个钢片，从而电机控制钢片在丝杆的在外圆筒和发射筒之间的缝隙中平面运动。当运动到中间时闭合，此刻弹簧在外圆筒中。当运动到外侧时打开，此刻弹簧向发射筒内释放。本实施例中，可控电动插销采用的是150mm丝杆，电机是37系列直流电机。

1.8轨道9是用于导向钢制小球运动的装置，它由多根光滑的截面为圆形的钢条组成，如图5所示，钢条上优选涂覆润滑油，减少钢制小球与轨道之间阻力带来的影响。轨道9一部分伸入到发射筒中，一部分在外指向待测车载液晶屏17。本实施例中，轨道由4根直径3mm的钢条组成，等距组成一个直径100mm的圆形通道空间，长度为800mm。

1.9高速相机10用于拍摄钢制小球6运动的过程，提供给电脑，由电脑计算出小球运动的速度。高速相机10面向于轨道拍摄，与电脑相连，受电脑控制，在轨道的另一侧是纯色背景11，在轨道的上方是补光灯12。本实施例中，采用的是巴斯勒pco.dimax cs的高速相机。

1.10纯色背景11用于在高速相机拍摄小球运动的过程后，利用视频计算小球运动速度时，便于区分小球与背景。本实施例中，纯色背景选择纯绿色背景。

1.11补光灯12用于高速相机拍摄小球运动时，增加对小球的照明。放置在轨道的正上方。本实施例中，补光灯采用的是神牛500W摄影棚平行光补光灯。

1.12固定模块13主要用于固定待测液晶屏，从装置整体稳定性考虑，优选用于放置及固定所有部件。其作用一是可以根据设置，改变其所要固定的待测车载液晶屏的位姿，从而调整钢制小球与待测车载液晶屏的撞击点位置、方向；二是可以为车载液晶屏提供支撑，使得其完全承受撞击的力量。本实施例中固定模块13位一个钢制结构的桌子，如图1和2所示，桌子横向放置的是电脑、弹射打击模块、轨道、高速相机、纯色背景、补光灯、力检测模块、微处理驱动单元等，桌面上等间距的位置上加工了很多的螺丝孔，纵向放置了一个竖着的钢板用于支撑待测液晶屏，钢板下方用螺丝在桌面上选择不同的位置，与螺丝孔紧固。在钢板上同样在等间距的位置上加工了很多的螺丝孔，夹紧模块通过螺丝在钢板上选择不同的位置，与钢板紧固。实现待测液晶屏位姿的灵活设置。

1.13夹紧模块14用于夹紧待测车载液晶屏，并通过选择固定模块上的螺丝孔位置，使液晶屏固定在不同位置，改变待测车载液晶屏与钢制小球的撞击点。夹紧模块14优选为框形，如图6所示，通过自身配置的电机驱动收紧，对待测车载液晶屏进行侧面压力测试。夹紧模块内侧四边上各至少有一个带有贴片压力传感器的U型夹手，U型夹手靠弹簧14-A提供夹力，贴合夹持待测车载液晶屏，等待钢制小球的撞击。

1.14力检测模块15是用于检测液晶屏侧边和夹紧点的压力的模块，夹紧模块的每个夹手内有3个力检测传感器，如图7所示：1个侧边压力传感器15-C放置在夹手内部，对应液晶屏侧边，用于在夹紧模块对待测车载液晶屏进行侧面压力测试时检测压力；2个面压力传感器15-A、15-B放置在夹手内部的两面，贴合液晶屏的正面和背面，用于检测撞击时的力量。本实施例中，压力传感器为BMP180贴片LGA-7 180压力传感器，可以根据撞击的需求，选择不同的工作范围的压力传感器。

1.15微处理驱动单元16用于驱动弹射打击模块中推杆电机的运动、可控电动插销的运动，控制夹紧模块对待测车载液晶屏进行侧面压力测试时运动电机的运动，用于读取力检测模块的传感器的信息。本实施例中，微处理驱动单元16采用的是高速的STM32F7系列的单片机。

利用上述装置，本发明实现对车载液晶屏的撞击检测，电脑根据设定的控制参数以及高速相机和力检测模块反馈的数据计算小球速度、液晶屏所受夹持压力及撞击力、以及弹簧压缩与撞击力的关系，得到对液晶屏撞击效果的各项检测结果。下面进行具体说明。

2.1小球速度计算是分析小球在轨道中的速度，其方法是采用帧差法结合主方向提取速度的方法，过程分为第一预处理、第二预处理和实际分析步骤：

2.1.1第一预处理是为了计算运动过程中，是否有运动的差异阈值，其步骤如下：

步骤1.在轨道中没有小球时，拍摄一张静止的图片作为第一背景图片Imb(c)；

步骤2.把钢制小球静态放置到成像系统中，拍摄一张静止的图片作为第二背景图片Imbt(c)；

使用帧差法处理图像，把第二背景图片Imbt(c)与第一背景图片Imb(c)的每个通道值相减，取其绝对值，获得3个通道的差异之和Imdt；

Imdt(c)＝|Imbt(c)-Imb(c)|

其中，c从1到3代表红、绿、蓝3个通道。

取Imdt的40％作为阈值T1,作为高速相机拍摄图像中是否有小球运动的判断阈值。是后续实际分析中，是否开始提取小球中心点的工作步骤的判断条件。

T1＝Imdt*40％

2.1.2第二预处理2是为了计算图像中像素和真实空间距离的比例关系，即计算真实坐标系和相机坐标系之间的映射关系。

本实施例中，在机械上，由于所有物体均是固定在固定模块的等间距的位置上的螺丝孔的，所以它们的实际物理位置是已知的，小球的初始位置是固定已知的，最后撞击的待检测车载液晶屏的位置也是固定已知的。安装相机时，使得相机轴心垂直朝向小球的轨道，这样小球的运动时深度信息是不变的，所以相机上图像中像素和真实空间距离的比例关系是统一不变的。小球运动平面上，图像中的X坐标(横向)每一个像素的物理距离就是可以计算出来的。同样由于待测车载液晶屏是夹紧在钢板上的等间距的位置上的螺丝孔的，所以图像中的Y坐标(纵向)每一个像素的物理距离就是可以计算出来的。

步骤1.手动标注相机中成像，轨道的最左端所在的螺丝孔HX1、最右端所在的螺丝孔HX2；钢板上，待测车载液晶屏的上方一个螺丝孔HY1、钢板最下方一个螺丝孔HY2。输入它们之间的实际距离，该距离可以由等间距螺丝孔的数量获得。假设等间距为L1,HX1和HX2之间螺丝孔数为M，HY1和HY2之间螺丝孔数为N，那么HX1和HX2之间的物理距离就是M*L1，HY1和HY2之间的物理距离就是N*L1。

步骤2.设HX1、HX2、HY1、HY2在图像中的坐标是(HX1_x，HX1_y)、(HX2_x，HX2_y)、(HY1_x，HY1_y)、(HY2_x，HY2_y)。那么得到在预处理2的机械相对位置条件下，小球在轨道上运动时，实际空间和成像空间转换关系变成为：

2.1.3实际分析步骤：

步骤1.自电脑发送信号给微处理驱动单元，要求其执行测试任务后，微处理驱动单元控制电动推杆进行运动，压缩弹簧，当准备打开可控电动插销时，微处理驱动单元反馈信号给电脑，电脑此刻控制高速相机开始拍摄，记录所有图片，直至微处理驱动单元检测到力检测模块的数据，电脑根据预设的时间控制停止拍摄，此刻电脑记录了从开始到结束的所有图像，其中一部分图像是小球运动开始前和结束后的图像，需要识别并且去除。中间的图像是计算速度的有效图像。

步骤2.使用帧差法处理图像，把每张图片Imo(i,c)与第一背景图片Imb(c)的每个通道值相减，取其绝对值，获得差异的图Imd(i,c)及其3个通道的差异之和Imd(i)；

Imd(i,c)＝|Imo(i,c)-Imb(c)|

其中，其中，符号i表示图像帧的帧号。

步骤3.对所有拍摄的图像进行步骤2的处理，如果Imd(i)≥T1，那么说明第i张图像很有可能有运动的小球，保留用于步骤4的处理，如果Imd(i)<T1，那么说明第i张图片应该没有运动的小球，舍弃；

步骤4.设有运动小球的图像集为Imball(i)，其中i是跳变的，有些因为是没有运动而不再图像集中。剔除掉Imball(i)中前30％时序的图像，这样做的原因是这些图像可能是小球受到弹簧的力量初期，还未稳定的阶段。

步骤5.采用OTSU大津法，把Imball(i)二值化，然后采用半径为1的菱形结构，腐蚀运算，滤波一次。得到小球为1，背景为0的二值图。

步骤6.把二值图中为1的点的坐标x、y值相加后除以值为1的点的总数，得到该张图中小球重心位置(Ball_x(i),Ball_y(i))。

步骤7.计算相邻二值图的Ball_x(i)的间距，除以相邻二值图的帧号之差，得到一系列速度值V_x＝(v_x(1)、v_x(2)…、v_x(ii)),由于i之间是存在跳变的，所以速度值的最大个数不能用i-1来简单替代，因此使用了符号ii。

步骤8.在V_x中，去掉最大值、最小值，在剩下的数据中取平均值，得到小球运动稳定时平均速度Va_x，此刻小球的速度单位是像素/帧。

步骤9.由Va_x*Frame得到相机坐标系速度，单位：像素/秒，Frame为相机每秒的帧数。

步骤10.根据真实坐标系和相机坐标系之间的映射关系Tranx，得到小球在空间中平均运动速度Vb：

Vb＝Va_x*Frame*Tranx

Vb单位为米/秒。

2.2液晶屏侧面压力测试通过控制框形夹紧模块运动，产生对车载液晶屏的侧面的稳定压力，从而进行侧面压力测试，夹紧模块的运动原理为电机带动丝杆运动，电机的运动受微处理单元控制。如图6、图7所示，本实施例中，框形夹紧模块每边设有2个U型夹手，每个U型夹手内侧接触待测车载液晶屏的地方，均贴有一个贴片式力传感器，8个U型夹手分布在待测车载液晶屏的4边，每边2个夹手，每个夹手的位置离最近的角的距离为所在边的边长的1/3。

在进行侧面压力测试时，电机带动框形夹紧模块匀速收紧运动，从而产生对待测车载液晶屏的侧面压力。每个边的力检测时，选择同一边2个夹手内侧贴片式力传感器检测的最大值作为该边施加的力FL，取相对2个边的FL相加，作为液晶屏侧边压力，即所受夹持压力。

2.3撞击时，考虑到传感器采集时时间上分辨率精度带来的误差问题，本发明不直接利用传感器数据，而是进行数据计算处理。如图7所示，U型夹手夹住液晶屏的两面分别设有贴片压力传感器，设待测液晶屏受撞击的一面为正面A，另一面为反面B，得到对应两面的两组传感器A_n和B_n，n为夹手数量，本实施例采用8个夹手，采集8个夹手上的16个传感器获得的数据，然后进行的撞击力量数据拟合工作。

16个压力传感器，8个分别命名为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、其力检测的接受面迎向小球运动的轨道，力为正向力；8个命名为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8，其力检测的接受面顺着小球运动的轨道，力为反向力。其中A1、B1为一组，安装在同一夹手上的正反面。A2、B2等以此类推，安装在8个夹手上。考虑到撞击力测试时，常规贴片压力传感器的时间分辨率不能达到检测瞬间的撞击力效果，因此利用微处理驱动单元进行采集时，提高时间分布，达到提高准确率及置信度的效果。如图9所示，其步骤如下：

步骤1.在没有撞击的前提下，检测每个A1～A8、B1～B8压力传感器的平稳时的初始压力值F1(A1、B1、A2、B2…A8、B8)，该压力值与人员使用夹手上扭转螺丝的力相关。此值不带有方向，没有正负号。

步骤2.如图8所示，在检测时，读取各个压力传感器的值，读取周期Tz与贴片压力传感器的数据空间分辨率td相同，一个读取周期中均匀的分开16个传感器读取:

Tz＝16*(t_read+t_delay1)＝td

其中t_read是传感器读取时间，主要是A/D(模数)转换时间，在高速微处理器中，一般是微秒单位，t_delay1是读取的等待时间。td是贴片压力传感器的数据空间分辨率，主要是传感器上升时间，一般是2毫秒左右。

读取时，按序成对读取压力数据F2(m，N)，m表示读取周期的编号，N为传感器编号，N∈{A_n,B_n}；这样的效果是这16个传感器均匀轮流工作，在同一方向上的时间分辨率提高了8倍。

在得到从电脑发来的检测结束的指令后，微处理器把所有的压力数据一次性全部发给电脑分析。

步骤3.电脑分析时，把所有F2(m，N)减去F1(N),取绝对值，得到第m个周期内每个传感器的变化量F3(m，N)，即：

F3(m,N)＝|F2(m,N)-F1(N)|

计算第m个周期内变化量总和F3_sum(m)：

然后计算连续两个周期的变化量总和F4_sum(m)

F4_sum(m)＝F3_sum(m)+F3_sum(m-1)

设F4_sum(m)的最大值对应的周期为m_max，从而找到最有可能为瞬间撞击所在的相邻2个检测周期m_max和m_max-1；撞击一般不会在一个标准的检测周期内，很可能是分布在相邻的2个检测周期。

步骤4.在F3(m_max)和F3(m_max-1)中，取每个力传感器的在这2个周期值中的最大值，作为一组测得反应的力F5(N)：

F5(N)＝max(F3(m_max,N),F3(m_max-1,N))

此刻F5(N)为一个包含16个值的数组，已经与采样周期无关。

步骤5.在F5(N)中每对传感器的值中选择出最大的值，作为这对传感器所在夹手的位置点在本次撞击中受到的撞击力F6(n)，n＝1，2，…8。这样做的原因是考虑到夹手夹力可能会出现力的反复，这样的结构和算法，可以达到滤波的功能。

步骤6.把所有F6(n)的8个值相加，得到小球在整体上施加的力Fsum。

2.4弹簧压缩与撞击力的关系通过对弹簧压缩距离与小球速度拟合得到，根据拟合结果，可以通过准确控制弹簧压缩距离，获得对应想要获得的准确撞击力量，进而提高检测的准确性。

多次测量后，得到K组高强度弹簧的压缩距离Sp_x(k)、小球在空间中平均运动速度Vb(k)。当k>＝3次以后，用一个2次方程拟合，得到它们之间的关系式中的参数a、b、c:

Vb(k)＝a*Sp_x(k)²+b*Sp_x(k)+c

其拟合方法为常见的误差最小二乘法，即所有的点的误差加起来最小的方法。

根据拟合方程的参数，可以更准确的控制弹射打击装置提供所需的撞击力。

本发明经过上述检测计算，得到撞击过程的各项参数，可有效用于车载液晶屏的撞击评估和质量检测。

Claims (10)

1.一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，其特征是包括控制终端、弹射打击模块、轨道、高速相机、固定模块、夹紧模块、力检测模块和微处理驱动单元，弹射打击模块设置在轨道一端，轨道另一端对应设置固定模块和夹紧模块，固定模块用于固定待测液晶屏的位姿，夹紧模块设置在固定模块上，用于夹持待测液晶屏，夹紧模块配有电机实现夹紧和放松，力检测模块设置在夹紧模块夹持待测液晶屏的夹手内，弹射打击模块用于弹射一小球使其沿轨道向待测液晶屏进行撞击；控制终端与高速相机及微处理驱动单元数据连接，高速相机用于拍摄小球运动过程，微处理驱动单元接收控制终端的控制参数指令，驱动弹射打击模块、夹紧模块及力检测模块工作。

2.根据权利要求1所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，其特征是对应高速相机的拍摄取景设置纯色背景和补光灯。

3.根据权利要求1或2所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，其特征是固定模块还用于固定检测装置的其他部件，固定模块为一平面板，设有螺丝孔用于其他部件的固定，通过选择不同的螺丝孔固定来调整部件的位置。

4.根据权利要求1或2所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，其特征是夹紧模块为框型，框型内侧四边上均设有至少一个U型夹手，将待测液晶屏夹在框内，U型夹手的三个面上各设有一个力检测传感器，用于检测待测液晶屏侧边受到的压力及被撞击时屏幕两面受到的力。

5.根据权利要求1或2所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测装置，其特征是弹射打击模块包括外圆筒、电动推杆、弹簧、钢制小球、发射筒和可控电动插销，外圆筒内置电动推杆和弹簧，发射筒内置钢制小球，外圆筒与发射筒连通，外圆筒与发射筒之间通过可控电动插销隔离，弹簧和钢制小球分别位于可控电动插销两侧，电动推杆及可控电动插销在微处理驱动单元的驱动下实现动作：电动推杆压紧弹簧，当可控电动插销拔出，弹簧释放推动钢制小球弹射出发射筒，沿轨道射向待测液晶屏。

6.一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，其特征是采用权利要求1-5任一项所述的检测装置进行撞击检测，控制终端根据设定的控制参数以及高速相机和力检测模块反馈的数据计算小球速度、液晶屏所受夹持压力及撞击力、以及弹簧压缩与撞击力的关系，得到对液晶屏撞击效果的各项检测结果。

7.根据权利要求6所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，其特征是小球速度计算采用帧差法结合主方向提取速度的方法，包括以下步骤：

1)计算图像是否有运动的差异阈值：

1.1)在轨道中没有小球时，拍摄一张静止的图片作为第一背景图片Imb(c)；

1.2)把小球静态放置到轨道中，拍摄一张静止的图片作为第二背景图片Imbt(c)；

1.3)使用帧差法处理图像，把第二背景图片Imbt(c)与第一背景图片Imb(c)的每个通道值相减，取其绝对值，获得3个通道的差异之和Imdt；

Imdt(c)＝|Imbt(c)-Imb(c)|

其中，c从1到3代表红、绿、蓝3个通道，

取Imdt的40％作为差异阈值T1，作为高速相机拍摄图像中是否有小球运动的判断阈值；

2)计算图像中像素和真实空间距离的比例关系，即计算真实坐标系和相机坐标系之间的映射关系；

3)小球速度计算：

3.1)控制终端发送信号给微处理驱动单元启动测试任务，微处理驱动单元反馈对弹射打击模块的驱动信号给控制终端，控制终端控制高速相机开始拍摄图片，直至预设的时间停止拍摄；

3.2)拍摄的一部分图像是小球运动开始前和结束后的图像，需要识别并且去除，其它图像则为计算速度的有效图像；使用帧差法处理图像，把拍摄的每张图像Imo(i，c)与第一背景图片Imb(c)的每个通道值相减，取其绝对值，获得差异的图Imd(i，c)及其3个通道的差异之和Imd(i)；

Imd(i，c)＝|Imo(i，c)-Imb(c)|

其中，符号i表示图像帧的帧号；

3.3)对所有拍摄的图像进行3.2)的处理，如果Imd(i)≥T1，说明有运动小球，保留用于步骤3.4)的处理，如果Imd(i)＜T1，说明没有运动的小球，舍弃；

3.4)设有运动小球的图像集为Imball(i)，剔除掉Imball(i)中前30％时序的图像；

3.5)采用OTSU大津法，把剩余的Imball(i)的图像二值化，然后采用半径为1的菱形结构，腐蚀运算，滤波一次，得到小球为1，背景为0的二值图；

3.6)把二值图中为1的点的坐标x、y值相加后除以值为1的点的总数，得到该张图中小球重心位置(Ball_x(i)，Ball_y(i))；

3.7)计算相邻二值图的Ball_x(i)的间距，除以相邻二值图的帧号之差，得到一系列速度值V_x＝(v_x(1)、v_x(2)…、v_x(ii))，ii表示速度值的最大个数；

3.8)在V_x中，去掉最大值、最小值，在剩下的数据中取平均值，得到小球运动稳定时平均速度Va_x，此刻小球的速度单位是像素/帧；

3.9)由Va_x*Frame得到相机坐标系速度，单位：像素/秒，Frame为相机每秒的帧数；

3.10)根据真实坐标系和相机坐标系之间的映射关系Tranx，得到小球在空间中平均运动速度Vb：

Vb＝Va_x*Frame*Tranx

Vb单位为米/秒。

8.根据权利要求6所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，其特征是液晶屏所受夹持压力的计算为：通过微处理驱动单元控制夹紧模块的电机，使框形夹紧模块收紧，产生对待测液晶屏侧面的压力，从而进行侧面压力测试，其中，框型夹紧模块每个边内侧设有至少一个贴片压力传感器，一条边具有多个传感器时选择最大的传感检测值作为该边施加的力FL，侧面压力测试时，取相对2个边的FL相加，作为液晶屏所受夹持压力。

9.根据权利要求6所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，其特征是液晶屏所受撞击力的检测计算为：夹紧模块通过U型夹手夹持待测液晶屏，U型夹手夹住液晶屏的两面分别设有贴片压力传感器，设待测液晶屏受撞击的一面为正面A，另一面为反面B，得到对应两面的两组传感器A_n和B_n，n为夹手数量，对两组传感器的数据进行以下处理计算：

1)在没有撞击的前提下，检测所有传感器的初始压力值F1(N)；

2)在检测时，读取各个传感器的值，读取周期Tz与贴片压力传感器的数据空间分辨率td相同，一个读取周期中均匀的对2n个传感器进行读取：

Tz＝2n*(t_read+t_delay1)＝td

其中t_read是每个传感器的读取时间，t_delay1是读取等待时间，td是贴片压力传感器的数据空间分辨率；

读取时，按序成对读取压力数据F2(m，N)，m表示读取周期的编号，N为传感器编号，N∈{A_n，B_n}；微处理驱动单元收到控制终端的检测结束指令后，把所读取的压力数据及初始压力值发送给控制终端；

3)控制终端对接收的数据处理，把所有F2(m，N)减去F1(N)，取绝对值，得到第m个周期内每个传感器的变化量F3(m，N)，即：

F3(m，N)＝|F2(m，N)-F1(N)|

计算第m个周期内变化量总和F3_sum(m)：

然后计算连续两个周期的变化量总和F4_sum(m)

F4_sum(m)＝F3_sum(m)+F3_sum(m-1)

设F4_sum(m)的最大值对应的周期为m_max，从而找到最有可能为瞬间撞击所在的相邻2个检测周期m_max和m_max-1；

4)在F3(m_max)和F3(m_max-1)中，取每个力传感器的在这2个周期值中的最大值，作为一组测得反应的力F5(N)：

F5(N)＝max(F3(m_max，N)，F3(m_max-1，N))

5)在F5(N)中每对传感器的值中选择出最大的值，作为这对传感器所在夹手的位置点在本次撞击中受到的撞击力F6(n)；

6)把所有F6(n)的值相加，得到小球在液晶屏整体上施加的力Fsum。

10.根据权利要求6所述的一种车载液晶屏撞击效果的检测方法，其特征是弹簧压缩与撞击力的关系通过对弹簧压缩距离与小球速度拟合得到：

进行多次撞击测量后，得到K组弹簧的压缩距离Sp_x(k)和小球在空间中平均运动速度Vb(k)，当k＞＝3次以后，对弹簧的压缩距离和小球速度用一个2次方程进行拟合，得到它们之间的关系式中的参数a、b、c：

Vb(k)＝a*Sp_x(k)²+b*Sp_x(k)+c

拟合方法为误差最小二乘法，即所有的点的误差加起来最小的方法。

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