汽車車輛尺寸自動測量方法及裝置研究

尹麗 曾偉 耿平

摘 要：隨著時代的進步，社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展極大地促進了公路等交通設施的建設以及汽車生產(chǎn)量的增長。同時，各界對車輛生產(chǎn)制造與檢測手段的要求也越來越高。其中，對車輛外形尺寸進行檢測是車輛生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，對保證車輛平穩(wěn)、可靠和安全運行有著重要的意義，同時，對車輛外形尺寸參數(shù)進行檢測可以從一定程度上減少交通事故的發(fā)生，對社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義與價值。

關(guān)鍵詞：汽車尺寸 自動檢測 光幕傳感器 自動化

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

上世紀80年代，美國通用汽車公司率先將計算機視覺技術(shù)成功應用于車身局部尺寸的在線檢測。上世紀90年代，歐美一些發(fā)達國家（如美國的Chief公司、瑞典的Data liner公司）就開始從事基于激光掃描的車身二維尺寸測量技術(shù)的研究;但大多數(shù)公司開發(fā)的激光測量系統(tǒng)都是采用電子測量和激光測量相結(jié)合方法，這種方法需要在被測車身的側(cè)面和前方架設兩個導軌，且對導軌的加工和安裝精度有很高的要求，導致系統(tǒng)成本高，且操作使用不便。近年來，國內(nèi)相關(guān)的企業(yè)也對車輛外輪廓尺寸測量技術(shù)進行了相關(guān)的研究。國內(nèi)汽車外輪廓尺寸的傳統(tǒng)檢測手段存在一些急需解決的技術(shù)問題，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）可靠性低。測量精度過低，數(shù)據(jù)準確性差，且人為參與過多，容易造成管理上的漏洞;（2）自動化程度低，性能落后;（3）檢測范圍過小;（4）抗干擾能力較差。

1.2 企業(yè)研究現(xiàn)狀

目前，在汽車車輛尺寸測量領(lǐng)域，傳統(tǒng)的使用卷尺、角度尺等工具進行人工測量的方法不但耗時耗力而且已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代自動化檢測的需求，所以一系列關(guān)于汽車車輛尺寸的自動檢測裝置研究應運而生。目前公司所采取的測量裝置為一種激光定位測距工具，它包括橫向設置的精密滑動導軌、左滑座和右滑座，左滑座和右滑座分別與精密滑動導軌的左右兩端滑動連接;左滑座的頂面右端上設有激光測距儀，左滑座的一側(cè)上設有縱向的左激光燈，左滑座的頂面左端上設有左電源模塊，左激光燈與左電源模塊連接;右滑座的頂面左端上設有右電源模塊，右電源模塊相對于激光測距儀的一側(cè)面上設有激光反射板，右滑座的一側(cè)上設有縱向的右激光燈，右激光燈與右電源模塊連接;左激光燈和右激光燈的激光射出端呈同向設置，左激光燈和右激光燈的間距等于激光測距儀和激光反射板的間距。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。

1.3 研究意義

在汽車需求量不斷增大的情況下，各個汽車制造企業(yè)不僅在汽車的性能上有很高的要求，還要在外形尺寸上滿足各種不同情境下的要求，現(xiàn)在市場上汽車的種類、車型種類都非常多，各個汽車制造業(yè)面臨著非常大的競爭壓力，所以只有控制好車輛的外形，保障汽車的運行性能，足夠滿足用戶的需求，才能在市場上贏得一席之地。目前，雖然我國的汽車生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高，但是相對于國外先進的制造水平來說還是需要進一步改進的，尤其是在汽車外形尺寸質(zhì)量控制方面的水平有待進一步提高。從汽車性能來說，不合格的外形尺寸會給汽車的內(nèi)部工作性能造成很大的影響，可能會使汽車運行中由于外形尺寸質(zhì)量控制不好，導致汽車運行性能受損，給汽車的行駛帶來安全威脅。

因此，對是保證車輛生產(chǎn)質(zhì)量中的重要環(huán)節(jié)，車輛外形尺寸檢測對保證車輛平穩(wěn)、可靠和安全運行有著重要的意義，而設計一套自動檢測方案，對于提高汽車外形輪廓檢測精度、效率的提高具有重大意義。

2 方案初步設計

2.1 方案介紹

紅外光幕測量法的測量車輛外形尺寸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由測量主機、信號采集裝置和光幕傳感器陣列連接構(gòu)成，該光幕傳感器裝置由測高光幕傳感器、測寬光幕傳感器、測長光幕傳感器構(gòu)成的立體結(jié)構(gòu)組成，光幕傳感器陣列的輸出端通過RS232或RS485串口與測量主機連接，測量主機接收觸發(fā)啟動信號，讀取測量光幕傳感器陣列的分布數(shù)據(jù)，通過車輛尺寸長度、寬度、高度計算模塊計算出待測車輛高度、寬度和長度，并將測量結(jié)果通過主機顯示。

通常模式下被測物的最小物體分辨率為相鄰兩個光束之間的距離，光幕接收端的兩根線為串口輸出連接線，用于接到上位機或嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在測量車輛高度、寬度、長度時，待測車輛沿檢測帶駛?cè)胫付y量區(qū)域，緩慢停車，此時上位機發(fā)出測量信號，測量光幕啟動，進入工作模式，激光光束由發(fā)射端打出，接收端進行信號采集，車身所在位置會造成部分激光光束被遮擋。通過統(tǒng)計被遮擋的光束數(shù)量，可以根據(jù)遮擋的光線數(shù)目來計算得到車輛的高度、寬度和長度。

2.2 方案特點

這種光幕測量方法避免了攝像測量方法受相機分辨率、鏡頭畸變、拍攝視場、相機標定等因素的影響，且測量方法簡單可行，測量的精度由光束的最小間隔決定，增大激光器的排列密度可以增大測量精度。在進行測量時，雖然存在無法保證車身位置完全平行于檢測帶，車體與檢測帶中心線之間存在微小的夾角，但是可以通過一定手段檢測夾角，對測量結(jié)果進行校正，進一步精確測量結(jié)果。該種紅外光幕測量方案具有以下特點：

（1）全自動化程度高，全自動測量車輛外廓長、寬、高等尺寸，測量過程中無需人工干預;

（2）測量結(jié)構(gòu)簡單，利于快速的搭建測量系統(tǒng);

（3）易達到較高的測量精度，測量系統(tǒng)誤差可以按照具體精度要求進行控制，可以通過改變光束的數(shù)量來改變裝置的精度，滿足不同要求;

（4）測量效率高，可在短時間內(nèi)測出車輛的外形輪廓尺寸，工作效率得到大大提高，節(jié)省人力物力，提高生產(chǎn)效率。

3 方案可行性分析

測量光幕是由安全光幕衍生出來的一種高精度、技術(shù)要求更高的光幕，由單套或者多套傳感器進行測量，傳輸出信號。光電傳感器是一種感應其接收的光強度變化的電子器件，包含光學系統(tǒng)、放大器和開關(guān)量輸出裝置，所有光電傳感器都使用調(diào)制光以排除周圍光源可能的影響。工作時，光電傳感器發(fā)射光線，當被檢測物體經(jīng)過時，收光器接收的光線產(chǎn)生變化，其變化值觸發(fā)開關(guān)信號輸出，實現(xiàn)檢測功能。光幕測量系統(tǒng)正常工作時配備一個控制器，控制器使用軟件進行編程設定，可提供多種掃描模式和檢測分析模式，而且可通過串行接口與PLC或計算機進行通訊，傳遞控制或掃描結(jié)果，另外還可接入觸發(fā)信號控制掃描過程。

用測量光幕測量汽車外形輪廓尺寸具有一系列優(yōu)點：

（1）測量裝置易于安裝，易于對準;

（2）檢測距離范圍寬，可以根據(jù)實際需求選擇合適的檢測距離;

（4）實現(xiàn)了測量過程的全自動化，自動化程度高，全自動測量車輛外廓長、寬、高等尺寸，測量過程無需人工干預，大大節(jié)省了人力物力;

（5）測量速度快，采用汽車通過式快速測量，每輛汽車的檢測時間為5-25s，大大提高了測量效率;

（6）測量系統(tǒng)具有明顯的先進性、高穩(wěn)定性和可靠性，具備良好的可擴展性和靈活性，操縱方便，標定及維護方便，有效使用壽命長。

基于以上優(yōu)點，該套光幕測量方案在技術(shù)方面的可行性強，可實施性強。并且，測量光幕目前在自動測量汽車外形輪廓尺寸領(lǐng)域中運用已經(jīng)十分廣泛，該項技術(shù)的運用已經(jīng)十分成熟。

4 總結(jié)

在本技術(shù)方案中，利用測量光幕測量汽車的外形輪廓尺寸，大大改善了原方案中的效率低和精度低的兩大問題，測量精度較之前方式有了很大的提高，精度可控，測量靈活性高，實現(xiàn)了測量過程的全自動化，自動化程度高，全自動測量車輛外廓長、寬、高等尺寸，測量過程無需人工干預，測量速度快，效率高，大大節(jié)省了人力物力，大大提高了測量效率，測量系統(tǒng)具有明顯的先進性、高穩(wěn)定性和可靠性，具備良好的可擴展性和靈活性，操作方便。

參考文獻：

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