基于雙目視覺測(cè)量技術(shù)的汽車等高性能檢測(cè)

羅曉龍，熊武，李海寧，張德安

基于雙目視覺測(cè)量技術(shù)的汽車等高性能檢測(cè)

羅曉龍，熊武，李海寧，張德安

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330000）

針對(duì)汽車車身左右高度差的在線檢測(cè)問題，提出一種基于雙目成像的視覺測(cè)量方法，該方法通過提取汽車前后翼子板輪廓邊緣的特征點(diǎn)，分別計(jì)算出左前、右前、左后、右后翼子板特征點(diǎn)的離地高度，從而得出汽車前端及后端的高度差。該方案自動(dòng)化程度高，極大的提高了檢測(cè)節(jié)拍，節(jié)約了人工成本，可廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大總裝廠的檢測(cè)線中。

雙目成像；車身高差；等高檢測(cè)

前言

隨著人們對(duì)汽車技術(shù)水平要求的提高，車輛線下檢測(cè)項(xiàng)目越來越多，汽車檢測(cè)技術(shù)也在不斷的發(fā)展成熟，比如汽車綜合性能檢測(cè)和環(huán)保檢測(cè)。而由零部件差異、裝配問題導(dǎo)致的汽車車身高度差異，因存在汽車側(cè)傾、側(cè)翻或載荷分配不均的風(fēng)險(xiǎn)，威脅車主人身安全，在許多高端汽車制造企業(yè)中，已列為必檢項(xiàng)。常見的檢測(cè)手法如人工使用卷尺或使用等高尺，受環(huán)境及人為因素的影響不方便也不準(zhǔn)確；而行業(yè)內(nèi)大多數(shù)的研究主要集中在非接觸式手動(dòng)檢測(cè)儀方面。如文獻(xiàn)[1]可360°自由旋轉(zhuǎn)的激光器+絲杠螺母螺旋副組成的高度調(diào)節(jié)裝置；文獻(xiàn)[2]可水平旋轉(zhuǎn)的攝像頭+滾輪升降滑套裝置；文獻(xiàn)[3]在文獻(xiàn)[1]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了誤差分析及標(biāo)定方法，提升了檢測(cè)精度。以上檢測(cè)方法均需人工操作手動(dòng)檢測(cè)，單次檢測(cè)節(jié)拍約為75S，如需測(cè)量車輛前后端的高度差，操作人員需不斷往返，不符合總裝廠流水線式的生產(chǎn)節(jié)奏，極大的制約了主機(jī)廠的生產(chǎn)節(jié)拍。本文創(chuàng)新性的提出了一種基于雙目成像的視覺測(cè)量方案，可在非接觸車身的情況下實(shí)現(xiàn)汽車整車高差的全自動(dòng)化檢測(cè)，測(cè)量精準(zhǔn)，方便快捷。

1 測(cè)量原理

1.1 檢測(cè)原理

雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如圖1所示，設(shè)左側(cè)攝像機(jī)坐標(biāo)系為o1x1y1z1，右側(cè)攝像機(jī)坐標(biāo)系為o2x2y2z2，以左側(cè)攝像機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，左側(cè)理想圖像坐標(biāo)系為O1X1Y1，右側(cè)理想圖像坐標(biāo)系為O2X2Y2，圖中μ為像元尺寸，f1、f2分別為左右攝像機(jī)的焦距，空間點(diǎn)P和攝像機(jī)光學(xué)中心的連線與兩攝像機(jī)光軸的夾角分別為w1、w2，攝像機(jī)光軸與基線夾角分別為a1、a2，則由空間幾何關(guān)系可以得到空間點(diǎn)P在測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為：

式中：，B為基線距，Z為物距。

因此，在汽車車身左右兩側(cè)，確定同一參照P點(diǎn)后，即可通過雙目成像技術(shù)測(cè)得P點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即P點(diǎn)的離地高度，從而得出汽車車身左右兩側(cè)的的高度差。

1.2 P點(diǎn)的確定

空間點(diǎn)P：選取汽車輪胎上沿，翼子板下端圓弧的中的最高點(diǎn)，如圖2中紅點(diǎn)位置：

圖2

由數(shù)學(xué)模型及以上公式可知，空間點(diǎn)P在系統(tǒng)世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)不僅取決于其在兩像平面上的成像坐標(biāo)值，還取決于光學(xué)中心連線與光軸的夾角a、基線距B及物距Z。而P點(diǎn)的測(cè)量誤差隨基線距的增大而減小，并且當(dāng)基線與相機(jī)光線夾角a在33°~50°之間取值時(shí)，系統(tǒng)測(cè)量精度較高，誤差變化較為平穩(wěn)[4]。

2 空間布置

1-翼子板下端圓弧 2-輪胎 3-雙目立體相機(jī) 4-底座 5-氣缸推桿 6-V型限位塊 7-浮動(dòng)平臺(tái) 8-固定式撐桿

圖3

2.1 車輛定位裝置

氣缸推桿5通過螺栓連接固定在底座4上，輪胎V型定位塊6固定在浮動(dòng)平臺(tái)7上，可沿氣缸推桿5的伸縮方向水平移動(dòng)；固定式撐桿8通過螺栓連接固定在底座4上。

2.2 高度測(cè)量裝置

雙目立體相機(jī)3固定在底座4的上端，高度與翼子板下端圓弧平齊，方便采集數(shù)據(jù)。

2.3 工作原理

檢測(cè)時(shí)，待測(cè)車輛駛?cè)霗z測(cè)區(qū)域，將輪胎分別停放在4個(gè)V型限位塊6上。隨后左側(cè)輪胎外緣的氣缸推桿5通過推動(dòng)輪胎下方的V型限位塊（固定在浮動(dòng)平臺(tái)7上僅可沿氣缸推桿5的伸縮方向移動(dòng)）將車輛整體向右邊移動(dòng)，待右側(cè)輪胎下方的V型限位塊與右側(cè)的固定式撐桿8貼合時(shí)，車輛位置固定。

此時(shí)，固定在底座4上4個(gè)雙目立體相機(jī)通過采集輪胎上方翼子板下端圓弧1的邊緣輪廓特征點(diǎn)P，得出P點(diǎn)的高度值。通過（左前-右前）、（左后-右后）即可計(jì)算出車輛前端高度差及后端高度差，以作為車輛行駛穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)依據(jù)及調(diào)整車身高度的依據(jù)。

3 結(jié)論

在汽車總裝車間，可采用雙目視覺測(cè)量方法，對(duì)批量下線的車輛進(jìn)行快速高效的等高性能檢測(cè)，自動(dòng)化程度高，無需單獨(dú)設(shè)崗增加操作員工，方便快捷。

[1] 樓萬軍,馬驪歌.汽車車身高度左右差檢測(cè)儀的研究[J].中國(guó)科技信息,2006（24）.

[2] 張慧云,蘇建.非接觸式汽車車身左右對(duì)稱點(diǎn)高度差檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008（2）.

[3] 趙小旭.汽車車身高度左右差檢測(cè)研究[D].吉林大學(xué),2010.

[4] 肖志濤.雙目視覺系統(tǒng)測(cè)量精度分析[J].光電工程,2014（2）.

High Performance Inspection of Automobile Based on Binocular VisionMeasurement Technology

Luo Xiaolong, Xiong Wu, Li Haining, Zhang De’an

( Jiangxi ISUZU Motors CO., LTD., Jiangxi Nanchang 330000 )

For car body around the on-line measurement of height difference problem, put forward a vision measurement method based on binocular imaging, the method by extracting the car before the edge of the rear fender outline feature points, respectively after calculate the left front, right front, left, right rear fender feature point height from the ground, which car front end and back end height difference are obtained. The scheme has a high degree of automation, greatly improves the test time, saves labor costs, and can be widely used in the testing line of major final assembly plants in China.

Binocular imaging; Body height difference; Contour detection

A

1671-7988(2019)21-125-02

U467.4

A

1671-7988(2019)21-125-02

羅曉龍，碩士，機(jī)電工程師，就職于江西五十鈴汽車有限公司，研究方向：總裝工藝布置及優(yōu)化。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.044

CLC NO.: U467.4