汽車車輛尺寸自動(dòng)測(cè)量方法及裝置研究

尹麗 曾偉 耿平

摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展極大地促進(jìn)了公路等交通設(shè)施的建設(shè)以及汽車生產(chǎn)量的增長(zhǎng)。同時(shí)，各界對(duì)車輛生產(chǎn)制造與檢測(cè)手段的要求也越來(lái)越高。其中，對(duì)車輛外形尺寸進(jìn)行檢測(cè)是車輛生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)保證車輛平穩(wěn)、可靠和安全運(yùn)行有著重要的意義，同時(shí)，對(duì)車輛外形尺寸參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)可以從一定程度上減少交通事故的發(fā)生，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義與價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車尺寸 自動(dòng)檢測(cè) 光幕傳感器 自動(dòng)化

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

上世紀(jì)80年代，美國(guó)通用汽車公司率先將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)成功應(yīng)用于車身局部尺寸的在線檢測(cè)。上世紀(jì)90年代，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)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(cè)量技術(shù)的研究;但大多數(shù)公司開發(fā)的激光測(cè)量系統(tǒng)都是采用電子測(cè)量和激光測(cè)量相結(jié)合方法，這種方法需要在被測(cè)車身的側(cè)面和前方架設(shè)兩個(gè)導(dǎo)軌，且對(duì)導(dǎo)軌的加工和安裝精度有很高的要求，導(dǎo)致系統(tǒng)成本高，且操作使用不便。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)的企業(yè)也對(duì)車輛外輪廓尺寸測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的研究。國(guó)內(nèi)汽車外輪廓尺寸的傳統(tǒng)檢測(cè)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(gè)方面：

（1）可靠性低。測(cè)量精度過低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，且人為參與過多，容易造成管理上的漏洞;（2）自動(dòng)化程度低，性能落后;（3）檢測(cè)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(cè)量領(lǐng)域，傳統(tǒng)的使用卷尺、角度尺等工具進(jìn)行人工測(cè)量的方法不但耗時(shí)耗力而且已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代自動(dòng)化檢測(cè)的需求，所以一系列關(guān)于汽車車輛尺寸的自動(dòng)檢測(cè)裝置研究應(yīng)運(yùn)而生。目前公司所采取的測(cè)量裝置為一種激光定位測(cè)距工具，它包括橫向設(shè)置的精密滑動(dòng)導(dǎo)軌、左滑座和右滑座，左滑座和右滑座分別與精密滑動(dòng)導(dǎo)軌的左右兩端滑動(dòng)連接;左滑座的頂面右端上設(shè)有激光測(cè)距儀，左滑座的一側(cè)上設(shè)有縱向的左激光燈，左滑座的頂面左端上設(shè)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(shè)有右電源模塊，右電源模塊相對(duì)于激光測(cè)距儀的一側(cè)面上設(shè)有激光反射板，右滑座的一側(cè)上設(shè)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(shè)置，左激光燈和右激光燈的間距等于激光測(cè)距儀和激光反射板的間距。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 研究意義

在汽車需求量不斷增大的情況下，各個(gè)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(chǎng)上汽車的種類、車型種類都非常多，各個(gè)汽車制造業(yè)面臨著非常大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，所以只有控制好車輛的外形，保障汽車的運(yùn)行性能，足夠滿足用戶的需求，才能在市場(chǎng)上贏得一席之地。目前，雖然我國(guó)的汽車生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高，但是相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)的制造水平來(lái)說(shuō)還是需要進(jìn)一步改進(jìn)的，尤其是在汽車外形尺寸質(zhì)量控制方面的水平有待進(jìn)一步提高。從汽車性能來(lái)說(shuō)，不合格的外形尺寸會(huì)給汽車的內(nèi)部工作性能造成很大的影響，可能會(huì)使汽車運(yùn)行中由于外形尺寸質(zhì)量控制不好，導(dǎo)致汽車運(yùn)行性能受損，給汽車的行駛帶來(lái)安全威脅。

因此，對(duì)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(cè)對(duì)保證車輛平穩(wěn)、可靠和安全運(yùn)行有著重要的意義，而設(shè)計(jì)一套自動(dòng)檢測(cè)方案，對(duì)于提高汽車外形輪廓檢測(cè)精度、效率的提高具有重大意義。

2 方案初步設(shè)計(jì)

2.1 方案介紹

紅外光幕測(cè)量法的測(cè)量車輛外形尺寸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由測(cè)量主機(jī)、信號(hào)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(cè)高光幕傳感器、測(cè)寬光幕傳感器、測(cè)長(zhǎng)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(cè)量主機(jī)連接，測(cè)量主機(jī)接收觸發(fā)啟動(dòng)信號(hào)，讀取測(cè)量光幕傳感器陣列的分布數(shù)據(jù)，通過車輛尺寸長(zhǎng)度、寬度、高度計(jì)算模塊計(jì)算出待測(cè)車輛高度、寬度和長(zhǎng)度，并將測(cè)量結(jié)果通過主機(jī)顯示。

通常模式下被測(cè)物的最小物體分辨率為相鄰兩個(gè)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(jī)或嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在測(cè)量車輛高度、寬度、長(zhǎng)度時(shí)，待測(cè)車輛沿檢測(cè)帶駛?cè)胫付y(cè)量區(qū)域，緩慢停車，此時(shí)上位機(jī)發(fā)出測(cè)量信號(hào)，測(cè)量光幕啟動(dòng)，進(jìn)入工作模式，激光光束由發(fā)射端打出，接收端進(jìn)行信號(hào)采集，車身所在位置會(huì)造成部分激光光束被遮擋。通過統(tǒng)計(jì)被遮擋的光束數(shù)量，可以根據(jù)遮擋的光線數(shù)目來(lái)計(jì)算得到車輛的高度、寬度和長(zhǎng)度。

2.2 方案特點(diǎn)

這種光幕測(cè)量方法避免了攝像測(cè)量方法受相機(jī)分辨率、鏡頭畸變、拍攝視場(chǎng)、相機(jī)標(biāo)定等因素的影響，且測(cè)量方法簡(jiǎn)單可行，測(cè)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(cè)量精度。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，雖然存在無(wú)法保證車身位置完全平行于檢測(cè)帶，車體與檢測(cè)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(cè)夾角，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，進(jìn)一步精確測(cè)量結(jié)果。該種紅外光幕測(cè)量方案具有以下特點(diǎn)：

（1）全自動(dòng)化程度高，全自動(dòng)測(cè)量車輛外廓長(zhǎng)、寬、高等尺寸，測(cè)量過程中無(wú)需人工干預(yù);

（2）測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于快速的搭建測(cè)量系統(tǒng);

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

（4）測(cè)量效率高，可在短時(shí)間內(nèi)測(cè)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(cè)量光幕是由安全光幕衍生出來(lái)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(jìn)行測(cè)量，傳輸出信號(hào)。光電傳感器是一種感應(yīng)其接收的光強(qiáng)度變化的電子器件，包含光學(xué)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(shí)，光電傳感器發(fā)射光線，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，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(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。光幕測(cè)量系統(tǒng)正常工作時(shí)配備一個(gè)控制器，控制器使用軟件進(jìn)行編程設(shè)定，可提供多種掃描模式和檢測(cè)分析模式，而且可通過串行接口與PLC或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，傳遞控制或掃描結(jié)果，另外還可接入觸發(fā)信號(hào)控制掃描過程。

用測(cè)量光幕測(cè)量汽車外形輪廓尺寸具有一系列優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量裝置易于安裝，易于對(duì)準(zhǔn);

（2）檢測(cè)距離范圍寬，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的檢測(cè)距離;

（4）實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過程的全自動(dòng)化，自動(dòng)化程度高，全自動(dòng)測(cè)量車輛外廓長(zhǎng)、寬、高等尺寸，測(cè)量過程無(wú)需人工干預(yù)，大大節(jié)省了人力物力;

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

（6）測(cè)量系統(tǒng)具有明顯的先進(jìn)性、高穩(wěn)定性和可靠性，具備良好的可擴(kuò)展性和靈活性，操縱方便，標(biāo)定及維護(hù)方便，有效使用壽命長(zhǎng)。

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

4 總結(jié)

在本技術(shù)方案中，利用測(cè)量光幕測(cè)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(cè)量精度較之前方式有了很大的提高，精度可控，測(cè)量靈活性高，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過程的全自動(dòng)化，自動(dòng)化程度高，全自動(dòng)測(cè)量車輛外廓長(zhǎng)、寬、高等尺寸，測(cè)量過程無(wú)需人工干預(yù)，測(cè)量速度快，效率高，大大節(jié)省了人力物力，大大提高了測(cè)量效率，測(cè)量系統(tǒng)具有明顯的先進(jìn)性、高穩(wěn)定性和可靠性，具備良好的可擴(kuò)展性和靈活性，操作方便。

參考文獻(xiàn)：

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