汽车车辆尺寸自动测量方法及装置研究

尹丽 曾伟 耿平

摘 要：随着时代的进步，社会经济的迅猛发展极大地促进了公路等交通设施的建设以及汽车生产量的增长。同时，各界对车辆生产制造与检测手段的要求也越来越高。其中，对车辆外形尺寸进行检测是车辆生产过程中的重要环节，对保证车辆平稳、可靠和安全运行有着重要的意义，同时，对车辆外形尺寸参数进行检测可以从一定程度上减少交通事故的发生，对社会经济的发展具有重要的意义与价值。

关键词：汽车尺寸 自动检测 光幕传感器 自动化

1 研究现状

1.1 国内外研究现状

上世纪80年代，美国通用汽车公司率先将计算机视觉技术成功应用于车身局部尺寸的在线检测。上世纪90年代，欧美一些发达国家（如美国的Chief公司、瑞典的Data liner公司）就开始从事基于激光扫描的车身二维尺寸测量技术的研究;但大多数公司开发的激光测量系统都是采用电子测量和激光测量相结合方法，这种方法需要在被测车身的侧面和前方架设两个导轨，且对导轨的加工和安装精度有很高的要求，导致系统成本高，且操作使用不便。近年来，国内相关的企业也对车辆外轮廓尺寸测量技术进行了相关的研究。国内汽车外轮廓尺寸的传统检测手段存在一些急需解决的技术问题，主要表现为以下几个方面：

（1）可靠性低。测量精度过低，数据准确性差，且人为参与过多，容易造成管理上的漏洞;（2）自动化程度低，性能落后;（3）检测范围过小;（4）抗干扰能力较差。

1.2 企业研究现状

目前，在汽车车辆尺寸测量领域，传统的使用卷尺、角度尺等工具进行人工测量的方法不但耗时耗力而且已经不能满足现代自动化检测的需求，所以一系列关于汽车车辆尺寸的自动检测装置研究应运而生。目前公司所采取的测量装置为一种激光定位测距工具，它包括横向设置的精密滑动导轨、左滑座和右滑座，左滑座和右滑座分别与精密滑动导轨的左右两端滑动连接;左滑座的顶面右端上设有激光测距仪，左滑座的一侧上设有纵向的左激光灯，左滑座的顶面左端上设有左电源模块，左激光灯与左电源模块连接;右滑座的顶面左端上设有右电源模块，右电源模块相对于激光测距仪的一侧面上设有激光反射板，右滑座的一侧上设有纵向的右激光灯，右激光灯与右电源模块连接;左激光灯和右激光灯的激光射出端呈同向设置，左激光灯和右激光灯的间距等于激光测距仪和激光反射板的间距。本装置具有结构简单、操作方便、生产成本低等优点。

1.3 研究意义

在汽车需求量不断增大的情况下，各个汽车制造企业不仅在汽车的性能上有很高的要求，还要在外形尺寸上满足各种不同情境下的要求，现在市场上汽车的种类、车型种类都非常多，各个汽车制造业面临着非常大的竞争压力，所以只有控制好车辆的外形，保障汽车的运行性能，足够满足用户的需求，才能在市场上赢得一席之地。目前，虽然我国的汽车生产技术水平有了很大的提高，但是相对于国外先进的制造水平来说还是需要进一步改进的，尤其是在汽车外形尺寸质量控制方面的水平有待进一步提高。从汽车性能来说，不合格的外形尺寸会给汽车的内部工作性能造成很大的影响，可能会使汽车运行中由于外形尺寸质量控制不好，导致汽车运行性能受损，给汽车的行驶带来安全威胁。

因此，对是保证车辆生产质量中的重要环节，车辆外形尺寸检测对保证车辆平稳、可靠和安全运行有着重要的意义，而设计一套自动检测方案，对于提高汽车外形轮廓检测精度、效率的提高具有重大意义。

2 方案初步设计

2.1 方案介绍

红外光幕测量法的测量车辆外形尺寸系统结构，由测量主机、信号采集装置和光幕传感器阵列连接构成，该光幕传感器装置由测高光幕传感器、测宽光幕传感器、测长光幕传感器构成的立体结构组成，光幕传感器阵列的输出端通过RS232或RS485串口与测量主机连接，测量主机接收触发启动信号，读取测量光幕传感器阵列的分布数据，通过车辆尺寸长度、宽度、高度计算模块计算出待测车辆高度、宽度和长度，并将测量结果通过主机显示。

通常模式下被测物的最小物体分辨率为相邻两个光束之间的距离，光幕接收端的两根线为串口输出连接线，用于接到上位机或嵌入式系统实现数据的采集。在测量车辆高度、宽度、长度时，待测车辆沿检测带驶入指定测量区域，缓慢停车，此时上位机发出测量信号，测量光幕启动，进入工作模式，激光光束由发射端打出，接收端进行信号采集，车身所在位置会造成部分激光光束被遮挡。通过统计被遮挡的光束数量，可以根据遮挡的光线数目来计算得到车辆的高度、宽度和长度。

2.2 方案特点

这种光幕测量方法避免了摄像测量方法受相机分辨率、镜头畸变、拍摄视场、相机标定等因素的影响，且测量方法简单可行，测量的精度由光束的最小间隔决定，增大激光器的排列密度可以增大测量精度。在进行测量时，虽然存在无法保证车身位置完全平行于检测带，车体与检测带中心线之间存在微小的夹角，但是可以通过一定手段检测夹角，对测量结果进行校正，进一步精确测量结果。该种红外光幕测量方案具有以下特点：

（1）全自动化程度高，全自动测量车辆外廓长、宽、高等尺寸，测量过程中无需人工干预;

（2）测量结构简单，利于快速的搭建测量系统;

（3）易达到较高的测量精度，测量系统误差可以按照具体精度要求进行控制，可以通过改变光束的数量来改变装置的精度，满足不同要求;

（4）测量效率高，可在短时间内测出车辆的外形轮廓尺寸，工作效率得到大大提高，节省人力物力，提高生产效率。

3 方案可行性分析

测量光幕是由安全光幕衍生出来的一种高精度、技術要求更高的光幕，由单套或者多套传感器进行测量，传输出信号。光电传感器是一种感应其接收的光强度变化的电子器件，包含光学系统、放大器和开关量输出装置，所有光电传感器都使用调制光以排除周围光源可能的影响。工作时，光电传感器发射光线，当被检测物体经过时，收光器接收的光线产生变化，其变化值触发开关信号输出，实现检测功能。光幕测量系统正常工作时配备一个控制器，控制器使用软件进行编程设定，可提供多种扫描模式和检测分析模式，而且可通过串行接口与PLC或计算机进行通讯，传递控制或扫描结果，另外还可接入触发信号控制扫描过程。

用测量光幕测量汽车外形轮廓尺寸具有一系列优点：

（1）测量装置易于安装，易于对准;

（2）检测距离范围宽，可以根据实际需求选择合适的检测距离;

（4）实现了测量过程的全自动化，自动化程度高，全自动测量车辆外廓长、宽、高等尺寸，测量过程无需人工干预，大大节省了人力物力;

（5）测量速度快，采用汽车通过式快速测量，每辆汽车的检测时间为5-25s，大大提高了测量效率;

（6）测量系统具有明显的先进性、高稳定性和可靠性，具备良好的可扩展性和灵活性，操纵方便，标定及维护方便，有效使用寿命长。

基于以上优点，该套光幕测量方案在技术方面的可行性强，可实施性强。并且，测量光幕目前在自动测量汽车外形轮廓尺寸领域中运用已经十分广泛，该项技术的运用已经十分成熟。

4 总结

在本技术方案中，利用测量光幕测量汽车的外形轮廓尺寸，大大改善了原方案中的效率低和精度低的两大问题，测量精度较之前方式有了很大的提高，精度可控，测量灵活性高，实现了测量过程的全自动化，自动化程度高，全自动测量车辆外廓长、宽、高等尺寸，测量过程无需人工干预，测量速度快，效率高，大大节省了人力物力，大大提高了测量效率，测量系统具有明显的先进性、高稳定性和可靠性，具备良好的可扩展性和灵活性，操作方便。

参考文献：

[1]程磊. 车辆轮廓自动测量系统的研究与设计[D].山东理工大学，2016.

[2]张茗昱. 基于边缘轮廓的车辆尺寸测量系统的设计[D].哈尔滨理工大学，2017.

[3]GB/T 3730.3-1992，汽车和挂车的术语及其定义 车辆尺寸[S].