专利名称：机动车前照灯检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于检测机动车对称光前照灯配光性能的机动车前照灯检测仪，属于机动车前照灯检测仪的创新技术。
2、背景技术根据机动车运行安全技术条件GB7258-2004条款有关光束照射位置要求1)在检验前照灯近光光束照射位置时，前照灯照射在距离10m的屏幕上时，乘用车前照灯近光光束明暗截止线转角或中点的高度应为0.7H～0.9H(H为前照灯基准中心高度，下同)，其它机动车(拖拉机运输机组除外)应为0.6H～0.8H。机动车(装用一只前照灯的机动车除外)前照灯近光光束水平方向位置向左偏不允许超过170mm，向右偏不允许超过350mm。
2)轮式拖拉机运输机组装用的前照灯近光光束的照射位置，按照上述方法检验时，要求在屏幕上光束中点的离地高度不允许大于0.7H；水平位置要求，向右偏移不允许超过350mm，不允许向左偏移。
3)在检验前照灯远光光束及远光单光束灯照射位置时，前照灯照射在距离10m的屏幕上时，要求在屏幕光束中心离地高度，对乘用车为0.9H～1.0H，对其它机动车为0.8H～0.95H；机动车(装用一只前照灯的机动车除外)前照灯远光光束水平位置要求，左灯向左偏不允许超过170mm，向右偏不允许超过350mm，右灯向左或向右偏均不允许超过350mm。
根据机动车前照灯检测仪检定规程JJG745-2002要求发光强度光轴偏移角为零时，示值误差≤±12％；光轴偏移角在检定范围内的任意值时，示值误差≤±15％；光轴偏移角发光强度为15kcd时示值误差≤±15′；发光强度改变时示值误差≤±12′，示值间差≤15′；基准中心离地高度的示值误差≤±10mm。
现有的机动车前照灯检测仪，存在以下方面问题1、机动车纵轴线与检测仪的检测屏幕对正问题，检测员靠目测控制机动车纵轴线与检测仪的检测屏幕的对正，存在主观随机误差，机动车纵轴线与检测仪的检测屏幕对正角度一般可达3°～5°，若使用车辆摆正装置，一方面不能适应不同轴距车型，另一方面摆正操作复杂，调整时间长，检测效率低下；2、机动车前照灯基准中心高度必须人工读取刻度数值，检测效率低；3、不能全面反映机动车前照灯配光特性。
3、实用新型内容本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可自动检测机动车纵轴线与检测系统纵轴线的水平角度偏差、自动检测机动车前照灯基准中心高度及GB7258-2004要求检测的机动车前照灯配光性能参数的机动车前照灯检测仪。
本实用新型的原理图如附图所示，包括有定位参考柱(1)、(2)，数码相机(3)、(4)、(5)，检测屏幕(6)，检测屏幕驱动机构(7)，计算机(8)，检测屏幕驱动机构(7)安装在机动车的前方，检测屏幕(6)的尺寸可容纳不同车型的远光照射在检测屏幕上的光斑中心，数码相机(3)、(4)安装在检测屏幕(6)的上部位置上，检测屏幕(6)与定位参考柱(1)、(2)的距离满足数码相机可拍摄范围涵盖在定位参考柱(1)、(2)所界定的平面宽度，数码相机(5)安装在定位参考柱(1)或(2)或定位参考柱(1)、(2)与地面相交的交点所连线段的中点上。
本实用新型的机动车前照灯检测仪由数码相机获取从不同角度对机动车前照灯发光面拍摄的图像和数码相机获取前照灯远、近光照射在检测屏幕上的光斑图像，计算机对图像进行分析，通过几何运算，计算出机动车纵轴线与检测系统纵轴线的水平角度偏差、机动车前照灯基准中心高度、机动车前照灯远光光束发光强度和偏转角、机动车前照灯近光光束明暗截止线转角或中点的空间位置和偏转角等GB7258-2004要求检测的机动车前照灯配光性能参数，其检测速度快，检测精度高。
图1为本实用新型的原理图；图2为本实用新型数码相机(3)对机动车前照灯拍摄的数码相片模拟图及几何拉伸后的效果图；图3为本实用新型数码相机(4)对机动车前照灯拍摄的数码相片模拟图及几何拉伸后的效果图；图4为本实用新型的几何俯视图(X、Y轴)；图5为本实用新型的几何侧视图(Y、Z轴)；图6为本实用新型用于机动车前照灯近光检测时数码相机(5)对检测屏幕拍摄的数码相片；图7为本实用新型用于机动车前照灯近光检测时的几何原理图；图8为本实用新型用于机动车前照灯远光检测时数码相机(5)对检测屏幕拍摄的数码相片模拟图；图9为本实用新型用于机动车前照灯远光检测时的检测系统几何原理图；图10为本实用新型定位参考柱限位装置俯视图。
具体实施方式
实施例本实用新型的原理图如图1所示，图中1、2定位参考柱，3、4、5数码相机，6检测屏幕，7检测屏幕驱动机构，8计算机，9机动车，10机动车右前照灯，11机动车左前照灯，U定位参考柱1与安装地面的交点，V定位参考柱2与安装地面的交点，0检测屏幕驱动机构旋转轴中心线与安装地面交点，I检测屏幕初始位置，II检测屏幕检测位置。
图2为本实用新型数码相机(3)对机动车前照灯拍摄的数码相片模拟图及几何拉伸后的效果图；图中1-2为由1、2定位参考柱确定的平面，DM1、DN1分别为右、左前照灯发光面在由数码相机3所摄数码相片上的影像，G为DM1的几何中心点，C、E分别为与前照灯发光面影像DM1、DN1靠相片中心侧相切且垂直于X、Y轴平面的切线与前照灯发光面影像DM1、DN1的切点的切点。
图3为本实用新型数码相机(4)对机动车前照灯拍摄的数码相片模拟图及几何拉伸后的效果图；图中1-2为由1、2定位参考柱确定的平面，DM2、DN2分别为右、左前照灯发光面在由数码相机3所摄数码相片上的影像，H为DN2的几何中心点，点D、F分别为与前照灯发光面影像DM2、DN2靠相片中心侧相切且垂直于X、Y轴平面的切线与前照灯发光面影像DM2、DN2的切点的切点。
图4为本实用新型的几何俯视图(X、Y轴)；图中点A、B为数码相机3、4的对应点、D、E、F、G、H为图2、图3中相应各点，点M为连线AG与直线PQ的交点，N为连线BN与直线PQ的交点，点P为直线AC与直线BD的交点，点Q为直线AE与直线BF的交点，点R为线段MN的中点，直线L1为检测系统纵轴线，直线L2为直线PQ的垂线。
图5为本实用新型的几何侧视图(Y、Z轴)；图中点A、B为数码相机3、4的对应点，点G、H为图2、图3中相应各点，点M为直线AG与直线Y＝My的交点，点N为直线BH与直线Y＝Ny的交点，点R为线段MN的中点。
图6为本实用新型用于机动车前照灯近光检测时数码相机(5)对检测屏幕拍摄的数码相片；图中点K为明暗截止线转角或中点。
图7为本实用新型用于机动车前照灯近光检测时的几何原理图；图中点K为明暗截止线转角或中点，点R为机动车左右前照灯发光面中心所连线段的中点(即图4、图5中的点R)。
图8为本实用新型用于机动车前照灯远光检测时数码相机(5)对检测屏幕拍摄的数码相片模拟图；图中点S为左灯光斑的中心(光斑最亮点或区域的中心)，点W为右灯光斑的中心(光斑最亮点或区域的中心)。
图9为本实用新型用于机动车前照灯远光检测时的检测系统几何原理图；图中点S为左灯光斑的中心(光斑最亮点或区域的中心)，点W为右灯光斑的中心(光斑最亮点或区域的中心)，点M、N分别为机动车右、左前照灯发光面中心点(即图4、图5中的点M、N)。
图10为本实用新型定位参考柱限位装置俯视图，图中1、2为定位参考柱，7、8为红外开关发射器，9、10为红外开关接收器，A为红外开关发射器7和红外开关接收器9所确定的直线，B为红外开关发射器8和红外开关接收器10所确定的直线，箭头所示为机动车行进方向。
以下以检测屏幕驱动机构7安装在机动车右前方、数码相机(5)安装在定位参考柱1上为例进行说明，如图1所示。在该例中，数码相机3、4、5为600万像素以上的数码相机，计算机为奔腾III级别以上的个人计算机，检测屏幕尺寸以可容纳不同车型的远光照射在检测屏幕上的光斑中心为宜。在本例中，检测屏幕尺寸为宽3900mm，高1400mm，是一块安装在检测屏幕驱动机构7上垂直于地面并覆盖电影幕布的平板。数码相机3、4安装在检测屏幕上部边缘的不同位置上，在本例中数码相机3的三维坐标为(1000mm，0mm，1400mm)，数码相机4的三维坐标为(3000mm，0mm，1400mm)；检测屏幕与定位参考柱1、2的距离满足数码相机可拍摄范围涵盖定位参考柱1、2所界定的平面宽度，在本例中检测屏幕与定位参考柱1、2的距离为4000mm，定位参考柱1、2与地面交点的三维坐标分别为(0mm，4000mm，0mm)和(4000mm，4000mm，0mm)，数码相机5的三维坐标为(0mm，4000mm，700mm)。
进行检测时，检测员驾驶机动车，使机动车前缘接近定位参考柱1、2所确定的1-2平面(接近距离的控制可使用各种限位装置，本例中使用由安装在定位参考柱1、2上的两组红外开关组成的限位装置来实现，如图10所示，当机动车前缘未到达由红外开关发射器7和红外开关接收器9所确定的直线A时，红外开关接收器9、10输出低电平；当机动车前缘到达由红外开关发射器7和红外开关接收器9所确定的直线A而未到达由红外开关发射器8和红外开关接收器10所确定的直线B时，红外开关接收器7输出高电平，红外开关接收器10输出低电平；当机动车前缘到达由红外开关发射器8和红外开关接收器10所确定的直线B时，红外开关接收器9、10输出高电平。计算机通过判断红外开关接收器9、10的电平高低即可判断机动车前缘相对于直线A、B的所在位置，并对检测员发出不同信号以提示检测员驾驶机动车前进或后退)，检测员点亮前照灯，并发出检测开始信号(或由计算机通过判断红外开关接收器9、10的电平高低来发出该信号)，使检测系统进入检测状态，检测屏幕驱动机构7驱动检测屏幕6由位置I转到位置II(位置II的检测屏幕所在平面与1-2平面平行)，进行以下步骤1)确定附图中机动车前照灯发光面中心点M、N和线段MN的中点R的三维空间坐标、机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角由于机动车左右前照灯相对于机动车纵轴线为对称设置，因而可由左右前照灯的连线确定机动车纵轴线；由于机动车前照灯车型不同，其发光面形状也千变万化，但均有固定轮廓，考虑到数码相机对机动车前照灯发光面所摄相片因拍摄角度不同而引起的机动车前照灯发光面形状扭曲而不能如实反映发光面形状，拍摄角度越小(指数码相机和机动车前照灯发光面的连线与机动车前进方向的夹角)则失真越小，故由数码相机3、4在机动车前照灯前方对前照灯拍摄的数码相片图2、图3(图中面DM1、DM2、DN1、DN2为左右前照灯发光面在相片上的影像)，分别以图2的面DM1、图3的面DN2所确定的图形为右、左前照灯发光面的近似形状，其中心点G、H分别为右、左前照灯发光面对应在相片上的影像中心，因而可由图2、图3经计算机图像分析并根据图4、图5进行下述的几何运算，得到图4、图5中前照灯发光面中心点M、N和线段MN的中点R的三维空间坐标及直线MN与X轴的夹角(其值等于机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角角度值)。
其几何运算如下已知的条件如下如图1所示安装检测系统，以经过由定位参考柱1、2与检测系统安装地面的交点U、V确定的线段UV的中点且垂直于定位参考柱1、2所确定的1-2平面的直线UV为检测系统纵轴线，以通过定位参考柱1或2与地面的交点且与检测系统纵轴线平行的射线为Y轴，以在Y轴上且与定位参考柱1或2距离为t的点为原点0(该距离满足数码相机可拍摄范围涵盖定位参考柱(1)、(2)所界定的平面宽度)，以通过原点且与直线UV平行的射线为X轴，以通过原点且垂直于X轴和Y轴的射线为Z轴，在原点上安装检测屏幕驱动机构7(本说明书及说明书附图中的坐标系均由此坐标系衍生)，则在检测系统安装完毕后其各组件的三维空间坐标为固定的已知参数。
由数码相片进行图像分析所得的数据求点M、N、R的三维空间坐标及直线MN与X轴的夹角的几何运算如下令点A坐标为A(Ax，Ay，Az)，Ax、Ay、Az分别为点A的X、Y、Z轴坐标，其它点类同。
步骤(1)由数码相机3、4在机动车前照灯前方对前照灯拍摄的相片图2、图3经计算机图像分析处理得到点C、D、E、F、G、H的三维空间坐标图2、图3为数码相机3、4对机动车前照灯拍摄的数码相片模拟图，经计算机图像分析，使用几何拉伸可由梯形图像转换为矩形图像(相片中定位参考柱1、2影像的高度和间距比例拉伸为符合定位参考柱1、2实物的高度和间距比例)；通过计算机识别定位参考柱1、2和前照灯发光面影像形状及其在相片中的相对位置，根据图2、图3，与由定位参考柱1、2确定的1-2平面对应，可得到前照灯发光面DM1、DN2中心点G、H分别与定位参考柱1的距离及与地面的距离，即此两点的X轴、Y轴坐标；因点G、H在由定位参考柱1、2确定的1-2平面上，则其距检测屏幕平面的距离为已知，即此两点的Z轴坐标；故可得到点G、H的三维空间坐标。同理可得到点C、D、E、F(点C、D、E、F分别为与前照灯发光面影像DM1、DM2、DN1、DN2靠相片中心侧相切且垂直于X、Y轴平面的切线与前照灯发光面影像DM1、DM2、DN1、DN2的切点，如图2、图3所示)的三维空间坐标。
步骤(2)根据图4、图5由计算机通过几何运算计算相关点的三维空间坐标根据图4，数码相机3、4位置对应于点A、B，点C、D、E、F、G、H均在1-2平面上，由步骤(1)，其各点三维空间坐标为已知，设1-2平面与原点0距离为t，则Ay＝By＝0，Cy＝Dy＝Ey＝Fy＝Gy＝Hy＝t建立直线AC、AE、BD、BF、AG、BH的X、Y轴方程直线AC(X-Ax)/(Ax-Cx)＝(Y-Ay)/(Ay-Cy)直线AE(X-Ax)/(Ax-Ex)＝(Y-Ay)/(Ay-Ey)直线BD(X-Bx)/(Bx-Dx)＝(Y-By)/(By-Dy)直线BF(X-Bx)/(Bx-Fx)＝(Y-By)/(By-Fy)直线AG(X-Ax)/(Ax-Gx)＝(Y-Ay)/(Ay-Gy)直线BH(X-Bx)/(Bx-Hx)＝(Y-By)/(By-Hy)则直线AC、BD的交点P的X、Y轴坐标可确定为Px＝(Bx·Cx-Ax·Dx)/(Bx+Cx-Ax-Dx)，Py＝(Bx-Ax)·t/(Bx+Cx-Ax-Dx)直线AE、BF的交点Q的坐标可确定为Qx＝(Bx·Ex-Ax·Fx)/(Bx+Ex-Ax-Fx)，Qy＝(Bx-Ax)·t/(Bx+Ex-Ax-Fx)建立直线PQ的方程直线PQ(X-Px)/(Px-Qx)＝(Y-Py)/(Py-Qy)则直线PQ与直线AG的交点M的X、Y轴坐标可确定为Mx＝(t·Ax·(Px-Qx)+(Py·Qx-Px·Qy)·(Ax-Gx))/((Py-Qy)·(Ax-Gx)+t·(Px-Qx))My＝t·(Ax·Py-Ax·Qy-Py·Qx+Px·Qy)/((Py-Qy)·(Ax-Gx)+t·(Px-Qx))直线PQ与直线BH的交点N的X、Y轴坐标可确定为Nx＝(t·Bx·(Px-Qx)+(Py·Qx-Px·Qy)·(Bx-Hx))/((Py-Qy)·(Bx-Hx)+t·(Px-Qx))Ny＝t·(Bx·Py-Bx·Qy-Py·Qx+Px·Qy)/((Py-Qy)·(Bx-Hx)+t·(Px-Qx))线段MN的中点R的X、Y轴坐标可确定为Rx＝(Mx+Nx)/2，Ry＝(My+Ny)/2直线MN与X轴的夹角角度值可确定为arctg((Ny-My)/(Nx-Mx))根据图5，建立直线AG、BH的Y、Z轴方程直线AG(Y-Ay)/(Ay-Gy)＝(Z-Az)/(Az-Gz)直线BH(Y-By)/(By-Hy)＝(Z-Bz)/(Bz-Hz)则直线AG与直线Y＝My的交点M的Z轴坐标可确定为Mz＝(Az·My+Ay·Gz-Gz·My-Az·Gy)/(Ay-Gy)直线BH与直线Y＝Ny的交点N的Z轴坐标可确定为Nz＝(Bz·Ny+By·Hz-Hz·Ny-Bz·Hy)/(By-Hy)线段MN的中点R的Z轴坐标可确定为Rz＝(Mz+Nz)/2由此求得前照灯发光面中心点M、N和线段MN的中点R的三维空间坐标、直线MN与X轴的夹角角度值(即机动车纵轴线L2与检测系统纵轴线L1的水平角度偏差，以机动车行进方向向左为正)。
2)对机动车前照灯近光配光性能进行检测，确定机动车前照灯近光明暗截止线转角或中点的上下、左右偏转角度值检测员点亮前照灯近光，检测系统计算机控制数码相机5对机动车前照灯近光光束照射在检测屏幕上的光斑进行拍摄，得到数码相片图6，根据图6由计算机进行图像拉伸并进行图像分析可识别得到亮区和暗区的分界线(即明暗截止线)转角或中点K在检测屏幕中的相对位置，根据图7计算其三维空间坐标，通过下述几何运算得到其前照灯近光明暗截止线转角或中点的偏转角度。
其几何运算如下由上述可得到点K的三维坐标，由于机动车左右前照灯发光面的中点R坐标、机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角为已知(由机动车前照灯三维空间坐标的确定功能实现机理可知)，则由图7可确定连线KR的方程为(X-Kx)/(Kx-Rx)＝(Y-Ky)/(Ky-Ry)＝(Z-Kz)/(Kz-Rz)连线KR与X、Y轴所确定的平面的夹角角度值即该机动车前照灯近光明暗截止线转角或中点的上下偏转角度值(以机动车行进方向向上为正)为-arctg((Kz-Rz)/(Ky-Ry))连线KR在X、Y轴所确定的平面的投影与Y轴的夹角角度值(以机动车行进方向向左为正)减去机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角角度值即该机动车前照灯近光明暗截止线转角或中点的左右偏转角度值为-arctg((Kx-Rx)/(Ky-Ry))-arctg((Ny-My)/(Nx-Mx))。
3)对机动车前照灯远光配光性能进行检测，确定机动车左、右前照灯远光的发光强度、上下、左右偏转角度值
检测员点亮前照灯远光，检测系统计算机控制数码相机5对机动车前照灯远光光束照射在检测屏幕上的光斑进行拍摄，得到相片图8，由计算机进行图像拉伸并进行图像分析可识别得到其左右前照灯远光光束照射在检测屏幕上的光斑最强区域中心点S、W的两组三维空间坐标及其对应发光强度。根据图9可确定连线MW、NS的方程为直线MW(X-Wx)/(Wx-Mx)＝(Y-Wy)/(Wy-My)＝(Z-Wz)/(Wz-Mz)直线NS(X-Sx)/(Sx-Nx)＝(Y-Sy)/(Sy-Ny)＝(Z-Sz)/(Sz-Nz)连线MW与X、Y轴所确定的平面的夹角角度值即该机动车右前照灯远光的上下偏转角度值(以机动车行进方向向上为正)为-arctg((Wz-Mz)/(Wy-My))连线MW在X、Y轴所确定的平面的投影与Y轴的夹角角度值(以机动车行进方向向左为正)减去机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角角度值为该机动车右前照灯远光的左右偏转角度值-arctg((Wx-Mx)/(Wy-My))-arctg((Ny-My)/(Nx-Mx))连线NS与X、Y轴所确定的平面的夹角角度值即该机动车左前照灯远光的上下偏转角度值(以机动车行进方向向上为正)为-arctg((Sz-Nz)/(Sy-Ny))连线NS在X、Y轴所确定的平面的投影与Y轴的夹角角度值(以机动车行进方向向左为正)减去机动车纵轴线与检测系统纵轴线的夹角角度值为该机动车左前照灯远光的左右偏转角度值-arctg((Sx-Nx)/(Sy-Ny))-arctg((Ny-My)/(Nx-Mx))。
权利要求1.一种机动车前照灯检测仪，其特征在于包括有定位参考柱(1)、(2)，数码相机(3)、(4)、(5)，检测屏幕(6)，检测屏幕驱动机构(7)，计算机(8)，检测屏幕(6)的尺寸可容纳不同车型的远光照射在检测屏幕上的光斑中心，检测屏幕驱动机构(7)安装在机动车右前方或左前方，数码相机(3)、(4)分别安装在检测屏幕(6)上部边缘的不同位置上，数码相机(5)安装在定位参考柱(1)或(2)或定位参考柱(1)、(2)与地面相交的交点所连线段的中点附近。
2.根据权利要求1所述的机动车前照灯检测仪，其特征在于上述检测屏幕与定位参考柱(1)、(2)的距离满足数码相机可拍摄范围涵盖定位参考柱(1)、(2)所界定的平面宽度。
专利摘要本实用新型是一种用于检测机动车对称光前照灯配光性能的机动车前照灯检测仪。其包括有两定位参考柱，3部数码相机，检测屏幕，检测屏幕驱动机构，计算机，检测屏幕驱动机构安装在机动车的前方，两部数码相机安装在检测屏幕的上部位置上，检测屏幕与两定位参考柱的距离满足数码相机可拍摄范围涵盖在定位参考柱所界定的平面宽度，另一数码相机安装在其中一个定位参考柱或两定位参考柱与地面相交的交点所连线段的中点附近。本实用新型的检测仪可自动检测机动车纵轴线与检测系统纵轴线的水平角度偏差、机动车前照灯基准中心高度及GB7258－2004要求检测的机动车前照灯配光性能参数，其检测速度快，检测精度高。
文档编号G01M11/00GK2903954SQ20052006105
公开日2007年5月23日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者程本瑞 申请人:程本瑞