用于洗车的车身位置检测装置的制作方法

本发明涉及一种汽车清洗领域，尤其指一种用于洗车的车身位置检测装置。

背景技术：

研制电脑洗车机时，需要测得待洗汽车的若干外形尺寸，以使高压水喷头等工作机构与车身保持合适距离。但是，如何准确获知、判定反光镜和车顶行李架等物件的几何尺寸与位置参数，恰是行业内长期未能很好解决的技术难题，由于位置参数与几何尺寸数据不精确，清洗设备的清洁效果大打折扣。另外，对于清洗设备，车身外形的测量需求有其特殊性：不只是测车身轮廓，还包含测量车身停放的位置信息；未必需要知道车型、车身表面所有点的位置信息，但必须精确知道车身凸出部位的位置数据；测量结果的应用一般不能基于PC，而是在PLC上实现，等等。这样的测量要求，造成了很多现实技术困难。

现有一种专利号为CN201510358826.X，名称为《用于洗车设备的车辆外形检测系统及其检测方法》的中国发明专利公开了一种用于洗车设备的车辆外形检测系统，包括洗车室，其洗车室的上方设有洗车设备，其洗车设备的底部、洗车室的侧壁共设有3个超声波传感器，所述的超声波传感器通过汽车设备控制。该发明主要利用超声波传感器的回波测位原理，探测目标物体及其方位，解决了常规的光电传感器测量方式所存在的结构复杂、故障率高等问题。但是，由超声波的测距原理可知，传感器所发射的是锥形波束，检测到的并非是该波束投射区内的指定被测点所反射的回波，单位能量密度随距离增大而迅速降低，对行李架、反光镜等车身表面局部凸出形貌的探测能力既弱又不稳定，探测结果也就不能用于准确识别该处车身横截面上的轮廓线的几何特征；何况，算得的是某反射点与传感器之间的距离，无法得到反射点与传感器所在竖直平面之间的距离。因此，从原理到实践都证实，超声波传感器难以满足电脑洗车机对保持车身近距离作业提出的精准测量的需求，也无法测知轮胎方位并开展针对性的清洗动作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状而提供一种能准确测定车身与轮胎位置的用于洗车的车身位置检测装置，具有测定车身精准度高、操作方便，使被洗的车辆能在近距离控制下自动化清洁操作。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：本用于洗车的车身位置检测装置，其特征在于：包括用于测量车身高度的测量器、测量轮胎位置的检测器、用于测量车身轮廓线的图像处理器、电气控制模块，测量器、检测器与图像处理器分别通过线路与电气控制模块相连接，且测量器、检测器与图像处理器中的摄像头固定于架体上，所述架体通过驱动机构能前后移动地置于洗车架上，所述驱动机构与电气控制模块相连；

上述测量器包括发射器与接收器，所述发射器与接收器分别固定于汽车两侧外对应的架体上，在发射器上以上下间隔、线性地排列有N个发光元件，接收器上置有N个与发光元件相对应的接收元件，一个发光元件与对应的一个接收元件构成一组对应的具有发射光束、接收光电信息的元件组，每组元件组中的发射元件与接收元件位于同一水平面上，所述N为大于的自然数；

上述图像处理器包括摄像头、图像识别运算模块，所述摄像头固定于架体上部且位于汽车上方两侧位置，图像处理器通过摄像头采集生成被测车身表面的图像，通过图像识别运算模块分析图像像素来计算车身表面某指定点与图像处理器之间的距离。

作为改进，所述架体包括架体横杆与架体竖杆，所述架体竖杆为两根，两根架体竖杆的上端分别固定于架体横杆两端部的对应底部上，所述发射器与接收器分别固定于对应的架体竖杆上，所述架体横杆的两端能滑动地置洗车架上的两边滑轨上，所述驱动机构中的电机固定于架体横杆的一端顶部上。

进一步改进，所述摄像头的数量为至少两个，当摄像头的数量为两个时，一个摄像头可优选置于有发射器的一根架体竖杆的上部，而另一个摄像头置于有接收器的一根架体竖杆的上部，所述摄像头分别与水平面成锐角θ朝下安装，按下列公式计算被测车身横截面上的目标点到图像处理装置所在竖直平面的距离d：d＝Lcosθ+α，其中：L为图像处理装置至目标点的实际距离值，α为目标点相对图像处理装置的中心轴线的顺时针或逆时针方向的偏角。

作为改进，所述检测器可优选由光束发射器和接收光束的受光器组成，所述光束发射器固定于一根架体竖杆的下部，而所述受光器固定于另一根架体竖杆的下部，光束发射器、与受光器位于同样高度，分别距地面2～10cm。

作为改进，所述检测器可优选有能发射设定长度光束的光电传感器，所述光电传感器位于被测车身外的单侧或两侧的架体竖杆的下部，所述光电传感器距地面的距离为2～10cm。

作为改进，所述测量器被测量光幕所代替，测量光幕分别固定于洗车架两侧外的架体竖杆上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用测量器，扫描车身侧面，准确地测量车身高度，采用图像处理器摄录车身表面，特别是反光镜、尾翼、行李架等凸出部位，测量车身轮廓；通过检测器检测测得前车胎与后车胎的方位并通过计算得到车身轴距，可以据此数据对轮胎进行专门清洁，并用于辅助判断车型。而且，上述的测量是以非接触式、自动的方式快速进行，省时省力，测量效率高，不损坏汽车表面。因此，本发明能很好地满足洗车设备贴近车身进行清洁所需要的高精度测量要求。

附图说明

图1为本发明实施例的应用状态图；

图2为图1的正面投影图；

图3为图1中测量装置及对射型光电传感器的工作方式示意图；

图4是图1中的摄像头工作方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，本实施例的用于洗车的车身位置检测装置，包括用于测量车身高度的测量器1、测量轮胎71位置的检测器3、用于测量车身轮廓线的图像处理器、电气控制模块4，测量器1、检测器3与图像处理器分别通过线路与电气控制模块4相连接，且测量器1、检测器3与图像处理器中的摄像头2固定于架体5上，所述架体5通过驱动机构能前后移动地置于洗车架8上，所述驱动机构与电气控制模块4相连；

上述测量器1包括发射器11与接收器12，所述发射器11与接收器12分别固定于汽车7两侧外对应的架体5上，在发射器11上以上下间隔、线性地排列有N个发光元件，接收器12上置有N个与发光元件相对应的接收元件，一个发光元件与对应的一个接收元件构成一组对应的具有发射光束、接收光电信息的元件组，每组元件组中的发射元件与接收元件位于同一水平面上，所述N为大于2的自然数；

上述图像处理器包括摄像头2、图像识别运算模块，所述摄像头2固定于架体5上部且位于汽车7上方两侧位置，图像处理器通过摄像头2采集生成被测车身表面的图像，通过图像识别运算模块分析图像像素来计算车身表面某指定点与图像处理器之间的距离。

架体5包括架体横杆51与架体竖杆52，所述架体竖杆52为两根，两根架体竖杆52的上端分别固定于架体横杆51两端部的对应底部上，所述发射器11与接收器12分别固定于对应的架体竖杆52上，所述架体横杆51的两端能滑动地置洗车架8上的两边滑轨上，所述驱动机构中的电机6固定于架体横杆51的一端顶部上。所述摄像头2的数量为至少两个，当摄像头2的数量为两个时，一个摄像头2置于有发射器11的一根架体竖杆52的上部，而另一个摄像头2置于有接收器12的一根架体竖杆52的上部，所述摄像头2分别与水平面成锐角θ朝下安装，按下列公式计算被测车身横截面上的目标点到图像处理装置所在竖直平面的距离d：d＝Lcosθ+α，其中：L为图像处理装置至目标点的实际距离值，α为目标点相对图像处理装置的中心轴线的顺时针或逆时针方向的偏角。选取所测得的各d值中的最小值dmin，即是清洗用的侧喷管需要与车身保持最小距离的控制依据。由于再小的乘用车也总有基本的高度、宽度尺寸，当摄像头2测得的dmin，或两个摄像头2同一时刻测得的dmin之和大于某个设定值时，则可判定此处测量范围内无车体。一出现此种情况，即可据此判断得知车头、车尾的位置。而该目标点所在的高度h是：h＝H’-Lsin(θ+α)，其中：H’：图像处理器的安装高度。只要图像处理器的测量范围上边缘高于各类被清洗车辆的车顶高度，当某测量时刻处dmin有效，而摄像头2测得的d大于某个设定值(例如，d＞1.5m)时，则可判定该被测点位于车身顶部，并进而取其h值作为车身高度值。因此，要求不高的情况下，图像处理器可替代测量器1来测量车顶轮廓和车高。图像处理器是通过摄像头2扫描成像、图像的模式识别技术来测定目标点的距离。摄像头2采集被测物体表面反光形成的图像后，由图像识别运算模块依据图像上的特征性的像素点的位移等进行分析，计算被测物上任一目标点的距离，其场景深度测量可以是多目成像、单目平移等多种方法。如采用多目成像方式，摄像头2指的是2只或更多的存在视角差的摄像头器件的组合。从光源角度，可以是基于环境光的被动视觉技术，也可以是基于结构光等主动投射光源的主动视觉模式。

所述检测器3由光束发射器31和接收光束的受光器32组成，所述光束发射器31固定于一根架体竖杆52的下部，而所述受光器32固定于另一根架体竖杆52的下部，光束发射器31、与受光器32位于同样高度，分别距地面2～10cm。所述检测器3有能发射设定长度光束的光电传感器，所述光电传感器位于被测车身外的单侧或两侧的架体竖杆52的下部，所述光电传感器距地面的距离为2～10cm。当然测量器1也可以用测量光幕来取代，测量光幕分别固定于洗车架8两侧外的架体竖杆52上。测量光幕是一种公知技术。

以下，就该车身位置检测装置的具体操作进行详细说明。

按图1的坐标系，依据电气控制模块4发出的指令，驱动机构带动架体5沿X轴方向做纵向运动，从待测汽车7上方经过，电气控制模块4定时采集该时刻的架体5所在位置的X坐标。在任一t时刻，可对相应的车身横截面进行一次测量：由测量器1测量车身高度，由图像处理器测量该横截面的轮廓线上的任意一点与摄像头2所在的竖直线之间的距离，由检测器3测量轮胎位置，由测得的前后轮位置推算轴距。同时，电气控制模块4可根据驱动机构的运行情况准确记录架体5的位置，也即：车身横截面的坐标位置。具体的测算原理和方法是：

1)、测量汽车高度：如图3所示，测量器1用于实现对车身的高精度、在线、快速测量。测量器1上每一组光束对应一个自身的高度值，最上端的未被遮断的光束的高度值即近似为该车身横截面上的车高。现实中，汽车行李架框架结构材料的高度、厚度都在1cm以上，光轴间距小到1cm左右的测量器1即可有效捕捉其外形特征，为洗车机的控制部自动调控各动作部件的作业高度提供准确依据。

如果某一时刻，测量器1的光束全部导通，而此前时刻测量器1的光束部分被遮断，或反之，则说明该位置处是汽车的头部或尾部的最前端。

2)、测量车身侧面距离：如图4所示，对于摄像头2拍摄的每幅图像，都有与车身横截面相交对应的一根轮廓曲线形成的影像。图像处理器可测得距离L及偏角α，在已知朝下安装的角度θ的情况下，轮廓曲线上任意一目标点到摄像头2所在的竖直平面的距离d的计算公式如下：

d＝Lcos(θ+α)

其中：

L：图像处理器的目标点深度值；

α：目标点相对图像处理器的中心轴线的顺时针方向偏角。

可见，只要将摄像头2安装在架体5侧面的中上部，且选取合适的安装角度θ，则摄像头2可以有较大的覆盖区域，确保一只摄像头2就能捕捉到各种高度的汽车反光镜，适应不同车型的检测需要。

由上述原理可知，图像处理器也可用于测量车身顶部形貌，只须安装在架体横杆51上，摄像头2朝下，对准被测车辆即可，在此不做展开描述。

以上测量结果的运用，只需要简单的函数运算，甚至可以把三角函数再按幂级数展开方式进行简化求得工程近似结果。因此，无须依赖于PC机，使用PLC即可实现。

因为图像处理器的测距是基于图像处理的距离测量方式，可以瞬间、同时、一次性地获得车身某处横截面上的轮廓线上所有点的值，测量结果更精确、更快速。因此，图像处理器应用于在电脑洗车机上有突出优势。

3)、测量轮胎方位：如图4所示，所述检测器3是一种对射型光电传感器，其光束发射器31、受光器32安装在距离地面2至10cm的高度处，并彼此对准。此安装高度低于各种车辆的最小离地间隙，确保其光束发射器31、受光器32之间的光线(其类型包括不可见的红外线)不因汽车底盘而被阻断。当对射型光电传感器的光线被阻断，且连续多次被阻断时，即可判定该处有轮胎。电气控制模块4采集连续被阻断情形下的位置初值、终值，即可计算得到中间值，并以此作为轮毂中心所在位置，实现对车轮的定位。根据前后轮毂位置的差值，即可计算得到被测车辆的轴距。

由前述测量器1的检测原理可知，由于测量器1的测量基础是获得每一对光束的通、断信息，因此测量器1只要足够长，下端的光束距离地面在2至10cm左右，则这组光束的通断情况采样后，其数据就可以像对射型光电传感器一样用于判定轮胎方位。只是，从经济性角度看，不具备成本上的相对优势，在本实施例中不做推荐性安排。

由于测量器1、图像处理器、检测器3的安装位置及其相对于顶喷杆、侧喷杆等工作机构的相对位置都是已知的，因此上述测量结果就可以直接换算成为各工作机构的位置控制参数，并进而换算成为各传动机构或电机等动力机构的控制参数，实现对各工作机构位置的精准控制。

如以上实施例中的检测器3换成距离设定型的光电传感器，安装在单侧或两侧各装1只，即是本发明的另一种实施例。此种光电传感器的光线发射器和光线接收器置于一体，仅检测设定距离范围(例如：0.2至2m)内的物体，而超出测量范围的反射光线不会产生开关信号，可以排除测量范围以外的物体造成的干扰。该种传感器的受光器部分通常带有比例光电二极管或位置检测元件，利用被测物表面的漫反射光进行测量。使用该种光电传感器时，安装高度距离地面2～10cm，设定的最大检测距离选择稍大于同侧轮胎的最大距离即可。这样，检测器3仅仅在探测到本侧的轮胎时才有开关信号反馈，避免因探测到对面墙壁等而误动作。

当距离设定型的光电传感器连续多次测得限定范围内有被测物体，即可判定该处为轮胎。电气控制模块4采集连续检测得到的架体5的位置初值、终值，即可计算得到中间值，并以此换成得到轮毂中心在X方向的位置值，实现对车轮的定位。根据前后轮毂位置的差值，即可计算得到被测车辆的轴距。

由于待洗汽车基本是直着驶入洗车间，故可认为前后轮轴均与Y轴平行，轮胎摆正向前。这种情况下，限定反射型光电传感器测得的单侧轮胎方位，即可近似当作另一侧轮胎的方位，因此只需要在单侧安装1只光电传感器。当然，也可在架体5两侧各装1只，分别测量车身两侧的轮胎方位，结果更为精确。

以上实施例可见，该检测装置能准确测定车身任一横截面处在高度及水平方向的极值，判断出反光镜等凸出形貌的极限位置，为避免设备运行中的剐蹭事故提供依据，且检测过程响应速度快，实际试验表明其能很好地满足设计要求。

本发明中的驱动机构可以采用普通电机、步进电机、伺服电机或其它动力源，驱动机构可以与架体5固结随动，也可以是独立于架体5的其它传动机构，只要能在任一测量时刻准确记录自身的位移或位置即可，具体技术方案不做展开说明。至于图像处理器的具体原理和电气方案，有图像模式识别方面的自动化专业技术可以实现，此处不做深入描述。

由前述实施例的测量原理可知，本发明中的检测装置是做车辆每个横截面轮廓的测定，而不是基于一次性采集汽车的整体图像，在车辆进、出洗车间的前后瞬间，即可检测判定车辆出入情况，而故可用于洗车间的门禁管理、防人员误闯等其它衍生功能，在此不做具体描述。

现实中的电脑洗车设备，其清洗、擦干或风干的机构有多种，比如：清洗机构可能是顶喷杆、侧喷杆相互独立的形式，也可能是顶喷杆、侧喷杆连体的倒L形结构；图像处理器、检测器3可以完全固结在架体5上，也可以安装在架体5的顶喷杆或侧喷杆上并能随之做转动等运动形式。在不脱离本发明的精神和范围内的修改和完善，均应包含在上述权利要求的范围之内。

本发明能精确测量车身轮廓上反光镜、行李架等凸出形貌的位置值，测知轮胎方位，判断车辆头尾及进出情况，且测量是以非接触、自动化方式快速进行的，能很好地满足贴近车身进行清洁操作所需要的高精度测量要求。