一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法与流程

本发明装置属于车辆测量技术领域，具体是涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法。它通过信号采集和控制系统控制步进电机以驱动激光雷达旋转，通过光电编码器确定雷达转过的角。在整个旋转过程中，扫描出车辆的外围轮廓，根据计算机所获取的点云数据，进行车身轮廓三维坐标重建，根据相应极坐标与直角坐标的转换关系由计算机求得待检车辆的长、宽和高，确定该车辆的外廓尺寸并评价其是否符合相应的标准和规范。该装置结构简单，检测效率高，成本低，测量精高，设计理念新颖独特，为自动测量车辆的外廓尺寸提供了可靠依据。

背景技术：

车辆外廓尺寸的检测属于汽车安全技术检测的范畴，车辆超限严重影响了汽车行驶安全性。传统车辆外廓尺寸检测以米尺人工测量为主，测量误差大，效率低，主观性强，不符合车辆智能化检测的发展趋势。

国家标准《机动车安全技术检验项目和方法》gb21861-2014对需要进行外廓尺寸检测的车辆提出新要求，即要求汽车检测站使用车辆外廓尺寸自动测量仪对非营运以外的机动车进行外廓尺寸检测，并要求测量误差在±1％或20mm以内。各厂家开发的车辆外廓尺寸自动测量仪多以激光雷达组为主，采用三个激光雷达配合测量车辆的长、宽和高，即左、右置激光雷达测量车辆的宽和高，前置激光雷达测量车辆的长，激光雷达作为高精设备，成本较高，对其使用和维护都提出了很高要求。

目前，尚未出现采用两个激光雷达对车辆外廓尺寸进行检测的装置和方法，因此，为降低检测装置的成本，提高激光雷达安装和维护效率，本发明提出一种使用两个激光雷达对车辆外廓尺寸进行检测的装置和方法，并在雷达安装位置上进行了创新。

技术实现要素：

本发明主要目的在于提供一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法，获得汽车在用过程中实际的外廓尺寸，以对车辆后期的使用和维护提供可靠依据。本发明装置结构简单，安装方便，成本低；本发明方法测量精高，思想独特。

一种车辆外廓尺寸自动测量装置，该装置主要由信号采集和控制系统，步进电机，激光雷达和光电编码器组成，所述信号采集和控制系统1置于左前方立柱2和右后方立柱3的左侧，所述左前方立柱2和右后方立柱3在测量区域内沿对角放置，高度均为h，h的范围为4米至5米；以行车方向为前后方向，两立柱中心线前后距离为l，l的范围为18米至23米，左右距离为w，w的范围为4.5米至5米；所述左前方立柱2和右后方立柱3上部均装有由步进电机驱动的激光雷达和光电编码器。

所述步进电机包括左前方步进电机4和右后方步进电机5，所述激光雷达包括左前方激光雷达10和右后方激光雷达11，所述光电编码器包括左前方光电编码器12和右后方光电编码器；所述左前方步进电机4和右后方步进电机5，左前方激光雷达10和右后方激光雷达11以及左前方光电编码器12和右后方光电编码器结构和安装方式相同。

所述左前方激光雷达10通过左前方雷达固定架8与左前方步进电机4的输出轴相连，所述输出轴上装有一联轴器，所述激光雷达的激光发射点a,b之间的前后距离为l，左右距离为w1，其值为w1＝w-0.5(米)，两发射点与地面之间的垂直距离均为h1，其值为h1＝h-0.5(米)，所述左前方激光雷达10起始扫描平面垂直于xoy面，平行于yoz面；所述左前方光电编码器12同轴连接在电机输出轴的尾端；

所述xoy面为水平面，所述yoz面与xoy面垂直。

采用上述测量装置的测量方法：采用车辆静止，激光雷达旋转测距法，所述激光雷达旋转由步进电机驱动，在激光雷达旋转90°的过程中，测出车辆的外廓尺寸，测量方法如下：

车辆长度l的测量方法：

1)车辆驶入检测区间内摆正并停车；

2)所述步进电机通过信号采集和控制系统(1)控制；

3)信号采集和控制系统(1)控制左前方步进电机(4)和右后方步进电机(5)的启动与停止，左前方步进电机(4)和右后方步进电机(5)分别驱动左前方激光雷达(10)和右后方激光雷达(11)从起始扫描位置顺时针转动90，通过左前方光电编码器(12)和右后方光电编码器获取步进电机输出轴的旋转角，同时信号采集系统(1)采集整个扫描过程中获取的点云数据；

4)m点和n点分别为左前方激光雷达(10)和右后方激光雷达(11)打到车身上的任一点；m点为m点在xoy面上的投影，n点为n点在uov面上的投影；ψ为am与z轴的夹角，ф为bn与w轴的夹角；α为om与y轴的夹角，β为on与v轴的夹角；am的长为ρ，bn的长为r；

5)根据极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在xoy面上的投影沿y轴方向的距离为ρsinψcosα，bn在uov面上的投影沿v轴方向的距离为rsinфcosβ，当m,n分别为车辆前后最凸点时，车辆长度的计算公式为：

l＝l-ρsinψcosα-rsinфcosβ

车辆宽度w的测量方法：

步骤1)、2)、3)与车辆长测量步骤1)、2)、3)相同；

4)根据极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在xoy面上的投影沿x轴方向的距离为ρsinψsinα，bn在uov面上的投影沿u轴方向的距离为rsinфsinβ，当m,n分别为车辆左右最凸点时，车辆宽度的计算公式为：

w＝w1-ρsinψsinα-rsinфsinβ

车辆高度h的测量方法：

步骤1)、2)、3)与车辆长测量步骤1)、2)、3)相同；

4)根据极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在z轴上的投影为ρcosψ，bn在w轴上的投影为rcosф，m点距地面的距离为h1-ρcosψ，n点距地面的距离为h1-rcosф，当m点为车身最高点时，车辆高度的计算公式为：

h＝h1-ρcosψ

当n点为车身最高点时，车辆高度的计算公式为：

h＝h1-rcosф

本发明的技术效果：本发明装置成本低、安装方便、容易维护，本发明方法测量精度高，通过很简单的计算机程序便可完成数据采集和数据处理。采用本发明能够快速、准确、可靠地测出车辆的外廓尺寸，能够显著降低汽车检测站的前期投入和后期维护费用，并且能够显著提高车辆检测效率，有效降低测量误差。

附图说明

图1外廓尺寸测量装置在坐标系中的定位图

图2极坐标和直角坐标变换示意图。

图3左前方雷达扫描机构轴侧图。

图4左前方雷达扫描机构正视图。

图中：1.信号采集和控制系统，2.左前方立柱，3.右后方立柱，4.左前方步进电机，5.右后方步进电机，6.左前方电机固定架，7.右后方电机固定架，8.左前方雷达固定架，9.右后方雷达固定架，10.左前方激光雷达，11.右后方激光雷达，12.左前方光电编码器，a.左前方激光雷达发射点，b.右后方激光雷达发射点

具体实施方式

下面结合附图详述本发明的具体内容及实施方式。

本发明涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法，该装置主要由信号采集和控制系统1，两个相同型号的左前方步进电机4和右后方步进电机5，两个相同型号的左前方激光雷达10和右后方激光雷达11和两个相同型号的左前方光电编码器12和右后方光电编码器组成。所述信号采集和控制系统1主要包括一台工业控制计算机，一张i/o输入输出卡和一张5375光隔功放输出板。工业控制计算机型号为研祥ipc-810e，cpu为e53002.6g，内存为2g，硬盘为500g，i/o输入输出卡和5375光隔功放输出板均为ipc系列产品；所述左前方步进电机4和右后方步进电机5为研控yk31323a三相混合式步进电机，保持转矩为36n·m，额定电流为6.0a；所述左前方激光雷达10和右后方激光雷达11为德国sick牌lms111-10100电磁励式激光雷达，输出波长40mm，线宽20mm；所述光电编码器为杰特仕高精光电增量旋转编码器，分辨率为3600p/r，电源电压dc5-24v，输出方式为集电极开路输出。

参阅图1、3、4，本发明涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法，该装置主要由信号采集和控制系统1，左前方步进电机4和右后方步进电机5，左前方激光雷达10和右后方激光雷达11以及左前方光电编码器12和右后方光电编码器组成。信号采集和控制系统1包括一台工业控制计算机，一张i/o输入输出卡和一张5375光隔功放输出板，工业控制计算机1置于机柜中，5375光隔功放输出板插入工控机内的pci卡槽内，通过排线与外置的i/o输入输出卡相连；所述信号采集和控制系统1置于两立柱2、3的左侧，两立柱均为100mm×100mm的方钢，在测量区域内沿对角放置，每个立柱通过四个m16地脚螺栓紧固于地面，立柱高均为h，以行车方向为前后方向，两立柱中心线前后距离为l，左右距离为w。

参阅图3、4，所述左前方步进电机4和右后方步进电机5分别通过电机支架6、7固定在左前方立柱2和右后方立柱3的顶端，电机支架由一块方形钢板和一块l形钢板组成，两钢板均加筋以提高刚度，方形钢板和l形钢板通过四个m12×120的高强螺栓固定在立柱的两个平行面，l形钢板上有一预留孔，步进电机输出轴通过预留孔与雷达固定架相连；所述左前方激光雷达10和右后方激光雷达11分别通过雷达支架8、9与步进电机输出轴相连，雷达支架亦加筋提高刚度，电机输出轴上装有一联轴器，联轴器连接一直径为18mm，长为200mm的尾部预加工有螺纹的光轴，两雷达激光发射点a、b之间的前后距离为l，左右距离为w1，两发射点与地面之间的垂直距离均为h1，左前方激光雷达10起始扫描平面垂直于xoy面，平行于yoz面，右后方激光雷达11起始扫描平面垂直于uov面，平行于vow面；所述左前方光电编码器12和右后方光电编码器同轴连接在光轴的尾端，通过编码器自带的螺纹孔紧固在雷达固定架上。

参阅图1、2，所述的一种车辆外廓尺寸自动测量装置的测量方法，采用车辆静止，雷达旋转测距法，在雷达旋转90°的过程中，测出车辆的外廓尺寸，结合图2，测量方法如下。

车辆长度l测量方法：

1)车辆驶入检测区间内摆正并停车；

2)信号采集和控制系统1通过程序控制左前方步进电机4和右后方步进电机5的启动与停止，左前方步进电机4和右后方步进电机5分别驱动左前方激光雷达10和右后方激光雷达11从起始扫描位置顺时针转动90°，通过高精度左前方光电编码器12和右后方光电编码器将雷达旋转角速度控制在1.5°/s，采集整个扫描过程中获取的点云数据。

3)在图2中，m点和n点分别为左前方激光雷达10和右后方激光雷达11打到车身上的任一点。m点为m点在xoy面上的投影点，n点为n点在uov面上的投影点；ψ为am与z轴的夹角，ф为bn与w轴的夹角；α为om与y轴的夹角，β为on与v轴的夹角；am的长为ρ，bn的长为r。

4)根据图2中极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在xoy面上的投影沿y轴方向的距离为ρsinψcosα，bn在uov面上的投影沿v轴方向的距离为rsinфcosβ，当m,n分别为车辆前后最凸点时，车辆长度的计算公式为：

l＝l-ρsinψcosα-rsinфcosβ

车辆宽度w的测量方法：

1)、2)、3)同车辆长测量1)、2)、3)；

4)根据图2中极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在xoy面上的投影沿x轴方向的距离为ρsinψsinα,bn在uov面上的投影沿u轴方向的距离为rsinфsinβ，当m,n分别为车辆左右最凸点时，车辆宽度的计算公式为：

w＝w1-ρsinψsinα-rsinфsinβ

车辆高度h的测量方法：

1)、2)、3)同车辆长测量1)、2)、3)；

4)根据图2中极坐标和直角坐标之间的转换关系，am在z轴上的投影为ρcosψ，bn在w轴上的投影为rcosф，m点距地面的距离为h1-ρcosψ，n点距地面的距离为h1-rcosф，当m点为车身最高点时，车辆高度的计算公式为：

h＝h1-ρcosψ

当n点为车身最高点时，车辆高度的计算公式为：

h＝h1-rcosф。