本发明装置属于车辆测量领域的检测设备，具体是涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法。保持车辆停车位置不动，通过工业控制计算机控制左、右雷达分别沿两侧横梁导轨同步移动，扫描出车辆的外围轮廓，采用本专利中提出的方法在计算机程序中求出车辆的外廓尺寸。该装置结构简单，安装方便，检测效率高，成本低，测量精度高，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，即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度和高度，前置激光雷达测量车辆的长度，激光雷达作为高精度设备，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的效率，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。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种车辆外廓尺寸自动测量装置，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，易于维护，检测精度高。
本发明的上述目的可通过以下技术方案实现：
一种车辆外廓尺寸自动测量装置，包括：工业控制计算机、步进电机驱动装置、从动装置、雷达扫描机构、皮带张紧机构、激光测距仪和光电传感器装配体，所述工业控制计算机位于立柱一侧，所述步进电机驱动装置和从动装置通过同步带相连并通过支架固定于横梁导轨的两端；所述雷达扫描机构固定于同步带之上并由步进电机驱动装置驱动，沿横梁导轨移动以完成对待检车辆的扫描；所述皮带张紧机构固定于横梁导轨上，用以防止同步带松动，保证雷达扫描机构沿横梁导轨移动平稳；
所述横梁导轨为两根，分别通过左右侧高低立柱固定在被检车辆的两侧地面上，所述光电传感器装配体固定在横梁导轨尾端的地面上，所述激光测距仪布置在横梁导轨的首端。
所述步进电机驱动装置由电机支架、步进电机、联轴器、驱动轴和同步带轮组成，所述电机支架通过螺栓固定于横梁导轨的首端，所述步进电机固定于电机支架上，并通过联轴器与同步带轮)同心连接。
所述联轴器一端与步进电机输出轴相连，另一端与驱动轴采用间隙配合相连，并通过夹紧螺丝固定，所述同步带轮通过滚柱间隙配合套装在驱动轴上，所述同步带轮与同步带ⅰ)之间采用齿啮合方式连接
所述从动装置由从动轮支架、从动轴和同步带轮组成，所述从动轮支架通过螺栓固定于横梁导轨的一端，所述从动轴固定端加工有螺纹孔，通过预制固定板与从动轮支架相连，所述同步带轮通过滚柱间隙配合套装在从动轴上，所述同步带轮与同步带之间齿啮合连接。
所述雷达扫描机构由滑块、雷达支架、雷达支架锁死块、以及激光雷达组成，所述雷达支架和滑块固定连接，所述滑块凸缘与横梁导轨凹槽滑动配合，所述激光雷达通过u型支架固定于雷达支架上，所述雷达支架锁死块与同步带齿啮合并通过螺钉固定，所述激光雷达由步进电机驱动沿横梁导轨做直线运动；所述激光测距仪固定于横梁导轨的首端，确定雷达起始扫描位置和终止扫描位置。
所述皮带张紧机构为两套，每套由张紧轮和张紧轮支架组成，所述张紧轮装在张紧轮支架内，用于张紧同步带，所述张紧轮支架固定在横梁导轨上。
所述张紧轮支架由一块竖向平板和两块横向平板组成，两者采用角码固定，所述张紧轮位于同步带下面通过两侧的弹簧滑动轴装在两块横向平板之间，张紧轮轴与弹簧滑动轴滑动配合，所述弹簧滑动轴上套装张紧弹簧，张紧轮通过张紧弹簧张紧同步带。
所述左右侧高低立柱各为两根，高度不同，所述右侧低立柱安装高度低于左侧高立柱安装高度，在雷达进行扫描时提高对车辆表面细微部分的分辨效果，低置雷达的测量精度高于高置雷达。
所述右侧立柱安装高度明显低于左侧立柱安装高度，在此安装高度下，雷达进行扫描时对车辆表面细微部分的分辨效果会大幅度提高。在图10中，d1、d2分别为抽象的低置雷达和高置雷达激光发射点。当雷达安装高度为h1时，相邻两束激光射线打至车身所测得最小的垂直距离为x1；当雷达安装高度为h2时，相邻两束激光射线打至车身所测得的最小垂直距离为x2。在两种安装高度下，雷达所发射前后激光射线之间的夹角均为θ，θ即为激光雷达的角度分辨率，作一垂直于地面的法线，记两种安装高度下前一束激光射线与法线之间的夹角分别为α、β，两雷达激光发射点距行车中心线的水平距离均为a，根据三角函数公式及其衍生公式，容易求出：
x1＝h1-a/tan(α+θ)
x2＝h2-a/tan(β+θ)
两者做差可求得x1＜x2，即当雷达安装高度为h1时，其能测得的车身表面最小垂直距离小于安装高度为h2时所能测得的车身表面最小垂直距离，前者测量精度更高，当h1＝2米而h2＝4.5米，两者相差近3倍。
所述横梁导轨长度l：18～12m，所述左右侧高低立柱中心线之间的距离w：4.5～5m，所述左侧高立柱高h1：4～5m，左侧低立柱高h2：2～3m；
所述皮带张紧机构均固定在横梁导轨的三等分点处；所述光电传感器的安装位置距横梁导轨尾端1米左右，用以确定待检车辆的停车位置；所述激光测距仪布置在横梁导轨的首端距立柱10厘米处。
本发明的技术效果：本发明装置结构新颖，安装维护成本低，两个激光雷达采用不同的安装高度，测量精度高，通过很简单的计算机程序便可完成数据采集及处理。采用本发明装置和安装方法能够快速、准确、可靠地检测出车辆的外廓尺寸，预先设定激光雷达的移动速度，相比于传统的雷达静止、车辆运动的检测方法，本专利所设计的检测装置和安装方法能使检测效率明显提高，检测误差显著降低。
附图说明
图1车辆外廓检测整体布置示意图。
图2激光雷达组实时扫描范围正视图。
图3左置驱动装置和雷达扫描机构轴侧图。
图4右置驱动装置和雷达扫描机构轴侧图。
图5驱动装置、雷达扫描机构和激光测距仪侧视图。
图6左置从动装置轴侧图。
图7右置从动装置轴侧图。
图8左、右侧皮带张紧机构轴侧图。
图9左侧皮带张紧机构正视图。
图10不同雷达安装高度下扫描精度比较示意图。
图中：1.工业控制计算机，2.电机驱动装置ⅰ，3.从动装置ⅰ，4.电机驱动装置ⅱ，5.从动装置ⅱ，6.左置雷达扫描机构，7.右置雷达扫描机构，8.左侧高立柱，9.横梁导轨ⅰ，10.电机支架ⅰ，11.步进电机ⅰ，12.联轴器ⅰ，13.驱动轴ⅰ，14.左置同步带轮ⅰ，15.同步带ⅰ，16.滑块ⅰ，17.雷达支架ⅰ，18.雷达支架锁死块ⅰ，19.激光雷达ⅰ，20.从动轮支架ⅰ，21.从动轴ⅰ，22.左置同步带轮ⅱ，23.右侧低立柱，24.横梁导轨ⅱ，25.电机支架ⅱ，26.步进电机ⅱ，27.联轴器ⅱ，28.驱动轴ⅱ，29.右置同步带轮ⅰ，30.同步带ⅱ，31.滑块ⅱ，32.雷达支架ⅱ，33.雷达支架锁死块ⅱ，34.激光雷达ⅱ，35.激光测距仪ⅰ，36.激光测距仪ⅱ，37.从动轮支架ⅱ，38.从动轴ⅱ，39.右置同步带轮ⅱ，40.张紧轮支架，41.弹簧滑动轴，42.张紧弹簧，43.张紧轮轴，44.张紧轮，45.角码，a、b、c、d.皮带张紧机构，e、f.光电传感器装配体，d1.低置雷达激光发射点，d2.高置雷达激光发射点
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步详细说明本发明的具体内容及其实施方式。
本发明涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置，该装置主要由一台工业控制计算机1，两个相同型号的步进电机11、26，两个相同型号的激光雷达19、34，两个相同型号的激光测距仪35、36以及两个相同型号的光电传感器装配体e、f组成。所述工业控制计算机1型号为研祥ipc-810e，cpu为e53002.6g，内存为2g，硬盘为500g；所述步进电机11、26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；所述激光雷达19、34为sick牌lms111-10100电磁励式激光雷达，输出波长40mm，线宽20mm；所述激光测距仪35、36为ifm牌01d105漫反射式激光测距仪，结构类型为放大器分离型，电源电压1v；所述光电传感器装配体e、f中所采用的光电传感器为omrom牌e3jk-5dm1型光电对射式传感器，探测距离为7米，工作电压24v。
因本发明所涉及的车辆外廓尺寸自动测量装置中左、右两侧结构及组成相同，故此部分亦仅对左侧装置进行论述。
参阅图1、2，本发明涉及一种车辆外廓尺寸自动测量装置及方法，该装置主要由工业控制计算机1，步进电机驱动装置2、4，从动装置3、5，雷达扫描机构6、7，皮带张紧机构a、b、c、d，激光测距仪35、36和光电传感器装配体e、f组成。所述工业控制计算机1置于两立柱8、23的某一侧，其内置有i/o接口卡，a/d采集卡以及多功能串口卡等多个硬件，以完成对信号的输入，输出和放大等功能；所述步进电机驱动装置2和从动装置3通过同步带ⅰ15相连并通过支架10、20固定于预制横梁导轨9的两端；所述雷达扫描机构6固定于同步带ⅰ15之上并由步进电机驱动装置2驱动，沿预制横梁导轨ⅰ9移动以完成对待测车辆的扫描；所述皮带张紧机构a、b固定于横梁导轨ⅰ9的三等分点处以防止同步带松动，保证雷达扫描机构沿横梁导轨平稳移动，本测量装置中横梁导轨ⅰ9为预制结构，其长度为l，其上加工有凹槽，左侧立柱8高为h1，右侧立柱23高为h2，两侧立柱均由100×100的方钢焊接而成，每根立柱通过四个m16的膨胀螺栓紧固于地面，横梁导轨通过八个(两端各四个)m12×200高强度外六角螺栓与立柱固定，皮带张紧机构a、b固定在横梁导轨的三等分点处，每个张紧机构均通过八个m12×200高强度内六角螺栓将张紧轮支架40的竖向平板与横梁导轨ⅰ9固定，光电传感器装配体e的安装位置距横梁导轨尾端1米左右，整个光电传感器装配体e由光电传感器和光电传感器支架组成，光电传感器通过两个m5×20的圆头螺栓固定于光电传感器支架之上，光电传感器支架通过两个m8的膨胀螺栓紧固于地面。
参阅图3、4、5、6、7，所述步进电机驱动装置2主要由电机支架ⅰ10，步进电机ⅰ11，联轴器ⅰ12，驱动轴ⅰ13以及左置同步带轮ⅰ14组成；所述从动装置3主要由从动轮支架ⅰ20，从动轴ⅰ21以及左置同步带轮ⅱ22组成。所述步进电机支架ⅰ10和从动轮支架ⅰ20均通过两个m16×120高强度外六角螺栓固定于横梁导轨ⅰ9的两端，其电机固定端和从动轴固定端加工有螺纹孔，步进电机ⅰ11和从动轴ⅰ21均通过四个m8×40高强度外六角螺栓固定于各自支架之上，具体来说，从动轴ⅰ21通过预制固定板与从动轮支架ⅰ20采用四个m8×40的螺栓相连。电机输出轴通过联轴器ⅰ12与左置同步带轮ⅰ14同心连接；所述联轴器ⅰ12一端与步进电机输出轴相连，另一端与驱动轴ⅰ13相连，两者均采用间隙配合连接，并通过夹紧螺丝固定，驱动轴ⅰ13通过滚柱间隙配合套装在左置同步带轮ⅰ14的内圈，左置同步轮ⅰ14与同步带ⅰ15之间采用齿轮啮合方式连接；从动轴ⅰ21通过滚柱间隙配合套装在左置同步带轮ⅱ22的内圈，左置同步带轮ⅱ22与同步带ⅰ15之间采用齿轮啮合方式连接；所述激光测距仪35通过两个m6×120高强度外六角螺栓固定在横梁导轨ⅰ9的首端，距立柱10厘米，采用激光测距仪以确定雷达扫描时起始和终止的精确位置，起到更好控制步进电机，防止雷达扫描机构蹿出导轨，保护雷达的作用。
参阅图3、4、5，所述雷达扫描机构6主要由滑块ⅰ16，雷达支架ⅰ17，雷达支架锁死块ⅰ18以及激光雷达ⅰ19组成。雷达支架ⅰ17和滑块ⅰ16采用焊接方式固定在一起，滑块ⅰ16凸缘和横梁导轨ⅰ9凹槽相互配合，滑块能够沿横梁导轨平滑移动，两者间预留有一定间隙，防止滑块与导轨接触过紧而滑动不顺畅，激光雷达ⅰ19通过两个u型支架固定于雷达支架ⅰ17上，每个u型支架和雷达支架ⅰ17间通过两个m5×12的内六角螺栓紧固，为将雷达支架ⅰ17与同步带ⅰ15固定，采用一预加工有螺纹孔和齿轮的雷达支架锁死块ⅰ18，锁死块与同步带ⅰ15采用齿轮啮合方式连接，雷达支架ⅰ17，同步带ⅰ15和雷达支架锁死块ⅰ18通过四个m8×80高强度外六角螺栓紧固，整个雷达扫描机构通过步进电机驱动，沿横梁导轨做直线滑动，通过激光测距仪确定雷达起始扫描位置和终止扫描位置以完成对待测车辆的外廓检测。
参阅图8、9，所述皮带张紧机构a、b主要由张紧轮支架40，弹簧滑动轴41，张紧弹簧42，张紧轮轴43，张紧轮44以及角码45组成。张紧轮支架40由一块竖向平板和两块横向平板组成，横向平板和竖向平板上都预加工有螺纹孔，竖向平板和横向平板通过角码45连接，并通过八个m5×12内六角螺栓紧固，以避免出现张紧轮支撑不牢固的情况，整根弹簧滑动轴41直径不同，两端较细部分直径8mm，中间较粗部分直径为12mm，两端较细部分预加工有螺纹，弹簧滑动轴41通过螺纹孔置于两块横向平板之间，并通过m5的螺母对其进行紧固，张紧弹簧42与弹簧滑动轴41同心配合，并可沿滑动轴上下收缩，以起到皮带张紧效果，预制张紧轮轴43通过两端预留孔与弹簧滑动轴41间隙配合置于张紧弹簧42之上，张紧轮44内圈与张紧轮轴43采用间隙配合方式连接，张紧轮支架40的竖向平板通过八个m12×200高强度内六角螺栓固定于横梁导轨ⅰ9之上，固定位置以张紧轮44与同步带ⅰ15相切时为准。
参阅图1、2，所述右侧立柱安装高度明显低于左侧立柱安装高度，在此安装高度下，雷达进行扫描时对车辆表面细微部分的分辨效果会大幅度提高。在图10中，d1、d2分别为抽象的低置雷达和高置雷达激光发射点。当雷达安装高度为h1时，相邻两束激光射线打至车身所测得的最小垂直距离为x1；当雷达安装高度为h2时，相邻两束激光射线打至车身所测得的最小垂直距离为x2。在两种安装高度下，雷达所发射前后激光射线之间的夹角均为θ，θ即为激光雷达的角度分辨率，作一垂直于地面的法线，记两种安装高度下前一束激光射线与法线之间的夹角分别为α、β，两雷达激光发射点距行车中心线的水平距离均为a，根据三角函数公式及其衍生公式，容易求出：
x1＝h1-a/tan(α+θ)
x2＝h2-a/tan(β+θ)
两者做差可求得x1＜x2，即当雷达安装高度为h1时，其能测得的车身表面最小垂直距离小于安装高度为h2时所能测得的车身表面最小垂直距离，前者测量精度更高，当h1＝2米而h2＝4.5米，两者相差近3倍。