用於洗車的車身位置檢測方法與流程
2024-02-10 23:53:15 1
本發明涉及一種汽車清洗領域，尤其指一種用於洗車的車身位置檢測方法。
背景技術：
研製電腦洗車機時，需要測得待洗汽車的若干外形尺寸，以使高壓水噴頭等工作機構與車身保持合適距離。但是，如何準確獲知、判定反光鏡和車頂行李架等物件的幾何尺寸與位置參數，恰是行業內長期未能很好解決的技術難題，由於位置參數與幾何尺寸數據不精確，清洗設備的清潔效果大打折扣。另外，對於清洗設備，車身外形的測量需求有其特殊性：不只是測車身輪廓，還包含測量車身停放的位置信息；未必需要知道車型、車身表面所有點的位置信息，但必須精確知道車身凸出部位的位置數據；測量結果的應用一般不能基於PC，而是在PLC上實現，等等。這樣的測量要求，造成了很多現實技術困難。
現有一種專利號為CN201510358826.X，名稱為《用於洗車設備的車輛外形檢測系統及其檢測方法》的中國發明專利公開了一種用於洗車設備的車輛外形檢測系統，包括洗車室，其洗車室的上方設有洗車設備，其洗車設備的底部、洗車室的側壁共設有3個超聲波傳感器，所述的超聲波傳感器通過汽車設備控制。該發明主要利用超聲波傳感器的回波測位原理，探測目標物體及其方位，解決了常規的光電傳感器測量方式所存在的結構複雜、故障率高等問題。但是，由超聲波的測距原理可知，傳感器所發射的是錐形波束，檢測到的並非是該波束投射區內的指定被測點所反射的回波，單位能量密度隨距離增大而迅速降低，對行李架、反光鏡等車身表面局部凸出形貌的探測能力既弱又不穩定，探測結果也就不能用於準確識別該處車身橫截面上的輪廓線的幾何特徵；何況，算得的是某反射點與傳感器之間的距離，無法得到反射點與傳感器所在豎直平面之間的距離。因此，從原理到實踐都證實，超聲波傳感器難以滿足電腦洗車機對保持車身近距離作業提出的精準測量的需求，也無法測知輪胎方位並開展針對性的清洗動作。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對上述技術現狀而提供一種能準確測定車身與輪胎位置的用於洗車的車身位置檢測方法，具有測定車身精準度高、操作方便，使被洗的車輛能在近距離控制下自動化清潔操作。
本發明解決上述問題所採用的技術方案為：一種用於洗車的車身位置檢測方法，其特徵在於：車身位置檢測方法由以下步驟組成：通過測量器測量車身高度，通過檢測器測量輪胎的位置，通過圖像處理器測量車身輪廓線，測量器與檢測器與圖像處理器分別通過線路與電氣控制模塊相連接，且測量器、檢測器與圖像處理器中的攝像頭固定於架體上，架體通過驅動機構能前後移動地置於洗車架上，驅動機構與電氣控制模塊相連；
上述測量器包括發射器與接收器，所述發射器與接收器分別固定於汽車兩側外對應的架體上，在發射器上以上下間隔、線性地排列有N個發光元件，接收器上置有N個與發光元件相對應的接收元件，一個發光元件與對應的一個接收元件構成一組對應的具有發射光束、接收光電信息的元件組，每組元件組中的發射元件與接收元件位於同一水平面上，所述N為大於的自然數；
上述圖像處理器包括攝像頭、圖像識別運算模塊，所述攝像頭固定於架體上部且位於汽車上方兩側位置，圖像處理器通過攝像頭採集生成被測車身表面的圖像，通過圖像識別運算模塊分析圖像像素來計算車身表面某指定點與圖像處理器之間的距離。
作為改進，所述架體包括架體橫杆與架體豎杆，所述架體豎杆為兩根，兩根架體豎杆的上端分別固定於架體橫杆兩端部的對應底部上，所述發射器與接收器分別固定於對應的架體豎杆上，所述架體橫杆的兩端能滑動地置洗車架上的兩邊滑軌上，所述驅動機構中的電機固定於架體橫杆的一端頂部上。
進一步改進，所述攝像頭的數量為至少兩個，當攝像頭的數量為兩個時，一個攝像頭可優選置於有發射器的一根架體豎杆的上部，而另一個攝像頭置於有接收器的一根架體豎杆的上部，所述攝像頭分別與水平面成銳角θ朝下安裝，按下列公式計算被測車身橫截面上的目標點到圖像處理裝置所在豎直平面的距離d：d＝Lcosθ+α，其中：L為圖像處理裝置至目標點的實際距離值，α為目標點相對圖像處理裝置的中心軸線的順時針或逆時針方向的偏角。
作為改進，所述檢測器可優選由光束髮射器和接收光束的受光器組成，所述光束髮射器固定於一根架體豎杆的下部，而所述受光器固定於另一根架體豎杆的下部，光束髮射器、與受光器位於同樣高度，分別距地面2～10cm。
作為改進，所述檢測器可優選有能發射設定長度光束的光電傳感器，所述光電傳感器位於被測車身外的單側或兩側的架體豎杆的下部，所述光電傳感器距地面的距離為2～10cm。
作為改進，所述測量器被測量光幕所代替，測量光幕分別固定於洗車架兩側外的架體豎杆上。
與現有技術相比，本發明的優點在於：採用測量器，掃描車身側面，準確地測量車身高度，採用圖像處理器攝錄車身表面，特別是反光鏡、尾翼、行李架等凸出部位，測量車身輪廓；通過檢測器檢測測得前車胎與後車胎的方位並通過計算得到車身軸距，可以據此數據對輪胎進行專門清潔，並用於輔助判斷車型。而且，上述的測量是以非接觸式、自動的方式快速進行，省時省力，測量效率高，不損壞汽車表面。因此，本發明能很好地滿足洗車設備貼近車身進行清潔所需要的高精度測量要求。
附圖說明
圖1為本發明實施例的應用狀態圖；
圖2為圖1的正面投影圖；
圖3為圖1中測量裝置及對射型光電傳感器的工作方式示意圖；
圖4是圖1中的攝像頭工作方式示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖1至圖4所示，本實施例的用於洗車的車身位置檢測方法，車身位置檢測方法由以下步驟組成：通過測量器1測量車身高度，通過檢測器3測量輪胎71的位置，通過圖像處理器測量車身輪廓線，測量器1與檢測器3與圖像處理器分別通過線路與電氣控制模塊4相連接，且測量器1、檢測器3與圖像處理器中的攝像頭2固定於架體5上，架體5通過驅動機構能前後移動地置於洗車架8上，驅動機構與電氣控制模塊4相連；
上述測量器1包括發射器11與接收器12，所述發射器11與接收器12分別固定於汽車7兩側外對應的架體5上，在發射器11上以上下間隔、線性地排列有N個發光元件，接收器12上置有N個與發光元件相對應的接收元件，一個發光元件與對應的一個接收元件構成一組對應的具有發射光束、接收光電信息的元件組，每組元件組中的發射元件與接收元件位於同一水平面上，所述N為大於2的自然數；
上述圖像處理器包括攝像頭2、圖像識別運算模塊，所述攝像頭2固定於架體5上部且位於汽車7上方兩側位置，圖像處理器通過攝像頭2採集生成被測車身表面的圖像，通過圖像識別運算模塊分析圖像像素來計算車身表面某指定點與圖像處理器之間的距離。
架體5包括架體橫杆51與架體豎杆52，所述架體豎杆52為兩根，兩根架體豎杆52的上端分別固定於架體橫杆51兩端部的對應底部上，所述發射器11與接收器12分別固定於對應的架體豎杆52上，所述架體橫杆51的兩端能滑動地置洗車架8上的兩邊滑軌上，所述驅動機構中的電機6固定於架體橫杆51的一端頂部上。所述攝像頭2的數量為至少兩個，當攝像頭2的數量為兩個時，一個攝像頭2置於有發射器11的一根架體豎杆52的上部，而另一個攝像頭2置於有接收器12的一根架體豎杆52的上部，所述攝像頭2分別與水平面成銳角θ朝下安裝，按下列公式計算被測車身橫截面上的目標點到圖像處理裝置所在豎直平面的距離d：d＝Lcosθ+α，其中：L為圖像處理裝置至目標點的實際距離值，α為目標點相對圖像處理裝置的中心軸線的順時針或逆時針方向的偏角。選取所測得的各d值中的最小值dmin，即是清洗用的側噴管需要與車身保持最小距離的控制依據。由於再小的乘用車也總有基本的高度、寬度尺寸，當攝像頭2測得的dmin，或兩個攝像頭2同一時刻測得的dmin之和大於某個設定值時，則可判定此處測量範圍內無車體。一出現此種情況，即可據此判斷得知車頭、車尾的位置。而該目標點所在的高度h是：h＝H』-Lsin(θ+α)，其中：H』：圖像處理器的安裝高度。只要圖像處理器的測量範圍上邊緣高於各類被清洗車輛的車頂高度，當某測量時刻處dmin有效，而攝像頭2測得的d大於某個設定值(例如，d＞1.5m)時，則可判定該被測點位於車身頂部，並進而取其h值作為車身高度值。因此，要求不高的情況下，圖像處理器可替代測量器1來測量車頂輪廓和車高。圖像處理器是通過攝像頭2掃描成像、圖像的模式識別技術來測定目標點的距離。攝像頭2採集被測物體表面反光形成的圖像後，由圖像識別運算模塊依據圖像上的特徵性的像素點的位移等進行分析，計算被測物上任一目標點的距離，其場景深度測量可以是多目成像、單目平移等多種方法。如採用多目成像方式，攝像頭2指的是2隻或更多的存在視角差的攝像頭器件的組合。從光源角度，可以是基於環境光的被動視覺技術，也可以是基於結構光等主動投射光源的主動視覺模式。
所述檢測器3由光束髮射器31和接收光束的受光器32組成，所述光束髮射器31固定於一根架體豎杆52的下部，而所述受光器32固定於另一根架體豎杆52的下部，光束髮射器31、與受光器32位於同樣高度，分別距地面2～10cm。所述檢測器3有能發射設定長度光束的光電傳感器，所述光電傳感器位於被測車身7外的單側或兩側的架體豎杆52的下部，所述光電傳感器距地面的距離為2～10cm。當然測量器1也可以用測量光幕來取代，測量光幕分別固定於洗車架8兩側外的架體豎杆52上。測量光幕是一種公知技術。
以下，就該車身位置檢測方法的具體操作進行詳細說明。
按圖1的坐標系，依據電氣控制模塊4發出的指令，驅動機構帶動架體5沿X軸方向做縱向運動，從待測汽車7上方經過，電氣控制模塊4定時採集該時刻的架體5所在位置的X坐標。在任一t時刻，可對相應的車身橫截面進行一次測量：由測量器1測量車身高度，由圖像處理器測量該橫截面的輪廓線上的任意一點與攝像頭2所在的豎直線之間的距離，由檢測器3測量輪胎位置，由測得的前後輪位置推算軸距。同時，電氣控制模塊4可根據驅動機構的運行情況準確記錄架體5的位置，也即：車身橫截面的坐標位置。具體的測算原理和方法是：
1)、測量汽車高度：如圖3所示，測量器1用於實現對車身的高精度、在線、快速測量。測量器1上每一組光束對應一個自身的高度值，最上端的未被遮斷的光束的高度值即近似為該車身橫截面上的車高。現實中，汽車行李架框架結構材料的高度、厚度都在1cm以上，光軸間距小到1cm左右的測量器1即可有效捕捉其外形特徵，為洗車機的控制部自動調控各動作部件的作業高度提供準確依據。
如果某一時刻，測量器1的光束全部導通，而此前時刻測量器1的光束部分被遮斷，或反之，則說明該位置處是汽車的頭部或尾部的最前端。
2)、測量車身側面距離：如圖4所示，對於攝像頭2拍攝的每幅圖像，都有與車身橫截面相交對應的一根輪廓曲線形成的影像。圖像處理器可測得距離L及偏角α，在已知朝下安裝的角度θ的情況下，輪廓曲線上任意一目標點到攝像頭2所在的豎直平面的距離d的計算公式如下：
d＝Lcos(θ+α)
其中：
L：圖像處理器的目標點深度值；
α：目標點相對圖像處理器的中心軸線的順時針方向偏角。
可見，只要將攝像頭2安裝在架體5側面的中上部，且選取合適的安裝角度θ，則攝像頭2可以有較大的覆蓋區域，確保一隻攝像頭2就能捕捉到各種高度的汽車反光鏡，適應不同車型的檢測需要。
由上述原理可知，圖像處理器也可用於測量車身頂部形貌，只須安裝在架體橫杆51上，攝像頭2朝下，對準被測車輛即可，在此不做展開描述。
以上測量結果的運用，只需要簡單的函數運算，甚至可以把三角函數再按冪級數展開方式進行簡化求得工程近似結果。因此，無須依賴於PC機，使用PLC即可實現。
因為圖像處理器的測距是基於圖像處理的距離測量方式，可以瞬間、同時、一次性地獲得車身某處橫截面上的輪廓線上所有點的值，測量結果更精確、更快速。因此，圖像處理器應用於在電腦洗車機上有突出優勢。
3)、測量輪胎方位：如圖4所示，所述檢測器3是一種對射型光電傳感器，其光束髮射器31、受光器32安裝在距離地面2至10cm的高度處，並彼此對準。此安裝高度低於各種車輛的最小離地間隙，確保其光束髮射器31、受光器32之間的光線(其類型包括不可見的紅外線)不因汽車底盤而被阻斷。當對射型光電傳感器的光線被阻斷，且連續多次被阻斷時，即可判定該處有輪胎。電氣控制模塊4採集連續被阻斷情形下的位置初值、終值，即可計算得到中間值，並以此作為輪轂中心所在位置，實現對車輪的定位。根據前後輪轂位置的差值，即可計算得到被測車輛的軸距。
由前述測量器1的檢測原理可知，由於測量器1的測量基礎是獲得每一對光束的通、斷信息，因此測量器1隻要足夠長，下端的光束距離地面在2至10cm左右，則這組光束的通斷情況採樣後，其數據就可以像對射型光電傳感器一樣用於判定輪胎方位。只是，從經濟性角度看，不具備成本上的相對優勢，在本實施例中不做推薦性安排。
由於測量器1、圖像處理器、檢測器3的安裝位置及其相對於頂噴杆、側噴杆等工作機構的相對位置都是已知的，因此上述測量結果就可以直接換算成為各工作機構的位置控制參數，並進而換算成為各傳動機構或電機等動力機構的控制參數，實現對各工作機構位置的精準控制。
如以上實施例中的檢測器3換成距離設定型的光電傳感器，安裝在單側或兩側各裝1隻，即是本發明的另一種實施例。此種光電傳感器的發射器和接收器置於一體，僅檢測設定距離範圍(例如：0.2至2m)內的物體，而超出測量範圍的反射光線不會產生開關信號，可以排除測量範圍以外的物體造成的幹擾。該種傳感器的受光器部分通常帶有比例光電二極體或位置檢測元件，利用被測物表面的漫反射光進行測量。使用該種光電傳感器時，安裝高度距離地面2～10cm，設定的最大檢測距離選擇稍大於同側輪胎的最大距離即可。這樣，檢測器3僅僅在探測到本側的輪胎時才有開關信號反饋，避免因探測到對面牆壁等而誤動作。
當距離設定型的光電傳感器連續多次測得限定範圍內有被測物體，即可判定該處為輪胎。電氣控制模塊4採集連續檢測得到的架體5的位置初值、終值，即可計算得到中間值，並以此換成得到輪轂中心在X方向的位置值，實現對車輪的定位。根據前後輪轂位置的差值，即可計算得到被測車輛的軸距。
由於待洗汽車基本是直著駛入洗車間，故可認為前後輪軸均與Y軸平行，輪胎擺正向前。這種情況下，限定反射型光電傳感器測得的單側輪胎方位，即可近似當作另一側輪胎的方位，因此只需要在單側安裝1隻光電傳感器。當然，也可在架體5兩側各裝一隻，分別測量車身兩側的輪胎方位，結果更為精確。
以上實施例可見，該檢測裝置能準確測定車身任一橫截面處在高度及水平方向的極值，判斷出反光鏡等凸出形貌的極限位置，為避免設備運行中的剮蹭事故提供依據，且檢測過程響應速度快，實際試驗表明其能很好地滿足設計要求。
本發明中的驅動機構可以採用普通電機、步進電機、伺服電機或其它動力源，驅動機構可以與架體5固結隨動，也可以是獨立於架體5的其它傳動機構，只要能在任一測量時刻準確記錄自身的位移或位置即可，具體技術方案不做展開說明。至於圖像處理器的具體原理和電氣方案，有圖像模式識別方面的自動化專業技術可以實現，此處不做深入描述。
由前述實施例的測量原理可知，本發明中的檢測裝置是做車輛每個橫截面輪廓的測定，而不是基於一次性採集汽車的整體圖像，在車輛進、出洗車間的前後瞬間，即可檢測判定車輛出入情況，而故可用於洗車間的門禁管理、防人員誤闖等其它衍生功能，在此不做具體描述。
現實中的電腦洗車設備，其清洗、擦乾或風乾的機構有多種，比如：清洗機構可能是頂噴杆、側噴杆相互獨立的形式，也可能是頂噴杆、側噴杆連體的倒L形結構；圖像處理器、檢測器3可以完全固結在架體5上，也可以安裝在架體5的頂噴杆或側噴杆上並能隨之做轉動等運動形式。在不脫離本發明的精神和範圍內的修改和完善，均應包含在上述權利要求的範圍之內。
本發明能精確測量車身輪廓上反光鏡、行李架等凸出形貌的位置值，測知輪胎方位，判斷車輛頭尾及進出情況，且測量是以非接觸、自動化方式快速進行的，能很好地滿足貼近車身進行清潔操作所需要的高精度測量要求。