CN103471859A - 联合收割机前束检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联合收割机前束检测方法，分为前束检测装置的制作，前束检测系统的安装，前束检测装置的精确调整和前束的自动测量；其中，检测装置中包括十字激光笔、摄像头和1对激光测距传感器。检测软件用摄像头捕获十字激光笔打出的十字激光线与轮轴冒的图像进行自动定位，用数据采集模块获取激光测距传感器的值，1对检测装置中测距值与传感器间距的比值之和再与轮胎外径相乘即为前束值，能实现联合收割机前束的非接触式自动测量，大大减少接触式检测中安装设备消耗的时间，针对某一型号联合收割机，只需一次安装，就能实现批量测量，能大大提高检测效率。

Description

联合收割机前束检测方法

技术领域

本发明属于收获机械出厂终检技术领域，具体涉及到联合收割机前束检测的一种方法。 

背景技术

车轮前束是车轮定位的重要参数，对行驶安全性、操纵稳定性以及减少轮胎及部件磨损有重要的作用，合适的前束可以有效地减少转向轮的磨损，降低其转向系统的负荷，同时减轻驾驶员的劳动强度。在汽车车轮前束检测中，一种是采用人工方式，将被测汽车停放在平坦地面上，并使左右两前轮呈直线行驶状态，在车轮上安装定位板或人工用粉笔作“+”字记号，采用卷尺分别测量最前端和转动180°后端的距离，两者相减即为前束值，这种方法虽然简便，但受测量工具、人为经验以及视差等外在因素的影响，测量的前束误差较大、一致性差；另一种是采用专业的检测设备，如四轮定位仪，它可对汽车主销倾角、轮胎倾角、前束等参数进行综合检测，配合调整参数，其测量精度较高，但装置复杂、价格昂贵。 

无论采用人工方式还是专业的检测设备，这些都是基于接触式检测，需要用拧紧工具将卡具或定位装置紧固在测量轮的螺栓上，有时这些装置很难被安装到位，需要反复操作，安装时间长、效率低，并且每一辆车都需要这样操作，降低了生产率。 

此外，在前束测量时，要求打正车辆方向盘，使得车轮呈直线行驶状态，有时受方向盘转动空程差的影响，即便方向盘打正了，而轮子还没有正。目前，对车轮行驶方向正不正还没有一个量化指标，只能凭经验去判断，在这种情况下测量的前束有时会有很大的误差。 

在农业装备中，联合收割机由于工作较为恶劣，其转向轮前束的大小对其影响更为严重。但目前对联合收割机前束的检测还停留在汽车前束检测的第一种方式。因此设计一种针对联合收割机前束的准确、高效的在线非接触式检测方法具有重要的现实意义和推广应用价值。 

发明内容

要解决的技术问题 

针对现有技术的不足，本发明的目的是设计一种联合收割机前束检测方法，能准确、高效地实现前束的在线非接触式自动检测，还能对测量时当车轮行驶方向不在规定的方向内时给出提示，重新进入，以减少测量误差。 

技术方案 

为解决上述技术问题，本发明设计了一种联合收割机前束检测方法，包括步骤：（1）制作前束检测装置，（2）安装前束检测系统，（3）精确调整前束检测装置，（4）自动测量前束； 

其中： 

（1）制作前束检测装置： 

所述的前束检测装置包括：电控平移台（20），所述电控平移台固定在地面上，用于水平方向移动被测位置；激光传感器（2），所述激光传感器（2）用于高精度测距；纵向导轨（15），所述纵向导轨（15）固定在电控平移台（20）上，用于垂直方向调整被测位置；横向导轨（1），所述横向导轨（1）与纵向导轨（15）连接，用于调整激光传感器（2）的间距；水平尺（6），所述水平尺（6）用于将激光传感器（2）发出的激光点（201）调成水平；L型支架（5），所述L型支架（5）与横向导轨（1）连接，用于固定激光传感器（2）；十字激光笔（16），所述十字激光笔（16）固定在横向导轨（1）上，用于标记被测位置；摄像头（11），所述摄像头（11）用于精确定位被测位置；采集控制器（10），所述采集控制器分别与激光传感器（2）、摄像头（11）、电控平移台（20）和计算机连接，用于采集激光传感器（2）与摄像头（11）输出信号并输入到计算机，接收计算机输出信号，用于控制电控平移台（20）。 

其中，所述纵向导轨（15）底端面通过所述螺钉（19）与所述平板（17）连接，所述平板（17） 通过所述螺钉（18）固定在所述电控平移台（20）上。所述的纵向导轨（15）侧面有T型槽（1501），横向导轨（1）与插入所述T型槽（1501）内的所述T型螺栓（7）连接，并可在T型槽（1501）内上下滑动。所述的横向导轨（1）前端面至少有2个相互平行的T型槽（101），前端面有光孔（104），光孔的上方有螺纹孔（103），螺纹孔（103）的上方有沉头孔（102）。所述的L型支架通过至少2个插入所述T型槽（101）内的所述T型螺栓（4）与所述的横向导轨（1）连接，并可在T型槽（101）内水平滑动。所述的激光传感器（2）与所述的L型支架（5）通过螺钉（3）连接，2个激光传感器的中心在一条直线上，所述的激光传感器（2）均朝向外侧。所述的十字激光笔（16）插入光孔（104）中，被与螺纹孔（103）相配合的螺栓（14）和光孔壁夹紧，十字激光笔的中心和所述的激光传感器的中心在同一条直线上。所述的摄像头（11）放置在所述的管托（13）上，摄像头（11）上方用所述的带半圆孔的盖（12）罩上，所述的管托（13）与所述的带半圆孔的盖（12）通过所述的螺钉（8）固定在纵向导轨（15）的上端面。所述的采集控制器（10）通过螺钉（9）固定在带半圆孔的盖（12）的上方。 

（2）安装前束检测系统 

将制作好的1对前束检测装置对称地固定在检测线中，调整好装置之间的间距，通过所述的地脚螺栓（21）将电控平移台（20）固定在地面上，将所述的采集控制器（10）与计算机（24）连接。 

（3）精确调整前束检测装置 

以联合收割机某型号的一台样机为例，将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，用计算机中的检测软件对所述电控平移台（20）进行控制，移动到十字激光笔（16）发出的十字激光线（1601）打在轮轴冒（23）附近位置，然后松开T型螺栓（7），手动调整横向导轨（1）的高度，直到十字激光笔（16）打出的十字激光线（1601）和轮轴冒（23）的中心重合，两者重合的标准是根据图像处理的方法判定，用摄像头（11）获取轮轴冒（23）和十字激光线（1601）的图像，检测软件根据图像提取轮轴冒（23）轮廓，获得其重心坐标，根据十字激光线（1601）的颜色特征获取十字中心坐标，当两者的坐标相重合时，拧紧T型螺栓（7），将横向导轨（1）的位置固定，然后利用水平尺（6）将激光传感器（2）打出的激光点（201）调平，然后通过T型螺栓（4）调整L型支架（5）的间距，使得激光点（201）打在所述轮胎胎面（2201）的光滑处，并且对称分布在轮胎中心两侧。 

（4）自动测量前束 

针对某一型号联合收割机前束检测装置尺寸调整完毕后，就可实现此型号收割机前束的自动批量测量，将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，计算机中的检测软件根据摄像头（11）获取轮轴帽（23）和十字激光线（1601）的图像，利用图像处理方式获取十字激光线（1601）的中心坐标和轮轴帽（23）轮廓的圆心坐标，当两者坐标不重合时，计算机通过所述采集控制器（10）控制所述电控平移台（20）移动，直到十字激光线（1601）的中心和轮轴帽（23）的圆心重合，电控平移台（20）停止移动，然后计算机通过采集控制器（10）获取四个激光传感器的距离，分别设为a₁,b₁,a₂,b₂，检测装置中激光传感器（2）间的距离分别为S和S'，由于轮胎中心线相对于直线行驶方向的夹角θ1和θ1很小，所以 

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{a_1-b_1}{S}\right)\≈\frac{a_1-b_1}{S}$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan \left(\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}\right)\≈\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设所述转向轮轮胎（22）的最大中心直径为D，则 

$\mathrm{\Δ}{d}_1=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_1=D\frac{a_1-b_1}{S}$

$\mathrm{\Δ}{d}_2=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_2=D\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设转向轮轮胎中心前端面水平之间的距离为A，后端面水平之间的距离为B，根据前束的定义， 

前束的计算由计算机中的检测软件自动完成。 

此外，在自动测量前束步骤中，还包括一种判别联合收割机行驶方向是否在规定的电控平移台移动方向的方法，当方向盘打正并且行驶方向和电控平移台移动方向越接近，检测装置中的2个激光传感器测距差越小，所以设定阈值Δd，当Δd≥|a₁-b₁|并且Δd≥|a₂-b₂|，则认为行驶方向与电控平移台移动方向相吻合，检测软件给出测量结果，否则检测软件给出警示，提醒操作司机打正方向盘，重新进入。 

有益效果 

通过该方法可以实现联合收割机前束的非接触式自动测量，能大大减少接触式检测中安装设备消耗的时间和误差；针对某一型号的联合收割机，只需一次安装本发明中的装置，就能实现批量测量，能大大提高检测效率；本发明能对测量时联合收割机在方向盘打正的情况下行驶方向是否在规定方向给出提示，以提高检测准确性；本发明中检测装置结构简单、使用方便、成本较低。 

附图说明

图1是本实施例联合收割机前束检测装置主视结构图。 

图2是本实施例联合收割机前束检测系统方案示意图。 

图3是本实施例联合收割机前束检测装置精确调整示意图。 

图4是本实施例联合收割机前束测量原理示意图。 

图中标号：1横向导轨，101T型槽，102沉头孔，103螺纹孔，104光孔，2激光传感器，201激光点，3螺钉，4T型螺栓，5L型支架，6水平尺，7T型螺栓，8螺钉，9螺钉，10采集控制器，11摄像头，12带半圆孔的盖，13管托，14螺栓，15纵向导轨，1501T型槽，16十字激光笔，17平板，18螺钉，19螺钉，20电控平移台，21地脚螺栓，22转向轮轮胎，2201轮胎胎面，23轮轴帽，24计算机 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。 

实施例： 

图1是本实施例联合收割机前束检测装置主视结构图。所述装置包括：电控平移台（20），所述电控平移台固定在地面上，用于水平方向移动被测位置；激光传感器（2），所述激光传感器（2）用于高精度测距；纵向导轨（15），所述纵向导轨（15）固定在电控平移台（20）上，用于垂直方向调整被测位置；横向导轨（1），所述横向导轨（1）与纵向导轨（15）连接，用于调整激光传感器（2）的间距；水平尺（6），所述水平尺（6）用于将激光传感器（2）发出的激光点（201）调成水平；L型支架（5），所述L型支架（5）与横向导轨（1）连接，用于固定激光传感器（2）；十字激光笔（16），所述十字激光笔（16）固定在横向导轨（1）上，用于标记被测位置；摄像头（11），所述摄像头（11）用于精确定位被测位置；采集控制器（10），所述采集控制器分别与激光传感器（2）、摄像头（11）、电控平移台（20）和计算机连接，用于采集激光传感器（2）与摄像头（11）输出信号并输入到计算机，接收计算机输出信号，用于控制电控平移台（20）。 

其中，所述纵向导轨（15）底端面通过所述螺钉（19）与所述平板（17）连接，所述平板（17）通过所述螺钉（18）固定在所述电控平移台（20）上。所述的纵向导轨（15）侧面有T型槽（1501），横向导轨（1）与插入所述T型槽（1501）内的所述T型螺栓（7）连接，并可在T型槽（1501）内上下滑动。所述的横向导轨（1）前端面至少有2个相互平行的T型槽（101），前端面有光孔（104），光孔的上方有螺纹孔（103），螺纹孔（103）的上方有沉头孔（102）。所述的L型支架通过至少2个插入所述T型槽（101）内的所述T型螺栓（4）与所述的横向导轨（1）连接，并可在T型槽（101）内水平滑动。所述的激光传感器（2）与所述的L型支架（5）通过螺钉（3）连接，2个激光传感器的中心在一条直线上，所述的激光传感器（2）均朝向外侧。所述的十字激光笔（16）插入光孔（104）中，被与螺纹孔（103）相配合的螺栓（14）和光孔壁夹紧，十字激光笔的中心和所述的激光传感器的中心在同一条直线上。所述的摄像头（11）放置 在所述的管托（13）上，摄像头（11）上方用所述的带半圆孔的盖（12）罩上，所述的管托（13）与所述的带半圆孔的盖（12）通过所述的螺钉（8）固定在纵向导轨（15）的上端面。所述的采集控制器（10）通过螺钉（9）固定在带半圆孔的盖（12）的上方。 

图2是本实施例联合收割机前束检测系统方案示意图。需要1对检测装置对称放置在转向轮的2侧，调整好装置之间的间距，通过所述的地脚螺栓（21）将电控平移台（20）固定在地面上，将所述的采集控制器（10）与计算机连接。 

给整套系统供电，进行在线调试。将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，用计算机中的检测软件对所述电控平移台（20）进行控制，移动到十字激光笔（16）发出的十字激光线（1601）打在轮轴冒（23）附近位置，然后松开T型螺栓（7），手动调整横向导轨（1）的高度，直到十字激光笔（16）打出的十字激光线（1601）和轮轴冒（23）的中心重合，两者重合的标准是根据图像处理的方法判定，用摄像头（11）获取轮轴冒（23）和十字激光线（1601）的图像，检测软件根据图像提取轮轴冒（23）轮廓，获得其重心坐标，根据十字激光线（1601）的颜色特征获取十字中心坐标，当两者的坐标相重合时，拧紧T型螺栓（7），将横向导轨（1）的位置固定，然后利用水平尺（6）将激光传感器（2）打出的激光点（201）调平，然后通过T型螺栓（4）调整L型支架（5）的间距，使得激光点（201）打在所述轮胎胎面（2201）的光滑处，并且对称分布在轮胎中心两侧，最终效果见图3所示。 

针对某一型号联合收割机前束检测装置尺寸调整完毕后，就可实现此型号收割机前束的自动批量测量，将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，计算机中的检测软件根据摄像头（11）获取轮轴帽（23）和十字激光线（1601）的图像，利用图像处理方式获取十字激光线（1601）的中心坐标和轮轴帽（23）轮廓的圆心坐标，当两者坐标不重合时，计算机通过所述采集控制器（10）控制所述电控平移台（20）移动，直到十字激光线（1601）的中心和轮轴帽（23）的圆心重合，电控平移台（20）停止移动，然后计算机通过采集控制器（10）获取四个激光传感器的距离，见图4所示，分别设为a₁,b₁,a₂,b₂，检测装置中激光传感器（2）间的距离分别为S和S'，由于轮胎中心线相对于直线行驶方向的夹角θ1和θ1很小，所以， 

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{a_1-b_1}{S}\right)\≈\frac{a_1-b_1}{S}$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan \left(\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}\right)\≈\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设所述转向轮轮胎（22）的最大中心直径为D，则 

$\mathrm{\Δ}{d}_1=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_1=D\frac{a_1-b_1}{S}$

$\mathrm{\Δ}{d}_2=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_2=D\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设转向轮轮胎中心前端面水平之间的距离为A，后端面水平之间的距离为B，根据前束的定义， 

前束值的计算由计算机中的检测软件自动完成。 

在进行测量前，软件首先判断行驶方向是否在规定的电控平移台移动方向间内，设定阈值Δd，当Δd≥|a₁-b₁|并且Δd≥|a₂-b₂|则认为行驶方向和规定方向吻合，否则软件给出提示，提醒操作司机重新进入。以新疆2A联合收割机为例，在收割机行驶方向与规定方向相同，轮胎直径D=850mm，S=S'=600mm的情况下，当|a₁-b₁|=|a₂-b₂|=2.8mm时，前束值为8mm；当行驶方向偏离规定方向5°时，|a₁-b₁|=49.7mm，|a₂-b₂|=55.3mm，前束值为8.1mm，相对误差为1.3%，；当行驶方向偏离规定方向10°时，|a₁-b₁|=102.9mm，|a₂-b₂|=108.7mm，前束值为8.3mm，相对误差为3.8%，这种情况下偏离距离已经很明显，所以可以将Δd设置为55mm左右。 

基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。 

Claims (7)

1.一种联合收割机前束检测方法，其特征在于，所述步骤包括：（1）制作前束检测装置，（2）安装前束检测系统，（3）精确调整前束检测装置，（5）自动测量前束。

2.一种实现权利要求1所述前束检测方法中的专用前束检测装置，其特征在于，所述装置包括：

电控平移台（20），所述电控平移台固定在地面上，用于水平方向移动被测位置；

激光传感器（2），所述激光传感器（2）用于高精度测距；

纵向导轨（15），所述纵向导轨（15）固定在电控平移台（20）上，用于垂直方向调整被测位置；

横向导轨（1），所述横向导轨（1）与纵向导轨（15）连接，用于调整激光传感器（2）的间距；

水平尺（6），所述水平尺（6）用于将激光传感器（2）发出的激光点（201）调成水平；

L型支架（5），所述L型支架（5）与横向导轨（1）连接，用于固定激光传感器（2）；

十字激光笔（16），所述十字激光笔（16）固定在横向导轨（1）上，用于标记被测位置；

摄像头（11），所述摄像头（11）用于精确定位被测位置；

采集控制器（10），所述采集控制器分别与激光传感器（2）、摄像头（11）、电控平移台（20）和计算机连接，用于采集激光传感器（2）与摄像头（11）输出信号并输入到计算机，接收计算机输出信号，用于控制电控平移台（20）。

3.一种实现权利要求1所述的制作前束检测装置，其特征在于，所述纵向导轨（15）底端面通过所述螺钉（19）与所述平板（17）连接，所述平板（17）通过所述螺钉（18）固定在所述电控平移台（20）上。所述的纵向导轨（15）侧面有T型槽（1501），横向导轨（1）与插入所述T型槽（1501）内的所述T型螺栓（7）连接，并可在T型槽（1501）内上下滑动。所述的横向导轨（1）前端面至少有2个相互平行的T型槽（101），前端面有光孔（104），光孔的上方有螺纹孔（103），螺纹孔（103）的上方有沉头孔（102）。所述的L型支架通过至少2个插入所述T型槽（101）内的所述T型螺栓（4）与所述的横向导轨（1）连接，并可在T型槽（101）内水平滑动。所述的激光传感器（2）与所述的L型支架（5）通过螺钉（3）连接，2个激光传感器的中心在一条直线上，所述的激光传感器（2）均朝向外侧。所述的十字激光笔（16）插入光孔（104）中，被与螺纹孔（103）相配合的螺栓（14）和光孔壁夹紧，十字激光笔的中心和所述的激光传感器的中心在同一条直线上。所述的摄像头（11）放置在所述的管托（13）上，摄像头（11）上方用所述的带半圆孔的盖（12）罩上，所述的管托（13）与所述的带半圆孔的盖（12）通过所述的螺钉（8）固定在纵向导轨（15）的上端面。所述的采集控制器（10）通过螺钉（9）固定在带半圆孔的盖（12）的上方。

4.一种实现权利要求1所述前束检测方法中的安装前束检测系统，其特征在于，将制作好的1对前束检测装置对称地固定在检测线中，调整好装置之间的间距，通过所述的地脚螺栓（21）将电控平移台（20）固定在地面上，将所述的采集控制器（10）与计算机（24）连接。

5.一种实现权利要求1所述前束检测方法中精确调整前束检测装置，其特征在于，以联合收割机某型号的一台样机为例，将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，用计算机中的检测软件对所述电控平移台（20）进行控制，移动到十字激光笔（16）发出的十字激光线（1601）打在轮轴冒（23）附近位置，然后松开T型螺栓（7），手动调整横向导轨（1）的高度，直到十字激光笔（16）打出的十字激光线（1601）和轮轴冒（23）的中心重合，两者重合的标准是根据图像处理的方法判定，用摄像头（11）获取轮轴冒（23）和十字激光线（1601）的图像，检测软件根据图像提取轮轴冒（23）轮廓，获得其重心坐标，根据十字激光线（1601）的颜色特征获取十字中心坐标，当两者的坐标相重合时，拧紧T型螺栓（7），将横向导轨（1）的位置固定，然后利用水平尺（6）将激光传感器（2）打出的激光点（201）调平，然后通过T型螺栓（4）调整L型支架（5）的间距，使得激光点（201）打在所述轮胎胎面（2201）的光滑处，并且对称分布在轮胎中心两侧。

6.一种实现权利要求1所述前束检测方法中自动测量前束，其特征在于，针对某一型号联合收割机前束检测装置尺寸调整完毕后，就可实现此型号收割机前束的自动批量测量，将联合收割机转向轮停放到所述摄像头（11）的视野内，并且将方向盘打正，计算机中的检测软件根据摄像头（11）获取轮轴帽（23）和十字激光线（1601）的图像，利用图像处理方式获取十字激光线（1601）的中心坐标和轮轴帽（23）轮廓的圆心坐标，当两者坐标不重合时，计算机通过所述采集控制器（10）控制所述电控平移台（20）移动，直到十字激光线（1601）的中心和轮轴帽（23）的圆心重合，电控平移台（20）停止移动，然后计算机通过采集控制器（10）获取四个激光传感器的距离，分别设为a₁,b₁,a₂,b₂，检测装置中激光传感器（2）间的距离分别为S和S'，由于轮胎中心线相对于直线行驶方向的夹角θ₁和θ₁很小，所以

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{a_1-b_1}{S}\right)\≈\frac{a_1-b_1}{S}$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan \left(\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}\right)\≈\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设所述转向轮轮胎（22）的最大中心直径为D，则

$\mathrm{\Δ}{d}_1=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_1=D\frac{a_1-b_1}{S}$

$\mathrm{\Δ}{d}_2=D\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\≈D{\mathrm{\θ}}_2=D\frac{a_2-b_2}{S^{\text{'}}}$

设转向轮轮胎中心前端面水平之间的距离为A，后端面水平之间的距离为B，根据前束的定义，

前束值的计算由计算机中的检测软件自动完成。

7.一种实现权利要求6所述判别联合收割机行驶方向是否在规定的电控平移台移动方向的方法，当方向盘打正并且行驶方向和电控平移台移动方向越接近，检测装置中的2个激光传感器测距差越小，所以其特征在于，设定阈值Δd，当Δd≥|a₁-b₁|并且Δd≥|a₂-b₂|，则认为行驶方向与电控平移台移动方向基本吻合，检测软件给出测量结果，否则检测软件给出警示，提醒操作司机打正方向盘，重新进入。

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