CN109668523B - 一种车辆外轮廓的检测装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆外轮廓的检测装置及其检测方法，包括有用于检测车辆停放的停放部，在停放部的左边上设置有左测距传感器以及左驱动器，左测距传感器固定于左竖杆上，在停放部的右边上设置有右测距传感器以及右驱动器，右测距传感器固定于右竖杆上，电气控制模块将接收到的左测距传感器与右测距传感器扫描到的轨迹，在电气控制模块中形成左右两边以及车辆高度的车辆外轮廓数据，在的左竖杆或/和右竖杆的下部设置有测量轮胎位置的光电信号传感器，光电信号传感器将接收到的车辆前后轮胎距离的数据输送至电气控制模块中。本发明的优点在于：无须依赖PC或专用电路，整体结构简单，使用的测距传感器成熟可靠、容易购得，成本低，应用效果好。

Description

一种车辆外轮廓的检测装置

技术领域

本发明涉及一种汽车清洗领域，尤其指一种用于洗车设备的车辆外轮廓的检测装置及其检测方法。

背景技术

申请人曾经提出申请号为CN201611214547.7，名称为《用于洗车的车身位置检测方法》的发明专利，该专利提出了图像处理器测量车身轮廓线的方案。由于该测量方法需要先以单目或多目的摄像头拍照，再根据照片间的灰度比对等方式计算被测特征点的距离，其测量结果较为精确，摄像头所取得的车身外形、车标、车牌、颜色等特征信息也非常丰富，但该方法依赖于模式识别类的机器视觉技术，CPU的运算量非常大，通常做法是以PC作为硬件基础，不适合在潮湿、运动的洗车设备上应用；若要以专用集成电路和嵌入式软件实现有关功能，则技术难度大成本高，市面上暂时缺乏成熟、适用的工业级产品。因此，基于CCD摄像头及图像处理技术的传感器测量方式虽然能瞬间采集大量数据、结果精确，也有现代电子技术的有力支撑，但在应用于洗车这个特定需求时包含了过多的冗余数据，现实应用中存在技术和经济性上的问题。作为设备厂商，还需寻求更经济、实用的测量装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述技术现状而提供一种数据处理量小、测量方便，能测量车身外部轮廓中凸出部位的距离值、测定车身高度与轮胎位置的检测装置。

本发明解决上述第一个问题所采用的技术方案为：本车辆外轮廓的检测装置，包括有用于检测车辆停放的停放部，其特征在于：在所述停放部的左边上设置有能上下摆动的左测距传感器以及驱动左测距传感器上下摆动的左驱动器，所述左测距传感器固定于能沿车辆左外侧前后移动的左竖杆上，所述左测距传感器将车辆左边外侧面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块中，在所述停放部的右边上设置有能上下摆动的右测距传感器以及驱动右测距传感器上下摆动的右驱动器，所述右测距传感器固定于能沿车辆右外侧前后移动的右竖杆上，所述右测距传感器将车辆右边外侧面扫描到的不同位置点距离亦输送至电气控制模块中，电气控制模块将接收到的左测距传感器与右测距传感器扫描到的轨迹，在电气控制模块中形成左右两边以及车辆高度的车辆外轮廓数据，在所述的左竖杆或/和右竖杆的下部设置有测量轮胎位置的光电信号传感器，所述光电信号传感器的固定高度控制为低于检测车辆的底面高度，所述光电信号传感器将接收到的车辆前后轮胎距离的数据输送至电气控制模块中，即在电气控制模块中形成检测车辆的整体外轮廓数据。

作为改进，所述左竖杆的顶部与位于检测车辆上方的横杆的左端相固定，所述右竖杆的顶部与所述横杆的右端相固定，所述横杆的左右两端能沿检测车辆前后方向来回移动地设置于左右两边的相应滑轨上，在所述横杆上设置有能驱动横杆来回移动于左右滑轨上的横杆驱动装置，所述横杆驱动装置、左驱动器、右驱动器分别通过线路与电气控制模块相连接。

进一步改进，在所述横杆上可优选设置有能左右摆动而测量车辆顶面轮廓的上测距传感器以及驱动上测距传感器左右摆动的上驱动器，所述上测距传感器将车辆顶面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块中，电气控制模块将上测距传感器、左测距传感器、右测距传感器、光电信号传感器输送来的数据成型出检测车辆准确的外轮廓数量，所述上驱动器亦通过线路与电气控制模块相连接。

作为改进，所述左测距传感器、右测距传感器和上测距传感器可优选分别是激光测距传感器，所述左驱动器、右驱动器和上驱动器分别是电脉冲旋转电机。

作为改进，所述左竖杆与右竖杆可优选为对称设置，所述左驱动器与右驱动器通过电气控制模块保持同步转动。

进一步改进，所述左驱动器与右驱动器可优选通过电气控制模块自动控制同步保持模块用微调电脉冲发射频率，保持两个旋转电机同步转动。

作为改进，在所述的左竖杆与右竖杆上可优选均按装有光电信号传感器时，左驱动器固定于左光电信号传感器的上方，右驱动器固定于右光电信号传感器的上方，且左竖杆、左驱动器、左光电信号传感器、右竖杆、右驱动器和右光电信号传感器位于同一竖直平面上。

进一步改进，所述光电信号传感器可优选为对射型光电信号传感器，数量为一组，一组对射型光电信号传感器中的一个传感器为发光器，另一个传感器为受光器，所述发光器与受光器对称地设置在被检测车辆两侧相应的左竖杆和右竖杆上。

作为改进，所述横杆驱动装置包括滑轮，伺服电机和伺服驱动器，所述滑轮分别能转动地设置在横杆端部的底面上，任一横杆端部的滑轮均有两个，同一侧的两个滑轮沿横杆移动方向前后设置，同一侧的两个滑轮滑动连接在架体顶部的对应滑轨上，同一侧的两个滑轮通过齿轮组与驱动轮传动相连接，所述驱动轮能转动地连接在对应滑轮所在一侧的横杆端部上，所述驱动轮通过皮带与伺服电机的输出轮传动相连接，所述伺服驱动器上设置有用于记录横杆的向前与向后移动的数据值的记录器，所述记录器通过线路与电气控制模块相连接。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述技术现状而提供一种能准确测量车身高度与轮胎位置并测定车身外部轮廓中的凸出部位的车辆外轮廓的检测方法。

本发明解决上述第二个问题所采用的技术方案为：本采用上述检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

一、将待清洗汽车驶入洗车间内的停放部中；

二、启动 电气控制模块，电气控制模块发出指令，横杆驱动装置带动横杆向前移动，从待检测车辆的上方匀速经过时，左驱动器、右驱动器和上驱动器往复摆动而带动相应的左测距传感器、右测距传感器和上测距传感器对车辆上点射到的角度范围的检测区域进行扫描；

三、横杆每移动3.5～35mm，电气控制模块采集由左竖杆、右竖杆和横杆组成的框架体所在位置的一个坐标值，光电信号传感器同步记录开关信号的接通与切断情况；同时，左测距传感器、右测距传感器和上测距传感器对自身位置与车身上的被测目标点之间的距离做多次的测量，并由电气控制模块记录每次测量时的左驱动器、右驱动器和上驱动器所转过的角度；

四、电气控制模块依据前述数据做运算处理：算得车身上各被测目标点到测量车身侧面的左测距传感器与右测距传感器所在竖直平面的水平距离和车身上各被测目标点到测量车身顶部的上测距传感器所在水平面的垂直距离，经比较后求得最小值并存储该值，判断被测位的左竖杆与右竖杆之间有无轮胎阻隔，如有轮胎则计算和存储车轴的位置值；

五、电气控制模块存储上述测量值并做综合的后处理，生成用于洗车定位的待检测车辆的外轮廓数据，即完成检测车辆的检测。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在架体运动的状态下，以测距传感器对狭长区域进行快速扫描和测量，根据计算结果比较得到任一横截面处测距传感器至汽车顶部、侧面的最小值的近似数值，以及车头、车尾的位置数据；依靠光电信号传感器测量轮胎的位置，并通过计算得到汽车轴距，可用于对轮胎进行专门清洁和辅助判断车型；而且，测量的控制与运算方式简单可行，现有工控系统的PLC即可实现，无须依赖PC或专用电路；整体结构简单，使用的测距传感器成熟可靠、容易购得，成本低，而测量结果虽是工程近似值能完全满足实际应用的要求，应用效果好。因此，可以在此本发明的测量技术基础上实现对车身贴近清洁的各项功能，提高清洗车辆的效率与清洗效果。

附图说明

图1为本发明实施例的应用状态图；

图2为图1的单点测距传感器及对射型光电传感器的安装位置示意图；

图3为图1的单点测距传感器每隔Δt检测一次的工作方式示意图。

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3 所示，本实施例的车辆外轮廓的检测装置，包括有用于检测车辆停放的停放部，在所述停放部的左边上设置有能上下摆动的左测距传感器11以及驱动左测距传感器11上下摆动的左驱动器21，所述左测距传感器11固定于能沿车辆左外侧前后移动的左竖杆52上，所述左测距传感器11将车辆左边外侧面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块4中，在所述停放部的右边上设置有能上下摆动的右测距传感器12以及驱动右测距传感器12上下摆动的右驱动器22，所述右测距传感器12固定于能沿车辆右外侧前后移动的右竖杆53上，所述右测距传感器12将车辆右边外侧面扫描到的不同位置点距离亦输送至电气控制模块4中，电气控制模块4将接收到的左测距传感器11与右测距传感器12扫描到的轨迹，在电气控制模块4中形成左右两边以及车辆高度的车辆外轮廓数据，在所述的左竖杆52或/和右竖杆53的下部设置有测量轮胎71位置的光电信号传感器3，所述光电信号传感器3的固定高度控制为低于检测车辆的底面高度，所述光电信号传感器3将接收到的车辆前后轮胎71距离的数据输送至电气控制模块4中，即在电气控制模块4中形成检测车辆的整体外轮廓数据。左竖杆52的顶部与位于检测车辆上方的横杆51的左端相固定，所述右竖杆53的顶部与所述横杆51的右端相固定，所述横杆51的左右两端能沿检测车辆前后方向来回移动地设置于左右两边的相应滑轨54上，在所述横杆51上设置有能驱动横杆51来回移动于左右滑轨54上的横杆驱动装置6，所述横杆驱动装置6、左驱动器21、右驱动器22分别通过线路与电气控制模块4相连接。在所述横杆51上设置有能左右摆动而测量车辆顶面轮廓的上测距传感器13以及驱动上测距传感器13左右摆动的上驱动器23，所述上测距传感器13将车辆顶面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块4中，电气控制模块4将上测距传感器13、左测距传感器11、右测距传感器12、光电信号传感器3输送来的数据成型出检测车辆准确的外轮廓数量，所述上驱动器23亦通过线路与电气控制模块4相连接。左测距传感器11、右测距传感器12和上测距传感器13分别是激光测距传感器，所述左驱动器21、右驱动器22和上驱动器23分别是电脉冲旋转电机。左竖杆52与右竖杆53为对称设置，所述左驱动器21与右驱动器22通过电气控制模块保持同步转动。所述左驱动器21与右驱动器22通过电气控制模块4自动控制同步保持模块用微调电脉冲发射频率，保持两个旋转电机同步转动。在所述的左竖杆52与右竖杆53上均按装有光电信号传感器3时，左驱动器21固定于左光电信号传感器的上方，右驱动器22固定于右光电信号传感器的上方，且左竖杆52、左驱动器21、左光电信号传感器、右竖杆53、右驱动器22和右光电信号传感器位于同一竖直平面上。光电信号传感器3为对射型光电信号传感器，数量为一组，一组对射型光电信号传感器中的一个传感器为发光器，另一个传感器为受光器，所述发光器与受光器对称地设置在被检测车辆两侧相应的左竖杆52和右竖杆53上。横杆驱动装置6包括滑轮，伺服电机和伺服驱动器，所述滑轮分别能转动地设置在横杆端部的底面上，任一横杆端部的滑轮均有两个，同一侧的两个滑轮沿横杆移动方向前后设置，同一侧的两个滑轮滑动连接在架体顶部的对应滑轨54上，同一侧的两个滑轮通过齿轮组与驱动轮传动相连接，所述驱动轮能转动地连接在对应滑轮所在一侧的横杆端部上，所述驱动轮通过皮带与伺服电机的输出轮传动相连接，所述伺服驱动器上设置有用于记录横杆51的向前与向后移动的数据值的记录器，所述记录器通过线路与电气控制模块4相连接。所述电气控制模块为程控电路模块，电气控制模块4的电路结构以及电气控制模块4与相应电器元件的连接结构均属于成熟的现有技术，在此不再详述。上测距传感器13、左测距传感器11、右测距传感器12均采用单点测距传感器，单点测距传感器每次对一个测量点的距离进行测量，通过对应驱动器的摆动对摆动区域内多个点进行测量从而实现对区域的扫描测量。

上述检测装置的检测方法，包括以下步骤，

一、将待清洗汽车驶入洗车间内的停放部中；

二、启动电气控制模块4，电气控制模块4发出指令，横杆驱动装置6带动横杆51向前移动，从待检测车辆的上方匀速经过时，左驱动器21、右驱动器22和上驱动器23往复摆动而带动相应的左测距传感器11、右测距传感器12和上测距传感器13对车辆上点射到的角度范围的检测区域进行扫描；

三、横杆51每移动3.5～35mm，电气控制模块4采集由左竖杆52、右竖杆53和横杆51组成的框横杆51所在位置的一个坐标值，光电信号传感器3同步记录开关信号的接通与切断情况；同时，左测距传感器11、右测距传感器12和上测距传感器13对自身位置与车身7上的被测目标点之间的距离做多次的测量，并由电气控制模块4记录每次测量时的左驱动器21、右驱动器22和上驱动器23所转过的角度；

四、电气控制模块4依据前述数据做运算处理：算得车身7上各被测目标点到测量车身7侧面的左测距传感器11与右测距传感器12所在竖直平面的水平距离和车身7上各被测目标点到测量车身7顶部的上测距传感器13所在水平面的垂直距离，经比较后求得最小值并存储该值，判断被测位的左竖杆52与右竖杆53之间有无轮胎71阻隔，如有轮胎71则计算和存储车轴的位置值；

五、电气控制模块4存储上述测量值并做综合的后处理，生成用于洗车定位的待检测车辆的外轮廓数据，即完成检测车辆的检测。

电气控制模块4采集的间隔距离小于3.5mm的话，存储量、运算量较大，而间隔距离大于35mm的话，行李架、反光镜等关键性的轮廓的细节无法捕捉到，因此横杆51每移动3.5～35mm，电气控制模块4采集一次数据。在后续的高压水冲洗等工序中依据所存的外轮廓数据发布指令，控制洗车机的工作机构的运动和工作状态。

本实施例中的横杆51上安装有用于测量车身顶部轮廓的脉冲式激光测距传感器，左右竖杆上安装有测量车身左、右侧面轮廓的脉冲式激光测距传感器，其分别由各自的驱动器所驱动，在YZ平面内随着电气控制模块4发出的电脉冲而转过指定角度，可以完成扇形范围内的往复转动。三个脉冲式激光测距传感器位于同一竖直平面内。测量车顶轮廓的脉冲式激光测距传感器朝下安装在横杆51上，测量车身左、右侧面轮廓的脉冲式激光测距传感器对称设置在横杆51两侧的竖杆的中上部。这样，脉冲式激光测距传感器既能测量更高的车辆，避免测量盲区，也利于防水。

激光测距可以精准测得单点目标物的距离，具有分辨率高、抗干扰能力强的优点。其从技术途径上分为三角测距法和飞行时间法两大类。飞行时间法激光测距通常又分为脉冲式激光测距、相位法激光测距。脉冲式激光测距传感器测量的典型工作过程是：向待测目标发射一个激光脉冲，同时开启计时模块，待激光脉冲返回时关闭计时，从而获得传播时间，进而按公式“目标物距离=光速×传播时间÷2”计算被测目标点的距离，其优点是测程远、测速快、不需要合作目标，缺点是测量精度受限于计时精度，如：时钟信号频率、计数门的开闭同步性等因素，具体与时间间隔的测量方式方法及芯片电路等有关。脉冲式激光测距传感器能实现快速、高频次的单点测距操作。

光电信号传感器3与从侧面测量车身横截面的外轮廓的左右测距传感器最好安装在同一个竖直平面内，以简化X轴方向上的横杆51所在位置值与被测车身横截面位置值之间的换算关系，所述光电信号传感器3位于用于测量车身侧面轮廓的测距传感器的下方。所述光电信号传感器3可选择对射型光电信号传感器，数量为1组，所述对射型光电信号传感器包括相对设置的发光器与受光器，所述发光器与受光器分别位于被测车辆两侧对应的竖杆上。所述发光器、受光器位于同一水平面内，分别固定于距地面3～15cm的高度处。当发光器和受光器之间有车轮阻挡而隔断光线时，对射型光电信号传感器即能采集到变化的开关量信号。它适合实现长距离检测，尤其适合不透明物体的检测。所述光电信号传感器3还可以选用距离设定型的光电信号传感器，数量为1～2只，设定的检测距离小于左右竖杆之间的距离，所述距离设定型的光电信号传感器位于被测车辆的单侧或两侧，所述距离设定型的光电信号传感器安装位置距地面3～15cm。

以下，就该检测装置及检测方法的具体操作进行详细说明：按图1的坐标系，待洗汽车驶入洗车间内并驻停。驱动横杆51前后移动的横杆驱动装置6包括滑轮，伺服电机和伺服驱动器，所述滑轮分别能转动地设置在横杆端部的底面上，任一横杆端部的滑轮均有两个，同一侧的两个滑轮沿横杆移动方向前后设置，同一侧的两个滑轮滑动连接在架体顶部的对应滑轨54上，同一侧的两个滑轮通过齿轮组与驱动轮传动相连接，所述驱动轮能转动地连接在对应滑轮所在一侧的横杆端部上，所述驱动轮通过皮带与伺服电机的输出轮传动相连接，所述伺服驱动器上设置有用于记录横杆51的向前与向后移动的数据值的记录器，所述记录器通过线路与电气控制模块相连接。电气控制模块4采用电源、接触器、可编程控制器PLC及其它电器元件组成。依据电气控制模块4发出的指令，横杆驱动装置6带动横杆51沿X轴方向做纵向运动，从待清洗的汽车上方经过，左右测距传感器依据电气控制模块4中设定的控制程序定时采集不同时刻横杆51所在位置的坐标值，光电信号传感器3同时测量其光电信号的通断情况；同期，左右测距传感器对自身与车身7之间的距离数据进行多频次的快速测量，并记录每次测量时对应驱动器所转过的角度，电气控制模块4记录各项数值并做运算处理，算得车身上各处被测目标点到左右测距传感器所在竖直平面的水平距离，经比较后求得最小值并存储该值。对应驱动器的转角即是左右测距传感器的转角。

以测量车身左侧面的左测距传感器11为例，如图3所示，每隔时间Δt，电气控制模块4发出电脉冲，左驱动器21转过一个角度θ，同时获取一次左测距传感器11采集的距离数据，Δt不小于左测距传感器11单次测量必需耗费的时间。具体测量原理和方法是：

在任一t时刻，左测距传感器11测得待测区域的最上缘的点D₁的距离值L₁；

在接下来的t+Δt时刻，左测距传感器11测得点D₁下方的点D₂的距离值L₂；

依次类推；

在t+(n-1)Δt时刻，左测距传感器11测得待测区域的最下缘的点D_n的距离值L_n。

以上各距离值及同一时刻左驱动器21同步转过的角度均由电气控制模块4所采集记录。由此，可计算得到左测距传感器11所在竖直面与被测各点D₁、D₂、…、D_n、…之间的水平距离d₁、d₂、…、d_n、…：

D_n=L_n×sinβ

其中，β是被测点D_n相对于左测距传感器11所在竖直平面的逆时针方向偏角，可根据左驱动器21的初始位置及之后的旋转角度计算而知。

选取所测得的各d值中的最小值d_min，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。

在左测距传感器11进行测量时，若横杆51并非静止，而是由横杆驱动装置6带动下以速度v匀速运动，则在上述t时刻之后的(n-1)Δt时间内横杆51运动的距离为（n-1）vΔt，该区间数值如果足够小，则可近似认为点D₁、D₂、…、D_n分布在类似车身某处横截面的狭长的带状区域内，代表了t时刻所在的车身侧面轮廓线，相应的d₁、d₂、…d_n是t时刻位置处的车身轮廓线上各点到左测距传感器11所在竖直面的水平距离。电气控制模块4对d₁、d₂、…d_n的大小做比较运算后生成最小值d_min并存储该数值，d_min代表了t时刻位置处的车身侧面轮廓线上各点到该竖直面的最小距离。如此类推，则可以知道下一个nΔt时间间隔后的t+nΔt时刻位置的车身侧面轮廓线上各点到左测距传感器11所在竖直面的最小距离。

在t时刻，此项测量在电气控制模块4中占用n+4个存储单元，其中n个用于存储L₁、L₂、…、L_n的数值，1个用于存储测量D1时刻的初始角度，1个用于存储单个脉冲的角度转动量，1个用于存储测量时间间隔Δt，1个用于存储最小值d_min。具体运算时，计算产生的结果d₁、d₂、…、d_n分别替换L₁、L₂、…、L_n的存储单元内的数值，d₁、d₂、…、d_n比较大小后的值则存入d_min的存储单元。在t+nΔt时刻需要新增一个存储单元：测量产生的L值又都存入前一时刻d₁、d₂、…、d_n的存储单元，并在此后运算中将该存储单元的数值更新成t+nΔt时刻的d₁、d₂、…、d_n，但t+nΔt时刻的d_min在新增的一个存储单元中保存数值。

例如：Δt=0.1ms，左驱动器21同步旋转0.5度，则电气控制模块4驱动左驱动器21转动180次后，共获得180个距离测量值L₁、L₂、… L₁₈₀，左测距传感器11共测量了90度的范围内的轮廓线的参数，一共耗时0.1×180=18ms。若横杆51按0.3m/s的速度匀速前进，则前进距离为0.3×18÷1000=0.0054米。也就是说，L₁、L₂、… L₁₈₀分布在X轴方向的宽度为5.4毫米的狭长带状区域内。同时，任一点的距离测量值的绝对精度可达到1cm左右。此种精度已经完全能满足喷杆等清洗等清洁装置机构的动作控制所需的测量要求。在t时刻，在电气控制模块4占用了184个存储单元，其中180个用于存储L₁、L₂、… L₁₈₀或d₁、d₂、…、d₁₈₀的数值，1个用于存储测量D1时刻的初始角度，1个用于存储左驱动器21同步旋转的角度值，时间间隔Δt也占用一个存储单元，另有1个单元用于存储d₁、d₂、…、d₁₈₀的比较结果d_min1。在t+18ms时刻，须新增一个存储单元用于存储该时刻新的测量结果d_min2。如车身有5.4米长，则X轴方向对车身某一侧的测量结果至少会产生1000个值：d_min1、d_min2、…、d_min1000。实际运行中，尽管需要精确捕捉到反光镜位置等局部的数据特征，却并不需要在整个X轴方向上全部使用如此高密度的测量结果。因此，需要执行步骤五，剔除冗余的部分数据或对工艺要求不构成有效支持的数据，例如车身7的外表面局部下凹的测量结果数据，或者以部分特征性的数据为基础重新生成车身位置数据构建车身轮廓模型，这种简化也在某种程度上改善了数据质量，有利于电气控制模块4在后续的高压水冲洗等工艺中减轻运算负担，并改进机械运动的流畅性。

而该被测点所在的高度h_n是：h_n=H’- L_n×cosβ，其中：H’：测量侧面的左测距传感器11的安装高度。

由于再小的乘用车也有基本的高度、宽度尺寸，当左测距传感器11测得的d_min，或车身左右两个左测距传感器11同一时刻测得的d_min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。只要左测距传感器11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d_min有效，而左测距传感器11测得的d大于某个设定值（例如，d>1.5米）时，则可判定该被测点位于车身7的顶部最高处，并进而取其h值作为车身高度值。

即：安装在左竖杆52中上部的左测距传感器11，虽然主要是为了测量车身侧面轮廓，同时可以测得车头车尾位置，而且还可以用于测得坐标值X处的任一车身横截面的轮廓线的最高点，经合理的逻辑判断后得到车身高度值。因此，精度要求不高的情况下，左测距传感器11能直接测量车顶轮廓和车高，无需在汽车正上方的横杆51上安装专门测车顶轮廓的上测距传感器13。当然，更可以用安装在横杆51上的上测距传感器13来测量车身7顶部，以取得更准确的轮廓数据，运算和存储原理与前述对车身侧面的轮廓情形相同。

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，用不高的运算要求即可求得工程近似结果。因此，无须依赖于PC机，使用工业控制中的常规PLC即可实现，数据存储量也很小。

测距传感器如安装在横杆51端部的竖杆的中上部，对应驱动器只需以较小的转角范围，即可以有较大的对车身侧面的覆盖区域，确保一只测距传感器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。

轮胎方位的测量：如图2所示，光电信号传感器3是一种对射型光电传感器，其发光器、受光器安装在距离地面3～15厘米的高度处，并彼此对准。此安装高度低于各种车辆的最小离地间隙，确保其发光器、受光器之间的光线（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71。依据电气控制模块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，并以此作为车轴位置值，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。

由于左测距传感器11、对射型光电传感器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。

如以上实施例中的对射型光电信号传感器换成距离设定型的光电信号传感器，并将所述的距离设定型的光电信号传感器安装在车身7的单侧或两侧各安装1只，即是本发明的另一种实施例。此种光电信号传感器3的发射器和接收器置于一体，仅检测设定距离范围，如：0.2～2米内的物体，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。原则上，选择的检测距离小于两个竖杆之间的距离。该种传感器的受光器部分通常带有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。使用该种光电信号传感器3时，安装高度距离地面3～15厘米，设定的最大检测距离选择稍大于同侧轮胎71到该光电信号传感器3的最大距离即可。这样，该光电信号传感器3仅仅在探测到本侧的轮胎71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信号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71。电气控制模块4采集连续检测得到的横杆51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71摆正向前。这种情况下，距离设定型的光电信号传感器测得的单侧轮胎71位置，即可近似当作另一侧轮胎71的位置，因此只需要在车身7的单侧安装1只该类型的光电信号传感器。当然，也可在横杆51两侧各安装1只，分别测量车身两侧的轮胎71的方位，结果更为精确。

在横杆51运动着从车身7上方走过，完成整个车辆外框位置的数据检测后，电气控制模块4存储了上述各时刻的测量结果，然后根据需要剔除质量较差的数据，并进行数据拟合等运算，以生成数量有限、质量较高的新数据作为车身7的轮廓的表征值，将这些值存储后作为后续控制所需的车身位置数据，在后续的高压水冲洗等工序中依据所存的车身位置数据发布指令，控制洗车机的水泵、喷杆等工作机构的运动和工作状态。

由以上测量方法可知，同一车辆停放在不同位置，或有不同的停放姿态，将产生不同的测量结果。上述的测量方法的结果已经包含了车身轮廓和车辆外框位置两方面的信息。

本发明中的横杆驱动装置6可以采用普通电机、步进电机等各种动力源，横杆驱动装置6固定在横杆51上，也可以独立于横杆51，只要能依靠电机自带的编码器或外设的磁栅尺等测距装置测量和记录横杆51的位置即可，具体技术方案不做展开说明。

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、侧喷杆一体的倒L形结构。根据测量需要，测距传感器、光电信号传感器3可以安装在横杆51的顶喷杆或侧喷杆上并随之做转动，也可以完全固定在横杆51上；根据不同的清洗或擦干等工艺的要求，需要不同的车形数据值，只要是依据本发明方法测得的基本数据，则均可以通过合适运算得到目标数据。这些都可运用本发明实现测量的基本原理、方法，都在本发明的保护范围之内。

由前述各实施例的测量原理可知，本发明中的检测装置不是在某个瞬间对汽车某个车身区域或整车拍照采集数据、而后做图像识别处理那样的整体识别方式，测距传感器在任一时刻只能测量自身到某一个目标点的单一距离值L，而洗车设备在应用时也是使用任一汽车横截面的轮廓线上各点到测距传感器所在竖直面或水平面之间的距离值。因此，在横杆51运动的情况下，就工作原理而言，使用单点测距传感器来是无法实现这样的精确测量的。但是，本发明基于洗车设备对测量数据需求的具体分析，合理布置单点测距传感器的安装方位，对测量结果做了合理的工程化近似处理，得到了反光镜等车身主要轮廓特征和车辆停放位置参数的近似数据，可以作为清洗喷杆等运动控制的依据；依靠光电信号传感器3测知轮胎71的位置，判断车辆头尾及进出情况。其数据结果能满足常规设计的精度要求，且测量的控制与运算方式不依赖PC来实现，常规PLC的运算和存储能力即可满足实时测量的需要，其技术基础成熟、可靠，成本很低。本发明是面向自动化汽车清洁设备的一种非常简单实用的测量技术解决方案。

Claims (1)

1.一种车辆外轮廓的检测装置，包括有用于检测车辆停放的停放部，其特征在于：在所述停放部的左边上设置有能上下摆动的左测距传感器（11）以及驱动左测距传感器（11）上下摆动的左驱动器（21），所述左测距传感器（11）固定于能沿车辆左外侧前后移动的左竖杆（52）上，所述左测距传感器（11）将车辆左边外侧面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块（4）中，在所述停放部的右边上设置有能上下摆动的右测距传感器（12）以及驱动右测距传感器（12）上下摆动的右驱动器（22），所述右测距传感器（12）固定于能沿车辆右外侧前后移动的右竖杆（53）上，所述右测距传感器（12）将车辆右边外侧面扫描到的不同位置点距离亦输送至电气控制模块（4）中，电气控制模块（4）将接收到的左测距传感器（11）与右测距传感器（12）扫描到的轨迹，在电气控制模块（4）中形成左右两边以及车辆高度的车辆外轮廓数据，在所述的左竖杆（52）或/和右竖杆（53）的下部设置有测量轮胎（71）位置的光电信号传感器（3），所述光电信号传感器（3）的固定高度控制为低于检测车辆的底面高度，所述光电信号传感器（3）将接收到的车辆前后轮胎（71）距离的数据输送至电气控制模块（4）中，即在电气控制模块（4）中形成检测车辆的整体外轮廓数；所述左竖杆（52）的顶部与位于检测车辆上方的横杆（51）的左端相固定，所述右竖杆（53）的顶部与所述横杆（51）的右端相固定，所述横杆（51）的左右两端能沿检测车辆前后方向来回移动地设置于左右两边的相应滑轨（54）上，在所述横杆（51）上设置有能驱动横杆（51）来回移动于左右滑轨（54）上的横杆驱动装置（6），所述横杆驱动装置（6）、左驱动器（21）、右驱动器（22）分别通过线路与电气控制模块（4）相连接；在所述横杆（51）上设置有能左右摆动而测量车辆项面轮廓的上测距传感器（13）以及驱动上测距传感器（13）左右摆动的上驱动器（23），所述上测距传感器（13）将车辆顶面扫描到的不同位置点距离输送至电气控制模块（4）中，电气控制模块（4）将上测距传感器（13）、左测距传感器（11）、右测距传感器（12）、光电信号传感器（3）输送来的数据成型出检测车辆准确的外轮廓数量，所述上驱动器（23）亦通过线路与电气控制模块（4）相连接；所述左测距传感器（11）、右测距传感器（12）和上测距传感器（13）分别是激光测距传感器，所述左驱动器（21）、右驱动器（22）和上驱动器（23）分别是电脉冲旋转电机；所述左竖杆（52）与右竖杆（53）为对称设置，所述左驱动器（21）与右驱动器（22）通过电气控制模块（4）保持同步转动；所述左驱动器（21）与右驱动器（22）通过电气控制模块（4）自动控制同步保持模块用微调电脉冲发射频率，保持两个旋转电机同步转动；在所述的左竖杆（52）与右竖杆（53）上均安装有光电信号传感器（3）时，左驱动器（21）固定于左光电信号传感器的上方，右驱动器（22）固定于右光电信号传感器的上方，且左竖杆（52）、左驱动器（21）、左光电信号传感器、右竖杆（53）、右驱动器（22）和右光电信号传感器位于同一竖直平面上；所述光电信号传感器（3）为对射型光电信号传感器，对射型光电信号传感器中的一个传感器为发光器，另一个传感器为受光器，所述发光器与受光器对称地设置在被检测车辆两侧相应的左竖杆（52）和右竖杆（53）上；所述横杆驱动装置（6）包括滑轮，伺服电机和伺服驱动器，所述滑轮分别能转动地设置在横杆端部的底面上，任一横杆端部的滑轮均有两个，同一侧的两个滑轮沿横杆移动方向前后设置，同一侧的两个滑轮滑动连接在架体顶部的对应滑轨（54）上，同一侧的两个滑轮通过齿轮组与驱动轮传动相连接，所述驱动轮能转动地连接在对应滑轮所在一侧的横杆端部上，所述驱动轮通过皮带与伺服电机的输出轮传动相连接，所述伺服驱动器上设置有用于记录横杆（51）的向前与向后移动的数据值的记录器，所述记录器通过线路与电气控制模块相连接；

所述检测装置的检测方法，包括以下步骤，

一、将待清洗汽车驶入洗车间内的停放部中；

二、启动电气控制模块（4），电气控制模块（4）发出指令，横杆驱动装置（6）带动横杆（51）向前移动，从待检测车辆的上方匀速经过时，左驱动器（21）、右驱动器（22）和上驱动器（23）往复摆动而带动相应的左测距传感器（11）、右测距传感器（12）和上测距传感器（13）对车辆上点射到的角度范围的检测区域进行扫描；

三、横杆（51）每移动3.5～35mm，电气控制模块（4）采集由左竖杆（52）、右竖杆（53）和横杆（51）组，成的框架体（5）所在位置的一个坐标值，光电信号传感器（3）同步记录开关信号的接通与切断情况；同时，左测距传感器（11）、右测距传感器（12）和上测距传感器（13）对自身位置与车身（7）上的被测目标点之间的距离做多次的测量，并由电气控制模块（4）记录每次测量时的左驱动器（21）、右驱动器（22）和上驱动器（23）所转过的角度；

四、电气控制模块（4）依据前述数据做运算处理：算得车身（7）上各被测目标点到测量车身（7）侧面的左测距传感器（11）与右测距传感器（12）所在竖直平面的水平距离和车身（7）上各被测目标点到测量车身（7）项部的上测距传感器（13）所在水平面的垂直距离，经比较后求得最小值并存储该值，判断被测位的左竖杆（52）与右竖杆（53）之间有无轮胎（71）阻隔，如有轮胎（71）则计算和存储车轴的位置值；

五、电气控制模块（4）存储上述测量值并做综合的后处理，生成用于洗车定位的待检测车辆的外轮廓数据，即完成检测车辆的检测；所述横杆（51）上安装有用于测量车身顶部轮廓的脉冲式激光测距传感器，左右竖杆上安装有测量车身左、右侧面轮廓的脉冲式激光测距传感器，分别由各自的驱动器所驱动，在YZ平面内随着电气控制模块（4）发出的电脉冲而转过指定角度，能完成扇形范围内的往复转动；三个脉冲式激光测距传感器位于同一竖直平面内；测量车顶轮廓的脉冲式激光测距传感器朝下安装在横杆（51）上，测量车身左、右侧面轮廓的脉冲式激光测距传感器对称设置在横杆（51）两侧的竖杆的中上部；这样，脉冲式激光测距传感器既能测量更高的车辆，避免测量盲区，也利于防水；激光测距能精准测得单点目标物的距离，具有分辨率高、抗干扰能力强的优点；从技术途径上分为三角测距法和飞行时间法两大类；飞行时间法激光测距通常又分为脉冲式激光测距、相位法激光测距；脉冲式激光测距传感器测量的典型工作过程是：向待测目标发射一个激光脉冲，同时开启计时模块，待激光脉冲返回时关闭计时，从而获得传播时间，进而按公式“目标物距离=光速×传播时间÷2”计算被测目标点的距离，脉冲式激光测距传感器能实现快速、高频次的单点测距操作；光电信号传感器（3）与从侧面测量车身横截面的外轮廓的左右测距传感器安装在同一个竖直平面内，以简化X轴方向上的横杆（51）所在位置值与被测车身横截面位置值之间的换算关系，所述光电信号传感器（3）位于用于测量车身侧面轮廓的测距传感器的下方；所述光电信号传感器（3）可选择对射型光电信号传感器，数量为1组，所述对射型光电信号传感器包括相对设置的发光器与受光器，所述发光器与受光器分别位于被测车辆两侧对应的竖杆上；所述发光器、受光器位于同一水平面内，分别固定于距地面3～15cm的高度处；当发光器和受光器之间有车轮阻挡而隔断光线时，对射型光电信号传感器即能采集到变化的开关量信号；它适合实现长距离检测，适合不透明物体的检测；所述光电信号传感器（3）还可以选用距离设定型的光电信号传感器，数量为1～2只，设定的检测距离小于左右竖杆之间的距离，所述距离设定型的光电信号传感器位于被测车辆的单侧或两侧，所述距离设定型的光电信号传感器安装位置距地面3～15cm。

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