CN110567684B - 一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃检测技术领域，特别是用于抬头显示玻璃的检测，具体地提供一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，以及利用该检测系统进行设计开发的方法。所述检测系统包括检测平台、投影单元、摄像单元、厚度测量单元和处理单元，所述处理单元用于处理抬头显示图像和抬头显示玻璃的热塑性中间层的厚度，并输出所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角。本发明能够对不同装车角度、不同尺寸的抬头显示玻璃具有高度的适应性，实现了柔性检测，提高了检测质量；同时还能够为设计开发提供基础数据，大大缩短了开发周期，提高了产品质量，并且能够对设计开发后的产品进行再次检测验证，进一步提高设计开发的效率。

Description

一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统及方法

技术领域：

本发明涉及玻璃检测技术领域，特别是用于抬头显示(HUD)玻璃的检测，具体地提供一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，以及利用该检测系统进行设计开发的方法。

背景技术：

随着抬头显示技术在汽车领域的广泛应用，抬头显示(HUD)玻璃被越来越多地安装到不同车型上，不同车型的抬头显示玻璃装车角度、投影装置与抬头显示玻璃的相对位置、驾驶员眼睛与抬头显示玻璃的相对位置以及抬头显示图像的投影距离等参数各不相同，这些参数对于不同车型上的抬头显示玻璃均具有各自的唯一性，从而使得抬头显示玻璃的数据集成和开发是当前汽车抬头显示技术的瓶颈。

在汽车玻璃配套产品中，对抬头显示玻璃的成像质量的检测，一般是基于已知的、固定的玻璃装车角度、投影装置与抬头显示玻璃的相对位置、驾驶员眼睛与抬头显示玻璃的相对位置等；例如专利CN108344562(A)公开了一种HUD前挡玻璃检测设备及方法，该检测设备包括玻璃定位系统、投影仪系统、相机检测系统、图像标定系统和计算系统，计算系统分别计算主像图像几何尺寸以及待测HUD前挡玻璃的重影值，并根据重影值判断待测HUD前挡玻璃的质量；又例如专利CN108982067(A)公开了一种3D抬头显示系统的检测装置及方法，所述检测装置包括位于观测者眼瞳位置处的相机、位于观测者眼瞳所在平面处的测距仪以及位于半透半反单元远离相机一侧的可滑动图版，所述可滑动图版上设置有刻度参数，利用可滑动图版上的刻度参数确定3D抬头显示系统显示的标定图像的虚像的成像大小，进而确定3D抬头显示系统显示的标定图像的虚像的位置和大小是否满足预期；这些技术方案只能用于检测根据汽车厂商主动提供的图纸和数模进行开发的抬头显示玻璃的图像质量是否符合要求，而且不同车型上的抬头显示玻璃可能需要制作专用的检测装置，相应的检测结果也无法用于新产品的设计开发。

在汽车抬头显示玻璃开发过程中，往往既没有任何装车信息，也没有任何产品的图纸和数模，只有简单的玻璃样品，此时进行新产品设计开发时存在玻璃型面数据捕获的难题；例如专利CN109522597(A)公开了一种基于风挡面型重构的车载AR-HUD设计方法，通过面型拟合的方法，将汽车风挡结构模型转化为适用于开展光学设计的面型方程系数，以所生成的自由曲面面型方程系数在光学设计软件中重构风挡面，并展开AR-HUD光学系统设计；该设计方法依赖特定的自由曲面方程，对于楔角可变的抬头显示玻璃，通过面型拟合的方法也不能得到准确的数据，使理论模型与实际加工之间的误差仍然会对成像质量造成影响。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的检测系统无法满足抬头显示玻璃设计开发的需求等缺点，提供一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，以及利用该检测系统进行设计开发的方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，所述抬头显示玻璃包括楔形结构的热塑性中间层，所述抬头显示玻璃具有至少一个抬头显示区域，其特征在于：所述检测系统包括检测平台、投影单元、摄像单元、厚度测量单元和处理单元，所述检测平台用于安装待检测的抬头显示玻璃，所述投影单元用于产生检测抬头显示玻璃的投影图像并将所述投影图像投射到所述抬头显示玻璃的抬头显示区域，所述摄像单元用于获取所述投影图像经过所述抬头显示玻璃反射后的抬头显示图像，所述厚度测量单元用于获取所述热塑性中间层的厚度；所述处理单元用于处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层的厚度，并输出所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角。

优选地，所述热塑性中间层具有恒定楔角或至少局部具有非恒定楔角。

优选地，所述检测平台包括转动机构，所述转动机构能够驱动所述检测平台在5°～80°之间翻转。

优选地，所述检测平台包括至少三个夹紧装置，所述夹紧装置具有楔形结构。更优选地，至少两个夹紧装置能够沿着所述检测平台的至少一边移动。

优选地，所述检测系统还包括调距机构，所述调距机构能够调节所述检测平台和摄像单元之间的距离。

优选地，所述投影单元与待检测的抬头显示玻璃在平行方向上的相对位置能够被调整，调整的最大范围为1600mm。

优选地，所述投影单元包括位置调节机构，所述位置调节机构能够在X轴、Y轴和Z轴方向上调节所述投影单元与抬头显示区域之间的相对位置。

优选地，所述摄像单元和所述厚度测量单元固定在同一个工业机器人上。

优选地，所述厚度测量单元包括折射仪，所述折射仪用于测量热塑性中间层的折射率。

优选地，所述检测系统还包括三维扫描仪，所述三维扫描仪用于获取待检测的抬头显示玻璃的型面数据。

同时，本发明还提供一种利用上述检测系统进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待检测的抬头显示玻璃固定安装至检测平台上；

步骤2：调节抬头显示玻璃与水平面之间的夹角以及抬头显示玻璃与投影单元之间的距离，使所述投影单元的投影图像投射到抬头显示玻璃的抬头显示区域；

步骤3：调节抬头显示玻璃与摄像单元之间的距离，以及调整所述摄像单元的位置和角度，使所述摄像单元能够拍摄到清晰的抬头显示图像，并获取热塑性中间层的厚度；

步骤4：处理单元处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层的厚度，并输出所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角；

步骤5：将所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角输入抬头显示玻璃的设计开发。

优选地，步骤1还包括获取待检测的抬头显示玻璃的型面数据，所述型面数据输入抬头显示玻璃的设计开发。

优选地，步骤3还包括获取热塑性中间层的折射率。

优选地，步骤3中在调节抬头显示玻璃与摄像单元之间的距离时，所述投影单元能够随着抬头显示玻璃同步移动。

优选地，所述抬头显示玻璃的成像质量包括图像旋转、图像转化、图像梯形、图像狭窄、图像放大、图像方位、图像重影和图像缺失检测项目。

优选地，当抬头显示区域具有非恒定楔角时，所述处理单元至少输出所述抬头显示区域在垂直方向的上边、中心、下边的楔角。

本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：

本发明采用的能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统及方法，能够对不同装车角度、不同尺寸的抬头显示玻璃具有高度的适应性，实现了柔性检测，提高了检测质量；同时还能够为设计开发提供基础数据，大大缩短了开发周期，提高了产品质量，并且能够对设计开发后的产品进行再次检测验证，进一步提高设计开发的效率。

附图说明：

图1为本发明所述的抬头显示玻璃的剖视示意图；

图2为本发明所述的抬头显示玻璃的俯视示意图；

图3为本发明所述的能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统的结构示意图；

图4为本发明所述的抬头显示图像的检测项目。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。

如图1和图2所示，所述抬头显示玻璃100包括外玻璃板101、热塑性中间层102和内玻璃板103，所述外玻璃板101和内玻璃板103通过所述热塑性中间层102相互接合，所述抬头显示玻璃100将车辆内部与外部环境分开，所述外玻璃板101在安装位置中朝向外部环境，所述内玻璃板103朝向车辆内部。

为了使所述抬头显示玻璃100在实现抬头显示功能时不出现重影，通常设置所述热塑性中间层102为楔形结构；本发明为了简单描述，在图1中以两个表面之间的恒定楔角α线性描绘厚度增大；但可以理解的是，本发明所述的热塑性中间层102也可以至少局部具有非恒定楔角α的非线性厚度增大，以实现更好的抬头显示效果。在图2中，所述抬头显示玻璃100具有至少一个抬头显示区域104。

如图3所示，本发明所述的一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，包括检测平台1、投影单元2、摄像单元3、厚度测量单元4和处理单元5，所述检测平台1用于安装待检测的抬头显示玻璃100，所述投影单元2用于产生检测抬头显示玻璃100的投影图像并将所述投影图像投射到所述抬头显示玻璃100的抬头显示区域104，所述摄像单元3用于获取所述投影图像经过所述抬头显示玻璃100反射后的抬头显示图像，所述厚度测量单元4用于获取所述热塑性中间层102的厚度，所述处理单元5用于处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层102的厚度，并输出所述抬头显示玻璃100的成像质量和所述热塑性中间层102的楔角α。所述抬头显示玻璃100的成像质量和所述热塑性中间层102的楔角α可以作为设计开发的输入，能够大大缩短开发周期，提高产品质量，并且还能够对设计开发后的产品进行再次检测验证，进一步提高设计开发的效率。

在抬头显示玻璃100的检测过程中，所述检测平台1能够将待检测的抬头显示玻璃100按照实际装车角度固定保持。为了适应不同的装车角度以使抬头显示图像清晰无重影，优选所述检测平台1包括转动机构11，所述转动机构11能够驱动所述检测平台1在5°～80°之间翻转，即抬头显示玻璃100的装车角度β在5°～80°之间，所述装车角度β定义为实际安装时抬头显示玻璃100与水平面之间的夹角，通过转动机构11将所述抬头显示玻璃100调节至不同的装车角度β，符合抬头显示玻璃100的实际装车情况，从而使所述检测系统对不同装车角度的抬头显示玻璃100具有高度的适应性，实现柔性检测。所述转动机构11可以采用电机等。

在本发明中，所述检测平台1还包括至少三个夹紧装置12，通过所述夹紧装置12能够将待检测的抬头显示玻璃100夹紧固定在所述检测平台1上，便于对抬头显示玻璃100进行检测。所述夹紧装置12具有楔形结构，例如楔形销钉，这样能够使所述夹紧装置12与抬头显示玻璃100更加贴合地夹紧，保证在检测过程中抬头显示玻璃100不受外部影响而晃动，提高检测质量；优选地，至少两个夹紧装置12能够沿着所述检测平台1的至少一边移动，从而可适应不同大小的抬头显示玻璃的检测。具体地，在所述检测平台1的底部设置至少两个固定的楔形夹紧装置12，在其顶部和/或两侧设置至少两个能够移动的楔形夹紧装置12。

在图3中，所述检测系统还包括调距机构6，所述调距机构6能够调节所述检测平台1和摄像单元3之间的距离，从而还原不同车型上的抬头显示玻璃100与驾驶员眼睛之间的实际距离；具体地，所述调距机构6可以采用电机和导轨等，将所述检测平台1固定在承载板13上，承载板13通过滑块安装在导轨上，电机能够驱动滑块在导轨上移动，从而带动所述检测平台1运动，实现调节所述检测平台1和摄像单元3之间的距离。

所述投影单元2能够产生检测抬头显示玻璃100的投影图像，并将所述投影图像投射到所述抬头显示玻璃100的抬头显示区域104；在调节所述检测平台1和摄像单元3之间的距离时，所述投影单元2能够随着检测平台1同步移动，这样就避免了在每次检测时所述投影单元2还需要进行大范围的搜索移动；具体地，所述投影单元2安装在承载板13上，所述投影单元2可以选用投影仪等。为了满足左、右舵驾驶汽车的抬头显示玻璃100的检测，优选所述投影单元2与待检测的抬头显示玻璃100在平行方向上的相对位置能够被调整，调整的最大范围为1600mm。同时，所述投影单元2还包括位置调节机构7，所述调节机构7能够在X轴、Y轴和Z轴方向上调节所述投影单元2与抬头显示区域104之间的相对位置，实现不同车型的抬头显示玻璃100与所述投影单元2之间的位置调整；所述位置调节机构7具体可以为工业机器人，或者包括互相垂直的X轴导轨71、Y轴导轨72和Z轴导轨73，所述投影单元2固定在X轴导轨71上，X轴导轨71能够使所述投影单元2沿前、后方向运动，X轴导轨71安装在Y轴导轨72上，Y轴导轨72能够使所述投影单元2沿左、右方向运动，Y轴导轨72安装在Z轴导轨73上，Z轴导轨73能够使所述投影单元2沿上、下方向运动，使调整操作简易而精确。

在本发明中，所述摄像单元3能够获取所述投影图像经过所述抬头显示玻璃100反射后的抬头显示图像，用以模拟驾驶者的眼睛观察抬头显示图像；所述摄像单元3采用高分辨率相机，视野范围为400*300mm，通过其高分辨率镜头，减少畸变，提高拍照效果，例如所述摄像单元3选用200万像素高分辨率彩色工业相机和一组可调焦的高分辨率镜头。所述摄像单元3固定在工业机器人8上，通过工业机器人8调整所述摄像单元3的位置和角度；在待检测的抬头显示玻璃100和投影单元2调整好位置后，所述工业机器人8带动所述摄像单元3至合适的位置，首先调节所述摄像单元3能够拍摄到清晰的抬头显示图像，然后再带动所述摄像单元3测量眼盒(eyebox)区域的范围大小及眼盒(eyebox)区域的成像质量。

所述厚度测量单元4能够获取所述热塑性中间层102的厚度，或者至少获取所述热塑性中间层102上对应抬头显示区域的厚度；所述厚度测量单元4固定在单独的工业机器人8上或者与所述摄像单元3一起固定在同一个工业机器人8上；当所述厚度测量单元4与所述摄像单元3一起固定在同一个工业机器人8上时，所述厚度测量单元4和所述摄像单元3存在高度差，避免对各自的工作产生影响。所述厚度测量单元4包括探头和控制器，所述探头和控制器之间通过光纤连接，探头固定在工业机器人8上，通过工业机器人8调整探头的位置和角度；优选地，所述厚度测量单元4还包括折射仪，所述折射仪用于测量热塑性中间层102的折射率，为后续计算所述热塑性中间层102的楔角α提供准确的折射率。

所述处理单元5能够处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层102的厚度，并输出所述抬头显示玻璃100的成像质量和所述热塑性中间层102的楔角α；如图4所示，所述抬头显示玻璃100的成像质量包括图像旋转、图像转化、图像梯形、图像狭窄、图像放大、图像方位、图像重影和图像缺失等检测项目，当所述处理单元5接收到抬头显示图像后，所述处理单元5通过合适的算法计算实际成像的参数，按照上述检测项目的合格标准来判断成像质量是否合格；当抬头显示区域104具有非恒定楔角α时，所述处理单元5至少输出所述抬头显示区域104在垂直方向的上边、中心、下边的楔角。

在图3中，所述检测系统还包括三维扫描仪9，所述三维扫描仪9用于获取待检测的抬头显示玻璃100的型面数据，所述型面数据可以作为设计开发的输入，从而便于快速生成3D数模，为设计开发提供基础数据，结合所述热塑性中间层102的楔角α，能够大大缩短开发周期，提高产品质量。

同时，本发明还提供一种利用上述检测系统进行设计开发的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待检测的抬头显示玻璃100固定安装至检测平台1上；

在步骤1中，还可以通过三维扫描仪9获取待检测的抬头显示玻璃100的型面数据，所述型面数据可以作为设计开发的输入。

步骤2：调节抬头显示玻璃100与水平面之间的夹角以及抬头显示玻璃100与投影单元2之间的距离，使所述投影单元2的投影图像投射到抬头显示玻璃100的抬头显示区域104；

步骤3：调节抬头显示玻璃100与摄像单元3之间的距离，以及调整所述摄像单元3的位置和角度，使所述摄像单元3能够拍摄到清晰的抬头显示图像，并至少获取所述热塑性中间层102上对应抬头显示区域104的厚度；

在图3中，还可以通过折射仪获取热塑性中间层102的折射率，为后续计算所述热塑性中间层102的楔角α提供准确的折射率。

在调节抬头显示玻璃100与摄像单元3之间的距离时，所述投影单元2能够随着抬头显示玻璃100同步移动。

步骤4：处理单元5处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层102的厚度，并输出所述抬头显示玻璃100的成像质量和所述热塑性中间层102的楔角α；

在步骤4中，所述抬头显示玻璃100的成像质量包括图像旋转、图像转化、图像梯形、图像狭窄、图像放大、图像方位、图像重影和图像缺失等检测项目，当所述处理单元5接收到抬头显示图像后，所述处理单元5通过合适的算法计算实际成像的参数，按照上述检测项目的合格标准来判断成像质量是否合格；

当抬头显示区域104具有非恒定楔角α时，所述处理单元5至少输出所述抬头显示区域104在垂直方向的上边、中心、下边的楔角。

步骤5：将所述抬头显示玻璃100的成像质量和所述热塑性中间层102的楔角α输入抬头显示玻璃100的设计开发。

以上内容对本发明所述的一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统及方法进行了具体描述，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种能够用于抬头显示玻璃设计开发的检测系统，所述抬头显示玻璃包括楔形结构的热塑性中间层，所述抬头显示玻璃具有至少一个抬头显示区域，其特征在于：所述检测系统包括检测平台、投影单元、摄像单元、厚度测量单元和处理单元，所述检测平台用于安装待检测的抬头显示玻璃，所述投影单元用于产生检测抬头显示玻璃的投影图像并将所述投影图像投射到所述抬头显示玻璃的抬头显示区域，所述摄像单元用于获取所述投影图像经过所述抬头显示玻璃反射后的抬头显示图像，所述厚度测量单元用于获取所述热塑性中间层的厚度；所述处理单元用于处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层的厚度，并输出所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角；

当所述处理单元接收到抬头显示图像后，所述处理单元计算实际成像的参数，判断成像质量是否合格；所述厚度测量单元包括折射仪，所述折射仪用于测量热塑性中间层的折射率，所述折射率用于计算所述热塑性中间层的楔角；所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角作为设计开发的输入。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述热塑性中间层具有恒定楔角或至少局部具有非恒定楔角。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述检测平台包括转动机构，所述转动机构能够驱动所述检测平台在5°～80°之间翻转。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述检测平台包括至少三个夹紧装置，所述夹紧装置具有楔形结构。

5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：至少两个夹紧装置能够沿着所述检测平台的至少一边移动。

6.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括调距机构，所述调距机构能够调节所述检测平台和摄像单元之间的距离。

7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述投影单元与待检测的抬头显示玻璃在平行方向上的相对位置能够被调整，调整的最大范围为1600mm。

8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述投影单元包括位置调节机构，所述调节机构能够在X轴、Y轴和Z轴方向上调节所述投影单元与抬头显示区域之间的相对位置。

9.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述摄像单元和所述厚度测量单元固定在同一个工业机器人上。

10.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括三维扫描仪，所述三维扫描仪用于获取待检测的抬头显示玻璃的型面数据。

11.一种利用权利要求1～10任意一项所述的检测系统进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待检测的抬头显示玻璃固定安装至检测平台上；

步骤2：调节抬头显示玻璃与水平面之间的夹角以及抬头显示玻璃与投影单元之间的距离，使所述投影单元的投影图像投射到抬头显示玻璃的抬头显示区域；

步骤3：调节抬头显示玻璃与摄像单元之间的距离，以及调整所述摄像单元的位置和角度，使所述摄像单元能够拍摄到清晰的抬头显示图像，并通过厚度测量单元获取热塑性中间层的厚度，通过折射仪获取热塑性中间层的折射率，所述折射率用于计算所述热塑性中间层的楔角；

步骤4：处理单元处理所述抬头显示图像和所述热塑性中间层的厚度，并输出所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角，当所述处理单元接收到抬头显示图像后，所述处理单元计算实际成像的参数，判断成像质量是否合格；

步骤5：将所述抬头显示玻璃的成像质量和所述热塑性中间层的楔角输入抬头显示玻璃的设计开发。

12.根据权利要求11所述的进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于：步骤1还包括获取待检测的抬头显示玻璃的型面数据，所述型面数据输入抬头显示玻璃的设计开发。

13.根据权利要求11所述的进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于：步骤3中在调节抬头显示玻璃与摄像单元之间的距离时，所述投影单元能够随着抬头显示玻璃同步移动。

14.根据权利要求11所述的进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于：所述抬头显示玻璃的成像质量包括图像旋转、图像转化、图像梯形、图像狭窄、图像放大、图像方位、图像重影和图像缺失检测项目。

15.根据权利要求11所述的进行抬头显示玻璃设计开发的方法，其特征在于：当抬头显示区域具有非恒定楔角时，所述处理单元至少输出所述抬头显示区域在垂直方向的上边、中心、下边的楔角。

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