一种基于双目多线激光的四轮定位系统和方法与流程

1.本发明涉及汽车检验技术领域，具体涉及一种基于双目多线激光的四轮定位系统和方法。


背景技术：

2.汽车车轮定位参数的准确性是保证行驶安全的重要条件，任何一项失准便会导致车辆轮胎磨损加剧、油耗上升、安全性下降等，更严重会高速爆胎生成恶性交通事故致使生命财产受重大损失。为了保证这些参数的正确性，汽车出厂检验尤其重要。
3.现有技术可参考申请公布号为cn115560716a的发明专利申请文件公开的一种车轮定位参数的检测法、装置、设备及存储介质。在该方法中，获取车辆悬架系统中的各个连杆的应变数据；根据应变数据以及应变数据与悬架系统中连杆连接点的形变数据的对应关系，确定连杆连接点的形变数据；根据形变数据以及形变数据与车轮定位参数的对应关系，确定车轮定位参数；基于车轮定位参数，确定车轮定位参数的检测结果。通过上述方法，在获取到车辆悬架系统中的各个连杆的应变数据后，即可根据预先建立的对应关系确定车轮定位参数，可以及时获取车轮定位参数的检测结果，保证驾驶安全。
4.虽然，上述方法可以第一时间发现车轮定位出现的问题，保证驾驶安全，但是其实现的是行驶过程中对车轮的实时定位，而对于汽车出厂前车轮的检验定位，目前尚缺乏有效且准确的检测手段。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于双目多线激光的四轮定位系统，用以解决现有技术中汽车出厂前的车轮定位缺乏有效且准确的检测手段的技术问题；本发明的目的还在于提供一种基于双目多线激光的四轮定位方法。
6.为实现上述目的，本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位系统采用如下技术方案：
7.一种基于双目多线激光的四轮定位系统，包括：
8.3d视觉传感器，数量为四个，用于分别布置在四个车轮的下端，每个3d视觉传感器内部设置有激光器、相机和控制板；
9.补光灯，数量为四组，用于分别布置在四个所述3d视觉传感器的旁侧，以辅助对应的3d视觉传感器进行车轮信息的采集；
10.工控机，控制连接所述3d视觉传感器中的控制板以及所述补光灯；
11.每个所述3d视觉传感器内的激光器的数量满足打出的激光线覆盖对应的车轮表面至少80％的面积的需求，每个所述3d视觉传感器内的控制板用于在所述工控机的控制作用下控制所述激光器亮灭。
12.进一步地，每个所述3d视觉传感器包括矩形的壳体，壳体长度方向的两端各布置有一个所述相机，两个相机之间布置有所述激光器。
13.进一步地，每个所述3d视觉传感器内布置有48个所述激光器。
14.进一步地，48个所述激光器包括六个激光模组，每个激光模组包括八个所述激光器，四个激光模组在所述壳体的长度方向上间隔均布。
15.进一步地，每个所述激光模块的八个激光器分为两列，每列包括四个激光器，且在所述壳体的长度方向上，两列激光器错位布置。
16.进一步地，所述相机的触发频率为40帧每秒，每扫描一次，相机触发两次，包含一张背景图和一张激光线图。
17.本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位系统的有益效果是：
18.1)借助3d视觉传感器完成对车轮轮胎的扫描识别，3d视觉检测技术是使用结构光三角测量原理，将特定波长的激光图案投射到物体表面。光投射平面与相机光轴之间的夹角是固定的，因而系统设计人员无需考虑光源的照射角度及波长问题。图像中的前景是被物体表面形状调制后的激光图案，图像对比度是恒定的，只取决于物体表面材质的反光能力，不受环境光变化影响。检测准确度更高；
19.2)32个激光器能够充分满足对各种型号轮胎的扫描需求，可以根据实际需要选择合适数量的激光器进行使用。
20.通过上述设置，本发明借助3d视觉传感器完成了对车轮的有效且准确的快速定位，有效解决了现有技术中汽车出厂前的车轮定位缺乏有效且准确的检测手段的技术问题。
21.为实现上述目的，本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位方法采用如下技术方案：
22.一种基于双目多线激光的四轮定位方法，包括如下步骤：
23.s1：给待检测汽车的四个车轮的旁侧各布置一个3d视觉传感器；
24.s2：对各个3d视觉传感器利用三角测量原理进行标定，并使用激光跟踪仪，将3d视觉传感器坐标转换到标定架的标定板上，进而转换到标定架的轴中心，以方便后续四个车轮定位的参数计算；
25.s3：配置各个所述3d视觉传感器的参数，根据车轮轮胎尺寸，选择工作的各个激光器的起始序号，保证激光器打出来的激光线能够覆盖车轮表面至少80％的面积，并且根据车轮轮胎的尺寸调整3d视觉传感器距离地面的高度，保证激光器打出来的激光线在轮胎上相对于轴中心对称；
26.s4：车辆到达指定位置后静止不动，3d视觉传感器触发补光灯进行拍照。获取车眉图像数据，通过提取车眉数据，建立四轮定位参数基准面；
27.s5：车辆到达指定位置后静止不动，3d视觉传感器开始初始化扫描，3d视觉传感器根据预先定义好的编码方式扫描轮胎，该编码方式是所选择的激光器按照一定的规则进行工作，每次激光线亮的数量和序号都会发生变化，初始化扫描结束后即可确定每条激光线所在的位置并输出轮胎表面的三维点云数据，点云处理后可获取轮胎最外围的轮廓区域；
28.s6：正常扫描时轮胎以固定速率转动，3d视觉传感器每扫描一次输出一次点云数据，该点云数据仅包含轮胎表面的点云数据，是根据初始化扫描中获取的轮胎外围轮廓参数、编码图像及本次扫描的激光线数据计算出来的；在扫描的过程中，3d视觉传感器会保存上次激光线的位置，在扫描时，会在上次激光线的位置附近查找激光线，从而找到当前图像
中的激光线，即使轮胎水平转动，也能实现准确跟踪，输出正确的点云数据，从而计算四轮定位参数；
29.s7：重复步骤s4和s6，再次进行车辆的四个车轮的定位参数检测，检测不合格重新矫正车轮后继续检测，直至检测合格，停止检测。
30.进一步地，所述轮胎的转动方式包括前后方向的水平转动和左右方向的周转转动。
31.本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位方法的有益效果是：
32.1)借助3d视觉传感器完成对车轮轮胎的扫描识别，3d视觉检测技术是使用结构光三角测量原理，将特定波长的激光图案投射到物体表面。光投射平面与相机光轴之间的夹角是固定的，因而系统设计人员无需考虑光源的照射角度及波长问题。图像中的前景是被物体表面形状调制后的激光图案，图像对比度是恒定的，只取决于物体表面材质的反光能力，不受环境光变化影响。检测准确度更高；
33.2)48个激光器能够能够充分满足对各种型号轮胎的扫描需求，可以根据实际需要选择合适数量的激光器进行使用。
34.通过上述设置，本发明借助3d视觉传感器完成了对车轮的有效且准确的快速定位，有效解决了现有技术中汽车出厂前的车轮定位缺乏有效且准确的检测手段的技术问题。
附图说明
35.图1是本发明中3d视觉传感器的内部示意图；
36.图2是本发明中基于双目多线激光的四轮定位方法的流程图。
37.图中标号：1、3d视觉传感器；2、激光器；3、相机；4、壳体；5、激光模组。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
39.本发明的主要构思就是借助3d视觉传感器1完成对汽车四个车轮的定位检测，因为3d视觉检测技术是使用结构光三角测量原理，将特定波长的激光图案投射到物体表面。光投射平面与相机3光轴之间的夹角是固定的，因而系统设计人员无需考虑光源的照射角度及波长问题。图像中的前景是被物体表面形状调制后的激光图案，图像对比度是恒定的，只取决于物体表面材质的反光能力，不受环境光变化影响。检测准确度更高。下面结合具体实施例，对上述构思作进一步的阐述说明。
40.本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位系统的具体实施例：
41.一种基于双目多线激光的四轮定位系统包括四个3d视觉传感器1，四个3d视觉传感器1用于分别布置在四个车轮的旁侧，每个3d视觉传感器1内部均设置有激光器2、相机3和控制板。
42.参考图1，每个3d视觉传感器1包括矩形的壳体4，壳体4的长度方向的两端各布置有一个相机3，两个相机3之间布置有激光器2。考虑到对车轮进行相对全面的覆盖扫描，在本实施例中，每个3d视觉传感器1内布置有48个激光器2。以保证针对市场上各种型号轮胎
进行扫描时，3d视觉传感器1内打出的激光线都能覆盖对应的车轮表面至少80％的面积的需求，进而保证检测精度。
43.具体布置时，48个所述激光器2包括六个激光模组5，每个激光模组5包括八个所述激光器2，四个激光模组5在所述壳体4的长度方向上间隔均布。每个所述激光模块的八个激光器2分为两列，每列包括四个激光器2，且在所述壳体4的长度方向上，两列激光器2错位布置。在其他实施例中，激光器的数量也可以根据实际需要进行调整。
44.相机3的触发频率为40帧每秒，每扫描一次，相机3触发两次，包含一张背景图和一张激光线图。
45.作为配套设置，本发明中每个3d视觉传感器1的旁侧还设置有一个补光灯，四个补光灯分别用于辅助对应的3d视觉传感器1进行车眉信息的采集。
46.补光灯和3d视觉传感器1主要由工控机进行控制，工控机控制连接3d视觉传感器1中的控制板，四轮定位系统工作时，由工控机发送指令控制3d视觉传感器1，其中的激光器2以固定的节拍亮灭，相机3分别触发采集图像，从而获取背景图和激光线图，其中背景图不包含任何激光线，激光线图则包含激光线，两张图像进行差分运算后获得差分图像，减少了背景干扰。相机3触发频率为40帧每秒，每扫描一次，相机3触发两次，包含一张背景图和一张激光线图。
47.本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位系统在工作时，主要按照如下步骤进行：
48.如图2所示，给待检测汽车的四个车轮的旁侧各布置一个3d视觉传感器1；对各个3d视觉传感器1利用三角测量原理进行标定，并使用激光跟踪仪，将3d视觉传感器1坐标转换到标定架的标定板上，进而转换到以标定架轴中心为坐标原点的坐标系，以方便后续四个车轮定位的参数计算；配置各个所述3d视觉传感器1的参数，根据车轮轮胎尺寸，选择工作的各个激光器2的起始序号，保证激光器2打出来的激光线能够覆盖车轮表面至少80％的面积，并且根据车轮轮胎的尺寸调整3d视觉传感器1距离地面的高度，保证激光器2打出来的激光线在轮胎上相对于轴中心对称；
49.车辆到达指定位置后静止不动，3d视觉传感器1开始初始化扫描，3d视觉传感器1根据预先定义好的编码方式扫描轮胎，该编码方式是所选择的激光器2按照一定的规则进行工作，每次激光线亮的数量和序号都会发生变化，初始化扫描结束后即可确定每条激光线所在的位置并输出轮胎表面的三维点云数据，点云处理后可获取轮胎最外围的轮廓区域；
50.正常扫描时轮胎以固定速率转动，3d视觉传感器1每扫描一次输出一次点云数据，该点云数据仅包含轮胎表面的点云数据，是根据初始化扫描中获取的轮胎外围轮廓参数、编码图像及本次扫描的激光线数据计算出来的；在扫描的过程中，3d视觉传感器1会保存上次激光线的位置，在扫描时，会在上次激光线的位置附近查找激光线，从而找到当前图像中的激光线，即使轮胎水平转动，也能实现准确跟踪，输出正确的点云数据，从而计算四轮定位参数；
51.重复步骤s4和s5，再次进行车辆的四个车轮的定位参数检测。
52.本发明所提供的基于双目多线激光的四轮定位方法的具体实施例：
53.基于双目多线激光的四轮定位方法，包括如下步骤：
54.s1：给待检测汽车的四个车轮的旁侧各布置一个3d视觉传感器1；
55.s2：对各个3d视觉传感器1利用三角测量原理进行标定，并使用激光跟踪仪，将3d视觉传感器1坐标转换到标定架的标定板上，进而转换到标定架的轴中心，以方便后续四个车轮定位的参数计算；
56.s3：配置各个所述3d视觉传感器1的参数，根据车轮轮胎尺寸，选择工作的各个激光器2的起始序号，保证激光器2打出来的激光线能够覆盖车轮表面至少80％的面积，并且根据车轮轮胎的尺寸调整3d视觉传感器1距离地面的高度，保证激光器2打出来的激光线在轮胎上相对于轴中心对称；
57.s4：车辆到达指定位置后静止不动，3d视觉传感器1触发补光灯进行拍照，获取车眉图像数据，通过提取车眉数据，建立四轮定位参数基准面；
58.s5：3d视觉传感器1开始初始化扫描，3d视觉传感器1根据预先定义好的编码方式扫描轮胎，该编码方式是所选择的激光器2按照一定的规则进行工作，每次激光线亮的数量和序号都会发生变化，初始化扫描结束后即可确定每条激光线所在的位置并输出轮胎表面的三维点云数据，点云处理后可获取轮胎最外围的轮廓区域；
59.s6：正常扫描时轮胎以固定速率转动，3d视觉传感器1每扫描一次输出一次点云数据，该点云数据仅包含轮胎表面的点云数据，是根据初始化扫描中获取的轮胎外围轮廓参数、编码图像及本次扫描的激光线数据计算出来的；在扫描的过程中，3d视觉传感器1会保存上次激光线的位置，在扫描时，会在上次激光线的位置附近查找激光线，从而找到当前图像中的激光线，即使轮胎水平转动，也能实现准确跟踪，输出正确的点云数据，从而计算四轮定位参数；
60.s7：测不合格重新矫正车轮后继续检测，直至检测合格，停止检测。
61.其中，轮胎的转动方式包括前后方向的水平转动和左右方向的周转转动。
62.需要说明的是，基于双目多线激光的四轮定位方法的具体实施方式已在上述基于双目多线激光的四轮定位系统的实施例中进行了详述，在此不再赘述。

技术特征：
1.一种基于双目多线激光的四轮定位系统，其特征在于，包括：3d视觉传感器，数量为四个，用于分别布置在四个车轮的旁侧，每个3d视觉传感器内部设置有激光器、相机和控制板；补光灯，数量为四组，用于分别布置在四个所述3d视觉传感器的旁侧，以辅助对应的3d视觉传感器进行车眉信息的采集；工控机，控制连接所述3d视觉传感器中的控制板以及所述补光灯；每个所述3d视觉传感器内的激光器的数量满足打出的激光线覆盖对应的车轮表面至少80％的面积的需求，每个所述3d视觉传感器内的控制板用于在所述工控机的控制作用下控制所述激光器亮灭。2.根据权利要求1所述的基于双目多线激光的四轮定位系统，其特征在于：每个所述3d视觉传感器包括矩形的壳体，壳体长度方向的两端各布置有一个所述相机，两个相机之间布置有所述激光器。3.根据权利要求2所述的基于双目多线激光的四轮定位系统，其特征在于：每个所述3d视觉传感器内布置有48(附图中是48个激光线，可根据实际需求安装32-48)个所述激光器。4.根据权利要求3所述的基于双目多线激光的四轮定位系统，其特征在于：48个所述激光器包括包括六个激光模组，每个激光模组包括八个所述激光器，四个激光模组在所述壳体的长度方向上间隔均布。5.根据权利要求4所述的基于双目多线激光的四轮定位系统，其特征在于：每个所述激光模块的八个激光器分为两列，每列包括四个激光器，且在所述壳体的长度方向上，两列激光器错位布置。6.一种基于双目多线激光的四轮定位方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：给待检测汽车的四个车轮的旁侧各布置一个3d视觉传感器；s2：对各个3d视觉传感器利用三角测量原理进行标定，并使用激光跟踪仪，将3d视觉传感器坐标转换到标定架的标定板上，进而转换到以标定架轴中心为坐标原点的坐标系，以方便后续四个车轮定位的参数计算；s3：配置各个所述3d视觉传感器的参数，根据车轮轮胎尺寸，选择工作的各个激光器的起始序号，保证激光器打出来的激光线能够覆盖车轮表面至少80％的面积，并且根据车轮轮胎的尺寸调整3d视觉传感器距离地面的高度，保证激光器打出来的激光线在轮胎上相对于轴中心对称；s4：车辆到达指定位置后静止不动，3d视觉传感器触发补光灯进行拍照。获取车眉图像数据，通过提取车眉数据，建立四轮定位参数基准面；s5：3d视觉传感器开始初始化扫描，3d视觉传感器根据预先定义好的编码方式扫描轮胎，该编码方式是所选择的激光器按照一定的规则进行工作，每次激光线亮的数量和序号都会发生变化，初始化扫描结束后即可确定每条激光线所在的位置并输出轮胎表面的三维点云数据，点云处理后可获取轮胎最外围的轮廓区域；s6：正常扫描时轮胎以固定速率转动，3d视觉传感器每扫描一次输出一次点云数据，该点云数据仅包含轮胎表面的点云数据，是根据初始化扫描中获取的轮胎外围轮廓参数、编码图像及本次扫描的激光线数据计算出来的；在扫描的过程中，3d视觉传感器会保存上次激光线的位置，在扫描时，会在上次激光线的位置附近查找激光线，从而找到当前图像中的
激光线，即使轮胎水平转动，也能实现准确跟踪，输出正确的点云数据，从而计算四轮定位参数；s7：重复步骤s4和s6，再次进行车辆的四个车轮的定位参数检测，检测不合格重新矫正车轮后继续检测，直至检测合格，停止检测。7.根据权利要求6所述的基于双目多线激光的四轮定位方法，其特征在于：所述轮胎的转动方式包括前后方向的水平转动和左右方向的周转转动。

技术总结
本发明涉及汽车检验技术领域，具体涉及一种基于双目多线激光的四轮定位系统和方法；该系统包括3D视觉传感器，数量为四组，用于分别布置在四个车轮的旁侧，每个3D视觉传感器内部设置有激光器、相机和控制板；补光灯，数量为四组，用于分别布置在四个3D视觉传感器的下端(看下图)，以辅助对应的3D视觉传感器进行车眉信息的采集；工控机，控制连接3D视觉传感器中的控制板以及补光灯；每个3D视觉传感器内的激光器的数量满足打出的激光线覆盖对应的车轮表面至少80％的面积的需求，每个3D视觉传感器内的控制板用于在工控机的控制作用下控制激光器亮灭；通过上述设置，本发明有效解决了现有技术中汽车出厂前的车轮定位缺乏有效且准确的检测手段的技术问题。确的检测手段的技术问题。确的检测手段的技术问题。


技术研发人员：关肖州 刘贝贝 贺文强 刘源
受保护的技术使用者：河南埃尔森智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25