专利名称：基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车工业领域的检测设备，更具体的说，它涉及一种基于机器视 觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统。
背景技术：
为保证汽车的操纵稳定性，汽车车轮在装配时和汽车车体之间应具有一定的空间 相对位置，汽车车轮平面及轮辋的空间位置是否准确，对汽车的行驶安全性、操纵稳定性和 燃油经济性具有重要影响。目前尚未发现对汽车车轮平面及轮辋的空间位置进行检测的专 用系统。由于汽车运行时的重要参数如车轮前束、车轮外倾、主销后倾和主销内倾可以通过 车轮平面的空间位置得到，并且汽车的轴距差和轴偏角也可以通过轮辋的空间位置得到， 因此，基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统对汽车非接触检测领域的 技术进步具有重要意义。

发明内容
本发明针对目前无法检测车轮平面及轮辋的空间位置的现状，提供了一种具有操 作简便、性能可靠、结构坚固、通用性强、易于安装、制造成本低、精度高的可满足国家计量、 质量监督部门以及生产厂家非接触检测要求的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空 间位置检测系统。参阅图1至图8，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现。本发 明所提供的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统包括有第一摄像机、 第一线激光器、第二线激光器、第三线激光器、激光器定位座、第三定位螺钉、第二定位螺 钉、第一定位螺钉、纵向水准泡、第二摄像机、摄像机框架、底座、横向水准泡与底板。底板放置在平整的地面上，四个螺栓自上而下依次穿过底座的两个长方形标准钢 板薄片四个圆形通孔与底板的四个矩形分布的螺纹孔螺纹固定连接。四个螺栓自上而下依次穿过摄像机框架底面的四个圆形通孔与底座顶面的四个 螺纹孔螺纹固定连接，两个螺栓自下而上依次穿过底座顶面的两个圆形通孔和摄像机框架 底面的两个圆形通孔与相同的第一摄像机和第二摄像机底部的螺纹孔螺纹固定连接，纵向 水准泡沿纵向对称平面平行的方向与摄像机框架的底面粘接或螺纹连接固定，横向水准泡 沿横向对称平面平行的方向与摄像机框架的底面粘接或螺纹连接固定，摄像机框架无侧面 的一侧与待测车轮相对。相同的第一线激光器、第二线激光器、第三线激光器分别穿过激光器定位座的三 个圆柱形通孔，激光的发射端需高于激光器定位座的表面，第一定位螺钉、第二定位螺钉、 第三定位螺钉依次旋入激光器定位座的三个螺纹盲孔，螺钉的端面分别顶紧第一线激光 器、第二线激光器、第三线激光器的侧壁，安装后第一线激光器、第二线激光器、第三线激光 器的激光的发射端应在同一平面内，发射的线激光应互相平行，激光器定位座采用焊接或 螺纹连接的方式固定在摄像机框架的底面上，安装后激光器定位座的横向对称平面应与摄像机框架的横向对称平面共面。技术方案中所述的底板为标准钢板制成，在远离待测车轮一侧加工有四个矩形分 布的螺纹孔。技术方案中所述的底座为一无底面的中空的长方体零件，底座的顶面及四个侧面 为标准钢板焊接，在底座的顶面关于其纵向对称平面和横向对称平面对称的加工四个螺纹 孔，并且关于其横向对称平面对称的加工两个圆形通孔，在底座底面的两个短边的外侧焊 接两个长方形标准钢板薄片，在每个长方形标准钢板薄片上关于底座的纵向对称平面对称 的加工两个圆形通孔。技术方案中所述的摄像机框架为一无侧面的中空的长方体零件，摄像机框架的顶 面、底面及三个侧面为标准钢板焊接，在摄像机框架的底面关于其纵向对称平面和横向对 称平面对称的加工四个圆形通孔，四个圆形通孔的位置与在底座顶面的关于其纵向对称平 面和横向对称平面对称加工的四个圆形螺纹孔的位置一致，关于摄像机框架横向对称平面 对称的加工两个圆形通孔，两个圆形通孔的位置与在底座顶面的关于其横向对称平面对称 加工的两个圆形通孔的位置一致。技术方案中所述的激光器定位座为长方体柱状零件，沿其横向对称平面加工三个 圆柱形通孔，沿其纵向对称平面加工三个螺纹盲孔，三个螺纹盲孔的中心线与三个圆柱形 通孔的中心线垂直相交并共面，螺纹盲孔的深度需到达并穿过圆柱形通孔的一侧孔壁。本发明的有益效果是(1)本发明采用线激光器投影的方法在轮辋平面设置检测特征点，并使用机器视 觉实现了非接触式测量，减少了检测时在轮辋平面安装传感器的时间，大大提高了车轮平 面及轮辋的空间位置检测的效率和精度。(2)本发明的主要零件采用标准钢板进行加工，首先，标准钢板产量大，机械加工 工序少，生产成本较低；其次，作为测量仪器的重要附件，采用标准钢板具有一定的强度，能 够在长期使用中不变形，保证测量的精度，可以满足国家标准对检测精度的要求；最后，以 上主要零件为钢板组成的空心结构，大大降低了检测设备的重量，提高了设备安装调整操 作的灵活性。


下面结合附图对本发明作进一步的详细说明图1是基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统的从正对着XOZ 平面沿Y轴反方向看它的轴测投影图；图2是基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统不包括底板14 的从正对着XOZ平面沿Y轴反方向看它的轴测投影图；图3是激光器固定座5和摄像机框架11的从正对着YOZ平面沿X轴反方向看它 的轴测投影图；图4是激光器固定座5和摄像机框架11的从正对着XOZ平面沿Y轴正方向看它 的轴测投影图；图5是底座12的从正对着XOZ平面沿Y轴正方向看它的轴测投影图；图6是底座12的从正对着XOY平面沿Z轴正方向看它的轴测投影图；5
图7是基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统工作状态的从 正对着XOZ平面沿Y轴反方向看它的轴测投影图；图8是基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统工作状态的从 正对着YOZ平面沿X轴正方向看它的轴测投影图；图中1.第一摄像机，2.第一线激光器，3.第二线激光器，4.第三线激光器，5.激 光器定位座，6.第三定位螺钉，7.第二定位螺钉，8.第一定位螺钉，9.纵向水准泡，10.第二 摄像机，11.摄像机框架，12.底座，13.横向水准泡，14.底板，15.待测车轮。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细描述本发明是提供了一种安装简便、性能稳定、检测结果准确、精度高的基于机器视觉 的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统。本发明可应用于汽车生产厂家、汽车检测设 备生产厂家、汽车检测中心、汽车维修企业、高校、科研院所以及国家计量、质量监督部门。本发明采用线激光器投影的方法在轮辋平面设置检测特征点，并使用机器视觉实 现了非接触式测量，减少了检测时在轮辋平面安装传感器的时间，大大提高了车轮平面及 轮辋的空间位置检测的效率和精度。本发明的主要零件采用标准钢板进行加工，首先，标准 钢板产量大，机械加工工序少，生产成本较低；其次，作为测量仪器的重要附件，采用标准钢 板具有一定的强度，能够在长期使用中不变形，保证测量的精度，可以满足国家标准对检测 精度的要求；最后，以上主要零件为钢板组成的空心结构，大大降低了检测设备的重量，提 高了设备安装调整操作的灵活性。综上所述，本发明具有性能可靠、结构坚固、调整灵活、通 用性强、易于安装、制造成本低等优点，能够满足对车轮平面及轮辋的空间位置非接触检测 的需要。参阅图1至图8，基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统包括 有第一摄像机1、第一线激光器2、第二线激光器3、第三线激光器4、激光器定位座5、第三定 位螺钉6、第二定位螺钉7、第一定位螺钉8、纵向水准泡9、第二摄像机10、摄像机框架11、 底座12、横向水准泡13与底板14。底板14放置在平整的地面上，底板14为标准钢板制成，一是为了减轻底板14的 重量，二是可以减少机械加工量，在远离待测车轮15 —侧加工有四个矩形分布的螺纹孔。底座12为一无底面的中空的长方体零件，底座12的顶面及四个侧面为标准钢板 焊接，在底座12的顶面关于其纵向对称平面(过质心与YOZ平面平行的平面)和横向对称 平面(过质心与XOZ平面平行的平面)对称的加工四个螺纹孔，并且关于其横向对称平面 (过质心与XOZ平面平行的平面)对称的加工两个圆形通孔，在底座12底面的两个短边的 外侧焊接两个长方形标准钢板薄片，在每个长方形标准钢板薄片上关于底座12的纵向对 称平面(过质心与YOZ平面平行的平面)对称的加工两个圆形通孔，四个螺栓自上而下依 次穿过底座12的两个长方形标准钢板薄片四个圆形通孔与底板14的远离待测车轮15 — 侧的四个矩形分布的螺纹孔螺纹固定连接。摄像机框架11为一无侧面的中空的长方体零件，摄像机框架11的顶面、底面及三 个侧面为标准钢板焊接，在摄像机框架11的底面关于其纵向对称平面(过质心与YOZ平面 平行的平面)和横向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)对称的加工四个圆形通孔，四个圆形通孔的位置与在底座12顶面的关于其纵向对称平面(过质心与YOZ平面平行的 平面)和横向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)对称加工的四个圆形螺纹孔的位 置一致，关于摄像机框架11横向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)对称的加工两 个圆形通孔，两个圆形通孔的位置与在底座12顶面的关于其横向对称平面(过质心与XOZ 平面平行的平面)对称加工的两个圆形通孔的位置一致，四个螺栓自上而下依次穿过摄像 机框架11底面关于其纵向对称平面(过质心与YOZ平面平行的平面)和横向对称平面(过 质心与XOZ平面平行的平面)对称加工的四个圆形通孔与底座12顶面的四个螺纹孔螺纹 固定连接，两个螺栓自下而上依次穿过底座12顶面关于其横向对称平面(过质心与XOZ平 面平行的平面)对称加工的两个圆形通孔和摄像机框架11底面关于横向对称平面(过质 心与XOZ平面平行的平面)对称加工的两个圆形通孔与相同的DH-HW3102UC型第一摄像机 1和第二摄像机10底部的螺纹孔螺纹固定连接，PT-9540型纵向水准泡9沿纵向对称平面 (过质心与YOZ平面平行的平面)平行的方向与摄像机框架11的底面粘接或螺纹连接固 定，PT-9540型横向水准泡13沿横向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)平行的方 向与摄像机框架11的底面粘接或螺纹连接固定，摄像机框架11无侧面的一侧与待测车轮 15相对。激光器定位座5为长方体柱状零件，沿其横向对称平面(过质心与XOZ平面平行 的平面)加工三个圆柱形通孔，沿其纵向对称平面(过质心与YOZ平面平行的平面)加工 三个螺纹盲孔，三个螺纹盲孔的中心线与三个圆柱形通孔的中心线垂直相交并共面，螺纹 盲孔的深度需到达并穿过圆柱形通孔的一侧孔壁，相同的LDL650-5G3型第一线激光器2、 第二线激光器3、第三线激光器4分别穿过激光器定位座5的三个圆柱形通孔，激光的发射 端需高于激光器定位座5的表面，第一定位螺钉8、第二定位螺钉7、第三定位螺钉6依次旋 入激光器定位座5的三个螺纹盲孔，螺钉的端面分别顶紧第一线激光器2、第二线激光器3、 第三线激光器4的侧壁，旋动第一定位螺钉8、第二定位螺钉7、第三定位螺钉6可以起到夹 紧或松开第一线激光器2、第二线激光器3、第三线激光器4的作用，安装后第一线激光器2、 第二线激光器3、第三线激光器4的激光的发射端应在同一平面内，发射的线激光应互相平 行，激光器定位座5采用焊接或螺纹连接的方式固定在摄像机框架11的底面上，安装后激 光器定位座5的横向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)应与摄像机框架11的横 向对称平面(过质心与XOZ平面平行的平面)共面。基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统的使用方法将待测车轮15开到底板14上，由于待测车轮15的轮辋钢圈部位强度和加工精度 较高，可以作为待测的车轮平面。开启第一线激光器2、第二线激光器3、第三线激光器4，则 三束线激光会投影到待测车轮15表面上，在待测车轮15表面形成三条平行直线，三条平行 直线与轮辋钢圈的交点即为测量待测车轮15平面所需要的特征点。通过已经标定好的第 一摄像机1和第二摄像机10可以采集到含有特征点的两幅图像，经过特征提取和特征点匹 配可以获得待测车轮15平面也就是轮辋钢圈上特征点的三维空间坐标，由特征点的三维 空间坐标可以确定汽车车轮平面的空间位置以及由特征点构成的多边形的外接圆的三维 曲线方程，即轮辋的三维空间曲线方程。基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置 检测系统可以单独使用，也可关于汽车纵向平面对称放置成对使用或关于汽车纵向平面和 横向平面对称放置四个配合使用。权利要求
1.一种基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统，其特征在于所述的 基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统包括有第一摄像机(1)、第一线 激光器( 、第二线激光器( 、第三线激光器(4)、激光器定位座( 、第三定位螺钉(6)、第 二定位螺钉(7)、第一定位螺钉(8)、纵向水准泡(9)、第二摄像机(10)、摄像机框架(11)、底 座(12)、横向水准泡(13)与底板(14)；底板(14)放置在平整的地面上，四个螺栓自上而下依次穿过底座(1 的两个长方形 标准钢板薄片四个圆形通孔与底板(14)的四个矩形分布的螺纹孔螺纹固定连接；四个螺栓自上而下依次穿过摄像机框架(11)底面的四个圆形通孔与底座(1 顶面的 四个螺纹孔螺纹固定连接，两个螺栓自下而上依次穿过底座(1 顶面的两个圆形通孔和 摄像机框架(11)底面的两个圆形通孔与相同的第一摄像机(1)和第二摄像机(10)底部的 螺纹孔螺纹固定连接，纵向水准泡(9)沿纵向对称平面平行的方向与摄像机框架(11)的底 面粘接或螺纹连接固定，横向水准泡(1 沿横向对称平面平行的方向与摄像机框架(11) 的底面粘接或螺纹连接固定，摄像机框架(11)无侧面的一侧与待测车轮15相对；相同的第一线激光器O)、第二线激光器(3)、第三线激光器(4)分别穿过激光器定位 座(5)的三个圆柱形通孔，激光的发射端需高于激光器定位座(5)的表面，第一定位螺钉 (8)、第二定位螺钉(7)、第三定位螺钉(6)依次旋入激光器定位座(5)的三个螺纹盲孔，螺 钉的端面分别顶紧第一线激光器O)、第二线激光器(3)、第三线激光器(4)的侧壁，安装后 第一线激光器O)、第二线激光器(3)、第三线激光器(4)的激光的发射端应在同一平面内， 发射的线激光应互相平行，激光器定位座( 采用焊接或螺纹连接的方式固定在摄像机框 架(11)的底面上，安装后激光器定位座(5)的横向对称平面应与摄像机框架(11)的横向 对称平面共面。
2.按照权利要求1所述的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统， 其特征在于所述的底板(14)为标准钢板制成，在远离待测车轮15 —侧加工有四个矩形分 布的螺纹孔。
3.按照权利要求1所述的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统， 其特征在于所述的底座(1 为一无底面的中空的长方体零件，底座(1 的顶面及四个侧 面为标准钢板焊接，在底座(1 的顶面关于其纵向对称平面和横向对称平面对称的加工 四个螺纹孔，并且关于其横向对称平面对称的加工两个圆形通孔，在底座(1 底面的两个 短边的外侧焊接两个长方形标准钢板薄片，在每个长方形标准钢板薄片上关于底座(12) 的纵向对称平面对称的加工两个圆形通孔。
4.按照权利要求1所述的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统， 其特征在于所述的摄像机框架(11)为一无侧面的中空的长方体零件，摄像机框架(11)的 顶面、底面及三个侧面为标准钢板焊接，在摄像机框架(11)的底面关于其纵向对称平面和 横向对称平面对称的加工四个圆形通孔，四个圆形通孔的位置与在底座(1 顶面的关于 其纵向对称平面和横向对称平面对称加工的四个圆形螺纹孔的位置一致，关于摄像机框架 (11)横向对称平面对称的加工两个圆形通孔，两个圆形通孔的位置与在底座(1 顶面的 关于其横向对称平面对称加工的两个圆形通孔的位置一致。
5.按照权利要求1所述的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统， 其特征在于所述的激光器定位座( 为长方体柱状零件，沿其横向对称平面加工三个圆柱形通孔，沿其纵向对称平面加工三个螺纹盲孔，三个螺纹盲孔的中心线与三个圆柱形通孔 的中心线垂直相交并共面，螺纹盲孔的深度需到达并穿过圆柱形通孔的一侧孔壁。
全文摘要
本发明公开了一种汽车工业领域的基于机器视觉的汽车车轮平面及轮辋的空间位置检测系统，旨在克服无法实现测量汽车车轮平面及轮辋的空间位置的问题。该系统包括第一摄像机(1)、第一线激光器(2)、第二线激光器(3)、第三线激光器(4)、激光器定位座(5)、第三定位螺钉(6)、第二定位螺钉(7)、第一定位螺钉(8)、纵向水准泡(9)、第二摄像机(10)、摄像机框架(11)、底座(12)、横向水准泡(13)与底板(14)。该检测系统可以完成对汽车车轮平面及轮辋的空间位置的非接触、自动化检测。
文档编号G01M17/013GK102042806SQ201010517590
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者刘玉梅, 单红梅, 宫海彬, 张栋林, 张立斌, 徐观, 戴建国, 李晓韬, 林慧英, 潘洪达, 苏建, 陈熔 申请人:吉林大学