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技术领域

本实用新型涉及一种汽车底盘数据测量系统，属于汽车维修测量领域。

背景技术

汽车在整形维修过程中，需要对汽车底盘上工艺孔、安装孔等三维数据进行测量， 并将测量数据与标准数据进行比较，以此来判断底盘的变形、损坏情况及维修效果。

现有的汽车数据测量系统主要有机械式测量系统、电子式激光测量系统、超声波 测量系统和视觉测量系统四种。

机械式测量系统是采用针对车辆尺寸定制的专用测量头进行测量，通过观察测量 控制点与专用测量头之间的配合情况来判断变形、损坏情况及维修效果。但每套专用测量 头只适用于一个车型，成本高昂、应用范围窄且测量操作繁琐。

电子式激光测量系统通常由激光发射接收器、计算机和多个反射靶构成，其采用 激光测量技术，由两个准分子激光发射器发射激光投射到反射靶上，每个反射靶上有不同 的反射光栅，通过接收光栅反射的激光束得到测量数据并传输给计算机，最后由计算机计 算出测量点的空间三维尺寸。但电子式激光测量系统体积庞大，运输移动不便，测量前的安 装工作十分繁琐，测量效率低，同时激光容易受外界干扰，对测量场景要求较高，且激光对 人体具有一定的危害性，安全性差。

超声波测量系统通常由超声波发射器、超声波接收器、控制柜及各类测量头组成， 超声波发射器有上下两个发生源同时发射超声波，超声波接收器可快速精确地测量出超声 波在车辆上不同基准点之间传播所用的时间，控制柜根据每个超声波接收器的接收情况自 动计算出每个测量点的三维数据。超声波测量系统测量精度高，但受风速、温度和气压等因 素影响较大，并且体积较大，运输移动不便，测量前的安装工作十分繁琐，测量效率低。

随着计算机视觉的发展，视觉技术逐渐在汽车维修行业中得到应用。视觉测量系 统利用CMOS工业相机或CCD工业相机采集图像，结合图像处理算法得到测量结果。但工业相 机感光元器件受拍摄环境光线影响非常大，如果光线不足，拍摄图像会出现欠曝的情况，如 果光线太强，拍摄图像则会出现过曝的情况，欠曝和过曝都会导致无法或错误识别标志点。 现有的解决手段是在拍摄视野范围内补充光源，增加亮度满足相机所需要的拍摄条件，但 工业相机和被拍摄对象之间必须保持固定的距离和相对位置关系，无法满足在汽车维修过 程中任意角度拍摄测量的需要；并且，现有的视觉测量系统在识别标志点时需要人工参与 识别，无法实现自动化测量；再次，现有的视觉测量系统采用标靶进行标定，占用面积大易 遮挡、不易固定，标靶较多时需要多次拍摄才能完成测量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于双目视觉的汽车底盘数据测量 系统，扩大汽车底盘数据测量系统的应用范围、降低检测成本、简化测量操作、方便运输移 动、提高检测效率、降低对环境光线的要求、实现任意角度一次拍摄多测量点自动化测量。

本实用新型的技术方案如下：

基于双目视觉的汽车底盘数据测量系统，包括手持模块、标准数据库、用于安装在 被测汽车底盘未变形区域的若干标定模块和用于安装在被测汽车底盘待测区域的若干测 量模块；

所述手持模块包括控制器，所述控制器连接有显示模块、联网模块、图像采集模 块、信号控制器一和信号控制器二，所述手持模块还包括用于拍摄标定模块和测量模块的 工业相机一和工业相机二；所述信号控制器一与工业相机一相连接，所述信号控制器二与 工业相机二相连接；所述联网模块还与标准数据库相连接；

所述手持模块还具有相机横梁，所述工业相机一和工业相机二分别安装在相机横 梁的两端组成双目相机结构。

作为本实用新型的进一步改进：所述控制器还连接有触控输入模块。

作为本实用新型的进一步改进：所述标定模块的数量为3个。

作为本实用新型的进一步改进：所述标定模块具有标定标识模块、安装在标定标 识模块内侧的标定发光装置以及与标定发光装置相连接的标定亮度感应模块。

作为本实用新型的进一步改进：所述标定模块还包括用于与被测汽车底盘工艺孔 通过卡爪结构相连接的标定固定底座；所述标定发光装置和标定固定底座通过磁吸卡合方 式相连接。

作为本实用新型的进一步改进：所述标定发光装置具有用于检测标定固定底座是 否与汽车底盘工艺孔连接到位并控制标定发光装置开关的标定电源单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述测量模块具有测量标识模块、安装在测量标 识模块内侧的测量发光装置以及与测量发光装置相连接的测量亮度感应模块。

作为本实用新型的进一步改进：所述测量模块还包括用于与被测汽车底盘工艺孔 通过卡爪结构相连接的测量固定底座；所述测量发光装置和测量固定底座通过磁吸卡合方 式相连接。

作为本实用新型的进一步改进：所述测量发光装置具有用于检测测量固定底座是 否与汽车底盘工艺孔连接到位并控制测量发光装置开关的测量电源单元。

相对于现有技术，本实用新型具有如下积极效果：(1)本实用新型结构简单、安装 占用空间小，可手持操作，移动、使用方便，能够实现任意角度多测量点同时拍摄测量，简化 了测量操作，提高了测量效率；(2)标定模块和测量模块分别具有标定亮度感应模块和测量 亮度感应模块，能够根据外界环境光线对标定发光装置和测量发光装置的亮度进行调整， 降低了对环境光线的要求，并且不受风速、温度和气压等因素影响；(3)本实用新型具有标 准数据库，在处理过程中自动调用标准数据库中的数据并且在测量后自动与标准数据进行 比对，进一步简化了测量操作、提高了测量效率；(4)本实用新型采用标定模块和测量模块， 体积小、安装方便，相互间不会出现遮挡，方便拍摄，能够实现一次拍摄即可完成测量；(5) 本实用新型具有标准数据库，适用于各种车型的测量，应用范围广，检测成本低；(6)本实用 新型能够在拍照完成以后自动完成系统标定、图像分析、坐标转换、测量模块匹配、标准数 据比对以及测量结果输出等全部环节，无需人工干预，实现了自动化测量。

附图说明

图1为基于双目视觉的汽车底盘数据测量系统的结构示意图。

图2为标定模块的结构示意图。

图3为测量模块的结构示意图。

图4为对汽车底盘数据进行测量的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：

如图1，一种基于双目视觉的汽车底盘数据测量系统，包括手持模块、标准数据库、 用于安装在被测汽车底盘未变形区域的3个标定模块1和用于安装在被测汽车底盘待测区 域的若干测量模块2；

所述手持模块包括X86架构的控制器，所述控制器连接有显示模块、触控输入模 块、联网模块、图像采集模块、信号控制器一和信号控制器二，所述手持模块还包括用于拍 摄标定模块1和测量模块2的高分辨率工业相机一3和高分辨率工业相机二4；所述信号控制 器一与工业相机一3相连接，所述信号控制器二与工业相机二4相连接；所述联网模块还与 标准数据库相连接，标准数据库中保存有车辆底盘的标准数据，记录了底盘上各工艺孔的 相对于参考坐标系的三维坐标值。

如图4，所述手持模块还具有相机横梁5，所述工业相机一3和工业相机二4分别安 装在相机横梁5的两端组成双目相机结构。

如图2，所述标定模块1具有标定标识模块1-1、安装在标定标识模块1-1内侧的标 定发光装置1-2以及与标定发光装置1-2相连接的标定亮度感应模块；

所述标定模块1还包括用于与被测汽车底盘工艺孔通过卡爪结构相连接的标定固 定底座1-3；所述标定发光装置1-2和标定固定底座1-3通过磁吸卡合方式相连接；

所述标定发光装置1-2还具有用于检测标定固定底座1-3是否与汽车底盘工艺孔 连接到位并控制标定发光装置1-2开关的标定电源单元。

如图3，所述测量模块2具有测量标识模块2-1、安装在测量标识模块2-1内侧的测 量发光装置2-2以及与测量发光装置2-2相连接的测量亮度感应模块；

所述测量模块2还包括用于与被测汽车底盘工艺孔通过卡爪结构相连接的测量固 定底座2-3；所述测量发光装置2-2和测量固定底座2-3通过磁吸卡合方式相连接；

所述测量发光装置2-2还具有用于检测测量固定底座2-3是否与汽车底盘工艺孔 连接到位并控制测量发光装置2-2开关的测量电源单元。

如图4，使用所述基于双目视觉的汽车底盘数据测量系统对汽车进行测量，方法包 括如下步骤：

(A)建立与汽车底盘未变形区域相对位置始终保持固定的汽车底盘坐标系，且所 述汽车底盘坐标系与标准数据库中尺寸值所参考的坐标系一致；并且，建立与手持模块相 对位置始终保持固定的手持模块坐标系，并确定工业相机一3和工业相机二4在手持模块坐 标系中的姿态；

(B)将3个标定模块1及若干测量模块2固定在被测汽车底盘上，标定模块1安装在 底盘未变形区域内的工艺孔内，测量模块2安装在待测区域内的待测工艺孔内；

若汽车前部发生碰撞则选择汽车中部和后部的工艺孔放置标定模块1，若汽车后 部发生碰撞则选择汽车前部和中部的工艺孔位放置标定模块1，若汽车中部法神碰撞则选 择汽车前部和后部工艺孔位放置标定模块1；

并且，通过显示模块和触控输入模块将标定模块1及测量模块2的安装位置输入到 控制器中；

(C)所述标定电源单元检测到标定固定底座1-3与汽车底盘工艺孔连接到位后自 动控制标定发光装置1-2打开，标定亮度感应模块对外界光线进行感应并对标定发光装置 1-2的亮度进行调整，以满足工业相机一3和工业相机二4的拍摄要求；并且，所述测量电源 单元检测到测量固定底座2-3与汽车底盘工艺孔连接到位后自动控制测量发光装置2-2打 开，测量亮度感应模块对外界光线进行感应并对测量发光装置2-2的亮度进行调整，以满足 工业相机一3和工业相机二4的拍摄要求；

(D)使用手持模块对标定模块1和测量模块2进行拍照，工业相机一3得到图像一， 工业相机二4得到图像二；

(E)通过三角测量原理，计算各标定模块1和测量模块2各自在图像一和图像二中 的视差并计算深度信息，从而获得各标定模块1和测量模块2在手持模块坐标系中的三维坐 标值；

(F)读取标准数据库中3个标定模块1所在的工艺孔的坐标值，计算出3个标定模块 1在汽车底盘坐标系中的三维坐标值，并依据3个标定模块1在汽车底盘坐标系和手持模块 坐标系中的两组三维坐标值计算出将手持模块坐标系中任意一点的三维坐标值转换为该 点在汽车底盘坐标系中的三维坐标值的变换矩阵，所述变换矩阵包括3X3的旋转矩阵R和 3X1的平移矩阵T；

对于手持模块坐标系中任意一点的三维坐标值[X_S,Y_S,Z_S]^T，必然存在一个3X3的 旋转矩阵R和一个3X1的平移矩阵T，能够将[X_S,Y_S,Z_S]^T转换为该点在汽车底盘坐标系中的 三维坐标值[X_T,Y_T,Z_T]^T，表示为公式(1)：

X T Y T Z T = R X S Y S Z S + T - - - ( 1 ) ]]>

通过查询标准数据库可得到3个标定模块1(P₁、P₂和P₃)在汽车底盘坐标系中的三 维坐标值分别为P_T1[X_T1,Y_T1,Z_T1]^T、P_T2[X_T2,Y_T2,Z_T2]^T和P_T3[X_T3,Y_T3,Z_T3]^T，通过步骤(E)可得到 3个标定模块1(P₁、P₂和P₃)在手持模块坐标系中的三维坐标值分别为P_S1[X_S1,Y_S1,Z_S1]^T、P_S2[X_S2,Y_S2,Z_S2]^T和P_S3[X_S3,Y_S3,Z_S3]^T；

则平移矩阵T求解公式为公式(2)：

T = X T 1 - X S 1 Y T 1 - Y S 1 Z T 1 - Z S 1 - - - ( 2 ) ]]>

其中旋转矩阵R可由三个旋转矩阵相乘得到：

R＝R₁R₂R₃；

其中，R₁、R₂和R₃表示如下：

R 1 = c o s θ sin θ 0 - sin θ c o s θ 0 0 0 1 ]]>

R 2 = 1 0 0 0 c o s φ sin φ 0 - sin φ c o s φ ]]>

R 3 = c o s ψ 0 - sin ψ 0 1 0 sin ψ 0 cos ψ ]]>

三个欧拉角(θ、φ、ψ)用于表示三维空间里一个坐标系相对于另一坐标系的方向， 旋转矩阵R₁表示绕Z轴旋转θ角，旋转矩阵R₂表示绕X轴旋转φ角，旋转矩阵R₃表示绕Y轴旋转 ψ角；

则旋转矩阵R可以表示为公式(3)：

R = c o s θ sin θ 0 - sin θ c o s θ 0 0 0 1 1 0 0 0 c o s φ sin φ 0 - sin φ c o s φ c o s ψ 0 - sin ψ 0 1 0 sin ψ 0 cos ψ - - - ( 3 ) ]]>

将公式(2)和公式(3)代入公式(1)中，再将P_T1[X_T1,Y_T1,Z_T1]^T与P_S1[X_S1,Y_S1,Z_S1]^T、P_T2[X_T2,Y_T2,Z_T2]^T与P_S2[X_S2,Y_S2,Z_S2]^T、P_T3[X_T3,Y_T3,Z_T3]^T与P_S3[X_S3,Y_S3,Z_S3]^T三组坐标值分别代入 公式(1)中得到三个解算式，解算出欧拉角(θ、φ、ψ)，继而求出旋转矩阵R；

(G)使用变换矩阵计R算出各测量模块2在汽车底盘坐标系中的三维坐标值继而得 到各待测工艺孔在汽车底盘坐标系中的三维坐标值；

(H)将计算出的各待测工艺孔在汽车底盘坐标系中的三维坐标值与标准数据库中 的坐标值相比较，得到维修所需的差值，并将测量结果输出。