專利名稱：大梁校正儀的激光測量系統的制作方法
技術領域：
大梁校正儀是校正汽車碰撞變形的一種設備，本發明涉及的是大梁校正儀的測量裝置，該裝置提示維修工汽車大梁的變形程度，校正量，校正是否合格等。
背景技術：
國內生產的大梁校正儀目前沒有電子測量系統，仍在使用機械測量裝置，因此操作繁、效率低；由于長尺剛性差，使得精度難以保證。進口的產品價格昂貴，通常在20萬元人民幣。
機械測量系統的測量原理通常是在校正儀臺面上設置三個方向的長尺，將游標移至待測點，然后人工讀取三個坐標值。
進口電子測量系統之一的測量原理見
圖1，假定車輛前后為y向，上下為z向，左右為x向，總體來說，該系統像一個人體的結構。測量系統的腳輪可沿校正儀前后方向的標尺軌道滾動，滾動的量可通過角輪在軌道上滾動的圈數及角輪當前的角位置計算出來，從而獲得測量系統在0-xyz內y向坐標的一個基本值y0；在測量系統主座上伸出一個多關節的測量臂，猶如人體的手臂，臂端可相對測量系統作三個方向的運動，各關節內安裝光電編碼器感覺關節的轉動量。因為二自由度關節的轉動量不易測量，所以這些關節都是單自由度的。為了獲得足夠的自由度，測量臂通常設置3～4個關節。最后電腦根據各關節的轉動量計算臂端相對于測量系統主座的三維坐標(x，y，z)，再加上主座的y向坐標的基本值y0，即得到待測點或臂端的坐標(x，y+y0，z)。為使操作順利，必須使測量臂的關節內的間隙足夠大。足夠大的間隙加上眾多的關節還加上主座與標尺軌道的間隙，都使測量誤差變大。為避免誤差太大，就需要高精度的加工。這樣的問題在我國普通工業目前的現狀里難以解決。所以進口產品的高價位理所應當。
目的本發明的目的是提供一種獨特的檢測原理及一種低成本、簡單易行、精度有保證的大梁校正儀激光測量方案。
技術方案考慮最簡單的情形如圖2所示，從掃描器A發出的激光扇面πa經過帶測點P時，假定其方位角為α；從掃描器B發出的激光扇面πb經過帶測點P時，假定其方位角為β；從掃描器C發出的激光扇面πc經過帶測點P時，假定其方位角為γ。πa，πb相交于一條鉛錘的直線Lab，Lab又與上下掃描的πc相交于P。在P不在過AB的鉛垂面上時，(α，β，γ)與P(x，y，z)一一對應。
很明顯，當光面離開其掃描器之旋轉軸且與旋轉軸平行時，比最簡情形略有變化，在光面方程里多一個參數d即光面到旋轉軸的距離，但求解情況基本一樣。
當光面按平動方式掃描時，比最簡情形有變化，α、β、γ在光面方程里的位置分別發生變化，但求解情況也基本一樣。
當光面按平動加轉動方式掃描時，比最簡情形要復雜，每一個激光扇面有兩個參數，一個是平動量，一個是轉動量，但其特性描述方程仍然為線性的，求解也不復雜。
當光面旋轉軸相交時，光面的特性描述方程變化較大，但方程仍是線性方程，求解還是容易的。如圖3，是該情形的一種特例，看起來較節省，可參考《一種點的角坐標的測方法及新型車輪定位裝置》(申請號99111663.1)該方案公開了一種用單一一個旋轉掃描器測量待測點的兩維角坐標的技術。在該方案的基礎上，再加一個掃描器就可以測量待測點的三維坐標。但實際上，該方案的一個掃描器上固定了兩個激光扇面，所以該方案仍然支持本發明的權利要求1。在四輪定位儀傳感器有限的空間內使用這種方案有比較好的效果，在這里不算最佳，因為制造難度較大。
當光面為非平面時，光面方程變得較復雜，已不是線性方程，不易得到唯一解，但應用適當的智能判斷仍可求得正確的結果。通常不采用這種情況方案。
對最簡情形，如圖2，當P的y坐標越接近0即P越接近過AB的鉛垂面時，計算結果的誤差就越大。當y＝0時無法計算結果。
對圖3，與圖2的情形幾乎一樣。
為了在車輛底部全方位都能測量，又使測量誤差盡量小，可采取多種措施如圖4，該措施是在圖2的基礎上，在y≠0處再設置一個旋轉軸鉛垂的激光面掃描器E，這樣就有三個鉛垂面(分別過AB、AE和BE)可供選擇，由電腦計算待測點到這些鉛垂面的距離，哪一個最遠就用哪一個。在這種情況下，仰角的測量也要再設置一個旋轉軸水平的激光面掃描器F，其旋轉軸與C的旋轉軸垂直。這樣，車輛底部全方位待測點都能測量，測量精度也比較高。
如圖5，該措施是在圖3的基礎上，在y≠0處再設置一個旋轉軸鉛垂的激光面掃描器C，這樣就有兩個鉛垂面(分別過AB和AC)可供選擇，由電腦計算待測點到這些鉛垂面的距離，哪一個最遠就用哪一個。這樣，車輛底部全方位待測點也都能測量，測量精度也比較高。
本發明更傾向將整個測量體再旋轉的措施，如圖6，該旋轉功能由步進電機D來完成。在D的任意方位計算n-m的值，根據該值控制D旋轉至適當方位，使n-m的絕對值最大，讓計算誤差最小。最后再根據D的當前方位，用坐標旋轉的方法重新計算P的真實坐標。
有益效果本發明所述測量裝置相對機械式測量系統來說，部件少，無剛性不足造成的精度問題，使用方便快捷。相對進口電子測量系統而言，無須車輛前后方向的標尺軌道及相關部件，無多關節機械臂，省去了所有的高精度機械加工、裝配和質量控制等，所以其成本大幅降低。
圖面說明圖1所示為機械臂式電子測量系統關節1為總關節，水平式；最后的兩個多為垂直式關節；使用者拽著臂端至待測點時，標尺軌道部件和所有關節多參與動作。
圖2所示為本發明基本測量原理示意圖使用者拽著攜帶光接收器的探頭至待測點時，光面掃描器A和B測量出光接收器的方位，再由光面掃描器C測量出光接收器的仰角，通過適當計算就可得到待測點的三維坐標。
圖3所示為本發明另一基本測量原理示意圖使用者拽著攜帶光接收器的探頭至待測點時，雙光面掃描器A可測量出光接收器的二維角坐標，再由光面掃描器B測量出光接收器的另一水平角，通過適當計算就可得到待測點的三維坐標。
圖4、圖5、圖6所示方案都可以解決測量死角問題。
最佳實施方案本發明的最佳實現方式見圖6。若待測點接近過AB的鉛垂面時，電腦驅動旋轉裝置D轉動一定的角度，使待測點遠離過AB的鉛垂面，這時，計算待測點的坐標時將D的角度考慮在內。
最佳實施方案詳述如圖2，假定測量系統部分2固定在車輛底下的中央部位0(0，0，0)，待測點在車輛的前方P(x1，y1，z1)，其中x1的絕對值不大，部分2上(-x2，0，0)和(x2，0，0)處分別固定旋轉軸為鉛垂方向的激光扇面掃描器A和B，在(0，0，0，)處固定旋轉軸為水平方向的激光扇面掃描器C。以下敘述假定激光面都經過其掃描器的旋轉軸A上光面πa經過P時，其平面方程為y＝y1*(x+x2)/(x1+x2) (1)B上光面πb經過P時，其平面方程為y＝y1*(x-x2)/(x1-x2) (2)C上光面πc經過P時，其平面方程為z＝z1*x/x1 (3)在(1)式中，y1/(x1+x2)為光面A在平面0-xy內的斜率，與掃描器A的方位角一一對應，而該方位角是可控制或可測量的，對電腦來說是已知數，暫命名為m。
在(2)式中，y1/(x1-x2)為光面B在平面0-xy內的斜率，與掃描器B的方位角一一對應，而該方位角也是可控制或可測量的，對電腦來說是已知數，暫命名為n。
在(3)式中，z1/x1為光面A在平面0-xz內的斜率，與掃描器C的方位角一一對應，而該方位角也是可控制或可測量的，對電腦來說是已知數，暫命名為k。
這樣得到三個關鍵方程y1＝m*(x1+x2)(4)y1＝n*(x1-x2)(5)z1＝k*x1 (6)在這里x2是一個設計值，為已知數。以上三式都是線性方程，只要x2≠0和n≠m，它們聯立后有唯一非零解。其解為x1＝(n+m)*x2/(n-m)y1＝2*n*m*x2/(n-m)z1＝k*(n+m)*x2/(n-m)要使n≠m，要求P的y坐標≠0。
而且，當P的y坐標越接近0即P越接近過AB的鉛垂面時，計算結果的誤差越大。
為了解決這個問題，本發明將整個測量體再旋轉，如圖6，該旋轉功能由步進電機D來完成。在D的任意方位計算n-m的值，根據該值控制D旋轉至適當方位，讓n-m的絕對值最大，使得計算誤差最小。最后再根據D的當前方位，用坐標旋轉的方法重新計算P的真實坐標。
本發明中，激光面產生的方法可以是1、激光束照在軸線與該束垂直的反光柱上反射而產生；2、激光束透過軸線與該束垂直的柱面透鏡而產生。
權利要求
1.一種大梁校正儀的激光測量系統，可測量一個點的三維坐標，由電腦主機部分1，激光面掃描部分2和激光面接收部分3等組成，部分2可發出一些參數可由部分1測量或控制的激光扇面，部分3在收到激光照射時向部分1報告，部分3所在之處與待測點有固定關系，其特征在于部分2至少能發出三個掃描激光扇面，它們各自的一維參數α、β和γ分別隨各自的掃描方位變化，在測量范圍內，對三維坐標系中唯一的一個待測點(x，y，z)，存在唯一一組參數(α，β，γ)，它們分別對應三個掃描激光扇面的方位。
2.根據權利要求1所述的測量系統，其特征在于部分2發出的激光扇面是平面。
3.根據權利要求1或2所述的測量系統，其特征在于部分2激光扇面掃描器是旋轉掃描的。
4.根據權利要求3所述的測量系統，其特征在于部分2發出的激光扇面都是通過自身旋轉軸的。
5.根據權利要求3或4所述的測量系統，其特征在于在部分2中兩個掃描激光扇面旋轉軸線為鉛垂的，而另一個的軸線為水平的。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的測量系統，其特征在于部分2本身還是可旋轉的，其旋轉的方位可由部分1測量或控制。
全文摘要
本發明公開了一種大梁校正儀的激光測量系統，大梁校正儀是校正汽車碰撞變形的一種設備，本發明是要提供一種獨特的檢測原理及一種低成本、簡單易行、精度有保證的大梁校正儀電子測量方案。其基本原理是用三個激光扇面掃描器，分別測量待測點的三個方位參數，然后計算待測點的三維坐標。
文檔編號G01B21/02GK1455223SQ0211606
公開日2003年11月12日 申請日期2002年5月4日 優先權日2002年5月4日
發明者胡修泰 申請人:胡修泰