基于测量型光栅的汽车车型识别研究

何书兴 孙晓杰 潘立威

（上汽通用东岳汽车有限公司 山东省烟台市 264006）

1 前言

在汽车制造厂油漆车间机器人自动喷涂站前为了防止机器人站内发生车辆与机器人碰撞事故，机器人站前需要对车辆的车型信息进行Double Check（二次防错检测），即雪橇Tag 读取信息与传感器识别车型进行对比。如果雪橇Tag 信息与传感器识别车型相同，车辆允许进入机器人站内，车型信息传送给机器人；如果雪橇Tag信息与传感器识别车型不同，车辆不允许进入机器人站内，且车型检测系统报警。

目前常用的传感器识别车型方法是对射光栅检测法和视觉检测法。对射光栅检测法的优点是成本低，缺点是新车型调试时工作量大、精度低、出错率高。视觉检测法的优点是新车型调试时工作量小和精度高，缺点是成本高和对操作人员专业技能要求高。为了能在不增加成本的基础上减少调试工作量和提高检测精度，我们积极探索新技术，引进了测量型光栅，极大地降低了新车型调试时的工作量和出错率。

2 对射光栅检测法

对射光栅检测法是目前最常用的检测方法。对射光栅包含相互分离的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，对射光栅就产生可开关量信号[1]。

对射光栅检测方法使用至少6 组对射光栅，当被检测车辆行进至某个特定位置时，6 组对射光栅同时对车辆的6 个固定位置进行通断识别，并得到用6 组开关量数据，PLC 根据6 组开关量数据区分不同的车型。如图1和表1所示，对射光栅的位置是不变的，检测不同车型时对射光栅的通断状态不同，PLC 得到的6 组开关量数据也不相同。当PLC 得到的6 组开关量数据是“0，1，1，1，1，0”时，PLC 判别该车辆的车型为1#车型；当PLC 得到的6 组开关量数据是“0，1，1，0，1，0”时，PLC 判别该车辆的车型为2#车型。

为了使PLC 能准确区分出所有的车型，任意两种车型间就至少要有一组对射光栅的开关量数据不同。因此每次新车型上线调试时，都需要调整对射光栅的位置；且每次调整光栅位置后，需要将所有已有车型全部配置一遍，工作量大。

对射光栅识别精度低，区分车身尺寸相近的两种车型时难度大，误报警比较多。通过对比上图的1#车型和2#车型发现，两种车型仅在后车窗的右下角存在明显差异，对射光栅识别难度大。新增车型调试上线后平均误报警超过10 次，需要约20 小时跟踪和不断优化光栅位置才能消除误报警。

3 视觉检测法

图1：车型对比

图2：两种不同车型的左前轮区域内不同的孔洞

图3：测量型光栅

视觉检测系统主要由相机、工控机和图像处理软件组成。相机对车辆的固定位置进行拍照，图像处理软件对采集到的车辆图像进行图像处理，如图像灰度变化、图像二值化、图像边缘检测等手段，然后应用特征提取和选择方法提取各种车型的分类特征，最后将提取的分类特征用于车型识别[2]，并将车型信息传送给PLC。图2为一个相机对两种不同车型的左前轮区域拍的照片，将分类特征设置为红框区域内孔洞的数量和位置，就可以识别出这两种车型。

目前，用于图像处理的算法比较先进，视觉检测技术已比较完善，采购成套的视觉检测系统后，在调试阶段只需要按照供应商的设定流程进行设置即可，工作量大幅下降。视觉检测技术的精度一般在mm 数量级，精度高，出错率低。

但视觉检测技术成本比较高，一套成熟视觉检测系统的成本高达在7 万至10 万，比传统对射光栅检测法的成本高10 倍左右。而且视觉检测系统对操作人员专业技能要求比较高，只有经过供应商的专业培训后才能完成。

表1：开关量数据对比

表2：车身外轮廓数据对比

图4：车辆依次通过1#、2#和3#光栅

4 测量型光栅介绍

如图3所示，测量型光栅是一种特殊的光电传感器，主要用于检测和测量产品是否符合规定要求。与普通的对射光栅一样，包含相互分离且相对放置的发射器和受光器两部分，但其外形尺寸比较大，为长管状。测量型光栅发射器产生的检测光线并非普通对射光栅只有一束，而是沿长度方向定间距生成光线阵列，形成一个“光幕”，以一种扫描的方式，配合控制器及其软件，实现检测和测量物体外形尺寸的功能。

本文介绍的测量型光栅选是Sick 品牌的MLG1-1040P811 型号光栅[3]。该型号测量型光栅与PLC之间采用Profibus DP的通讯方式，测量总长度为1040mm，光束间距为10mm，发射器与接收器之间最大间距为5m。

5 测量型光栅在车型识别上的应用

在机器人站前车辆行进过程中的滚床上安装6 个接近开关，在滚床两侧安装MLG1-1040P811 测量型光栅。当载车雪橇在行进过程中依次感应接近开关时，测量型光栅依次测量车辆外轮廓的6 个高度值，并通过Profibus DP 网络将数据反馈给PLC。

如图4所示，车辆依次经过6 个接近开关后，PLC 得到6 组车身外轮廓高度数据。不同车型的6 组数据不相同，PLC 根据6 组测量数据区分不同的车型。如表2所示。

6 测量型光栅检测法优势分析

6.1 降低故障率

测量型光栅精度为10mm，PLC 采集6 组数据，可精确识别不同车型。即使车身尺寸相近的两种车型，其车型外轮廓高度差异也会大于10mm，因此可避免误报警，减少车型识别系统故障率。与对射光栅检测法相比，新车型调试时测量光栅检测法可减少车型识别故障时间约60 分钟。

6.2 减少调试工作量

新车型调试时不需要再调整光栅的位置，只需生产期间对新车型进行在线参数配置，无需更改已有车型的参数配置。与对射光栅检测法相比，新车型调试时测量光栅检测法可减少调试工作量10小时。

6.3 成本低

一套测量型光栅的成本约为1 万元，与传统对射光栅检测法的成本相同，远低于视觉检测法的成本。

7 总结

在全球汽车行业激烈警长的大环境下，降本增效是每个车企能够活下去的关键。测量型光栅用于车型识别具有调试速度快、识别率高和成本低的特点，能够提高汽车生产的柔性化，降低车企的固定资产投入，同时提高生产效率。上汽通用东岳汽车有限公司北厂油漆车间已将2 处机器人站前车型检测方法由对射光栅检测法改为测量型光栅检测法，现场运行状态稳定。