机动车前照灯检测仪校准器的光轴角测量方法*

张　帆 / 江苏省计量科学研究院



机动车前照灯检测仪校准器的光轴角测量方法*

张帆 / 江苏省计量科学研究院

摘要研制的检测装置实现了对机动车前照灯检测仪校准器光轴角的检测。该检测装置采用光电检测和计算机数据处理技术相结合的方法，完成数据自动采集，并进行光轴角的示值误差计算。该方法替代使用坐标板的机械测量方法，其测量不确定度满足JJG 967-2001的要求，极大地提高了检测仪的检测效率。

关键词机动车前照灯检测仪校准器；CCD；光电检测

0　引言

机动车前照灯的照明性能、配光性能对保障夜间的行驶安全十分重要。据统计，不良照明条件车辆的交通事故是良好灯光条件车辆交通事故的三倍多。为此，要求车灯具有特定的光型和照度分布。车灯照明分布应能最大限度地照明车辆前方的道路和障碍物，最小限度地照射迎面来车驾驶员的眼睛。

在国内，近几年随着机动车行业的快速发展，许多中高端机动车生产厂家十分重视机动车前照灯关键指标的检测。机动车前照灯检测仪用于机动车前照灯照明性能、配光性能的测试。检测仪的性能指标主要通过计量部门采用前照灯检测仪校准器进行标定和校准，而前照灯检测仪校准器的技术指标依据JJG 967-2001《机动车前照灯检测仪校准器》的要求和方法进行检测。

本项目采用光电非接触手段进行机动车前照灯检测仪校准器的发光强度和光轴角偏差的测量。利用计算机对位置点的处理，编制出功能较为完善的测量软件，同时还可以对测量数据进行数值分析，实现了高准确度、自动化测试。

1　测量系统的工作原理

根据测量对象与测量参数的具体情况，采用光电检测技术实现机动车前照灯检测仪校准器的测试。利用多维高精度电控位移台实现校准器自动调整和控制，通过图像处理的方法进行校准器的标定和检测，此外引入无线传输技术，以避免远距离布线。

根据JJG 967-2001，机动车前照灯检测仪校准器的检定主要分为三个步骤，其一是校准器零位的校正，其二是校准器光轴零位示值误差检定，其三是校准器发光强度检定。测量系统总体结构如图1所示。

图1　测量系统总体结构

2　测量步骤

2.1光轴角的零位示值误差

将被检校准器安置于四维电动位移台上并固定，调节校准器，使其水泡处在圆环中央位置，同时使校准器发光面的几何中心与照度计探测面的中心，以及光屏的十字分划中心等高。通过经纬仪调节校准器，使校准器两尖锥的顶点与照度计探测面的中心，以及光屏的十字分划中心在同一铅锤面上，并且保证被检校准器的水泡一直处于圆环中心位置。调节工业相机位置，尽量使工业相机光轴与发光面几何中心轴平行，并尽可能缩短与校准器的距离。

开启校准器，通过软件控制二维平移台，将照度计探头向左移动至某位置（相当于校准器光源右转2°），记录照度计数值68.8 lx，然后控制照度计向右侧移动，找到照度计示值与左侧相同位置时停下。根据几何关系与等比关系将距离换算成角度，得到水平方向光轴角的零位示值误差。垂直方向光轴角的零位示值误差与水平方向的调校方法相同。

由于测得的结果超过JJG 967-2001的要求，需要对其进行调整。将定位螺钉松开后调节光轴角分度线，调整到位后再进行测量。

调整前后光轴角零位示值误差的测量结果如表1所示。

表1　调整前后光轴角零位示值误差的测量结果

2.2光轴角偏差

本系统基于机器视觉进行校准器检定，图像采集器件工业相机的分辨力直接影响系统的检定准确度。考虑到投影屏的尺寸和位置，工业相机的成像镜头要满足视场角大于10°，以使投影屏上的光斑完全成像到CCD上。根据检定要求，系统光轴角偏差的测量不确定度应优于1.6′，即可推导出CCD分辨力P。

考虑到系统装调误差及图像处理过程产生的诸多误差，为保证检定准确度，这里选用500万分辨力的CCD工业相机,并设计了配套的光学系统，光学系统结构如图2所示。

图2　光学系统结构

依据检定规程的检定步骤及要求，本项目基于VC++软件开发平台，设计了一套完善的检定控制程序，创新性地将一种基于直方图自适应阈值分割的算法应用于光轴角检定，通过软件的方式有效提高了测量准确度。

保持校准器垂直方向的光轴角处在0°00′不变，光轴角水平方向的示值转到D2°00′（或U2°00′），调整水平转台转到U2°00′（或D2°00′），用CCD工业相机对位移前后的光斑进行采样。利用图像处理的方法求出光斑坐标在光轴角偏转前后的变化，即可利用式（1）计算水平方向光轴角偏差Δα0。

式中：l —— 物方截距；

DH—— 光斑中心像面位移；

f ′—— 光学系统焦距；

L —— 测试得到的被测校准器与光斑接收面距离

垂直方向光轴角偏差与水平方向的测量方法相同。

表2　光轴角偏差的测量结果

3　测量不确定度评定

本项目光轴角偏差的测量不确定度来源主要有两个方面：一是光斑中心像面位移DH在图像处理时引入的不确定度；二是被测校准器与光斑接收面的距离L引入的不确定度。

根据不确定度合成原理，合成标准不确定度计算公式为

灵敏系数c1、c2为

1）光斑中心像面位移引入的不确定度u（DH）主要由工业相机光轴与发光面几何中心轴的偏离,对光斑中心的数据处理等因素引入的误差,根据实验得到，光斑中心在测试屏上位移174.5 mm时，ΔDH= 10 μm，属于均匀分布，得到

2）校准器到光斑接收面的距离引入的不确定度u（L）

距离由激光测距仪直接测得，同时受到校准器的光源位置不确定等因素引入的误差，ΔL = 20 mm，属于均匀分布，得到

表3　不确定度分量汇总表

合成标准不确定度：

u(Δα) = 0.57′

扩展不确定度：

取k = 2，u(Δα) = 2×u(Δα) = 1.2′

4　结语

本方案采用CCD相机、多维电动位移台和计算机实时控制与数据处理技术等研制了机动车前照灯检测仪校准器的光轴角测量系统，并进行了相关试验。处理结果的扩展不确定度优于JJG 967-2001中对光轴角检测装置的要求。本项目在前人成果的基础上进行了突破与创新，提高了检定速度和准确度，且引入无线通信技术，美化系统整体结构的同时保证数据传输的准确性,具有较好的实用性。

参考文献

[1] 徐熙平，张宁．光电检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2] 北京市计量科学研究院． JJG 967-2001 机动车前照灯检测仪校准器检定规程[S].北京：中国计量出版社，2001．

[3] 杨春生，张涛．汽车前照灯仪校准器检定系统的CCD 检测系统研究[J]. 中国测试技术，2005 ( 10) : 37-39．

* 基金项目：江苏省质量技术监督局科技项目（KJ133813）

A measuring method of the optic angle of calibrators for headlamp tester of motor vehicle

Zhang Fan
（Jiangsu Institute of Metrology）

Abstract:A new developed device is adopted to measure the optic angle of calibrators for headlamp tester of motor vehicle. Instead of the mechanical measuring method by using the coordinate plate as the standard, the photoelectric detection combined with the computer data processing technology is employed in the new system to perform the automatic data acquisition and calculate the indicating errors of the optic angle. The measurement uncertainty meets the criteria of JJG 967-2001 with much higher efficiency than that with the coordinate plate.

Key words:calibrators for headlamp tester of motor vehicle; CCD; photoelectric detection