CN100347518C - 用于测定汽车的轮几何学和/或轴线几何学的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在一个测量范围内利用一种光学测量机构来测定汽车的车轮几何学和/或轴线几何学的装置，该装置配有：至少一个摄像机构(10)，用于探测一个标记机构，该标记机构包括至少一个车体标记(28)和一个参考标记系统(24)；一个分析机构，其中在该分析机构上测量范围内的参考标记(22)的位置是已知的，标记机构的探测是在汽车行驶过程中进行的。摄像机构(10)同一个要被测量的车轮(14)在其轮辋(18)上旋转铰接地相连，并跟随车轮(14)的旋转运动，其中摄像机构(10)的光轴一直基本上是垂直定向的，旋转铰链的旋转轴线(12)在所有车轮位置上都基本上是平行于公路平面(16)定向的。所述参考标记系统(24)基本上安置在摄像机构(10)的视野中的公路平面(16)中。至少一个车体标记(28)总是布置在摄像机构(10)的视野中，并跟随汽车的运动。车轮(14)的旋转轴线的位置和/或旋转平面是可以参照一个要被求出的车轮标记的位置加以测定的。

Description

用于测定汽车的轮几何学和/或轴线几何学的装置
本发明涉及一种用于在一个测量范围内利用一种光学测量机构测定汽车的轮几何学和/或轴线几何学的装置，它配有：至少一个摄像机构，用来探测一个标记机构，该标记机构包括至少一个车体标记和一个参考标记系统；一个分析机构，其中在分析机构上测量范围内的参考标记的位置是已知的，标记机构的探测是在汽车的行驶过程中进行的。
背景技术
DE 197 57 760 A1中公开了这样一种装置，它需用两个摄像机构，以便从两种不同的透视中来探测所述标记机构。为此目的，将这两个摄像机构安置在一侧，离驶过的汽车保持一定距离。在摄像机构和汽车之间安置一个辅助的标记机构，它为了进行分析而用作参考标记系统，用于测定轮平面。从轮平面相对于汽车运动坐标的位置可以至少测定轮几何学和/或轴线几何学。
DE 199 34 864 A1也提出一种用于测定汽车的轮几何学和/或轴线几何学的装置，该装置也具有一个由两个摄像机构组成的系统。其中还在一个平面中配备了辅助的参考标记，该参考标记用于测定测量范围内的垂直方向。车轮旋转轴线的位置就是参照该垂直方向和行驶轴线的方向加以测定的，而行驶轴线的方向则是从车体标记的运动踪迹中求得的。
这种测定装置对于每个车轮总是需要两个摄像机构，这两个摄像机构必须很费事地调节到一个共同的测量范围上。此外，由于离要被摄像的标记所需的距离之故，在汽车一侧的位置需求是很大的。
本发明的任务是改进前述类型的用于测定汽车的轮几何学和/或轴线几何学的装置，使得在简单的测量结构时降低测量系统用的总的位置需求。此外，还应能够使轮几何学和/或轴线几何学实现全测量。
本发明的优点
根据本发明该任务是通过采取以下措施加以解决的：摄像机构与一个要被测量的车轮在车轮的轮辋上旋转铰接地相连，并跟随车轮的旋转运动，其中摄像机构的光轴总是基本上垂直于公路平面定向的，旋转铰链的旋转轴线在所有的车轮位置上基本上都是平行于公路平面定向的。因此，每一个要被测量的车轮只需要一个摄像机构。
参考标记系统按特别简单的方式被基本上安置在摄像机构的视野内的公路平面中，所以取消一个辅助的大致垂直于公路平面的参考标记系统。其中所述至少一个车体标记总是布置在摄像机构的视野中，并跟随汽车的运动。车体标记使分析机构得知汽车行驶轴线相对于标记机构的位置。因此，车轮的旋转轴线的位置和/或车轮的旋转面可以参照一个待求得的车轮标记的位置以简单方式加以测定。
利用根据本发明提出的测定装置，用于一种测量的位置需求可以在待检测的车轮旁边的一个窄的区域上减小到一个相应于驶过的长度，也就是减小到大约1/2的车轮圆周。一种全测量是可能的。因此，本装置可用在任何对于轴线测量足够平的测量位置上，同时所有的部件都是很容易被送输的。也可配合升降平台加以使用。
在求得轮辋冲击之后，所探寻的角、例如作为第一级的量值变化的踪迹和前车轮倾角可由摄像机探测到。在这种情况下就不需要用于涵盖行车路面的宽角物镜了。
因此，在已知轮辋冲击的情况下，摄像机构在调节工作方面可直接用作为测角器。其中不再需要所述在测量空间点时所需的高精确度。
根据本发明的构思，车轮标记可以通过在车轮上的一个点加以识别，这个点可以参照下述因素求得：物镜的焦距和校正过的失真等摄像机构的这类光学性质；参考标记系统的参考标记中的至少三个的位置；以及摄像机构对于旋转铰链的旋转轴线的相对位置。对于车轮点的识别不需要附加的标记。
这样，可以简单地通过对于车轮标记的旋转踪迹的探测来求得车轮的旋转面，其中就消除了汽车的平移运动，这种平移运动可通过所述至少一个车体标记的运动踪迹求得。
为了保证能实现参考标记系统的特别简单的操作，该参考标记系统可以有一个支承单元，它的布置可以自由地设定在测量范围内，在其上设定了具有参考结构形式的或者具有专门布置的参考标记形式的参考标记。这样，参考标记系统就可铺设到公路表面上，使得汽车可以从参考标记系统旁边驶过或者局部地从其上方驶过。
根据一个特别有利的实施形式，所述参考标记系统和/或所述至少一个车体标记是作为可光学探测的标记加以设计的，其中摄像用的摄像机构设计为摄像机。尤其是当可光学探测的标记是通过发光二极管、灯、光导纤维光输出孔等光源所构成时，即可保证通过所述光学测量机构达到可靠识别。
其中光源的至少一部分可以与摄像机构的摄像机快门同步地发光。这样就可在不同时间更好地区别各个标记。
对此可以同样有帮助的是，参考标记系统和/或所述少一个车体标记承载一种可由摄像机构探测的编码。该编码可以通过依时间顺序发光的图样的表示而成形。可作为其它区别标记的还有：所述编码依时间顺序通过不同颜色的光源而成形。为此规定：所述摄像机构设计为彩色摄像机。
根据另一种优选的实施形式，可将车体标记删去。为此，在汽车上安置了与所述摄像机构无关地工作的另一个摄像机构，该摄像机构用于探测参考标记系统，该参考标记系统可基本上安置在公路平面中，或者可平行于公路平面安置在汽车的上方。
附图说明
附图中示出一个实施例，将在下面的说明中加以解释。
具体实施方式
附图示出一个数字的CCD-摄像机10，该摄像机在一个旋转轴颈12上如此被固定在一个车轮14上，使得它由于重力之故基本上垂直向下对着平的公路表面16俯视着。
其中旋转轴颈位置对水平线的偏差可以有±10°以下的值。相应的情况也适用于摄像机相对于通过垂直线而在试验台上所确定的理想定向的位置。
旋转轴颈12如此可拆卸地固定在车轮14的轮辋18上，使得它的位置在测量过程中不会改变，而且尽管如此仍保证摄像机的自由偏转。旋转轴颈12利用一种螺钉连接/夹子连接方式安置轮辋18上。但为此也可以采用其它可拆卸的固定方式。
为了能够尽可能良好地求得摄像机10和旋转轴颈12相对于车轮14的待测定的旋转轴线的位置，故将旋转轴颈12大致固定在轮辋18的轮辋边缘20的高度上。这个固定位置总是能实现摄像机10对地面不受车轮14遮蔽的视界。
摄像机10的光学轴和旋转轴颈12大致形成一个直角，但这个直角在结构上不必很准确地加以保持。不过，这个角对任一种摄像机/轴颈组合必须一次性地准确求得，这一点可在制造过程中实现。在这种情况下有利的是：摄像机10的光学轴和旋转轴颈12之间的角大于90°，从而使摄像机在地面上的视野处在车轮外部旁外。
摄像机从地面上的参考标记22中视定一个对利用电缆连接(图中未示出)的分析机构为已知的图样，这些参考标记形成一种参考标记系统24，以确立一个参考系统。参考标记22的位置对于分析机构来说通过预先的校准而成为已知的。参考标记系统24具有一个例如用一种塑料制成的支承单元，该支承单元可以自由地布置在测量范围内。但重要的一点是：参考标记系统24在测量过程中不可推移地放置在公路表面16上，而它本身也是设计得抗扭的。
参考标记系统24可以作为一种平面的装置加以设计，由若干个作为参考标记22的发光二极管(LEDs)构成。这些发光二极管可以与摄像机快门同步地发光。也可以在参考标记系统24或者甚至也在车体标记机构28上使用合适敷设的光导纤维的光输出口，在其中光是耦合的。
参考标记系统24的大小在宽度上、即垂直于汽车的行驶方向上取决于也是由摄像机物镜的焦距所决定的摄像机的视野以及摄像机10离公路表面16的最大可能距离。应注意的一点是：参考标记系统24遮蔽着公路表面16上的这样一个面，这个面在车轮14受到转向冲击时可以由摄像机10观测到。参考标记系统24的长度应如此算定：使得车轮在笔直行驶中可以在参考标记22旁边进行大约1/2的车轮回转。在这种情况下，较大的长度和/或标记密度有助于测量精度的提高。
发光二极管或者说参考标记22在最好是平的面上如此加以标记：使得它们可以明确地由分析机构加以编译。其中参考标记22可以彼此相对地布置在参考标记系统24的平面上。在采用发光二极管的情况下，例如可按一定的时间使某些图样作为图案发光。这样例如就可通过所述图样的时间顺序实现一种识别。也可以考虑经过彩色发光二极管的一种编码，只要摄像机10是作为彩色摄像机加以设计的话。
摄像机10总是只能看到参考标记22中的一部分，即正好处于摄像机10的视野中的那一部分。由于参考标记系统24明显大于摄像机10的视野，所以摄像机10的准确位置可以在一个比仅在视野上的更大范围内加以探测。
除了在旋转轴颈12上的摄像机10和处于公路表面16上方的参考标记系统24之外，至少配置另一标记或发光二极管，该标记或发光二极管与汽车车体26相连，并称之为车体标记28。车体标记28通过一个杆形连接件30利用一个吸盘32或者利用磁力而可拆卸地固定在汽车的车体26上。
一旦汽车沿着参考标记系统24移动，车体标记28便紧密地在参考标记系统24上移动，并在该处被摄像机10看到。车体标记28的任务是使分析机构识别出汽车的行驶轴线相对于参考标记系统24的位置。
识别出行驶轴线的位置就能求得被测验的车轮14的轮距角。对车轮外倾角的另一个参考可以从相对于参考标记系统24的已知的垂直线位置获得。
摄像机10依时间顺序摄取一系列图像。从每个图像中，利用已知的摄像机性质-例如包括物镜的焦距和校准的失真、并利用在参考标记系统24上至少三个参考标记22或发光二极管的同样是已知的位置，便可准确计算出摄像机10的视轴上某一定点的位置，以及准确地计算出视轴相对于参考标记系统24的位置。
利用在摄像机10和旋转轴颈12之间已知的角，便可由此计算出车轮上的一个(图中未示出的)点，即所谓的车轮点。这个点与实际旋转状态中车轮的位置无关。该车轮点也是相对于参考标记系统24加以定义的。
在车轮14从旁驶过时，可根据参考标记系统24获得一个圆滚线作为车轮点的踪迹。与此同时，也可探测到车体标记28的线性踪迹。如果将这种线性运动的矢量从每个图像中的圆滚线中除去，则从圆滚线变成一个圆，这个圆根据行驶路程或多或少是封闭的。
对于分析处理，只要那些圆点所在的平面可按照对轴线测量来说是充分的精确度加以测定的话，就足够了。识别出车轮点的旋转平面相对于参考标记系统24的位置，现在就可返算到摄像机10在相关试验装置中在旋转轴颈12上的位置。这个过程相当于在传统的轴测量系统中对轮辋冲击的求算。
在车轮从旁驶过结束之后，便可利用摄像机10直接探测出由于检修或转向回转造成的角度变化。最后，便可按已知方法求得汽车系统中导向轴的位置(由行驶轴线和垂直线来加以定义)，这就是已知的“全测量”概念。
根据本发明的另一种(图中未示的)实施形式，可以删去车体标记28。为此，在汽车上设置了另一个与摄像机构10无关的可独立工作的摄像机构，用以探测参考标记系统24。在车轮14从旁驶过时，也可参照参考标记系统24测定行驶轴线的位置。
可选择的是，参考标记系统24可安置在摄像机构10的视野中，或者如果规定的话，也可安置在另一个摄像机构的视野中，按特别有利的方式平行于公路平面安置在汽车上方，例如安置在一个工场的屋顶上。摄像机构10还有另一个摄像机构在上述情况下可如此加以安装，使得它们基本上垂直地向上指向。

Claims (12)

1.用于在一个测量范围内利用一种光学测量机构来测定汽车的车轮几何学和/或轴线几何学的装置，该装置配有：至少一个摄像机构(10)，用于探测一个标记机构，该标记机构包括至少一个具有参考标记(22)的参考标记系统(24)；一个分析机构，借助于该分析机构，车轮(14)的旋转轴线的位置和/或旋转平面是可以参照一个要被求出的车轮标记的位置加以测定的，其中在该分析机构上测量范围内的参考标记(22)的位置是已知的，标记机构的探测是在汽车行驶过程中进行的，其中，摄像机构(10)同一个要被测量的车轮(14)在其轮辋(18)上旋转铰接地相连，并跟随车轮(14)的旋转运动，其中摄像机构(10)的光轴一直基本上是竖直定向的，旋转铰链的旋转轴线(12)在所有车轮位置上都基本上是平行于公路平面(16)定向的，其特征在于，
所述参考标记系统(24)基本上在摄像机构(10)的视野中安置在公路平面(16)中，并且所述标记机构包括一个车体标记(28)，
该车体标记(28)总是布置在摄像机构(10)的视野中，并跟随汽车的运动。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，车轮标记以车轮(14)上的一个点加以认定，这个点可参照以下各项求得：摄像机构(10)的光学性质；参考标记系统(24)的参考标记(22)中至少三个的位置；摄像机构(10)相对于旋转铰链的旋转轴线(12)的位置。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，对车轮(14)的旋转面的测定是通过对车轮标记的旋转径迹的探测予以实现的，其中汽车的平移运动被消除了，该平移运动可通过所述至少一个车体标记(28)的运动径迹求得。
4.按权利要求1所述的装置，其特征在于，参考标记系统(24)具有一个支承单元，该支承单元可自由设计地布置在测量范围内，在该支承单元上配置了具有参考结构形式的参考标记或特定设置的参考标记。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于，参考标记系统(24)和/或所述至少一个车体标记(28)是作为可光学探测的标记构成的，而摄像机构(10)是一个摄像机。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可光学探测的标记是由光源形成的。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光源中的至少一部分是与摄像机构(10)的摄像机快门同步发光的。
8.按权利要求1所述的装置，其特征在于，参考标记系统(24)和/或所述至少一个车体标记(28)承载着一种可由摄像机构(10)探测的编码。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述编码是通过依时间顺序发光的图样的显示而形成的。
10.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述编码是通过不同色光源依时间顺序的发光而形成的，摄像机构(10)是一个彩色摄像机。
11.按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光学性质是物镜的焦距和已校准的失真。
12.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光源是发光二极管、灯、光导纤维光输出口。
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