CN101178305A - 车轮定位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触型车轮定位测量装置，其结构简单且能够以高度的准确性测量前束角和外倾角。所述装置包括一对激光光源用于水平地发射一束激光到车轮的侧面，所述的一对光源设置为垂直地彼此间隔开，因而在其上形成两条垂直地彼此间隔开的照亮的轮廓线图案；图像捕捉装置设置在激光光源的外侧并与其共面以捕捉作为被测图像的轮廓线图案；图像处理器用于确定并记录被捕捉的两条照亮轮廓线图案的每一条的中线位置数据，所述的中线位置数据是通过比较所述的图像捕捉装置捕捉的包括轮廓线的图像，和每一个都包括轮廓线图案的多个预先记录图像，被选的包括轮廓线图案的记录图像与捕捉的图像相比具有一定程度或更高的相关性；以及用于通过计算所记录的中心线位置数据获得车轮定位的计算装置。

Description

车轮定位测量装置

发明背景

本发明涉及一种不接触车轮的车辆车轮定位测量装置。

车辆必须将车轮定位调整到适当的范围内以安全且稳定地驾驶和运行。通常，使用术语“前束角”和外倾角”指示车轮定位。前束角表示直接从上方看时，车轮相对于车辆前进方向向外或向内的倾角。如果车轮向内倾，此角度称为“前束角”。如果车轮向外倾，此角度称为“后束角”。外倾角表示当从前面或后面看时，车轮在接地点相对于垂直面向外地或向内的倾角。如果车轮向内倾，其被称为“负外倾角”。如果车轮向外倾，其被称为“正外倾角”。检查车辆的车轮定位是否被调整在适当的范围内通常通过测量上述的前束角和外倾角实行。

近年来，需要迅速准确地有效设定或调整车轮定位。因此，各种定位测量技术被提出以满足此要求。当前，主要使用非接触型系统以代替传统的接触型系统。在日本专利公开号为特开平7-81853(以下简称专利文件1)中描述的车轮定位装置即是使用这种非接触系统的第一类技术。如图10所示，装置10包括停置在滚轮轨13上的车辆11的轮胎12，非接触型传感终端14毗邻滚轮轨定位，为了在车轮的外部(在此情况下为轮胎的侧壁)形成并检测轮廓线La，Lb，Lc(激光线或照亮线图案)，通过在其上照射激光束，还包括用于产生视频图像的监视器15，以及使用图像测定车轮定位的计算机系统(未示)。为了测量前束角和外倾角，必需在车轮的侧面形成三条这样的轮廓线La，Lb，Lc。相应地，在非接触传感终端14中设置三个传感器组件16，每一个都给监视器提供以一个激光光源16a和视频传感器16b(为了方便，图10只示出了一个传感器组件16)。

图11和12表示车辆11的车轮12和非接触传感终端14的布置图，其安装了车轮定位装置10以测量前束角。图11是顶视图。图12是前视或后视图。如图11和12所示，激光光束17彼此平行的从传感器组件16的激光光源16a发射，形成扇形平面激光并且在车轮12(轮胎)的侧壁上形成轮廓线(未显示)，所述轮廓线被其下的图像接收器，也即，视频传感器16b所检测。

如上所述，当同时测量前束角和外倾角时，在专利文件1中公开的装置每个车轮至少需要三个激光光源和三个图像接收器。因此，这些光源和接收器的存在不但导致其中麻烦的调整而且增加了零部件的数量，因此相对的装置成本也会增加。

作为上述测量装置的改良版本，日本专利申请，公开号为特开平9-280843(以下简称专利文件2)提出了一种车轮定位测量装置，其包括能够向两个方向发出平面激光束的激光光源，用于在车轮(轮胎)侧面产生的三个照亮的轮廓线(照亮线图案)，其中一个方向是垂直方向，另一个相对于垂直的方向倾斜相交，以及设置三个CCD照相机也即图像接收器以检测轮胎侧壁上的轮廓线，并产生包括轮廓线的电子图像。公开号为2001-4344的日本专利(以下简称专利文件3)也提出了一种车轮定位测量装置，其包括两个激光光源，垂直地或水平地彼此相对隔开预定的距离，在其中间设置一个图像接收器，或者可选地，设置两个图像接收器，垂直地或水平地彼此相对隔开预定的距离，分别地对应于一个能够发射多条激光的激光光源，所述的光源设置在接收器之间。

上述传统的测量装置使用的方法使用这种照亮轮廓线测定车轮定位，其中图像接收器的视频镜头相对于激光平面垂直地扫过轮廓线(分度轮廓线)并且检测交点的峰值强度，而且视为最靠近到图像接收器(传感器组件)的点。图13举例说明了这种方法，其中车轮定位通过允许图像接收器在轮廓线(激光线)La上方扫描测定，以x-y坐标形式取样以扫描线分度轮廓线形成的多个点(交点)的强度，并使用安装在装置中的计算机系统测定位置坐标(Xp，Yp)表示在取样点中的最大强度(最大峰值点)Pa。以产生的位置数据(也指如“中心线位置数据”)为基础测量前束角和外倾角。

专利文件2和3中公开的测量装置通过减少整个装置的部件数量来简化结构，同样使操作容易且减少了制造成本。然而，因为平面激光被倾斜地发出，而不是水平地到达轮胎，在轮胎的侧壁上形成的多条轮廓线整体地由一个单一的图像接收器检测，所以视角狭窄，结果造成测量的准确性不够。

上述传统测量装置中使用轮廓线La的车轮定位的方法需要处理(补偿)，例如使用均值过滤器或类似的装置，这可能会延迟处理速度。进一步地，当在轮胎表面或边缘上出现一些突起(例如，所谓的突起(须状突起)，凹凸字母，或设计图案)时，其被无意识地检测到且因此易于引入测量误差，因为位置数据的测定使用的方法中的轮廓线包括这种可被划分的突起。图14表示当突起是挤压物(b)和没有突起(a)时，在最大峰值点Pa的位置数据的坐标。如图14(b)所示，当有一个突起时，最大峰值点Pa的位置坐标被表示为(Xa，Ya+Y1)，很大地不同于如图14(a)所示的没有突起时的坐标。

发明内容

本发明的目的是提供结构更简单，能够以高度准确性测量前束角和外倾角的车轮定位测量装置。

依照本发明的第一个方面，提供一种非接触型车轮定位测量装置，其包括：

一对激光光源用于水平地发射一束激光，以一个预定发散角扩张到车轮的侧面，所述的光源设置为垂直地彼此间隔开并且可以绕车轮的旋转轴旋转，因此从所述的一对或同一个激光光源发出的一对激光光束相对于车轮的旋转轴旋转90度到达车轮的侧面，因而在其上形成两条照亮轮廓线图案，所述的轮廓线垂直地彼此隔开在穿过旋转轴的垂直中轴的两边，或者彼此相对于垂直中轴水平地隔开；

与一对激光光源联动的图像捕捉装置设置在激光光源的外侧并处于通过激光光源的延长线位置上，在此位置图像捕捉装置可以映像形成在车轮表面的照亮轮廓线图案，同时所述的图像捕捉装置垂直或水平地彼此间隔；

图像处理器用于确定并记录被捕捉的两条照亮轮廓线图案的每一条的中线位置数据，所述的中线位置数据是通过比较所述的图像捕捉装置捕捉的包括照亮轮廓线的图像，和每一个都包括一条轮廓线图案的多个预先记录图像而选择的记录图象，被选的包括轮廓线图案的记录图像与捕捉的图像相比具有一定程度或更高的相关性；以及

用于通过计算所记录的中心线位置数据获得车轮定位的计算装置。

可选地，依照本发明的第二方面，提供一种非接触型车轮定位测量装置，其包括；

两对激光光源用于以一个预定的发散角水平地发出激光到车轮的侧面，所述的光源彼此水平地平行设置且彼此隔开一个预定距离，每对激光光源中的每个激光光源彼此垂直间隔以发射一对彼此垂直间隔开的激光光束，这样发射的两对激光光束相对于通过车轮转轴的垂直中轴线彼此水平地间隔开，分别照亮到车轮表面的上方和下方，在车轮的侧面上分别由此形成相应的四条关系为彼此水平的和垂直的间隔开的照亮照射的轮廓线图案；

两个图像捕捉装置，每一个都与两对激光光源中的每一个光源联合地移动并且设置在激光光源的外侧、通过激光光源的延长线上，在此位置的两个图像捕捉装置中的每一个都可以映像通过所联合的一对激光光源发射的所述四条照亮轮廓线图案；

图像处理器用于确定并记录每条被捕捉的轮廓线图案的中心线位置数据，中心线位置数据是通过将多个每一个都包括轮廓线图案的预记录图像与图像捕捉装置捕捉的包括轮廓线的图像比较而选择的记录图像的中心线位置数据，所选的记录图像包括的轮廓线图案与被捕捉图像中包括的轮廓线图案具有一定程度的或更高的相关性；以及

计算装置，利用所记录的中心线位置数据通过计算获取车轮定位。

本发明的第一个方面的车轮定位测量装置的基本结构只包括一对激光光源和一个图像捕捉装置例如一个激光光源和一个图像接收器，其整体上简单但是测量尺度不大。进一步，即使当这种结构的装置彼此对齐时，相对于所述的第二方面也提高了测量准确性，其操作或安装可容易地实行且装置成本很低。

虽然本发明的测量方法使用传统的光-区段方法(分度)，因激光水平地照射到车轮并且图像捕捉装置设置在激光光源的外侧与其共面，图像捕捉装置的视角可能变窄。因此，这种结构可能准确地读取在车轮表面上形成的上下左右的轮廓线并且有利于确定车轮的位置数据。

为了确定被测车轮的位置数据(位置坐标)，本发明使用的方法中，位置坐标决定于通过比较一个被定义在预定区域并包括由激光光束照射到被测车轮上产生的轮廓线的图像(被测图像)，和多个记录图像中的每一个由与相同形状或型号的被测车轮相应的区域定义且包括一个预记录的车轮廓线的图像，从注册图像中查询一个与被测图像的轮廓线具有一定程度或更高的相关性(类似性)的包括车轮轮廓线的图像，所查询出的图像的位置坐标的定义和被测图像的位置坐标一样。因此，所述的方法受测量准确性的影响小，甚至在有导致传统方法的测量准确性恶化的突起存在时，因而其更加准确地提供了被测车轮的中心线数据。因为在此定位数据的基础上，前束角和外倾角计算的结果更加准确。

在本发明中，车轮定位的测定是基于被测图像中的轮廓线和记录图像中的轮廓线之间的相关性(相同或对比的程度)，不像传统的方法中，最大峰值点通过极精细地分度轮廓线获得。因此，本发明的装置处理速度较快，不但可以以高度的准确性测量在停止时的车轮定位，而且可以以高度的准确性测量在高速旋转状态下的车轮定位。

附图说明

图1是说明本发明车轮定位测量装置实施例的方块图；

图2表示测量外倾角的激光光源和图像捕捉装置相对于车轮放置的简图；

图3表示测量前束角的激光光源和图像捕捉装置相对于车轮放置的简图，其中图2所示的激光光源和图像捕捉装置绕车轮转轴旋转90度。

图4表示被图像捕捉装置捕捉的包括了车轮上形成的轮廓线的被测图像的简图；

图5是对应于图4中显示的被测图像区域的记录图像区域的扩大视图，且简要地说明了包括一条轮廓线的记录图像，所述的轮廓线与被选测量图像的轮廓线具有一定程度或更高的相关性；

图6表示图2和3所示的装置和车轮的位置，使用所述的装置计算车轮的外倾角和前束角；

图7是一个实施例的简图，其中设置了一对激光光源和一个图像捕捉装置，对齐于车轮表面垂直中轴的两侧；

图8表示图7所示装置和车轮在使用所述装置计算其外倾角时的位置；

图9表示图7所示装置和车轮在使用所述装置计算其前束角时的位置；

图10是传统的非接触型车轮定位测量装置的简图；

图11表示车辆停留在图10所示的装置上时车轮和非接触型传感终端的位置的顶视图；

图12表示车辆停留在图10所示的装置上时车轮和非接触型传感终端的位置的前或后视图；

图13表示传统的车轮定位装置使用轮廓线测定车轮定位的简图；

图14表示图13所示最大峰值点的位置坐标的放大视图，并且表示的情况为，(a)表示轮胎表面上有一个突起，而(b)表示没有这样的突起。

具体实施例

本发明的车轮定位测量装置(以下简称测量装置)将参照附图加以描述。

图1表示测量装置的一个实施例的方块图。如图1所示，测量装置1包括一对激光光源4用于发射激光光束到车轮外侧以在其上形成照亮轮廓线，还包括图像捕捉装置6用于获取轮廓线以作为测量图像，还包括图像处理装置7用于从所选图像中测定并记录通过比较捕捉图像的轮廓线和记录图像的多条轮廓线获取的每条轮廓线的中心线位置数据，以从中选取与捕捉到的图像具有一定或更高相关性的图象，还包括计算装置8用于在记录的位置数据的基础上计算获取车轮定位状态，以及输出装置9例如用于显示图像的监视器。

图2和3每个简要地表示了激光光源4a，4b和图像捕捉装置6在测量车轮2的前束角和外倾角时相对于车轮2的位置。图3表示的实施例中，图2所示的激光光源4和图像捕捉装置6被相对于车轮旋转轴C-C旋转90度。

如图2所示的，当测量外倾角时，设置两个激光光源4a，4b，垂直地彼此隔开，以便从其发出的一对激光光束5a，5b照亮显示在需要测量的车轮外侧。根据车轮2的类型(大小和侧壁3a的形状)调整两个激光光源之间的距离。设置激光光源4a，4b以使一对激光束5a，5b相对于车轮表面上的穿过车轮转轴C-C(图2中显示在左侧)的垂直中轴线A-A照亮照射在其右侧或左侧。但是，激光光源优选设置为从其发出一对激光光束彼此垂直间隔照亮照射在车轮表面并跨过穿过了车轮转轴C-C和垂直中轴线A-A的水平中轴线B-B，目的是获取更加准确的数据。与此相关，图3所示的激光光源4a，4b优选设置为一对激光光束5c，5d照亮照射在相对于车轮表面垂直中轴线A-A的车轮表面的右侧或左侧。

激光光源4可以是传统的能够以一定的发散角α发出扇面激光的激光光源。在本发明中，优选使用具有柱体透镜的半导体激光器，其结构简单且没有移动部件。发散角α可根据激光照射到的车轮部件(例如，轮胎部件3或轮辋)调整。在本发明中，发散角优选调整为激光照射在轮胎的侧壁3a上。

当使用由激光光源发出的一对激光光束5a，5b测量外倾角时，形成侧部轮廓线La，Lb，垂直地彼此分开在水平中轴线B-B的上面和下面，如图2所示。当测量前束角时，形成垂直的轮廓线Lc，Ld，水平地彼此隔开在垂直的中轴线A-A的左边和右边。

图像捕捉装置6设置的位置使之能够映像上方和下方或右侧或左侧的车轮表面上形成的轮廓线La和Lb或Lc和Ld，并且同时能够映像穿过两个激光光源4a，4b及其外侧的延长线。简而言之，图像捕捉装置6与两个激光光源4a，4b及其外侧设置在同一个平面上。其结果是，所述图像捕捉装置5的视角可能相对地变窄，而且因此可以准确地映像车轮表面上形成的轮廓线。

图像捕捉装置6被设置为可以随着一时激光光源绕车轮转轴的转动而移动。因此，当一对激光光源绕车轮转轴C-C转动90度时，图像捕捉装置也会转动以易于操作。图像捕捉装置可以与激光光源对一体形成。可选地，图像捕捉装置可以与一对激光光源容纳在同一个壳体中。图像捕捉装置可以为传统的用于此领域的图像接收器。在本发明中，优选使用CCD照像机。

例如，被图像捕捉装置6捕捉的轮廓线La被识别为一个如图4所示的弧形照亮照明图案(激光线)。在本发明中，定义在预定区域S内包括了弧形图案La(要测量的图像)的图像被与多个记录图像相比较，每个所述的记录图像都包括预前记录的轮廓线图案，以选择一个包括轮廓线图案的记录图像，具有与测量图像的图案一定程度或更高的相关性或类似之处，由此测定车轮的位置数据。图像区域S的确定依赖于车轮的型号(大小，轮胎形状)或被测车轮的部分(轮胎侧壁或包括胎边的部分)，图像区域的设定与记录图像的设定相同。记录图像区域的大小(面积)是可选的，但可以更宽以增加测量准确性。

图像处理器7以下面的方式确定车轮的位置。

在图像处理器7中包括轮廓线图案的记录图像是多个记录图像的集合，其中每一个记录图像都被定义在一个预定区域内，所述记录图像包括一个由激光照射到要测量的车轮相同部分而产生的轮廓线图案，上述的车轮与被测车轮型号也相同，处于同样的状态下。被测图像包括如上所述而产生的被测车轮的轮廓线图案，在测量期间使用图像处理器7一直与所述的多个记录图像的集合相比较，以在多个记录图像中选择一个包括轮廓线图案的记录图像，此记录图像的轮廓线图案与被测图像中包括的轮廓线具有一定程度的或更高的相关性或相似性。相关的程度为80％或更高，优选90％或更高。应选择具有高相关度的包括轮廓线图案的图像。

图5是记录图像区域的扩大视图，相应的被测图像区域S如图4所示，简要地说明了两个图像被比较以选择一个包括的轮廓线图案与被测图像中包括的轮廓线具有一定程度的或更高的相关性或相似性的记录图像。例如，如图5(b)所示，甚至被测轮胎的侧壁上有须状突起的情形，选择一个包括轮廓线图案的记录图像，其总体的形状与被测图像轮廓线图案具有一定程度的相关性。结果是，选择一个通过位置坐标(Xa，Ya+Y2)表示的记录图像，其位置坐标几乎与如图5(a)所示的没有突起g的情况下的记录图像的最大峰值点Pa的坐标(Xa，Ya)相同。也就是说，即使轮廓线图案在突起处变形，由此引起的影响也非常的轻微(可以忽略)因为选择的轮廓线图案与被测图像的轮廓线图案具有一定程度的或更高的相关性。与传统方法使用位置坐标(Xa，Ya+Y1)测定轮胎定位相比，这种方法可以消减测量误差。同时，这种处理被每一个图像实行因此能进一步方便处理。接下来，被测车轮的中线位置坐标(相对于图像捕捉装置的最近点)，也即根据轮廓线图案从所选记录图像中确定的最大峰值点被记录(存储)到图像处理装置中。

图像处理装置7其中包括所谓的照相机控制器，与微机系统结合为一体以能够执行上述的一系列处理，也即，捕捉被测图像和预记录图像(包括其记录)，比较被测图像和记录图像，查询记录图像，确定被测车轮定位，以及记录(存储)测定的位置数据。

计算装置8基于所记录的中心线位置通过计算确定车轮的外倾角和前束角。外倾角和前束角使用以下的公式计算。图6表示测量装置和车轮的布置，据此计算外倾角(C)和前束角(T)。

外倾角(C)＝arctan{(Z3-Z1)/H}

前束角(T)＝arctan{(Z4-Z2)/L}

计算装置8可能是一个通用的微机系统。外倾角和前束角的计算可以使用已知的软件实行。

本发明的车轮定位测量装置可以是这样的结构，其中两个这种装置彼此平行的设置以使车轮定位被测量得更准确。

图7简要地表示出了一个实施例，其中两对激光光源，每一个联合一个图像捕捉装置，所述的两对激光光源彼此平行相对于垂直中轴线设置在车轮的左侧和右侧。如图7所示，平行的两对激光光源4a，4b和4c，4d以预定的发散角发射出平面激光光束5a，5b和5c，5d，相对于车轮2的垂直中轴线A-A平行地照射到车轮2左侧和右侧(轮胎3的侧壁3a)，相应地形成四条轮廓线图案La，Lb和Lc，Ld。此实施例可以实施为平行的设置两对激光光源、每个光源都具有一个图像捕捉装置，并且由此每个车轮2具有四个测量点。因此，通过所述的装置实施可以用相对简单的结构获得更精确和更正确的测量。

在图4所示的实施例中，外倾角和前束角可使用以下公式计算。图8和9显示了由此计算外倾角(C)和前束角(T)的测量装置和车轮的位置。

C1＝arctan{(Z3-Z1)/H}

C2＝arctan{(Z4-Z2)/H}

外倾角(C)＝(C1+C2)/2

T1＝arctan{(Z2-Z1)/(L-(X1+X2))}

T2＝arctan{(Z4-Z3)/(L-(X3+X4))}

前束角(T)＝(T1+T2)/2

Claims (8)

1.一种非接触型车轮定位测量装置，其包括：

一对激光光源用于水平地以一个预定发射角发射一束激光到车轮的侧面，所述的一对光源设置为垂直地彼此间隔开并且可以绕车轮的旋转轴旋转，因此从所述的一对或同一个激光光源发出的一对激光光束当围绕车轮的旋转轴旋转90度时到达车轮的侧面，因而在其上形成两条照亮的轮廓线图案，所述的轮廓线垂直地彼此隔开位于穿过旋转轴的垂直中轴的两侧，或者彼此相对于垂直中轴水平地隔开；

图像捕捉装置与一对激光光源联动，并且设置在激光光源的外侧处于通过激光光源的延长线位置上，在此位置图像捕捉装置可以映像形成在车轮表面的两条照亮的轮廓线图案，同时它们垂直或水平地彼此间隔开；

图像处理器用于确定并记录被捕捉的两条轮廓线图案的每一条的中线位置数据，所述的中线位置数据是通过将包括图像捕捉装置捕捉的轮廓线图像与多个包括轮廓线图案的预先记录图像进行比较而选择的记录图像数据，被选的包括轮廓线图案的记录图像与捕捉的图像相比具有一定程度或更高的相关性；以及

计算装置，利用所记录的中心线位置数据通过计算获得车轮定位。

2.一种非接触型车轮定位测量装置，其包括：

两对激光光源用于以一个预定的发射角水平地发出激光到车轮的侧面，所述的光源彼此水平地平行设置且彼此隔开一个预定距离，每对激光光源中的每个激光光源彼此垂直间隔以发射一对彼此垂直间隔开的激光光束，这样的两对激光光束被照射，相对于通过车轮转轴的垂直中轴线彼此水平地间隔开，分别到达车轮表面的上方和下方，由此在车轮的侧面上形成相应的四条彼此水平和垂直地间隔开的照亮的轮廓线图案；

两个图像捕捉装置，每一个都与两对激光光源中的每一个联合地移动，并且设置在激光光源的外侧，位于通过激光光源的延长线上，在此位置的两个图像捕捉装置中的每一个都可以映像相关的一对激光光源发射的所述四条照亮轮廓线图案；

图像处理器用于确定并记录每条被捕捉的轮廓线图案的中心线位置数据，中心线位置数据是通过将包括图像捕捉装置捕捉的轮廓线的图像与多个各包括轮廓线图案的预先记录图像进行比较而选择的记录图像的数据，所选包括轮廓线图案的记录图像与被捕捉图像中的图像具有一定程度的或更高的相关性；以及

计算装置，利用所记录的中心线位置数据通过计算获取车轮定位。

3.如权利要求1或2所述的车轮定位测量装置，其中，所述照亮的轮廓线图案被形成在车轮的轮胎侧壁上。

4.如权利要求1所述的车轮定位测量装置，其中，所述的车轮的外倾角基于从包括两条垂直分开的照亮轮廓线图案的被捕捉图像获取的中心线位置数据计算。

5.如权利要求1所述的车轮定位测量装置，其中，所述车轮的前束角基于从包括两条水平分开的照亮轮廓线图案的被捕捉图像获取的中心线位置数据计算。

6.如权利要求2所述的车轮定位测量装置，其中，所述车轮的外倾角分别基于从包括两条在垂直轴左侧垂直分开的照亮轮廓线图案和两条在垂直轴右侧垂直分开的照亮轮廓线图案的被捕捉图像获取的中心线位置数据计算。

7.如权利要求2所述的车轮定位测量装置，其中，所述车轮的外倾角分别基于从包括的两条在垂直轴上侧面水平分开的照亮轮廓线图案和两条在垂直轴下侧面水平分开的照亮轮廓线图案的被捕捉图像获取的中心线位置数据计算。

8.如权利要求1或2所述的车轮定位测量装置，其进一步包括输出装置。

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