CN110709670B - 用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于借助包括多个3D扫描仪的设备来测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的方法，所述设备在功能上连接到计算机并且设置在其车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角待测量的车辆的周围；3D扫描仪中的每一个都具有视场，视场的合并限定了设备的视场；该方法特征在于，该方法包括：总测量步骤，其中，车辆的所有车轮至少部分在设备的视场中是可见的；以及部分测量步骤，其中，车辆的至少一个车轮在设备的视场中是不可见的。

Description

用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的方 法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于车轮定位的方法和设备，即，该方法和设备适于测量和支持车辆的车轮、转向系统和底盘的几何形状的调整。

更具体地，本发明涉及一种用于非接触式车轮定位的方法和设备，即，该方法和设备适于借助三维光学读取器（以下称为3D扫描仪）、用于测量在其视场中可见的物体的三维几何形状的装置来进行测量，而在装置和物体之间没有物理接触，在这种情况下，物体是车辆的车轮或底盘的部分。

还更具体地，本发明涉及一种用于完全非接触式车轮定位的方法和设备，即，具有扫描仪，扫描仪构造成使得如果设备的视场定义为扫描仪的视场的合并，则存在于其中的车辆的所有车轮在设备的视场中至少部分可见的车辆位置，使得所有车轮可同时测量，或者，以等同的术语，可以执行车辆的完全测量。

背景技术

例如在国际专利申请WO2013/041252中描述了一种例如用于全非接触式车轮定位的设备。

US2009/216484公开了一种用于对待测量的车辆相对于测量装置进行相对定位的方法，其中，待测量的车辆由测量装置检测，并且确定待测量的车辆相对于测量装置的位置。然后产生返回消息信号，该信号指示待测量车辆是否位于适于进行测量的位置中。

由于对准过程可以包括其中车辆相对于其支撑件移动的步骤，因此可能需要在不同的位置对其进行测量。

在现有技术的全非接触式车轮定位设备中，所有这些测量位置都是总测量位置，并且因此存在如何针对所有位置将车轮至少部分地保持在设备的视场内的问题。

这能够以各种方式解决，然而，其中的每一种都带来了客观问题：

通过采用其它的广角透镜系统来增加扫描仪的视场，由于轮子的视角的增加和透镜系统的像差，这带来了恶化测量精度的客观问题；

通过增加扫描仪和车辆之间的距离来增加扫描仪的视场，这带来了增加扫描仪的摄像机的复杂性和成本以便允许以分辨率观察远侧的车轮的客观问题，并且增加了设备的横向空间占用，具有与建筑物的部分或其它机器干涉的可能性，降低了设备的适用性；

向设备添加其它扫描仪，这带来增加设备成本和扫描仪的校准装置的复杂性的客观问题，即，需要将各个扫描仪的测量放置在公共参考系统中的装置的复杂性，每个测量是在扫描仪本身的自身参考系统中执行的；

在车辆移动的步骤期间相对于车辆的支承件移动扫描仪以便跟随车辆，这带来了由于需要引导系统和自动化系统而增加机械系统的成本和复杂性的客观问题，由于移动的部件而产生安全性问题，并且由于在移动期间需要工作而增加了扫描仪的校准装置的成本和复杂性，在移动期间各扫描仪的相互位置不能被假定为是不变的。

事实上，由于在移动期间，车辆阻碍了在车辆的一侧上的扫描仪观察到在另一侧上的其它扫描仪，因此不可能采用在车辆不存在期间利用扫描仪本身的简化校准装置，而是需要添加额外的摄像机，这些摄像机定位成即使在车辆存在的情况下也能操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于全非接触式车轮定位的方法和设备，所述方法和设备克服了所引用的现有技术的缺点：测量不精确、横向空间占用、对操作者缺乏安全性、扫描仪的摄像机的、机械系统的和校准装置的复杂性和成本。

该目的通过一种用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的方法来实现，该方法借助于一种设备，该设备包括多个3D扫描仪，其功能上连接到计算机并且布置在其车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角待测量的车辆的周围；所述3D扫描仪中的每一个具有视场，所述视场的合并限定了设备的视场；

所述方法包括：

总测量步骤，其中，车辆的所有车轮至少部分地在设备的视场中是可见的；

以及部分测量步骤，其中，车辆的至少一个车轮在设备的视场中是不可见的；

所述方法特征在于，在所述总测量步骤和所述部分测量步骤之间，所述3D扫描仪相对于它们自身并相对于车辆的支承件固定。

本发明的上述目的和目标还通过一种用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的设备来实现，该设备包括：多个3D扫描仪，其功能上连接到计算机；每个所述3D扫描仪具有视场，所述视场的合并限定所述设备的视场；所述3D扫描仪布置在被测量的车辆的周围，使得所述车辆的所有车轮至少部分地在所述设备的视场中是可见的；

当所述车辆处于总测量位置中时；所述计算机和所述3D扫描仪构造为当所述车辆的所有车轮至少部分地在所述设备的视场中可见时执行测量，以及当所述车辆处于部分测量位置时执行测量，在部分测量位置中至少一个车轮在所述设备的视场中不可见；

所述设备特征在于，在所述总测量步骤和所述部分测量步骤之间，所述3D扫描仪相对于彼此固定并且固相对于车辆的支承件固定。

附图说明

从通过附图中的非限制性示例示出的本发明的优选但非排它性实施例的描述中，其它特征和优点将变得更明显，其中：

图1是在总测量步骤期间根据本发明的设备的示意性轴测图；

图2是在具有不同长度的两辆车辆的总测量步骤期间的设备的示意性侧视图；

图3是在车辆向后运动以便将前轮放置在板上以供执行前轮的转向或调节步骤之后的总测量步骤和部分测量步骤的示意图，用于具有不同长度的两辆车辆；

图4是车辆向前和向后移动以便对具有不同长度的两辆车辆执行偏转步骤的总测量步骤和两个部分测量步骤的示意图。

具体实施方式

参照所引用的附图，整体上由附图标记1标示的根据本发明的测量设备，包括多个3D扫描仪2、22，其功能性地连接到计算机并且布置在车辆3、33的周围，该车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和角度将被测量。

3D扫描仪2、22成对布置：一对前读取器2和一对后读取器22，它们分别对应于被测量的车辆3、33的前轮4的区域和后轮44的区域。

每个读取器具有视场，在图中示意性地示出为以虚线绘制的矩形：前读取器2的视场由附图标记5表示，而后读取器22的视场由附图标记55表示。

为了本专利申请的目的，3D扫描仪的视场被定义为读取器能够在其中执行对象的三维重构的空间体积。

如果对象被包括在视场中并且没有通过投射阴影来防止其三维重构的其它对象，则该对象被定义为在视场中可见。

扫描仪2、22的视场5、55足够宽以允许设备利用四个扫描仪同时框住（frame）车辆3、33的前轮4和后轮44，而不管车辆的前轮和后轮之间的轴距，以供三维获取每个车轮4、44的图像。

图2是用于短轴距车辆3和用于长轴距车辆33的设备1的使用的示例的视图。

扫描仪2、22围绕车辆支承件布置，该车辆支承件由一对平台6构成，每个平台具有旋转板7。

在优选实施例中，扫描仪2、22有利地是具有结构光投射的立体类型，其中，每个扫描仪包括两个摄像机和一个投光器（projector）。借助已知类型的三角测量算法，可以从图像中重构对象的三维几何形状。

在优选实施例中，扫描仪的校准装置由扫描仪自身的摄像机提供而没有附加的摄像机，每个扫描仪2、22的至少一个摄像机布置为使得在没有车辆的情况下直接框住另一个扫描仪2、22的至少一个固定目标。在没有车辆的情况下，在扫描仪校准的初始步骤中，校准装置计算各扫描仪的参考系之间的组合旋转和平移，其中，至少一个摄像机获取其它扫描仪的固定目标的图像；并且假定组合的旋转和平移在整个车辆测量过程中不变。

在优选实施例中，对于车辆3、33的每个车轴，测量装置1包括一对扫描仪2、22，这对扫描仪布置成基本上沿着车辆的轴线、关于车辆3、33彼此相对，使得每一个扫描仪都框住车辆的每个车轴的车轮4、44，并且使得每一个扫描仪在没有车辆3、33的情况下框住属于相对于所涉及的扫描仪2、22布置在车辆3、33的相对侧上的扫描仪2、22的一个或多个固定目标，特别是至少框住属于沿着相同轴线布置的扫描仪2、22的固定目标。

在优选实施例中，扫描仪2、22布置在相对于彼此固定的位置中，并且不为测量操作进行移动。

在优选实施例中，在总测量步骤期间，车辆3、33设置在每个车轮4、44处于相应的扫描仪2、22的视场5、55中的位置中。该步骤在图2中示意性地示出，该图在上部区域示出了具有短轴距的车辆3的测量，而在下部区域示出了具有长轴距的车辆33的测量。

根据本发明，车辆相对于其支承件6移动的对准过程的步骤可以是部分测量步骤，其中，车辆的至少一个车轮在设备的视场中不可见。

车辆相对于其支承件的运动的一个步骤是转向步骤，其中，车辆被移动以将前轮放置在旋转板上，以便然后被转向。

图3按顺序示出：

- 两辆车辆分别具有短轴距3的总测量步骤（A1）和长轴距33的总测量步骤（B1）；

- 用于具有短轴距3（A2）和长轴距33（B2）的相同的车辆的转向步骤，其中，前轮4移动到旋转板7上并且在设备的视场中可见，而后轮在设备的视场中不可见，并由此是部分测量步骤。

车辆相对于其支承件运动的另一步骤是偏转（runout）步骤，其中，车辆被移动以在车轮的不同旋转角度下获取测量结果，并且因此计算每个车轮的旋转轴线的方向。

图4按顺序示出：

- 两辆车辆分别具有短轴距3的总测量步骤（A1）和长轴距33的总测量步骤（B1）；

- 所述车辆的向后偏转步骤，其中，对于长轴距车辆33，前轮在设备的视场中是可见的，而后轮在设备的视场中是不可见的（B3），而对于短轴距车辆3则反之亦然（A3）；所述步骤包括长轴距车辆的前轮的部分测量或短轴距车辆的后轮的部分测量；

- 所述车辆的向前偏转步骤，其中，对于长轴距车辆33，前轮在设备的视场中不可见，而后轮在设备的视场中可见（B4），而对于短轴距车辆3则反之亦然（A4）；该步骤包括长轴距车辆的后轮的部分测量或短轴距车辆的前轮的部分测量。

车辆相对于其支承件的运动的另一步骤是调节步骤其中，车辆3、33运动，以使其在图中不可见的升降台上居中以供在车轮升高时进行调节，或者将前轮4布置在板7上以进行前调节，或者将后轮44定位在图中未示出的可移动的平台上以进行对后轮的调节，其中，调节步骤是部分测量步骤，其中，车辆的一个车轴的车轮在设备的视场中可见，而另一个车轴的车轮在设备的视场中不可见。

车辆相对于其支承件运动的另一步骤是对准面板以校准车辆的传感器的步骤，其中，车辆向后运动以调节车辆和面板之间的距离。

面板对准步骤是部分测量步骤，其中，车辆的一个车轴的车轮在设备的视场中可见，而另一个车轴的车轮在设备的视场中不可见。

根据本发明的用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的设备和方法与背景技术的系统的区别在于，除了其中车辆的所有车轮在设备的视场中至少部分可见的总测量步骤之外，它们还包括其中车辆的至少一个车轮在设备的视场中不可见的至少一个部分测量步骤。

执行部分测量的可能性允许避免需要移动扫描仪和/或增加扫描仪的视场和/或添加扫描仪，以便确保所有轮保持可见，而相反，这在现有技术的系统中却是必需的。

实际上，已经发现本发明实现了预期的目标和目的，提供了一种用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的设备和方法，其允许解决现有技术的系统的客观问题。

本发明解决了由传统设备的机械复杂性构成的问题，机械复杂性是由于需要移动扫描仪以跟随车辆而引起的。

根据本发明的设备允许避免使用附加的装置，附加的装置在即即便存在由车辆引起的观察障碍物的情况下也允许测量和校准。

根据本发明，扫描仪是固定的，并且由于它们不移动，因而简化了机械系统。

校准装置可以避免在车辆存在的情况下进行测量，因为当车辆存在时，在车辆不存在时进行的校准保持不变，并且因此，由于车辆在校准期间不阻碍一个扫描仪和面向它的扫描仪之间的视线，所以可以使用扫描仪的摄像机来测量与其它扫描仪集成的目标。

因此，与现有技术系统、例如WO2013/041252不同，不需要附加的摄像机。

本发明提供的另一个优点在于，设备可以在例如由于建筑物或其它机器的结构的存在而横向空间受限的地方安装，因为不必移动扫描仪来增加它们的视场。

本发明的另一优点在于，该设备比现有技术的机器成本更低，而现有技术的机器必需具有用于校准和移动扫描仪的附加的系统。

本发明的可能的替代实施例特征在于：

- 使用视场上可买到的其它类型的扫描仪：飞行时间相机，没有投射的、具有单个摄像机和投光器的，或其它；

- 扫描仪校准装置，设有与所述扫描仪中的摄像机不同的摄像机；

- 扫描仪，其以不同的数量围绕车辆不同地设置；

- 在总测量步骤中，车轮仅部分地在设备的视场内。

当然，所使用的材料以及尺寸可以是任何根据要求和技术状态的。

本申请要求在2017年11月27日提交的意大利专利申请号第102017000135974号的优先权，其主题以引用的方式纳入本文。

Claims (7)

1.一种用于借助包括多个3D扫描仪的设备测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的方法，所述设备在功能上与计算机连接并且设置在车辆的周围，所述车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角待测量；每个所述3D扫描仪具有视场，所述视场的合并限定了所述设备的视场；

所述方法包括：

总测量步骤，其中，所述车辆的所有车轮中的至少部分的车轮在所述设备的视场中是能看见的；

以及部分测量步骤，其中，所述车辆的至少一个车轮在所述设备的视场中是不能看见的；

所述方法特征在于，所述3D扫描仪在所述总测量步骤与所述部分测量步骤之间相对于其自身并且相对于所述车辆的支承件是固定的，

其中，所述方法还包括调节步骤，其中，车辆运动，以便使其在升降台上居中以供对于升高的车轮的调节，或者将前轮布置在旋转板上以供对所述前轮的调节，或者将后轮定位在可移动的平台上以供对所述后轮的调节，其中，所述调节步骤是部分测量步骤，其中，车辆的一个车轴的车轮在所述设备的视场中是能看见的，而另一个车轴的车轮在所述设备的视场中是不能看见的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在部分测量步骤中，所述车辆的同一车轴的两个车轮在所述设备的视场中是不能看见的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括转向步骤，其中，车辆移动以便将前轮放置在所述车辆的支承件的旋转板上并且以不同的转向角度转向；其中，所述转向步骤是部分测量步骤，其中，所述车辆的前轮在所述设备的视场中是能看见的，而后轮在所述设备的视场中是不能看见的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括偏转步骤，其中，所述车辆移动以获取在车轮的不同旋转角度下的测量，从而计算每个车轮的旋转轴线的方向；

所述偏转步骤包括以下步骤：

- 所述车辆向后运动，部分测量步骤，其中，对于长轴距车辆，所述前轮在所述设备的视场中是能看见的，而所述后轮在所述设备的视场中是不能看见的；而对于短轴距车辆则所述前轮在所述设备的视场中是不能看见的，而所述后轮在所述设备的视场中是能看见的；所述部分测量步骤包括长轴距车辆的所述前轮的部分测量或短轴距车辆的所述后轮的部分测量；

- 所述车辆向前运动，部分测量步骤，其中，对于长轴距车辆，所述前轮在所述设备的视场中是不能看见的，而所述后轮在所述设备的视场中是能看见的；而对于短轴距车辆则，所述前轮在所述设备的视场中是能看见的，而所述后轮在所述设备的视场中是不能看见的；所述部分测量步骤包括长轴距车辆的所述后轮的部分测量或短轴距车辆的所述前轮的部分测量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括面板对准步骤，以供所述车辆的传感器的校准，其中，所述车辆向后运动从而调节所述车辆与所述面板之间的距离，其中，所述面板对准步骤是部分测量步骤，其中，所述车辆的一个车轴的车轮在所述设备的视场中是能看见的，而另一车轴的车轮在所述设备的视场中是不能看见的。

6.一种用于借助如权利要求1所述的方法来测量车辆的车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的设备，其特征在于，所述设备包括：多个3D扫描仪，其功能上连接到计算机；每个所述3D扫描仪具有视场，所述视场的合并限定所述设备的视场；所述3D扫描仪布置在被测量的车辆的周围，使得所述车辆的所有车轮至少部分地在所述设备的视场中是能看见的，

当所述车辆处于总测量位置中时；所述计算机和所述3D扫描仪构造为当所述车辆的所有车轮中的至少部分的车轮在所述设备的视场中是能看见时执行测量，以及当所述车辆处于部分测量位置时执行测量，在所述部分测量位置中，至少一个车轮在所述设备的视场中是不能看见的；

在所述总测量步骤和所述部分测量步骤之间，所述3D扫描仪相对于彼此固定并且相对于所述车辆的支承件固定。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备对于所述车辆的每个车轴包括一对3D扫描仪，所述一对3D扫描仪沿着所述车辆的轴线、关于车辆彼此相对地布置，从而在存在车辆的情况下，所述车辆的每个车轮在所述3D扫描仪的所述视场中是能看见的，并且使得在不存在车辆的情况下，属于相对于所涉及的所述3D扫描仪布置在所述车辆的相对侧上的3D扫描仪的两个固定目标在所述3D扫描仪的视场中是能看见的。

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