CN110832272B - 用于确定主轴角度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定可转向车轮轴装置(102)的主轴角度的方法。具体地，借助于该方法获取至少一个车轮轴光学标记器(130、130’)的图像和主轴光学标记器(132、134)的图像，其中，所述至少一个车轮轴光学标记器(130、130’)布置成与车轮轴(120)连接，所述主轴光学标记器(132、134)布置成与主轴(122、124)连接，其中，在主轴的旋转之后，可以确定主轴的旋转中心(147、149)和旋转轴线(151、153)。

Description

用于确定主轴角度的方法
技术领域
本发明涉及用于确定可转向车轮轴装置的主轴角度的方法。本发明还涉及用于确定可转向车轮轴装置的主轴角度的对应的系统。
背景技术
在车辆的制造和组装以及维护期间，期望能够确定车轮角度，比方说例如在转动方向盘时，车轮能够转动多少。由此，期望确定主轴可以旋转多少，其中，车辆车轮安装到主轴上。因此，主轴由此借助于例如主轴螺栓等以可枢转的方式连接至车辆的可转向车轮轴。车轮进而经由转向节和轮毂安装在主轴上，转向节包括主轴。因此，为了确定车轮的旋转能力，期望确定主轴可以相对于车轮轴旋转多少，其中，主轴以可枢转的方式连接至车轮轴上。
存在关于如何测量这些主轴角度的不同的方法。通常的做法是当车辆布置在车轮角度测量站等处时对车轮角度进行测量。由此，当可转向车轮轴连接至车辆的底盘时对车轮角度进行测量。
US 3,888,592中提出了一种测量车轮角度的方法。如本文中所描述的，相应的镜子被连接至车辆的车轮。镜子被连接成与车轮平行，并且投影仪和图像平面被定位在车轮的前方。由此，投影仪经由镜子来投影诸如发光点之类的图像，所述镜子相对于平行于车辆的纵向方向的方向形成角度α。借助于角度α，可以计算所谓的前束角度和后束角度。
US 3,888,592中提出的方法要求在测量车轮角度时使车辆保持静止，并且因此期望能够在移动车辆时确定车轮角度，或者在移动车轮轴时确定车轮角度，例如能够在车轮轴被定位在可移动的传送带上时在工厂中执行确定/计算。
发明内容
因此，本发明的目的是提供至少部分地克服了现有技术的缺陷的方法。这通过根据本发明的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定可转向车轮轴装置的主轴角度的方法，该可转向车轮轴装置包括车轮轴和主轴，所述主轴在该车轮轴的第一外端部位置处以可枢转的方式连接至该车轮轴。其中，至少一个车轮轴光学标记器布置成与车轮轴连接，并且主轴光学标记器布置成与主轴连接，其中，该方法包括以下步骤：通过图像捕获装置获取至少一个车轮轴光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像，以用于确定至少一个车轮轴光学标记器和主轴光学标记器中的每一者相对于图像捕获装置的位置；确定至少一个车轮轴光学标记器的相对于图像捕获装置的车轮轴坐标系；确定主轴光学标记器的相对于图像捕获装置的主轴坐标系；确定主轴坐标系相对于车轮轴坐标系的位置；使主轴相对于车轮轴旋转；在主轴旋转时，获取主轴坐标系的原点的相对于车轮轴坐标系的至少两个不同的位置；基于至少两个不同的位置，确定主轴的相对于车轮轴坐标系的旋转中心和旋转轴线。
主轴应该被理解为形成转向节的一部分，车辆的车轮安装至转向节上。因此，在车轮附接至转向节的情况下执行上述限定的方法，明显地，执行该方法以确定主轴角度。如以上所描述的，车轮轴光学标记器布置成与车轮轴连接，并且主轴光学标记器布置成与主轴连接。这应该被解释成使得光学标记器不必与相应的车轮轴和主轴直接地且物理地接触。相反地，光学标记器可以经由部件或托架等间接地连接至相应的车轮轴和主轴。
术语“光学标记器”应该被理解为包括可以由图像捕获装置识别的图案的元件。图案可以例如是网格标记图案，其中，网格的每个单元/组元(element/component)具有预定尺寸且/或网格的单元/组元之间具有预定尺寸。也可以设想其他形状的图案，比方说例如，具有已知直径的圆等。
图像捕获装置可以包括一个或更多个图像捕获单元，优选地，所述一个或更多个图像捕获单元呈相应的摄像机的形式。摄像机应该优选地布置成具有视野(field ofview)，使得摄像机能够对至少一个车轮轴光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像进行捕获。摄像机还应该优选地具有足以将光学标记器的组元彼此辨识的分辨率。此外，摄像机的采样频率应该足够快以能够在光学标记器运动期间捕获光学标记器的图像。
此外，通过借助于主轴坐标系的原点的两个位置确定旋转中心，主轴光学标记器应该已经优选地被提前校准。详细地，主轴光学标记器应该优选地被校准，使得提前确定/了解主轴光学标记器的相对于主轴的旋转轴线的位置。如果使用多于两个位置，例如使用至少三个不同的位置，则主轴光学标记器可以布置在相对任意的位置处，即不需要校准主轴光学标记器的位置。
借助于图像捕获装置以及至少一个车轮轴光学标记器和主轴光学标记器，限定了在空间中相对于图像捕获装置具有取向和位置的相应的坐标系。可以确定从图像捕获装置到光学标记器中的每一者的坐标系的距离/矢量。通过了解光学标记器的图案的尺寸/分布来执行距离计算。由此，可以确定相对于图像捕获装置的距离。
本发明基于以下见解，光学标记器可以布置成与车轮轴连接，并且光学标记器可以布置成与主轴连接。由此，固定的参考位置布置成与车轮轴连接。因此优点在于，可以在布置在空间中的处于任意取向和位置的车轮轴上执行该方法，并且因此也可以在车轮轴的运动期间执行该方法，特别是在车轮轴的刚性本体运动(rigid body motion)期间执行该方法。因此，该装置将允许非线性运动，例如跟随车轮轴装置的任意弯曲运动。由此，以上所描述的方法可能在输送带应用或类似的设备中特别有用，所述类似的设备通常用在例如具有将车轮轴装置保持在移动滑架上的固定件的装配线上，所述移动滑架可以扭转、转动、并且有时也倾斜。此外，使用布置成与车轮轴连接的固定的参考位置并且相对于车轮轴光学标记器限定主轴光学标记器的坐标系，图像捕获装置可以被任意地定位在空间中，优选地，将图像捕获装置定位在相对于光学标记器的升高的位置处。该装置还将允许移动图像捕获装置，因为该系统对摄像机与光学标记器之间的任何相对运动不敏感，只要光学标记器在图像捕获装置的视野内。
此外，可能有利的是，在车轮轴不连接至车辆底盘或主轴不连接至车轮的情况下执行以上所描述的方法。由此，实现了在测量中降低误差风险。同样可能有利的是，在组装过程中的早期执行这种类型的测量，因为在测量过程中可以尽早发现与主轴相关的或由主轴引起的任何误差，并且从而减少了对后来组装到车轮轴装置的部件进行拆卸的需要。
根据示例实施方式，确定主轴的旋转轴线的步骤可以包括以下步骤：基于主轴坐标系的原点的第一位置和第二位置来确定第一矢量；基于主轴坐标系的原点的第二位置和第三位置来确定第二矢量；基于第一矢量和第二矢量的矢量积来确定主轴的旋转轴线。
由此，在主轴的运动期间，图像捕获装置检测至少三个位置以用于随后确定主轴的旋转轴线。应该认识到的是，尽管确定旋转轴线的原理可以优选地为相同的，但是可以获取多于三个位置。
根据示例实施方式，该方法还可以包括以下步骤：将主轴的旋转中心的位置投影到旋转轴线与由车轮轴坐标系的非竖向分量限定的几何平面之间的交点。
术语“投影”应该被理解成使得旋转中心布置在车轮轴坐标系的几何平面中，其中，竖向分量为零。通过对主轴的旋转中心的位置进行投影，随后可以限定车轮轴的几何轴线，如下文将描述的。由此，可以相对于该几何轴线测量主轴角度。
根据示例实施方式，该方法还可以包括以下步骤：将主轴的旋转中心的位置投影到由车轮轴坐标系的非竖向分量限定的平面，所述旋转中心沿着由车轮轴坐标系的非竖向分量限定的平面的表面法线方向被投影。
因此，在对用于主轴角度测量的几何轴线进行限定之前，执行将主轴的旋转中心的位置进行投影的替代性步骤。
根据示例实施方式，车轮轴坐标系的竖向分量可以对应于车轮轴的竖向分量。
由此，车轮轴光学标记器和车轮轴优选地布置成彼此平行，使得车轮轴光学标记器竖向分量和车轮轴的竖向分量彼此对应，即沿着相同方向布置。由此，可以允许至少一个车轮轴光学标记器相对于车轮轴的竖向分量以任何角度定位。因此，优点在于至少一个光学标记器可以或多或少地任意定位在车轮轴上。因此，不需要校准，并且至少一个光学标记器可以通过比方说例如磁体、粘合剂等之类的合适的附接构型连接至车轮轴。
根据示例实施方式，主轴可以是第一主轴，其中，可转向车轮轴装置还可以包括第二主轴，该第二主轴在车轮轴的第二外端部位置处以可枢转的方式连接至车轮轴，第一外端部位置和第二外端部位置布置在车轮轴的相反两侧，其中，第二主轴光学标记器布置成与第二主轴连接；该方法还包括以下步骤：确定第二主轴光学标记器的相对于图像捕获装置的第二主轴坐标系；确定第二主轴坐标系的相对于至少一个车轮轴光学标记器的车轮轴坐标系的位置；使第二主轴相对于车轮轴旋转；当主轴旋转时，获取第二主轴坐标系的原点的相对于车轮轴坐标系的至少两个不同的位置；并且基于至少两个不同的位置，确定第二主轴的相对于车轮轴坐标系的第二旋转中心和第二旋转轴线；限定几何轴线，所述几何轴线在由车轮轴坐标系的非竖向分量限定的几何平面中、在第一主轴的旋转轴线与第二主轴的旋转轴线之间延伸；并且基于几何轴线与第一主轴和第二主轴中的至少一者之间的角位移来测量主轴角度。
至少一个车轮轴光学标记器也可以是相同的车轮轴光学标记器，所述车轮轴光学标记器用于确定第一主轴的旋转中心和旋转轴线。然而，当确定第二旋转中心和第二旋转轴线时，可以使用第二车轮轴光学标记器，所述第二车轮轴光学标记器与用于确定第一主轴的旋转中心和旋转轴线的车轮轴光学标记器不同且间隔开，同样如以下将描述的。因此，在使用第二车轮轴光学标记器来确定第二旋转中心和第二旋转轴线的情况下，获取第二车轮轴光学标记器的图像和第二主轴光学标记器的图像，从而确定第二主轴光学标记器相对于图像捕获装置的位置。
因此，如以上简要指出的，优点在于确定了良好限定的几何轴线。由此，可以相对于该几何轴线对主轴角度进行测量。因此，通过使用获取的标记器的图像来计算几何轴线，从而不需要预定的参考线。由此，将相对于限定在第一旋转中心与第二旋转中心之间的几何轴线来测量主轴角度。优点在于减小了测量方面的误差的风险，并且相对于物理实体，测量角度将不受与测量相关联的公差的影响。测量过程将始终相对于真实限定的几何参考轴线对主轴角度进行测量，并且如果误差与轴上的物理参考点有关，则可以因此检测到轴的制造过程中的误差，所述物理参考点用于使轴组装在车辆底盘上。
此外，如果图像捕获装置包括多于一个图像捕获单元，如以下所描述的，这些图像捕获单元可以相对于彼此任意地定位，只要这些图像捕获单元各自能够对两个光学标记器的图像进行捕获。
根据示例实施方式，几何轴线至少可以与第一旋转轴线的投影的位置相交。
由此，几何轴线布置在由零竖向分量限定的平面中。
根据示例实施方式，测量主轴角度的步骤还可以包括以下步骤：将主轴坐标系的非竖向分量中的一个分量投影到由车轮轴坐标系的非竖向分量限定的平面。
由此，如果主轴相对于车轮轴光学标记器的水平面以一定角度布置，并且进而主轴光学标记器相对于车轮轴光学标记器的水平面以一定角度布置，则主轴坐标系投影成使得主轴坐标系的水平分量位于与车轮轴坐标系的水平分量相同的平面中。
根据示例实施方式，至少一个车轮轴光学标记器可以是第一车轮轴光学标记器，可转向车轮轴装置还可以包括第二车轮轴光学标记器，其中，第二主轴的第二旋转中心和第二旋转轴线相对于第二车轮轴光学标记器的车轮轴坐标系来确定。
如以上简要描述的，确定第二旋转中心和第二旋转轴线的步骤以与确定第一旋转中心和第一旋转轴线的上述步骤类似的方式来执行。
优点在于，第一主轴的旋转中心和旋转轴线以及第二主轴的旋转中心和旋转轴线可以独立地借助于用于第一主轴的一组光学标记器和用于第二主轴的一组光学标记器来确定。由此，图像捕获装置可以包括第一图像捕获单元和第二图像捕获单元，第一图像捕获单元布置成对第一主轴光学标记器的图像和第一车轮轴光学标记器的图像进行捕获，第二图像捕获单元布置成对第二主轴光学标记器的图像和第二车轮轴光学标记器的图像进行捕获。
根据示例实施方式，图像捕获装置可以包括第一图像捕获单元和第二图像捕获单元，该方法还包括以下步骤：使车轮轴装置以刚体本体运动的方式在第一位置与第二位置之间移动；当车轮轴装置布置成位于第一位置时，通过第一图像捕获单元获取至少一个车轮轴光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像；并且当车轮轴装置布置成位于第二位置时，通过第二图像捕获单元获取至少一个车轮轴光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像。
第一位置和第二位置可以布置在传送带应用等中，由此，在车轮轴装置沿着传送带移动时利用了不同的图像捕获单元。优选地，在光学标记器被定位在第一图像捕获单元的视野外之前，第二图像捕获单元开始捕获图像。因此，第一图像捕获单元的视野和第二图像捕获单元的视野可以叠置，使得当车轮轴装置在第一位置与第二位置之间移动时，在第一位置与第二位置之间的距离的一部分期间，可以通过第一图像捕获单元和第二图像捕获单元两者拍摄图像。
根据示例实施方式，图像捕获装置可以对至少一个光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像进行重复捕获，直到完成测量主轴角度的步骤。
术语“重复地”也可以根据图像捕获装置的采样频率被称为“连续的”。如果将车轮轴装置布置在上述传送带应用中，如果在光学标记器位于第一图像捕获单元的视野外时未完成主轴角度测量，则第二图像捕获单元可以因此继续捕获光学标记器的图像。
根据第二方面，提供了一种用于确定可转向车轮轴装置的主轴角度的系统，该可转向车轮轴装置包括车轮轴和主轴，该主轴在车轮轴的第一外端部位置处以可枢转的方式连接至车轮轴。其中，该系统包括至少一个车轮轴光学标记器、主轴光学标记器、图像捕获装置以及控制单元，其中，所述至少一个车轮轴光学标记器布置成与车轮轴连接，所述主轴光学标记器布置成与主轴连接，所述图像捕获装置相对于可转向车轮轴装置布置在升高的位置处，所述控制单元连接至图像捕获装置，该控制单元配置成：从图像捕获装置获取至少一个车轮轴光学标记器的图像和主轴光学标记器的图像，以用于确定至少一个车轮轴光学标记器和主轴光学标记器中的每一者相对于图像捕获装置的位置；确定至少一个车轮轴光学标记器的相对于图像捕获装置的车轮轴坐标系；确定主轴光学标记器的相对于图像捕获装置的主轴坐标系；确定主轴坐标系相对于车轮轴坐标系的位置；当主轴旋转时，获取主轴坐标系的原点的相对于车轮轴坐标系的至少两个不同的位置；基于至少两个不同的位置来确定主轴的相对于车轮轴坐标系的旋转中心和旋转轴线。
控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程器件。控制单元还可以包括或者替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元包括诸如以上提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器之类的可编程器件的情况下，处理器还可以包括控制可编程器件的操作的计算机可执行代码。
根据示例实施方式，该系统还可以包括传送带，其中，可转向车轮轴装置定位在传送带上，并且其中，控制单元配置成在可转向车轮轴装置在传送带上运动期间确定旋转中心和旋转轴线。
传送带可以布置成呈轨道的形式，车轮轴装置连接到轨道上，优选地经由某种承载结构件连接到轨道上。也可以设想诸如例如地面上的装配线或电控路径等之类的其他替代方案，所述承载结构件在地面上被运输。
根据示例实施方式，图像捕获装置还可以包括多个图像捕获单元，所述多个图像捕获单元沿着传送带的运动方向布置。
根据示例实施方式，两个图像捕获单元之间沿着传送带的运动方向的相对位移基于两个图像捕获单元的视野。
如以上所描述的，第一图像捕获单元的视野和第二图像捕获单元的视野可以叠置。由此，可以反复地获取图像，直到主轴角度被确定。
第二方面的其他效果和特征在很大程度上类似于以上关于第一方面所描述的那些效果和特征。因此，以上关于第一方面所描述的特征适用于关于第二方面所描述的系统，并且，以上关于第二方面所描述的特征适用于关于第一方面所描述的系统。
本发明的其他特征和优点将在研究所附权利要求和以下描述时变得明显。本领域技术人员认识到的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合，以产生除了以下描述的那些实施方式之外的实施方式。
附图说明
通过以下对本发明的示例性实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及另外的目的、特征和优点，在附图中：
图1是示意性图示用于确定可转向车轮轴装置的主轴角度的系统的示例实施方式的立体图；
图2是图1中所描绘的示例实施方式的进一步详细图示。
图3是根据示例实施方式从图1中的可转向车轮轴装置的上方观察的视图；以及
图4是根据示例实施方式用于确定主轴角度的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中对本发明进行更充分地描述，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中所阐述的实施方式；相反，这些实施方式是为了透彻性和完整性而提供。贯穿整个说明书，相同的附图标记表示相同的元件。
特别参照图1，描绘了用于确定可转向车轮轴装置102的主轴角度的系统100。如图1中所描绘的，该系统包括工作台104，可转向车轮轴装置102被定位在工作台104上。可转向车轮轴装置102包括车轮轴120，第一主轴122和第二主轴124在车轮轴120的相应的第一外端部位置和第二外端部位置处连接至车轮轴120上。由此，车辆的车轮(未示出)被连接至相应的主轴。
此外，示意性图示的工作台104连接至轨道装置以使工作台104可以沿着与可转向车轮轴装置102的纵向延伸部大致垂直的方向108移动。因此，可转向车轮轴装置102连接至传送带装置106。本发明不应被解释为限于图1中所描绘的传送带装置，因为可以设想其他替代方案，比方说例如不使用导引轨道的自主驱动台或者常规的装配线等。
此外，系统100包括图像捕获装置110，此处，图像捕获装置110图示为包括连接至框架结构103的单个图像捕获单元112。图像捕获单元112优选为摄像机并且连接至控制单元114以向控制单元114提供捕获的图像。图像捕获装置110布置成捕获光学标记器的图像，所述光学标记器布置成与可转向车轮轴装置102的车轮轴120以及主轴122、124连接。尽管仅描绘了一个图像捕获单元112，但是系统100可以优选地包括多个图像捕获单元，所述多个图像捕获单元沿着传送带的运动方向108连接至框架结构103。此外，并且如下文关于图3将描述的，图像捕获装置110可以包括图像捕获单元，所述图像捕获单元沿着与车轮轴装置102的运动方向108垂直的方向与所描绘的图像捕获单元112并排布置。根据图1中所描绘的实施方式，系统100包括第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134，其中，第一车轮轴光学标记器130布置成与车轮轴120连接，第一主轴光学标记器132布置成与第一主轴122连接，第二主轴光学标记器134布置成与第二主轴124连接。因此，图1中的图像捕获单元112包括足以对第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134中的每一者的图像进行捕获的视野150。借助于通过图像捕获装置110所获取的图像，可以确定从图像捕获装置110到第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134中的每一者的距离。此外，用于第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134中的每一者的坐标系(在图2中描绘并且在下面进一步描述)基于相应的光学标记器的构型来确定并且相对于图像捕获装置110的坐标系160来限定。由此，如果旋转光学标记器，则协调的坐标系也将相应地旋转。
参照图2，图2是图1中所描绘的示例实施方式的进一步详细图示。为了简化理解，框架结构103、图像捕获装置110和控制单元114已经从图2的图示中省略。如以上所描述的，第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二光学标记器134的图像被捕获以确定第一车轮轴坐标系140、第一主轴坐标系142和第二主轴坐标系144相对于图像捕获装置110的坐标系160的在空间中的位置以及相对于图像捕获装置110的坐标系160的距离。
为了将车轮轴120用作固定的参考位置并且能够将图像捕获装置110任意地定位在空间中，第一主轴坐标系142的原点143的位置相对于第一车轮轴坐标系141来确定。同样地，第二主轴坐标系144的原点145的位置相对于第一车轮轴坐标系141来确定。由此，确定了位置，即确定了第一车轮轴坐标系140与相应的第一主轴坐标系142和第二主轴坐标系144之间的距离和方向。基准从图像捕获装置110的坐标系160改变为第一车轮轴坐标系140优选地通过变换计算来进行。此外，基准的改变使得系统不依赖于图像捕获装置110的特定位置，由此图像捕获装置110可以布置在基本上任意的位置处。
一旦第一主轴坐标系142和第二主轴坐标系144的位置相对于第一车轮轴坐标系140被限定，就可以确定第一主轴122的相应的旋转中心147和旋转轴线151以及第二主轴124的相应的旋转中心149和旋转轴线153。为了确定旋转中心147、149和旋转轴线151、153，相应的第一主轴122和第二主轴124相对于车轮轴120旋转。相应的主轴的旋转可以如图2中所描绘地手动地进行或者在合适的装置的作用下自动地进行，所述合适的装置与控制单元114连接且由控制单元114控制。
如果相应的第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134的位置相对于主轴的旋转轴线被校准，则需要在相应的第一主轴122和第二主轴124旋转时获取第一主轴坐标系142的原点143和第二主轴坐标系144的原点145的最少两个不同的位置。所述位置由图像捕获单元110获取，由此确定旋转中心。此外，在主轴的旋转期间，通过限定由原点产生的两个矢量，则可以通过计算所述两个矢量的相应的矢量积来确定旋转轴线151、153。
另一方面，如果相应的第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134的位置相对于主轴的旋转轴线未被校准，则需要在第一主轴122和第二主轴124的旋转期间获取相应的坐标系的原点143、145的至少三个不同的位置。
为了确定相对于车轮轴的主轴角度，优选地确定车轮轴120的几何轴线(图3中的302)。这优选地通过将第一主轴122的旋转中心143和第二主轴124的旋转中心145的相应的位置投影到由车轮轴坐标系140的非竖向分量限定的几何平面来实现。因此，该几何平面由图2中所描绘的车轮轴坐标系140的x1轴线和y1轴线来限定。这可以通过将相应的主轴122、124的旋转中心143、145的位置投影到相应的旋转轴线151、153与上文描述的几何平面之间的交叉点(未示出)来执行。替代性地，旋转中心143、145的相应的位置可以沿着与几何平面的表面法线方向对应的方向投影到几何平面，即沿着与车轮轴坐标系140的在图2中描绘的z1轴线相同的方向投影到几何平面。
优选地，相应的主轴坐标系142、144的非竖向分量中的一个分量也投影到上述限定的几何平面上。
现在参照图3，图3从上方图示了根据示例实施方式的可转向车轮轴装置102。当用于相应的第一主轴122和第二主轴124的旋转中心的位置已投影到上述限定的几何平面时，可以限定几何轴线302。几何轴线302在第一主轴122的经投影的旋转中心143与第二主轴124的经投影的旋转中心145之间延伸。由此，限定了用于确定/测量主轴角度的“零线”。因此，可以相对于几何轴线302来测量主轴角度，所述主轴角度表示为α1和α2。
总体上，已经关于单个图像捕获单元112与一个车轮轴光学标记器130以及第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134进行了以上描述。然而，同样如图3中所描绘的，系统100可以布置有另外的光学标记器。如图3中所描绘的，该系统还包括第二车轮轴光学标记器130’，所述第二车轮轴光学标记器130’布置成在距第一车轮轴光学标记器130一定距离处与车轮轴120连接。
根据图3中所描绘的实施方式，图像捕获装置110包括第一图像捕获单元112’、第二图像捕获单元112”和第三图像捕获单元112”’，所述第一图像捕获单元112’、第二图像捕获单元112”和第三图像捕获单元112”’通过其相应的视野105’、150”和150”’来图示。如图3中所描绘的，第一图像捕获单元112’具有对第一主轴光学标记器132的图像和第二车轮轴光学标记器130’的图像进行捕获的视野150’，第二图像捕获单元112”具有对第一车轮轴光学标记器130的图像和第二车轮轴光学标记器130’的图像进行捕获的视野150”，并且第三图像捕获单元112”’具有对第一车轮轴光学标记器130的图像和第二主轴光学标记器134的图像进行捕获的视野。由此，可以获取从第一主轴光学标记器132到第二主轴光学标记器134的图像的“链”，使得上文定义的几何轴线302可以被限定，以便随后对主轴角度α1和α2进行测量。因此，可以使用在相邻图像中可见的共同目标将图像连接并联系在一起。因此，第一主轴122的旋转中心147和旋转轴线151相对于第二车轮轴光学标记器130’来确定，同时第二主轴124的旋转中心149和旋转轴线153相对于第一车轮轴光学标记器130来确定。
同样地，如以上所描述的，系统100可以适于使用在传送带应用中，其中，可转向车轮轴装置102沿着例如用108表示的方向移动。图3图示了从第一位置301到第二位置303的运动。当可转向车轮轴装置102布置在第一位置301处时，第一图像捕获单元112’、第二图像捕获单元112”和第三图像捕获单元112”’对相应的光学标记器的图像进行反复地捕获。随着可转向车轮轴装置102朝向第二位置303移动，光学标记器将被布置在图像捕获装置110的第四图像捕获单元312’的视野350’、第五图像捕获单元312”的视野350”和第六图像捕获单元312”’的视野350”’内。由此，在可转向车轮轴装置102到达第二位置之前的短的时间阶段，第四图像捕获单元312’、第五图像捕获单元312”和第六图像捕获单元312”’将开始捕获相应的光学标记器的图像。因此，例如第一图像捕获单元112’的视野150’与第四图像捕获单元112’的视野350’之间的叠置是优选的。由此，当可转向车轮轴装置102沿着传送带移动直到最终主轴角度被测量时，图像被反复地捕获。
结合图1至图3参照图4，以总结并描述用于确定主轴角度的方法的示例实施方式。首先，当将可转向车轮轴装置102布置在以上所描述的系统100中时，通过图像捕获装置110来获取S1第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134的图像。根据系统的设定，图像捕获装置110可以如以上所描述的包括不同数量的图像捕获单元。借助于所捕获的一个或多个图像，可以确定第一车轮轴光学标记器130、第一主轴光学标记器132和第二主轴光学标记器134中的每一者相对于图像捕获装置110的位置。
第一车轮轴光学标记器130的车轮轴坐标系140相对于图像捕获装置110来确定S2。同样地，第一主轴坐标系142和第二主轴坐标系144也相对于图像捕获装置110来确定S3。此后，确定S4相应的主轴坐标系142、144相对于车轮轴坐标系140的位置，优选地确定相应的主轴坐标系142、144的原点143、145相对于车轮轴坐标系140的位置。由此，限定相应的主轴坐标系相对于车轮轴坐标系140的位置。
此后，主轴122、124相对于车轮轴120旋转S5。在旋转期间，获取S6坐标系142、144的原点143、145的至少两个不同的位置，以用于确定S7相应的第一主轴122的旋转中心147和旋转轴线151以及第二主轴124的旋转中心149和旋转轴线153。
旋转中心147、149可以投影到由车轮轴坐标系140的x1轴和y1轴所限定的平面，使得可以限定几何轴线302。由此，可以相对于几何轴线302测量角度α1和α2。
尽管附图可以示出次序，但是步骤的顺序可以与所描绘的不同。此外，可以同时或部分地同时执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变型都在本公开的范围内。同样地，软件实施方案可以通过标准编程技术来完成，该标准编程技术具有用以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤的基于规则的逻辑和其他逻辑。另外，即使已经参照本发明的特定示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、改型等将变得明显。

Claims (15)

1.一种用于确定可转向车轮轴装置(102)的主轴角度的方法，所述可转向车轮轴装置(102)包括车轮轴(120)和主轴，所述主轴在所述车轮轴的第一外端部位置处以可枢转的方式连接至所述车轮轴(120)，其中，至少一个车轮轴光学标记器布置成与所述车轮轴(120)连接，并且主轴光学标记器布置成与所述主轴连接，其中，所述方法包括以下步骤：
-通过图像捕获装置(110)获取(S1)所述至少一个车轮轴光学标记器的图像和所述主轴光学标记器的图像，以用于确定所述至少一个车轮轴光学标记器和所述主轴光学标记器中的每一者相对于所述图像捕获装置(110)的位置；
-确定(S2)所述至少一个车轮轴光学标记器的相对于所述图像捕获装置(110)的车轮轴坐标系(140)；
-确定(S3)所述主轴光学标记器的相对于所述图像捕获装置(110)的主轴坐标系；
-确定(S4)所述主轴坐标系相对于所述车轮轴坐标系(140)的位置；
-使所述主轴相对于所述车轮轴(120)旋转(S5)；
-当所述主轴旋转时，获取(S6)所述主轴坐标系的原点的相对于所述车轮轴坐标系(140)的至少两个不同的位置；以及
-基于所述至少两个不同的位置，确定(S7)所述主轴的相对于所述车轮轴坐标系(140)的旋转中心和旋转轴线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述主轴的所述旋转轴线的步骤包括以下步骤：
-基于所述主轴坐标系的所述原点的第一位置和第二位置来确定第一矢量；
-基于所述主轴坐标系的所述原点的所述第二位置和第三位置来确定第二矢量；以及
-基于所述第一矢量和所述第二矢量的矢量积来确定所述主轴的所述旋转轴线。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-将所述主轴的所述旋转中心的位置投影到所述旋转轴线与由所述车轮轴坐标系的非竖向分量限定的几何平面之间的交叉点。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-将所述主轴的所述旋转中心的位置投影到由所述车轮轴坐标系的非竖向分量限定的平面，所述旋转中心沿着由所述车轮轴坐标系的所述非竖向分量限定的所述平面的表面法线的方向投影。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述车轮轴坐标系(140)的竖向分量(Z1)对应于所述车轮轴(120)的竖向分量。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述主轴是第一主轴(122)，所述可转向车轮轴装置还包括在所述车轮轴的第二外端部位置处以可枢转的方式连接至所述车轮轴(120)的第二主轴(124)，所述第一外端部位置和所述第二外端部位置布置在所述车轮轴的相反两侧，其中，第二主轴光学标记器(134)布置成与所述第二主轴(124)连接；所述方法还包括以下步骤：
-确定所述第二主轴光学标记器(134)相对于所述图像捕获装置(110)的第二主轴坐标系(144)；
-确定所述第二主轴坐标系(144)相对于所述至少一个车轮轴光学标记器的所述车轮轴坐标系(140)的位置；
-使所述第二主轴(124)相对于所述车轮轴(120)旋转；
-当所述主轴旋转时，获取所述第二主轴坐标系(144)的原点(145)的相对于所述车轮轴坐标系(140)的至少两个不同的位置；以及
-基于所述第二主轴坐标系(144)的所述原点(145)的相对于所述车轮轴坐标系(140)的所述至少两个不同的位置，确定所述第二主轴(124)相对于所述车轮轴坐标系(140)的第二旋转中心(149)和第二旋转轴线(153)；
-限定几何轴线(302)，所述几何轴线(302)在由所述车轮轴坐标系的所述非竖向分量限定的几何平面中在所述第一主轴(122)的所述旋转轴线(151)与所述第二主轴(124)的所述第二旋转轴线(153)之间延伸，以及
-基于所述几何轴线与所述第一主轴和第二主轴中的至少一者之间的角位移来测量主轴角度(α1、α2)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述几何轴线至少与所述第一主轴(122)的所述旋转轴线的投影的位置相交。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，测量主轴角度的步骤还包括以下步骤：
-将所述主轴坐标系的非竖向分量中的一个非竖向分量投影到由所述车轮轴坐标系的所述非竖向分量限定的所述平面。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个车轮轴光学标记器是第一车轮轴光学标记器(130)，所述可转向车轮轴装置还包括第二车轮轴光学标记器(130’)，其中，所述第二主轴(124)的所述第二旋转中心(149)和所述第二旋转轴线(153)是相对于所述第二车轮轴光学标记器(130’)的车轮轴坐标系来确定的。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述图像捕获装置(110)包括第一图像捕获单元(112’、112”、112”’)和第二图像捕获单元(312’、312”、312”’)，所述方法还包括以下步骤：
-使所述车轮轴装置(102)以刚性本体运动的方式在第一位置(301)与第二位置(303)之间移动；
-当所述车轮轴装置布置成处于所述第一位置(301)时，通过所述第一图像捕获单元(112’、112”、112”’)来获取所述至少一个车轮轴光学标记器的图像和所述主轴光学标记器的图像；以及
-当所述车轮轴装置布置成处于所述第二位置(303)时，通过所述第二图像捕获单元(312’、312”、312”’)来获取所述至少一个车轮轴光学标记器的图像和所述主轴光学标记器的图像。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述图像捕获装置(110)对所述至少一个光学标记器的图像和所述主轴光学标记器的图像进行反复捕获，直到测量所述主轴角度的步骤完成。
12.一种用于确定可转向车轮轴装置(102)的主轴角度的系统(100)，所述可转向车轮轴装置(102)包括车轮轴(120)和主轴，所述主轴在所述车轮轴的第一外端部位置处以可枢转的方式连接至所述车轮轴，其中，所述系统包括至少一个车轮轴光学标记器、主轴光学标记器、图像捕获装置(110)和控制单元(114)，其中，所述至少一个车轮轴光学标记器布置成与所述车轮轴连接，所述主轴光学标记器布置成与所述主轴连接，所述图像捕获装置(110)相对于所述可转向车轮轴装置布置在升高的位置处，所述控制单元(114)连接至所述图像捕获装置，所述控制单元配置成：
-从所述图像捕获装置获取所述至少一个车轮轴光学标记器的图像和所述主轴光学标记器的图像，以用于确定所述至少一个车轮轴光学标记器和所述主轴光学标记器中的每一者相对于所述图像捕获装置的位置；
-确定所述至少一个车轮轴光学标记器的相对于所述图像捕获装置(110)的车轮轴坐标系(140)；
-确定所述主轴光学标记器的相对于所述图像捕获装置的主轴坐标系；
-确定所述主轴坐标系相对于所述车轮轴坐标系的位置；
-当所述主轴旋转时，获取所述主轴坐标系的原点的相对于所述车轮轴坐标系的至少两个不同的位置；以及
-基于所述至少两个不同的位置，确定所述主轴的相对于所述车轮轴坐标系的旋转中心和旋转轴线。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括传送带(106)，其中，所述可转向车轮轴装置定位在所述传送带上，并且其中，所述控制单元配置成在所述可转向车轮轴装置在所述传送带上运动期间确定所述旋转中心和所述旋转轴线。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述图像捕获装置还包括多个图像捕获单元，所述多个图像捕获单元沿着所述传送带的运动方向布置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，两个图像捕获单元之间的沿着所述传送带的所述运动方向的相对位移基于所述两个图像捕获单元的视野。
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