ES2267968T3 - Proceso para identificar una señal luminosa en un goniometro entre otras señales luminosas potencialmente pertubadoras. - Google Patents

Abstract

Proceso para identificar una señal luminosa usada en un sensor óptico lineal (5) de un goniómetro (3, 4), de un tipo usado para medir ángulos característicos de ruedas de un vehículo de motor, en el cual la señal luminosa (8) se produce mediante un rayo luminoso con una dirección predeterminada con respecto a la cual se mide un ángulo, el ángulo estando formado entre la dirección del rayo luminoso y un eje de referencia (9) del goniómetro el cual eje de referencia es perpendicular al sensor óptico lineal (5), el sensor óptico lineal estando constituido por una pluralidad de elementos fotosensibles (6) contiguos y alineados, por medio de los cuales elementos se puede leer una imagen de señal luminosa, la cual imagen está constituida por la totalidad de intensidades ordenadas de radiaciones incidentes registradas sobre los elementos fotosensibles (6), el ángulo siendo una función directa de una distancia de la imagen desde un origen para medir las distancias en dirección longitudinal, el cualorigen siendo definido por una intersección del eje de referencia (9) con un eje longitudinal del sensor, el proceso además comprendiendo las etapas operativas de: - lectura de al menos dos imágenes en instantes conocidos y diferentes; - comparación entre las al menos dos imágenes; - elaboración de los datos que surgen de dicha comparación; caracterizado por el hecho que la señal luminosa (8) que se origina en el rayo luminoso es intermitente a una primera frecuencia; siendo leída una pluralidad de imágenes a una segunda frecuencia; una de dichas primera frecuencia y segunda frecuencia siendo constante, y la otra siendo variable de manera aleatoria.

Description

Proceso para identificar una señal luminosa específica en un goniómetro entre otras señales luminosas potencialmente perturbadoras.

La presente invención se refiere a un proceso para identificar la perturbación de las otras fuentes luminosas cuando se toman lecturas empleando un sensor óptico lineal de un goniómetro, de un tipo usado para medir ángulos de ruedas de vehículos de motor. En este tipo de sensor, la luz se origina en un rayo orientado en una dirección predeterminada, a partir de la cual se puede determinar el ángulo a medir - el ángulo entre la dirección del rayo y un eje de referencia del goniómetro que es perpendicular al sensor óptico lineal. El sensor normalmente está constituido por una pluralidad de elementos fotosensibles contiguos y alineados, a través de los cuales se puede generar una "imagen" de la fuente luminosa a partir del grupo ordenado de intensidades de radiaciones incidentes registradas en los elementos fotosensibles. La medida del ángulo es una función directa de la distancia de la imagen desde el origen de medida en una dirección longitudinal, el origen estando definido por la intersección del eje de referencia con el eje longitudinal del sensor.

Por lo tanto, midiendo esta distancia, sobre la base de las características geométricas del sistema, es fácil medir el ángulo con un buen grado de precisión.

Es obvio que una medida correcta depende de la habilidad del dispositivo receptor (que incluye al sensor) para identificar la "correcta" señal luminosa, es decir el rayo de luz usado para medir el ángulo, distinguiéndola de las otras señales luminosas (perturbación) que inevitablemente hay en el ambiente donde operan los goniómetros que constituyen el aparato para medir ángulos de las ruedas del vehículo de motor.

En los aparatos conocidos, la inmunidad con respecto a esta perturbación (es decir, la habilidad para distinguir el correcto rayo fuente para medir el ángulo de la rueda de los otros rayos presentes en el ambiente) se logra usando un proceso en el cual el receptor recibe al menos dos "imágenes" en dos instantes diferentes, caracterizados por dos condiciones diferentes de la fuente que produce el rayo que da lugar a la señal usada para la medida. En otros términos, una lectura se toma cuando la fuente está encendida (para que la medida por el sensor sea cierta) y la otra medida se toma cuando la fuente está apagada (con lo cual el rayo correcto no se recibe y, por ende, no está en la correspondiente "imagen"). Para que lo anterior sea posible es necesario sincronizar el estado de la fuente luminosa (encendido o apagado) con la lectura de las dos correspondientes imágenes. La identificación de la imagen de la señal luminosa que se puede usar para efectuar la medida a través del sensor se realiza mediante una unidad de control que lleva a cabo un proceso comparativo por substracción de las dos "imágenes" adquiridas en las condiciones descritas con anterioridad.

La principal limitación de las realizaciones pertenecientes a la técnica conocida consiste en el hecho que, para estar seguros de que las imágenes individuales adquiridas están asociadas de manera inconfundible, es necesario establecer algún tipo de conexión entre la fuente y el receptor. Esto exige utilizar medios especiales que conducen a una cierta complicación constructiva del aparato para medir los ángulos característicos de las ruedas de los vehículos.

Otros métodos para eliminar la perturbación presente en el ambiente circunstante, aún limitados en su número, combinan fuentes luminosas con características especiales de emisión luminosa y filtros ópticos situados de frente al sensor. Esos dispositivos presentan la desventaja de poder funcionar correctamente únicamente en los casos que la perturbación ambiental no incluya características idénticas o similares a las de la luz emitida por la fuente.

En otro método, conocido a partir del documento US 5.608.528, se modula un rayo de luz en su intensidad con una dada forma de onda periódica y luego se emite desde una fuente luminosa objeto. Un sensor de imágenes captura una imagen de la fuente luminosa y almacena los correspondientes datos de la imagen por pixel. Luego, se accede sucesivamente al sensor de imágenes al menos cuatro veces, de manera de leer los datos de las imágenes por pixel para formar unos datos secuenciales en el tiempo. Posteriormente, se ejecuta el cómputo de un producto escalar de los datos secuenciales en el tiempo usando una forma de onda de referencia que es asíncrona con la forma de onda periódica que al mismo tiempo tiene un período relativamente parecido al período de la forma de onda periódica, de manera de sacar los primeros datos escalares. Además, usando una forma de onda ortogonal se ejecuta otro cómputo de producto escalar de los datos secuenciales en el tiempo, de manera de sacar segundos datos escalares. Finalmente, se realiza una elaboración de imágenes usando los primeros y segundos datos escalares para extraer una posición de la fuente luminosa.

El documento US 4.898.484 publica un microordenador central que apaga y enciende el láser, después de lo cual microordenadores unitarios almacenan correspondientes grupos de datos y producen respectivas señales de salida indicativas de la localización de incidencia de cada rayo láser sobre las respectivas matrices, las cuales señales son compensadas por los efectos de la luz ambiental, polarización del detector, y similares.

A partir del documento US 5.519.489 se conoce otro método. Este documento publica un método en el cual los sensores trabajan en parejas, y donde un especial esquema de sincronización asegura que los emisores de un sensor no irradien al mismo tiempo que están irradiando los emisores del otro sensor para determinar cual emisor de la pareja corresponde al sensor irradiante. Para poder determinar el ángulo de incidencia con precisión, se discriminan las reflexiones de los emisores de las superficies cercanas con respecto a las transmisiones directas.

El objetivo principal de la presente invención es el de obviar las limitaciones y carencias de la técnica conocida.

Una ventaja de la presente invención es su simplicidad general.

Esos objetivos y ventajas y aún otros se logran en su totalidad mediante la presente invención, tal como está caracterizada en las reivindicaciones que están más adelante.

Otras ventajas de la presente invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una realización preferida pero no exclusiva de la invención, exhibida a título puramente ejemplificador y no limitativo en las figuras de los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática en planta de un sensor de medida aplicado a la rueda de un vehículo;

- la figura 2 es un diagrama de un goniómetro incorporado en el sensor de la figura 1;

- la figura 3 es un diagrama esquemático de los gráficos que se refieren a las situaciones del receptor y de la fuente luminosa;

- la figura 4 muestra gráficos que se refieren a la imagen producida sobre el sensor lineal, de una señal de exploración y la señal de regulación del sensor.

Con referencia a las figuras de los dibujos, el número 1 denota en su totalidad un sensor de medida que está solidariamente vinculado a la llanta de una rueda (2) de un vehículo de motor con la finalidad de determinar sus ángulos característicos.

El sensor (1) comprende dos goniómetros ópticos (3 y 4) que están correlacionados con correspondientes goniómetros ópticos aplicados a otros tres sensores de medida instalados en las otras tres ruedas del vehículo.

Cada goniómetro óptico está constituido esquemáticamente por un sensor óptico lineal (5) que incluye una línea de elementos fotosensibles (6) y un dispositivo óptico (7) que tiene el cometido de encanalar un rayo luminoso (8) sobre el sensor lineal (6) en la dirección en la cual se deberá llevar a cabo la medida angular. En el ejemplo exhibido el rayo luminoso (8) se origina en una luz asociada al sensor de medida instalado en una de las dos ruedas contiguas a la rueda en la cual está colocado el sensor de medida (1).

El ángulo medido es el ángulo comprendido entre la dirección del rayo de luz (8) y el eje de referencia del goniómetro, definido como el eje del dispositivo óptico (7), que es perpendicular al sensor lineal (5) en correspondencia de su punto medio (el punto intermedio de la línea de elementos fotosensibles (6)).

La pluralidad de elementos fotosensibles que componen el sensor lineal (5) forma una "imagen" de la señal luminosa constituida por la totalidad ordenada de intensidades de radiaciones incidentes registradas sobre los elementos fotosensibles. La medida angular es una función directa de la distancia de la imagen desde el origen para la medida de las distancias en una dirección longitudinal definido por la intersección del eje de referencia con el eje longitudinal del sensor.

De acuerdo con la presente invención, la distinción (con respecto a la perturbación ambiental) de la luz emitida por la fuente luminosa; es decir los datos que usará el sensor (5) para realizar la medida angular, comprende: adquisición de al menos dos de las imágenes en instantes diferentes y conocidos; comparación de las dos imágenes; elaboración de los datos que surgen de la comparación por medio de un proceso que brinda una definición de la perturbación ambiental, convirtiéndola en distinguible de los datos que llegan de la señal luminosa y viceversa.

En particular, la emisión de la señal luminosa, que tiene origen en el rayo luminoso producido por la fuente luminosa, es intermitente a una primera frecuencia y más o menos constante.

En la presente invención se adquiere una pluralidad de imágenes en correspondencia de determinados intervalos de tiempo, es decir a una segunda frecuencia, siendo de poca importancia la efectiva temporización de los intervalos.

Alternativamente, la señal luminosa, originada del rayo luminoso, es intermitente, a una primera frecuencia con una frecuencia variable por un período de tiempo (con un intervalo decidido por el usuario), mientras que la adquisición de la pluralidad de imágenes registradas se realiza a intervalos de tiempo constantes, a una secunda frecuencia (período y frecuencia constantes).

La adquisición de una cantidad suficiente de lecturas permite comparar una suficiente cantidad de imágenes, con lo cual se puede obtener un resultado satisfactorio.

En otra realización, donde se conoce sólo aproximadamente el período (constante) de emisión de la señal luminosa por parte de la fuente luminosa, en un intervalo de tiempo se pueden leer al menos dos imágenes (distanciadas entre sí) determinado sobre la base del período de emisión de la señal luminosa. En particular este intervalo de tiempo entre una lectura y la siguiente está determinado de manera de no ser un múltiplo entero del período intermitente de emisión de la señal luminosa. Ello significa que una de las lecturas se realiza en correspondencia de la fase de no emisión de la señal por parte de la fuente luminosa.

Una de las imágenes se puede registrar deliberadamente en un estado controlado de perturbación de manera de ponerla junto con un modelo o matriz de ajuste, que se puede almacenar y usar para la comparación con las imágenes que se adquieren durante el uso.

Al menos dos de esas imágenes también se registrarán en correspondencia de un intervalo que se determinará en función del período de emisión de la señal luminosa - junto con el modelo de plantilla antes descrito registrado bajo condiciones controladas de perturbación. Luego se llevará a cabo una comparación entre una imagen típica registrada durante la operación y los citados dos datos almacenados.

La comparación entre las imágenes se podría realizar usando el método de substracción.

Un problema que puede presentarse es que en los normales sensores ópticos el tiempo necesario para registrar una imagen no es cero, sino que es del orden de unos pocos milisegundos.

Si la fuente luminosa cambia su estado (de encendida a apagada o viceversa) durante esos pocos milisegundos, el receptor estará en condiciones sólo de registrar una fracción de la potencia óptica de la fuente, la cual fracción corresponderá a la porción de tiempo durante el cual la fuente estaba encendida. El resultado de lo anterior será una secuencia de imágenes en la cual la fuente se presenta a un nivel intermedio, haciendo que sea difícil realizar una substracción efectiva de la perturbación.

Aparte de lo anterior, la relación de fase entre la fuente y el receptor no es fija siempre, sino que cambia lentamente debido a la tolerancia para las frecuencias del oscilador.

El problema se puede solucionar de varias maneras.

Una primera forma puede ser cuando la fuente destella a una frecuencia igual a la mitad de la máxima posible del receptor. El receptor muestrea las dos imágenes que se usan para efectuar la substracción de la perturbación no en dos ciclos consecutivos sino introduciendo un "dry run" (simulacro) entre las dos lecturas.

El tiempo incluido entre dos lecturas consecutivas es el tiempo durante el cual el sensor se expone a la luz, y también es el tiempo útil durante el cual se puede realizar el muestreo de la señal. Durante ciertos períodos, el sensor no absorberá toda la potencia de la fuente luminosa, con la consiguiente desventaja mencionada con anterioridad.

Para contrarrestar lo anterior se pueden usar dos métodos.

En el primero de los dos métodos, el sistema de lectura del receptor es adecuado para habilitar a realizar un nuevo par de lecturas sólo después de que haya tenido lugar un número impar de ciclos. Esto garantiza que incluso en presencia de las circunstancias descritas con anterioridad, el sistema alternativamente estará en condiciones de adquirir pares válidos garantizando una prestación aceptable si bien no perfecta.

En el segundo de los dos métodos, el sistema de lectura del sensor es adecuado para habilitar un par de lecturas sólo después de haber tenido lugar un número par de ciclos. Además, el sistema está en condiciones de detectar si se produce una situación anómala. En este caso el sistema introduce otro ciclo "dry" sólo una vez, de manera de escalonar el receptor y la fuente. Esto garantiza una prestación uniforme en cualquier situación de sincronización, al costo de una complicación técnica no despreciable.

El funcionamiento también se puede realizar explotando un escalonamiento de fase.

En este caso se hace destellar la fuente a la frecuencia máxima permitida por las prestaciones del receptor. El receptor muestrea las dos imágenes usadas para la substracción del ruido en dos ciclos estrictamente consecutivos, y provoca que cambie significativamente la fase entre la fuente y el receptor, de manera que la situación anómala no persista por largos períodos de tiempo.

Esto se puede obtener, por ejemplo, manteniendo levemente diferentes las frecuencias básicas del receptor y de la fuente, o por intervención explícita del sistema de lectura que, interviniendo sobre el sistema de generación del sincronismo del receptor, provoca que la fase varíe con respecto a la fuente luminosa, por ejemplo aumentando o reduciendo la frecuencia básica de un corto período. Esta intervención en el sistema de lectura se puede realizar periódicamente o sobre la base de la lectura de la situación anómala, cuando fuera detectada.

Otro método, no alternativo a la técnica de substracción de la perturbación y tampoco al método de comparación al "modelo" o "plantilla", sino que actúa con el mismo para garantizar inmunidad a la perturbación, es el control de la exposición del sensor de imágenes. El método usa la posibilidad de controlar la sensibilidad del sensor controlando el tiempo durante el cual los elementos fotosensibles quedan expuestos a la señal luminosa.

Esto es una prerrogativa de los sensores lineales de nueva generación; por ejemplo, en la figura 4 el número 15 denota la imagen producida por la fuente luminosa sobre el sensor sobre la totalidad de elementos fotosensibles, mientras que el número 17 denota la señal de exploración sobre todo el sensor y el número 16 la señal que, en relación a la misma exploración, regula la exposición del sensor.

Un análisis de la señal recibida, después de ser considerada válida de acuerdo con las técnicas descritas con anterioridad, lo que significa con una simple operación de integración alrededor de aproximadamente la misma señal, permite determinar si el nivel de la señal es suficiente o no para la elaboración necesaria, o si se puede incrementar por medio del control de exposición, es decir aumentando la sensibilidad del dispositivo para tener una señal correcta. Esto es muy útil, por ejemplo, para tener un mismo nivel de señal tanto en vehículos con gran distancia entre ejes como en vehículos con distancia entre ejes muy chica.

Otra posibilidad es la de analizar la magnitud de la señal de perturbación externamente pero cerca de la señal útil, para decidir por ejemplo si reducir la exposición del sensor puesto que la luz del ambiente cercano inmediato podría llevar al sensor a niveles de saturación.

Puesto que la invención permite una variación de la exposición del dispositivo sobre la base de un análisis de la señal útil y de las señales perturbadoras, cada goniómetro se puede ajustar para anular las variables condiciones de la luz ambiental, convirtiendo al sistema en tolerante de las condiciones geométricas (distancia entre ejes) del vehículo.

El control de la exposición se puede realizar por separado para cada goniómetro (3 o 4) de la figura 1.

Claims (3)

1. Proceso para identificar una señal luminosa usada en un sensor óptico lineal (5) de un goniómetro (3, 4), de un tipo usado para medir ángulos característicos de ruedas de un vehículo de motor, en el cual la señal luminosa (8) se produce mediante un rayo luminoso con una dirección predeterminada con respecto a la cual se mide un ángulo, el ángulo estando formado entre la dirección del rayo luminoso y un eje de referencia (9) del goniómetro el cual eje de referencia es perpendicular al sensor óptico lineal (5), el sensor óptico lineal estando constituido por una pluralidad de elementos fotosensibles (6) contiguos y alineados, por medio de los cuales elementos se puede leer una imagen de señal luminosa, la cual imagen está constituida por la totalidad de intensidades ordenadas de radiaciones incidentes registradas sobre los elementos fotosensibles (6), el ángulo siendo una función directa de una distancia de la imagen desde un origen para medir las distancias en dirección longitudinal, el cual origen siendo definido por una intersección del eje de referencia (9) con un eje longitudinal del sensor, el proceso además comprendiendo las etapas operativas de: - lectura de al menos dos imágenes en instantes conocidos y diferentes; - comparación entre las al menos dos imágenes; - elaboración de los datos que surgen de dicha comparación; caracterizado por el hecho que la señal luminosa (8) que se origina en el rayo luminoso es intermitente a una primera frecuencia; siendo leída una pluralidad de imágenes a una segunda frecuencia; una de dichas primera frecuencia y segunda frecuencia siendo constante, y la otra siendo variable de manera aleatoria.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que al menos una de las lecturas de las imágenes se realiza bajo condiciones controladas o conocidas de la perturbación ambiental usando una operación de calibración para definir un modelo que se almacena y utiliza para la comparación con otras imágenes obtenidas durante el uso del proceso.

3. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que la comparación entre las imágenes se calcula usando un método de substracción.