ES2331908T3 - Metodo para leer fracciones de un intervalo entre elementos fotosensibles contiguos de un sensor optico lineal. - Google Patents

Abstract

Método para leer fracciones de un intervalo entre elementos fotosensibles (6) contiguos en un sensor óptico lineal (5), de un tipo empleado en un goniómetro, en el cual el ángulo (alfa) a medir es el ángulo formado con un eje de referencia (9) del goniómetro, perpendicular al sensor óptico lineal (5), por un haz luminoso (8) encanalado sobre el sensor óptico (5) por un dispositivo óptico (7), que comprende: - la lectura de una imagen corriente constituida por una totalidad ordenada de intensidades de las radiaciones incidentes leídas en elementos fotosensibles (6) contiguos; - el procesamiento de los datos tomados de la imagen corriente por medio de un proceso que define, con respecto a un origen determinado mediante una intersección del eje de referencia (9) con un eje del sensor (5), una distancia (d) de un punto de incidencia sobre el sensor (5) de un eje óptico del haz luminoso caracterizado por el hecho que dicha etapa de procesamiento comprende: - una comparación de dicha imagen corriente con un modelo definido por "n" intensidades luminosas, dicha imagen corriente siendo definida por "m" intensidades luminosas, donde el número "m" es mayor que el número "n"; - un proceso de interpolación basado en la comparación para determinar dichas fracciones.

Description

Método para leer fracciones de un intervalo entre elementos fotosensibles contiguos de un sensor óptico lineal.

Las fracciones del título se refieren a las que existen en el intervalo entre elementos fotosensibles del tipo empleado en un goniómetro para medir ángulos característicos de las ruedas de un vehículo motor.

En tales tipos de goniómetros, el ángulo que se mide es el ángulo que se forma con el eje de referencia del goniómetro (que es perpendicular al sensor óptico y que define un origen para la medición de las distancias en una dirección longitudinal) mediante un haz luminoso que un dispositivo óptico lo orienta hacia el sensor óptico.

El haz luminoso está constituido por rayos paralelos generados por una luz situada a una distancia suficientemente grande con respecto a la distancia entre el dispositivo óptico (lente cilíndrica o ranura) y el sensor lineal.

Cuando la lente cilíndrica se emplea como dispositivo óptico, la longitud focal de la lente es igual a la distancia entre la misma lente y el sensor. En este caso todos los rayos paralelos que impactan la superficie frontal de la lente se concentran en una línea que interseca el sensor lineal en una zona muy precisa condicionada no sólo por la exactitud de la ubicación de la lente sino también por el ángulo a medir que es el ángulo formado por el haz luminoso incidente con la línea perpendicular al sensor lineal. Es obvio que a medida que el ángulo aumenta también aumentan las alteraciones de la luz exactamente orientada que impacta al sensor, cuya consecuencia inmediata es que el sensor produce imágenes alteradas, dando como resultado un progresivo aumento de la falta de precisión de la medición.

El fenómeno se ve acentuado progresivamente a medida que disminuye la distancia focal y aumenta el ángulo a medir.

Un modo de reducir este fenómeno es el de utilizar una unidad óptica correctora en asociación con el sensor. Lo anterior, sin embargo, lleva aparejadas considerables complicaciones de construcción y costos más elevados.

Otra consideración es que la resolución del sensor lineal está relacionada físicamente con la distancia entre un elemento fotosensible y uno adyacente.

Lo anterior significa que de conformidad con realizaciones conocidas no parece ser posible determinar una distancia con respecto al origen que no sea igual a un múltiplo entero del intervalo (constante) entre un elemento y el siguiente. Por consiguiente parece no ser posible leer fracciones de este intervalo.

Una imprecisión similar podría suceder si un haz luminoso fuera colimado con una dimensión transversal capaz de generar un punto luminoso menor que las dimensiones de un elemento luminoso fotosensible. El resultado podría ser que el sensor lineal incluso podría no ser activado en todos aquellos casos donde el haz luminoso no impactara ninguno de los elementos fotosensibles.

La solución posible de aumentar el umbral de sensibilidad aumentando la cantidad de elementos fotosensibles por unidad de longitud del sensor lineal, o de reducir notablemente el intervalo entre un elemento fotosensible y otro, actualmente es tan cara que resulta impracticable.

De todos modos, una mayor resolución del goniómetro para medir los ángulos característicos de las ruedas de un vehículo motor que usa sensores lineales junto con un mayor ancho del campo de medición es una consolidada necesidad del sector.

El documento US 4.898.464 describe un sistema y un método para determinar la posición de un objeto, en el cual una señal de salida es compensada por los efectos de luz ambiental, polarización del fotodetector, etc.

En particular tal sistema y tal método se pueden emplear en la alineación de ruedas de vehículos: cada unidad de ruedas comprende un reticulado de fotodetectores conectado operativamente a una microcomputadora de la unidad de rueda y a una fuente de haz láser que dirige un haz láser hacia el retículo de otra unidad de rueda.

El documento EP 539.598 describe un método y un dispositivo para detectar una posición en un sensor láser que comprende un reticulado DAC (Dispositivo Acoplado por Carga) sobre el cual incide un haz luminoso, el punto de incidencia siendo la posición a detectar.

El cálculo se realiza determinando el centro de gravedad del haz recibido como el promedio ponderado de las intensidades detectadas por cada elemento fotosensible individual.

El documento WO 92/19932 describe un sistema para medir la disposición de las ruedas del vehículo, que comprende una pluralidad de unidades detectoras optoelectrónicas, cada una de ellas incluyendo una pluralidad de fotoelementos y un microprocesador que funciona para detectar y comparar la intensidad de la luz emitida por respectivos fotoelementos cuando esos elementos vienen iluminados, y proporciona información relativa a la exacta posición del haz luminoso incidente en una escala de medida.

El objetivo principal de la presente invención es el de eliminar las restricciones e inconvenientes de la técnica conocida.

Una ventaja de la presente invención es que no introduce ninguna modificación especial, desde el punto de vista constructivo, al aparato que se utiliza.

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 ejecución preferida pero no exclusiva de la presente invención, ilustrada a título puramente ejemplificador y no limitativo mediante las figuras de los dibujos anexos, en los cuales:

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

- la figura 2 es un diagrama de un goniómetro provisto del sensor de la figura 1;

- la figura 3 es una ilustración esquemática digital que muestra la imagen de evolución de la señal formada en el sensor lineal;

- la figura 4 muestra un posible diagrama electrónico para procesar las señales provenientes de los sensores lineales;

- la figura 5 es un gráfico que se refiere a la generación de la sincronía para el convertidor analógico-digital;

- la figura 6 muestra la relación entre la señal de sincronización y la imagen generada por el sensor lineal;

- la figura 7 muestra, en una escala muy amplificada, la relación fase/tiempo entre la señal de sincronización del convertidor analógico-digital y la señal de salida del amplificador del sensor lineal del goniómetro.

Con referencia a las figuras de los dibujos, el número 1 denota un sensor de medición, en su totalidad, aplicado a una llanta de una rueda (2) de un vehículo motor; el sensor (1) sirve para determinar los ángulos característicos de la rueda. El sensor de medición (1) comprende dos goniómetros ópticos (3 y 4) correlacionados con correspondientes goniómetros ópticos aplicados en otros tres sensores de medición instalados en las restantes tres ruedas del vehículo motor.

Cada goniómetro óptico está constituido, esquemáticamente, por un sensor óptico de imagen lineal (5) que comprende una línea de elementos fotosensibles (6) y por un dispositivo óptico (7) que tiene el cometido de conducir un haz luminoso (8) sobre un sensor lineal (6) en la dirección donde se debe realizar la medición angular. En el ejemplo ilustrado el haz luminoso (8) proviene de una luz asociada al sensor de medición instalado en una de las ruedas contiguas a la rueda sobre la cual está instalado el sensor de medición (1).

El ángulo a medir es el ángulo comprendido entre la dirección del haz luminoso (8) y el eje de referencia (9) del goniómetro, definido como el eje del dispositivo óptico (7), perpendicular al sensor lineal (5) en correspondencia de su punto central.

Muy esquemáticamente se ha denotado lo siguiente: f' es la distancia, medida en el eje (9) entre el dispositivo óptico (7) y el sensor lineal (5) (correspondiente a la distancia focal en el caso de uso de un dispositivo óptico (7) constituido por una lente); d indica la distancia desde el origen de la escala de distancias definido por el sensor lineal (5); \alpha indica el ángulo de la medición del ángulo comprendido entre el eje (9) y la dirección del haz luminoso (8).

La lectura de las distancias desde el origen (o) que no son múltiplos enteros del intervalo que existe entre un elemento fotosensible y otro sino que incluye fracciones del intervalo, se realiza empleando un método que incluye:

-

lectura de la imagen corriente constituida por el conjunto ordenado de intensidades de las radiaciones incidentes sobre los elementos fotosensibles cercanos (la figura 3 es un diagrama donde las abscisas (coordenadas x) muestran distancias desde el origen (o) y las ordenadas (coordenadas y) muestran intensidades luminosas leídas por los elementos fotosensibles individuales);

-

procesamiento de los datos incluidos en la imagen corriente por medio de un proceso que converge hacia un resultado que define, con respecto a un origen determinado por la intersección del eje de referencia con el eje del sensor, la distancia del punto de incidencia sobre el sensor de un eje óptico ideal del haz luminoso.

La distancia viene determinada por medio de un método de interpolación de una medición de distancia en base a una comparación de la imagen corriente con una imagen conocida, adquirida con anterioridad por medio de una operación de calibración (conocida como patrón o modelo) que se la hace correr por encima de la imagen corriente a comparar con la misma utilizando un adecuado sistema de medición.

En particular, en una primera ejecución, con Ti, i=1, ..., n la totalidad de elementos fotosensibles que constituyen el modelo, e Ii' i=1, ..., m, m>n, la totalidad de elementos fotosensibles que constituyen la imagen corriente, una posible fórmula de medición es la suma de las distancias elemento por elemento donde la distancia puede ser la distancia euclidiana, la distancia del valor absoluto u otra; la distancia en correspondencia del elemento k siendo:

1

usando mediciones euclidianas o

2

usando valores de medición absolutos. La fracción de intervalo entre dos elementos fotosensibles contiguos viene determinada usando una interpolación obtenida considerando el mínimo local del intervalo k+1, k-1 en la curva que pasa a través de las distancias que corresponden a los elementos k, k+1, k-1, es decir la fracción de intervalo pudiéndose determinar utilizando la relación:

3

donde f representa la parte fraccional de la posición del punto de incidencia del eje óptico ideal del haz luminoso.

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En una segunda ejecución, con Ti, i=1, ..., n el conjunto de elementos fotosensibles que constituye el modelo, e Ii, i=1, ..., m, m>n, el conjunto de elementos fotosensibles que constituyen la imagen corriente, una posible fórmula de medición es la correlación, es decir la suma de los productos elemento por elemento entre la imagen corriente y el modelo determinado en calibración con la relación estándar:

4

y normalizada

5

donde la fracción de intervalo entre dos elementos fotosensibles contiguos viene determinada utilizando una interpolación obtenida considerando el mínimo local del intervalo k+1, k-1 en la curva que pasa a través de las distancias correspondientes a los elementos k, k+1, k-1, es decir la fracción de intervalo pudiéndose determinar utilizando la relación:

6

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donde f representa la parte de fracción de la posición del punto de incidencia del eje óptico ideal del haz luminoso.

La distancia (d) del punto de incidencia sobre el sensor lineal también puede ser determinada utilizando un método de interpolación en la imagen corriente interpolando directamente el modelo.

Durante el funcionamiento, para realizar el análisis de la señal sobre más de un elemento, la conversión analógica-digital se debe sincronizar exactamente con la exploración sobre el sensor, es decir con la operación con la cual se utiliza una señal de sincronización para analizar los contenidos de la señal de cada elemento fotosensible del sensor impactado por la luz encanalada por el elemento óptico.

La figura 4 muestra un sistema electrónico de procesamiento de datos de la señal proveniente de los sensores lineales descritos con anterioridad. La señal del sensor lineal (6) instalado en el goniómetro denotado con 3 y el sensor (5) instalado en el goniómetro denotado con 4 se procesan a través de un único circuito procesador de señales que comprende, respectivamente, al amplificador-acondicionador, al convertidor analógico-digital (11) y al circuito generador de sincronismo (12).

El circuito procesador de señales permite la sincronización necesaria entre la exploración de las señales producidas por los elementos fotosensibles individuales de los sensores lineales (5) y la operación de conversión analógica-digital de modo de permitir un exacto cálculo numérico mediante un circuito de cálculo que calcula la señal de cada elemento fotosensible, de modo de poder procesar datos concernientes al valor angular que corresponde al ángulo debajo del cual se observa un intervalo entre dos elementos fotosensibles consecutivos.

El generador de sincronismo genera las señales necesarias para el funcionamiento de los sensores lineales y, en particular, genera los sincronismos de exploración según un método conocido, típico de sensores lineales de imagen y que no forma parte de la presente invención.

En particular, el generador de sincronismo genera, sincrónicamente con la exploración de un único elemento fotosensible, una señal RDAD; esta señal informa al convertidor analógico-digital acerca del instante (tl) en que comienza la operación de conversión, es decir el instante en el cual la señal disponible está indudablemente disponible para el deseado elemento fotosensible, y en el cual la señal es suficientemente estable (figura 5).

La figura 5 muestra (muy amplificada) la señal de sincronización (14) RDAD y la señal de salida del sensor lineal (o más bien de salida del correspondiente circuito amplificador-acondicionador) relativo al elemento fotosensible, y el tiempo (tl) en que el convertidor comienza la conversión. El convertidor, provisto de un multiplexor interno y sincronizado mediante la señal RDAD, analiza alternativamente la señal del sensor del goniómetro (3 o 4) y pone a disposición una señal digitalizada Dout; al mismo tiempo, al final de la conversión viene generada una señal irquinput AD que un retardo, obtenido usando el mismo generador de sincronismo (12), condiciona y devuelve de modo de informar a la unidad de cálculo con la señal AD irqout que están disponibles los datos concernientes al elemento fotosensible.

El resultado se puede observar en formato digital en la figura 3, en la cual el contenido de la señal de los elementos fotosensibles individuales indicados en el eje x está representado con formato binario en el eje y, restringido a una zona amplificada alrededor de la imagen formada en el sensor lineal.

La figura 6 muestra, de forma menos amplificada, la relación entre la señal de sincronización (14) y la imagen (13) generada por el sensor lineal; la figura 7 da una indicación muy amplificada de la relación fase y temporal entre la señal de sincronización (14) del convertidor analógico-digital y la señal (13) de salida del amplificador (9 o 10), respectivamente del sensor lineal del goniómetro (3 o 4).

Sólo mediante una exacta sincronización entre la operación de exploración de la señal en los elementos fotosensibles individuales del sensor lineal y la operación de conversión es posible recolectar los datos sobre el contenido de la señal de los elementos fotosensibles cercanos para obtener los datos angulares con una mayor resolución de los elementos globales y, determinar así el ángulo mínimo requerido.

Claims (4)

1. Método para leer fracciones de un intervalo entre elementos fotosensibles (6) contiguos en un sensor óptico lineal (5), de un tipo empleado en un goniómetro, en el cual el ángulo (\alpha) a medir es el ángulo formado con un eje de referencia (9) del goniómetro, perpendicular al sensor óptico lineal (5), por un haz luminoso (8) encanalado sobre el sensor óptico (5) por un dispositivo óptico (7), que comprende:

- la lectura de una imagen corriente constituida por una totalidad ordenada de intensidades de las radiaciones incidentes leídas en elementos fotosensibles (6) contiguos;

- el procesamiento de los datos tomados de la imagen corriente por medio de un proceso que define, con respecto a un origen determinado mediante una intersección del eje de referencia (9) con un eje del sensor (5), una distancia (d) de un punto de incidencia sobre el sensor (5) de un eje óptico del haz luminoso

caracterizado por el hecho que dicha etapa de procesamiento comprende:

- una comparación de dicha imagen corriente con un modelo definido por "n" intensidades luminosas, dicha imagen corriente siendo definida por "m" intensidades luminosas, donde el número "m" es mayor que el número "n";

- un proceso de interpolación basado en la comparación para determinar dichas fracciones.

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2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que dicho modelo es una imagen conocida adquirida con anterioridad por medio de una operación de calibración.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho que con Ti, i=1, ..., n la totalidad de intensidades luminosas leídas por los elementos fotosensibles que constituyen el modelo, e Ii, i=1, ...,m, m>n, la totalidad de intensidades luminosas leídas por los elementos fotosensibles (6) que constituyen la imagen corriente, una fórmula de medición es la suma de las distancias elemento por elemento donde la distancia puede ser la distancia euclidiana o la distancia del valor absoluto; la distancia en correspondencia del elemento k siendo:

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7

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usando mediciones euclidianas; o

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8

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usando valores absolutos de medición;

la fracción de intervalo entre dos elementos fotosensibles (6) contiguos siendo determinada usando una interpolación obtenida considerando el mínimo local del intervalo k+1, k-1 en la curva que pasa a través de las distancias que corresponden a los elementos k, k+1, k-1, es decir la fracción de intervalo pudiéndose determinar usando la relación:

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9

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donde f representa la parte fraccional de la posición del punto de incidencia del eje óptico ideal del haz luminoso (8).

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4. Método según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho que con Ti, i=1, ..., n la totalidad de intensidades luminosas leídas por los elementos fotosensibles que constituyen el modelo, e Ii, i=1, ..., m, m>n, la totalidad de intensidades luminosas leídas por los elementos fotosensibles que constituyen la imagen corriente, una fórmula de medición es la correlación, es decir la suma de los productos elemento por elemento entre la imagen corriente y el modelo determinado en calibración con la relación estándar:

10

y normalizada:

11

donde la fracción de intervalo entre dos elementos fotosensibles (6) contiguos viene determinada usando una interpolación obtenida considerando el mínimo local del intervalo k+1, k-1 en la curva que pasa a través de las distancias que corresponden a los elementos k, k+1, k-1, es decir la fracción de intervalo pudiéndose determinar usando la relación:

12

donde f representa la parte fraccional de la posición del punto de incidencia del eje óptico ideal del haz luminoso.