KR101108602B1

KR101108602B1 - 차량 휠 얼라인먼트 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101108602B1
Application number: KR1020097002338A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 더블유. 로져스
Original assignee: 스냅-온인코포레이티드
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-01-31
Also published as: KR20090086933A; US7458165B2; EP2102588B1; US20170131092A1; CN101512289B; EP2918970A1; US8539684B2; EP2918971A1; US20110179656A1; US8904654B2; US9587934B2; US7703213B2; CN101512289A; US20150070491A1; WO2008039289A2; US7313869B1; JP5652589B2; US20100177304A1; US7937844B2; JP2010503826A

Abstract

하이브리드 휠 얼라인먼트 시스템 및 방법은 제1 쌍의 휠(예를 들어, 전방 휠)에 대하여 수동 타겟을 사용하고, 제2 쌍의 휠(예를 들어, 후방 휠)에 대하여 능동 감지 헤드를 사용한다. 상기 능동 감지 헤드는 타겟의 이미지를 캡쳐하기 위하여 이미지 센서를 능동 감지 헤드 사이의 관계를 감지하기 위한 적어도 하나의 공간 관계 센서와 결합한다. 상기 능동 감지 헤드의 하나 또는 모두는 해당하는 감지 헤드의 하나 또는 그 이상의 경사각을 감지하기 위하여 경사계 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 능동 감지 헤드로부터의 데이터는, 예를 들어, 휠 얼라인먼트 애플리케이션에서 유용한 파라미터의 측정하도록 하나 또는 그 이상의 차량 측정값을 유도하는 처리를 위하여 호스트 컴퓨터로 보내질 수 있다.

Description

차량 휠 얼라인먼트 시스템 및 방법{VEHICLE WHEEL ALIGNMENT SYSTEM AND METHODOLOGY}

본 발명은 이미지 처리 기반의 얼라인먼트 기술과 하나 또는 그 이상의 다른 얼라인먼트 기술을 결합하여 사용하는 차량 휠 얼라인먼트를 위한 기술 및 설비에 관한 것이다.

종래의 차량 휠 얼라인먼트 시스템은 휠과 서스펜션의 다양한 각도를 측정하기 위하여 차량의 휠에 부착된 센서 또는 헤드들(heads)을 이용한다. 이러한 각도들은 호스트 시스템으로 통신되어, 호스트 시스템에서 차량 얼라인먼트 각도의 계산에 사용된다. 종래의 표준 얼라이너(aligner) 구성에서, 4개의 얼라인먼트 헤드가 차량의 휠에 부착된다. 각 센서 헤드는 2개의 수평 또는 토(toe) 측정 센서와 2개의 수평 또는 캠버/피치 센서를 포함한다. 또한, 각 센서 헤드는 상태 피드백, 진단 및 캘리브레이션 지원을 위한 얼라이너 콘솔(console), 로컬 사용자 입력 및 로컬 디스플레이와의 통신 뿐만 아니라 전체적인 센서 데이터의 획득을 지원하기 위한 전자 장치를 포함한다. 각 헤드를 필수적으로 구성하는 기계적 하우징 뿐만 아니라 4개의 센서 및 전자 장치는 각 휠에 대하여 하나씩 있기 때문에 4번 중복된다.

최근 수년간, 자동차 차량의 휠은 컴퓨터를 이용한 3차원(3D) 기계식 비젼 얼라인먼트 시스템(machine vision alignment system)을 이용하여 정비소에서 정렬되었다. 이러한 시스템에서, 하나 또는 그 이상의 카메라는 차량의 휠에 부착된 타겟을 관측하며, 얼라인먼트 시스템에서의 컴퓨터는 휠 위치 데이터로부터 차량 휠의 휠 위치 및 얼라인먼트를 판단하기 위하여 타겟의 이미지를 분석한다. 컴퓨터는 일반적으로 이미지 데이터의 처리로부터 획득된 계산에 따라 정밀한 얼라인먼트를 위하여 휠을 적절히 조절하도록 조작자를 안내한다. 이러한 이미지 처리 타입의 휠 얼라인먼트 시스템 또는 얼라이너는 "3D 얼라이너"로 가끔 불린다. 이러한 이미지 처리를 이용한 차량 휠 얼라이너의 일례는 V3D(Visualiner 3D)이며, 스냅-온 인코포레이터의 계열사인 아칸소주 콘웨이에 있는 존 빈 컴퍼니(John Bean Company)로부터 상용으로 사용가능하다.

차량의 휠에 직접 장착된 센서를 갖는 종래의 비시각적 얼라인먼트 시스템은 필수 품목이 되어가고 있다. 종래의 시스템을 위한 시장 유인 소매 가격은 이미지 처리 타입의 휠에 장착되지 않는 센서 얼라인먼트 시스템의 경쟁력과 이의 광범위한 수용 때문에 계속적으로 하강한다. 주류의 종래 얼라인먼트 시스템은 높은 정확성과 확립된 특징 세트를 요구하지만, 여전히 더 낮은 비용의 기술과 제조 공정이 바람직하다. 불행히도, 이러한 개선은 여전히 증가하는 비용을 갖는 개선만을 달성할 수 있다. 비용을 감소시키지만 정확성과 특징을 유지하는 새로운 패러다임의 휠 장착 센서 헤드를 이용한 시스템이 바람직하다.

본 명세서에서의 교시는 하나 또는 그 이상의 헤드를 위한 이미지 처리 얼라이너 타입의 타겟을 다른 휠 헤드에 있는 카메라 이미지 설비 및 위치/배향(orientation) 센서와 결합함으로써 종래 얼라인먼트 시스템을 개선시킨다.

예를 들어, 휠 얼라인먼트 시스템은 한 쌍의 수동 헤드와 한 쌍의 능동 감지 헤드를 포함할 수 있다. 수동 헤드는 휠 얼라인먼트 시스템의 조작에 의해 측정될 차량의 제1 쌍의 휠과 관련하여 장착되기에 알맞다. 능동 감지 헤드는 차량의 제2 쌍의 휠과 관련되어 장착되기에 알맞다. 각 수동 헤드는, 예를 들어, 이미지 센서에 의해 관찰될 수 있는 타겟을 포함한다. 각 능동 감지 헤드는 다양한 헤드가 차량의 해당하는 휠에 또는 이와 관련하여 장착될 때 수동 타겟의 이미지를 포함하도록 기대되는 이미지 데이터를 생성하기 위한 이미지 센서를 포함한다. 또한, 본 시스템은 능동 감지 헤드의 적어도 하나와 관련된 공간 관계 센서(spatial relationship sensor)를 포함한다. 공간 관계 센서는 능동 감지 헤드가 차량의 휠에 장착될 때 능동 감지 헤드 사이의 공간 관계의 측정을 가능하게 한다. 또한, 본 시스템은 컴퓨터를 포함한다. 컴퓨터는 적어도 하나의 공간 관계 센서로부터의 위치 데이터뿐만 아니라 타겟의 관찰과 관련된 이미지 데이터를 처리한다. 데이터 처리는 차량의 적어도 하나의 측정값에 대한 계산을 가능하게 한다.

본 개시 내용의 다른 양태에 따르면, 휠 얼라인먼트 시스템에 사용하기 위한 능동 감지 헤드는 휠 얼라인먼트 시스템의 조작에 의해 측정될 차량의 휠에 장착하기 위한 하우징과 하우징에 장착된 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서는 이미지 데이터를 생성한다. 측정 조작에 있어서, 이미지 데이터는 일반적으로 차량의 다른 휠과 관련된 타겟의 이미지를 포함한다. 또한, 감지 헤드는 능동 감지 헤드가 차량의 휠에 장착될 때 능동 감지 헤드의 경사각(tilt angle)을 감지하기 위하여 하우징에 장착된 적어도 하나의 경사 센서를 포함한다. 공간 관계 센서는 차량의 다른 휠에 장착된 다른 능동 감지 헤드에 대한 능동 감지 헤드의 공간 관계를 측정하기 위하여 하우징에 장착된다. 통신 인터페이스는 능동 감지 헤드로부터 휠 얼라인먼트 시스템의 호스트 컴퓨터로의 이미지 데이터, 감지된 경사각 및 교차 위치 센서(cross position sensor)에 의해 측정된 위치 관계에 응답하는 데이터 전송을 가능하게 한다.

본 명세서에서 교시된 원리에 따라 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법은 제1 이미지 데이터를 생성하기 위하여 차량의 제2 휠과 관련하여 장착된 제1 헤드에 있는 이미지 센서를 이용하여 차량의 제1 휠과 관련된 타겟의 이미지를 캡쳐하는 단계를 포함한다. 차량의 제3 휠과 관련된 타겟의 이미지는 제2 이미지 데이터를 생성하기 위하여 차량의 제4 휠과 관련하여 장착된 제2 헤드에 있는 이미지 센서를 이용하여 캡쳐된다. 본 방법은 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계를 더 수반한다. 제1 및 제2 이미지 데이터와 공간 관계 측정값은 차량의 적어도 하나의 측정값을 계산하기 위하여 처리된다.

다른 이점 및 신규한 특징은 이어지는 상세한 설명에서 부분적으로 설명될 것이며, 부분적으로는 이어지는 첨부의 도면을 검토함으로써 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명하거나 또는 예시들의 실시 또는 조작에 의해 배울 수 있다. 본 교시의 이점은 첨부된 청구범위에 의해 특별히 지적된 방법, 장치 및 조합에 대한 실시 또는 사용에 의해 구현되고 얻어질 수 있다.

도면들은 본 교시에 따른 하나 또는 그 이상의 구현예를 한정이 아닌 예시로서 도시한다. 도면에서, 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 차량 휠과 관련된 타겟과 능동 감지 헤드의 제1 배치를 나타낸다.

도 1A 및 1B는 수동 헤드에 이용될 수 있는 상이한 종류의 타겟을 도시한다.

도 2는 하이브리드 휠 얼라인먼트 시스템의 기능 블록도이며, 그 구성 요소는 대상 차량의 휠에 장착된다(차량의 다른 구성요소는 편의상 생략된다).

도 3은 본 시스템의 휠에 장착된 부품의 일부에 대한 측면도이며, 하나의 능동 감지 헤드가 부분 단면도에 상세히 도시된다.

도 4는 측정된 중력 벡터의 피치 평면에 대한 카메라 축의 관계를 설명하는데 유용한 하나의 능동 감지 헤드에 대한 측면도이다.

도 5는 측정된 중력 벡터의 캠버 평면에 대한 카메라의 관계를 설명하는데 유용한 하나의 능동 감지 헤드에 대한 배면도이다.

도 6은 하나의 능동 감지 헤드의 부품에 대한 기능 블록도이다.

도 7은 차량 휠과 관련된 타겟과 능동 감지 헤드에 대한 다른 배치를 도시하며, 이 경우에는 능동 헤드 사이의 공간 관계를 측정하기 위하여 추가의 타겟과 이 미지 감지를 이용한다.

도 8은 도 7의 시스템의 휠에 장착된 부품의 일부에 대한 측면도이며, 하나의 능동 감지 헤드가 부분 단면도에 상세히 도시되며, 도 3과는 일반적으로 유사하지만 공간 관계 센서가 다른 카메라를 이용한다.

도 9는 도 7에서의 상세도에 도시된 능동 감지 헤드의 부품에 대한 기능 블록도이다.

도 10 내지 18은 차량 휠의 상이한 조합과 관련된 다양한 헤드/타겟을 구비하고 공간 관계 감지를 위한 다양하고 상이한 구성과 설비를 갖는 일련의 다른 배치들을 도시한다.

다음의 상세한 설명에서, 많은 특정 상세 내용이 관련 교시 내용에 대한 완벽한 이해를 제공하기 위하여 예로써 설명된다. 그러나, 본 교시 내용이 이러한 상세 내용 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 다른 경우에, 본 교시 내용의 양태를 불필요하게 흐리는 것을 방지하기 위하여 공지된 방법, 절차, 부품 및 회로는 상세하지 않게 상대적으로 하이 레벨(high level)로 설명된다.

다양한 도면에 도시된 예들은 상대적으로 저가의 얼라인먼트 시스템을 제공한다. 예시적은 시스템은 이미지 처리의 양태를 하나 이상의 다른 종류의 측정 기술과 결합한다는 점에서 본질적으로 "하이브리드(hybrid)"이다. 이러한 하이브리 드 시스템은 시험을 받는 차량의 2개의 휠에 대하여 예를 들어 수동 헤드에서 가시(visible) 타겟을 이용하며, 본 시스템은 차량의 2개의 다른 휠에 부착된 능동 감지 헤드에서 광학 이미지 센서(예를 들어, 카메라) 및 다른 얼라인먼트 센서의 결합을 이용한다. 수동 헤드는 종래의 얼라인먼트 시스템에서 사용된 헤드보다 제조비가 실질적으로 더 적게 든다. 능동 감지 헤드의 비용은 일반적으로 종래의 휠 얼라인먼트 시스템의 2개의 헤드의 비용에 비교할만하다.

촬상 기술을 이용하여 차량의 전방 휠의 위치 및 배향을 측정하는 것은 저가 시스템에서 통상적으로 가능하지 않은 이미지 처리 기반의 휠 얼라인먼트와 관련된 측정을 유도할 수 있는 능력을 포함하는 추가 이점을 제공한다. 이러한 추가 측정은 스크럽 반지름(scrub radius)(미국 특허 제6,532,062호), 롤 반지름(roll radius)(미국 특허 제6,237,234호) 및 캐스터 트레일(caster trail)(미국 특허 제6,661,751호)을 포함할 수 있다.

다음으로, 첨부된 도면에서 도시되고 아래에 설명되는 실시예들을 더욱 상세하게 참조한다.

도 1은 예를 들어 하나 또는 그 이상의 휠 얼라인먼트 파라미터를 측정하기 위하여 시험을 받는 차량(20)의 휠에 관련된 타겟 및 감지 헤드의 제1 배치를 도시한다. 휠을 제외하고는 차량의 구성요소들은 도시를 용이하게 하기 위하여 생략된다.

휠 얼라인먼트 시스템은 제1 예에서는 전방 조향 휠인 차량의 해당하는 휠(22, 24)에 장착된 한 쌍의 수동 헤드(21, 23)를 포함한다. 능동 감지 헤드(25, 27)는 이 경우에는 후방 휠인 차량의 다른 해당하는 휠(26, 28)과 관련하여 장착되기에 알맞다. 각 능동 감지 헤드는 다양한 헤드가 차량(20)의 해당하는 휠에 장착될 때 수동 타겟의 이미지를 포함하는 것으로 기대되는 이미지 데이터를 생성하기 위한 이미지 센서(29 또는 31)를 포함한다. 제1 예에서, 능동 감지 헤드(25, 27)에서의 이미지 센서(29, 31)는 예를 들어 카메라인 2차원(2D) 촬상 장치이다.

헤드(21, 23)는 타겟을 포함하지만 감지 요소를 포함하지 않는다는 점에서 수동(passive)이다. 각 수동 헤드(21, 23)는 능동 헤드(25, 27)에 있는 이미지 센서(29 또는 31) 중 하나에 의해 관찰될 수 있는 종류의 타겟을 포함한다. 다른 헤드에서의 센서에 의한 이미지 감지를 위하여 수동 헤드(21 또는 23)에서의 타겟은 능동이거나 수동일 수 있다. 발광 다이오드(LED)와 같은 능동 타겟은 센서에 의해 검출될 수 있는 에너지(예를 들어, 적외선 또는 가시광선)를 방출하기 위하여 전력에 의해 구동되는 공급원이다. 수동 타겟은 전력에 의해 구동되지 않는 요소이며 센서에 의한 검출을 위하여 에너지를 방출하지 않는다. 헤드(25, 27)에서의 이미지 센서를 가정하면, 수동 타겟은 해당 이미지 센서에 의해 검출가능한 방법으로 빛이나 다른 에너지를 반사하는(또는 반사하지 않는) 객체일 수 있다. 본 예에서, 타겟이 하나 또는 그 이상의 발광 요소를 포함할 수 있더라도, 타겟은 다른 공급원에 의해 조명되고 능동 감지 헤드(25, 27)에서의 카메라 또는 이와 유사한 것에 의해 촬상될 때 검출될 수 있는 밝고 어두운 영역을 포함한다.

수동 휠 헤드(21) 중 하나에서 사용될 수 있는 타겟의 제1 예가 도 1A에 도시된다. 제1 예에서, 타겟은 직사각형이다. 수동 휠 헤드(21) 중 하나에서 사용 될 수 있는 타겟의 제2 예가 도 1B에 도시된다. 제2 예에서, 타겟은 원형이다. 각 경우에, 타겟은 미리 결정된 포맷과 패턴으로 플레이트의 표면에 표시되거나 장착된 상이한 크기의 원 패턴을 갖는 평판으로 이루어진다. 특정 패턴이 도 1A 및 1B에 도시되지만, 많은 수의 상이한 패턴이 각 타겟에 사용될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 예를 들어, 더 많거나 더 적은 개수의 도트가 포함될 수 있으며, 다른 크기와 형상이 도트에 대하여 사용될 수 있다. 또한, 다른 예에서, 다면체의 플레이트 또는 객체가 타겟로 사용될 수 있다. 많은 예들은 각 타겟을 형성하도록 배치된 다수의 역반사성 요소를 이용한다. 더 많은 정보에 대하여는, 잭슨(Jackson)에게 허여된 미국 등록 특허 제5,724,743호를 참조하라.

또한, 본 시스템은 능동 감지 헤드(25 또는 27) 중 적어도 하나와 관련된 공간 관계 센서를 포함한다. 공간 관계 센서는 능동 감지 헤드가 차량의 휠 상에 장착될 때 능동 감지 헤드(25, 27) 사이의 공간 관계 측정을 가능하게 한다. 일반적으로, 공간 관계 센서는 사용된 센서의 종류에 따라 상대 위치 및/또는 배향을 측정할 수 있다. 위치 측정값은 원근법(perspective)으로부터 또는 측정 장치의 좌표계에서 측정된 물품의 상대 위치를 말한다. 위치 측정은 일반적으로 직교 좌표 또는 극좌표와 같은 표준 좌표계를 이용한다. 배향은 3차원 위치 측정으로부터 유도될 수 있으며, 또는 배향은 위치에 독립적으로 측정될 수 있다. 배향은 표준 좌표계에서 표현된 측정 장치에 대한 측정된 장치의 회전 위치에 관련된다. 배향은 일반적으로 3차원 직교 기준 평면에서의 회전각으로 표현된다.

본 명세서에서 논의된 휠 얼라인먼트 시스템이 다양하고 상이한 종류의 공간 관계 센서로 구현될 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 제1 예에서, 본 시스템은 토 평면(toe plane)에서 능동 감지 헤드(25, 27)의 상대 각도를 측정하기 위하여 2개의 종래(1D) 각도 센서(33, 35)를 사용한다.

또한, 능동 헤드(25, 27)는 일반적으로 캠버와 피치인 헤드의 경사를 측정하기 위하여 중력 센서 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 제1 예에서, 헤드(25)는 하나 또는 그 이상의 경사 센서(37)를 포함한다; 그리고, 헤드(27)는 하나 또는 그 이상의 경사 센서(39)를 포함한다.

이후 더욱 상세한 예에서 도시되는 바와 같이(도 2), 본 시스템은 컴퓨터도 포함한다. 컴퓨터는 능동 감지 헤드로부터의 타겟의 관찰에 관련된 이미지 데이터 및 경사 데이터를 처리한다. 또한, 컴퓨터는 적어도 하나의 공간 관계 센서로부터의 공간 관계 데이터를 처리한다. 데이터 처리는 차량의 적어도 하나의 측정값에 대한 계산을 가능하게 한다.

이미지 처리 기술을 이용한 측정은 기본적으로 휠 얼라인먼트 시스템에서의 종래의 각도 측정 기술을 이용하는 것과는 상이하다. 기본 이미지 처리 기술이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자에게 공지되어 있지만, 분명하게 하기 위하여 간단한 설명이 제공된다. 물체(body)의 이미지는 이러한 물체가 관측되는 투시(perspective)에 따라 변동되며, 이미지에서의 변동은 물체가 관측되는 관측 경로의 투시 각도에 직접 관계되거나 투시 각도로부터 결정된다. 또한, 단지 객체의 투시 이미지를 진정한 비투시 이미지과 관계시킴으로써 객체가 관측되 게 하는 투시 각도를 결정하는 것이 가능하다는 것은 공지되어 있다. 반대로, 객체의 투시 이미지를 비투시 이미지과 비교함으로써 관측 경로(또는 이에 수직인 평면)에 객체가 배향되는 각도를 결정하는 것이 가능하다.

실제로, 실제 이미지(예를 들어, 주 평면에 수직인 타겟을 보아서 얻어진 이미지) 및 타겟의 치수에 대응하는 수학적 표현 또는 데이터는 얼라인먼트 과정 동안에 관측된 타겟의 투시 이미지가 비교될 수 있는 기준 이미지가 컴퓨터가 가질 수 있도록 컴퓨터의 메모리로 프로그래밍된다.

컴퓨터가 타겟의 배향을 계산하는 방법은 타겟에 대한 소정의 기하학적 특성을 식별하고, 기하학적 특성에 대한 투시 측정을 하고, 이러한 측정 결과를 컴퓨터의 메모리에 사전에 프로그래밍된 실제 이미지과 비교하는 것이다.

또한, 타겟의 실제 치수가 컴퓨터의 메모리로 사전에 프로그래밍되기 때문에, 본 발명의 방법 및 장치는 3차원 공간에서 휠의 정확한 위치를 결정하는데 이용될 수 있다. 이것은 먼저 타겟 상의 패턴에 대한 소정의 요소의 투시 이미지를 결정하고 이 이미지의 치수를 이러한 요소의 실제 치수와 비교함으로써 수행될 수 있다. 이것은 이미지 센서로부터 이러한 요소 및 이에 따른 타겟의 거리를 산출할 수 있다.

본 명세서에서 논의된 휠 얼라인먼트 시스템에 대하여, 능동 헤드에 있는 이미지 센서는 휠에 부착된 타겟을 관측하며 타겟의 투시 이미지를 나타내는 이미지 데이터를 생성한다. 컴퓨터는 타겟의 투시 이미지 데이터를 타겟의 실제 형상과 상관시킨다. 이렇게 하여, 컴퓨터는 타겟의 알려진 기하학적 요소의 치수를 투시 이미지에서의 대응하는 요소의 치수와 관련시키며, 소정의 삼각법 계산에 의해(또는 임의의 다른 적합한 수학적 또는 수치적 방법에 의해) 차량의 휠 얼라인먼트를 계산한다. 또한, 컴퓨터는 수동 타겟과 관련된 휠의 회전 축(휠 축)의 3차원 위치 및 배향을 계산한다.

타겟의 처리에 바탕을 둔 추가 정보에 대하여는, 잭슨에게 허여된 미국 등록 특허 제5,724,743호를 참조하라.

도 2는 차량(단순화를 위하여 도시되지 않는다)의 4개의 휠(41, 43, 45, 47) 뿐만 아니라 저가의 하이브리드 휠 얼라인먼트 시스템(50)의 더욱 포괄적인 예를 도시한다. 시스템(50)은 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이 휠(41, 43, 45, 47)에 장착되거나 아니면 휠(41, 43, 45, 47)과 관련된 4개의 헤드(51, 53, 55, 57)를 포함한다. 다양한 다른 종류의 장착 장치가 사용될 수 있다. 이 예에서, 수동 헤드(51, 53)는 전방 휠(41, 43)에 장착되며, 전방 휠(51, 53)은 역반사성(retro-reflective) 타겟을 이용한다. 도시된 바와 같이 휠에 장착될 때, 역반사성 타겟은 후방으로 향하며, 해당하는 능동 감지 헤드에서 이미지 센서에 의해 관찰가능해진다. 역반사성 타겟은 3차원(3D) 기계식 비젼 얼라인먼트 시스템에서 사용된 것과 유사할 수 있다. 후방 휠(45, 47)에 장착된 헤드(55, 57)는 능동 감지 헤드이며, 이미지 감지 요소를 포함한다. 이 예에서, 헤드(55, 57)는 아래에서 논의되는 바와 같이 휠 얼라인먼트 시스템(50)의 호스트 컴퓨터 시스템(100)에 의해 처리될 정보를 획득하기 위한 경사 및 공간 관계 감지 요소를 더 포함한다.

V3D 카메라와 유사한 이미지 센서는 각 후방 헤드에 배치된다. 이러한 카메 라 각각의 광축은 전방 휠에 부착된 타겟의 위치 및 배향을 측정하기 위하여 차량의 트랙을 따라 전방을 향한다. 카메라는 차량 휠의 트랙, 즉 휠의 회전 라인 상에 직접적으로 있을 필요는 없다. 카메라는 단지 전방 휠과 관련된 수동 헤드(51, 53)에서의 타겟의 이미지를 관측하고 캡쳐하기에 충분하게 휠 트랙의 따라 향할 필요가 있다. 본 예에서, 능동 감지 헤드(55)는 좌측 휠의 트랙을 따라 전방으로 향하는 카메라(61)의 형태로 이미지 센서를 포함하는 이미지 감지 모듈 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 이와 같이 장착될 때, 카메라(61)의 시야 필드는 좌측 전방 휠(41)에 장착된 수동 헤드(51)의 타겟 부분을 포함한다. 유사하게, 능동 감지 헤드(57)는 우측 휠의 트랙을 따라 전방으로 향하는 카메라(63)의 형태로 이미지 센서를 포함하는 이미지 감지 모듈 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 이와 같이 장착될 때, 카메라(63)의 시야 필드는 좌측 전방 휠(43)에 장착된 수동 헤드(53)의 타겟 부분을 포함한다.

하나 또는 그 이상의 센서들은 후방 헤드(55, 57)에 부착되며, 2개의 능동 감지 헤드 사이에서 공간 관계를 측정하도록 배치된다. 많은 사용 가능한 감지 기술이 이용될 수 있으며, 2가지 예가 아래에서 논의된다. 도 2에 도시된 예에서, 능동 감지 헤드(55)는 센서(65)를 포함한다; 그리고, 능동 감지 헤드(57)는 센서(67)를 포함한다. 본 적용예에서의 센서(65, 67)는 능동 감지 헤드(55, 57) 사이의 상대 각도 관계를 감지하는데 사용되며, 카메라(61, 64)로부터의 이미지 신호는 캠버 및 토와 같은 보통의 전방 휠 얼라인먼트 파라미터를 계산하기 위하여 처리된다.

또한, 각 후방 헤드(55, 57)는 하나 또는 그 이상의 경사계(inclinometer)를 포함하며, 이는 중력에 대한 각 후방 헤드의 상대 캠버각 및 피치각을 측정하기 위한 경사 센서로서 이용된다. 이러한 경사계는, 예를 들어, 트랙 카메라의 인쇄 회로 보드에 일체화되도록 설계된 MEMS 타입 장치를 포함할 수 있다.

도 3은 본 시스템의 휠에 장착된 부품의 일부에 대한 측면도이다. 이 도면에서 좌측에 있는 도면은 좌측 전방 휠(41)에 부착되고 수동 타겟을 갖는 좌측 전방 헤드(51)를 도시한다. 또한, 이 측면도는 좌측 후방 휠(45)에 부착된 좌측 후방 능동 감지 헤드(55)를 도시한다. 또한, 도 3은 능동 감지 헤드(55)의 요소에 대한 부분 단면도인 확대된 상세도를 제공한다.

도시된 바와 같이, 헤드(55)는 하우징(71)을 포함한다. 휠에 하우징을 장착하기 위한 하드웨어는 명료함을 위하여 생략된다. 하우징(71)은 전방으로 향하는 트랙 카메라(61)를 포함한다. 다른 종류의 센서가 사용될 수 있지만, 이 예에서, 공간 관계 센서(65)는 도 6을 참조하여 아래에서 설명될 빔 각도 검출 기술을 이용한다. 또한, 하우징은 헤드(55)의 사용자 활성화를 위한 키패드와 카메라(들)와 다른 센서로부터의 데이터를 처리하고 호스트 컴퓨터와의 통신을 위한 데이터 처리 전자 장치를 포함하는 인쇄 회로 보드(75)를 포함한다. 하이브리드 시스템의 감지 헤드를 형성하기 위한 목적으로, 보드(75)는 피치 경사 센서(77) 및 캠버 경사 센서(79)도 지원한다. 분리되어 도시되지만, 2개의 경사 센서(77, 79)는 단일 경사계 모듈의 요소들일 수 있다. 센서(77, 79)는 카메라 데이터의 호스트 컴퓨터 시스템(100)으로의 전송을 위하여 보드(75)상의 프로세서에 경사 판독값을 통신한다.

도 4 및 5는 측면도 및 배면도로 다른 요소에 대하여 경사 센서에 의해 측정된축의 관계를 도시하는 능동 감지 헤드(55)의 다소 양식화된 도면이다. 여기서의 논의를 위하여 경사 센서(77-79)는 단일 MEMS 경사계의 요소인 것이 가정된다. 경사계는 피치 평면에 대한 중력 벡터를 결정하고(도 4), 캠버 평면에 대한 중력 벡터를 결정한다(도 5). 물론, 유사한 측정이 다른 능동 감지 헤드(57)에 대하여 수행될 수 있다(도 2). 이러한 방법으로, 중력에 대한 각 헤드의 배향은 카메라의 광축을 향하는 각 트랙을 중력에 관계시키기 위하여 처리될 수 있다(도 4 및 5). 이러한 방법으로, 중력에 대한 각 전방 타겟의 관계도 이미지 데이터와 중력 벡터 데이터를 처리함으로써 측정될 수 있다.

도 6은 헤드(57)의 요소가 제1 예에서와 일반적으로 유사하지만 이 경우에는 헤드(55)인 능동 감지 헤드 중 하나의 요소들에 대한 기능 블록도이다.

앞에서 논의된 바와 같이, 능동 감지 헤드(55)는 사용시 카메라가 수동 헤드(51)의 타겟을 포함하는 이미지를 획득하도록 하기 위하여 좌측 휠의 트랙을 따라 전방을 향할 트랙 카메라(61)의 형태로 이미지 센서를 포함하는 이미지 감지 모듈(81) 또는 이와 유사한 것을 포함한다(도 2 참조). 도 6에 도시된 바와 같이 트랙을 향하는 이미지 센서 모듈(81)은 차량 휠(41)에 장착된 헤드(51)에서의 타겟에 대한 원하는 조명을 위하여 빛을 방출하도록 조명기 역할을 하는 LED 어레이(83)를 포함한다. 카메라(61)는 휠 얼라인먼트 애플리케이션에 대한 이미지를 감지하는 디지털 카메라이다. 동작시, 카메라(61)는 픽셀에 대응하는 이미지의 지점에서 감지된 빛의 아날로그 강도에 따라 각 이미지 픽셀의 값을 생성한다. 이 값은 디지 털화되며, 메인 인쇄 회로 보드(75) 상의 회로로 독출된다. 이 값은 카메라 센서 칩의 온 또는 오프로 디지털화될 수 있다.

이 구현예에서, 공간 관계 센서 모듈(65)은 IR LED(85), 어퍼쳐(aperture, 86) 및 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS 유닛과 같은 선형 이미지 센서(87)를 포함한다. IR LED(85)는 반대 측 헤드(57)에 있는 유사한 토 센서 모듈을 향하여 광빔을 투사한다. 유사한 방법으로, 반대 측 헤드(57)는 헤드(55)를 향하여 광빔을 투사하는 IR LED를 포함한다.

반대 측 헤드(57)의 IR LED로부터의 IR 광/방사는 어퍼쳐(86)를 통해 선형 이미지 센서(87)에 의해 감지된다. 다른 헤드로부터의 IR 광이 검출되는 센서(87)의 정밀한 지점은 헤드(55)에 있는 센서(87)에서 반대 측 헤드로부터의 빛의 상대적인 입사각을 나타낸다. 유사한 방법으로, 헤드(55)의 IR LED(87)로부터의 IR 광/방사는 반대측 헤드(57)에 있는 어퍼쳐를 통해 선형 이미지 센서에 의해 감지된다; LED(85)로부터의 IR 광이 검출되는 반대측 선형 이미지 센서에서의 정밀한 지점은 헤드(57)에 있는 선형 센서에서 헤드(55)로부터의 빛의 상대적인 입사각을 나타낸다. 2개의 선형 센서로부터의 각도 검출 데이터의 처리는 2개의 능동 감지 헤드에서의 카메라(61, 63)의 광 카메라 축 사이의 각도 관계의 판단을 가능하게 한다.

회로 보드(75)는 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 다른 이미지 프로세서 타입의 회로와 관련된 데이터/프로그램 메모리(91)를 포함한다. 동작시, 각 카메라(61, 63)는 이미지 처리 회로(89)로 디지털 이미지 데이터를 공급한다. 도시된 바와 같이, 능동 감지 헤드(55)는 캠버 경사 센서(79) 및 피치 경사 센서(77)를 포함한다. 이러한 경사계 요소는 프로세서(89)로 중력 각도 측정값을 공급한다(도 4 및 5의 논의 참조). 이미지 처리 회로(89)는 데이터에 대하여 하나 또는 그 이상의 연산을 수행하며 호스트 컴퓨터 시스템(100)에 대한 전송을 위하여 통신 인터페이스(93)에 데이터를 공급한다.

회로(89)의 이미지 처리 조작은 통신을 위하여 다양한 데이터를 포맷팅하는 것을 포함할 수 있다. 이 대신에, 프로세서(89)는 호스트 컴퓨터 시스템(100)으로의 전송 전에 어느 정도의 전처리를 포함할 수 있다. 이미지 데이터에 대하여, 이미지 전처리는 그래디언트 계산, 배경 분리(background subtraction) 및/또는 RLE (run-length encoding) 또는 다른 데이터 압축을 포함할 수 있다(Robb 등에게 허여된 미국 등록특허 제6,871,409호 참조). 또한, 프로세서(89)는 경사 센서(77, 79)로부터의 경사 데이터 및/또는 공간 관계 측정 데이터에 응답하여 어느 정도 이미지 데이터를 처리할 수 있다. 이 대신에, 경사 및 교차 위치 데이터는 이미지 데이터의 추가 처리에서의 사용을 위하여 호스트 컴퓨터로 단순히 전달될 수 있다.

능동 헤드 중 하나에서의 프로세서(89)는 다른 헤드로부터 데이터를 수신하고 내부적으로 휠 얼라인먼트 파라미터 계산을 수행하여 호스트 컴퓨터(100)로 차량의 측정 결과만을 전송하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 능동 헤드 중 하나에서의 프로세서(89)는 모든 얼라인먼트 값을 계산하고 사용자 인터페이스를 생성하도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 능동 헤드는 휠 얼라인먼트 시스템을 위한 사용자 인터페이스를 구현하는 웹 페이지를 제공하는 웹서버 역할을 할 수 있으며, 호스트 컴퓨터는 웹 브라우저를 갖고 특정 휠 얼라인먼트 소프트웨어가 없는 범용 컴퓨터로 이루어질 수 있다. 그러나, 비용을 절약하기 위하여, 데이터 처리의 주요 부분은 호스트에서 수행될 수 있으며, 이 경우에 DSP/처리 회로(89)에 의한 처리(그리고 이에 따른 DSP/처리 회로(89)의 복잡성)는 최소화를 유지할 수 있다.

또한, 보드(75) 상의 프로세서(89) 또는 다른 컨트롤러(구분해서 도시되지 않음)는 능동 감지 헤드(55)의 동작에 대한 제어를 제공한다. 예를 들어, 제어 요소(프로세서(89) 또는 다른 컨트롤러)는 카메라(81)와 선형 이미지 센서(87)의 타이밍 및 다른 동작 파라미터 뿐만 아니라 LED 어레이(83) 및 IR LED(85)에 의한 방출의 타이밍 및 강도를 제어할 것이다. 또한, 능동 감지 헤드(55)는 헤드(55)의 사용자 활성화를 위한 키패드(74)를 포함하며, 프로세서(89) 또는 다른 컨트롤러는 키패드(74)를 통한 입력을 감지하고 응답할 것이다.

컴퓨터 통신 인터페이스(93)는 호스트 컴퓨터(100)에 그리고 일부 구성에서는 능동 헤드 사이에 능동 감지 헤드(55)의 부품에 대한 양방향 데이터 통신을 제공한다. 통신 인터페이스(93)는 원하는 속도로 그리고 특정 설치에 대하여 바람직한 방법으로 호스트 컴퓨터(100)와의 데이터 통신을 가능하게 하기 위하여 적합한 데이터 프로토콜 표준을 따르고 원하는 물리적 매체로의 연결을 제공한다. 예를 들어, 호스트 통신 인터페이스는 호스트 컴퓨터(100)에서의 매칭하는 인터페이스에 대한 케이블 연결을 위한 USB 커넥터를 이용한 USB 인터페이스일 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이더넷, RS-232, RS-422, RS-485, WIFI 또는 무선 이더넷, 지그비, 블루투스, UWB(Ultra-Wideband), IrDA, 또는 임의의 다른 적합한 협대역 또는 광대역 데이터 통신 기술과 같은 다른 데이터 통신 인터페이스가 휠 얼라인먼트 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

이미지 감지 모듈(81)과 공간 관계 센서 모듈(85)의 요소 뿐만 아니라 보드(75) 상의 전자 회로는 전원(94)으로부터 전력을 공급받는다. 종래 기술에 따른 적합한 레벨의 전압과 전류의 공급이 사용될 수 있다. 시스템(50)이 케이블을 이용한다면, 공급은 종래의 AC 전력망으로부터 공급될 수 있거나, 또는 USB나 이더넷 케이블링을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 헤드(55, 57)가 무선이라면, 전원은 충전용 배터리 또는 일회용 배터리 중 어느 하나로부터의 배터리 전력을 사용할 수 있다. 이 대신에, 무선 헤드를 위한 전력 저장 매체는 수퍼 커패시터(super-capacitor)로 이루어질 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 호스트 컴퓨터 시스템(100)은 능동 감지 헤드(55, 57)로부터의 데이터를 처리하고, 시스템(50)에 대한 사용자 인터페이스를 제공한다. 전술한 바와 같이, 데이터 처리는 하나 또는 그 이상의 능동 감지 헤드(55, 57)에서의 DSP 또는 이와 유사한 것에서 수행될 수 있다. 그러나, 헤드(55, 57)의 비용을 최소화하기 위하여, 주 처리 전력은 호스트 컴퓨터 시스템(100) 또는 유사한 데이터 처리 설비에 의해 제공될 수 있다. 본 예에서, 시스템(100)은 데스크탑 타입의 개인용 컴퓨터(PC) 또는 노트북 컴퓨터, UMPC(ultra mobile PC), 또는 유사한 장치와 같은 다른 컴퓨터 장치에 의해 구현될 수 있다. 또한, 클라이언트 서버 배치가 사용될 수 있으며, 이 경우, 서버는 호스트 처리를 수행할 수 있으며, 능동 헤드 또는 다른 사용자 장치 중 하나는 사용자 인터페이스를 제공하기 위하여 클라 이언트 역할을 할 수 있다. 최신 휠 얼라인먼트 기술에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 적합한 컴퓨터 시스템의 부품, 프로그래밍 및 동작에 익숙할 것이지만, 간단한 예를 제공하는 것이 도움이 될 수 있다.

컴퓨터 시스템(100)은 중앙 처리 유닛(CPU, 101) 및 사용자 인터페이스를 제공하기 위한 관련 요소를 포함한다. CPU 부(101)는 버스(102) 또는 정보를 통신하기 위한 다른 통신 메카니즘과, 정보를 처리하기 위하여 버스(102)에 연결된 프로세스(104)를 포함한다. 또한, 컴퓨터 시스템(100)은 프로세스(104)에 의해 실행될 정보 및 명령어를 저장하기 위하여 버스(102)에 연결된 RAM(random access memory) 또는 다른 동적 저장 장치와 같은 주 메모리(106)를 포함한다. 또한, 주 메모리(106)는 프로세서(104)에 의하여 명령어를 실행하는 동안 임시 변수와 다른 중간 정보를 저장하는데 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(100)은 프로세서(104)에 대한 정적 정보와 명령어를 저장하기 위하여 버스(102)에 연결된 ROM(read only memory) 또는 다른 정적 저장 장치를 더 포함한다. 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 저장 장치(110)가 제공되어 정보 및 명령어를 저장하기 위하여 버스(102)에 연결된다. 하나만이 도시되었지만, 많은 컴퓨터 시스템은 2 또는 그 이상의 저장 장치(110)를 포함한다.

또한, 컴퓨터 시스템(100)에 도시된 실시예는, 예를 들어, 시스템이 휠 얼라인먼트 베이 또는 자동 정비소에서 사용될 수 있는 개인용 컴퓨터 또는 워크스테이션으로 보일 수 있도록 로컬 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 컴퓨터 시스템(100)은 컴퓨터 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위하여 CRT(cathode ray tube) 또는 평판 디스플레이와 같은 디스플레이(112)에 버스(102)를 통해 연결될 수 있다. 영문자/숫자 및 다른 키를 포함하는 입력 장치(114)가 프로세서(104)로의 정보 및 명령 선택을 통신하기 위하여 버스(102)에 연결된다. 다른 종류의 사용자 입력 장치는 프로세서(104)로 방향 정보와 명령 선택을 통신하기 위한 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 제어부(116)이며, CPU(101)는 이를 디스플레이(112) 상에서 커서의 움직임을 제어하기 위하여 사용한다. 커서 입력 장치(116)는 일반적으로 장치를 평면상에서의 방향을 특정하도록 하는 제1 축(예를 들어, x)과 제2 축(예를 들어, y)의 2개의 축에서 2의 자유도(degree of freedom)를 갖는다. 사용자 인터페이스 요소(112-116) 및 CPU(101) 사이의 연결은 무선일 수 있거나, 또는 광학적이나 무선 주파수의 무선 통신 기술을 사용할 수 있다.

또한, CPU(101)는 능동 감지 헤드(55, 57)와의 양방향 데이터 통신을 위한 인터페이스(118)로서의 예로써 도시된 통신을 위한 하나 또는 그 이상의 입력/출력 인터페이스를 포함한다. 휠 얼라인먼트 애플리케이션의 목적을 위하여, 인터페이스(118)는 CPU가 능동 감지 헤드(55, 57)로부터 이미지 데이터, 공간 관계 측정 데이터 및 경사 데이터를 수신하도록 한다. 일반적으로, 인터페이스(118)는 호스트 컴퓨터 시스템(100)이 동작 명령과 가능하게는 능동 감지 헤드(55, 57)로의 소프트웨어 다운로드를 전송하는 것도 허용한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(118)는 능동 감지 헤드(55, 57)에서의 매칭하는 인터페이스(93)에 대한 케이블 연결을 위한 USB 커넥터를 이용하는 USB 인터페이스일 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이더넷, RS-232, RS-422, RS-485, WIFI 또는 무선 이 더넷, 지그비, 블루투스, UWB, IrDA, 또는 임의의 다른 적합한 협대역 또는 광대역 데이터 통신 기술과 같은 다른 데이터 통신 인터페이스가 휠 얼라인먼트 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

도시되지 않았지만, 다른 통신 인터페이스가 원한다면 네트워크를 통해 통신을 제공할 수 있다. 이러한 추가 인터페이스는 모뎀, 이더넷 카드 또는 임의의 적합한 데이터 통신 장치일 수 있다. 추가 통신 인터페이스(들)과의 물리적 연결은 광학적, 유선 또는 무선일 수 있다.

컴퓨터(100)가 정비소에서 다른 목적을 제공하더라도, 얼라인먼트 시스템(50)은 헤드에 의해 제공된 데이터로부터 원하는 얼라인먼트 측정값을 유도하고 시스템(50)에 대한 사용자 인터페이스를 제공하기 위하여 헤드(55, 57)로부터의 데이터를 처리하도록 컴퓨터 시스템(100)을 사용한다. 컴퓨터 시스템(100)은 일반적으로 원하는 처리를 구현하기 위하여 112-116과 같은 요소를 통해 제공된 사용자 인터페이스를 통해 하나 또 이상의 상호 작용을 가능하게 하면서 다양한 애플리케이션 프로그램을 실행하고 데이터를 저장한다. 휠 얼라인먼트 애플리케이션에 대하여, 프로그래밍은 헤드(55, 57)의 특정 구현으로부터 공급받은 데이터를 처리하기 위한 적합한 코드를 포함하며, 헤드(55, 57)로부터의 다양한 데이터에서 원하는 차량 휠 얼라인먼트 측정 파라미터를 유도하기 위한 계산을 포함한다. 호스트 컴퓨터(100)는 일반적으로 범용 운영 체계와 얼라인먼트 관련 데이터 처리를 수행하기에 특별히 알맞은 애플리케이션 또는 쉘(shell)을 실행하고 얼라인먼트 측정 및 관련 서비스에 대한 원하는 정보의 입력 및 출력을 위한 사용자 인터페이스를 제공 한다. 이것이 범용의 시스템이기 때문에, 시스템(100)은 광범위한 다른 원하는 애플리케이션 프로그램 중 임의의 하나 또는 그 이상을 실행할 수 있다.

컴퓨터 시스템(100) 내에 포함된 부품은 서버, 워크스테이션, 개인용 컴퓨터, 네트워크 단말기 등으로서 이용된 범용 컴퓨터 시스템에서 일반적으로 발견되는 것이다. 사실, 이러한 부품은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 공지된 넓은 카테고리의 이러한 컴퓨터 부품을 나타내도록 의도된다.

다양한 시간에서, 휠 얼라인먼트 애플리케이션을 위한 관련된 프로그래밍은 하나 또는 그 이상의 여러 상이한 매체 상에 상주할 수 있다. 예를 들어, 프로그래밍의 일부 또는 전부는 하드 디스크나 다른 종류의 저장 장치(110) 상에 저장되어 프로세서(104)에 의한 실행을 위하여 CPU(101)에서 주 메모리(106)로 로딩될 수 있다. 또한, 프로그래밍은 프로그램밍을 본질적으로 설치하고 그리고/또는 업그레이드 하기 위하여 시스템(100)으로 업로딩하도록 다른 매체 상에 상주하거나 또는 다른 매체에 의해 전송될 수 있다. 따라서, 상이한 시간에, 임의의 또는 모든 소프트웨어 요소에 대한 실행 가능 코드 또는 데이터의 전부 또는 일부가 특정 시스템 및/또는 능동 감지 헤드(55, 57)의 전자 장치를 프로그래밍하기 위하여 물리적 매체에 상주하거나, 전자기 매체에 의해 운반되거나, 또는 다양하고 상이한 매체에 의해 전송될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 컴퓨터 또는 기계 "판독가능한 매체(readable medium)"라는 용어는 실행을 위하여 프로세서로 명령어를 제공하는데 참여하는 임의의 매체를 말한다. 이러한 매체는 시스템 사이에서 또는 시스템 부품 사이에서 데이터 또는 명령어를 운반할 수 있는 다양한 종류의 신호 뿐만 아니라 비휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체(예를 들어, 유선, 광섬유 등)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다.

헤드에 대한 런아웃(runout) 보상은 런아웃 벡터를 측정하기 위하여 후방 휠을 들어올리고 캠버 센서를 이용하고, 그 다음 전방 휠의 축에 대하여 회전할 때 타겟을 촬상하기 위하여 카메라를 사용함으로써 수행될 수 있다. 다른 방법은 리프트에 따라 차량을 회전시키고 고정된 좌표계를 구축하기 위하여 트랙 카메라가 리프트, 차량 또는 다른 고정 물체 상의 고정된 타겟 뿐만 아니라 전방 타겟을 찰상할 때 경사계를 이용하여 헤드 상의 런아웃 측정을 수행함으로써 휠을 들어올리는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 후방 헤드(55, 57)는 중력에 대한 각 후방 헤드의 상대 캠버각 및 피치각을 측정하기 위하여 경사계 타입의 경사 센서를 포함한다. 런아웃이 취해지고 경사계 각도 값이 측정되면, 중력에 대한 각 헤드의 배향은 카메라의 광축을 향하는 각 트랙을 중력에 관계시키도록 처리될 수 있다. 중력에 대한 카메라를 향하는 트랙의 관계와 카메라를 향하는 트랙에 대한 전방 타겟의 측정된 관계를 이용하여, 중력에 대한 전방 타겟의 관계가 계산될 수 있다. 트랙 카메라(61, 63) 사이의 공간 관계를 결정하기 위하여 공간 관계가 센서(65, 67)에 의해 측정된다.

전방 토, 캐스터(caster) 및 SAI는 V3D 얼라이너와 같은 이미지 얼라이너에서 구체화된 것과 유사한 기술을 이용하여 측정될 수 있다. 후방 스러스트(thrust) 각도, 후방의 각 개별 토, 및 트랙 카메라의 서로에 대한 수평 각도 관 계는 후방 공간 관계 센서에 의해 얻어진 측정값으로부터 유도될 수 있다. 경사계는 공통의 중력 벡터 레퍼런스를 통해 각 트랙 카메라를 서로에 대하여 관계시킬 수 있다. 후방 스러스트 라인의 축을 따라 트랙 카메라를 서로에 대하여 효율적으로 관계시킴으로써, 각 전방 타겟의 위치 및 배향은 스러스트 각도 및 중력에 대하여 직접 관련된 좌표계에서 결정될 수 있다.

캘리브레이션은 종래의 헤드가 캘리브레이션되는 방법과 거의 동일하게 각 후방 헤드를 직선의 캘리브레이션 바(bar)에 각 후방 헤드를 장착함으로써 수행될 수 있다. 그 다음, 후방 공간 관계 센서의 제로 오프셋이 설정될 수 있으며, 캘리브레이션 바를 레벨링함으로써 각 캠버 센서 제로 오프셋이 설정될 수 있다. 피치 제로 오프셋은 정밀한 레벨 기포를 레벨링하고 피치 경사값을 기록함으로써 설정될 수 있다. 향상된 카메라 캘리브레이션은 트랙 카메라의 관찰에 전방 타겟을 장착하는데 알맞은 다른 캘리브레이션 바를 추가함으로써 획득될 수 있다(예를 들어, James Dale, Jr의 미국 공개특허공보 제2004/0244463호 참조). 전술한 초기 캘리브레이션이 수행된 후에, 트랙 카메라는 타겟과 바가 전방 캘리브레인션 바의 축에 대하여 회전할 때 전방 타겟의 배향을 측정한다. 다른 카메라에 대한 한 카메라의 관계가 계산될 수 있으며, 이에 따라 후방 공간 관계에 대한 각 카메라의 관계가 검사되고 캘리브레이션된다. 또한, 전방 타겟 캘리브레이션 바를 레벨링함으로써 로컬 경사계에 대한 각 트랙 카메라의 고정된 관계가 검사될 수 있다. 이러한 중복 검사는 측정 정밀도 추적 가능성을 필요로 하는 고객을 위한 ISO 검사를 구성할 수 있다.

또한, 턴 각도(turn angle)의 추가 측정 또는 대조 조사 확인을 허용하기 위하여 소형 타겟이 각 전방 턴테이블(turntable)에 부착될 수 있다.

또한, V3D 승차 높이(ride height) 포인터가 승차 높이 또는 다른 물체 표시 목적을 위하여 전방 물체를 측정하는데 사용될 수 있다.

본 명세서에서 논의되는 휠 얼라인먼트 시스템이 다양한 종류의 공간 관계 센서를 이용하여 구현될 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 이미지 센서는 공간 관계 센서의 한 종류이다. 이미지 센서는 센서의 관측 필드 내에서 타겟을 포함하는 것으로 기대되는 이미지를 대표하는 데이터를 생성하는 감지 요소의 2차원 배열을 갖는 카메라로 이루어질 수 있다. 이미지 센서로부터의 데이터는 관측된 타겟 및 이에 따라 타겟이 관련된 헤드, 휠 또는 다른 물체와 관련된 위치 및 배향 정보를 판단하기 위하여 처리될 수 있다. 종래 기술에 따른 이미지 센서의 일례는 스냅-온 인코포레이터의 계열사인 아칸소주 콘웨이에 있는 존 빈 컴퍼니(John Bean Company)로부터 상용으로 사용가능한 Visualiner 3D이다. 각도 센서는 다른 종류의 적용가능한 공간 관계 센서이다. 각도 센서는 한 지점에 대한 센서로부터의 각도를 나타내는 데이터를 생성한다. 다양한 종류의 각도 센서가 일반적으로 알려져 있다. 각도 센서의 일례는 존 빈 컴퍼니로부터 사용가능한 Visualiner에 사용된 것과 같은 선형 CCD 센서이다.

따라서, 도 3 및 6과 관련하여 상술된 어퍼쳐(aperture)와 선형 이미지 센서 스타일의 공간 관계 감지 배열이 트랙 카메라에 유사한 촬상 타입의 카메라에 의해 대체될 수 있는 예를 고려하는 것이 유용할 수 있다. 도 7 내지 9는 제2 구현예가 공간 관계 감지 기능을 위하여 타겟과 이미지 센서를 이용한 대체 기술을 도시한다는 점을 제외하면 도 1, 3 및 6과 유사한 도면이다. 도 1, 3 및 6의 구현예의 휠 및 구성요소와 유사한 휠 및 구성요소는 유사하게 도면부호가 붙여지며 본질적으로 앞에서 논의된 바와 유사한 방법으로 구축되고 동작한다. 이 예는 전방 휠(41, 43) 상에서 수동의 2차원 타겟(51, 53)을 사용한다; 그리고 이는 도 1의 예와 같이 차량 트랙을 따른 측정을 위하여 후방 휠 상에 능동 헤드(55', 57')를 사용한다. 후방 능동 감지 헤드는 도 2에 관하여 앞에서 상세하게 논의된 바와 같이 전방 헤드(51, 53) 상에서 타겟의 이미지를 획득하고 능동 헤드에 대한 타겟의 상대 위치 및 배향을 판단하기 위하여 카메라(61, 63) 또는 유사한 2D 이미지 센서를 사용한다. 그러나, 2개의 능동 헤드(55', 57')의 공간 관계는 반대측 능동 헤드 상에 장착된 2D 타겟(67')의 이미지를 획득하는 적어도 하나의 2D 이미지 센서(97)에 의해 결정된다. 본 예에서, 능동 헤드(57')는 헤드(51, 53) 상의 타겟 중 하나와 유사한 관련 타겟(67')을 갖지만, 헤드(57')는 공간 관계 측정 기능을 위한 센서를 포함하지 않는다. 능동 감지 헤드(55')는 타겟(67')을 촬상하는 것에 따라 차량의 후방에 걸친 공간 관계 측정에 대한 이미지 처리 타입의 접근을 이용한다. 이미지 센서(97)는 일반적으로 도 2의 예에서의 2D 이미지 센서로서 이용된 카메라 등에 유사할 수 있다.

도 8 및 9에 더욱 상세히 도시된 바와 같이, 공간 관계 센서(95)는 이미지 센서 모듈(81)을 향하는 트랙에 유사한 이미지 감지 모듈을 사용한다. 공간 관계 이미지 감지 모듈(95)은 디지털 카메라(97) 및 LED 어레이(99)를 포함한다. LED 어레이(99)는 조명기로서 역할을 한다. 공간 관계 감지 애플리케이션에 대하여, LED 어레이(99)는 적외선(IR) 조명을 생성한다. 다른 후방 헤드(57')는 LED 어레이(99)에 의해 조명될 수 있도록 IR 민감성 역반사성 타겟(67')(도 7)을 포함하며, 이에 따라 카메라(97')에 의해 감지된다.

공간 관계 카메라(97)는 다른 공간 관계 센서의 위치에 있는 컴패니언(companion) 헤드(차량의 후방을 가로지르는)에 배치된 타겟(67')을 촬상한다. 양 카메라(61, 97)는 하나의 헤드에서 공통 처리 보드를 공유하지만, 다른 헤드는 단순히 단일 카메라(트랙을 위하여) 및 타겟(교차를 위하여)을 사용한다. 카메라(97)에 의해 획득된 타겟 이미지의 처리는 도 1 및 2의 예에서 휠에 장착된 타겟의 상대 각도 및/또는 위치를 판단하기 위하여 능동 헤드 카메라로부터의 이미지가 처리된 방법과 매우 동일한 방법으로 후방 헤드 사이의 각도 공간 관계를 계산할 수 있다. 이전 예에서와 같이 공간관계를 측정하지 않고, 이미지 감지 모듈 및 관련 이미지 처리는 반대 측 능동 헤드에서의 타겟의 3D 공간 관계를 측정한다. 더 많은 정보에 대하여는, 잭슨에게 허여된 미국 등록 특허 제5,724,743호를 참조하라.

도 7 내지 9의 시스템에서, 적어도 하나의 능동 헤드는 헤드의 캠버 및 피치를 측정하기 위한 중력 센서를 포함한다. 반대측 능동 헤드에 장착된 타겟의 촬상은 시스템이 2개의 능동 헤드 사이의 3차원(3D) 공간 관계 측정값을 획득하는 것을 가능하게 하기 때문에, 단지 하나의 능동 헤드만 중력 센서를 구비하는 것이 요구 된다. 반면, 구조, 동작 및 계산은 일반적으로 이전 예들의 것과 유사하다.

앞에서 논의된 예에서, 능동 헤드는 후방 휠과 관련되었으며, 타겟은 차량의 전방 휠과 관련되었다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 앞에서 논의된 기본 구성의 많은 변형이 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 사용될 수 있는 공간 관계를 판단하기 위하여 촬상 센서와 다른 센서의 다양하고 상이한 조합이 있다. 여러 가지가 아래에서 설명되고 예시된다.

예를 들어, 도 10은 능동 헤드 및 타겟 헤드가 반대로 된 도 1의 배치와 유사한 배치를 갖는다. 도 10의 휠 얼라인먼트 시스템은 차량(220)의 해당하는 휠(222, 224)에 장착된 한 쌍의 수동 헤드(221, 223)를 포함하며, 이 예에서는 후방 휠이다. 능동 감지 헤드(225, 227)는 차량(220)의 해당하는 전방 휠(226, 228)과 관련되어 장착되기에 알맞다. 다시, 각 능동 감지 헤드는 차량의 해당하는 휠에 다양한 헤드가 장착될 때 수동 타겟의 이미지를 포함하도록 기대되는 이미지 데이터를 생성하기 위하여 이미지 센서(229, 231)를 포함한다. 본 예에서, 능동 감지 헤드(225, 227)에서의 이미지 센서(229, 231)는 예를 들어 이전 예들에서의 트랙 카메라와 유사한 카메라인 2차원(2D) 촬상 장치이다.

헤드(221, 223)는 능동 헤드(225, 227)에서 이미지 센서 중 하나에 의해 관찰될 수 있는 종류의 타겟을 포함하지만 감지 요소를 포함하지 않는다는 점에서 수동이다. 일반적으로 타겟은 다른 소스에 의해 조명되고 능동 감지 헤드(225, 227)에서 카메라 등에 의해 촬상될 때 검출될 수 있는 밝고 어두운 영역들을 포함한다.

또한, 이전의 예에서와 같이, 시스템은 적어도 하나의 능동 감지 헤드(225, 227)와 관련된 공간 관계 센서를 포함한다. 공간 관계 센서는 능동 감지 헤드가 차량의 휠에 장착될 때 능동 감지 헤드(225, 227) 사이의 공간 관계의 측정을 가능하게 한다. 본 예에서, 시스템은 토 평면에서 능동 감지 헤드(225, 227)의 상대 각도를 측정하기 위하여 2개의 종래(1D) 각도 센서(333, 335)를 이용한다. 또한, 능동 헤드(225, 227)는 일반적으로 캠버 및 피치인 헤드의 경사를 측정하기 위하여 중력 센서 또는 이와 유사한 것을 포함한다. 따라서, 헤드(225)는 하나 또는 그 이상의 경사 센서(337)를 포함한다; 그리고 헤드(227)는 하나 또는 그 이상의 경사 센서(339)를 포함한다.

또한, 이전 예들(예를 들어, 도 2)에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 컴퓨터를 포함한다. 컴퓨터는 타겟의 관찰과 관련된 이미지 데이터 및 능동 감지 헤드로부터의 경사 데이터를 처리한다. 또한, 컴푸터는 적어도 하나의 공간 관계 센서로부터의 공간 관계 데이터를 처리한다. 데이터 처리는 차량의 적어도 하나의 측정값에 대한 계산을 가능하게 한다.

전술한 바와 같이, 본 예는 본질적으로 타겟/능동 감지 헤드 위치가 도 1의 예에서 앞뒤로 바뀐 것이다. 모든 변형예가 도시되지 않았지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 유사한 종류의 앞뒤가 바뀐 변형예 및/또는 좌우가 바뀐 변형예가 본 명세서에서 논의되는 모든 다른 대체 배치에 대하여 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 11은 다른 대체 배치를 도시한다. 본 예에서, 2개의 능동 감지 헤드는 차량의 일 측에 장착되며, 2개의 수동 센서는 차량의 반대 측에 장착된다. 도시된 바와 같이, 수동 헤드에 타겟을 장착하는 것은 능동 헤드에서의 이미지 센서가 타겟을 보고 촬상하도록 하기 위하여 휠로부터의 연장을 제공한다. 각 능동 헤드는 차량의 반대 측의 대응하는 휠에 부착된 타겟의 이미지를 획득하는 이미지 센서를 포함한다. 이전 예들에서와 같이, 각 능동 헤드는 헤드의 캠버 및 피치를 측정하기 위하여 중력 센서를 포함한다. 여기에서, 2개의 능동 헤드의 공간 관계는 2개의 헤드 사이의 토 평면 각도를 측정하는 2개의 종래의 각도 센서에 의해 결정된다. 구조, 동작 및 계산은 일반적으로 이전 예들의 것과 유사하기 때문에, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 더 상세한 논의가 없더라도 도 11의 예를 이해할 것이다.

도 12는 다른 대체 배치를 도시한다. 본 예에서, 2개의 능동 센서가 차량의 일 측에 장착되며, 2개의 수동 센서가 차량의 타 측에 장착된다. 각 능동 헤드는 차량의 반대 측에서의 대응하는 휠에 부착된 타겟의 이미지를 획득하는 이미지 센서를 포함한다. 여기에서, 2개의 능동 헤드의 공간 관계는 반대 측 능동 헤드에 장착된 타겟의 이미지를 획득하는 하나 또는 그 이상의 이미지 센서에 의해 판단된다. 본 예에서, 전방 능동 헤드는 타겟을 포함하며, 후방 능동 헤드는 도 7 내지 9의 예에서의 3D 공간 관계 측정과 유사한 방법으로 타겟의 이미지를 획득하기 위한 2D 이미지 센서를 포함한다. 적어도 하나의 능동 헤드는 헤드의 캠버 및 피치를 측정하기 위한 중력 센서를 포함한다. 본 시스템이 2개의 능동 헤드 사이에서 3D 위치 및 배향 측정값을 획득하기 때문에, 단지 하나의 능동 헤드만 중력 센서를 갖는 것이 요구된다. 다시, 구조, 동작 및 계산은 일반적으로 이전 예들의 것과 유사하기 때문에, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 더 상세한 논의가 없더라도 도 12의 예를 이해할 것이다.

도 13은 다른 대체 배치를 도시한다. 본 예는 차량의 동일한 측에서의 다른 휠에 장착된 제1 수동 헤드에서 수동 타겟의 이미지를 획득하기 위한 단일의 2D 이미지 센서를 포함한다. 제1 수동 헤드는 제1 능동 헤드로서 차량의 동일한 측의 휠에 장착된다. 도면에 도시된 특정 예에서, 제1 능동 헤드는 좌측 후방 휠에 장착되고, 제1 수동 헤드는 좌측 전방 휠에 장착된다. 제1 수동 헤드에서의 타겟은 좌측 후방 휠과 관련되어, 즉, 차량의 그 측에서의 차량 트랙을 따라 2D 이미지 센서에 의해 촬상하는데 유용하다.

그러나, 제1 수동 헤드는 제1 수동 타겟에 대하여 알려진 상대 위치에서 제2 수동 타겟도 포함한다. 제2 수동 타겟은 공간 관계 측정에서의 촬상을 위하여 차량의 반대 측에서 대응하는 2D 이미지 센서에 의해 관측될 수 있도록 휠의 전방으로 연장된다. 따라서, 제2 능동 헤드는 제1 수동 헤드의 바로 맞은 편에, 즉, 도시된 배치에서 우측 전방 휠 상에 장착된다. 제2 능동 헤드는 2개의 2D 이미지 센서를 포함한다. 이 센서들 중 하나는 공간 관계 측정을 위하여 반대 측(좌측 전방) 휠에 부착된 제1 수동 헤드에 장착된 타겟의 이미지를 획득한다. 제2 능동 헤드에서의 다른 2D 이미지 센서는 차량의 동일한 측, 즉, 본 예에서 우측 후방 휠에 장착된 제2 수동 헤드에 장착된 타겟의 이미지를 획득한다. 제2 수동 헤드는 단일 타겟을 포함하며, 헤드는 제1 능동 헤드의 바로 맞은 편에 장착된다.

도 13의 배치에서, 적어도 하나의 능동 헤드는 헤드의 캠버와 피치를 측정하 기 위한 중력 센서를 포함한다. 시스템이 2개의 능동 헤드 사이의 3D 위치 및 배향 측정값을 획득하기 때문에, 단지 하나의 능동 헤드만 중력 센서를 갖는 것이 요구된다. 일반적으로, 도 13의 시스템의 구현 및 동작의 상세는 본 발명의 개요에 대한 논의 및 도 1 내지 9의 예에 대한 이전의 상세한 개시 내용으로부터 자명할 것이다.

도 14에 도시된 예는 도 14의 시스템에서 제1 능동 헤드도 제2 이미지 센서를 포함한다는 점을 제외하고는 일반적으로 도 13에 도시된 예에 유사하다. 그 헤드에서의 제2 이미지 센서는 제2 수동 헤드에 부착된 제2 타겟의 이미지를 획득한다. 이 구성은 4개가 아니라 단지 2개의 고유한 헤드 하드웨어 구성을 포함한다는 점에서 도 13의 배치에 대하여 이점을 갖는다. 양 능동 헤드는 동일하며, 양 수동 헤드는 동일하다. 능동 헤드 각각은 도 8 및 9에 도시된 헤드(55')와 유사할 수 있다. 하나의 능동 헤드는 전방 헤드로 식별되고, 다른 헤드는 후방 헤드로 식별되어야만 한다. 이는 일반적으로 임베디드 프로세서에서 펌웨어를 이용하여 수행될 수 있다.

이 구성(도 14)의 제2 이점은 제2 공간 관계 측정이 휠 얼라인먼트를 계산하는데 요구되지 않는 중복 정보라는 것이다. 이 중복 정보는 시스템 상에서 캘리브레이션 검사로서 이용될 수 있다. 양 능동 헤드가 중력 센서를 포함한다면, 양 캠버 및 토는 검증될 수 있다. 단지 하나의 능동 헤드가 중력 센서를 포함한다면, 단지 하나의 토 캘리브레이션이 검증될 수 있다.

도 15에 도시된 예에서, 시스템은 본질적으로 도 1 내지 9의 예에서와 같이 전방 휠 각각에 장착된 타겟을 갖는 수동 헤드를 이용한다. 후방 휠에 도시된 능동 헤드는 2D 이미지 센서를 포함한다. 각 단부에서 타겟을 갖는 레퍼런스 바는 각 능동 헤드가 차량의 동일한 측의 전방 휠에서의 타겟 뿐만 아니라 레퍼런스 바에서의 타겟 중 하나를 관측할 수 있도록 배치된다. 레퍼런스 바에서의 2개의 타겟의 상대 위치 및 배향은 알려져 있다. 본 시스템은 능동 헤드에 의한 2개의 레퍼런스 타겟의 측정된 3D 위치 및 배향과 2개의 레퍼런스 타겟의 알려진 관계로부터 2개의 능동 헤드의 공간 관계를 찾을 수 있다. 이것은 도 7 내지 9의 예의 공간 관계 센서 - 타겟에 의해 획득된 공간 관계 정보를 제공한다. 레퍼런스 타겟이 위치상으로 고정되기 때문에, 런아웃을 롤링하는 동안 측정값에 대한 레퍼런스로서 사용될 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 도면, 본 설명, 및 다른 유사한 예에 대한 이전 논의로부터 이 예의 상세한 구조 및 동작을 이해하여야만 한다.

도 16에 도시된 예는 단일 레퍼런스 타겟만 있다는 점을 제외하고는 일반적으로 도 15의 예와 유사하게 작용한다. 능동 헤드에서의 이미지 센서의 시야각은 차량의 동일한 측에서의 수동 헤드 타겟 및 단일 레퍼런스 타겟 모두를 관측하기에 충분히 넓어야 한다.

도 17은 하이브리드 휠 얼라인먼트 시스템의 또 다른 예를 도시한다. 여기에서, 시스템은 각 전방 휠에 장착되어 부착된 타겟을 갖는 수동 헤드를 사용한다. 능동 헤드는 이전의 여러 예에서와 같이 후방 휠에 장착된다. 각 능동 헤드는 차량의 해당하는 측에서 수동 헤드 타겟의 이미지를 획득하기 위하여 2D 이미지 센서 를 포함한다.

이미지 센서는 센서가 후방 휠의 타이어의 전방으로 위치하여 차량 아래에서의 교차하는 차량 시야 라인을 제공하기 위하여 후방 휠의 중심으로부터 전방으로 연장된다. 이 예에서 좌측 후방 휠에 장착된 능동 헤드에 있는 센서인 이미지 센서 중 하나는 수동 타겟으로부터의 이미지는 통과시키고 차량의 다른 측에서의 대응하는 능동 헤드에 장착된 타겟으로부터의 이미지를 반사하는 편거울(partial mirror)을 포함한다. 거울의 동작은 도 18에서 도욱 상세하게 도시된다.

차량의 동일한 측, 즉, 도시된 배치에서 좌측 전방 휠에 장착된 수동 헤드에 있는 수동 타겟으로부터의 빛은 좌측 후방 휠에 장착된 능동 감지 헤드에 있는 2D 이미지 센서로 반도금된 거울을 직접 통과한다. 반대 측 능동 헤드, 즉, 도시된 배치에서 우측 후방 휠에 장착된 능동 헤드에 있는 수동 타겟으로부터의 빛은 거울의 부분 반사측에 소정의 각도로 도달하고 좌측 후방 휠에 장착된 능동 감지 헤드에 있는 2D 이미지 센서로 반사된다. 본 시스템의 이점은 센서 중 하나가 2개의 다른 타겟을 관측하도록 함으로써 하나의 이미지 센서를 제거한다는 점이다.

전술한 내용이 최선의 형태 및/또는 다른 예로 고려되는 것으로 설명되었지만, 다양한 수정이 이루어 질 수 있으며, 개시된 내용이 다양한 형태 및 예로 구현될 수 있으며, 교시 내용이 본 명세서에서 설명된 일부인 많은 적용예에 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 본 교시 내용의 범위 내에 속하는 임의의 그리고 모든 적용예, 수정예 및 변형예를 청구하는 것이 다음의 특허청구범위에 의해 의도된다.

Claims

휠 얼라인먼트 시스템에 있어서,

각각이 타겟을 포함하며, 상기 휠 얼라인먼트 시스템의 조작에 의해 측정될 차량의 제1 쌍의 휠 상에 장착하는 한 쌍의 수동 헤드;

상기 차량의 제2 쌍의 휠 상에 장착하는 한 쌍의 능동 감지 헤드 - 상기 한 쌍의 능동 감지 헤드의 각각은 상기 타겟 중 하나의 투시 이미지에 대한 표시를 포함하는 이미지 데이터를 생성하기 위한 2차원 이미지 센서를 포함함 -;

상기 능동 감지 헤드가 상기 차량의 휠에 장착될 때, 상기 능동 감지 헤드 사이의 공간 관계를 결정하는 공간 관계 결정 수단; 및

상기 타겟의 투시 관찰에 관련된 상기 2차원 이미지 센서로부터의 이미지 데이터와, 상기 공간 관계 결정 수단으로부터의 관계 데이터를 처리하여, 3차원 공간에서의 상기 차량의 휠의 정확한 위치와 배향에 대한 적어도 하나의 측정값을 계산하는 컴퓨터

를 포함하는 휠 얼라인먼트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 공간 관계 결정 수단은, 각각의 상기 능동 감지 헤드에 각각 관련된 2개의 상대 각도 감지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템.
제2항에 있어서,

상기 감지 모듈 각각은,

광빔을 발산하는 발광기;

어퍼쳐; 및

상기 어퍼쳐를 통해 입사하는 광빔의 각도를 감지하는 이미지 센서;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 공간 관계 결정 수단은, 상기 능동 감지 헤드 중 제1 능동 감지 헤드에 장착된 조명기 및 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 능동 감지 헤드 중 적어도 하나는 상기 능동 감지 헤드 중 하나가 상기 차량의 휠에 장착될 때 상기 능동 감지 헤드 중 하나의 경사각을 감지하는 적어도 하나의 경사 센서를 더 포함하며;

상기 컴퓨터는 감지된 상기 경사각에 응답하여 상기 차량의 적어도 하나의 측정값을 계산하도록 처리하기 위하여 프로그래밍된 것을 특징으로하는 휠 얼라인먼트 시스템.
제5항에 있어서,

상기 적어도 하나의 경사 센서는 피치 경사 센서 및 캠버 경사 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템.
휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드에 있어서,

상기 휠 얼라인먼트 시스템의 조작에 의해 측정될 차량의 제1 휠에 장착하기 위한 하우징;

상기 제1 휠에 인접한 상기 차량의 제2 휠과 관련된 타겟의 2차원 투시 이미지의 표시를 포함하는 이미지 데이터를 생성하는, 상기 하우징에 장착된 2차원 이미지 센서;

상기 능동 감지 헤드가 상기 차량의 휠에 장착될 때, 상기 능동 감지 헤드의 경사각을 감지하는, 상기 하우징에 장착된 적어도 하나의 경사 센서;

상기 차량의 다른 휠에 장착된 다른 능동 감지 헤드에 대한 상기 능동 감지 헤드의 관계를 측정하는데 사용되는, 상기 하우징에 장착된 공간 관계 측정 수단; 및

상기 투시 이미지 데이터, 상기 경사각 및 감지된 상기 관계에 응답하는 데이터를 상기 능동 감지 헤드로부터 상기 휠 얼라인먼트 시스템의 호스트 컴퓨터에 전송하여, 3차원 공간에서의 상기 차량의 휠의 정확한 위치 및 배향에 기초하여 적어도 하나의 휠 얼라인먼트 측정값의 계산이 가능하게 하는 통신 인터페이스

를 포함하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제7항에 있어서,

상기 공간 관계 측정 수단은, 상기 능동 감지 헤드가 상기 차량의 2개의 휠에 장착될 때, 다른 능동 감지 헤드에 대한 상기 능동 감지 헤드의 공간 관계를 측정하는 공간 관계 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제8항에 있어서,

상기 공간 관계 센서는,

광빔을 발산하는 발광기;

어퍼쳐; 및

상기 어퍼쳐를 통해 입사하는 광빔의 각도를 감지하는 이미지 센서;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 경사 센서는 피치 경사 센서 및 캠버 경사 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제7항에 있어서,

상기 이미지 센서로부터의 이미지 데이터를 처리하고 처리된 데이터를 호스트 컴퓨터로의 전송을 위하여 상기 통신 인터페이스로 공급하는, 상기 하우징 내에 있는 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제7항에 있어서,

상기 공간 관계 측정 수단은, 다른 능동 감지 헤드와 관련된 타겟의 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
제7항에 있어서,

상기 공간 관계 측정 수단은, 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 얼라인먼트 시스템에서의 사용을 위한 능동 감지 헤드.
차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법에 있어서,

상기 차량의 제2 휠에 장착된 제1 헤드에서의 2차원 이미지 센서를 이용하여 상기 차량의 제1 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 캡쳐하여 제1 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 차량의 제4 휠에 장착된 제2 헤드에서의 2차원 이미지 센서를 이용하여 상기 차량의 제3 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 캡쳐하여 제2 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 이미지 데이터와 상기 공간 관계에 대한 측정값을 처리하여, 3차원 공간에서의 상기 차량의 휠의 정확한 위치 및 배향에 대한 적어도 하나의 측정값을 계산하는 단계

를 포함하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계는,

상기 제1 헤드로부터 광빔을 전송하는 단계; 및

상기 제2 헤드에서 상기 광빔의 입사각을 검출하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제15항에 있어서,

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계는,

상기 제2 헤드로부터 다른 광빔을 전송하는 단계; 및

상기 제1 헤드에서 상기 다른 광빔의 입사각을 검출하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계는,

상기 제1 헤드에서 이미지 센서를 이용하여 상기 제2 헤드에서의 타겟의 이미지를 캡쳐하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1 헤드 및 상기 제2 헤드 중 적어도 하나의 경사각을 측정하는 단계;

를 더 포함하며,

상기 적어도 하나의 측정값을 계산하는 단계는, 상기 경사각의 측정값을 처리하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 적어도 하나의 경사각을 측정하는 단계는,

캠버 평면에 대하여 상기 제1 헤드의 중력 벡터를 측정하는 단계; 및

피치 평면에 대하여 상기 제1 헤드의 중력 벡터를 측정하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 캠버 평면에 대하여 상기 제1 헤드의 측정된 상기 중력 벡터를 처리하는 단계;

상기 피치 평면에 대하여 상기 제1 헤드의 측정된 상기 중력 벡터를 처리하는 단계; 및

상기 1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 처리하여, 상기 캠버 평면에 대한 상기 제2 헤드의 중력 벡터와 상기 피치 평면에 대한 상기 제2 헤드의 중력 벡터를 계산하는 단계

를 포함하는 단계들에 의해 상기 제2 헤드의 경사각을 결정하는 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계는,

상기 제1 헤드 내의 이미지 센서와 상기 제2 헤드 내의 이미지 센서에 의해 보여지는 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡쳐하는 단계;

상기 제1 헤드 내의 이미지 센서에 의해 캡쳐된 상기 레퍼런스 타켓의 이미지에 기초하여, 상기 제1 헤드에 대한 상기 레퍼런스 타켓의 위치와 배향을 계산하는 단계;

상기 제2 헤드 내의 이미지 센서에 의해 캡쳐된 상기 레퍼런스 타켓의 이미지에 기초하여, 상기 제2 헤드에 대한 상기 레퍼런스 타켓의 위치와 배향을 계산하는 단계; 및

상기 제1 헤드에 대한 상기 레퍼런스 타겟의 상대적인 위치 및 배향과 상기 제2 헤드에 대한 상기 레퍼런스 타겟의 상대적인 위치와 배향에 기초하여, 상기 공간 관계를 계산하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계는,

상기 제1 헤드 내의 이미지 센서를 이용하여 제1 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡쳐하고, 상기 제2 헤드 내의 이미지 센서를 이용하여 제2 레퍼런스 타겟의 이미지를 캡쳐하는 단계 - 상기 제2 레퍼런스 타겟에 대한 상기 제1 레퍼런스 타겟의 위치와 배향은 알려져 있음 -;

상기 제1 헤드 내의 이미지 센서에 의해 캡쳐된 상기 제1 레퍼런스 타켓의 이미지에 기초하여, 상기 제1 헤드에 대한 상기 제1 레퍼런스 타켓의 위치와 배향을 계산하는 단계;

상기 제2 헤드 내의 이미지 센서에 의해 캡쳐된 상기 제2 레퍼런스 타켓의 이미지에 기초하여, 상기 제2 헤드에 대한 상기 제2 레퍼런스 타켓의 위치와 배향을 계산하는 단계; 및

상기 제1 헤드에 대한 상기 제1 레퍼런스 타겟의 상대적인 위치 및 배향, 상기 제2 헤드에 대한 상기 제2 레퍼런스 타겟의 상대적인 위치와 배향, 및 상기 제2 레퍼런스 타겟에 대한 상기 제1 레퍼런스 타겟의 알려진 상대적인 위치와 배향에 기초하여, 상기 공간 관계를 계산하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량에 대하여 적어도 하나의 측정을 하는 방법.
차량의 휠 얼라인먼트 각도를 결정하는 방법에 있어서,

상기 차량의 제2 휠에 장착된 제1 헤드 내의 2차원 이미지 센서로부터 상기 차량의 제1 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 획득하여, 제1 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 제1 헤드의 경사각을 결정하는 단계;

상기 차량의 제4 휠에 장착된 제2 헤드 내의 2차원 이미지 센서로부터 상기 차량의 제3 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 획득하여, 제2 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 제2 헤드의 경사각을 결정하는 단계;

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 투시 이미지 데이터, 상기 경사각 및 상기 공간 관계의 측정값을 처리하여, 3차원 공간에서 상기 차량의 휠의 정확한 위치와 배향에 기초하여 상기 휠 얼라인먼트 각도를 계산하는 단계

를 포함하는 차량의 휠 얼라인먼트 각도 결정 방법.
차량의 휠 얼라인먼트 각도를 결정하기 위한 휠 얼라인먼트 시스템용 프로그램을 저장한 기계 판독 가능한 저장 매체에 있어서,

상기 휠 얼라인먼트 시스템의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행하여, 상기 휠 얼라인먼트 시스템이,

상기 차량의 제2 휠에 장착된 제1 헤드 내의 2차원 이미지 센서로부터 상기 차량의 제1 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 획득하여, 제1 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 제1 헤드의 경사각을 결정하는 단계;

상기 차량의 제4 휠에 장착된 제2 헤드 내의 2차원 이미지 센서로부터 상기 차량의 제3 휠에 장착된 타겟의 투시 이미지를 획득하여, 제2 투시 이미지 데이터를 생성하는 단계;

상기 제2 헤드의 경사각을 결정하는 단계;

상기 제1 및 제2 헤드 사이의 공간 관계를 측정하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 투시 이미지 데이터, 상기 경사각 및 상기 공간 관계의 측정값을 처리하여, 3차원 공간에서 상기 차량의 휠의 정확한 위치와 배향에 기초하여 상기 휠 얼라인먼트 각도를 계산하는 단계

를 수행하도록 하는, 휠 얼라인먼트 시스템용 프로그램을 저장한 기계 판독 가능한 저장 매체.