KR101879224B1 - 차량 휠 얼라인먼트를 결정하는 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

Abstract

차량(3)의 적어도 하나의 제1 휠(2)의 정렬을 결정하는 시스템(1; 1')으로서, 제1 휠(3)과 일체로 커플링되는 적어도 하나의 제1 타깃(5; 5'), 제1 타깃(5; 5')의 제1 이차원 이미지를 포착하는 이미지 포착 장치(6a, 6b), 및 이미지 포착 장치(6a, 6b)와 동작상 연결되어 제1 이차원 이미지를 처리하는 처리 장치(8)를 구비하는 시스템(1; 1')을 개시한다. 제1 타깃(5; 5')은 기지의 삼차원 배치에 따라 배치되는 기하 변량들을 정의하는데 적합한 삼차원 형상을 갖고; 처리 장치(8)는 제1 휠(2)의 정렬 특성들을 결정하기 위해 제1 이차원 이미지를 처리하여 기하 변량들의 투영들을 식별하고, 투영들의 기하 특성들을 기초로 좌표계에 대한 제1 타깃(5; 5')의 공간 배치를 결정한다.

Description

차량 휠 얼라인먼트를 결정하는 시스템 및 관련 방법{SYSTEM AND RELATED METHOD FOR DETERMINING VEHICLE WHEEL ALIGNMENT}

본 발명은 차량 휠 얼라인먼트(wheel alignment)를 결정하는 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.

차량 휠 얼라인먼트, 특히 자동차의 휠 얼라인먼트를 결정하는 시스템들이 공지되어 있는데, 그러한 시스템들은 휠들의 정확한 상호 얼라인먼트를 점검하기 위해 휠들의 하나 이상의 특성 각들, 예컨대 토인 각(convergence angle; toe-in angle) 및 캠버 각(camber angle)을 자동으로 측정할 수 있게 한다. 실제로, 주지된 바와 같이, 부정확한 얼라인먼트는 과도하거나 불균일한 타이어 마모를 일으킬 수 있고, 주행 및 차량 안정성 문제들을 유발할 수 있다.

일반적으로, 차량 휠 얼라인먼트를 결정하는 시스템들은 휠들의 상호 얼라인먼트를 회복시키는 적절한 교정 조치를 취할 수 있도록 하기 위해 각각의 휠의 평면이 기준으로 채택된 단일 세트의 3개의 직교 축들(휠의 평면을 휠의 바깥쪽 측면이 놓인 평면으로 하는 것에 유의하여야 함)에 대해 어떻게 정렬되어 있는지를 검출하도록 구성된다.

특히, 일부 시스템들은 셋업 기하 형태(set-up geometry)를 식별하기 위해 특수한 장착 장치들(소위 클램프들)에 의해 차량의 휠들에 직접 연결된 특성 각들의 검출 요소들을 사용하거나 여하튼 적절한 감지 요소들을 사용하는 것을 고려하고 있다. 그러한 경우에는, 예민한 부품들에 손상을 주는 것을 피하기 위해 그 요소들을 장착하는데 상당한 주의를 기울일 필요가 있다.

다른 시스템들은 셋업의 좌표에 대한 고정된 좌표계를 정의하기 위해 차량의 정렬에 얽매이지 않는 하나 이상의 이미지 포착 장치들을 통해 휠들의 각도 변화를 관찰함으로써 관찰점을 차량의 외부로 이동시키고 있다. 특히, 일부 시스템들은 이미지 포착 장치들을 카 리프트(공지의 방식대로 관찰하면서 차량을 올릴 수 있는)에 직접 위치시키는 것을 고려하고 있다. 다른 시스템들은 동일한 이미지 포착 장치들을 차량과 카 리프트 모두로부터 떨어져 그들에 대해 자유롭게 위치한 고정된 또는 독립적으로 이동 가능한 구조물들에 위치시키는 것을 고려하고 있다. 첫 번째의 경우, 이미지 포착 장치들은 카 리프트의 이동을 뒤쫓지만, 그 때문에 왜곡을 동적으로 보상하여야 한다. 두 번째의 경우, 이미지 포착 장치들은 휠들을 겨눈 상태로 유지되기 위해 제어된 이동에 의해 카 리프트 상에 로킹되어야 하지만, 왜곡을 보상할 필요는 없다.

통상적으로, 그러한 시스템들은 차량의 휠들 상에 장착된 적절한 타깃들을 사용하여 공간 중에서의 그들의 회전 및 위치에 초점을 맞추게 된다.

특히, 타깃들은 이미지 포착 장치들에 의해 인식될 수 있는 다양한 형상들의 이차원 이미지들을 기술하는 평탄한 표면을 갖는다. 이미지 포착 장치들과 커플링된 처리 장치는 일반적으로 실제 타깃의 대략 평탄한 표면을 이루는 부분에서 식별된 이차원 이미지들 및 이미지 획들 장치들이 그 좌표계에서 제공하는 이차원 이미지들의 기하 형태들에 대한 소위 "최적화(best fit)" 동작을 수행한다. 그러한 동작은 타깃의 공간 정렬이 동적으로 결정될 수 있게 하고, 그에 따라 단일 좌표계(예컨대, 차량의 좌표계) 내에서 각각의 휠의 선형 이동 및 각방향 이동에 관한 기본 회전들 및 병진들(elementary rotations and translations)을 정의할 수 있게 한다. 적절히 서로 링크된 그러한 기본 회전들 및 병진들은 이후에 차량의 셋업 및 얼라인먼트 특성들과 보다 구체적으로 관계된 또 다른 더욱 복잡한 회전들 및 병진들을 정의하는데 사용된다.

예컨대, WO 2008/143614 A1은 차량의 휠들에 연결된 타깃들을 사용하는 것을 고려하고 있는 얼라인먼트 결정 시스템을 개시하고 있다. 각각의 타깃은 서로 평행하게 소정의 각을 이루고 있는 다수의 평면들에 배치된 이차원 타깃 요소들(특히, 원들의 형태를 갖는)의 세트로 형성된다. 본 시스템은 포착된 이미지들로부터 해당 평면들에서의 타깃 요소들의 식별 및 "최적화(best fit)" 알고리즘, 예컨대 수학적 평균 제곱 알고리즘의 구현을 제공하여 좌표계에 대한 타깃들의 정렬을 결정하게 한다.

그러나 본 방안도 역시 통상적인 방안들로부터 벗어나고 있지 못한데, 왜냐하면 포착된 이미지들의 해당 평면에서 식별된 각각의 개별 점이 실제 타깃의 배치에 대해 옮겨져 있는 변위를 고려하여 전형적인 이차원 분석 접근법(최적화 동작, 즉 수학적 해법에 의한 것이지 기하학적 해법에 의한 것이 아닌)을 견지하고 있기 때문이다. 따라서 본 방안도 타깃들의 소정의 크기에 대해 얻어지는 측정 해상도를 증가시키지 못한다.

어떤 면들에서 유리하기는 하지만, 공지의 시스템들은 이미지 획들을 위한 입체 시스템을 필요로 하고 그 결과 관찰되는 각각의 타깃에 대한 다수의 이미지 포착 장치들 및 포착 이미지들의 존재를 수반한다는 단점을 갖는다. 대안적으로, 단독의 이미지 포착 장치를 사용하는 경우, 차량의 적절한 이동(예컨대, 전진 및 후진, 소위 런아웃(run-out) 동작) 중에 또는 타깃 그 자체의 적절한 이동 중에 타깃을 관찰함으로써 단독의 이미지 포착 장치에 대한 타깃의 정렬을 인식하는 적절한 절차를 수행하는 것이 필요해진다.

또한, 타깃의 경사가 변함에 따라 이차원 타깃의 기하 특성들을 얻는 것이 어려워지고, 그 결과 취해진 측정들의 정확도가 일치하지 않게 된다.

아울러, 표면상에서 타깃 요소들을 기하학적 점들로서 식별하는 것을 고려하고 있는 공지의 시스템들에서는, 그러한 타깃 요소들 중의 하나 이상의 숨겨지든지 아니면 여하튼 이미지 포착 장치로 볼 수 없는 경우에, 측정 정밀도의 신뢰성이 떨어질 수 있다.

따라서 본 기술 분야에서는, 각 측정에 있어 더 높은 해상도 및 정밀도를 제공하고, 타깃들의 정렬을 확인하기 위해 특정의 차량 변위 기동들을 수행할 필요를 예정하지 않으며, 간단하고 경제적으로 구현되는, 차량 휠들의 정렬을 결정하는 시스템을 개발할 필요성을 절감하고 있다.

본 발명의 목적은 위에서 지적한 단점들을 모두 또는 부분적으로 해결하고 전술한 필요성을 충족시키는, 차량 휠들의 정렬을 결정하는 시스템을 제공하는 것이다.

따라서 본 발명에 따라, 대체로 청구항 1 및 청구항 17에 기재된 바와 같은, 차량의 휠들의 정렬을 결정하는 시스템 및 방법이 제공된다.

이제, 본 발명을 좀더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해, 순전히 비제한적인 예로 몇 가지 바람직한 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 차량 휠 얼라인먼트 시스템의 개략도를 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 시스템에서 사용되는 삼차원 타깃의 부분들의 평면도와 정면도를 각각 나타낸 도면들이며,
도 3a 및 도 3b는 동일한 휠의 상이한 정렬 각들의 존재 하에서 차량의 휠과 커플링된 타깃의 개략적인 사시도를 각각 나타낸 도면들이고,
도 4는 도 1의 시스템의 처리 유닛에 의해 수행되고 차량의 셋업을 결정하는데 사용되는 정렬 결정 동작들의 흐름도를 나타낸 도면이며,
도 5는 타깃 및 그것의 이차원 이미지를 포착하는 이미지 포착 장치와 관련된 좌표계들의 상호 배열에 관한 개략도를 나타낸 도면이고,
도 6 및 도 7a와 도 7b는 도 1의 시스템에서 사용되는 타깃의 또 다른 실시예들의 사시도를 나타낸 도면들이며,
도 8은 도 1의 시스템에서 사용될 수 있는 액티브 타입의 타깃의 또 다른 실시예의 사시도를 나타낸 도면이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 휠 얼라인먼트 시스템의 개략도를 나타낸 도면이다.

도 1은 차량(3)(개략적으로 도시된)의 휠들(2)의 정렬을 결정하는 전체적으로 도면 부호 "1"로 지시된 시스템을 도시하고 있다. 도시된 예에서, 차량(3)은 차량의 길이 방향 축(A)을 기준으로 왼편과 오른편에 각각 짝을 지어 배치된 4개의 휠들(2)을 구비한 자동차이다. 차량(3)은 개략적으로 도시된 공지의 타입의 카 리프트(car lift)(4) 상에 위치되어 도시되어 있다.

본 시스템(1)은 휠들(2)의 수와 동수인 개략적으로 도시된 다수의 타깃들(5)을 포함하는데, 그 구조와 기능을 계속해서 상세히 후술할 각각의 타깃(5)은 장착 요소 또는 "클램프"(여기서는 도시되어 있지 않음)에 의해 각각의 휠(2)과 기계적으로 커플링된다. 그러한 장착 요소는 예컨대 동일 출원인에 의해 출원된 이탈리아 실용신안등록 IT-0000254272 및 IT-0000254273에 개시된 바와 같이 제작될 수 있다.

본 시스템(1)은 예컨대 길이 방향 축(A)에 대해 오른편과 왼편에 각각 배치된 카메라들로 구성된 제1 및 제2 이미지 포착 장치들(6a, 6b)을 또한 포함한다. 특히, 제1 이미지 포착 장치(6a)는 각각의 시야 영역이 차량(3)의 인편의 휠들(2)을 포함하도록 배치된다. 유사하게, 제2 이미지 포착 장치(6b)는 각각의 시야 영역이 동일한 차량(3)의 오른편의 휠들(2)을 포함하도록 배치된다. 특히, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)은 각각의 타깃(5)이 그 이미지 포착 장치들(6a, 6b) 중의 하나에 의해서만 보이도록 차량 및 해당 휠들(2)에 대해 배치된다.

각각의 이미지 포착 장치(6a, 6b)는 3개의 직교 축들(x_tel, y_tel, z_tel)에 의해 정의되는 각각의 좌표계(SdR_tel)를 갖는데, 여기서 가로 축들(x_tel, y_tel)은 각각의 이미지 포착 장치(6a, 6b)에 의해 포착되는 이차원 이미지들과 관련된 이미지 평면(즉, 픽셀들의 수에 의해 대상물의 크기가 평가되는 평면)을 정의하고, 직교 축(z_tel)은 동일한 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 광축과 일치한다.

도시된 실시예에서, 제1 및 제2 이미지 포착 장치들(6a, 6b)은 동일한 지지 구조물(7)에 탑재되는데, 그 지지 구조물(7)은 자신의 단부들에 그 이미지 포착 장치들(6a, 6b)을 탑재한 수평 크로스 빔을 포함한다. 지지 구조물(7)은 이미지 포착 장치들(6a, 6b)을 차량(3)에 대해(또는 유사하게 카 리프트(4)에 대해) 자동으로 또는 수동으로 위치시킬 수 있도록 구성된다. 대안적으로, 본 명세서에 도시되지 않은 방식으로, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)이 카 리프트(4)의 조정 위치에 로킹될 수 있도록 수직으로 슬라이딩 가능하게 각각의 상호 독립적인 수직 구조물에 속박되거나, 동일한 카 리프트(4)의 이동을 따르도록 그 카 리프트(4)에 속박될 수도 있다.

본 시스템(1)은 예컨대 제1 및 제2 이미지 포착 장치들(6a, 6b)과 연결되어 동작하는 프로세서 또는 유사한 계산 수단을 탑재한 개인용 컴퓨터 또는 임의의 다른 컴퓨터 장치의 형태의 처리 장치(8)를 또한 포함한다. 특히, 처리 장치(8)는 유무선 데이터 전송(임의의 공지의 기법을 사용하는)을 구현하도록 구성된 제1 통신 인터페이스(9a)에 의해 제1 이미지 포착 장치(6a)와 연결되고, 역시 유무선 데이터 전송(다시 임의의 공지의 기겁을 사용하는)을 구현하도록 구성된 제2 통신 인터페이스(9b)에 의해 제2 이미지 포착 장치(6b)와 연결된다. 계속해서 상세히 후술할 바와 같이, 처리 장치(8)는 차량(3)의 휠들(2)의 공간 정렬 특성들을 결정하기 위해 이미지 포착 장치들(6a, 6b)에 의해 제공되는 이차원 이미지들을 각각의 이미지 좌표계를 참조하여 처리하도록 구성된다.

도시된 실시예에서, 본 시스템(1)은 역시 이하에서 상세히 후술할 커플링 구조물(10)을 더 포함하는데, 그 커플링 구조물(10)은 해당 각도 측정들 사이의 관계를 수립하여 단일의 공통 좌표계(예컨대, 차량(3)의 좌표계)에서 휠들(2)의 얼라인먼트 특성들을 결정하는 것이 가능하도록 이미지 포착 장치들(6a, 6b)과 관련된 이미지 좌표계들(SdR_tel) 사이의 상호 위치 및 방향 설정 관계가 유지되는 것을 보장하도록 구성된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 또한 도 2a 및 도 2b와 그 다음의 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 각각의 타깃(5)은 기지의 삼차원 배열에 따라 배치된 벡터량들의 식별, 특히 동일한 타깃(5)의 정렬과 관련되고 또한 단독의 이미지 포착 장치로부터 생긴 단일의 이차원 이미지를 처리함으로써(그리고 어떠한 런아웃 기동도 수행함이 없이) 식별될 수 있는 3개의 직교 축들의 세트의 식별을 가능하게 하기 위해 특별한 "실제의(real)" 삼차원 기하 형태를 갖는다.

특히, 각각의 타깃(5)은 역시 삼차원 형상을 갖고 전체적으로 동일한 타깃(5)의 삼차원 구조를 형성하도록 배열되며 이미지 포착 장치들(6a, 6b)에 의해 촬영된 이차원 이미지들에서 용이한 식별을 가능하게 하는 기하 형상을 갖는 다수의 타깃 요소들(12)로 구성된다. 타깃 요소들(12)은 그 동일한 타깃 요소들의 상호 배열을 기술하는 소정의 해석적 표현(analytical expression)에 의해 정의될 수 있는(및 "캐노니컬(canonical)" 삼차원 기하 형상과 관련된) 삼차원 기하 구성에 따라 상호 배열된다.

타깃(5)의 일례(비제한적인)가 전술한 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 타깃(5)은 하나가 다른 하나의 내부에 배치된(지름 d₁의 바깥쪽 제1 링이 지름 d₂의 안쪽 제2 링보다 큼), 타깃 요소들(12)의 2개의 원형 링들로 구성된다. 그러한 2개의 원형 링들은 각각의 중심들(O₁, O₂)이 간격 h만큼 떨어진 서로 평행하게 포개어 놓인 2개의 별개의 평면들에 배치된다.

특히, 타깃 요소들(12)은 각각의 바깥쪽 또는 안쪽 링의 원주를 따라 각방향으로 서로 등각으로 이격되어 있다. 도시된 실시예에서, 바깥쪽 링은 예컨대 12개의 타깃 요소들(12)(전술한 도 2a 및 도 2b에서 시계 반대 방향의 순서로 번호를 매긴 도면 부호들로 구별되고, T_i(1 < i < 12)로서 표시된)로 구성되는 한편, 안쪽 링은 8개의 타깃 요소들(12)(전술한 도 2a 및 도 2b에서 역시 시계 반대 방향의 순서로 번호가 매겨지고, T_i'(13 < i' < 20)로서 표시된)로 구성된다. 따라서 바깥쪽 링의 타깃 요소들(12)은 본 예에서 30°에 해당하는 제1 각방향 간격을 두고 서로 배열되는 한편, 안쪽 링의 타깃 요소들(12)은 본 예에서 45°에 해당하는 각방향 간격을 두고 서로 배열된다.

앞에서 지적한 바와 같이, 각각의 타깃 요소(12)는 삼차원 기하 형상을 갖고, 특히 구형(spherical)의 형상을 갖는다. 그러한 구형 형상은 동일한 타깃 요소들(12)이 어떠한 앵글로 촬영되더라도(소정의 각 범위 내에서) 이차원 이미지들에서 불변의 형상을 유지하고, 그리하여 쉽게 식별될 수 있도록 하는 것을 보장한다는 점에서 유리하다. 특히, 이후로 "구 중심"으로 정의되는 해당 기하 중심이 이차원 이미지들에서 쉽게 식별될 수 있다. 실제로, 구들은 형상과 반사 모두에 있어 등방성 특성들(isotropic characteristics)을 보인다. 따라서 그들의 형상이 원형을 유지한다고 하면, 개별 타깃 요소(12)가 시야각으로 인해 부분적으로 다른 타깃 요소들에 의해 가려진 채로 있는 경우에도 그 개별 타깃 요소의 위치를 찾는 것이 가능하다. 또한, 타깃 요소들이 구형 형상이면, 측정 환경에서 광원들에 의해 일어나는 표면상의 모든 반사는 타깃 요소들 모두에서 동일한 위치(주된 조명이 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 광축과 동축상인 경우, 전형적으로 중심)에 존재한다. 따라서 그러한 반사에 의한 영향이 후처리를 통해 용이하게 제거된다.

특히, 3개의 직교 축들(X_trg, Y_trg, Z_trg)을 타깃(5)과 관련지어 동일한 타깃(5)이 일체로 커플링된 휠(2)의 정렬과 그 공간 정렬이 상응하는 타깃 좌표계(SdR_trg)를 정의하는 것이 가능하다.

구체적으로, 타깃 (5) 내에서 3개의 상호 직교 벡터들의 세트가 식별되는데, 각각의 직교 벡터는 각각의 직교 축(X_trg, Y_trg, Z_trg)을 따라 정렬된다. 특히, 타깃요소들(12)에 의해 형성되는 바깥쪽 링과 안쪽 링의 중심들(O₁, O₂)을 연결하는 벡터에 해당하는 직교 벡터 vz_trg가 식별된다. 그와 관련하여, 설명되는 실시예에서는, 2개의 평행한 평면들에 위치된 2개의 동심상의 링들에 타깃 요소들(12)을 배열하는 것이 유리하다는 점에 유의하여야 한다. 실제로, 타깃(5)의 경사로 인해 2개의 링들이 이미지 평면에서 2개의 타원들로 나타날 수 있다 하더라도, 관련된 중심들(O₁, O₂)은 항상 식별 가능하고, 그 중심들(O1, O2)을 연결하는 벡터는 항상 실제 타깃(5)의 축 Z_trg와 관련된 직교 벡터 vz_trg로서 나타난다. 그 결과, 중심들(O₁, O₂)의 변위를 결정함으로써, 그 축(Z_trg)의 경사를 결정할 수 있게 된다.

또한, 구들의 이미지들이 항상 2개의 타원들 상에 포개어 놓일 수 있어야 한다는 사실은 이미지 처리 중에 저질러진 가능한 에러들, 예컨대 장면에 불가피하게 을 부가될 수 있는 잡음에 기인한 에러들을 검출하여 교정할 수 있게 한다. 그와 관련하여, 이미지 처리 알고리즘에 의해 회복되는 위치들은 이미지 처리 과정이 그에 대해 형상 에러를 소정의 임계치 미만으로 회복한 구들의 위치를 보간하는 타원에 가능한 한 가깝게 옮겨지도록 교정된다. 그러한 교정 동작은 이미지 평면에서 구들의 위치에 대한 그에 따라 측정에 대한 더 큰 안정성을 제공한다. 특히, 그 점에서 타깃 요소들(12)의 구형 형상이 유리하여 형상 계수(shape-factor) 평가 알고리즘들(타깃 요소들(12)의 형상은 이차원 이미지에서 실제로 원형이어야 함)의 적용을 허용하는 것으로 판명된다.

동일한 타깃(5) 내에서는, 특정의 타깃 요소들(12)의 위치를 기반으로 한 제1 및 제2 횡 벡터들(vx_trg, vy_trg)이 또한 식별된다. 예컨대, 제1 횡 벡터(vx_trg)는 전술한 도 2a, 도 2b, 도 3a, 및 도 3b에서 도면 부호들 "T4"와 "T10"으로 지시된 바깥쪽 원형 링의 타깃 요소들(12)(축 X_trg를 따라 정렬된)의 구 중심들을 연결하는 벡터에 해당하는 한편, 제2 횡 벡터(vy_trg)는 도면 부호들 "T1"과 "T7"로 지시되고 역시 바깥쪽 원형 링에 속하는 타깃 요소들(12)(축 Y_trg를 따라 정렬된)의 구 중심들을 연결하는 벡터에 해당한다. 따라서 그 횡 벡터들(vx_trg, vy_trg)은 서로 직교하고 바깥쪽 원형 링의 타깃 요소들(12)의 평면에 놓인 벡터들이다. 이후로, 전술한 벡터들 vx_trg, vy_trg, 및 vz_trg를 "타깃 벡터들"이라 지칭하기로 한다(타깃(5)의 실제 구조와 관련되므로).

이미지 포착 장치들(6a, 6b)로부터 포착한 이차원 이미지들에서 횡 벡터들(vx_trg, vy_trg)을 정의하는 타깃 요소들(12)의 식별을 용이하게 하기 위해, 타깃(5)은 바람직하게는 정렬을 지시하는 하나 이상의 기준 요소들(14)을 포함할 수 있는데, 그 기준 요소들(14)도 역시 삼차원 기하 형태, 특히 예컨대 타깃 요소들(12)보다 작은 지름을 갖는(쉽게 식별될 수 있도록 하기 위해) 구형 형상을 갖는다. 전술한 도 2a, 도 2b, 도 3a, 및 도 3b에 도시된 예에서는, 안쪽 원형 링의 평면에서 도면 부호 "T13"으로 지시된 타깃 요소(12)에 가깝게 배치된 단일의 기준 요소(14)만이 존재한다. 그러나 기준 요소들(14)의 공간 배열이 또한 변할 수 있음에 따라 그들의 수가 달라질 수 있음(특히, 1개보다 많을 수 있음)은 물론이다. 타깃 요소(12)들에 대해 미리 정해진 위치들에 배치되는 적절한 기준 요소들(14)은 길이 방향 축(A)을 기준으로 차량(3)의 오른편과 관련된 타깃들(5)과 왼편과 관련된 타깃들(5)을 구별하는데 사용될 수도 있다.

기준 요소들(14)을 사용하는 것에 대해 대안적으로 또는 그에 더하여 부가적으로 그리고 다시 타깃(5)과 관련된 3개의 직교 축들(X_trg, Y_trg, Z_trg)의 세트의 식별을 용이하게 하려는 목적으로, 타깃 요소들(12)과 관련된 특수하게 제공되는 컬러 코드(또는 각각의 타깃 요소(12)를 명백하게 식별하는 다른 수단)가 본 시스템(1)에서 사용될 수 있다. 예컨대, 바깥쪽 원형 링에 속하는 타깃 요소들(12)은 상호 위치 설정의 식별을 가능하게 하는 미리 정해진 코드에 따른 상이한 컬러들(또는 컬러의 상이한 음영들, 농담들, 또는 대비들)을 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 예시적으로 도시된 컬러 코드를 사용함으로써, 각각의 원형 링을 따라 3개의 또는 모호한 경우에는 최대 4개의 서로 연속된 타깃 요소들(12)의 시퀀스를 관찰하여 각각의 타깃 요소(12)를 식별하는 것이 가능하다. 거의 유사하게, 타깃 요소들(12)에 대해 상이한 기하 특성들을 사용하는 조치를 취할 수도 있다(예컨대, 여러 타깃 요소들(12)을 상이한 지름의 구들로 형성할 수 있음). 여하한 경우든, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)이 해당 좌표계에서 타깃(5)의 절대적 정렬을 식별하는 것이 가능하다.

특히, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 사용 시에 타깃(5)은 원하는 정렬을 취할 수 있도록(예컨대, 축들 Y_trg 및 Z_trg에 의해 정의되는 평면이 휠 그 자체의 평면과 평행한 평면에 근사하고, 축 X_trg가 그 법선에 근사하도록) 특수한 장착 요소(클램프)를 사용하여 차량(3)의 각각의 휠(2)과 커플링된다. 타깃의 좌표계와 휠의 좌표계 사이의 관계는 구성에 의해 또는 적절한 보정 및 조정 절차의 수행을 통해 보장된다.

특히, 도 3b는 도 3a에 도시된 배치에 대해 소정의 각만큼 돌린, 차량(3)의 휠(2)의 상이한 각의 영향을 도시하고 있다. 동일한 휠(2)과 관련된 타깃(5)의 정렬 및 여기서 X'_trg, Y'_trg, 및 Z'_trg로 지시된 해당 타깃 좌표계(SdR_trg')의 3개의 직교 축들의 세트의 정렬이 결과적으로 어떻게 변경되었는지 알 수 있다.

이제, 차량(3)의 휠들(2)의 얼라인먼트를 결정하기 위해 본 시스템(1)의 처리 유닛(8)에 의해 수행되는 동작들을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.

도면 부호 "20"으로 지시된 제1 단계에서, 제1 및 제2 이미지 포착 장치들(6a, 6b)이 그 각각의 타깃들(5)을 촬영하여 각각의 이미지 좌표계(SdR_tel)에서 포착된 이차원 이미지들(포착된 이미지들을 나타내는 픽셀들의 세트를 공지의 방식대로 포함하는)을 각각의 인터페이스들(9a, 9b)을 통해 처리 유닛(8)에 전송한다.

이어서, 후속 단계 21에서, 처리 유닛(8)은 각각의 타깃(5)의 이차원 이미지들을 디지털 처리하여 유의적인 것으로 여겨지는 타깃 요소들(12), 즉 타깃(5)과 관련된 3개의 직교 축들의 세트를 미리 정해진 방식으로 식별하는 타깃 요소들(12)의 위치를 식별한다. 특히, 처리 유닛(8)은 이미지 평면에서 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 투영들을 식별하는데, 이후로 그 투영들을 각각 vx_{trg _ prj}, vy_{trg _ prj}, 및 vz_{trg_prj}로 지시하기로 한다(그리고 "투영 벡터들"로 지칭함).

좀더 구체적으로, 타깃 요소들(12)의 구 중심들의 위치를 식별한 후에, 처리 유닛(8)은 포착된 이차원 이미지에서 투영 벡터들(vx_{trg _ prj}, vy_{trg _ prj}, vz_{trg _ prj})의 위치를 결정하고(전술한 기준을 사용하여), 이어서 그 크기들을 결정한다(픽셀들의 수의 표현으로). 특히, 전술한 투영 벡터들 각각에 대해, 처리 유닛(8)은 이미지 평면에서 가로 축들(X_tel, Y_tel)을 따른 픽셀들의 수로서 표현되는, 동일한 평면에서의 크기들 (Δxpix, Δypix)i를 산출한다(여기서, 지수 i는 vx_{trg _ prj}, vy_{trg _ prj}, 또는 vz_{trg _ prj}로부터 선택된 상대 투영 벡터를 지시함). 선택된 길이 측정 단위, 예컨대 ㎜로 표현되는 그러한 투영 벡터들의 크기들을 이후로 (Δx㎜, Δy㎜)i로 지시하기로 한다.

특히, 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 실제 크기들은 동일한 측정 단위로 알려져 있다(타깃(5)의 기하학적 크기들이 설계에 의해 아려져 있으므로). 예컨대 ㎜로 표현되는 그러한 실제 크기들을 이후로 Δx_trg, Δy_trg, 및 Δz_trg로 지시하기로 한다.

이어서, 후속 단계 22에서, 처리 유닛(8)은 앞서 얻은 정보를 사용하여 각각의 이미지 좌표계(SdR_tel)에서의 타깃(5)의 정렬을 결정하고, 또한 광축 Z_tel을 따라 산출된, 타깃(5)의 중심과 해당 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 이미지 평면 사이의 거리(D)를 결정한다.

구체적으로, 각각의 타깃(5)에 대해, 타깃 좌표계(SdR_trg)에서 예컨대 ㎜로 표현된 기지의 길이의 3개의 벡터들의 세트를 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 이미지 좌표계(SdR_tel)에서 역시 ㎜로 표현되는 추론될 수 있는 길이(inferable length)의 3개의 벡터들의 다른 세트로 변환하는 회전 행렬 MatRot_trg를 정의한다. 환언하면, 회전 행렬 MatRot_trg는 실제 타깃에서 식별되어 예컨대 ㎜로 표현된 벡터가 타깃의 중심을 통과하는, 이미지 평면과 평행한 평면상에 그에 걸쳐 투영되는 회전을 부여하고, 동일한 측정 단위로 그 크기를 결정한다.

도 5의 그림을 또한 참조하여 더 잘 이해될 기하학적 고찰들을 적용함으로써, 전술한 회전 행렬 MatRot_trg가 다음의 방식으로 표현될 수 있음을 보이는 것이 가능하다.

ax=cos(α)*cos(β)	bx=-sin(β)*cos(γ)+sin (α)*cos(β)*sin(γ)	cx=sin(β)*sin(γ)+sin (α)*cos(β)*cos(γ)
ay=cos(α)*sin(β)	by=cos(β)*cos(γ)+sin (α)*sin(β)*sin(γ)	cy=-cos(β)*sin(γ)+sin (α)*sin(β)*cos(γ)
az=-sin(α)	bz=cos(α)*sin(γ)	cz=cos(α)*cos(γ)

여기서, 전술한 도 5에 도시된 바와 같은 α, β, 및 γ는 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 이미지 좌표계(SdR_tel)에 대해 타깃(5)과 관련된 3개의 직교 축들의 회전을 표현하는 회전의 미지의 각도들을 나타낸다.

좀더 구체적으로, 3개의 직교 축들 X'''Y'''Z'''의 세트가 이미지 좌표계(SdR_tel)와 일치하고, 3개의 직교 축들 XYZ의 세트가 타깃 좌표계(SdR_trg)와 일치한다고 가정하면, 전술한 회전 행렬 MatRot_trg는 다음의 3개의 연속 회전들의 조합으로 생각될 수 있다.

- 제1 중간 회전 행렬 γRotMat에 의해 Y축을 X축을 중심으로 Y'축의 방향(Z축 쪽으로 가는)으로 회전시킴으로써 제1 좌표계 (XYZ)≡SdR_trg와 제1 중간 좌표계 X'Y'Z' 사이에 부여되는 γ°의 제1 회전;

- 제2 중간 회전 행렬 αRotMat에 의해 Z'축을 Y'축을 중심으로 Z''축의 방향(X'축 쪽으로 가는)으로 회전시킴으로써 제1 중간 좌표계 (X'Y'Z')와 제2 중간 좌표계 (X''Y''Z'') 사이에 부여되는 α°의 제2 회전; 및

- 제3 중간 회전 행렬 βRotMat에 의해 X''축을 Z''축을 중심으로 X'''축의 방향(Y''축 쪽으로 가는)으로 회전시킴으로써 제2 중간좌표계 (X''Y''Z'')와 이미지 좌표계 (X'''Y'''Z''')≡SdR_tel 사이에 부여되는 β°의 제3 회전.

전술한 제1, 제2, 및 제3 중간 회전 행렬들(βRotMat, αRotMat, γRotMat)은 다음과 같이 정의된다.

β RotMat

cos(β)	-sin(β)	0
sin(β)	cos(β)	0
0	0	1

α RotMat

cos(α)	0	sin(α)
0	1	0
-sin(α)	0	cos(α)

γ RotMat

1	0	0
0	cos(γ)	-sin(γ)
0	sin(γ)	cos(γ)

앞서 지적한 바와 같이, 타깃 좌표계(SdR_trg)와 이미지 좌표계(SdR_tel) 사이의 회전을 기술하는 전체 회전은 전술한 중간 회전 행렬들(βRotMat, αRotMat, γRotMat)을 함께 그 표시된 순서로 곱한 적(product)으로서 얻어지는 회전 행렬 MatRot_trg에 의해 나타내어진다.

또 다른 기하학적 고찰들을 사용하여, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 특성들을 기초로 투영 벡터들의 화소들 단위의 크기들 (Δxpix, Δypix)i와 길이 측정 단위의 해당 크기들 (Δx㎜, Δy㎜)i 사이의 관계를 구하는 것이 또한 가능하다.

특히, 이미지 평면의 가로 축들(X_tel, Y_tel)을 따라 이미지 포착 장치들(6a, 6b)에 의해 각각 포착된 이차원 이미지의 픽셀 단위의 총 크기들로서 pixIMGdx 및 pixIMGdy를 정의한다. 동일한 가로 축들(X_tel, Y_tel)을 따른 초점 거리들로서 dfX 및 dfY를 정의하는데, 그 초점 거리들은 ㎜로 표현되는 관찰 거리와 그 거리에서 관찰 가능한 역시 ㎜로 표현되는 최대 크기 사이의 관계를 수립한다. 가로 축들(X_tel, Y_tel)을 따라 이미지 포착 장치(6a, 6b)에 의해 사용되는 센서(본 실시예에서는 CCD(Charge Coupled Device))의 길이 단위의 크기들, 본 예에서는 ㎜로 표현되는 크기들로서 lCCD 및 hCCD를 정의한다. 동일한 가로 축들(X_tel, Y_tel)을 따른 거리 D에서 이미지 포착 장치(6a, 6b)로부터 보일 수 있는 최대 크기로서 L 및 H를 정의한다.

그러면 다음의 관계가 성립함을 보이는 것이 가능하다.

dfX = D·lCCD / (L + lCCD)

dfY = D·hCCD / (H + hCCD)

또한, 다음의 관계를 이용하면,

L = pixIMGdx·Δx㎜ / Δxpix

H = pixIMGdy·Δy㎜ / Δypix

다음의 관계가 주어진다.

dfX = D·lCCD / (pixIMGdx·Δx㎜ / Δxpix + lCCD)

dfY = D·hCCD / (pixIMGdy·Δy㎜ / Δypix + hCCD)

그리하여 이미지 평면에서의 투영 벡터들의 픽셀 단위의 크기와 길이 측정 단위의 크기 사이의 기본 관계들이 얻어진다.

Δxpix = Δx㎜·pixIMGdx·dfX / (D·lCCD - dfX * lCCD)

Δypix = Δy㎜·pixIMGdy·dfY / (D·hCCD - dfY * hCCD)

따라서 회전 행렬 MatRot_trg를 사용하여, 타깃(5)의 각각의 회전에 대해 다음의 것들을 한데 연결하는 관계들을 식별하는 것이 가능하다: 실제 모델(Δx_trg, Δy_trg, Δz_trg)에서의 임의의 기지의 벡터의 길이 단위, 본 예에서는 ㎜ 단위의 크기들; 이미지 평면에서의 관계된 투영 벡터들의 픽셀 단위의 크기들 (Δxpix, Δypix); 및 그 회전을 특징짓는 미지의 변량들(회전 각들 α, β, γ 및 거리 D).

Δxpix = (Δx_trg·a_x + Δy_trg·b_x + Δz_trg·c_x)·(pixIMGdx·dfX /

(D·lCCD - dfX·lCCD)

Δypix = (Δx_trg·a_y + Δy_trg·b_y + Δz_trg·c_y)·(pixIMGdy·dfY /

(D·hCCD - dfY·hCCD)

여기서, a_x, b_x, c_x 및 a_y, b_y, c_y는 앞서 정의된 바와 같은 회전 행렬 MatRot_trg의 원소들이다.

따라서 4개의 미지의 변량들(α, β, γ, 및 D)을 찾으려면, 4개의 관계들(특히, 2개의 유의적인 벡터들 각각에 대한 전술한 2개의 관계들)을 얻기 위해 유의적인 것으로 여겨지는 적어도 2개의 벡터들의 거동을 관찰하여 4개의 미지의 변수들로 된 풀 수 있는 4개의 방정식들의 시스템을 얻는 것으로 충분하다. 예컨대, 벡터들 vx_trg 및 vy_trg 또는 대안적으로 그 크기들이 실제 세상에서 알려져 있는 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 임의의 다른 쌍이 본 목적으로 고려될 수 있다.

4개의 미지의 변수들의 값들은 타깃 좌표계(SdR_trg)와 이미지 좌표계(SdR_tel) 사이의 회전 및 병진 함수를 완전히 정의한다. 각각의 타깃(5)에 대해 식별된 그 값들로부터 출발하여(및 해당 휠(2)의 정렬을 참조하여), 차량(3)의 셋업을 정의하는 특성 각들의 값들을 구하는(공지의 방식대로) 것이 가능하다.

특히, 그리하여 처리 유닛(8)은 관련된 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 이미지 좌표계 내에서 각각의 타깃(5)의 정렬(회전 각들 α, β, 및 γ의 표현으로)을 검출할 수 있다.

단일 좌표계(예컨대, 동일한 차량(3)에서 식별되는 좌표계)에서 차량(3)의 휠(2)의 얼라인먼트를 검출하기 위해, 단계 22에 후속된 단계 23에서(다시 도 4를 참조하면), 처리 유닛(8)은 단일 좌표계에 대한 이미지 포착 장치들(6a, 6b) 사이의 상호 정렬을 결정하고, 그 결과로 전 단계 22에서 결정된 각도 및 선의 값들을 그 단일 좌표계에서 성립하는 해당 값들로 변환한다.

이미지 포착 장치들(6a, 6b)과 관련된 이미지 좌표계들 사이의 상호 위치 설정 및 정렬의 관계를 동적으로 결정하기 위해, 본 시스템(1)은 앞서 지적한 바와 같이 예컨대 유사하고 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 각 하나씩과 관련된 2개의 광학 장치들(10a, 10b)로 구성된 커플링 구조물(10)을 포함한다. 양 광학 장치들(10a, 10b)은 예컨대 하나 이상의 LED들을 구비한 광학 송신 단 및 예컨대 하나 이상의 선형 CCD들을 구비하여 다른 광학 장치와 관련된 광학 송신 단에 의해 방출되는 광 방사를 수신하는 광학 수신 단으로 구성된다. 각각의 광학 장치에 의해 포착된 이미지에서의 광원들의 위치를 기반으로, 처리 유닛(8)은 이미지 포착 장치들(6a, 6b) 사이의 상호 위치 및 정렬을 공지의 그에 따라 상세히 설명하지 않는 방식으로 연속해서 결정한다(상호 회전 및 병진의 표현으로).

대안으로서, 시스템(1)은 제1 이미지 포착 장치(6a)와 일체로 배치되고 다시 도면 부호 "10a"로 지시되는 또 다른 이미지 포착 장치 및 제2 이미지 포착 장치(6b)와 일체로 배치되고 다시 도면 부호 "10b"로 지시되는 또 다른 타깃을 포함할 수도 있다. 또 다른 이미지 포착 장치(10a)와 타깃(10b)은 예컨대 차량(3)의 휠들(3)과 연결된 타깃(5)의 정렬 각들을 결정하는 것과 관련하여 전술된 방식과 유사하게 동작하도록 제작될 수 있다.

대안적으로, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 상호 위치를 정적으로 결정하는 문제를 해결하기 위해, 처리 유닛(8)은 게이지(또는 기준 요소)가 2개의 이미지 포착 장치들(6a, 6b)에 의해 동시에 식별되는 특정의 조정 단계 동안 관련된 좌표계들 사이의 관계를 수립할 수도 있다.

그 어떤 경우든, 전술한 단계 23의 종료 시에, 처리 유닛(8)은 단계 24에서 단일의 좌표계, 예컨대 차량(3)과 관련된 좌표계로 표현된, 차량(3)의 휠들(2)의 특성 셋업 각들, 예컨대 토인 각 및 캠버 각의 표현으로 결과들을 결정한다. 처리 유닛(8)은 또한 예컨대 그 결과들을 조작자에게 제시하는 적절한 디스플레이 장치에 그 결과들을 디스플레이하는 것을 제어한다.

도시되지 않은 방식으로, 시스템(1)은 포착된 이미지의 처리를 위해 길이 방향 축(A)에 대해 차량(3)의 양편으로 충분한 조명을 보장하는, 각각의 이미지 포착 장치(6a, 6b)에 대한 관련 조명 장치를 포함하는 것으로 완성될 수 있다. 그러한 조명은 타깃 요소들(12)에 의해 적절히 반사되어 그 식별을 가능하게 한다. 특히, 그 조명 동작에 사용되는 방사의 파장은 그 플래싱 주파수가 그러할 수 있는 바와 같이 선택된 타깃(5)에 따라 정의될 수 있다. 예컨대, 가시 광원 또는 적외선 광원이 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 타깃(5)은 타깃 요소들(12)이 그 위에 배치되도록 설계된 오목한 구면(또는 구면의 일부)을 안쪽에 형성하는 지지 구조물(28)을 포함한다. 예컨대, 지지 구조물(28)은 오목한 구형 캡으로 구성될 수 있다. 그러한 형상은 타깃 요소들(12)의 다양한 상호 삼차원 배열들을 갖는 타깃(5)과 관련된 3개의 직교 축들의 세트(이미지 평면에서 또한 식별될 수 있는, 픽셀 단위로 측정된 3개의 선분들 또는 벡터들의 세트에 해당함)의 용이한 정의를 허용한다는 점에서 유리하다.

단지 예시의 목적으로 타깃 요소들(12)이 2개의 서로 평행한 평면들에 배치되는 경우를 다시 참조하는 도 6의 실시예에서, 바깥쪽 원형 링을 형성하는 타깃 요소들(12)은 예컨대 아교 접착에 의해 지지 구조물(28)의 에지 부분과 커플링되는 한편, 안쪽 원형 링을 형성하는 타깃 요소들(12)은 동일한 지지 구조물(28)의 안쪽 부분과 커플링된다. 그 경우, 바깥쪽과 안쪽 원형 링들은 구형 캡과 대하는(subtended), 서로 평행하고 타깃의 축과 직교하는 구결(spherical segment)의 2개의 섹션들에 배치된다. 그 경우, 기준 요소(14)는 타깃 요소들(12)의 안쪽 원형 링의 내부에서 동일한 지지 구조물(28)가 커플링된다.

타깃 요소들(12)을 내포하는 오목한 구형 캡 형상의 지지 구조물(28)을 포함하는 구성을 갖는 타깃(5)의 사용은 넓은 각방향 관찰 범위(예컨대, -30° 내지 +30°)에 걸쳐 타깃과 관련된 3개의 직교 벡터들의 세트를 식별하는 것을 허용한다.

또한, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 지지 구조물(28)의 특별한 구형 형상은 타깃 요소들(12)이 2개의 평행한 평면들에 배치되지 않는 경우에도 유효한, 타깃(5)의 이차원 이미지들의 상이한 처리의 가능성을 또한 가능하게 한다. 실제로, 타깃 요소들(12)은 지지 구조물(28)의 내부에 정의되고 서로 등각으로 이격된 자오선들에 놓여 평면들의 다수의 다발들 또는 대안적으로 구면과 교차하는 일반적 평면들(서로 평행하지 않은) 및 특수한 경우 다시 서로 평행한 평면들(전술한 예에서와 같이)에 배치될 수 있다.

어느 경우든, 여러 자오선들의 기하 중심 및 교차점을 식별하는, 지지 구조물(28)에 대해 중심에 배치된 또 다른 타깃 요소(12)가 존재하는 것이 유리하다.

특히, 개략적으로 도시된 바와 같이, 타깃 요소들(12)의 삼차원 배열은 타깃 요소들(12) 중의 일부(본 경우, 해당 기준 요소들(14)의 쌍에 의해 적절히 식별된 타깃 요소들(12))의 구 중심들이 그를 따라 정렬된 적어도 제1 및 제2 자오선들(m1, m2)의 식별을 가능하게 한다. 또한, 이미지에서 식별되는 자오선들의 수는 2개보다 많은 것이, 예컨대 30°의 등각으로 서로 이격된 6개인 것이 바람직할 수 있다. 그 경우, 6개의 자오선들의 식별은 각방향으로 등각으로 이격된 6개의 해당 방향들의 식별을 허용하고, 그에 의해 측정 안정성의 증대를 달성한다.

예컨대, 도 7b에 도시된 바와 같이, 타깃 요소들(12)은 6개의 자오선들을 따라 배치되지만, 꼭 2개의 평행한 평면들에만 배치되는 것이 아니라, 일반적으로 지지 구조물(28)의 내부에서 오목한 구면과 교차하는 평면들의 다발에 배치된다(그 경우에는 꼭 2개의 동심상의 링들에만 배치되는 것이 아님). 그 경우에도 역시 타깃 요소들(12)의 배열은 타깃(5) 내에서의 원하는 삼차원 기하 특성들의 식별을 가능하게 한다.

이차원 이미지들에서 타깃(5) 및 해당 휠(2)의 회전을 식별하는 처리 동작들은 공지의 기법들로 좌표계에 대한 그 회전을 얻을 수 있는, 타깃(5)과 관련된 벡터들의 방향을 결정하기 위해 자오선들의 경사(예컨대, 중심 타깃 요소(12)의 위치에 대응하여 측정된)를 결정하는 것을 고려할 수 있다. 휠의 회전 각이 변함에 따른 자오선들(및 대응 방향들)의 변형 및 그에 따른 이미지 포착 장치(6a, 6b)의 좌표계에 대한 해당 타깃(5)의 변형도 역시 분석될 수 있다.

전술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 차량 휠 얼라인먼트 결정 시스템 및 방법의 이점들이 분명할 것이다.

특히, 다시 강조하여야 할 점은 삼차원 타깃들(특히, 타깃 요소들의 삼차원 배치에 의해 형성되는)의 사용 및 특히 역시 삼차원적인 타깃 요소들의 사용이 타깃들의 공간 위치를 바꾸거나 타깃들을 이동시키거나 입체적인 포착 시스템의 활용에 의존하기 위해 차량 또는 차량의 휠들을 이동시킬 필요가 없이 단일의 이미지 포착 장치를 사용하여 고정된 좌표계에 대한 각각의 타깃(및 동일한 타깃이 커플링된 휠)의 절대 위치 및 정렬을 결정하는 것을 가능하게 한다는 것이다. 실제로, 공간 중에서 타깃과 관련된 3개의 직교 축들의 세트(기준 타깃 요소들을 식별하는)를 결정하고, 그리하여 주어진 좌표계 내에서의 동일한 타깃의 공간 정렬을 결정하는 것이 용이하다.

설명한 해법은 예컨대 사용되는 타깃들의 크기의 증가를 필요로 함이 없이 표준 해법들에 비해 측정 해상도를 증가시키는 것도 또한 허용한다.

환언하면, 삼차원 정보가 유리하게 내재적으로 타깃과 관련되고, 그를 통해 심지어 단 하나의 이차원 이미지의 처리(타깃의 특별한 기하 구조 덕분에, 이미지 포착 장치에 의해 제공된 이차원 정보를 삼차원 정보로 변환하는 것)로부터 출발하여 공간 정렬을 결정하는 것이 가능하다.

또한, 타깃 요소들(12)의 상호 배열이 기지의 삼차원 기하 형상(해석 표현에 의해 표현되는)에 의해 정의된다는 사실 덕분에, 이미지 평면에서 예컨대 다수의 타깃 요소들의 포개어 놓임으로 인해 그 동일한 타깃 요소들 중의 하나 이상이 보이지 않는 경우에도 3개의 직교 벡터들의 세트를 식별하는 것이 가능하다. 실제로, 그러한 이점은 동일한 기지의 삼차원 기하 형상에 속하는 것으로 여겨지는 타깃 요소들(12)의 조합된 처리로부터 비롯된다.

특히, 등방 특성들을 갖는 구형 형상의 삼차원 타깃 요소들의 사용 덕분에, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 이미지 좌표계들에 대해 타깃들의 경사가 변함에 따라 측정 정확도가 그대로 변함없이 유지된다.

끝으로, 본 명세서에서 설명하고 도시한 것에 대해 첨부된 특허 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 변경들 및 수정들이 이뤄질 수 있음을 이해할 것이다.

일반적으로, 타깃(5)은 별개의 삼차원 형상을 갖는다. 여하간, 타깃은 기지의 삼차원 배열에 따른 벡터 양들의 정의를 허용하도록, 특히 바람직하게는 상이한 시야각들 하에서(예컨대, -30° 내지 +30°의 각 범위에서) 타깃과 관련된 3개의 직교 축들의 세트의 식별(예컨대, 동일한 타깃에 있는 유의적인 점들과 평면들의 식별에 의해)을 허용하도록 형성된다. 예컨대, 직교 벡터 vz_trg는 타깃(5)의 유의적인 점과 평면의 식별을 통해 그 점으로부터 시작하고 그 평면과 직교하는 벡터로서 식별될 수 있다. 특히, 타깃(5)에 대해 설명한 구성은 고찰되는 전체의 각 범위에 두루 걸쳐 측정 해상도를 일정하게 유지하고 최대화할 수 있게 한다.

타깃들(5) 중의 하나 이상은 액티브 타입(active type)의 타깃들로 대체될 수도 있다. 즉, 입사 방사를 반사하는 대신에 가시 주파수 범위 또는 대안적으로 적외선 범위에서 전자기 방사를 발생시키거나 방출할 수 있는 타깃 요소들로 구성될 수도 있다.

특히, 도 8에 도시된 바와 같이, 여기서 도면 부호 "5'"로 지시된 타깃은 베이스 디스크(30) 및 그 베이스 디스크(30) 위에 연결되고 동일한 베이스 디스크(30)의 지름과 일치하는 지름을 갖는 원형 림(31)으로 구성되는, 도면 부호 "28'"로 지시된 지지 구조물을 포함한다. 예컨대, 원형 림(31)은 예를 들어 스크루들과 칼럼 스페이서들을 비롯한 적절한 커플링 요소들에 의해 베이스 디스크(30)와 연결된다.

바깥쪽 링의, 여기서 도면 부호 "12'"로 지시된 타깃 요소들은 원형 림(31)과 기계적으로 커플링되는 한편, 안쪽 링의 타깃 요소들(12')은 베이스 디스크(30)와 기계적으로 커플링된다. 각각의 타깃 요소(12')는 인쇄 회로 기판(34)과 연결된, 예컨대 한 쌍의 LED들로 이뤄진 발광 유닛(32) 및 관련 제어 전자 장치(33)를 포함한다.

도 8을 살펴보면 분명한 바와 같이, 본 경우에도 역시 타깃(5')은 본 예에서 평행하게 포개어 놓인 평면들에 있는 각각의 바깥쪽 링과 안쪽 링을 따라 해당 타깃 요소들(12')이 배열된 삼차원 구성(베이스 디스크(30) 상에 원형 림(31)이 포개어 놓이고 여러 타깃 요소들(12')이 상호 배치됨으로써 주어지는)을 갖는다. 다시, 타깃 요소들(12')의 안쪽 링 내에서 유의적인 것으로 여겨지는 소정의 타깃 요소와 대응하는 위치로 베이스 데스크(30) 상에 탑재된 단일의 LED로(또는 가시 방사 또는 적외선 방사를 방출하는 유사한 발광 소자로) 이뤄지고 여기서 도면 부호 "14'"로 지시된 기준 요소가 또한 존재할 수 있다. 따라서 상세히 전술한 바와 거의 동일한 기준을 사용하여, 본 액티브 타깃 구조에서도 역시 벡터 양들을 명백하게 식별하는 것이 가능하다. 일반적으로, LED들은 상이한 각들로부터 관찰될 때에 그 형상을 유지하고, 경사각의 증가에 따라 고작해야 광도를 줄이는데 지나지 않기 때문에, 패시브 타깃의 타깃 요소들(12)에 의해 충족되는 등방성 원리를 또한 충족한다는 것을 유의하여야 할 것이다.

패시브 타깃 요소들(12)의 사용에 비해 액티브 해법이 유리한 이점은 조작자에게 잠재적으로 번거로운 이외에, 적외선 방사가 방출되는 경우에도 일정 거리로부터 타깃을 조명하여야 하여 어느 경우든 높은 전력 소비를 수반하는 조명 장치를 필요로 하지 않는다는 사실에 있다.

전술한 시스템은 차량(3)의 길이 방향 축(A)을 기준으로 오른편과 왼편의 양측에 동수로 배치되는 다수의, 특히 2개보다 많은 이미지 포착 장치들을 포함할 수도 있다. 또한, 정렬을 결정하고자 하는 차량(3)의 휠들(2)과 관련된 모든 타깃들을 프레이밍(framing)할 수 있는 단일의 이미지 포착 장치를 사용하는 것도 가능할 수 있다.

또한, 도 9(도시의 간략화를 위해, 차량(3)의 단 한편만 참조하는)에 개략적으로 도시된 바와 같이, 여기서 도면 부호 "1'"로 지시된 얼라인먼트 결정 시스템은 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 배치에 있어 상이한 구성을 가질 수 있다. 본 경우, 예컨대 차량(3)의 전방 휠들에만 연결된 단 한 쌍의 타깃들(5)만이 고려된다. 그 경우, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)(단지 차량(3)의 오른편에 대해서만 도 9에 도시된)은 차량(3)의 외부에 있는 지지 구조물(7)(소위 액티브 "측정 헤드들"을 구성하는)과 연결되는 대신에 특수한 장착 장치들에 의해 실제로 휠들, 본 예에서는 후방 휠들과 직접 연결된다. 그 경우, 이미지들이 포착되는 좌표계들 사이의 관계를 수립하는 장치가 차량의 외부에 존재하지 않으므로, 차량의 양편들에 대한 측정들 사이의 관계를 수립하는 특수한 광학 장치들(10a, 10b)(예컨대, 도 1을 참조하여 설명한 타입의)이 측정 헤드들에 장착되어 차량(3)의 휠들(2)과 연결된다. 그러한 광학 장치들(10a, 10b)은 상호 상대방을 측정함으로써 측정 헤드들 사이의 상호 정렬을 제공한다.

공간 중에서의 삼차원 타깃들의 정렬을 결정하는데 사용되는 나머지 시스템 및 방법은 앞서 예시한 것과 거의 다르지 않아 역시 이미지 포착 장치들(6a, 6b)에 의해 포착된 이차원 이미지들로부터 출발하여 타깃(5)의 삼차원 특성들의 재구성을 제공한다는 것을 지적하고자 한다.

도시되지 않은 거의 유사한 방식으로, 얼라인먼트 결정 시스템은 역시 차량(3)의 휠들(2)과 관련된 삼차원 타깃들의 관찰로부터 얻어지는 정보를 측정하고 사용하는 방법에 있어 거의 차이가 없이 이미지 포착 장치들(6a, 6b)을 카 리프트(4) 상에 직접 장착하는 것을 고려할 수도 있다.

일반적으로, 이미지 포착 장치들(6a, 6b)의 상이한 배열과 연관된 계측학적 관점의 차이는 그에 대해 측정들을 회복하는 좌표계를 식별하는데에 있다는 것이 명백할 것이다. 특히, 도 9에 도시된 실시예에서, 그러한 좌표계는 차량(3) 상에 위치된다.

최종적으로, 설명한 시스템 및 방법이 그 이미지가 단일의 이미지 포착 장치(6a 또는 6b)에 의해 촬영되는, 차량(3)의 단지 단일의 휠(2)만의 공간 정렬을 결정하는 것을 또한 허용함은 물론이다.

Claims (21)

1. 차량(3)의 적어도 하나의 제1 휠(2)의 정렬을 결정하는 시스템(1; 1')으로서,
   - 상기 제1 휠(2)과 일체로 커플링되도록 구성된 적어도 하나의 제1 타깃(5; 5');
   - 상기 제1 타깃(5; 5')의 제1 이차원 이미지를 포착하도록 구성된 이미지 포착 수단(6a, 6b); 및
   - 상기 이미지 포착 수단(6a, 6b)과 동작상 커플링되고 상기 제1 이차원 이미지를 처리하도록 구성된 처리 장치(8)를 포함하는 결정 시스템(1; 1')에 있어서,
   상기 제1 타깃(5; 5')은 소정의 해석적 표현에 의해 정의될 수 있는 삼차원 기하 구성에 따라 상호 배열된, 삼차원 형상을 갖는 다수의 타깃 요소들(12; 12')을 포함하되, 상기 삼차원 기하 구성은 휠(2)의 정렬에 상응하는 공간 정렬인 타깃 좌표계(SdR_trg)를 정의하는 3개의 직교 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 세트를 정의하도록 설계되고; 상기 처리 장치(8)는 상기 삼차원 기하 형태에 따른 상기 제1 이차원 이미지를 처리하여 상기 타깃 요소들(12; 12')의 위치 및 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj})을 식별하고, 상기 투영 벡터들의 기하 특성들을 기초로 좌표계에 대한 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 공간 배치를 결정하도록 구성됨으로써, 상기 제1 휠(2)의 정렬 특성들을 결정하며,
   상기 처리 장치(8)는 상기 제1 이차원 이미지에서 상기 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj})의 선형 측정들을 결정하고, 상기 선형 측정들 및 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 대응하는 실제 기지의 측정들의 함수로서 상기 좌표계에 대한 3개의 직교 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 세트의 공간 회전 각들을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12; 12')은 상기 이미지 포착 수단(6a, 6b)에 의한 상기 제1 타깃(5)의 관찰 각의 변화에 대한 등방성 특성들을 갖는 삼차원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12; 12')은 구형 형상을 갖고; 상기 처리 장치(8)는 상기 제1 이차원 이미지 내에서 상기 타깃 요소들(12)의 구 중심들의 위치들을 결정하고, 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 상기 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj}) 중의 적어도 하나를 상기 타깃 요소들(12)의 유의적인 쌍의 구 중심들을 연결하는 벡터로서 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 타깃(5)은 상기 타깃 요소들(12)의 상기 유의적인 쌍에 대한 미리 정해진 배치를 갖는 적어도 하나의 기준 요소(14)를 더 포함하고; 상기 처리 장치(8)는 상기 기준 요소(14)의 위치의 식별을 기초로 상기 타깃 요소들(12)의 상기 유의적인 쌍을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12; 12')은 별개의 평면들에 배치되어 제1 및 제2 중심들(O₁, O₂)을 형성하는 제1 및 제2 링들을 이루도록 배열되고; 상기 처리 장치(8)는 상기 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj}) 중의 직교 투영 벡터(vz_{trg_prj})를 상기 제1 중심과 제2 중심(O₁, O₂)을 연결하는 벡터로서 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 링들은 원형이고; 상기 처리 장치(8)는 상기 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj}) 중의 제1 및 제2 횡 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj})을 상기 제1 및 제2 링들 중의 하나의 링을 이루는 타깃 요소들(12; 12')의 각각의 쌍의 기하 중심들을 연결하는 벡터들로서 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 타깃(5)은 안쪽에 오목한 구면을 형성하는 지지 구조물(28)을 더 포함하고; 상기 타깃 요소들(12)은 상기 삼차원 구성을 형성하도록 상기 지지 구조물(28)과 기계적으로 커플링되고 상기 구면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12) 중의 적어도 일부는 상기 지지 구조물(28)의 구면에 의해 형성되는 적어도 제1 및 제2 자오선들(m1, m2)을 따라 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
9. 제7항에 있어서, 상기 지지 구조물(28)은 오목한 구형 캡의 형상을 갖고, 상기 타깃 요소들(12)은 각방향으로 서로 등각으로 이격되고 상기 구면에 의해 형성되는 6개의 자오선들을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12)은 상기 지지 구조물(28)과 대하는 구결의 적어도 2개의 서로 평행한 섹션들에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타깃 요소들(12')은 액티브 타입의 것들이고, 가시 방사 또는 적외선 방사를 방출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
    
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량(3)의 제2 휠(2)과 일체로 커플링된 적어도 하나의 제2 타깃(5; 5')을 더 포함하되; 상기 이미지 포착 수단(6a, 6b)은 상기 제2 타깃(5; 5')의 제2 이차원 이미지를 포착하도록 구성되고, 상기 처리 장치(8)는 상기 차량(3)의 얼라인먼트 특성들을 결정하기 위해 상기 제2 이차원 이미지를 처리하여 상기 제2 휠(2)의 정렬 특성들을 결정하고, 상기 제1 휠과 제2 휠의 정렬 특성들을 공동으로 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 제2 휠(2)은 상기 차량(3)의 길이 방향 축(A)을 기준으로 지름 방향으로 상기 제1 휠(2)과 대향된 위치에 배치되고; 상기 이미지 포착 수단은 상기 제1 타깃(5; 5')의 상기 제1 이차원 이미지를 포착하도록 구성된 제1 이미지 포착 장치(6a) 및 상기 제2 타깃(5; 5')의 상기 제2 이차원 이미지를 포착하도록 구성된 제2 이미지 포착 장치(6b)를 포함하며; 상기 시스템은 상기 제1 이미지 포착 장치(6a)와 상기 제2 이미지 포착 장치(6b)의 상호 정렬을 결정하는 결정 수단(10)을 더 포함하되, 상기 결정 수단(10)은 상기 차량(3)의 얼라인먼트 특성들을 결정하기 위해 상기 처리 장치(8)와 동작상 커플링되는 것을 특징으로 하는 시스템.
    
14. 차량(3)의 적어도 하나의 제1 휠(2)의 정렬을 결정하는 방법으로서,
    - 상기 제1 휠(2)과 일체로 커플링된 적어도 하나의 제1 타깃(5, 5')의 제1 이차원 이미지를 포착하는 단계; 및
    - 상기 제1 이차원 이미지를 처리하는 단계를 포함하는 결정 방법에 있어서,
    상기 제1 타깃(5; 5')은 소정의 해석적 표현에 의해 정의될 수 있는 삼차원 기하 구성에 따라 상호 배열된, 삼차원 형상을 갖는 다수의 타깃 요소들(12; 12')을 포함하되, 상기 삼차원 기하 구성은 휠(2)의 정렬에 상응하는 공간 정렬인 타깃 좌표계(SdR_trg)를 정의하는 3개의 직교 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 세트를 정의하도록 설계되고; 상기 처리 단계는 상기 삼차원 기하 형태에 따른 상기 제1 이차원 이미지를 처리하는 단계; 상기 제1 이차원 이미지에서 상기 타깃 요소들(12; 12')의 위치 및 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 투영들을 식별하는 단계; 및 상기 투영 벡터들의 기하 특성들을 기초로 좌표계에 대한 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 공간 배치를 결정함으로써 상기 제1 휠(2)의 정렬 특성들이 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 공간 배치를 결정하는 단계는 상기 제1 이차원 이미지에서 상기 투영 벡터들(vx_{trg_prj}, vy_{trg_prj}, vz_{trg_prj})의 선형 측정들을 결정하는 단계; 및 상기 선형 측정들 및 상기 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 대응하는 실제 기지의 측정들을 기초로 상기 좌표계에 대한 상기 3개의 직교 타깃 벡터들(vx_trg, vy_trg, vz_trg)의 세트의 공간 회전 각들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 차량(3)의 제2 휠(2)과 일체로 커플링된 적어도 하나의 제2 타깃(5; 5')의 제2 이차원 이미지를 포착하는 단계; 상기 제2 이차원 이미지를 처리하여 상기 제2 휠(2)의 정렬 특성들을 검출하는 단계; 및 제1 휠과 제2 휠의 정렬 특성들을 공동으로 처리하여 상기 차량(3)의 얼라인먼트 특성들을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
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