RU2754961C1 - Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle - Google Patents
Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754961C1 RU2754961C1 RU2020141835A RU2020141835A RU2754961C1 RU 2754961 C1 RU2754961 C1 RU 2754961C1 RU 2020141835 A RU2020141835 A RU 2020141835A RU 2020141835 A RU2020141835 A RU 2020141835A RU 2754961 C1 RU2754961 C1 RU 2754961C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vehicle
- wheel
- wheels
- dimensional scanning
- columns
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
- G01B21/26—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Данная группа изобретений относится к способам, при которых осуществляют определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства с помощью блоков трехмерного сканирования, при котором на колеса проецируют ряд световых элементов, синхронно снимают подсвеченные колеса и передают полученные изображения на вычислительное устройство, которое осуществляет расчет необходимых параметров, а также к соответствующим системам, реализующим способ. This group of inventions relates to methods in which the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle are determined from the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle using three-dimensional scanning units, in which a number of light elements are projected onto the wheels, the illuminated wheels are synchronously removed and the obtained images are transmitted to the computational a device that calculates the required parameters, as well as the corresponding systems that implement the method.
Блок трехмерного сканирования – любое устройство, которое может проецировать изображения и его сканировать в объеме точки проецируемого изображения. Блок трехмерного сканирования может состоять из модуля проецирования – то есть из любого устройства, излучающего свет по заданным параметрам, типичный представитель – проектор, и собственно модуля сканирования – любого устройства, которое может получить изображение. Например - стереопара видеокамер. Вместо видеокамеры и проектора могут применяться другие средства получения поверхности колеса, включая различные триангуляционные системы, сканирующие лазерные дальномеры, LIDAR, TOF камеры, и т.д. Three-dimensional scanning unit - any device that can project images and scan it in the volume of a point of the projected image. A three-dimensional scanning unit can consist of a projection module - that is, from any device that emits light according to the specified parameters, a typical representative is a projector, and the scanning module itself - any device that can receive an image. For example - a stereo pair of video cameras. Instead of a video camera and a projector, other means of obtaining the surface of the wheel can be used, including various triangulation systems, scanning laser rangefinders, LIDAR, TOF cameras, etc.
ТС – транспортное средство. TC - vehicle.
Взаимная калибровка – информация о взаимном пространственном расположении блоков, устройств или деталей. Mutual calibration - information about the relative spatial arrangement of blocks, devices or parts.
Контур – это граница светового элемента, проецируемого на поверхность ТС. The contour is the border of the light element projected onto the vehicle surface.
Световой элемент – это отражение от поверхности ТС света, проецируемого на поверхность ТС. The light element is the reflection from the vehicle surface of the light projected onto the vehicle surface.
Заданная форма светового элемента – форма, которая проецируется. Например, могут проецироваться окружности, квадраты, правильные треугольники. The specified shape of the light element is the shape that is being projected. For example, circles, squares, right triangles can be projected.
Однозначное соответствие – идентификация участка изображения, как относящегося к конкретному проецируемому световому элементу. One-to -one correspondence is the identification of an area of the image as related to a specific projected light element.
Пространственные точки – точки с вычисленными координатами в трехмерном пространстве. Spatial points are points with computed coordinates in 3D space.
Облако точек – множество пространственных точек. A point cloud is a set of spatial points.
Ключевые параметры геометрического положения колес – это пространственное положение центра колеса, вектор оси его вращения, а также углы вращения, поворота и вектор оси поворота колеса. Key parameters of the geometrical position of the wheels are the spatial position of the wheel center, the vector of the axis of its rotation, as well as the angles of rotation, rotation and the vector of the axis of rotation of the wheel.
Уровень техники способаThe prior art of the method
В существующих стендах других производителей для бесконтактного измерения и регулировки углов установки колес также применяется способ стереоскопической фотографии колес, подсвеченных структурированной подсветкой в сочетании с различными математическими методами обработки данных поверхностей колес. Эти методы обычно используют построение параметрической модели поверхности с последующим вычислением наилучшего приближения модели к имеющимся данным, см. патент на изобретение EP2079982B1. The existing stands of other manufacturers for non-contact measurement and adjustment of wheel alignment angles also use the method of stereoscopic photography of wheels illuminated by structured lighting in combination with various mathematical methods of processing these wheel surfaces. These methods usually involve building a parametric surface model and then calculating the best fit of the model to the available data, see patent EP2079982B1.
Другие методы предполагают вычисление наилучшего приближения абстрактной плоскости или криволинейной поверхности, или фигуры к имеющимся данным. В отдельных случаях эти методы требуют распознавания конструктивных особенностей колес, см. патент на изобретение US7583372B2 или контур границы между шины и диском см. патентная заявка DE 2948573. Все эти методы требуют задействования значительных вычислительных ресурсов, а также могут давать определенную ошибку в особых случаях, при несовпадении модели и реальных данных или при отклонении размеров колесных дисков и шин от идеальных из-за деформаций. Other methods involve calculating the best approximation of an abstract plane or curved surface or figure to the available data. In some cases, these methods require recognition of the design features of the wheels, see patent for the invention US7583372B2 or the contour of the boundary between the tire and the disk, see patent application DE 2948573. All these methods require the use of significant computing resources, and can also give a certain error in special cases, when the model and real data do not match or when the size of the rims and tires deviates from ideal due to deformations.
В частности, из уровня техники известен способ определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, см. патент на изобретение EP0895056A2, опубликован 04.06.2008.In particular, from the prior art there is known a method for determining the parameters of the geometric position of the wheels of a vehicle from the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of a vehicle, see patent for invention EP0895056A2, published 04.06.2008.
Данный способ является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату.This method is the closest in technical essence and the achieved technical result.
Недостатком этого способа является то, что он может давать определенную ошибку при отклонении размеров колесных дисков и шин от идеальных из-за деформации, а также ее чувствительность к форме, цвету и отражающей способности поверхности обода дисков, что приводить к недостаточной точности измерения. The disadvantage of this method is that it can give a certain error when the size of the rims and tires deviates from ideal due to deformation, as well as its sensitivity to the shape, color and reflectivity of the surface of the rim of the discs, which leads to insufficient measurement accuracy.
Раскрытие изобретения как способаDisclosure of the invention as a method
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства с помощью блока трехмерного сканирования отображаемых на транспортном средстве световых элементов, при котором на колесо проецируют ряд световых элементов и снимают подсвеченное колесо и передают полученные изображения на вычислительное устройство, которое осуществляет расчет необходимых параметров, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно возможность значительно уменьшить объем вычислений и повысить точность получаемых результатов, что и является поставленной задачей. Based on this original observation, the present invention mainly aims to propose a method for determining the parameters of the geometric position of the wheels of a vehicle from the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle using a three-dimensional scanning unit of the light elements displayed on the vehicle, in which a number of light elements are projected onto the wheel and the illuminated wheel is removed and the resulting images are transmitted to the computing device, which calculates the necessary parameters, which allows at least to smooth out at least one of the above disadvantages, namely the ability to significantly reduce the amount of calculations and improve the accuracy of the results obtained, as is the task at hand.
Для достижения этой цели расчет необходимых параметров вычислительным устройством осуществляют путем выполнения следующих этапов:To achieve this goal, the calculation of the necessary parameters by a computing device is carried out by performing the following steps:
• на изображениях, полученных от блока трехмерного сканирования, производят поиск контуров заданной формы. Для каждого проецируемого светового элемента находят однозначно соответствующие участки на изображениях, содержащие найденные контуры и вычисляют пространственное положение центральной точки данного светового элемента. Из найденного множества пространственных точек исключаются все точки, находящиеся ниже горизонтальной плоскости, расположенной над уровнем пола. По оставшимся пространственным точкам производят построение пространственной регулярной сетки по принципу ближайшего соседа; • on the images obtained from the three-dimensional scanning unit, the search for contours of a given shape is performed. For each projected light element, uniquely corresponding areas in the images containing the found contours are found, and the spatial position of the center point of this light element is calculated. All points located below the horizontal plane located above the floor level are excluded from the found set of spatial points. The remaining spatial points are used to construct a spatial regular grid according to the principle of the nearest neighbor;
• разбивают полученную пространственную регулярную сетку на отдельные сегменты так, чтобы никакие точки любых двух сегментов не являлись соседними. Каждый сегмент, находящийся близко к уровню поверхности размещения ТС, признается колесом и поступает на дальнейшую обработку;• split the resulting spatial regular grid into separate segments so that no points of any two segments are adjacent. Each segment, which is close to the level of the vehicle placement surface, is recognized as a wheel and goes for further processing;
• выбирают набор секущих плоскостей таким образом, чтобы они не были параллельными и пересекали поверхность данного сегмента, за исключением определенного участка вблизи уровня поверхности размещения транспортного средства, и строят для каждой секущей плоскости линии ее пересечения с поверхностью данного сегмента;• select a set of cutting planes so that they are not parallel and intersect the surface of this segment, with the exception of a certain area near the level of the surface of the placement of the vehicle, and build for each cutting plane the lines of its intersection with the surface of this segment;
• определяют для каждой линии пересечения в системе координат, связанной с секущей плоскостью, осесимметричную линию, относительно которой участки линии сечения поверхностей, относящиеся к шине, расположены симметрично;• determine for each line of intersection in the coordinate system associated with the cutting plane, an axisymmetric line, relative to which the sections of the surface section line related to the tire are located symmetrically;
• производят построение осесимметричной плоскости, перпендикулярной секущей плоскости и проходящей через данную осесимметричную линию, по каждой осесимметричной линии;• build an axisymmetric plane perpendicular to the secant plane and passing through this axisymmetric line, along each axisymmetric line;
определяют оси вращения колеса, как общей линии пересечения полученного набора осесимметричных плоскостей и центральной точки колеса, как точки, лежащей на оси вращения колеса в месте среднего положения всех проекций всех точек анализируемого объекта на оси вращения колесаdetermine the axes of rotation of the wheel as a common line of intersection of the obtained set of axisymmetric planes and the center point of the wheel, as a point lying on the axis of rotation of the wheel at the place of the average position of all projections of all points of the analyzed object on the axis of rotation of the wheel
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность определения параметров геометрического положения колес ТС, который выгодно отличается от применяемых методов значительным уменьшением объема вычислений, повышенной точностью получаемых результатов, отсутствием предварительно заданной или вычисляемой параметрической модели колеса, а также возможностью плавного варьирования необходимого объема вычислений. Представленный способ устойчив при наличии локальных неоднородностей или других дефектов поверхности шины, колесного диска или колесного колпака, не требует распознавания конструктивных особенностей колес, и минимизирует необходимое количество сканирований колеса для определения его осей поворота при вращении, повороте или прокатке колеса.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to determine the parameters of the geometric position of the vehicle wheels, which compares favorably with the methods used by a significant reduction in the amount of calculations, increased accuracy of the results obtained, the absence of a predetermined or calculated parametric wheel model, as well as the possibility of smoothly varying the required amount of calculations. The presented method is stable in the presence of local inhomogeneities or other surface defects of a tire, rim or wheel cap, does not require recognition of the design features of the wheels, and minimizes the required number of scans of the wheel to determine its pivot axes when the wheel rotates, turns or rolls.
Существует альтернативный вариант исполнения данного способа, при котором расчет необходимых параметров вычислительным устройством осуществляют путем расчета параметров по хотя бы двум разным положениям колеса, в процессе которого дополнительно строят координатные системы, связанные с каждым положением колеса, для чего выбирают тройку направляющих векторов таким образом, чтобы один из них был направлен вдоль линии осевой симметрии колеса, второй – перпендикулярно первому вектору и перпендикуляру к горизонтальной плоскости с учетом перекатывания колеса, а третий перпендикулярен первым двум и находят линию в системе координат, связанной с колесом, все точки которой являлись бы неподвижными точками в пространстве, если бы смещение колеса отсутствовало.There is an alternative embodiment of this method, in which the calculation of the necessary parameters by a computing device is carried out by calculating the parameters for at least two different positions of the wheel, during which coordinate systems are additionally built associated with each position of the wheel, for which a triple of direction vectors is selected so that one of them was directed along the line of axial symmetry of the wheel, the second was perpendicular to the first vector and perpendicular to the horizontal plane, taking into account the rolling of the wheel, and the third was perpendicular to the first two and find a line in the coordinate system associated with the wheel, all points of which would be fixed points in space if there were no wheel displacement.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность определения параметров геометрического положения колес ТС с учетом возможного биения колес, в результате выгодно обеспечивающий более высокую точность измерения.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to determine the parameters of the geometric position of the vehicle wheels, taking into account the possible wheel runout, which, as a result, advantageously provides a higher measurement accuracy.
Существует также вариант исполнения данного способа, при котором в процессе определения параметров геометрического положения колес транспортного средства изменяют количество и размер проецируемых световых элементов.There is also a variant of this method, in which in the process of determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle, the number and size of the projected light elements are changed.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность еще большего сокращения количества вычислений. With these advantageous characteristics, it is possible to further reduce the amount of computation.
Существует ещё один вариант исполнения данного способа, при котором в процессе определения параметров геометрического положения колес транспортного средства, изменяют яркость проецируемых световых элементовThere is another embodiment of this method, in which in the process of determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle, the brightness of the projected light elements is changed
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность адаптации к изменяющимся условиям внешнего освещения.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to adapt to changing ambient lighting conditions.
Существует также возможный вариант исполнения данного способа, при котором после первого расчета параметров колеса, блок трехмерного сканирования отключает по команде от вычислительного устройства, все световые элементы, расположенные за пределами шины, либо любые отдельные световые элементы.There is also a possible embodiment of this method, in which after the first calculation of the wheel parameters, the three-dimensional scanning unit disconnects, on command from the computing device, all light elements located outside the tire, or any individual light elements.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность еще большего сокращения количества вычислений, увеличения скорости вывода на экран измененных положений колес во время их регулировки и повышение комфорта работы.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to further reduce the number of calculations, increase the speed of displaying the changed positions of the wheels during their adjustment and increase the comfort of work.
Предпочтительный вариант исполнения данного способа, при котором блок трехмерного сканирования выполнен в виде двух взаимно откалиброванных видеокамер.The preferred embodiment of this method, in which the three-dimensional scanning unit is made in the form of two mutually calibrated video cameras.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность наиболее рационального выполнения способа. Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to perform the most rational method.
Существует также вариант исполнения данного способа, при котором по команде от вычислительного устройства включают и выключают с определенной частотой проецирование световых элементов, при этом две предварительно взаимно откалиброванные видеокамеры снимают и передают изображения колеса со световыми элементами и без световых элементов, а вычислительное устройство производит вычитание этих изображений, получая таким образом изображения содержащие только световые элементы без остального фона.There is also an embodiment of this method, in which, upon command from the computing device, the projection of the light elements is turned on and off with a certain frequency, while two pre-calibrated video cameras shoot and transmit images of the wheel with light elements and without light elements, and the computing device subtracts these images, thus obtaining images containing only light elements without the rest of the background.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность адаптации к изменяющимся условиям внешнего освещения.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to adapt to changing ambient lighting conditions.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения как способа неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области.The set of essential features of the invention as a method is unknown from the prior art for methods of a similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention in relation to the method is met. In addition, this solution is not obvious to a person skilled in the art.
Уровень техники системыSystem prior art
Существуют бесконтактные решения, см. заявку на патент на изобретение WO2009056392A1, которые обеспечивают измерение углов установки колес ТС с помощью передвижных устройств, которые поочередно перемещаются напротив каждого колеса. Перемещение устройств со сканирующими устройствами относительно ТС, влечет за собой увеличения сложности механической и электрической систем из-за необходимости в приводных и направляющих системах и системах автоматизации, создавая проблемы безопасности из-за движущихся частей. There are contactless solutions, see patent application WO2009056392A1, which provide measurement of vehicle wheel alignment angles using mobile devices that alternately move opposite each wheel. Moving devices with scanning devices relative to the vehicle entails increasing the complexity of the mechanical and electrical systems due to the need for drive and guiding systems and automation systems, creating safety problems due to moving parts.
Также в заявке на патент на изобретение WO2019101986 представлено устройство, содержащее множества 3D сканеров, расположенных по периметру транспортного средства. Поле обзора устройства, состоит из полей обзора всех 3D сканеров. Альтернативное устройство содержит пару 3D сканеров, для каждой оси транспортного средства, направленных друг напротив друга по сторонам транспортного средства и содержащих неподвижных мишеней для взаимной привязки в случае отсутствия транспортного средства в их поле зрения.Also in the patent application for invention WO2019101986 a device is presented containing a plurality of 3D scanners located around the perimeter of the vehicle. The device's field of view consists of the fields of view of all 3D scanners. An alternative device contains a pair of 3D scanners, for each axle of the vehicle, directed opposite each other on the sides of the vehicle and containing fixed targets for mutual referencing in the absence of a vehicle in their field of view.
Данные системы являются близкими по технической сути и достигаемому техническому результату предлагаемого изобретения как системы.These systems are close in technical essence and the achieved technical result of the proposed invention as a system.
Недостатками этих систем является их скорость работы, которая зависит от скорости функционирования 3D сканеров, скорости передачи данных сканирования, а также скорости работы алгоритмов трехмерной реконструкции колес как геометрических объектов. В данной заявке не раскрывается, каким именно способом производится реконструкция трехмерной геометрии объекта, однако известно, что точность такой реконструкции обратно пропорциональна скорости ее выполнения. Точность данной реконструкции также напрямую зависит от количества исходных данных, поэтому частичное измерение колес ТС, в особенности при наличии локальных неоднородностей, присущих реальным колесам ТС, может приводить к ухудшению точности результатов измерений. Кроме того, поскольку, согласно данной заявке, процедура выравнивания может включать в себя этапы, на которых транспортное средство перемещается относительно рабочего места измерения, и может потребоваться измерить его в различных положениях, то может увеличиваться время действительного измерения ТС, что означает снижение коммерческой эффективности применения описываемого устройства. Практическое применение ограничено измерением только транспортных средств с двумя осями из-за ограничений, связанных с большим объемом вычислений и передачи данных, характерных для типовых 3D сканеров.The disadvantages of these systems are their speed of operation, which depends on the speed of operation of 3D scanners, the speed of scanning data transmission, as well as the speed of the algorithms for three-dimensional reconstruction of wheels as geometric objects. This application does not disclose how exactly the reconstruction of the three-dimensional geometry of the object is performed, but it is known that the accuracy of such reconstruction is inversely proportional to the speed of its implementation. The accuracy of this reconstruction also directly depends on the amount of initial data, therefore, partial measurement of the vehicle wheels, especially in the presence of local inhomogeneities inherent in real vehicle wheels, can lead to a deterioration in the accuracy of the measurement results. In addition, since, according to this application, the alignment procedure may include the steps in which the vehicle moves relative to the measurement site, and it may be necessary to measure it in various positions, the actual measurement time of the vehicle may increase, which means a decrease in the commercial efficiency of the application. described device. Practical applications are limited to measuring only vehicles with two axles due to the computational and data-intensive limitations of typical 3D scanners.
Раскрытие изобретения как системыDisclosure of the invention as a system
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить систему для определения параметров геометрического положения колес транспортных средств по данным трехмерного сканирования поверхностей их колес, позволяющую, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно возможность значительно уменьшить объем вычислений, повысить точность получаемых результатов и скорость их определения, получив за счет этого возможность одновременного сканирования ТС с двумя и более осями, с различной конфигурацией осей, в рамках одной зоны измерений, что и является поставленной задачей. Based on this original observation, the present invention mainly aims to propose a system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of vehicles from the data of three-dimensional scanning of the surfaces of their wheels, allowing at least to smooth out at least one of the above disadvantages, namely the ability to significantly reduce the amount of calculations, improve the accuracy of the results and the speed of their determination, thereby obtaining the possibility of simultaneous scanning of vehicles with two or more axes, with different configurations of axes, within one measurement zone, which is the task at hand.
Для достижения этой цели система для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства характеризуется, по существу, тем, что она включает в себя: To achieve this goal, the system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle is essentially characterized by the fact that it includes:
• вычислительное устройство с устройствами ввода/вывода, отображения, распечатки, приема и передачи информации, связанное с• a computing device with input / output devices, display, printout, reception and transmission of information associated with
• множеством пар колонн с блоками трехмерного сканирования, функционирование которых основано на способах, описанных в данной заявке, причем• a plurality of pairs of columns with 3D scanning units, the operation of which is based on the methods described in this application, and
• колонны расположены по левой и правой сторонам транспортного средства симметрично относительно продольной оси площадки для измерений транспортного средства на расстоянии 3000 – 6000 мм друг относительно друга, при этом • the columns are located on the left and right sides of the vehicle symmetrically relative to the longitudinal axis of the vehicle measurement platform at a distance of 3000 - 6000 mm relative to each other, while
• блоки трехмерного сканирования в каждой паре колонн направлены в сторону колес транспортного средства, перпендикулярно к продольной оси площадки для измерений, а• blocks of three-dimensional scanning in each pair of columns are directed towards the wheels of the vehicle, perpendicular to the longitudinal axis of the site for measurements, and
• расстояния между отдельными парами колонн со блоками трехмерного сканирования в направлении продольной оси площадки для измерений транспортного средства выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось частичное перекрытие зон видимости смежных блоков трехмерного сканирования в направлении продольной оси транспортного средства, при этом • the distances between individual pairs of columns with 3D scanning blocks in the direction of the longitudinal axis of the vehicle measurement platform are selected in such a way as to provide partial overlap of the visibility areas of adjacent 3D scanning blocks in the direction of the longitudinal axis of the vehicle, while
• количество пар колонн с блоками трехмерного сканирования определяют исходя из необходимой длины участка регулировки и ширины кадра видеокамер в горизонтальном направлении, при этом• the number of pairs of columns with 3D scanning units is determined based on the required length of the adjustment section and the width of the frame of video cameras in the horizontal direction, while
• все блоки трехмерного сканирования взаимно откалиброваны• all blocks of 3D scanning are mutually calibrated
• вычислительное устройство выполнено с возможностью объединения всех пространственных точек, вычисляемых при помощи блоков трехмерного сканирования, расположенных по левой или правой стороне транспортного средства, в единое облако точек, охватывающее всю зону измерения, обеспечивая таким образом одновременное измерение всех колес транспортного средства, находящегося в зоне измерения, вне зависимости от их взаимного расположения и местонахождения в ее пределах.• the computing device is capable of combining all spatial points calculated using three-dimensional scanning blocks located on the left or right side of the vehicle into a single point cloud covering the entire measurement area, thus providing simultaneous measurement of all wheels of the vehicle located in the area measurements, regardless of their relative position and location within it.
Благодаря данным выгодным характеристикам за счет того, что вычислительное устройство выполнено с возможностью объединения всех пространственных точек, вычисляемых при помощи блоков трехмерных сканеров, расположенных по левой или правой стороне транспортного средства, в единое облако точек, охватывающее всю зону измерения, обеспечивая таким образом одновременное измерение всех колес транспортного средства, находящегося в зоне измерения, вне зависимости от их взаимного расположения и местонахождения в ее пределах.Due to these advantageous characteristics due to the fact that the computing device is designed to combine all spatial points calculated by the 3D scanner units located on the left or right side of the vehicle into a single point cloud covering the entire measurement area, thus providing simultaneous measurement all wheels of the vehicle located in the measurement area, regardless of their relative position and location within it.
Существует преимущественный вариант исполнения данной системы, при котором:There is an advantageous version of this system, in which:
• колонны с блоками трехмерного сканирования, кроме первой пары, выполнены с возможностью их поворота вокруг своей вертикальной центральной оси на углы в пределах ±20°, при этом • columns with three-dimensional scanning units, in addition to the first pair, are made with the possibility of turning them around their vertical central axis at angles within ± 20 °, while
• каждая поворотная колонна с блоком трехмерного сканирования содержит мишень, взаимно откалиброванную с блоком трехмерного сканирования данной колонны, для контроля их перемещения в глобальной системе координат,• each rotary column with a three-dimensional scanning unit contains a target, mutually calibrated with the three-dimensional scanning unit of this column, to control their movement in the global coordinate system,
• колонны с блоками трехмерного сканирования первой пары, выполнены стационарными, при этом каждая колонна первой пары содержит дополнительную референтную камеру, взаимно откалиброванную с блоком трехмерного сканирования данной колонны, и направленную вдоль площадки для измерений в сторону мишеней поворотных колонн.• columns with 3D scanning units of the first pair are made stationary, with each column of the first pair containing an additional reference camera, mutually calibrated with the 3D scanning unit of this column, and directed along the measurement platform towards the targets of the rotary columns.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность уменьшения общего количества колонн за счет увеличения их области обзора, и как следствие, значительное снижение стоимости всей измерительной системы.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to reduce the total number of columns by increasing their field of view, and as a result, a significant reduction in the cost of the entire measuring system.
Существует ещё один вариант исполнения данной системы, при котором колонны с блоками трехмерного сканирования, содержащие мишень, взаимно откалиброванную с блоком трехмерного сканирования данной колонны, выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси площадки для измерений.There is another embodiment of this system, in which the columns with 3D scanning units containing a target mutually calibrated with the 3D scanning unit of this column are made with the possibility of moving along the longitudinal axis of the measurement platform.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность подстраивания системы под транспортные средства разной длины. То есть на одной площадке можно проводить замеры для небольших легковых автомобилей и длинномерных грузовиков. Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to adapt the system to vehicles of different lengths. That is, measurements can be made on one site for small cars and long trucks.
Предпочтительный вариант исполнения данной системы, при котором блок трехмерного сканирования включает в себя по крайней мере две взаимно откалиброванные видеокамеры. The preferred embodiment of this system, in which the three-dimensional scanning unit includes at least two mutually calibrated video cameras.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность использования наиболее простого устройства блока трехмерного сканирования, который дает высокую точность. Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to use the simplest device of a three-dimensional scanning unit, which gives high accuracy.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области, The set of essential features of the invention is unknown from the prior art for methods of a similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention in relation to the method is met. In addition, this solution is not obvious to a person skilled in the art,
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:Other distinctive features and advantages of the present invention will clearly emerge from the description given below by way of illustration and not limiting, with reference to the accompanying drawings, in which:
- фигура 1 изображает стадию поиска контуров световых элементов на изображениях, полученных от одного блока трехмерного сканирования для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, согласно изобретению,- figure 1 depicts the stage of searching for the contours of light elements in the images obtained from one three-dimensional scanning unit for determining the parameters of the geometric position of the vehicle wheels according to the three-dimensional scanning of the surfaces of the vehicle wheels, according to the invention,
- фигура 2 изображает обработку изображений, когда для каждого проецируемого светового элемента найдены однозначно соответствующие участки изображений, полученные от блока трехмерного сканирования, произведено вычисление пространственных точек и нахождение принадлежащего колесу участка поверхности,- figure 2 depicts image processing, when for each projected light element, uniquely corresponding image areas obtained from a three-dimensional scanning unit are found, spatial points are calculated and a surface area belonging to the wheel is found,
- фигура 3 схематично изображает построение секущих плоскостей, и линий пересечения их с поверхностью колеса, согласно изобретению,- figure 3 schematically depicts the construction of secant planes, and their intersection lines with the wheel surface, according to the invention,
- фигура 4 изображает построение полного набора секущих плоскостей к поверхности колеса, согласно изобретению,- figure 4 depicts the construction of a complete set of cutting planes to the surface of the wheel, according to the invention,
- фигура 5 схематично изображает движение колеса при прокатке, и перемещение координатной системы, связанной с колесом,- figure 5 schematically depicts the movement of the wheel during rolling, and the movement of the coordinate system associated with the wheel,
- Фигура 6 изображает схематический вид сверху системы для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, согласно изобретению- Figure 6 depicts a schematic top view of the system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle, according to the invention
- Фигура 7 изображает схематический вид сверху альтернативного варианта системы для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, согласно изобретению,- Figure 7 shows a schematic top view of an alternative embodiment of the system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle, according to the invention,
- Фигура 8 изображает примерный внешний вид колонн альтернативного варианта, оснащенного одной парой стационарных и до пяти пар поворотных колонн, согласно изобретению,- Figure 8 depicts an exemplary appearance of the columns of an alternative embodiment, equipped with one pair of stationary and up to five pairs of rotary columns, according to the invention,
- фигуры 9а и 9в изображают внешний вид системы для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, согласно изобретению,- Figures 9a and 9b depict the external view of the system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle, according to the invention,
- фигура 10 изображает внешний вид колонн альтернативного варианта, оснащенного одной парой стационарных и одной парой перемещаемых колонн, которые обладают возможностью перемещения по направляющим параллельно продольной оси площадки для измерений и регулировки.- figure 10 depicts the external view of the columns of an alternative embodiment, equipped with one pair of stationary and one pair of movable columns, which are movable along the guides parallel to the longitudinal axis of the platform for measurements and adjustments.
На фигурах обозначены:The figures indicate:
1 – корпус колонны1 - column body
2 – модуль проецирования блока трехмерного сканирования,2 - a module for projection of a three-dimensional scanning unit,
3 – две взаимно откалиброванные видеокамеры блока трехмерного сканирования,3 - two mutually calibrated video cameras of the 3D scanning unit,
4 – референтная камера,4 - reference chamber,
5 – мишень поворотной или перемещаемой колонны,5 - target of a rotary or movable column,
6 – направляющая перемещаемых колонн,6 - guide of movable columns,
7 – модуль поворота поворотных колонн.7 - module for turning pivot columns.
Колонны с блоками трехмерного сканирования: Columns with 3D scan blocks:
11 – левая стационарная колонна,11 - left stationary column,
12 – правая стационарная колонна,12 - right stationary column,
21 – левая поворотная колонна,21 - left swivel column,
22 – правая поворотная колонна,22 - right swivel column,
101 – левая перемещаемая колонна,101 - left movable column,
102 – правая перемещаемая колонна, 102 - right movable column,
А – расстояние между колоннами,A is the distance between the columns,
L – длина участка регулировки.L is the length of the adjustment section.
Согласно фигурам 6-10 система для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства, содержит вычислительное устройство (на фигурах не показано) с устройствами ввода/вывода, отображения, распечатки, приема и передачи информации, связанное с множеством пар колонн с блоками трехмерного сканирования. На фигурах 6-10 показано для примера, что блок трехмерного сканирования включает в себя отдельно модуль проецирования 2 и две взаимно откалиброванные видеокамеры блока трехмерного сканирования 3. According to figures 6-10, a system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle, contains a computing device (not shown in the figures) with input / output devices, display, printout, reception and transmission of information associated with a plurality of pairs of columns with 3D scanning blocks. Figures 6-10 show, by way of example, that the 3D scanning unit includes a
Колонны расположены по левой и правой сторонам транспортного средства симметрично относительно продольной оси площадки для измерений транспортного средства на расстоянии «А», выбранном в пределах 3000 – 6000 мм друг относительно друга.The columns are located on the left and right sides of the vehicle symmetrically relative to the longitudinal axis of the vehicle measurement platform at a distance "A" selected within 3000 - 6000 mm relative to each other.
Блоки трехмерного сканирования в каждой паре колонн направлены в сторону колес транспортного средства, перпендикулярно к продольной оси площадки для измерений. Расстояния между отдельными парами колонн со блоками трехмерного сканирования в направлении продольной оси площадки для измерений транспортного средства выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось частичное перекрытие зон видимости смежных блоков трехмерного сканирования в направлении продольной оси транспортного средства, при этом The 3D scanning units in each pair of columns are directed towards the vehicle wheels, perpendicular to the longitudinal axis of the measurement platform. The distances between individual pairs of columns with 3D scanning blocks in the direction of the longitudinal axis of the vehicle measurement site are selected in such a way as to provide a partial overlap of the visibility areas of adjacent 3D scanning blocks in the direction of the longitudinal axis of the vehicle, while
Количество пар колонн с блоками трехмерного сканирования определяют, исходя из необходимой длины участка регулировки и ширины кадра видеокамер в горизонтальном направлении.The number of pairs of columns with 3D scanning units is determined based on the required length of the adjustment section and the width of the video camera frame in the horizontal direction.
Вычислительное устройство выполнено с возможностью объединения всех пространственных точек, вычисляемых при помощи блоков трехмерного сканирования, расположенных по левой или правой стороне транспортного средства, в единое облако точек, охватывающее всю зону измерения, обеспечивая таким образом одновременное измерение всех колес транспортного средства, находящегося в зоне измерения, вне зависимости от их взаимного расположения и местонахождения в ее пределах. The computing device is configured to combine all spatial points calculated using three-dimensional scanning blocks located on the left or right side of the vehicle into a single point cloud covering the entire measurement area, thus providing simultaneous measurement of all wheels of the vehicle located in the measurement area , regardless of their relative position and location within it.
Возможен вариант, когда колонны с блоками трехмерного сканирования, кроме первой пары, выполнены поворотными, с возможностью их поворота вокруг своей вертикальной центральной оси на углы в пределах ±20°, при этом каждая указанная поворотная колонна с блоком трехмерного сканирования содержит мишень, взаимно откалиброванную с блоком трехмерного сканирования данной колонны, для контроля их перемещения в глобальной системе координат. А колонны с блоками трехмерного сканирования первой пары, выполнены стационарными, при этом каждая колонна содержит дополнительную референтную камеру, взаимно откалиброванную с блоком трехмерного сканирования данной колонны, и направленную вдоль площадки для измерений в сторону мишеней поворотных колонн.A variant is possible when the columns with three-dimensional scanning units, in addition to the first pair, are rotatable, with the possibility of turning them around their vertical central axis by angles within ± 20 °, while each said rotary column with a three-dimensional scanning unit contains a target mutually calibrated with block of three-dimensional scanning of this column, to control their movement in the global coordinate system. And the columns with 3D scanning units of the first pair are made stationary, with each column containing an additional reference chamber, mutually calibrated with the 3D scanning unit of this column, and directed along the measurement platform towards the targets of the rotary columns.
Возможен также вариант, когда колонны с блоками трехмерного сканирования, кроме первой пары, выполнены с возможностью перемещения вдоль продольной оси площадки для измерений.A variant is also possible when the columns with three-dimensional scanning units, in addition to the first pair, are made with the possibility of moving along the longitudinal axis of the area for measurements.
Преимущественно, но не обязательно, блок трехмерного сканирования опционально включает в себя по крайней мере две взаимно откалиброванные видеокамеры. Advantageously, but not necessarily, the 3D scanning unit optionally includes at least two mutually calibrated video cameras.
На фигуре 6 представлен вариант системы, которая состоит из множества пар колонн с блоками трехмерного сканирования колес, функционирующими способом, описанным выше. Колонны с блоками трехмерного сканирования в каждой паре расположены по левой и правой сторонам ТС симметрично относительно продольной оси площадки для измерений (ТС) на расстоянии 3000 – 6000 мм друг относительно друга. Блоки трехмерного сканирования колонн в каждой паре, направлены в сторону колес ТС, перпендикулярно к продольной оси площадки для измерений, т.е. друг к другу. Количество колонн определяется, исходя из необходимой длины участка измерений, размерами колес транспортных средств, обслуживаемых на данном участке и зоны видимости блоками трехмерного сканирования в горизонтальном направлении. Все блоки трехмерного сканирования взаимно откалиброваны известными методами с помощью мишеней (5). Figure 6 shows an embodiment of a system that consists of a plurality of pairs of columns with 3D wheel scanning units operating in the manner described above. Columns with three-dimensional scanning blocks in each pair are located on the left and right sides of the vehicle symmetrically relative to the longitudinal axis of the measurement platform (TC) at a distance of 3000 - 6000 mm relative to each other. The blocks of three-dimensional scanning of columns in each pair are directed towards the vehicle wheels, perpendicular to the longitudinal axis of the measurement platform, i.e. to each other. The number of columns is determined based on the required length of the measurement section, the dimensions of the wheels of vehicles serviced in this section and the visibility area of the 3D scanning units in the horizontal direction. All blocks of three-dimensional scanning are mutually calibrated by known methods using targets (5).
Функционирование системы основано на одновременной съемке всеми блоками трехмерного сканирования, объединения всех пространственных точек, вычисляемых при помощи блоков трехмерного сканирования, расположенных по левой или правой стороне транспортного средства, в единое облако точек, охватывающее всю зону измерения, поиска и определения параметров всех колес, находящихся в пределах зоны измерений. Данная система предназначена для пунктов, в которых проводятся измерения разных по длине и конфигурации осей ТС.The operation of the system is based on the simultaneous shooting by all three-dimensional scanning units, combining all spatial points calculated using three-dimensional scanning units located on the left or right side of the vehicle into a single point cloud covering the entire measurement area, searching and determining the parameters of all wheels located within the measurement area. This system is intended for points where measurements of vehicle axles of different length and configuration are carried out.
На фигуре 7 представлен альтернативный вариант системы, которая построена, исходя из необходимости минимизации количества пар колонн с блоками трехмерного сканирования. Данный вариант предполагает использование колонн, кроме первой пары, поворачивающихся вокруг своей вертикальной оси на углы +/- 20 градусов, и обладающих за счет этого увеличенной зоной обзора. Расширение кадра получается в результате поворота поля зрения каждой колонны в горизонтальной плоскости.Figure 7 shows an alternative version of the system, which is built on the basis of the need to minimize the number of pairs of columns with 3D scanning blocks. This option assumes the use of columns, except for the first pair, which rotate around their vertical axis at angles of +/- 20 degrees, and thus have an increased viewing area. The expansion of the frame is obtained by rotating the field of view of each column in the horizontal plane.
На фигуре 8 представлен примерный внешний вид колонн альтернативного варианта, оснащенного одной парой стационарных и до пяти пар поворотных колонн. Все колонны с блоками трехмерного сканирования, кроме первой пары, обладают возможностью поворота вокруг своей вертикальной центральной оси. Для контроля перемещения поворотных колонн каждая из них содержит мишень, а первая стационарная пара колонн содержит дополнительные референтные камеры, направленные вдоль площадки для измерений в сторону мишеней поворотных колонн. Указанные референтные камеры и мишени взаимно откалиброваны совместно со соответствующими блоками трехмерного сканирования каждой стационарной колонны. Относительное перемещение мишеней пересчитывается в текущее положение блоков трехмерного сканирования задних колонн относительно глобальной системы координат, связанной с передними стационарными колоннами. Могут также применяться другие способы контроля перемещения подвижных колонн. Расстояния между колоннами определяются индивидуально для каждого пункта регулировки, исходя из зон видимости камер с учетом их поворота на +/- 20 градусов, геометрических параметров и конфигураций ТС, обслуживаемых в каждом конкретном пункте. Figure 8 shows an exemplary appearance of an alternative column with one pair of stationary columns and up to five pairs of slewing columns. All columns with 3D scanning units, except for the first pair, can be rotated around their vertical central axis. To control the movement of the rotary columns, each of them contains a target, and the first stationary pair of columns contains additional reference chambers directed along the measurement platform towards the targets of the rotary columns. These reference cameras and targets are mutually calibrated in conjunction with the corresponding blocks of three-dimensional scanning of each stationary column. The relative displacement of the targets is recalculated to the current position of the 3D scanning blocks of the rear columns relative to the global coordinate system associated with the front stationary columns. Other methods of controlling the movement of the movable columns can also be used. The distances between the columns are determined individually for each adjustment point, based on the visibility zones of the cameras, taking into account their rotation by +/- 20 degrees, geometric parameters and vehicle configurations served in each specific point.
На фигурах 9а, 9в представлен примерный внешний вид колонн альтернативного варианта, оснащенного одной парой стационарных 11, 12, и одной парой поворотных колонн 21, 22, которые содержать шаговый мотор 7 для автоматического поворота в необходимом положении.Figures 9a, 9b show an exemplary appearance of the columns of an alternative embodiment, equipped with one pair of stationary 11, 12, and one pair of pivoting
На фигуре 10 представлен примерный внешний вид колонн альтернативного варианта, оснащенного одной парой стационарных 11, 12 и одной парой перемещаемых колонн 101, 102, которые обладают возможностью перемещения по направляющим 6 параллельно продольной оси площадки для измерений и регулировки.Figure 10 shows an exemplary appearance of alternative columns equipped with one pair of stationary 11, 12 and one pair of
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Способ для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.The method for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle works as follows. Let's give the most comprehensive example of the implementation of the invention. Bearing in mind that this example does not limit the application of the invention.
Согласно фигурам 1-5 представленный способ определения параметров геометрического положения колес автомобилей по данным трехмерного сканирования поверхностей колес предполагает использование блока трехмерного сканирования, состоящего, например, из двух взаимно откалиброванных видеокамер 3 и модуля проецирования 2 (фигура 9а). На колесо проецируется ряд определенных световых элементов, например, световых элементов в форме эллипса, прямоугольника, небольшого размера, не обязательно правильной формы, а видеокамеры 3 синхронно с модулем проецирования 2 световых элементов снимают подсвеченное колесо и передают полученные изображения на вычислительное устройство, которое осуществляет расчет необходимых параметров.According to figures 1-5, the presented method for determining the parameters of the geometric position of the wheels of cars from the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels involves the use of a three-dimensional scanning unit, consisting, for example, of two mutually calibrated
На полученных изображениях от блока трехмерного сканирования см. фиг. 1, производится поиск контуров каждого светового элемента, при этом отбрасываются контуры, не подходящие по размеру или ряду других критериев.In the resulting images from the 3D scan unit, see FIG. 1, a search is made for the contours of each light element, while contours that do not fit in size or a number of other criteria are discarded.
В дальнейшем, производят поиск контуров заданной формы. Для каждого проецируемого светового элемента находят однозначно соответствующие участки на изображениях, содержащие найденные контуры и вычисляют пространственное положение центральной точки данного светового элемента. Из найденного множества пространственных точек исключаются все точки, находящиеся ниже горизонтальной плоскости, расположенной над уровнем пола. По оставшимся пространственным точкам производят построение пространственной регулярной сетки по принципу ближайшего соседа. Further, they search for contours of a given shape. For each projected light element, uniquely corresponding areas in the images containing the found contours are found, and the spatial position of the center point of this light element is calculated. All points located below the horizontal plane located above the floor level are excluded from the found set of spatial points. The remaining spatial points are used to construct a spatial regular grid according to the principle of the nearest neighbor.
Разбивают полученную пространственную регулярную сетку на отдельные сегменты так, чтобы никакие точки любых двух сегментов не являлись соседними. Каждый сегмент, находящийся близко к уровню поверхности размещения ТС, признается колесом и поступает на дальнейшую обработку.Divide the resulting spatial regular grid into separate segments so that no points of any two segments are adjacent. Each segment that is close to the level of the vehicle placement surface is recognized as a wheel and goes for further processing.
Все автомобильные шины с высокой степенью точности являются телами вращения, поэтому любые линии, получаемые при пересечении поверхности шины плоскостью, обладают свойством осевой симметрии, см фигуру 3. Это означает, что линия пересечения поверхности колеса любой заданной плоскостью («секущей плоскостью»), будет обладать свойством осевой симметрии на участке данной поверхности, относящейся к шине. В дальнейшем будем использовать термин «линия сечения». All car tires are bodies of revolution with a high degree of accuracy, therefore any lines obtained when the surface of the tire intersects a plane have the property of axial symmetry, see figure 3. This means that the line of intersection of the wheel surface by any given plane ("cutting plane") will be have the property of axial symmetry in the area of the given surface related to the tire. In what follows, we will use the term "section line".
В силу того, что все точки линии сечения принадлежат также секущей плоскости, можем перейти к системе координат, связанной с секущей плоскостью, где пространственная координата Z неизменна и равна нулю. При этом снижение размерности задачи поиска линии симметрии значительно уменьшает объем необходимых вычислений и экономит вычислительные ресурсы.Due to the fact that all points of the section line also belong to the cutting plane, we can go to the coordinate system associated with the cutting plane, where the spatial coordinate Z is unchanged and equal to zero. At the same time, reducing the dimension of the problem of finding a line of symmetry significantly reduces the amount of necessary calculations and saves computational resources.
Находим линию, относительно которой участки линии сечения, относящиеся к шине, расположены симметрично. Указанная симметрия сохраняется для плоскости, перпендикулярной секущей плоскости и проходящей через найденную линию, поэтому данная осесимметричная плоскость будет проходить через центр и осевую линию шины.We find a line with respect to which the sections of the section line related to the tire are located symmetrically. The specified symmetry is maintained for a plane perpendicular to the secant plane and passing through the found line, so this axisymmetric plane will pass through the center and centerline of the tire.
Секущие плоскости могут быть параллельны оси симметрии шины, но могут и располагаться под углом к ней. Найдя несколько осесимметричных плоскостей рис 4, методом наименьших квадратов находим линию осевой симметрии шины как линию их пересечения и точку на данной линии, как среднюю точку проекций верхних точек шины на данную линию. Для формирования линии пересечения плоскостей осевой симметрии необходимо так выбирать секущие плоскости, чтобы результирующие плоскости осевой симметрии не были параллельны друг другу.The secant planes can be parallel to the axis of symmetry of the tire, but they can also be located at an angle to it. Having found several axisymmetric planes in Fig. 4, using the least squares method, we find the line of axial symmetry of the tire as the line of their intersection and a point on this line as the midpoint of the projections of the top points of the tire on this line. To form the line of intersection of the planes of axial symmetry, it is necessary to choose the secant planes so that the resulting planes of axial symmetry are not parallel to each other.
По небольшому количеству сечений, получая участки поверхности, обладающие свойством осевой симметрии, и относящиеся таким образом к поверхности шины, предварительно определяем центр и ось вращения колеса, внутренний и внешний радиус шины, в дальнейшем используем данную информацию для исключения не подходящих для окончательного расчета точек из анализируемых данных.By a small number of sections, obtaining surface areas that have the property of axial symmetry, and thus related to the tire surface, we preliminarily determine the center and axis of rotation of the wheel, the inner and outer radius of the tire, and then use this information to exclude points that are not suitable for the final calculation from analyzed data.
После построения основного количества сечений по оставшимся данным, относящимся к поверхности шины, определяем центр и ось вращения колеса с достаточной точностью.After constructing the main number of sections from the remaining data related to the tire surface, we determine the center and axis of rotation of the wheel with sufficient accuracy.
Увеличение количества сечений приводит к повышению точности определения линии осевой симметрии шины. Это позволяет плавно варьировать необходимый объем вычислений в зависимости от требуемой точности и скорости.An increase in the number of sections leads to an increase in the accuracy of determining the axial symmetry line of the tire. This allows you to smoothly vary the required amount of calculations depending on the required accuracy and speed.
Секущие плоскости должны выбираться таким образом, чтобы исключить определенный участок поверхности шины вблизи основания, около которого шина имеет значительную деформацию под нагрузкой. The secant planes should be selected so as to exclude a certain area of the tire surface near the base, near which the tire exhibits significant deformation under load.
Система координат, связанная с колесом фиг. 5, определяется тремя взаимно перпендикулярными векторами, а также координатами начальной точки, совпадающей с центром шины.The coordinate system associated with the wheel of FIG. 5 is determined by three mutually perpendicular vectors, as well as the coordinates of the starting point coinciding with the center of the tire.
Тройка направляющих векторов выбирается таким образом, чтобы один из них был направлен вдоль линии осевой симметрии шины, второй – вертикально вдоль радиуса, а третий перпендикулярен первым двум. The three direction vectors are chosen so that one of them is directed along the line of axial symmetry of the tire, the second is directed vertically along the radius, and the third is perpendicular to the first two.
При перекатывании колеса вперед и назад от начального положения, зная расположение плоскости основания и положение центра колеса, вычисляется угол вращения колеса и вносится соответствующая коррекция в ориентацию тройки направляющих векторов.When the wheel rolls back and forth from the initial position, knowing the location of the base plane and the position of the wheel center, the wheel rotation angle is calculated and a corresponding correction is made to the orientation of the three direction vectors.
Таким образом получается система координат, связанная с колесом, удобная для дальнейших расчетов.Thus, a coordinate system associated with the wheel is obtained, which is convenient for further calculations.
Реальные шины автомобиля могут иметь деформации, в результате которых линия осевой симметрии шины не совпадает с реальной осью вращения колеса. Для решения этой задачи используется специальная процедура компенсации биения, в процессе которой производится прокатка или прокрутка колеса на определенный угол. Real tires of a car may have deformations, as a result of which the line of axial symmetry of the tire does not coincide with the real axis of rotation of the wheel. To solve this problem, a special runout compensation procedure is used, during which the wheel is rolled or scrolled at a certain angle.
При прокрутке колеса задача определения оси вращения сводится к нахождению линии в системе координат, связанной с колесом, все точки которой являются неподвижными точками в пространстве. При прокатке колеса ищут аналогичную линию оси вращения, с поправкой на перемещение колеса. Для нахождения оси вращения требуется минимум два положения колеса.When scrolling the wheel, the task of determining the axis of rotation is reduced to finding a line in the coordinate system associated with the wheel, all points of which are fixed points in space. When rolling the wheel, they look for a similar line of the axis of rotation, corrected for the movement of the wheel. Finding the axis of rotation requires at least two wheel positions.
Аналогичным образом решают задачу нахождения оси поворота колеса (оси шкворня).The problem of finding the axis of rotation of the wheel (axis of the king pin) is solved in a similar way.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Предлагаемый способ для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства и система могут быть осуществлены специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения. The proposed method for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle and the system can be implemented by a specialist in practice and, when implemented, ensure the implementation of the declared purpose, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец системы для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства. In accordance with the proposed invention, a prototype of a system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of a vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle has been manufactured.
Система, представленная на рис. 6, идеально подходит для организации поста измерений многоосных ТС с разной конфигурацией осей, во время любого их заезда в зону ремонта для обслуживания или пред-выездного технического контроля. The system shown in Fig. 6, is ideal for organizing a measurement station for multi-axle vehicles with different axle configurations, during any of their arrival in the repair area for maintenance or pre-departure technical control.
Система, представленная на рис. 8, 9а, 9в, выпускается под брендом «Техно Вектор», модификации 8214, 8316, 8418, 85110, 86112 с поворотными задними колоннами. Опытный образец системы, представленной на рис. 10, был изготовлен и подтвердил все требуемые характеристики. The system shown in Fig. 8, 9a, 9b, produced under the brand "Techno Vector",
Таким образом испытания опытных образцов вариантов представленной системы для определения параметров геометрического положения колес транспортного средства по данным трехмерного сканирования поверхностей колес транспортного средства показали, что она обеспечивает возможность значительного уменьшения объема вычислений, обладает высокой точностью получаемых результатов, при отсутствии предварительно заданной или вычисляемой параметрической модели колеса и привязки к его ободу или другим характерным особенностям, а также возможность плавного варьирования необходимого объема вычислений.Thus, tests of prototypes of variants of the presented system for determining the parameters of the geometric position of the wheels of the vehicle according to the data of three-dimensional scanning of the surfaces of the wheels of the vehicle showed that it provides the possibility of a significant reduction in the amount of calculations, has a high accuracy of the results obtained, in the absence of a preset or calculated parametric model of the wheel and binding to its rim or other characteristic features, as well as the ability to smoothly vary the required amount of calculations.
Эффект от применения данного изобретения может состоять в том, что:The effect of the application of this invention can be that:
- представленный способ устойчив при наличии локальных неоднородностей или других дефектов поверхности шины, колесного диска или колесного колпака, - the presented method is stable in the presence of local inhomogeneities or other defects in the surface of the tire, rim or wheel cap,
- не требует распознавания конструктивных особенностей колес, - does not require recognition of the design features of the wheels,
- минимизирует необходимое количество вычислений при сканировании колеса для определения его ключевых параметров, позволяя таким образом использовать множество сканирующих устройств и обеспечивая измерение за считанные секунды,- minimizes the amount of computation required when scanning a wheel to determine its key parameters, thus allowing the use of multiple scanning devices and providing measurement in a matter of seconds,
- предоставляет возможность построения гибких решений под условия конкретного автосервиса,- provides the ability to build flexible solutions for the conditions of a specific car service,
- позволяет построение систем для регулировки многоосных ТС,- allows the construction of systems for adjusting multi-axle vehicles,
- система является бесконтактной, поэтому исключает любое повреждение колес ТС в процессе измерения,- the system is non-contact, therefore it excludes any damage to the wheels of the vehicle during the measurement process,
- достигается существенный экономический эффект использования системы, благодаря исключению механических операций установки измерительных приспособлений на колеса ТС, следствием чего является повышение пропускной способности участка измерения и регулировки,- a significant economic effect of using the system is achieved, due to the elimination of mechanical operations for installing measuring devices on the wheels of the vehicle, which results in an increase in the throughput of the measurement and adjustment section,
- минимизируется время одного измерения, что позволяет организовать массовый регулярный контроль исправности ТС, например, для крупных автосервисов или автопарков, что повышает безопасность дорожного движения и снижает вероятность преждевременного износа шин.- the time of one measurement is minimized, which makes it possible to organize mass regular monitoring of the vehicle's health, for example, for large car services or vehicle fleets, which increases road safety and reduces the likelihood of premature tire wear.
Claims (27)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141835A RU2754961C1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle |
| PCT/RU2021/050272 WO2022019812A1 (en) | 2020-12-17 | 2021-08-20 | Method and system for determining the position of vehicle wheels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141835A RU2754961C1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2754961C1 true RU2754961C1 (en) | 2021-09-08 |
Family
ID=77670279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141835A RU2754961C1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2754961C1 (en) |
| WO (1) | WO2022019812A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114332827B (en) * | 2022-03-10 | 2022-07-08 | 浙江大华技术股份有限公司 | Vehicle identification method and device, electronic equipment and storage medium |
| CN116372941B (en) * | 2023-06-05 | 2023-08-15 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | Robot parameter calibration method and device and wheeled robot |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU695950A1 (en) * | 1976-02-25 | 1979-11-05 | Краматорский Индустриальный Институт | Method and apparatus for monitoring crane wheel position |
| SU1352195A1 (en) * | 1986-01-23 | 1987-11-15 | Е. А. Доброхотов | Stand for checking angle of setting vehicle steerable wheels |
| RU2083468C1 (en) * | 1993-12-09 | 1997-07-10 | Валерий Николаевич Дуда | Device for checking position of running wheels of lifting and transportation machines |
| EP0895056A2 (en) * | 1997-08-01 | 1999-02-03 | CORGHI S.p.A. | Method and device for regulating the attitude of a motor vehicle. |
| US20120303176A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | INRO Technologies Limited | Method and apparatus for providing accurate localization for an industrial vehicle |
| RU2614869C2 (en) * | 2015-07-08 | 2017-03-30 | Сергей Владимирович Лебедев | Regulator of vehicle wheels camber-toe-in |
-
2020
- 2020-12-17 RU RU2020141835A patent/RU2754961C1/en active
-
2021
- 2021-08-20 WO PCT/RU2021/050272 patent/WO2022019812A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU695950A1 (en) * | 1976-02-25 | 1979-11-05 | Краматорский Индустриальный Институт | Method and apparatus for monitoring crane wheel position |
| SU1352195A1 (en) * | 1986-01-23 | 1987-11-15 | Е. А. Доброхотов | Stand for checking angle of setting vehicle steerable wheels |
| RU2083468C1 (en) * | 1993-12-09 | 1997-07-10 | Валерий Николаевич Дуда | Device for checking position of running wheels of lifting and transportation machines |
| EP0895056A2 (en) * | 1997-08-01 | 1999-02-03 | CORGHI S.p.A. | Method and device for regulating the attitude of a motor vehicle. |
| US20120303176A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | INRO Technologies Limited | Method and apparatus for providing accurate localization for an industrial vehicle |
| RU2614869C2 (en) * | 2015-07-08 | 2017-03-30 | Сергей Владимирович Лебедев | Regulator of vehicle wheels camber-toe-in |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022019812A1 (en) | 2022-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2754961C1 (en) | Method and system for determining parameters of geometric position of wheels of vehicle based on three-dimensional scanning of surfaces of wheels of vehicle | |
| US6842238B2 (en) | Device for measuring the parameters of a vehicle characteristic attitude | |
| US10241195B1 (en) | Method for assessing a condition of an axle of a moving vehicle | |
| RU2223463C2 (en) | Device for determining geometric parameters of wheel mounting and position of vehicle axles and shafts | |
| US10659677B2 (en) | Camera parameter set calculation apparatus, camera parameter set calculation method, and recording medium | |
| US7454841B2 (en) | Method and apparatus for wheel alignment system target projection and illumination | |
| RU2215989C2 (en) | Gear to establish geometric parameters of wheel setting and/or of positions of axles of motor vehicles | |
| US7583372B2 (en) | Machine vision vehicle wheel alignment image processing methods | |
| US7774946B2 (en) | Method and device for non-contact measurement of the alignment of motor vehicle wheels | |
| US8401236B2 (en) | Method and apparatus for wheel alignment | |
| US8638452B2 (en) | Measuring head for a chassis measuring system, chassis measuring system and method for determining the position parameters of measuring heads of a chassis measuring system | |
| US20110308309A1 (en) | Method for wheel suspension measurement and a device for measuring the wheel suspension geometry of a vehicle | |
| US8573363B2 (en) | Apparatus for guiding a vehicle onto a service lift using a machine vision wheel alignment system | |
| CN103542846B (en) | The alignment system of a kind of mobile robot and localization method thereof | |
| CN102144144A (en) | Device and method for determining and setting the chassis geometry of a vehicle | |
| Li et al. | Large depth-of-view portable three-dimensional laser scanner and its segmental calibration for robot vision | |
| CN104132818B (en) | Three-dimensional four-wheel aligner and measuring method thereof | |
| CA2990844A1 (en) | System and method for measuring reflected optical distortion in contoured glass sheets | |
| CN107843202B (en) | Gap and face difference vision measurement device and method matched with robot | |
| CA2990385A1 (en) | System and method for developing three-dimensional surface information corresponding to a contoured glass sheet | |
| US10697766B1 (en) | Method and apparatus for compensating vehicle inspection system measurements for effects of vehicle motion | |
| CN111707668A (en) | Tunnel detection and image processing method based on sequence image | |
| JP2003508743A (en) | Adjustment device with adjustment devices for vehicle headlights or distance sensors | |
| CN114964007A (en) | Visual measurement and surface defect detection method for weld size | |
| CN114140534A (en) | Combined calibration method for laser radar and camera |