专利名称：3d四轮定位仪及其测量方法
技术领域：
本发明属于汽车生产、维修、服务领域，具体地说，涉及一种3D四轮定位仪及其测
量方法。
背景技术：
按照汽车技术理论，轮胎安装到车身上必须符合一定的角度要求，其中最主要的角度有前束角、外倾角、主销内倾角、主销后倾角等。车辆在行驶一段时间后，这些参数可能 发生改变，影响车辆的使用性能，这就需要对车辆进行重新测量和调整，而测量的仪器就是汽车四轮定位仪，3D四轮定位仪是一项全新的测量技术，它利用计算机对图像分析和计算，建立空间坐标系，计算出车辆轮胎的定位参数。现有的3D四轮定位仪采用两点静态测量方式，用照相机先拍摄车辆一个位置的静态图像，然后推动车辆移动一段确定的距离，再拍摄另一个位置的静态图像，建立空间坐标系，将两个车辆位置变为空间坐标系中的两个空间点。由于车辆轮胎上的点运动轨迹为理论上已知的特定摆线，根据两点和转过的角度拟合出理论上的运动轨迹，再根据此轨迹计算出车辆的轮胎定位参数。这种测量方式，仅仅依据两点加一个角度来拟合出轮胎上某些点的运动轨迹，如果这两个点中的任何一个点或者轮胎转过的角度出现偏差，或者推车平台不平或者平台摆动造成两个点的基准平面不同，甚至测量角度不够准确，都可能会影响拟合出的运动轨迹大大偏离实际轨迹，从而影响最终的测量精度。而且，由于需要在多个位置停止状态下拍照，并需要转动确定的角度，要求推车停止的位置尽可能准确，使得整个测量操作时间长而且操作难度大，测量效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种测量精度高、测量效率高、操作简便的3D四轮定位仪及其测量方法。本发明的技术方案是3D四轮定位仪，包括轨道平台；安装在汽车轮胎上的四个反光标靶；用于采集图像的、分别安装于横梁两侧的两个工业照相机；位于工业照相前方的补光灯；位于横梁中间的驱动板和主机；横梁与车体纵向中心轴垂直，横梁中心位于车体纵向中心轴上；主机包括控制系统和输出系统；工业照相机通过数据线与主机相连接。3D四轮定位仪的测量方法，包括以下步骤I、将汽车置于轨道平台上，将反光标靶安装于汽车轮胎上，启动主机，主机指示推车，同时发送指令给驱动板；推车距离约为10-15cm ；2、驱动板按照设计的频率控制工业照相机同步对反光标靶进行拍照，同时按照设计的时点启动补光灯；3、工业照相机采集到的图像经数据线实时传送到主机的控制系统进行数据处理，计算出汽车轮胎8的定位参数；4、主机的输出系统输出数据，指导操作工人对车辆进行维修和调整。
步骤3中主机控制系统的数据处理步骤如下主机控制系统中的测量软件建立空间坐标系，将图像转换为一系列的空间坐标点，然后计算出车辆的运动平面、车辆的行进方向向量、前后轴向量，用摆线拟合进行滤波处理，拟合4个反光标靶的摆线轨迹，得到一条接近真实的轮胎标靶运动摆线，计算出轮胎的虚拟旋转中心向量，将这些向量投射到车辆的运动平面，根据向量之间的夹角，最终求解汽车轮胎的定位参数；而根据4个反光标靶的空间坐标则可准确地计算出汽车轮胎的轴距、轮距、以及偏差。所述工业照相机像素> 500万，内部设有帧存储器和外同步拍摄系统。现有的测量技术测量的原理如图2所示。轮胎起始位置在I点，滚动一段距离到达2点，轮胎实际转过的角度为0。本发明的测量技术测量的原理如图3所示。测量出轮胎实际运转所产生的几十个点，然后拟合出接近真实的空间运动曲线。测量时的推车方式为连续运动，中间不需要任何停顿。由工业照相机拍摄清晰的标靶图像，传送至控制系统。本发明的关键技术之一就是驱动板控制两只工业照相机拍照以及点亮补光灯的时点要精确同步，保证两只相机拍摄的图像反映的是某一瞬间四个标靶的真实的空间位置关系，否则就无法测量出准确的定位参数。其控制逻辑关系如图4所示。本发明采用高像素、具有帧存储器和外同步功能的工业照相机，可以实现在运动中联合拍摄有效的图像；主机内测量软件的滤波技术，消除推车过程产生的意外偏差，拟合出标靶实际运行的空间轨迹；测量软件计算出最接近真实的各个轮胎的旋转中心，由此得到精度较高的轮胎定位参数。本发明的有益效果在于I、本发明采用的测量方法采集的空间点多，有效保证了测量精度，而且不要求转动规定的角度，推车过程简单，测量效率大大提高。2、本发明的3D四轮定位仪结构简单，测得的数据精度高。3、相较于现有技术，本发明提供的测量方式实现了连续推车进行测量，而并非现有测量技术需要一动一段距离停车后再行测量，测量速度快，操作简单，精度高，重复性好，实现了真正意义上的3D动态测量。
图I是本发明的整体结构示意图；图2是现有测量技术测量原理图； 图3是本发明测量技术测量原理图；图4是本发明中驱动板控制工业照相机与补光灯的控制逻辑关系图。其中，I、工业照相机，2、补光灯，3、横梁，4、驱动板，5、主机，6、四柱举升机立柱，7、反光标靶，8、汽车轮胎，9、轨道平台，10、车体。
具体实施例方式以下结合附图具体说明本发明。如图I所示，本发明所述的3D四轮定位仪包括轨道平台9 ;安装在汽车轮胎8上的四个反光标靶7 ;用于采集图像的、分别安装于横梁3两侧的两个工业照相机I ;位于工业照相前方的补光灯2 ;位于横梁3中间的驱动板4和主机5 ;横梁3与车体10纵向中心轴垂直，横梁3中心位于车体10纵向中心轴上；主机5包括控制系统和输出系统；工业照相机I通过数据线与主机5相连接。其测量方法，包括以下步骤I、将汽车置于轨道平台9上，将反光标靶7安装于汽车轮胎8上，启动主机5，主机5指示推车，同时发送指令给驱动板4 ;推车距离约为10-15cm ；2、驱动板4按照设计的频率控制工业照相机I同步对反光标靶7进行拍照，同时按照设计的时点启动补光灯2 ；3、工业照相机I采集到的图像经数据线实时传送到主机5的控制系统进行数据处理，计算出汽车轮胎8的定位参数； 4、主机5的输出系统输出数据，指导操作工人对车辆进行维修和调整。步骤3中主机5控制系统的数据处理步骤如下主机5控制系统中的测量软件建立空间坐标系，将图像转换为一系列的空间坐标点，然后计算出车辆的运动平面、车辆的行进方向向量、前后轴向量，用摆线拟合进行滤波处理，拟合4个反光标靶7的摆线轨迹，得到一条接近真实的轮胎标靶运动摆线，计算出汽车轮胎8的虚拟旋转中心向量，将这些向量投射到车辆的运动平面，根据向量之间的夹角，最终求解汽车轮胎8的定位参数；而根据4个反光标靶7的空间坐标则可准确地计算出汽车轮胎8的轴距、轮距、以及偏差。所述工业照相机I像素> 500万，内部设有帧存储器和外同步拍摄系统。如图3所示，本发明的测量技术测量原理如下测量时的推车方式为连续运动，中间不需要任何停顿。标靶上有十几个反光斑，每一个斑点在推车的运动中，都会在几何空间内沿着一条摆线移动，摆线如图3所示。而标靶上有十几个反光斑就会有十几条不同位置的摆线轨迹。这些摆线共同展示了标靶平面在空间移动形成的曲面。这个曲面被照相机用大量的图像断续但密集地记录下来，一张图像代表了一个标靶在几何空间的位置，因为图像中所有的斑点都可以计算出坐标值，每一个图像就可以确定一个平面，用大量的空间平面坐标，标靶平面在几何空间的运动轨迹就可以在空间坐标系中用数字描述出来。这种描述的方式不同于现行的两点静态技术，现行的技术采用理论曲面穿过经过两个静态线来代替实际运动轨迹。由于标靶固定在轮胎上，标靶和轮胎有固定的位置关系，标靶平面的运动轨迹实际代表了轮胎端面的运动轨迹。看轮胎是以怎样的姿态在滚动，就可以知道了轮胎定位的参数了。由工业照相机I拍摄清晰的标靶图像，传送至控制系统，控制系统中的测量软件建立空间坐标系，将图像转换为一系列的空间坐标点，然后计算出车辆的运动平面、车辆的行进方向向量、前后轴向量，用摆线拟合进行滤波处理，拟合4个标靶的摆线轨迹，得到一条接近真实的轮胎标靶运动摆线，计算出轮胎的虚拟旋转中心向量，将这些向量投射到车辆的运动平面，根据向量之间的夹角，最终求解轮胎的定位参数。而根据4个标靶的空间坐标则可准确地计算出轮胎轴距、轮距、以及偏差。将数据输出，指导操作工人对车辆进行维修和调整。驱动板4控制两只工业照相机I及补光灯2的控制逻辑关系如图4所示，驱动板4控制两只工业照相机I拍照以及点亮补光灯2的时点要精确同步，保证两只相机拍摄的图像反映的是某一瞬间四个标靶的真实的空间位置关系，否则就无法测量出准确的定位参数。
权利要求
1.3D四轮定位仪，包括轨道平台(9);安装在汽车轮胎(8)上的四个反光标靶(7);用于采集图像的、分别安装于横梁(3)两侧的两个エ业照相机(I);位于エ业照相前方的补光灯⑵；位于横梁⑶中间的驱动板⑷和主机(5);横梁(3)与车体(10)纵向中心轴垂直，横梁(3)中心位于车体(10)纵向中心轴上；主机(5)包括控制系统和输出系统；エ业照相机(I)通过数据线与主机(5)相连接。
2.根据权利要求I所述的3D四轮定位仪，其特征 在于，所述エ业照相机(I)像素>500万，内部设有帧存储器和外同步拍摄系统。
3.根据权利要求I所述的3D四轮定位仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)将汽车置于轨道平台(9)上，将反光标靶(7)装夹于汽车轮胎(8)上，启动主机(5)，主机(5)指示推车，同时发送指令给驱动板(4);推车距离约为10-15cm; (2)驱动板(4)按照设计的频率控制エ业照相机(I)同步对反光标靶(7)进行拍照，同时按照设计的时点启动补光灯(2); (3)エ业照相机(I)采集到的图像经数据线实时传送到主机(5)的控制系统进行数据处理，计算出汽车轮胎(8)的定位參数； (4)主机(5)的输出系统输出数据。
4.根据权利要求3所述的3D四轮定位仪的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中主机(5)控制系统的数据处理步骤如下主机(5)控制系统中的测量软件建立空间坐标系，将图像转换为一系列的空间坐标点，然后计算出车辆的运动平面、车辆的行进方向向量、前后轴向量，用摆线拟合进行滤波处理，拟合4个反光标靶(7)的摆线轨迹，得到一条接近真实的轮胎标靶运动摆线，计算出汽车轮胎(8)的虚拟旋转中心向量，将这些向量投射到车辆的运动平面，根据向量之间的夹角，最終求解汽车轮胎(8)的定位參数；而根据4个反光标靶(7)的空间坐标则可准确地计算出汽车轮胎(8)轴距、轮距、以及偏差。
5.根据权利要求3所述的3D四轮定位仪的测量方法，其特征在于，所述エ业照相机(I)像素> 500万，内部设有帧存储器和外同步拍摄系统。
全文摘要
本发明涉及一种3D四轮定位仪及其测量方法。3D四轮定位仪包括轨道平台；安装在汽车轮胎上的四个反光标靶；用于采集图像的、分别安装于横梁两侧的两个工业照相机；位于工业照相前方的补光灯；位于横梁中间的驱动板和主机；横梁与车体纵向中心轴垂直，横梁中心位于车体纵向中心轴上；主机包括控制系统和输出系统；工业照相机通过数据线与主机相连接。测量方法为反光标靶安装于汽车轮胎上，启动主机，推车，发送指令给驱动板；驱动板控制工业照相机同步对反光标靶进行拍照，同时启动补光灯；采集到的图像实时传送到控制系统，计算出轮胎的定位参数；输出系统输出数据。本发明测量速度快，精度高，重复性好，实现了真正意义上的3D动态测量。
文档编号G01M17/013GK102735457SQ20121023293
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者何光楣, 曹龙胜, 郝加刚 申请人:烟台高易电子科技有限公司