一种非接触四轮定位仪及其定位方法与流程

本发明涉及汽车检测设备技术领域，特别是一种非接触四轮定位仪及其定位方法。

背景技术：

四轮定位仪的发展经历了2D、3D四轮定位仪，传统2D四轮定位仪测量准确性低、效率低；近几年的3D四轮定位仪精度有所提高，但还需要用到夹具、目标靶等辅助工具，操作麻烦，费时。2D和3D四轮定位仪都要求设备与汽车有接触，而且安装测量消耗的时间较长，夹具与检测装置的机械性误差，会导致检测最终数据出现叠加性的机械误差，测量精度降低。另外，工具与汽车的接触也会导致轮胎或轮毂不同程度的损伤，造成的二次损伤不利于客户需求。国外有人做非接触的测量尝试，但稳定性与精度欠佳。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种非接触四轮定位仪，运用立体成像技术，结合结构光三维测量方法，使设备具有快速、准确、省工时等优点。

为了实现本发明的目的，采用了以下技术方案：

一种非接触四轮定位仪，包括四轮定位分析处理装置，还包括非接触主机单元和分别设于需要定位汽车两侧的两个参考图靶，所述非接触主机单元包括至少一个非接触主机，每个非接触主机分别与四轮定位分析处理装置连接，每个非接触主机包括能够拍摄参考图靶的第一拍摄装置和能够拍摄需要定位汽车车轮的立体成像组件，四轮定位分析处理装置根据非接触主机单元获得的需要定位汽车四个车轮的位置信息和图像信息计算出每个车轮的四轮定位参数；所述立体成像组件为能够获得车轮立体像对的多个第二拍摄装置，即可以是一个非接触主机的多个第二拍摄装置同时从需要定位汽车外侧对该汽车的某个车轮进行拍摄成像，获得该车轮的立体像对。

作为进一步的改进，所述第一拍摄装置为第一相机，第二拍摄装置为第二相机；设置于每个非接触主机的多个第二相机分别为设置在该非接触主机上部的第二相机A和设置在该非接触主机下部的第二相机B；两个参考图靶设置在非接触主机单元的前面。

作为进一步的改进，每个非接触主机还包括分别设置在第二相机A和第二相机B之间的LED发射管，所述LED发射管为上下两排。

作为进一步的改进，所述第二相机B为三个；设于每排LED发射管的每两粒LED灯之间的间距为60厘米，每粒LED灯与水平方向的夹角为45度。

作为进一步的改进，所述非接触四轮定位仪还包括两条导轨，该两条导轨分别设于需要定位汽车的两侧，每条导轨上滑动设有至少一个非接触主机。

作为进一步的改进，所述非接触主机下还固定设有能够沿导轨来回移动的智能控制装置，所述智能控制装置能够通过四轮定位分析处理装置的命令实现滑动和停止滑动；所述四轮定位仪还包括设置在需要定位汽车下的举升机，两条导轨分布在举升机两侧。当然，举升机设置在非接触主机靠近需要定位汽车的一侧，该举升机可以与分布在需要定位汽车两侧的导轨组成定位测量系统。

作为进一步的改进，所述四轮定位参数包括前束角、外倾角、推进角、退缩角、轮距、轴距、轮距差和轴距差；非接触主机下表面与举升机上表面基本齐平。

本发明还提供了上述所述的非接触四轮定位仪的定位方法，包括以下步骤：

步骤一：非接触主机单元的立体成像组件拍摄得到每个车轮的多个图像；其中，每个车轮的多个图像为一个非接触主机的多个第二拍摄装置同时从该车轮外侧拍摄得到；

步骤二：确定每个车轮的各图像像素点在世界坐标系中的三维坐标；

步骤三：四轮定位分析处理装置根据第一拍摄装置拍摄的参考图靶图片得到的每个车轮的位置信息和第二拍摄装置拍摄的每个车轮的图像信息，算出四个车轮全局的三维模型，进而计算出需要定位汽车的四轮定位参数。

其中，步骤三中算出四个车轮全局的三维模型可以包括下列步骤：四轮定位分析处理装置通过参考第一拍摄装置拍摄的参考图靶图片得到的每个车轮的位置信息，在三维世界坐标中将每个车轮的多个图像做边缘提取、切平面分析、车身平面组合得到该车轮立体三维的车轮模拟参数，然后再将四个车轮的车轮模拟参数进行组合数据分析，得到需要定位汽车四个车轮全局的三维模型，进而能够计算出需要定位汽车的四轮定位参数。

步骤三中，将一个图像做边缘提取的步骤，具体为：

1)按行对一个图像从下往上扫描，得到行像素都为0的满足高度要求的行J_S；图像可以是结构光栅投影的图像。

2)接着以J_S为起始行照列向下搜索，找到第一个灰度值为240的点即为轮毂的边缘点，然后将该列的其他点的像素都置为0，得到车轮轮毂边缘点；

3)接着，使用条纹中心算法二次提取，得到孤立的光条中心点，并将这些点连成线即可得到车轮毂边缘线。

作为进一步的改进，当非接触四轮定位仪的非接触主机包括LED发射管时，在步骤一之前，LED发射管工作，将其发射的结构光栅投射到轮胎和轮毂上；步骤一中，立体成像组件接收到光线是结构光栅的投影。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

1)本发明的非接触四轮定位仪，不需要夹具，使用者不需要安装目标靶到车轮上，设备与车轮没有任何物理接触，测量方便快捷。

2)设置立体成像组件，运用立体成像技术，结合三维分析方法，使设备具有更快速、更准确、更省工时等优点。

3)每个工业相机(第二相机)只接收特定波长(红外光波长)的LED发射管投射的结构光栅，可以排除外界光线对车轮投射的影响，从而提高测量精度，使得本发明四轮定位仪测量精度达到0.01度。当一个非接触主机设有四个第二相机时，主机可以读取世界上95％以上的不同形状的轮胎。

附图说明

图1为非接触四轮定位仪测试汽车四轮定位参数的主视结构示意图；

图2为非接触四轮定位仪测试汽车四轮定位参数的俯视结构示意图；

图3为非接触主机测试汽车四轮定位参数的光线情况图；

图4为非接触主机和导轨结构示意图；

图5为非接触主机侧视结构示意图；

其中，1、参考图靶；2、用于放置参考图靶的支架；3、非接触主机；31、前轮非接触主机；32、后轮非接触主机；4、汽车；5、导轨；6、第二相机A；7、LED发射管；8、第二相机B；9是第一相机；10是车轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。

一种非接触四轮定位仪，包括四轮定位分析处理装置，还包括非接触主机单元和分别设于需要定位汽车两侧的两个参考图靶1，所述非接触主机单元包括至少一个非接触主机3，每个非接触主机3分别与四轮定位分析处理装置连接，每个非接触主机3包括能够拍摄参考图靶1的第一拍摄装置和能够拍摄需要定位汽车车轮的立体成像组件，四轮定位分析处理装置根据非接触主机单元获得的需要定位汽车四个车轮的位置信息和图像信息计算出每个车轮的四轮定位参数；所述立体成像组件为能够获得车轮立体像对的多个第二拍摄装置。可以是四轮定位分析处理装置根据非接触主机单元获得的需要定位汽车四个车轮的位置信息和图像信息计算出需要定位汽车四个车轮全局的三维模型，进而计算出每个车轮的各项四轮定位参数。全局的三维模型可以包含四个车轮轮廓形状以及四个车轮相互位置关系的立体模型图。

当一个非接触主机放置在需要定位汽车的一侧(左侧或右侧)，并且想获得某个车轮的图像时，该非接触主机的多个第二拍摄装置可以获得该个车轮的立体像对。

本发明运用立体成像技术，不仅得到的各项四轮定位参数数据准确、快速，而且能够测试前束角、外倾角、推进角、退缩角、轮距、轴距、轮距差和轴距差等四轮定位参数。当然，四轮定位参数也可以是前束角、外倾角、推进角、退缩角、轮距、轴距、轮距差和轴距差中的多个。

优选地，所述第一拍摄装置为第一相机9，第二拍摄装置为第二相机；设置于每个非接触主机的多个第二相机分别为设置在该非接触主机上部的第二相机A6和设置在该非接触主机3下部的第二相机B8；两个参考图靶1设置在非接触主机单元的前面。多个第二相机是能够获得多立体像对的多个第二相机。当然，第二相机A和第二相机B也能够获得车轮的立体像对图像。

可以设置第二相机B8为三个，这样得到的每个车轮的立体图像更加清晰精确。一个非接触主机设置四个相机，使得该非接触主机可以读取世界上95％以上的不同形状的轮胎。

当一个非接触主机测试某一个车轮时，为了更好的观测，最好设于该非接触主机的立体成像组件的高度和宽度小于或接近该车轮的高度和宽度。可以是设置于该非接触主机的第二相机A顶部高度与该车轮轮毂顶部高度接近或齐平，第二相机B底部高度在该车轮底部高度之上，最好接近底部，最左侧的第二相机B的左边缘与最右侧的第二相机B的右边缘之间的距离与小于车轮的直径。当然，车轮包括轮胎和轮毂。

优选地，每个非接触主机还包括分别设置在第二相机A6和第二相机B8之间的LED发射管7，所述LED发射管7为上下两排即设置于一个非接触主机的LED发射管分为上下两排。非接触主机第二相机只接收LED发射管投射的结构光栅(红外光)，可以排除外界光线对车轮投射的影响，从而提高测量精度。当然，当某个非接触主机设置LED发射管7时，设置于该非接触主机的第二相机A6和三个第二相机B8都能够接收LED发射管投射的结构光栅，即设置于每个非接触主机的第二相机A6和三个第二相机B8都是带有滤光功能的相机。LED发射管7为上下两排，使得第二相机能够更好的观测车轮。

优选地，(设置于每个非接触主机的)每排LED发射管的每两粒LED灯之间的间距为60厘米，每粒LED灯与水平方向的夹角为45度。进而第二相机能够更好的接收LED发射管发出的结构光栅的投影，进而更好的观测车轮。

优选地，所述非接触四轮定位仪还包括两条导轨5，该两条导轨5分别设于需要定位汽车的两侧，每条导轨5上滑动设有至少一个非接触主机3。设置导轨5，能够让非接触主机移动更加方便。每一个导轨5上的每个非接触主机都能够拍摄设置于该导轨一侧的一个参考图靶1。当每条导轨上设置一个非接触主机3时，可以是该非接触主机的多个第二相机先拍摄设置于靠近该导轨一侧的一个车轮10，获得该车轮的立体像对，再沿导轨移动至该侧另外一个车轮10处拍摄，得到该车轮的立体像对，当然，每次拍摄都拍摄了设置于该侧的一个参考图靶1。最好非接触主机3为四个，每一个非接触主机3与一个车轮10相匹配，即每一个非接触主机3的多个第二相机用来拍摄一个车轮10，对该个车轮进行立体成像，得到该车轮的立体像对。这样测试更加方便快捷。当每条导轨上设置两个非接触主机，测试时，每个非接触主机的立体成像组件拍摄一个车轮，得到该车轮的图像信息，每个非接触主机的第一相机拍摄设置于该非接触主机一侧的一个参考图靶，得到每个车轮10的位置信息。可以是每个非接触主机的第一相机设置在该非接触主机的前侧，而立体成像组件(多个第二相机)设置在该非接触主机靠近车轮的一侧。

优选地，所述非接触主机3下还固定连接有能够沿导轨来回移动的智能控制装置，所述智能控制装置能够通过四轮定位分析处理装置的命令实现滑动和停止滑动。所述智能控制装置一般包括滑动设置在导轨上的支撑板和固定设置在支撑板上的智能电机，智能控制装置会沿着导轨来回移动，在移动过程中，当非接触主机的立体成像组件获得一个车轮最清晰的立体图像时，四轮定位分析处理装置会发出命令使智能电机停止移动，进而使得非接触主机停止移动，当需要测定设置在该侧的另一个车轮的立体图像时，四轮定位分析处理装置会发出命令使智能控制装置沿导轨移动至靠近另一个车轮处，进而使得非接触主机移动至靠近另一个车轮处。即四轮定位分析处理装置会根据智能电机的位置信息发出信号命令让智能电机运动或停止运动。

优选地，所述四轮定位仪还包括设置在需要定位汽车下的举升机，两条导轨5分布在举升机两侧。设置举升机，测试更加方便。

优选地，非接触主机3下表面与举升机上表面基本齐平。这样第二相机拍摄到的图片更加清晰。

本发明还提供了上述所述的非接触四轮定位仪的定位方法，包括以下步骤：

步骤一：非接触主机单元的立体成像组件拍摄得到每个车轮的多个图像；其中，每个车轮的多个图像为一个非接触主机的多个第二拍摄装置同时从该车轮外侧拍摄得到；进而能够得到该车轮的立体像对；

步骤二：确定每个车轮的各个图像中像素点在世界坐标系中的三维坐标；其中，确定各个图像中像素点的三维坐标，包括根据各图像中的像素点在图像坐标系的二维坐标，以及预先确定的图像坐标系下二维坐标与世界坐标系下的三维坐标的转换关系，分别将各图像中像素点的二维坐标转换为对应的三维坐标。

步骤三：四轮定位分析处理装置根据第一拍摄装置拍摄的参考图靶的图片得到的每个车轮的位置信息和第二拍摄装置拍摄的每个车轮的图像信息，算出四个车轮全局的三维模型，进而计算出需要定位汽车的四轮定位参数。

其中，步骤三中算出四个车轮全局的三维模型可以包括下列步骤：四轮定位分析处理装置通过参考第一拍摄装置拍摄的参考图靶的图片得到的每个车轮的位置信息，在三维世界坐标中将每个车轮的多个图像做边缘提取、切平面分析、车身平面组合得到该车轮立体三维的车轮模拟参数，然后再将四个车轮的车轮模拟参数进行组合数据分析，得到需要定位汽车四个车轮全局的三维模型，进而能够计算出需要定位汽车的各项四轮定位参数。

另外，第一相机拍摄参考图靶的步骤只要设置在步骤三之前即可。

作为进一步的改进，当非接触四轮定位仪为设有LED发射管的非接触四轮定位仪时，在步骤一之前，LED发射管工作，将其发射的结构光栅投射到轮胎和轮毂上；步骤一中，立体成像组件接收到的光线是结构光栅的投影，具体可以为：

步骤一：当非接触主机为四个，分别为两前轮非接触主机31和两后轮非接触主机32时，可以移动该四个非接触主机使得每个非接触主机与一个车轮的位置相对应。例如：可以通过两前轮非接触主机寻找两前轮位置，确定两前轮位置后，两后轮非接触主机寻找两后轮位置。当然，非接触主机也可以是一个或两个等，此处以四个非接触主机为例来说明。

步骤二：每个非接触主机上的两组LED发射管7工作，将特定波长(红外光的波长)的一组结构光栅投射到轮胎和轮毂上。当然，特定波长指的是红外光，波长范围为760nm-1mm。

步骤三：四个非接触主机的立体成像组件接收特定波长(红外光的波长)的结构光栅的投影，非接触主机单元的立体成像组件拍摄得到每个车轮的多个图像；其中，每个车轮的多个图像为一个非接触主机的多个第二相机同时从该车轮外侧拍摄得到；当然，图像是第二相机接收特定波长(红外光的波长)的结构光栅的投影后得到的；

步骤四：四轮定位分析处理装置通过参考每个第一相机拍摄的参考图靶的图片，得到四个车轮的位置信息，然后，四轮定位分析处理装置在三维世界坐标中将每个车轮的多个图像做边缘提取、切平面分析、车身平面组合得到该车轮立体三维的车轮模拟参数；

步骤五：将四个车轮的车轮模拟参数进行组合数据分析，得到需要定位汽车四个车轮的全局的三维模型，进而能够计算出需要定位汽车的各项四轮定位参数。

当设置结构光栅时，采用国标JT/T505-2004测得本发明非接触四轮定位仪测量精度达到0.01度。

四轮定位分析处理装置可以是四轮定位分析仪电脑。

需要说明的是，本发明多个指的是两个以上。车轮外侧可以是汽车的某一侧，例如：一个后车轮远离另外一个后车轮的一侧。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。