专利名称：用于定位机车的具有机车位置调节机构的3d机械视觉测量系统的制作方法
相关申请引用本申请要求2000年6月8日提交的美国临时申请60/214,390的权利，这里引入本文作为参考。
可以采用多种方法校准机车车轮。例如，操作者或校准技术员可使用视觉成像系统，例如采用照相机等感光设备的计算机辅助三维(3D)机械视觉系统，来确定不同物体的位置。尽管这种机械视觉系统通常用于进行校准，但也可用于获得机车的其它方位和角度方向信息。在1998年3月10日授权给Jackson等人的名称为“确定机车车轮位置的方法和设备”的美国专利5,724,743与1996年7月16日授权给Jackson等人的名称为“确定机车车轮位置的方法和设备”的美国专利5,535,522中公开的设备与方法实施例在本申请中引用作为参考。在上述专利中公开的设备有时被称为“3D校准器”或“校准器”，下面称之为视觉成像系统。如本申请中使用的，术语“位置确定系统”指校准系统，例如视觉成像系统，而不是其它与校准系统结合使用以获得机车位置和角方向方位信息的部件。
图1中示出一种位置确定系统。位置确定系统100包括视觉成像系统102，该图像系统102具有一对安装在车梁114上的固定的隔开设置的照相机110、112。车梁114的长度足以使照相机110、112分别位于将被位置确定系统100定位的任何机车的两侧。并且，车梁114使照相机110、112的位置足够高于车间地面116，以确保机车左侧的两个目标物118、120在左侧照相机110的视场内，机车右侧的两个目标物122、124在右侧照相机112的视场内。
目标物118、120、122、124安装在机车的车轮126、128、130、132上，每个目标物118、120、122、124包括目标主体134、目标元素136和连接设备138。连接设备138连接目标物118、120、122、124至车轮126、128、130、132上。在1991年6月18日授权给Borner等人的题为“车轮校准轮缘夹钳”的美国专利5,024,001中公开的连接设备实施例被引入本申请中作为参考。目标元素136设在目标主体134上，在美国专利5,724,743中描述的发明中使用目标元素136和目标主体134的实施例。
操作中，一旦位置确定系统100被校准目标(未示出)校准，如参考文献中所述，机车可开到支架133上，如果需要，可把机车升高到合适的修理高度。目标物118、120、122、124与轮缘连接，然后被引导，因此目标主体134上的目标元素136分别对应照相机110、112。机车与车型年份然后同其它识别参数，例如VIN号码、许可号码、所有者名字等一起进入视觉成像系统102。
目标物118、120、122、124相对于其所附着的车轮126、128、130、132的轮缘的位置一般可精确到大约0.01″和0.01°。一旦目标物118、120、122、124被映射到某一位置，车轮126、128、130、132转动至其它位置，并产生新图像。使用目标物118、120、122、124在两个位置的映射定位，车轮126、128、130、132和车轮轴的实际位置和方位可以利用视觉成像系统102计算出来。尽管两个位置之间的距离改变，通常这个距离约为8英寸。
使用位置确定系统中存在的与将机车移动到不同位置有关的问题是机车必须用手工从一个位置推到下一个位置。这种机车推动需要相当的力度。例如，如果车是很重或技术人员没有足够的力去推动机车，技术人员可能无法在两位置之间滚动或安全地滚动机车。因此，在技术人员做测量时需要一种无需相当程度的力即可用位置确定系统来定位机车的设备。而且，需要一种可精确地把机车滚动到选取目标图像位置的设备。这种需求及非视觉型对准设备的需求和其它需要机车滚动相对短距离的应用不断增加。
通过提供一个机车位置调节机构，将机车移入视觉成像系统的至少两个成像位置，操作位置确定系统的技术人员能定位机车，而无需施加额外的物理力。另外，操作人员通过使用控制器能控制机车在视觉成像系统可接受的位置公差内的位移。机车的一般位移为从初始起点向后8英寸然后从初始起点向前8英寸。
机车位置调节机构包括与本体连接以将本体支持在表面上的表面支持轮。还可提供用于接合车轮的机车支持轮。并且，机车位置调节机构能包括驱动机车支持轮和表面支持轮中的至少一个的电动机，用于将机车驱动进入至少两个位置。
本体围绕并与机车的车轮接合，它包括空腔，将车轮插入空腔中以进行接合。本体还可包括开口端，机车轮胎通过开口端被插入到空腔中。本体还包括这种特征，例如以使本体分开的接头和用于调节空腔宽度的宽度调节器。
在可选的方面，本体包括用于将机车接合的从基座伸出的接合臂。接合臂可包括用于将接合臂与机车连接的连接设备。
在另一可选方面，本体包括用于接合机车的接合设备、用于将本体附在支架上轨道的接合设备和用于沿轨道驱动接合设备的电动机。例如，支架内作为校准支架，接合设备可用于调节器。并且，连接设备能作为支架和副齿轮系统。
本发明的其它优点对于本领域技术人员从下面的详述中会很快理解，说明书中以展开本发明最佳实施方式的目的仅示出一个本发明的实施例。如所将认识到的，本发明具有其它不同实施例，且不偏离本发明的精神。此外，附图和说明使解释性而非限定性的。
图4为机车位置调节机构的俯视图；图5为又一种机车位置调节机构的俯视图；图6为另一种机车位置调节机构的剖面图；图7为再一种机车位置调节机构的侧视图；图8为再一种机车位置调节机构的俯视图；图9为图8中机车位置调节机构的侧视图；和图10A、10B为图8中机车位置调节机构中另一种接合设备的局部侧视图。
调节器轮包括用于在表面228上滚动机车位置调节机构200的表面支持轮222和用于连接机车212的车轮210的机车支持轮224。尽管表面支持轮222和机车支持轮224能结合成一组调节器轮，在机车位置调节机构200的当前特征中，单独的车轮组分别用作表面支持轮222和机车支持轮224。尽管不是必需，表面支持轮222能与机车支持轮224接合，而调节器轮222、224组件的一个车轮的旋转有利于旋转其它组的车轮。
电动机226驱动调节器轮222、224组件的至少一个车轮。在这一方式中，机车212能从一个位置移动到另一个位置。例如，如果电动机226驱动机车支持轮224，机车支持轮224与车轮210的接合将旋转传递给车轮210，车轮210的旋转引起机车212移动。可选地，如果电动机226驱动表面支持轮222，表面支持轮222相对于表面228旋转，引起机车位置调节机构200的移动，从而引起轮胎210的移动。如果表面支持轮222与机车支持轮224接合，电动机26驱使的轮222、224组中任一轮的旋转直接引起机车支持轮224带动的车轮210的旋转和表面支持轮222相对于表面228的移动。
机车位置调节机构200还可包括控制机车位置调节机构200向机车212移动的方向和距离的控制器216。控制器216还引导机车位置调节机构200去移动机车212至每个视觉成像系统对目标物214成像的位置，所述成像位置在视觉成像系统说明的可接受位置公差范围内。控制器216与电动机226连接，连接可以是任何能够使信息前后传递的连接方式。例如，连接可以是物理线连接，如图所示，或者为无线连接，如红外线连接。
尽管如图所示的控制器216与位置确定系统的视觉成像系统分开，控制器216也可在位置确定系统的视觉成像系统之中，视觉成像系统控制控制器216的功能。控制器216还可与位置确定系统的视觉成像系统通讯，告知机车到达目标物214将被成像的特定位置，并引起视觉成像系统开始对目标物21予以成像。能够提供前述特征的控制器216对本领域技术人员是已知的，机车位置调节机构200不限定于特定型号的控制器216。
机车位置调节机构200的本体220能定位成环绕及接合车轮210，对机车位置调节机构200的任何修改以制成这种可能的本体220都是可接受的。例如，如图4所示，本体220可包括空腔234，车轮210插入空腔中。本体220还可包括接头230，可允许本体220部分或全部的分开，以便于车轮插入至空腔234中。操作中，本体220沿一个或多个接头230分开，然后定位以与车轮210接合。车轮210被机车支持轮224连接后，本体220再沿一个或多个接头230接合。
在图5所示的另一实施例中，本体220可具有开口端238。操作时，车轮210穿过本体220的开口端238，然后定位成被机车支持轮224接合。本体220还可包括宽度调节器232。宽度调节器232使机车支持轮224之间的距离增大或减小，从而使机车位置调节机构200适应车轮210的不同尺寸。宽度调节器232能够实现前述功能，这对本领域技术人员是已知的，机车位置调节机构200不局限于任何特定型号。
图6中示出另一种机车位置调节机构。机车位置调节机构250类似于前述的机车位置调节机构200，都包括本体260、调节器轮262和电动机264。本体260支持调节器轮262和电动机264。电动机264驱动其中至少一个调节器轮262，在这种方式中，车轮202能从一个位置移动到另一个位置。
如果车轮210于机车位置调节机构250的车轮262接合，调节器轮262与表面266接触，调节器轮262可用高于调节器轮262和车轮210之间的摩擦系数的材料制成。在这种方式中，机车位置调节机构260的调节器轮262的接合产生较小摩擦力，使得调节器轮262和车轮210彼此相对滑动。机车位置调节机构250还可包括控制器216(如图2中所示)，其已在前面第一机车位置调节机构200中有述。
操作时，机车位置调节机构200、250可沿任一车轮210放置。或者，机车位置调节机构200、250可沿两个或多个车轮210放置。尽管通过把机车位置调节机构200、250放置在后车轮210上，前车轮可转动而不受机车位置调节机构200、250的影响，机车位置调节机构200、250的位移不限于特定的车轮210。
图7中示出其它机车位置调节机构300。机车位置调节机构300包括基座310、支承件314、表面支持轮312和接合臂324。基座310被表面支持轮312支持在表面330上，支承件314从基座310伸出。接合臂324在支承件314内以插孔的方式开有沟槽，以使接合臂324在支承件314内垂直移动。机车位置调节机构300还可包括电动机(未示出)，以驱动表面支持轮312。在这种方式中，轮316能移动到视觉成像系统对车轮318上的目标物320进行成像的需要位置。机车位置调节机构300还可包括控制器322，以控制机车位置调节机构300和接合臂324的移动。适于用于机车位置调节机构300的控制器322已在前述的第一机车位置调节机构200中有述。
接合臂324与机车316连接，在附有接合臂324的机车316上的连接位置不受限制。接合臂324能受电动机(未示出)驱动相对于支承件314移动，并相对于支承件314移动接合臂324，以与机车316接合，而使机车位置调节机构300更易于移动机车316。
图8、9中示出另一个机车位置调节机构。机车位置调节机构400包括支持接合装置412和可移动连接器414的本体410。可移动连接器414将本体410与轨道432连接，并使本体相对于轨道432移动。操作时，接合装置412定位在机车(未示出)下面，然后接合装置412升高以接合机车。机车位置调节机构400然后沿着轨道432向前后移动，以把机车定位在至少两个视觉成像系统的成像位置。
尽管机车位置调节机构400不局限于此方式，其沿着轨道432移动，轨道432与校准支架430连接。校准支架430对本领域技术人员是已知的，它包括转盘434和防撞击滑板436。一方面，尽管一个机车位置调节机构400能用作支架430，两个或多个机车位置调节机构400用于连接机车。
能够接合机车的接合装置412对本领域技术人员是公知的，机车位置调节机构400不局限于特定型号的接合装置412。例如，接合装置412能是气囊形式，它膨胀时与机车接触。接合装置412的另一实施例使用液压来接合机车。接合中，接合装置412接合机车，从而能施加力量以水平移动机车。
一方面，接合装置412不会抬高机车，因为视觉成像系统对目标物214成像时抬高机车会改变机车的校准特征。在示意性方面，如图10A、10B所示，接合装置412包括例如为U形或V形的支架440。这样做，支架440能够接合机车446并能够用支架440的内侧442施加水平力。此外，支架440包括压力传感器446，并且在机车446被上举前停止接合装置412的向上压力。
机车位置调节机构400不限于特定型号的连接器414，只要连接器414将机车位置调节机构400连接到轨道432并使机车位置调节机构相对于轨道432移动。并且，一方面连接器414包括控制机车位置调节机构400相对于轨道432移动的电动机(未示出)。连接器414的一个实施例为支架和副齿轮系统，如图所示。连接器414的另一实施例为液压控制滑板(未示出)。
机车位置调节机构400还可包括控制机车位置调节机构400移动机车的方向和距离的控制器416。控制器416也引导机车位置调节机构400去移动机车至每个视觉成像系统对目标物予以成像的位置，所述位置在视觉成像系统指明的可接受位置公差范围内。控制器416与连接器414连接，后者用于相对于轨道432移动机车位置调节机构400。
尽管示出的控制器416与视觉成像系统分开，控制器416也可在位置确定系统的视觉成像系统内部。控制器416还示意视觉成像系统机车已到达特定的目标物成像位置，并引导视觉成像系统开始对目标物成像。能够执行前述操作的控制器416一般对本领域技术人员是公知的，机车位置调节机构400不局限于特定型号的控制器416。
利用传统材料、方法和设备可实现本发明。因此，这些材料、方法和设备的细节不在这里做详细说明。在前述说明中，阐述许多特殊的细节以提供对本发明的充分理解，例如特定材料、结构、化学制品和过程等。然而，应当认识到不采用前述细节也能实现本发明。换言之，已知的处理结构已做详述，以不会对本发明产生不必要的误解。
在本发明公开中，示出并说明了一个而不是数个功能性实施例。应当理解本发明能够用于其它不同的情况和环境，并能在所阐释的本发明概念的范围内予以修改或改正。
权利要求
1.一种位置确定系统，包括视觉成像系统；和机车位置调节机构，用于在视觉成像系统的至少两个检测位置之间移动机车，所述机车位置调节机构包括本体，用于连接机车；和控制器，用于控制机车位置调节机构移动机车的方向和位置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机车位置调节机构进一步包括表面支持轮，连接在本体上以将本体支持在表面上；电动机，用于机将车驱动进入至少两个位置之间。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机车位置调节机构安装在支架上。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述本体围绕并与机车的车轮连接。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本体包括驱动部件和空腔，车轮插入所述空腔而与驱动部件接合。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述本体包括开口端，机车轮胎穿过所述开口端而插入空腔内。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述本体包括接头，使本体被打开供车轮进入。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述本体包括宽度调节器，用于调节空腔的宽度。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述驱动部件包括机车支持轮，用于连接机车车轮。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电动机驱动机车支持轮和表面支持轮中的至少一个。
11.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述本体还包括用于连接机车的接合臂。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述本体还包括接合装置，用于连接机车；附接装置，用于将本体连接至支架上的轨道；和电动机，用于沿轨道驱动附接装置。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述接合装置为气囊。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述附接装置为支架和副齿轮系统。
15.一种机车位置调节机构，用于在视觉成像系统的至少两个检测位置之间移动机车，包括本体；表面支持轮，用于将本体支持在表面上，表面支持轮与本体连接；机车支持轮，用于连接机车车轮，机车支持轮与本体连接；电动机，驱动表面支持轮和机车支持轮中的至少一个；和控制器，连接电动机，以控制机车位置调节机构移动机车的方向和距离。
16.如权利要求15所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述本体包括空腔，机车车轮插入空腔以进行连接。
17.如权利要求16所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述本体包括开口端，机车车轮插入开口端。
18.如权利要求16所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述本体包括宽度调节器，以调节空腔宽度。
19.如权利要求15所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述本体包括接头，使本体分开。
20.如权利要求15所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述至少两个位置之间的距离小于16英寸。
21.一种机车位置调节机构，用于在视觉成像系统的至少两个检测位置之间移动机车，包括本体；接合装置，用于连接机车，所述接合装置连接在本体上；附接装置，用于将本体连接在支架上的轨道上；电动机，沿着轨道驱动附接装置；和控制器，控制连接装置和电动机，以控制机车位置调节机构移动机车的方向和距离。
22.如权利要求21所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述支架为校准支架。
23.如权利要求21所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述连接装置为气囊。
24.如权利要求21所述的机车位置调节机构，其特征在于，所述附接装置为支架和副齿轮系统。
全文摘要
一种用于获得机车的位置信息的系统，包括位置确定系统和机车位置调节机构，用于在视觉成像系统检测的至少两个成像位置之间移动机车。机车位置调节机构包括本体、表面支持轮、电动机和控制器。本体与机车连接，控制器控制机车位置调节机构移动机车的方向和距离。表面支持轮与本体连接并将本体支持在表面上。电动机在至少两个位置之间驱动机车。
文档编号G01B5/255GK1427945SQ01809224
公开日2003年7月2日 申请日期2001年6月27日 优先权日2000年6月28日
发明者大卫·A·杰克逊, 歌顿·F·施梅瑟 申请人:捷装技术公司