专利名称：智能化四轮定位仪的测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车车轮定位参数的测量方法及装置，具体地说，是一种适用于20英寸以下汽车车轮定位参数的智能化测量方法及装置。
背景技术：
目前在我国汽车维修行业四轮定位仪有拉线式、光学式、电脑拉线式、电脑激光式、电脑红外无线式和电脑红外无线CCD式六种。它们的测量原理是一致的，只是采用的测量方法(或使用的传感器的类型)及数据记录与传输的方式不同。拉线式、光学式四轮定位仪是早期的产品，目前在一些维修企业还在使用，但这两种四轮定位仪大都采用老式的轮轴测量仪或者常规的电子仪器，安装测量过程复杂，费时费力且测量数据不准确。而汽车车轮定位系统，有越来越多的附加测量调整点，以及从汽车生产方面提出的越来越狭窄的公差规定。所以，拉线式、光学式四轮定位仪已满足不了对现代汽车车轮定位系统的维修。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种智能化四轮定位仪的测量方法及装置，即一种新型的红外无线CCD测量车轮定位参数的测方法及装置，以弥补现有四轮定位参数测试精度低、数度慢、测试费时费力的缺陷。
为了达到本发明的目的，本发明是这样实现的四个传感器发出八束红外光围成一个360度的测量场，汽车车轮的定位参数就可一次测量完毕，传感器和电脑主机之间、传感器与传感器之间的数据传输采用红外无线通讯。电脑主机的控制软件采用中文界面，人机对话友好，最后的测量结果以表格形式表示，并可通过打印机打出测量结果。
本发明由控制机柜，传感器，电子转角盘，快速夹具，主机无线通讯模块组成。控制机柜与主机无线通讯模块通过航空插头和屏蔽电缆连接；四个传感器分别与四个快速夹具通过轴套配合连接，再通过锁紧装置固定；其中两个传感器分别与电子转角盘通过航空插头和屏蔽电缆连接。
传感器是本产品的核心部件，一套产品包含有四个传感器。每个传感器都有两个发光系统和光学接收系统，光学接收系统把与之相对的传感器发出的光线成像在CCD上。微处理器把CCD输出的信号进行处理并依次计算出相应的车轮定位数据，CCD具有很高的分辨率，其分辨率为14微米。采用CCD测量方式，每个传感器包含红外发送和红外接收装置。传感器内部还有一套精密的码盘和光学编码模块，用来进行车轮偏位补偿。传感器内置大容量可充电电池。夹具是依轮辋外边缘为基准和车轮直接连接在一起的，传感器通过夹具连接到车轮上。
每个传感器由MCU(16位微处理器)，传感器无线通讯模块，光电编码模块，大容量电池，外部发光系统，内部发光系统，光电耦合器件CCD，光学接收系统组成。
MCU与无线通讯模块、光电编码模块、大容量电池通过接插件和屏蔽电缆连接，外部发光系统，内部发光系统，光电耦合器件CCD的驱动通过印制板连接，光学接收系统由开好模具的塑料件来安装固定。
电荷耦合器件(CCD，Charge Coupled Devices)图象传感器具有尺寸小，工作电压低，使用寿命长，且坚固耐冲击及电子自动扫描等优点。另外CCD是一种无增益器件，它具有存储电荷的能力，因而可利用光作为输入信号完成测量功能。由于采样按像元一一对应的采样，因而在水平方向的最高分辩率上可基本接近CCD芯片的水平像元数，最充分地利用了CCD芯片的分辨率。CCD输出的信号经数字化后，直接计算出所需空间的绝对尺寸，其误差是确定且已知的，再加上线形好的优点，使其输出的信号可提高测量精度，从而使测量水平进一步提高。另外，CCD输出信号数字化后可方便的与存储器、计算机或数字信号处理器(DSP)等相连接。因而采用这种技术的四轮定位仪测试精度可以达到很高。
本发明的特点可以归纳为(1)、由于采用了新的算法，所有定位参数可一次测量完成，测量速度快；(2)、由于采用了CCD光电器件，测量精度高；(3)、控制机柜和传感器之间采用红外无线数据传输，这样测试更方便；(4)、传感器内部有大容量可充电电池，这样不用引线，测试更方便；(5)、采用精密光学码盘和光学编码模块，使角度的测量精度得到保证。
图1是本发明的测量场示意图；图2是本发明系统总体原理框图；图3是本发明传感器总体原理框图；图4是本发明光学系统图；图5是本发明CCD驱动原理图；图6是本发明CCD驱动波形；图7是本发明CCD输出信号处理原理图。
具体实施例方式为了更好的说明本发明，下面结合附图作进一步的描述。
如附图1--7所示，传感器3、4、5、6分别安装在快速夹具7、8、9、10上，围成一个360度的测量场。电子转角盘11、12分别与传感器3、4通过屏蔽电缆连接。控制机柜1通过主机无线收发模块2向传感器发出命令，传感器3、4、5、6收到命令后，首先判断命令地址是否和自己的地址相同，如相同则执行相应的命令，若不相同则就不动作。
本发明的关键技术之一就是CCD工作需要一组时序要求比较严格的驱动信号，驱动时序图见图6。图5为CCD工作时序图驱动电路，如图所示晶体振荡器产生2M的时钟信号CLK，CLK经过反相器后，再经第一级D触发器分频产生信号A，经第二级D触发器分频产生信号B，信号A与信号B相与后就产生CCD所需的复位信号RS，CLK经第三级D触发器分频后产生信号C，信号A与信号B相与产生信号D，信号C与信号D相与后再和光积分信号SH相或就产生CCD工作时的时钟信号Φ，光积分信号SH的产生需要一个12位的预置计数器，当规定的计数到后，产生一个脉冲作为D触发器的时钟输入端，这样在D触发器的反相输出端就产生所需要的光积分信号SH。
CCD工作后，它的输出信号要经过低通滤波，信号放大，自动阀值电路和二值化电路后才能进入微处理器进行测试。CCD输出信号处理电路如图7所示，首先经过LC无源低通滤波电路，截止频率为15KHz。然后再经过放大电路，放大倍数为2，自动阀值电路是把CCD输出信号的最大值保持下来，作为二值化电路的比较电平，也就是说二值化电路的比较电平是随着CCD输出信号的大小而自动变化的，采取这样的电路可以保证二值化后的信号宽度足够窄，这样可以提高测量的精度。
本发明正常工作还需要一套完整精密的光学系统，如图4所示，外部光源24经过一小发射透镜23聚光后，使光源变成一束平行光，也使光源的能量加强，平行光源再经过一个带通红外滤光片22，中心波长为946±15nm，然后再经一柱面透镜21成像在CCD19面上，在此之所以选择柱面透镜，是因为CCD19每一像素为14×14um，如果是点光源的话，有可能光打不到CCD19面上，柱面透镜成像为一条极细的线段，线段的长度大于CCD19像素的宽度，这样能够保证每一束光都能打到CCD19面上。
每个传感器由MCU(16位微处理器)13，传感器无线通讯模块14，光电编码模块15，大容量电池16，外部发光系统17，内部发光系统18，光电耦合器件CCD19，光学接收系统20组成。
每一个传感器的电源都是通过大容量电池16供电，大容量电池通过智能充电电路来充电，该电路的最大充电电流为1A，充电方式有快冲和慢冲，可以保证把电充足，电池充满电后，自动停止充电，保护电池过充电，当电池电压降到一定程度时，又会自动接着充电，防止电池馈电严重，延长电池的使用寿命。MCU13通过无线收发模块14收到控制机柜1发来的命令后，根据命令来驱动外部发光17或者内部发光18，经过光学接收系统20后，再从CCD19上读到数据，在通过算法计算出车轮定位参数。
当进行偏位补偿或电子转角盘测量时，MCU13发出控制信号通过印制板控制精密光电码盘，光电码盘的分辨率为256，则从码盘上读到的数换算成角度值如下式所示 其中R2为从码盘上读到的数。
权利要求
1.一种智能化四轮定位仪的测量方法，其特征是四个传感器发出八束红外光围成一个360度的测量场，汽车车轮的定位参数一次测量完毕；传感器和电脑主机之间、传感器与传感器之间的数据传输采用红外无线通讯；每个传感器都有两个发光系统和光学接收系统，光学接收系统把与之相对的传感器发出的光线成像在CCD上；微处理器把CCD输出的信号进行处理并依次计算出相应的车轮定位数据；采用CCD测量方式，每个传感器包含红外发送和红外接收装置；传感器内部还有一套精密的码盘和光学编码模块，用来进行车轮偏位补偿；传感器内置大容量可充电电池。
2.根据权利要求1所述的智能化四轮定位仪的测量方法，其特征是每个传感器由MCU(16位微处理器)(13)，无线通讯模块(14)，光电编码模块(15)，大容量电池(16)，外部发光系统(17)，内部发光系统(18)，光电耦合器件CCD(19)，光学接收系统(20)组成；MCU(13)与无线通讯模块(14)、光电编码模块(15)、大容量电池(16)通过接插件和屏蔽电缆连接，外部发光系统(17)，内部发光系统(18)，光电耦合器件CCD(19)的驱动通过印制板连接，光学接收系统(20)由开好模具的塑料件来安装固定。
3.使用如权利要求1或2所述的智能化四轮定位仪的测量方法的专门装置，其特征是由控制机柜(1)，传感器(3)、(4)、(5)、(6)，电子转角盘(11)、(12)，快速夹具(7)、(8)、(9)、(10)，无线通讯模块(2)组成，其中控制机柜(1)与无线通讯模块(2)通过航空插头和屏蔽电缆连接；传感器(3)、(4)、(5)、(6)分别与快速夹具(7)、(8)、(9)、(10)通过轴套配合连接，再通过锁紧装置固定；传感器(3)、(4)分别与电子转角盘(11)、(12)通过航空插头和屏蔽电缆连接；夹具是依轮辋外边缘为基准和车轮直接连接在一起的，传感器通过夹具连接到车轮上。
全文摘要
本发明公开了一种智能化四轮定位仪的测量方法及装置，四个传感器发出八束红外光围成一个360度的测量场，汽车车轮的定位参数一次测量完毕；传感器和电脑主机之间、传感器与传感器之间的数据传输采用红外无线通讯。由于采用了新的算法，所有定位参数可一次测量完成，测量速度快；同时由于采用了CCD光电器件，测量精度高；另一方面，控制机柜和传感器之间采用红外无线数据传输，这样测试更方便；由于采用了精密光学码盘和光学编码模块，使角度的测量精度得到保证。
文档编号G01M17/00GK1570587SQ0315017
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月22日 优先权日2003年7月22日
发明者庞尊国, 李红林, 宿洪洁, 魏志良, 冯永进 申请人:烟台麦特电子有限公司