专利名称：车轮定位设备的校准检定的制作方法
技术领域：
本申请涉及对车轮定位设备的性能进行测量的技术和设备，用于对系统精度进行独立且可追溯的检定。
背景技术：
汽车或其他车辆上的轮子的精确定位对于车辆的正确操纵和正确的轮胎磨损很重要。正确的车轮定位也会降低油耗并且改进车辆的安全性。典型的车轮定位系统对诸如外倾角、后倾角、转向轴线内倾以及前束等参数进行测量。
已经具有多种不同的装置和系统，用来执行所述车轮定位测量任务中一个或多个。虽然所使用的感知方案可以变化，但是许多当前的定位系统使用安装在车辆轮子上的传感器头或传感器目标件以及处理所感知信号以确定定位参数的计算机。在任何这样的系统中，准确测量取决于对定位系统组件的准确校准。生产商可以校准所述车轮定位系统——作为制造和/或安装过程的一部分——而该系统可以一次次地重新校准以补偿磨损和破缝。已经采用了多种装置和技术来校准不同类型的车轮定位系统。
希望能确认采用一校准系统所得的测量结果满足工业标准，例如由国际标准化组织(ISO)制定的相关标准。换句话说，要表明车辆已经根据某一标准进行了定位，需要使用一种已测试和确认符合该标准的定位系统进行车轮定位。要表明一种定位系统在该标准下符合要求，则需要证明或检定该车轮定位设备的校准精度落入了相关标准所规定的可接受的级别范围内。
在过去，车辆的初始设备制造厂家(OEM)特别所用的一种方法是使用一种预先已经符合要求与适当的国家标准一致的滚动标准规(rollingmaster)来进行系统性能的测量。该滚动标准规为一健壮的装置，近似为车辆的尺寸，并且其由经纬仪系统或激光跟踪器进行确认，从而获得精确公知的车轮定位参数。制造商的技术人员将操作待检定的该车轮定位系统，从而在所述标准规上测量轮子的平面空间角度和空间位置。该定位系统将所测得参数转换为车辆坐标，并且对这些值进行处理以导出靠模例如其前束以及后倾角的定位参数。位置信息也可以表示为轴距、轮距、车轴偏角、横向偏移及类似参数。然后将定位参数和/或位置信息的各个导出值与符合要求的滚动标准规的已知值进行比较，以确定系统测量值相对于由该定位系统所确定各值的精确度。如果该系统测试的精确度位于可接受精确度(例如符合相关的标准)的特定限制范围内，则制造商将可以确认该系统的精确度，因而确认使用该系统而进行的车辆定位。尽管这种方法——使用滚动标准规能满足OEM及类似方的需要，但是其不易于适应普通汽车车间的应用。例如，滚动标准规的运输相对困难，并且在进行车轮定位的每一个轮胎店或汽车经销点设置这样的标准规很显然不够现实。
另一种使用安装于轮子上的测量仪器来查看定位装置的良好校准的方法是在一个或两个校准杆上进行正常测量，并且确定总前束和外倾角是否为零。然而，这种技术不能提供用于允许确认的精度跟踪能力。这种校准的检查不使用与主校准装置分开的确认装置，不能提供单独的前束确认。
因此，需要一种改进的技术，用于提供对车轮定位系统的校准精确度的证实和检定，其容易适用于对可能安装在众多不同车间位置的定位装置进行定期检定。因此，任何解决方案应使用便携的或可折叠的检定设备，从而相对容易地运输到车间或存储在车间。该检定装置应当易于安装和使用，并且可以相对容易地满足其自身的精度。
发明内容
本文所公开的概念涉及上述的一个或多个需求，且还涉及对车轮定位系统进行的校准进行检定的技术和/或设备。
例如，本文涉及一种车轮定位设备的校准检定技术。此方法涉及检查检定夹具的两个侧向间隔件的长度是否正确，且组装两个等长的轴杆以及两个侧向间隔件，以形成一个平行四边形形状的检定夹具。至少检定一个检定夹具的对角线，以确保夹具组装后具有需要的平行四边形的形式。对于矩形的夹具的例子，可通过一间隔件检查两个对角线，然后调节该夹具，直至两个对角线的长度相等。所述的检定方法还涉及把车轮定位系统的头部安装在轴杆相对的两端，且操作车轮定位系统以对检定夹具的参数进行测量。把所测到的参数与检定夹具一个相对应参数的已知值进行比较；如果比较结果表明测到的参数位于检定夹具相对应参数已知值的标准可接受范围内，则定位系统被确认为是准确校准的。
一个用于检定车轮定位器精确度的装置具有一个框架，和在该框架上的一个托架，以支撑车轮定位系统的头部。所述的装置易于搬运。而且，所述框架配置成该托架将该头部支撑在接近车辆轴距和轮距尺寸的位置处，所述的车辆由车轮定位器而测量。
例如依据上述方法的、用于检定车轮定位系统精确度的这样一种装置的例子包括两个具有轴头的、长度相等的轴杆。沿每个相应轴杆的纵向轴线，轴头位于相应的两个轴杆之一的每一端。所述装置好包括两个长度相等的侧向间隔件。每个侧向间隔件的每个端部都具有一个容置一个轴头的开口，以把两个侧向间隔件连接到轴杆的端部，从而通过轴杆和侧向间隔件组装成一个框架。在一个公开的例子中，平行四边形的框架为一个矩形。便于安装受测车轮定位系统头部的四个板在轴杆的端部处连接到轴头上。板模拟了车轮，允许在精确度的检定中包括有定位系统的车轮连接设备。所述装置还包括一支架系统，以把夹具支撑在一位置上，从而允许受测车轮定位系统通过连接好的头部测量装置的参数。
所述装置还可包括一预定长度的对角线间距件，以用于在组装时设定框架对角线的长度。在示出的检定夹具中，两个侧向间距件中的每一个都是长度可调的。因此，公开的装置实例包括一预定长度的间距设定轴杆，以用于在把侧向间隔件在轴头处连接到轴杆之前，设定两个侧向间隔件中的每一个的长度。
在下文的描述中阐明了部分的实例的其它优点及其新颖特性，而本领域内的普通技术人员可通过对下文以及参阅附图而得知其余部分的优点及其新颖特性。或者，可通过对实例的生产或操作而获知实例的其它优点及其新颖特性。可通过在从属权利要求中所特别指出的方法、设备及其组合而实现和获得本发明的优点。
在附图中通过举例而非限制的方式描述了本发明的一个或多个实施例。附图中相同的附图标记指代相同或类似的构件。
图1为一个立体视图，其示出了一个示例性的检定夹具或固定装置，所述的装置支撑着待检定的视象车轮定位系统的夹具以及标板头部。
图2为一个详细视图，其示出了在支架之一上夹具的一个轴杆。
图3为一个详细视图，其示出了一轴杆的轴头从一个连接在轴杆上的端板向外伸出。
图4为一个图3所示轴头的放大视图，其示出了把侧向间隔件之一上的一个球形杆端连接到轴头上。
图5为一侧向间距设置件的立体图。
图6为图5的侧向间距设置件一个端部的详细视图。
图7为与图6类似的一个视图，但其示出了在侧向间隔件之一上把一个球形杆端连接到侧向间距设置件的端部。
图8示出了侧向间隔件之一的一个球形杆端。
图9为图8所示球形杆端的一个局部剖视图。
图10为侧向间隔件上螺纹柄部的剖视图，所述的螺纹柄部用于容置球形杆端之一的螺纹部分。
图11为与图1类似的示例性的检定夹具或固定装置的视图，但其示出了利用对角线间隔件来测量和调整夹具对角线中的一个，从而对角部进行校准。
图12详细地示出了图11中所示的对角线间隔件的可调节尖端与夹具的一个角部相接合。
图13详细地示出了图11中所示的对角线间隔件的刃状端与夹具的一个角部相接合。
图14为对角线间隔件的可调节尖端的放大视图。
图15为用于组装/拆卸对角线间隔件的可分拆耦连装置的详细视图。
图16示出了一个示例性的视象车轮定位系统的操作，所述的视象车轮定位系统可用图1的夹具或固定装置进行测试和检定。
具体实施例方式
在此所公开的各个例子涉及用于鉴定或检定车轮定位系统的性能准确度，和/或对该系统进行成功校准的系统和技术。
图1至15示出了该检定设备及其组件的各个方面。该示例性的设备或装置包括一个检定固定装置或夹具，以及一个侧向间隔件的距离设置件和用于设定检定夹具的对角线距离的对角线间隔件。该夹具包括一个框架和位于该框架上的一个托架，用于支撑车轮定位系统的头部。该设备易于搬运。所述框架配置成托架在邻近车辆轴距和轮距尺寸的位置处支撑该头部，所述的车辆可通过车轮定位设备而测量。
对车轮定位器的校准进行检定的方法要求把车轮定位器的测量头定位在可移动的、大小与车辆相同且已知其精确形状的夹具上的若干位置。通过车轮定位器对夹具进行定位测量。然后，所述的方法涉及把测量结果与夹具的已知形状进行对比；且通过比较结果而确定车轮定位器的精确度。可以把可连接的间隔件和轴杆组装起来，从而，在测量头的定位以前，形成已知精确形状的夹具。然后，在确定了车轮定位器的精确度之后，拆卸夹具以便于运输或存储。
如图1所示，该检定设备包括一个位于车辆导轨坡道上的检定固定装置或夹具10，用于执行校准事宜。检定夹具10支撑具体定位系统的定位头、标板(target)或者传感器(transducer)，在此处具体实施为夹子及一视象定位系统的光学标板，其将在后面论述。检定夹具10包括一个刚性的、尺寸精确的框架。该框架具有一个预定的平行四边形的形状。在此例中，夹具包括一个由两个轴杆11和13以及两个侧向间隔件15和17所形成的矩形框架。
框架被支撑在一个位置上，以允许受测车轮定位系统可以测量安装在框架上的头部的参数。该框架的支撑可以采用任意的合适结构来支撑框架的旁侧或角部，虽然在本例中夹具10采用了一个独立支架系统。该支架或其他的支撑结构可以支撑位于框架侧部或端部上的角部或点。在此例中，框架为矩形，框架的四个角部都由支架19之一所支撑。所述轴杆、间隔件以及支架可由钢、铝或其他具有足够刚度的材料形成，这些材料的尺寸不会随时间例如由于温度或湿度的变化而发生大的改变。
轴杆11在其相对的两端处支撑两个安装构件，在此例中为板21和23，可在其上连接适当类型的夹子。也可以使用其他的安装构件，例如用来支撑不同类型的定位器的头部。轴杆13支撑两个类似的安装板25和27。在实践中，定位系统的那些通常安装在车轮上的构件(即该例中的夹子以及相关标板)连接到板21、23、25和27。例如，每个板可以如图所示在各板的顶部和底部处沿图示的方向具有弯曲的外部。在此，这种弯曲有助于安装通常被设计用来将标板连接到弯曲轮辋的夹子。技术人员或机械师操作该定位系统以进行测量，将结果与检定夹具10的已知参数进行对比。
一处理器可以提供一个或多个输出参数，例如显示一个或多个测量值与检定夹具10已知值之间的实际误差或百分比误差，例如用以帮助定位系统的重新校准。为了检定性能是否能满足要求，例如根据一特定标准，取决于受测试定位系统得出的实际结果是否落入检定夹具10已知值的可接受的误差内，该过程产生一个通过/失败的结果。
检定夹具10易于组装和拆卸，并且可以拆分组件至这样的一尺寸其可由单个技术人员进行处理，并且可以通过卡车运输或者易于在当地/现场存储。为保证精确度，需要夹具10在每次组装时都能精确地保持相同的尺寸。为此，除了检定夹具自身之外，检定设备还包括一个对角线间隔件(带有一个相关的支架)和一间距设置件，这些将在下文详细介绍。
在该例中，支架系统包括四个独立的支架19。每个支撑支架19都包括一个水平基板和一个上部形成有V形缺口的竖直板。在水平基板的下方有三个钮，用来提供在抬升轨140上的稳定安放。
图2是一个近距视图，示出了一个轴杆——在此例中为轴杆11——的一端安装在一个支撑支架19的上部。如图所示，支架19的上部包括一个用于容置所述轴杆的开口31。开口31的下部为V形，不过也可以采用其他的形状。所述轴杆在开口31的下部转动。
在轴杆11内有一个足够宽的槽41，该槽的侧部渐细(向外倾斜)，从而允许当轴杆转动时，开口31的下部位于所述槽内。在该例中，开口31的下部被设置为具有一个V形的槽口，其允许位于杆上的槽能同时轴向和径向地定位。尽管在图中看不见，但该V形槽口的边缘表面相对于竖直方向倾斜45度。
在检定过程中轴杆11和13旋转，以计算端板27的摇摆或者跳动。这种计算是一普通计算，其通常在定位过程中进行，以消除弯曲轮子或不正确的轮子夹紧的影响。
在靠近开口31的上端，支架19包括一个延长部33，一个竖直孔贯通形成于其中。延长部33内的该竖直孔具有螺纹，用于容置一个紧定螺丝(set-screw)35的螺纹体部。紧定螺丝35的上端连接有一个拇指旋轮(thumb wheel)或类似物，以允许一个人通过手来转动该紧定螺丝35。紧定螺丝35的下端39大致平滑且逐渐变细，以与形成于所述轴杆中的槽41接合。当希望将所述轴杆保持在一个固定方位时，可以将紧定螺丝35向下拧紧，不过，对于检定过程这基本上是不必要的，且如果需要的话，可以除去该紧定螺丝。
图3是轴杆13的一端的倾斜视图，示出了相连的板27，其允许安装将用来夹紧轮辋的车轮夹子。各轴杆的每一端都具有一个轴头(stubshaft)。图3示出了轴杆13的一端及其轴头43。板25套在轴头43上，并且例如通过焊接或类似方式(在图2中可以看到这样的一个焊缝的一部分)固定至轴杆13。各轴头的最外部都具有一个直径变小的部分，例如由图示的轴头43上的部分44代表。该轴杆由支架19支撑。
侧向间隔件15和17的各端都具有一个与之相连的球形杆端。在相应的侧向间隔件之一上，两个球形杆端反向地旋入侧向间隔件。换句话说，一个球形杆端为右旋，而在该侧向间隔件上的另一个球形杆端为左旋。因此，当相对于所述杆端转动时，间隔件的本体起到一个螺丝接头(turnbuckle)的作用，其允许长度的连续调节。各杆端螺纹上的锁定螺母可相对永久地设定各侧向间隔件15或17的长度，从而使得其可以作为组件10的一部分而安全可靠地进行移动和安装。
在该例中，轴头和球形杆端一起作为拆卸和连接装置，用于将间隔件的端部耦连到轴杆端部，以及将间隔件端部从轴杆端部拆除。如下文所述，杆端与间隔件轴杆的螺纹接合形成这样一个机构其能调整间隔件的有效长度。
图4是一个近距视图，示出了安装在一个轴杆13端部上的侧向间隔件15，具体地说，侧向间隔件15在轴杆13的转动中心处连接至轴头43。该图还示出了位于侧向间隔件15特定端部处的示例性构件。这样，该图示出了套在轴头43的小直径部分44上的球形杆端的圆形端部45。
如图4所示，球形杆端45在侧向间隔件15的端部处旋入一个配合螺纹柄部(shank)47内。一个锁定螺母49也旋到球形杆端45的螺纹上。当球形杆端45的螺纹部分正确地旋入螺纹柄部47内而获得所需的精确长度时，通过拧紧锁定螺母使其紧挨螺纹柄部47的端部而将球形杆端锁紧到位。在间隔件15的相对端部处使用类似的构件，不同之处在于螺纹沿相反的方向旋紧。侧向间隔件17(图1)具有类似的端部组件。
球形杆端45可以是工业商品，例如可以是伊利诺斯州的Aurora轴承公司(Bearing Company of Aurora)制造的一个杆端接头。图8示出了这样的一个球形杆端45的例子，图9给出了一个局部剖视图。如这些附图所示，球形杆端45包括一个壳体，该壳体具有一个用于容置轴承座(race)85的圆筒形开口或孔83。轴承座85的内表面由一部分的球面组成。一个部分的球体87在轴承座85内枢转。一个孔89贯穿球87。在夹具10中，设计孔89和轴头43的小直径部分44的尺寸，以在孔89内容放轴头43的小直径部分44时提供一个适贴配合(snug fit)，也就是说，使得所述部件可以手动地安装在一起和拆卸，而两者之间的摩擦足以将所述部件保持在一起。
图8和图9还示出了球形杆端45的螺纹轴杆91。图10是例如位于侧向间隔件15一端上的柄部47的剖视图。如图所示，该柄部具有内螺纹93，以容放球形杆端45的螺纹轴杆91并与其上的外螺纹配合。如上所述，位于各间隔件一端上的柄部和球形杆端所用的螺纹均为右旋螺纹，而同一间隔件相对端上的螺纹为左旋螺纹，从而允许与螺旋拉杆类似地转动间隔件的轴杆以调节间隔件的长度。
球体或球87在安装于壳体81内的轴承座85中随意地转动，并且其运动仅由与壳体81相互作用的、位于通孔89内的轴头43约束。为检定夹具10选择球形轴承45，从而使侧向间隔件15、17可以装配到轴杆11、13上以获得平行关系，但并不需要角部呈方形。这种灵活度使得固定装置10可以不需要捆绑地进行实际组装，并且允许所有部件的精确配合。不过，对于角部的这种灵活度，在现场组装时必须把矩形夹具10的角部摆好，这些将在后面参考图11进行论述。本领域的普通技术人员可以认识到，球形杆端可用其他类型的联接装置来代替，于将间隔件的端部连接到轴头或者连接到与所述轴杆的端部相连或者形成于轴杆端部上的其他特征。同样的，也可以利用间隔件组件的其他设置来简化长度调整。
如上所述，为保证精确度，需要夹具10在其每次组装时都能精确地具有相同的尺寸。为此，除了检定夹具本身之外，该设备还包括了用于设定对角线距离和侧部距离的构件。图5示出了侧部间距设置件51的一个例子。该侧部间距设置件51包括一个长度略长于侧向间隔件15和17的期望长度的杆或者其他部件。在该例中，该构件采用一个杆的形状，其由大致呈四方形的钢或铝的箱形梁53形成。本领域内的普通技术人员应该认识到，可以使用其它形式的固定长度构件和/或其他材料制成的构件来代替箱形梁53。
箱形梁53在其相对的两端都钻有孔，以获得两者之间的一个精确的固定距离。一个类轴头55穿过各孔而连接，从而允许以连接到在轴杆端部处的轴头的类似方式，而连接一个侧向间隔件15或17。图6给出了箱形梁53一个具有一类轴头55的端部的近距视图。该类轴头55大致上包括一个延伸通过位于构件53内的孔并且具有一个止挡或底座57的构件。轴头55包括一个螺纹部分59，其上旋拧有一个锁定螺母61。该锁定螺母61拧紧于构件53的表面，以将类轴头55保持在贯通箱形梁53的孔内。类轴头55的远端包括一个直径减少的部分63，该部分类似于轴头43的直径变小部分44。侧向间隔件15(或17)的一个球形杆端的圆形端部45套在该类轴头55的小直径部分63上，如图7所示。
间距设置装置51实际上相当于一个量规，用于设定并且/或者确认侧向间隔件15和17的正确的、相等的长度。在通过在杆端之间转动间隔件15或17的轴杆而调整长度之后，以如图7所示的方式将侧向间隔件15或17的两端安装到间距设置装置51上，从而起到一个螺旋拉杆的作用(如上所述)。如果长度不正确，则间隔件将不能安装到间距设置装置51上，而技术人员将如需地转动所述轴杆或者转动所述端部中的一个或两个，直到侧向间隔件15或17安装到距离设定装置51上为止。一旦长度得以调节，从而使得侧向间隔件15或17的两端安装到该间距设置装置51上，则拧紧两杆端上的锁定螺母，以为该具体的侧向间隔件提供相对稳定的长期的长度设定。对侧向间隔件15和17中的另一个重复该长度设定过程。在夹具10的每次组装之前，技术人员可以通过间距设置装置51来核查各间隔件15和17的长度，以确保侧向间隔件的长度保持不变。以这样的方式，使用间距设置装置51确保了侧向间隔件15和17两者在所有的定位检定过程总是具有相同的(相等的)长度。
如上文所述的，由于在夹具10角部处具有所期望的灵活度，在现场组装时必须摆正矩形检定夹具10的角部。为此，该系统还包括一个对角线间隔件67，其具有一个与矩形夹具10所期望的对角线长度相对应的精确确定的长度。图11示出了就位的对角线间隔件67，其被用来测量夹具10的一个对角线，并且允许夹具的角部运动，从而使角部之间的间距与由对角线间隔件67所指示的期望对角线长度相对应。为了允许由单个技术人员进行组装，使用一个支架69来支撑对角线间隔件67的一端。技术人员(未图示)将另一端保持在适当位置以保证夹具10组装好时具有一个适当长度的对角线。
对角线间隔件67包括一个带螺纹的尖端71，如图12所示。放置间隔件67，使得尖端71在放置于任意对角线上时都刚好接触由轴杆和端板(在该例中为轴杆13和端板25)所形成的内角部。在其相对的端部(图13)，对角线间隔件67包括一个“刃状端”73，例如，呈一个焊接至对角线间隔件67轴杆端部的板的形式，并且所述的板被加工成在其末端处具有期望的刃状边缘。图13示出了在轴杆端板21和轴杆11内侧(沿与图12所示对角线相反的对角线方向)位于适当位置的刃状边缘73。需要一个反复的过程以获得一个矩形，包括以下步骤比较对角线是否相等、确定较短的对角线、将对角线量规设成较短长度、移动该对角线量规至另一对角线位置、通过增大对角线量规的长度而将间隙调整为一半、移动支架以恰好地配合该对角线量规，然后重复该反复循环。当对角线量规刚好接触各方向上的角部，且在经过最小空隙点(minimum clearancepoint)处不需移动所述固定装置时，该反复过程结束。在每个这样的反复中，技术人员将对角线间隔件67支撑于支架69上，且刃状边缘定位在一个角部，如图13所示，并且技术人员将间隔件67的尖端71保持在一个相对的角部，使尖端71刚好接触由轴杆和端板所形成的内侧相对角部(类似于图12)。该设置过程能从前述的平行四边形获得所希望的矩形形状。
图14更加详细地示出了对角线间隔件67带螺纹的尖端71。如图所示，端部71包括一个具有渐细或锥形尖端75的螺纹轴杆74。该轴杆74旋入与该对角线间隔件67的轴杆端部相连的一内螺纹柄部76。通过上述过程，将轴杆74转动并旋入柄部76一定距离，使得当对角部得以校准从而使得夹具为精确矩形时，对角线间隔件67的整体长度等于夹具10的对角线长度。在该例中，通过旋紧一个锁定螺母77到接合柄部76的端部从而将螺纹轴杆74紧固体于适当的位置。可以使用其他的端部和轴杆结构来形成所述的对角线间隔件。典型地，该间隔件的长度可调，例如，以便于通过上述的反复过程来调准矩形夹具。
在任何矩形中对角线都是最长的，在图1和11的系统中，对角线间隔件67为最长组件。在该例中，对角线间隔件67包括在中部附近耦连在一起的两个部分，从而允许拆卸以便于运输或存放。图15示出了位于对角线间隔件67中部的结合部。虽然可以使用其他的可释放的耦连装置，但该例使用滑动配合装置，在耦连处使用一个螺栓将部件紧固于适当位置。具体地，对角线间隔件67的轴杆包括两个部分671和672。在间隔件67的中部处，部分671具有一个耦连部分78，在此例中，图示为轴杆部分的一个端部，该端部被加工成可滑动配合入耦连构件79内，所述耦连构件79与轴杆的另一部分672相连。当组装时，将一个螺栓穿过贯通耦连部分78和耦连构件79的配合钻孔，并且将一螺母80拧紧到该螺栓上。螺母和螺栓80将耦连部分78和耦连构件79保持在一起，而对角线间隔件用于对夹具10的对角线进行测量和调整。
所述检定设备可以用来检定多种不同类型的公知的轮子定位系统的操作精度。出于说明目的，该检定设备的应用将为一个基于计算机的图像处理类型的轮子定位系统提供性能检定，该系统有时也称作“视象”或者“3D”定位器。在名称为“用于确定机动车车轮定位的方法和装置(Method and apparatus for determining the alignment of motor vehiclewheels)”的美国专利5,943,783、名称为“用于校准使用在机动车轮定位中的摄像机的方法和装置(Method and apparatus for calibrating camerasused in the alignment of motor vehicle wheels)”的美国专利5,809,658、名称为“用于确定机动车车轮定位的方法和装置(Method and apparatus fordetermining the alignment of motor vehicle wheels)”的美国专利No.5,724,743以及名称为“(用于确定机动车车轮定位的方法和装置)Methodand apparatus for determining the alignment of motor vehicle wheels”的美国专利No.5,535,522中描述了可用于机动车辆3D调准的方法和设备的例子。可以在该设备上检定传统的安装于轮子上的测量头(wheel-mountedinstrumented heads)。其前束测量(toe measurement)的基础与此说明书中所述的3D系统相同。传统系统外倾角测量的基础是重力矢量。通过添加以可追溯的方式而校平轴杆的步骤，也可以对这些系统进行检定。本领域普通技术人员可以理解这些应用之间的微小区别。
为了确保可以完全地理解该检定设备的操作，首先考虑一个示例性的轮子定位系统——例如视象定位系统——的结构和操作可能是有帮助的。在图16所示的例子中，定位系统100由三个主要部件构成。这些构件中的第一个是一个照明和成像系统102。该系统的这部分包括两个成像模块110、112。成像模块110、112中的每一个均包括一个发光装置或者照明系统(通常为一个闪光灯)。成像模块110、112中的每一个还包括一个成像传感器，通常呈数码相机的形式。基本上，每个相机形成位于其视象区域内的物体的图像，在操作过程中，在此视象区域内包括一个或多个物体；而且，每个相机产生与图像相对应的数字图像数据。
在一个示例系统100中，每个发光装置都采取闪光灯的形式，所述的闪光灯包括一排安装于相机之一的光圈处的闪光红色发光二级管。此系统采用了高分辨率的数码相机。成像模块110、112安装在水平梁114相对的两端。该梁为所述模块提供了所期望的间隔，以允许从两个相对侧对车轮进行期望的观察。梁的高度，即模块110和112中相机的高度可以是固定的或可调的。对于此论述而言，梁114的结构以及对梁114进行支撑的结构并不重要。本领域内的普通技术人员可以理解这样的轮子定位系统可采用单个成像模块或比例子中所示的两个成像模块110、112要多的成像模块。
3D定位系统100的第二个主要构件为成组的四个被动的标板头118、120、122和124，这些标板被连到车轮126、128、130和132上，例如，与图1和11中被连到夹具10的那些标板相同。每个头都包括一个轮辋夹以及一个连接于其上的标板本体。在示例中，每个标板本体具有一个平的反光面，所述的反光面具有多个视觉上可辨别的、几何设置的、反光标板元素，这些标板元素的形式为一个由位于平面上的不同尺寸的反光圆或点所形成的图案。在美国专利5,724,743中描述了可用于轮子定位的标板本体134以及标板元素136的例子。其它的标板设计——例如带有不同视觉上可辨别的标板元素136——也可用于轮子定位；且本领域内的普通技术人员可以理解其它的定位系统采用不同的头部。
为了了对轮子定位，把标板118、120、122、124之一安装到机动车辆的每个轮子126、128、130、132上。为了对校准系统进行检定，车轮校准设备，即标板118、120、122、124被分别地连接到角板21、25、23和27上，如图1的检定示例所示。
回到图16，每个标板118、120、122、124都包括一个标板本体134、标板元素136、以及一个连接设备138。标板元素136位于标板本体134上。连接设备138把标板118、120、122、124分别地连接到轮子126、128、130、132上(或者连接到夹具10的对应的板上)。在名称为“车轮定位轮辋夹爪(Wheel Alignment Rim Clamp Claw)”且于1991年1月18日授权予Bomer等的美国专利5,024,001中描述了一个连接设备的例子。当然也可以在例如其它的定位系统中采用其它的安装设备。
支撑成像模块110和112的梁114的长度足以将模块110、112中的相机分别设置在将由视象定位系统100成像的车辆边缘的外侧。同时，梁114把模块110、112中的相机设置在车间地面上方足够高处，以保证位于车辆左侧的两个标板118、120均位于模块110中的左侧相机的视象区域内，且位于车辆右侧的两个标板122、124均位于模块112中的右侧相机的视象区域内。
定位系统100的另一个主要构件是一个程序控制计算机或主机111，典型地为一个个人电脑或类似的可编程数据处理设备。在一个典型的实施例中，计算机111包括一个处理器、一个键盘、一个鼠标、一个打印机以及一个彩色显示器。在轮子定位的应用中，对计算机111进行编程以接收和处理来自于成像模块110和114的图像数据。主机111对所接收到数据进行处理以计算车辆的定位参数，且为机械师提供那些参数的一个图形化的三维显示。主处理系统111对图像信息进行处理以从相机图像获得与视觉上可辨别的标板元素的位置有关的位置数据；且主处理系统111对位置数据进行处理以确定受测车辆的一个或多个轮子的定位参数。计算机111还提供许多有助于车辆定位调整的其它信息，例如，用于检定系统的精确度。计算机还提供了操作系统的用户界面。
在操作过程中，一旦以已知的方式对轮子定位系统100进行了校准，车辆就可以驶到导轨架140上，而且如果有需要的话，车辆可以被抬升到一个合适修理工位上。标板118、120、122、124一旦连接到轮辋上，然后对其进行定向，从而使得位于标板本体134上的标板元素136朝向相应模块110或112中的相机。可以固定或调节相机的高度，以与升降器的高度相对应。然后，车辆以及型号可以与其它识别参数——例如车辆的车辆标识(VIN)号码、牌照号码、车主名字等等——一起被输入到计算机111中。
为了进行测量，机械师开始操纵系统100而获得标板118、120、122和124的第一组图像。机械师然后将车辆向后滚动一个不大于8英寸的短距离；然后系统100获得标板118、120、122和124的另一组图像。最后，机械师使车辆向前滚动到初始位置处，且系统100拍摄更多的图像。对于每一幅图像，相应的模块110或112将图像数据提供给主机111以进行处理。例如，通过在不同位置处所拍摄的图像中标板的位置和取向，计算机111计算每个车轮轴线的实际位置和取向，以及特定的校准参数，例如前束、外倾角、推进角以及车轴偏角。
在示例性的系统100中，一个相机以另一个相机为参照，从而主机111使用单个坐标系来对受测车辆进行建模。支撑导轨架140并不必要是平的，甚至轮子不必要全部位于同一平面内。对于每个车辆，计算机111限定一个通过车轴的参照面，该车轴由车轮位于不同位置时所拍摄的两幅测试图像所确定。由于车轴之一可能不处在由其它三个车轴所限定的平面内，所以必须采取一定的自由度。例如，为了对前轮126、130进行定位，计算机限定一个参照面，此参照面由所测量到的两个前轮的车轴位置以及一个位于所测量到的两个后轮128、132的车轴位置中间的点所形成。然后，参照这个独立测量的平面进行前轮定位计算。对于后轮，可以采用类似的参照测量和定位技术。
车辆的前轮126、130可置于转台上(未示)，从而机械师可以在定位操作的过程中操纵车辆方向盘以改变前轮的位置。例如，机械师可以操作系统100以获取轮子126、130偏向一侧时标板118、120、122和124的图像。然后机械师将轮子126、130偏向另一侧；且系统100获取标板118、120、122和124的另一幅图像。通过在这些拍摄于不同位置处的图像中前部标板118、120的位置和取向，计算机111计算前轮126或130绕其进行转动的转向轴。
一旦完成了所有的测量，计算机111产生一个所测量到的定位参数的可见输出并/或提供与把定位参数恢复到初始制造技术标准所需要的调整有关的数据。计算机111存储有多种车辆定位参数的生产技术标准值以及公差，且基于机械师所输入的制造和型号的信息而获得正确的信息。机械师可例如通过进行校准和/或更换磨损部件而采取纠正措施，然后重复所述过程以确保所述的纠正措施正确地定位了车轮。如果有必要的话，机械师可重复校准中的一个或多个步骤以及重新测量，直至所有的参数都位于可接受的公差范围内。在完成后，系统111可以提供可见显示和/或打印输出，以用于开账单、向顾客汇报等等。
下文是对一个采用系统10而进行校准检定过程的例子的论述，其用于如图16所示类型的视象轮子定位装置。为了确保校准的现时性，可以以大约一年为间隔对校准设备作检查和检定。通过这样一种方法，如果使用者检查上次检定的时间且发现其不是现时的(超过一年)，则在进一步使用前应对该定位装置作重新检定。可选地，轮子定位器中的软件可确定检定是否为现时的。
在一个Snap-on Visualigner 3D的系统100中，使用者从定位器的计算机111的PC屏幕上选择“维修/校准检定”，然后安装轮子定位器计算机111屏幕上的指示进行操作。
检定包括组装夹具10以及在车轮定位器前部于定位高度处定位校准夹具，所述的车轮定位器位于导轨架140上的定位高度处。基本上，轴杆11和13被放置在支架19上，通过间距设置件51检定侧向间隔件15和17的长度，且侧向间隔件15、17被连接到位于轴杆11、13端部的轴头，从而把夹具10组装为与如图1所示大致相同。将夹子和标板连接到端板上。支架和轴杆可大致以导轨架140为中心。机械师然后使用对角线间隔件67测量和调节夹具10的对角线使其彼此相等(见图11)。
一旦架设了夹具10以及安装了标板，屏幕上的指示会提示技术人员在支架19上通过转动车轴从而转动标板而进行“回滚(rollback)”，同时通过校准系统100进行测量。然后，技术人员可以利用系统100从校准固定装置10来获得前束、外倾角以及车辆尺寸的读数。例如进行总数为10次的重复测量。典型地，定位器的计算机111通过将平均值与校准夹具10的精确已知值进行比较，对10组测量值进行处理以确定校准。计算机111然后显示精确度以及通过/不通过的结果。可选择地，可进行一常规校准，或添加/调节偏移以对定位器100进行重新校准，此后对校准精确度和通过/不通过的状态进行更新以对校准结果进行重新测验。可把检定记录存到定位器的计算机111中和/或把检定记录打印出来以保存记录。对定位器100进行检定的技术人员可填写一校准检定的表格，然后把此表格提供给现场的质量监控协调员。可选地，可以人工地或者通过外部的计算装置的辅助来进行这些过程。
下面的表格1示出了在这样一个检定步骤中可能会用到的数据，例如，作为一个检定视象定位器系统100的工作表。
用于支持定位器校准检定的操作指令表格1
表格显示了各个需考虑的参数(以标准ID)。对于每个这种参数，表格列出了检定固定装置或夹具10的额定值，其大致上是已知参数。对于每个参数而言，该表格还示出了受测定位设备在适当的工业标准下所述参数可接受的最大和最小值。表格可包括一个用于记录在定位测量过程中的夹具10上的实际读数(或10次读数的平均值)的列，还包括通过和不通过的列，以指示每个对应参数的实际读数是否落在标准可接受的范围内(位于最大值和最小值之间)。
如表格1所示的工作表可由一技术人员在检定过程中人工地完成；或者，计算机111的程序可指示计算机111生成一个完整的用于显示或打印的表格。
在完成校准检定之后，拆卸检定夹具且把其包装到容器内，例如，用于存储或运输到下一个需要对定位器进行检定的场所。
适当地，可以时常地检定和确认夹具10的校准，例如每年检定一次。一个检定夹具10的参数的过程可能包括对两个侧向间隔件中的每一个都进行校准、对四个的支架中的每一个进行校准、以及对侧向间隔件的基准件和对角线间隔件进行校准。当夹具10组装好了以后，可使用一水平仪来检定轴杆是否水平，且夹具的检定需要对水平仪进行检定。可使用一卷尺来现场检定夹具10的尺寸，如果是这样的话，那么夹具10的检定可包括卷尺的检定。夹具10的检定还包括对两个轴杆进行检定，且该过程可包括对对角线间隔件67的支架69进行检定。假设任意一个部件没有通过校准程序，那么检定程序就会要求把这些部件更新至标准的技术规范，例如以通过了校准程序的构件来替代。在成功地完成所述程序后，技术人员就完成了对一个整组检定设备的校准检定。
虽然上文描述了被认为是最好的方式和/或其它的例子，应该理解，可以在其中作各种各样的修改，且此处公开的主旨可以各种形式和实例来实施，且它们可应用在不同的场合中，在此仅仅描述了其中的一部分。下文的权利要求意图包括所有任意的落在本原理的范畴内的修改、变化以及应用。
权利要求
1.一种用于检定车轮定位系统精确度的装置，包括两个长度相等的轴杆；一个轴头，其沿每个相应轴杆的纵向轴线位于所述两个轴杆中每一相应轴杆的每一端；两个长度相等的侧向间隔件，所述两个侧向间隔件中每一个的每一端都具有一个容置所述轴头之一的开口，以把两个所述的侧向间隔件连接到所述轴杆的端部，从而通过所述的轴杆和侧向间隔件形成一个平行四边形的框架；四个板，每个相应的板可使受测车轮定位系统的头部容易地连接于其上，且每个相应的板在所述轴杆之一的端部处安装到所述轴头之一上；多个支架，所述支架可把所述的框架支撑在一位置上，从而允许受测车轮定位系统通过相连的受测车轮定位系统的头部而测量所述装置的参数，以与该装置的已知参数进行比较。
2.如权利要求1所述的装置，其结合有一个对角线间隔件，以用于在框架的组装过程中将框架对角线的长度设成相等，从而形成一个矩形形状的框架。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述两个侧向间隔件中的每一个的长度都是可调的。
4.如权利要求3所述的装置，其结合有一个预定长度的间距设定轴杆，以用于在把侧向间隔件在轴头处连接到轴杆之前，把两个侧向间隔件中的每一个的长度都设到预定的长度。
5.一种用于检定车轮定位系统精确度的夹具，包括两个长度相等的轴杆；两个长度相等的侧向间隔件；一个耦连件，其位于两个侧向间隔件中的每一个的每一端，用于把两个侧向间隔件连接到两个轴杆的端部，从而通过轴杆和侧向间隔件形成一个平行四边形的框架，且允许把两个侧向间隔件从轴杆的端部拆开以拆卸该框架；四个板，每个相应的板可使受测车轮定位系统的头部容易地连接于其上，且每个相应的板安装在所述轴杆之一的一个端部处；一个支架系统，所述支架可把所述的框架支撑在一位置上，从而允许受测车轮定位系统通过相连的受测车轮定位系统的头部而测量所述装置的参数，以与夹具的已知参数进行比较。
6.如权利要求5所述的夹具，其中每个所述轴杆的每个端部都包括一个轴头；以及每个耦连件都包括一个连接在其中一个间隔件的相应端部处的可枢转件，所述的可枢转件具有一个容置一个该轴头的开口。
7.如权利要求5所述的夹具，接合有一个对角线间隔件，以用于在框架的组装过程中设置框架对角线的长度，从而使框架呈矩形。
8.如权利要求5所述的夹具，其中所述的支架系统包括四个独立的支架，用于支撑框架的四个角部。
9.如权利要求5所述的夹具，其中每个相应的侧向间隔件都包括用于调节相应侧向间隔件长度的装置。
10.如权利要求9所述的夹具，其中每个轴杆的每个端部都包括有一个轴头；每个耦连件都包括一个连接在一个间隔件的相应端部处的可枢转件，所述的可枢转件具有容置一个该轴头的一开口；位于侧向间隔件上的调节长度的装置包括把所述的耦连件螺纹连接到侧向间隔件的端部。
11.如权利要求9所述的夹具，其结合有一个预定长度的间距设定轴杆，以用于在把侧向间隔件在轴头处连接到轴杆之前，把两个侧向间隔件中的每一个的长度都设定到预定的长度。
12.如权利要求11所述的夹具，其中所述的间距设定轴杆包括两个位于间距设定轴杆上的类轴头，当一个侧向间隔件具有预定的长度时，所述的类轴头用于插入到任一侧向间隔件的可枢转构件的开口中。
13.一种用于检定车轮定位系统精确度的组件，包括一个夹具，所述的夹具包括a)两个长度相等的轴杆；b)两个长度相等的侧向间隔件；c)一个可枢转的耦连件，其位于该两个侧向间隔件中的每一个的每一端，将该两个侧向间隔件连接到该轴杆上，从而通过轴杆和侧向间隔件形成一个框架，且允许把两个侧向间隔件从轴杆的端部拆开以拆卸该框架；d)四个板，每个相应的板可使受测车轮定位系统的头部容易地连接于其上，且每个相应的板安装在所述轴杆之一的一个端部处；e)一个支架系统，所述支架可把所述的框架支撑在一位置上，从而允许受测车轮定位系统通过相连的受测车轮定位系统的头部而测量装置的参数，以与夹具的已知参数进行比较。
14.如权利要求13所述的组件，其中侧向间隔件的长度是可调的；以及所述组件进一步包括至少一个设定杆，用于在组装过程中把夹具设置到一预定形状。
15.如权利要求14所述的组件，其中所述的至少一个设定杆包括一对角线间隔件，以用于在组装过程中把框架对角线的长度设成相等。
16.如权利要求15所述的组件，其中所述的对角线间隔件包括两个部分以及一个把所述两部分连接起来的可拆卸的耦连件。
17.如权利要求15所述的组件，其中所述的对角线间隔件包括调节对角线间隔件长度的装置。
18.如权利要求15所述的组件，其中所述的至少一个设定杆进一步包括一间距设定杆，以在把侧向间隔件连接到轴杆的轴头之前，确保把每个侧向间隔件的长度都调节到预定的相等的长度。
19.如权利要求14所述的组件，其中所述的至少一个设定杆包括一个设定长度的间距设定杆，以确保每个侧向间隔件在连接到轴杆的轴头之前，其长度都调节到预定的相等的长度。
20.如权利要求19所述的组件，其中所述的间距设定轴杆包括把所述间距设定轴杆的端部连接到任一侧向间隔件的耦连件的装置；以及调节和设定所述间距设定轴杆的长度的装置，以确定侧向间隔件的预定的相等长度。
21.一种用于检定车轮定位系统的校准的方法，包括检查矩形的检定夹具的两个侧向间隔件的长度，使其具有适当的相等长度；把两个长度相等的轴杆以及两个侧向间隔件组装成一检定夹具，所述的检定夹具具有预定的平行四边形的形状；检查检定夹具的至少一个对角线，以确保所述的夹具组装成预定的平行四边形形状；把车轮定位系统的头部安装在轴杆的相对端；操作车轮定位系统而通过安装在夹具上的头部来测量检定夹具的参数；把测量结果与检定夹具相应参数的已知值进行比较；以及如果比较结果表明检测到的参数位于检定夹具相应参数已知值的标准可接受的范围内，则定位系统被确认为是准确校准的。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述的预定平行四边形形状为矩形，且检查步骤包括把平行四边形形状的对角线设成相等，从而确保所述的形状确实为一个矩形。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述的车轮定位系统为一个图像处理类型的定位器。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述的比较步骤包括通过车轮定位系统获取检定测量数据、存储检定数据以及在所获取数据的基础上进行计算；以及检定步骤包括为所述的车轮定位系统产生检定结果。
25.一种用于检定车轮定位器精确度的装置，包括一个框架，和所述框架上的托架，用于支撑所述车轮定位系统的头部，其中所述的装置易于搬运，且所述框架配置成托架将该头部支撑在接近车辆轴距和轮距尺寸的位置处，所述的车辆由该车轮定位器测量。
26.一种用于检定车轮定位器校准的方法，包括把车轮定位器的测量头设置在已知精确形状的可搬运、车辆大小的夹具上的位置处；通过车轮定位器记录所述夹具的定位测量值；把测量结果与夹具的已知几何形状进行比较；以及通过比较结果来确定车轮定位器的精确度。
27.如权利要求26所述的方法，进一步包括组装可连接到一起的间隔件以及轴杆，以在设置测量头之前形成已知精确形状的夹具；以及在确定了车轮定位器的精确度之后，拆开所述的夹具。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述的车轮定位器执行如下的步骤通过测量头而获取检定测量数据；存储检定数据；对获取的数据进行计算；以及为所述的车轮定位系统产生检定结果。
全文摘要
本发明公开了一种用于检定车轮定位器精确度的夹具，其包括两个长度相等的轴杆，在所述轴杆的端部具有轴头；还包括两个可调节的侧向间隔件，所述的侧向间隔件可释放地与所述轴头连接。用于安装定位系统头部的板也连接在轴头上。支架支撑由轴杆和间隔件所形成的矩形夹具的角部。所述的定位系统通过连接后的头部测量夹具的参数。在组装过程可通过一预定长度的对角线间隔件把矩形的对角线设成相等。在所公开的实例中，所述装置还包括一间距设定轴杆，用于把每个侧向间隔件的长度设成相等。
文档编号G01B11/275GK1742193SQ200480002958
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月27日 优先权日2003年1月27日
发明者小詹姆士·L·代尔 申请人:斯耐普昂技术有限公司