一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备和方法
【专利摘要】一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备（1a、1b、1c、1d）包括多个三维光学读取器，该多个三维光学读取器功能地连接到计算机（3），并且能按以下方式被布置到要测量其车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的车辆（4）的周围：每一个三维光学读取器取景该车辆（4）的至少一个车轮（5）以用于该车轮（5）的图像的三维采集，向每一个三维光学读取器（2）提供用于设置和校准该测量设备（1a、1b、1c、1d）的至少一个固定目标（6），每一个三维光学读取器（2）的至少一个相机按以下方式布置：使得清楚而直接地取景另一三维光学读取器的至少一个固定目标（6），以通过从该至少一个相机的图像开始执行的对该固定目标（6）的三维采集来设置和校准该测量设备（1a、1b、1c、1d）。
【专利说明】一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备和方法
[0001]本发明一般涉及用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备和方法。
[0002]当前，已知调准设备一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸，以便随后将其与参考数据进行比较，以便能够调整所述特征角。
[0003]为了使得车轮以最优方式完全安全地工作，从而减少车辆的燃油消耗，并同时减少施加于所述车轮的轮胎的磨损，对这些角的正确调整是必要的。
[0004]最近几年，随着非接触式形状测量设备的发展，仅通过将完美的测量设备布置在由两个或更多个测量设备在周围划界的测量区域之内，就使该完美的测量设备能够检测以上引用的特征角和尺寸而无需接触该车辆已经是可能的。
[0005]更精确地说，这些测量设备一般由被布置在要测量特征维度的车辆周围的已知位置处的三维光学读取器(一般被称为3D扫描仪)组成。
[0006]准确知晓这些3D扫描仪的位置对于准确测量车轮调准极其重要。
[0007]事实上，容易推断出对车辆的各特征的测量的准确性同样取决于各扫描仪的测量精度以及对各扫描仪相对于彼此的相对位置的知晓的准确性。
[0008]由于应用所需的车辆的各特征的测量精度非常高(角度在几百度的量级上，且尺寸在几十毫米的量级上)，在实践中，不可能确保3D扫描仪的相对位置不会受到这些量级例如由于热原因、固定有3D扫描仪的基础的稳定性等的改变的影响。因此，提供简单而自动的用于测量3D扫描仪的相对位置的系统是必然的，如果没有该系统，整个设备会变得不可用。
[0009]更详细地，为了控制并确定该位置，【背景技术】向这些3D扫描仪提供了设置系统，这些设置系统一般由多个目标和多个摄像机组成，其中每个目标与一 3D扫描仪相关联，每个摄像机同样与一 3D扫描仪相关联并适于清楚地获取布置在其他3D相机上的目标。
[0010]通过这种方式，这样的常规设置系统允许测量各个3D扫描仪的相对位置，连同测量车辆的每个车轮相对于所述3D扫描仪的位置，从而允许通过组合这些数据来获取车辆的特征角和尺寸。
[0011]更精确地，除了 3D扫描仪通常提供有的那些事物以外，具有摄像机的需要是由于以下事实:直到最近为止，相机中使用的数字光学传感器的分辨率一直很小。
[0012]事实上，为了获得对车轮的较好的三维采集，车轮的图像必需被相机中的传感器的足够大数量的像素接收到。
[0013]直到最近为止，数字光学传感器的分辨率一直非常小，以至于需要车轮的图像覆盖传感器的整个区域，以便被足够数量的像素接收到。
[0014]由于这个事实，以及为了较好的三维采集，存在对可以放置3D扫描仪的地方距车轮的距离的最小限制(通常为70毫米)的事实，调整视觉系统的大小以便在前面以小于60°的小观察角取景各车轮是必须的。这通过为相等的传感器大小选择具有大于或等于5毫米的高焦距的透镜来实现。这势必需要相等的能量到达该传感器，并且传感器的相等分辨率具有对于直径为2.2微米的可容忍弥散圈而言清楚的视场(即，以可容忍的聚焦丢失获得这些对象的空间)，该清楚的视场具有小于半米的减少的深度。
[0015]这种情况遭受包括以下事实在内的缺点:不能清楚地取景布置在其他转动架(turret)上的对象，从而导致需要附加的相机供在各转动架之间校准，以及不能用同一相机取景多个车轮，从而导致需要许多相机以便考虑不同的车辆尺寸或移动系统。
[0016]最近，光学传感器分辨率的增加已经使得获得也具有覆盖传感器区域的有限部分的车轮图像的较好三维采集成为可能。因此，选择具有短于5微米的低焦距的透镜成为可能，这些透镜提供超过60°的宽观察角，以及对于直径为2.2微米的可容忍弥散圈而言大于半米的景深。结果，清楚地取景布置在其他转动架上的对象是可能的，随之可能撤除用于在各转动架之间进行校准的附加相机，而用同一相机取景多个车轮，随之可能减少转动架的数量并撤销移动系统，即每侧最多单个转动架。
[0017]这些常规测量设备不是没有缺点，其中包括以下事实:所描述的设置系统使测量设备大大复杂化，从而使得其调准更困难，同时增加了其生成成本。
[0018]该缺点因此构成了由于这种类型的测量设备尚未达到足够的测量强度，因此它们尚未在商业上成功的主要原因之一。
[0019]本发明的目标是通过以下方式来消除这些缺点并克服以上提到的限制:提供一种一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备，并完善相应的测量方法，其允许借助非接触式形状测量技术以简单快速的方式来准确地测量车辆的特征角，而没有因测量设备的调准而产生的问题。
[0020]在这个目标内，本发明的目的是提供一种高度可靠、提供和使用起来相对容易、并且如果与【背景技术】相比在经济上有竞争力的测量设备。
[0021]这个目标以及此后将变得更显而易见的这些和其他目的是由一种一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备来实现的，该设备包括多个三维光学读取器，该多个三维光学读取器功能地连接到计算机，并且能够按以下方式被布置到要测量其车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的车辆的周围:每一个三维光学读取器取景所述车辆的至少一个车轮以用于所述至少一个车轮的图像的三维采集，向所述三维光学读取器中的每一个三维光学读取器提供用于设置和校准所述测量设备的至少一个固定目标，其特征在于，所述三维光学读取器中的每一个三维光学读取器的至少一个相机按以下方式布置:使得直接取景所述三维光学读取器中的另一个三维光学读取器的至少一个固定目标，以通过由所述至少一个相机执行的对所述固定目标的三维采集来设置和校准所述测量设备。
[0022]此外，这个目标以及此后将更显而易见的这些和其他目的是由一种一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的方法来实现的，该方法能通过使用测量设备来获得，该方法包括以下步骤:
[0023]-将所述车辆定位在所述三维光学读取器之间的步骤；
[0024]-借助所述三维光学读取器执行的采集所述车轮的图像的步骤；
[0025]-由所述计算机执行的处理采集到的图像以计算所述车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的步骤；
[0026]其特征在于，该方法包括借助所述三维光学读取器执行的采集所述固定目标的图像，以便标识所述三维光学读取器相对于彼此的位置和相互定向的步骤，在所述处理步骤中使用所述采集所述固定目标的图像的步骤，以计算所述车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和大小。
[0027]从对一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的设备的四个优选的而非排他性的实施例以及对相应的测量方法的描述，本发明的进一步特性和优点将变得更加显而易见，在所附附图中以非限制性示例方式说明，其中:
[0028]图1是根据本发明的测量设备在三维采集车辆的车轮的图像的步骤期间的第一实施例的透视图；
[0029]图2是图1中示出的测量设备的示意俯视图；
[0030]图3是根据本发明的测量设备在三维采集车辆的车轮的图像的步骤期间的第二实施例的不意俯视图；
[0031]图4是根据本发明的测量设备在三维采集车辆的车轮的图像的步骤期间的第三实施例的不意俯视图；
[0032]图5和图6是根据本发明的测量设备在三维采集车辆的车轮的图像的步骤期间的第四实施例的两个示意俯视图；
[0033]图7是根据本发明的测量设备在其设置和校准操作期间的示意俯视图；
[0034]图8是根据本发明的测量设备用于操作的测量方法的框图。
[0035]参考各图，一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备在四个所提出的实施例中一般由参考标记la、lb、Ic和Id指定，该设备包括多个三维光学读取器2，该多个三维光学读取器功能地连接到计算机3并能够按以下方式被布置到要测量其车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的车辆4的周围:每一三维光学读取器取景车辆4的至少一个车轮5，以三维采集所述车轮5的图像。
[0036]根据本发明，每一个三维光学读取器2的至少一个相机按以下方式布置:使得直接取景另一个三维光学读取器2的至少一个固定目标6，以借助由该相机执行的对固定目标6的三维采集来设置并校准测量设备la、lb、Ic或Id。
[0037]有利地，所述相机具有对于直径为2.2微米的弥散圈而言清楚的视场(具有大于至少0.5米的深度)，并且所述相机被布置为优选地在没有车辆4的情况下，清楚而直接地取景向三维光学读取器2提供的另一个三维光学读取器2的至少一个固定目标6，以借助由三维光学读取器2的相机直接执行的对固定目标6的三维采集来设置并校准测量设备la、lb、Ic 和 Id。
[0038]更精确地，表达“固定目标6”指示与安装该固定目标的三维光学读取器2构成整体，并在相对于该三维光学读取器2的相机的已知位置处的目标。
[0039]必须强调，只要这些三维光学读取器2的固定目标6相对于与其构成整体的三维光学读取器2的相应相机具有已知位置，这些固定目标6就可以具有任何形状。
[0040]例如，作为特定情况，支撑这些相机的同一结构可以被识别为固定目标。
[0041]有利地，三维光学读取器2具有至少60°的宽观察角(最优为至少80° )，使得能够采集没有被布置在前面的其他三维光学读取器2的固定目标6。
[0042]三维光学读取器2由本领域公知的通常被称为3D扫描仪的各设备组成，并且可以具有不同的类型。[0043]方便地，在所提出的各实施例中，三维光学读取器2属于立体型的，即包括在已知的相对位置中具有采集同一对象的至少两个相机，并包括投影仪，该投影仪适于将图像投影到要采集其形状的对象上，使得增加被这两个相机采集到的图像的反差，以便促进对所采集的对象的三维重构。
[0044]事实上，借助已知类型的三角算法，从采集到的两张图像定义被采集对象的形状是可能的。
[0045]作为替换例，可以使用其他常规三维光学读取器2，诸如例如立体3D扫描仪，具有投影仪的结构化光3D扫描仪，具有激光、单通道或立体采集的结构化光3D扫描仪、或市场上可获得的其他类型的3D扫描仪。
[0046]参考图1和图2,在所提出的第一实施例中,测量设备Ia对于车辆4 (在这个情况下为汽车)的每一侧，包括被布置为清楚地取景车辆4的属于同一侧的所有车轮5的单个三维光学读取器2。
[0047]此外，如此后将更好描述的，两个三维光学读取器2中的每一个的至少一个相机以如下方式布置:使得最优在不存在车辆4的情况下，清楚地取景被布置在相对于车辆4的相对侧的其他三维光学读取器2的固定目标6。
[0048]参考图3，在所提出的第二实施例中，测量设备Ib包括四个三维光学读取器2，每一个三维光学读取器都被布置在车辆4的角部分附近，即，分别为一个三维光学读取器被布置在车辆4的右前角附近，一个三维光学读取器被布置在车辆4的左前角附近，一个三维光学读取器被布置在车辆4的右后角附近，且一个三维光学读取器被布置在车辆4的左后角附近。
[0049]同样在该情况下，三维光学读取器2中的每一个三维光学读取器的至少一个相机按如下方式布置:使得清楚地取景车辆4的属于同一侧的所有车轮5，并且尤其在不存在车辆4的情况下，清楚地取景属于所提供的另一三维光学读取器2的固定目标6。
[0050]参考图4，在所提出的第三实施例中，测量设备Ic再次包括四个三维光学读取器2，每个三维光学读取器2都被布置在车辆4的角部分邻近。
[0051]同样在该情况下，三维光学读取器2中的每一个三维光学读取器的至少一个相机按如下方式布置:使得清楚地取景车辆4的属于同一侧的所有车轮5，并且尤其在不存在车辆4的情况下，清楚地取景属于被布置在车辆4的相对侧的三维光学读取器2的固定目标6。
[0052]参考图5和图6，在所提出的第四实施例中，对于车辆4的每一个轴7，测量设备Id包括基本上沿着轴7按以下方式被布置在相对于车辆4的彼此相对处的一对三维光学读取器2:每一个三维光学读取器2清楚地取景属于所述轴7的车轮5，并且优选地在不存在车辆4的情况下每一个三维光学读取器2清楚地取景属于被布置在车辆4的相对于所考虑的三维光学读取器2的相对侧上的三维光学读取器2的一个或多个固定目标6(尤其地，至少为属于沿着同一轴7布置的三维光学读取器2的固定目标6)。
[0053]更精确地，在以上引用的图5中，车辆4是汽车，并因此由于所述汽车仅包括两个轴7，因此车辆设备Id仅包括四个三维光学读取器2。在图6中，相反，车辆是三轴卡车，并因此车辆设备Id包括六个三维光学读取器。
[0054]为了改善测量对设备la、lb、lc和Id的设置的准确性，在其安装期间，可能将各三维光学读取器2以靠近的方式固定到可确保所述三维光学读取器2相对于诸如，例如，地面的定向和位置的稳定性的各元件处。
[0055]此外，可能执行初步测量，该初步测量也涉及与所述三维光学读取器2以及固定目标6不同的仪器，其允许确定各三维光学读取器2相对于彼此的位置和定向，以随后与对固定目标6的三维采集组合，从而显著改善设置的准确性。
[0056]有利地，这些初步测量可能由对可移动目标8或9的三维采集组成，可移动目标8或9可被布置在三维光学读取器2之间的不同位置中，对于不同位置的每一个，使得所述目标中被至少两个三维光学读取器2的至少一个相机清楚地取景到。
[0057]在可移动目标8或9的几何形状已知并且后者被所有三维光学读取器2同时取景的特定情况下，单个位置就足够了。
[0058]此外，可能用线性测量工具来测量在属于各三维光学读取器2的各特征点之间的距离，其中这些点被布置在与各相机有关的已知位置处。
[0059]参考图8所示的示图，一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的方法在所引用的附图中一般由参考标记100来指示，并可通过使用刚才描述的测量设备la、lb、Ic或Id来获得，根据本发明该方法包括最优在不存在车辆4的情况下，借助三维光学读取器2来执行的采集固定目标6的图像，以便标识这些三维光学读取器2相对于彼此的位置和相互定向的第一步骤101。
[0060]随后继续将车辆4定位在三维光学读取器2之间，使得其车轮5根据之前描述的布置最优由这些三维光学读取器2来取景的步骤102。
[0061]完成这个后，继续借助三维光学读取器2执行的采集车轮5的图像的步骤103。
[0062]最后，借助计算机3，继续处理对车轮5以及对固定目标6的三维采集，以便计算车辆4的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的步骤104。
[0063]如已经提到的，为了改善该设置的准确性，之前描述的允许大致估计三维光学读取器2的位置和定向的初步测量可以有利地在对目标6、8或9的三维采集的步骤101之前仅被执行一次。
[0064]更精确地，在采集固定目标6的图像的步骤101中，用线性测量工具来测量各固定目标6的各特征点之间的距离。
[0065]所测得的这些距离随后在处理步骤104中被用于计算车辆4的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸。
[0066]在实践中，已发现根据本发明的一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备以及相应的测量方法完全实现了预期目标和目的，因为它们允许在不使用除用于设置和校准该测量设备的三维光学读取器之外的额外光学读取器的情况下，借助非接触式形状测量技术按简单快速的方式来准确测量车辆的各特征值，而没有因对该测量设备的校准而造成的错误。
[0067]通过这种方式，根据本发明的测量设备以及相应的测量方法比【背景技术】还不复杂、更易于校准，并且如果与【背景技术】相比在经济上更有竞争力。
[0068]根据本发明的测量设备的另一优点在于与车辆的车轮基础独立地布置各个三维光学读取器是可能的，因为通过使用具有宽观察角的透镜，即使在这些车轮没有与所述读取器对准的情况下，这些车轮也被取景到。[0069]由此构想的一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备以及相应的测量方法易受各种修改和变化的影响，所有这些修改和变化都在所附的权利要求书的范围之内；所有的细节还可以用其他技术上等效的元件来替换。
[0070]根据各要求以及技术现状，在实践中，所使用的材料(只要它们与特定使用兼容)以及相随的尺寸和形状可以是任何材料、尺寸和形状。
[0071]在本申请要求优先权的意大利专利申请号MT2011A001695中的公开内容通过引用纳入于此。
[0072]任何权利要求中所提及的技术特征后面跟随附图标记时，包括这些附图标记是出于增加权利要求的可理解性的目的，且相应地，这种附图标记对由这种附图标记作为示例所标识的各个元素的解释没有任何限制效果。
【权利要求】
1.一种一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的设备(la、lb、lc、ld)，包括:多个三维光学读取器(2)，所述多个三维光学读取器(2)功能地连接到计算机(3)，并且能按以下方式被布置到要测量其车轮、转向系统和底盘的尺寸和特征角的车辆(4)的周围:每一个三维光学读取器取景所述车辆(4)的至少一个车轮(5)以用于所述至少一个车轮(5)的图像的三维采集，向所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器提供用于设置和校准所述测量设备(la、lb、lc、ld)的至少一个固定目标(6)，其特征在于，所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器的至少一个相机按以下方式布置:使得直接取景所述三维光学读取器(2)中的另一个三维光学读取器的至少一个固定目标(6)，以通过由所述至少一个相机执行的对所述固定目标(6)的三维采集来设置和校准所述测量设备(la、lb、lc、Id)。
2.根据权利要求1所述的测量设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器的所述至少一个相机具有对于直径为2.2微米的可容忍弥散圈而言清楚的视场，该清楚的视场具有大于至少0.5米的深度，并且所述至少一个相机被布置为使得清楚地取景所述固定目标(6)。
3.根据权利要求2所述的车辆设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述清楚的视场具有大于I米的深度。
4.根据前面的权利要求中的一项或多项所述的车辆设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器的所述至少一个相机具有至少60°的观察角。
5.根据权利要求4所述的测量设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述观察角为至少80。。
6.根据前面的权利要求中的一项或多项所述的测量设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述三维光学读取器(2)属于立体类型，并且包括适于将图像投影到要采集其形状的对象上的投影仪，使得增加这两个相机所采集的图像的反差。
7.根据前面的权利要求中的一项或多项所述的测量设备(la)，其特征在于，对于所述车辆(4)的每一侧，所述测量设备包括按以下方式布置的所述三维光学读取器(2)中的单个三维光学读取器:使得清楚地取景所述车辆(4)属于所述车辆(4)的该同一侧的所有车轮(5)，并清楚地取景被布置在相对于所述车辆(4)的相对侧的其他三维光学读取器(2)的固定目标(6)。
8.根据权利要求1到6中的一项或多项所述的测量设备(lb)，其特征在于，所述测量设备包括所述三维光学读取器(2)中的四个三维光学读取器，每一个三维光学读取器按以下方式被布置在所述车辆(4)的角部分附近:所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器清楚地取景所述车辆(4)的属于同一侧的所有车轮(5)，并清楚地取景属于所述三维光学读取器(2 )中的其他三维光学读取器的固定目标(6 )。
9.根据权利要求1到6中的一项或多项所述的测量设备(lc)，其特征在于，所述测量设备包括所述三维光学读取器(2)中的四个三维光学读取器，每一个三维光学读取器按以下方式被布置在所述车辆(4)的角部分附近:所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器清楚地取景所述车辆(4)的属于同一侧的所有车轮(5)，并清楚地取景属于属于所述相对侧的三维光学读取器的固定目标(6 )。
10.根据权利要求1到6中的一项或多项所述的测量设备(ld)，其特征在于，对于所述车辆(4)的每一个轴，所述测量设备包括基本上沿着所述轴(7)按以下方式被布置在相对于所述车辆(4)的彼此相对处的所述三维光学读取器(2)中的一对三维光学读取器:每一个三维光学读取器清楚地取景属于所述轴(7)的车轮(5)，并且每一个三维光学读取器清楚地取景属于以下三维光学读取器的至少一个固定目标(6):沿着与所取景的车轮(5)相同的轴(7)被布置在所述车辆(4)的相对于被考虑的三维光学读取器(2)的相对侧上的三维光学读取器。
11.根据权利要求10所述的测量设备(ld)，其特征在于，所述三维光学读取器(2)中的每一个三维光学读取器取景属于以下三维光学取景器(2)的固定目标(6)中的每一个固定目标:被布置在所述车辆(4)的相对于被考虑的三维光学读取器(2)的相对侧上的三维光学读取器。
12.根据前面的权利要求中的一项或多项所述的测量设备(la、lb、lc、ld)，其特征在于，所述测量设备包括至少一个可移动目标(8、9)，所述至少一个可移动目标能被布置在所述三维光学读取器(2)之间的不同位置处，对于所述不同位置的每一个，所述可移动目标(8,9)被所述三维光学读取器(2)中的至少两个三维光学读取器的至少一个相机清楚地取景到。
13.一种一般用于测量车辆的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的方法(100)，所述方法能通过使用根据前面的权利要求中的一项或多项所述的测量设备(la、lb、lc、Id)来获得，包括以下步骤: -将所述车辆(4)定位在所述三维光学读取器(2)之间的步骤(102)； -由所述三维光学读取器(2)执行的采集所述车轮(5)的图像的步骤(103)； -由所述计算机(3)执行的处理所述采集到的图像以计算所述车辆(4)的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸的步骤(104)； 其特征在于，所述方法包括由所述三维光学读取器(2)执行的采集所述固定目标(6)的图像，以便标识所述三维光学读取器(2)相对于彼此的位置和互相定向的步骤(101)，在所述处理步骤(104)中使用所述采集所述固定目标(6)的图像的步骤(101)，以计算所述车辆(4)的车轮、转向系统和底盘的特征角和大小。
14.根据权利要求13所述的测量方法(100)，其特征在于，在所述采集所述固定目标(6)的图像的步骤(101)中，所述至少一个可移动目标(8、9)也被采集，以便确定所述三维光学读取器(2)相对于彼此的位置和相互定向。
15.如权利要求13或14所述的测量方法(100)，其特征在于，在所述采集所述固定目标(6)的图像的步骤(101)中，所述固定目标(6)的特征点之间的距离是使用线性测量工具来测量的，在所述处理步骤(104)中使用所述测量到的距离以计算所述车辆(4)的车轮、转向系统和底盘的特征角和尺寸。
【文档编号】G01B11/275GK103814271SQ201280045840
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年5月22日 优先权日:2011年9月21日
【发明者】C·布齐, G·托里 申请人:塞母布有限公司