專利名稱：非接觸式車輪定位傳感器以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定三維對(duì)象相對(duì)于參照系的取向的測(cè)量設(shè)備，尤其 是，涉及一種包括一個(gè)或多個(gè)專門適用于機(jī)動(dòng)車車輪的傳感器的測(cè)量系 統(tǒng)，傳感器使用投射到輪胎和車輪組件上的光束來(lái)限定車輪相對(duì)于預(yù)定取 向的取向平面。
背景技術(shù)：
在汽車工業(yè)中，適當(dāng)?shù)臋C(jī)動(dòng)車質(zhì)量需要在制造期間及其后機(jī)動(dòng)車使用 壽命期間對(duì)車輪定位設(shè)置進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)。機(jī)動(dòng)車車輪的適當(dāng)定位和對(duì) 準(zhǔn)，尤其是導(dǎo)向輪比如機(jī)動(dòng)車的前輪，需要設(shè)置束角、外傾角角度以及后 傾角角度。束角是機(jī)動(dòng)車徑向軸和通過(guò)該車輪/輪胎中心的平面之間的角度 而且影響該機(jī)動(dòng)車的直前運(yùn)作還有導(dǎo)向。外傾角角度是輪軸在豎直平面內(nèi) 朝著道路表面的傾斜并且在該車l侖頂部朝著機(jī)動(dòng)車中心傾斜時(shí)為負(fù)數(shù)。后 傾角角度是平行于機(jī)動(dòng)車中心線方向的轉(zhuǎn)向軸的傾斜。朝著機(jī)動(dòng)車后面傾 斜導(dǎo)致正的后傾角。在組裝和/或修理機(jī)動(dòng)車期間，重要的是測(cè)量、調(diào)節(jié)或 監(jiān)察、以及設(shè)置束角還有機(jī)動(dòng)車車輪的外傾角和轉(zhuǎn)向角角度，尤其是導(dǎo)向 輪，所以該機(jī)動(dòng)車會(huì)適當(dāng)?shù)亻_(kāi)走并駕駛。
過(guò)去，使用了各種方法來(lái)測(cè)量機(jī)動(dòng)車車輪的束角和外傾角，包括直接 和間接方法。直接測(cè)量方法需要人類司機(jī)或機(jī)制將測(cè)量工具放置成與機(jī)動(dòng) 車接觸并且容易出現(xiàn)放置誤差和磨損。間接測(cè)量方法，有時(shí)稱為非接觸方 法，典型地包括在輪胎安裝到機(jī)動(dòng)車上時(shí)察看或檢測(cè)投射在其上的光線圖 像，并使用計(jì)算機(jī)從這些圖像中算出輪胎定位以提供最終的定位信息?，F(xiàn) 有公知的直接測(cè)量方法很麻煩、耗費(fèi)時(shí)間、常常是勞動(dòng)密集的、而且比理
6想的精確度低?，F(xiàn)有的非接觸或間接方法涉及將一個(gè)或兩個(gè)光束投射到輪 胎的離散位置上，而且接收并處理從該輪胎反射的這些光束的圖像以重建 車輪/輪胎平面。
因此，確定了需要用來(lái)測(cè)量和確定機(jī)動(dòng)車車輪更廣泛來(lái)說(shuō)是任何三維 對(duì)象的取向的設(shè)備和方法，其都會(huì)使車輪或?qū)ο蟮钠矫娴靡詾榱硕ㄎ粸榱?設(shè)置車輪/輪胎的束角和/或外傾角起見(jiàn)更精確并牢固地確定以指示車輪/輪 胎相對(duì)于車輛中心線的定位。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種用于確定三維對(duì)象的取向的設(shè)備和方法，而且 優(yōu)選方式是有理想的定位特征的輪胎和車輪組件。傳感器在輪胎和車輪組 件上投射多個(gè)光束以形成多個(gè)大體上平行且水平的照明圖像。然后這些照 明線中的一些或所有所反射的圖像被傳感器接收。投射到輪胎上的多個(gè)照 明線和捕獲的圖像中這些線的定位使車輪的三維空間取向或幾何形狀能 夠算出。
根據(jù)本發(fā)明 一方面， 一種確定安裝在機(jī)動(dòng)車上的輪胎和車輪組件的定 位特征的方法包括從第一光線投射儀投射多個(gè)光線平面到輪胎和車輪組 件上以在輪胎和車輪組件中的輪胎上形成多個(gè)大體上平行的照明線，用光 電裝置在相對(duì)于第一光線投射儀的投射角度的角度上接收從輪胎反射的 這些照明線中至少一些所反射的圖像，并且確定由來(lái)自被選擇的點(diǎn)的空間 坐標(biāo)所限定的平面，該被選擇的點(diǎn)位于由光電裝置成像的每個(gè)照明線上， 該平面代表輪胎和車輛組件的取向。
從第一光線投射儀投射的多個(gè)光線平面可被發(fā)散地投射。反射裝置可 以用于投射多個(gè)光線平面而且/或者用于將所反射的圖像對(duì)準(zhǔn)光電裝置?？?以將多個(gè)光線平面相對(duì)于車輪投射到輪胎僅一側(cè)上，或者可以同時(shí)投射在 周圍或在車輪周圍車胎完全相反的部分上。當(dāng)輪胎和車輪組件旋轉(zhuǎn)時(shí)光電 裝置可以重復(fù)成像這部分被反射的照明線。在這種情況下，例如，可以對(duì) 于每一幀重復(fù)計(jì)算該平面并求平均值，或者可以對(duì)每個(gè)照明線上所選擇的點(diǎn)的空間坐標(biāo)在重復(fù)的幀圖像上求平均值以限定該平面。
確定定位特征的方法還可以包括將從第二光線投射儀投射單一光線 平面到該輪胎和車輪組件上以形成該輪胎和車輪組件的輪胎上的單一參 考照明線，用光電裝置從輪胎接收該參考照明線被反射的圖像，而且確定 從參考照明線到非接觸式車輪定位傳感器的參考距離，該非接觸式車輪定 位傳感器包括第一和第二光線投射儀和光電裝置。該方法進(jìn)一步包括使用 參考距離在接收被反射圖像的步驟識(shí)別哪些照明線被成像。根據(jù)這一方 面，第二光線投射儀相對(duì)于第一光線投射儀有角度地取向。
確定定位特征的方法還可以進(jìn)一步包括為位于由光電裝置成像的每 個(gè)照明線上的多個(gè)點(diǎn)來(lái)判定三維空間坐標(biāo)并推導(dǎo)出每個(gè)照明線的最佳擬 合曲線方程，包括確定該平面是對(duì)于推導(dǎo)出的曲線方程的最佳擬合切面。 該方法可以進(jìn)一步包括在離參考平面最近的每個(gè)照明線上確定參考點(diǎn)并 隨后確定第 一平面為到來(lái)自每個(gè)照明線的這些參考點(diǎn)的最佳擬合平面。該 方法進(jìn)一步迭代地確定平面是通過(guò)首先確定位于離先前確定的平面最近 的每個(gè)照明線上的被選擇點(diǎn)，然后確定新平面為到被選擇點(diǎn)的最佳擬合平 面，被選擇點(diǎn)位于離新確定的平面最近的每個(gè)照明線上。
還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，該方法可以包括從另 一個(gè)光線投射儀投射多個(gè)光線平 面到輪胎和車輪組件上以在輪胎上形成多個(gè)大體上平行的第二照明線。來(lái) 自第 一光線投射儀的照明線與來(lái)自其他光線投射儀的第二照明線間隔開(kāi)， 由光電裝置接收的被反射的圖像包括由第 一光線投射儀形成的至少 一個(gè) 照明線和由其他光線投射儀形成的至少 一個(gè)照明線。
根據(jù)本發(fā)明另 一方面， 一種確定安裝在機(jī)動(dòng)車上的輪胎和車輪組件的 定位特征的方法包括提供第一非接觸式車輪定位傳感器和在輪胎和車輪 組件中車輪周圍定位的第二非接觸式車輪定位傳感器，每個(gè)傳感器包括多 光線投射儀和照相機(jī)裝置。從第 一和第二傳感器中多光線投射儀投射多個(gè) 光線平面到輪胎和車輪組件上以在第一和第二輪胎部分上形成多個(gè)大體 上平行的照明線，而且用第一傳感器的照相機(jī)裝置接收來(lái)自第一輪胎部分 的照明線中至少 一些的被反射圖像并且用相對(duì)于多光線投射儀有角度偏 移取向的第二傳感器的照相機(jī)裝置接收來(lái)自第二輪胎部分的照明線中至少 一些的被反射圖像。該方法進(jìn)一步包括確定由來(lái)自被選擇的點(diǎn)的空間坐
標(biāo)系限定的平面，該;故選擇的點(diǎn)位于第一和第二傳感器中照相機(jī)裝置所成 像的每個(gè)照明線上，該平面代表輪胎和車輪組件的取向。
第一和第二傳感器中多光線投射儀可以發(fā)散地投射光線平面。每個(gè)傳 感器還包括單線參考投射儀，該方法進(jìn)一步包括將單線平面從兩個(gè)單線參 考投射儀投射到輪胎和車輛組件上以形成第 一 和第二輪胎部分上的單個(gè) 參考照明線。該方法進(jìn)一步包括用照相機(jī)裝置接收單個(gè)參考照明線所反射 的圖像并確定從第 一輪胎部分上的單個(gè)參考照明線到第 一傳感器的參考 距離，而且確定從第二輪胎部分上的單個(gè)參考照明線到第二傳感器的參考 距離。該方法可以進(jìn)一步包括當(dāng)輪胎和車輪組件旋轉(zhuǎn)時(shí)用第一和第二傳感 器中照相機(jī)裝置重復(fù)接收所反射的圖像。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，用于確定安裝在機(jī)動(dòng)車上的輪胎和車輪組件的 定位特征的非接觸式車輪定位傳感器包括第一多光線投射儀、照相機(jī)裝 置、以及處理器。第一多光線投射儀將多個(gè)光線平面投射到輪胎和車輪組 件上以在輪胎上形成大體上平行的照明線。照相機(jī)裝置在相對(duì)于第一多光 線投射儀的投射角的偏移角度上接收從輪胎反射的照明線中至少一些被 反射的圖像。該處理器確定由來(lái)自被選擇的點(diǎn)的空間坐標(biāo)所限定的平面， 該被選擇的點(diǎn)位于由照相機(jī)裝置成像的每個(gè)照明線上，該平面代表輪胎和 車輪組件的取向。
根據(jù)該發(fā)明一方面，多光線投射儀可以分散地投射多個(gè)光線平面。該 傳感器還可以包括單線參考光線投射儀，該投射儀將單個(gè)光線平面投射到 輪胎和車輪組件上以形成該輪胎上的參考照明線，使該單線參考光線透視
儀取向成在從所述第一多光線投射儀偏移一個(gè)角度上投射。該非接觸式車 輪定位傳感器可以可選地包括第二多光線投射儀，該投射儀將第二多個(gè)光 線平面投射到輪胎和車輪組件上以在輪胎上形成大體上平行的照明線的 第二集合。由第 一 多光線投射儀形成的照明線與由第二多光線投射儀形成 的大體上平行的照明線的第二集合在該輪胎上有選擇性間隔。該傳感器還 可以可選地包括反射裝置朝著輪胎投射光線平面并且/或者朝著照相機(jī)裝 置反射圖像。
9本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的為定位起見(jiàn)而測(cè)量和計(jì)算三維對(duì)象比如機(jī)動(dòng)車車壽侖 的取向的公知設(shè)備和方法提供了顯著優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的非接觸式傳感器將多 個(gè)照明線投射到對(duì)象上，比如輪胎和車輪組件中的輪胎上，還有接收這些 照明線所反射的圖像。從所反射的圖像中，該傳感器確定該輪胎上照明線 所選擇的點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)而且通過(guò)所確定的三維空間坐標(biāo)來(lái)確定平面， 該平面代表該輪胎和車輪組件的取向并從其中算出束角和外傾角，還有其 他定位特征。投射多個(gè)照明線提供了更多的測(cè)量點(diǎn)，并因而更精確地確定 了壽&胎和車輪組件的取向，還增加了傳感器可以運(yùn)作的工作領(lǐng)域。投射多 個(gè)光線平面還使輪胎和車輪組件上這些光線平面的投射角或照明線的視 角能夠被傳感器所增加，這進(jìn)而加強(qiáng)了傳感器的靈敏度。輪胎和車輪組件 取向可以對(duì)于由該傳感器成像的每個(gè)照明線來(lái)計(jì)算，由此提高冗余度、魯
;唪性而且使噪聲減少。還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，由于4侖胎大體上圓環(huán)形狀和投射到 輪胎側(cè)壁表面上的照明線被關(guān)聯(lián)確定的頂點(diǎn)，單一圖像可以用來(lái)計(jì)算外傾 角、束角角度、以及車輪中心位置。
一旦結(jié)合圖形來(lái)看下面的說(shuō)明書，本發(fā)明這些和其他目標(biāo)、優(yōu)勢(shì)、目 的和特點(diǎn)就將越發(fā)清晰。


圖1是挨著機(jī)動(dòng)車的輪胎和車輪組件的根據(jù)本發(fā)明所述的一對(duì)傳感器 的透^L圖2是對(duì)機(jī)動(dòng)車的輪胎和車輪組件的束角角度的圖示說(shuō)明；
圖3是對(duì)機(jī)動(dòng)車的輪胎和車輪組件的外傾角角度的圖示說(shuō)明；
圖4是根據(jù)本發(fā)明所述的傳感器的示意性透視圖，示出該傳感器內(nèi)部 部件的位置和取向；
圖5是圖4的傳感器去掉箱體蓋的透視圖以圖示說(shuō)明內(nèi)部光線投射 儀、參考光線投射4義、以及照相機(jī)裝置。
圖6是圖5傳感器組件的側(cè)視10圖7是根據(jù)本發(fā)明所述另一個(gè)傳感器的透視圖8A是圖7的傳感器去掉箱體蓋的透視圖以圖示說(shuō)明內(nèi)部光線投射 儀、參考光線投射儀、照相機(jī)裝置、以及反射構(gòu)件。
圖8B是圖7傳感器組件的側(cè)視圖9是根據(jù)本發(fā)明所述另 一個(gè)傳感器的側(cè)視圖IO是根據(jù)本發(fā)明所述還有一個(gè)傳感器的側(cè)視圖11是機(jī)動(dòng)車的輪胎和車輪組件的透視圖，圖示說(shuō)明合適的坐標(biāo)軸參 照系；
圖12是輪胎和車輪組件的透視圖，圖示說(shuō)明將光線平面從光線投射 儀(未示出)投射到輪胎和車輪組件上以形成照明線；
圖13是輪胎和車輪組件的前視圖，圖示說(shuō)明投射到輪胎左側(cè)與右側(cè) 部分上的照明光線；
圖13A是輪胎和車輪組件的透視圖，圖示說(shuō)明投射到輪胎左側(cè)與右側(cè) 部分上的照明線而且示意性說(shuō)明沿著這些照明線的輪胎上的點(diǎn)和對(duì)該組 寸牛的切面；
圖13B是框圖流程圖，圖示說(shuō)明一種使用根據(jù)本發(fā)明所述的傳感器得 到與輪胎和車輪組件相切的平面的方法；
圖14圖示說(shuō)明相對(duì)于坐標(biāo)軸參照系，在各種校準(zhǔn)位置之上被反射的 照明線的多個(gè)校準(zhǔn)曲線；
圖15圖示說(shuō)明相對(duì)于坐標(biāo)軸參照系，XI平面與對(duì)應(yīng)于特定照明線的 校準(zhǔn)曲線相交的點(diǎn)和通過(guò)這些相交點(diǎn)的多項(xiàng)式曲線；
圖16圖示說(shuō)明在確定真正的平面之前輪胎和車輪組件的多個(gè)潛在平 面；以及
圖17安裝到機(jī)動(dòng)車試驗(yàn)臺(tái)上根據(jù)本發(fā)明所述的傳感器的透視圖，位 于試驗(yàn)臺(tái)上的校準(zhǔn)框用于校準(zhǔn)該傳感器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，在下面所寫的描述內(nèi)容中被標(biāo)號(hào)的元件
對(duì)應(yīng)于附圖中相同標(biāo)號(hào)的元件。測(cè)量系統(tǒng)或設(shè)備50,在圖1圖示說(shuō)明的實(shí) 施例中，包括一對(duì)非接觸式車輪定位傳感器52a、 52b,用于確定車輪定位 特征比如束角、外傾角、后傾角、定位軸傾斜(SAI),還有車輪中心、對(duì) 稱軸、以及后止推角度。圖2圖示說(shuō)明要確定的束角角度54,圖3圖示說(shuō) 明要確定的外傾角角度56。雖然只有一個(gè)輪胎和車輪組件50在圖1中圖 示說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是包括兩個(gè)傳感器52a、 52b的測(cè)量系統(tǒng)可以放置 在前或后輪胎和車4侖組件處或者在在機(jī)動(dòng)車60的四個(gè)輪胎和車4侖組件中 每一個(gè)上。作為選擇，可以在每個(gè)輪胎和車輪組件處使用單個(gè)傳感器52。
如下面更詳細(xì)描述的，每個(gè)傳感器52,參照?qǐng)D4-6,投射多個(gè)光束， 在該圖示說(shuō)明的實(shí)施例中包括在安裝到機(jī)動(dòng)車60上的輪胎和車輪組件58 處投射的光線平面62 (62a-62d圖12)以在輪胎側(cè)壁上形成或生成多個(gè)大 體上平行且水平的照明圖^f象，其被圖示說(shuō)明為輪胎66左右兩側(cè)上的照明 線64 (圖1和13 )， 一個(gè)傳感器52a在左側(cè)66a投射，另 一個(gè)傳感器52b 在右側(cè)66b投射(圖1和13 )。圖12顯露光線平面62凈皮發(fā)散地投射。作 為選擇，這些光線平面可以平行地投射。雖然只圖示說(shuō)明了有限的數(shù)量， 每個(gè)傳感器52可以在4合胎66上形成近似十五個(gè)照明線64。然后一些或所 有的照明線64所反射的圖像(未示出)被傳感器52接收，比如在近似十 至十二個(gè)照明線之間。投射到輪胎66上的多個(gè)照明線64和這些線64在 所捕獲的圖像中的位置使車輪58的三維空間取向或幾何形狀能夠基于傳 感器52的視場(chǎng)和景深在傳感器52的工作區(qū)域各處而算出。
傳感器處理器68 (圖4)用于分析傳感器52從傳感器52的視場(chǎng)內(nèi)接 收的被反射圖像，基于傳感器52的校準(zhǔn)，得到指示車輪和輪胎組件58取 向的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器68推導(dǎo)出代表每個(gè)照明線64的方程 并使該圖像被選擇的點(diǎn)與三維空間值相關(guān)。用來(lái)推導(dǎo)三維空間值的被選擇 的點(diǎn)可以選擇成照明線的頂點(diǎn)。側(cè)壁自然膨脹得使照明線64在其上形成 曲線，這樣的曲線的頂點(diǎn)旨在代表或位于輪胎側(cè)壁沿著照明線64長(zhǎng)度的 物理頂點(diǎn)處。然后處理器68可以進(jìn)一步確定或擬合平面到所確定的頂點(diǎn)上，所確定的平面代表輪胎和車輪組件58的束角和外傾角取向。
作為選擇，處理器68可以在傳感器52視場(chǎng)內(nèi)對(duì)沿著每個(gè)照明線64 的多個(gè)點(diǎn)確定三維空間坐標(biāo)并為每個(gè)照明線64推導(dǎo)出曲線方程，比如通 過(guò)基于每條線的三維空間坐標(biāo)將曲線擬合到照明線64上。與所確定的曲 線方程相切的平面代表輪胎和車輪組件58的束角和外傾角取向而且與照 明線64的頂點(diǎn)相交。這樣，處理器68還可以基于所確定的切面與所確定 的曲線方程的相交處來(lái)確定所查看的照明線64的頂點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
預(yù)先記錄的校準(zhǔn)設(shè)置，比如下面所述的，可以用來(lái)執(zhí)行曲線參數(shù)向三 位坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。由于三維空間頂點(diǎn)坐標(biāo)需要同心取向，所確定的頂點(diǎn)限定 代表安裝到車輪上的輪胎的三維中的圓。然后處理器68可以進(jìn)一步基于 所確定的圓的中點(diǎn)的確定來(lái)確定車輪的中心，該圓由照明線64的三維頂 點(diǎn)所限定?；谒_定的車輪中點(diǎn)，然后還可以確定其他參數(shù)比如車輪軸 的幾何形狀參數(shù)。如從圖1中所理解的，可以將車輪組件58定位在滾筒 69上，在測(cè)量期間該滾筒運(yùn)作以旋轉(zhuǎn)車輪組件58。然而，作為選擇，可 以在車輪組件58靜態(tài)條件下執(zhí)行測(cè)量。
多個(gè)光線平面62的投射和接收在確定車輪定位特征上提供幾個(gè)優(yōu)勢(shì)， 包括精確度更高而且傳感器52的可能的工作體積相對(duì)于傳感器52的視場(chǎng) 和景深而擴(kuò)大。例如，在輪胎左右區(qū)域66a、 66b之上投射多個(gè)照明線64 提供更多測(cè)量點(diǎn)。此外，在所投射的照明線64和傳感器52之間所成的角 度可以比用其他投射更少線比如單線的方法保持更大，并因此敏感度增 強(qiáng)。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，可以對(duì)由傳感器52所見(jiàn)的被投射照明線64中每一個(gè)來(lái) 計(jì)算車輪58的定位，由此提供冗余度、而且此后提供魯才奉性并減少噪聲。 另夕卜，當(dāng)車輪58和傳感器52之間的距離增加時(shí)， 一些照明線64從視場(chǎng) 中消失，而其他照明線進(jìn)入，由此在更大深度上保持功能性。還有進(jìn)一步 來(lái)說(shuō)，對(duì)來(lái)自傳感器52的單個(gè)圖像進(jìn)行處理可以提取足夠信息來(lái)計(jì)算外 傾角角度。而且，雖然準(zhǔn)確度更低，但是單個(gè)圖像還包含提取車輪中心位 置的信息，以及束角角度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4的實(shí)施例，示出每個(gè)傳感器52包括多光線投射儀或光 源或第一或上方光線透視儀70。每個(gè)傳感器還包括定位在光線投射儀70
13下面的參考光線投射儀或光源或第二或下方光線透視儀72。參考光線投射 儀72投射參考光線平面以在輪胎66上生成參考照明線74 (圖13 )。如下 面更詳細(xì)描述的，參考光線透視zf義72可以用于確定或建立從4侖胎66反射 的照明線64中哪些是由傳感器52所接收的，包括在傳感器52內(nèi)所反射 的照明線的位置或取向。在該圖示說(shuō)明的實(shí)施例中，光線投射儀70和參 考光線投射儀72是能夠投射激光的激光器，光線投射儀70適合用來(lái)投射 多個(gè)光線平面而且參考光線投射儀72適合用來(lái)投射單個(gè)光線平面。
傳感器52進(jìn)一步包括圖像捕捉裝置或光電裝置或數(shù)字照相機(jī)裝置76 以及處理器68。照相機(jī)裝置76可以包括電荷耦合裝置(CCD )或用來(lái)接 收照明線64所反射的圖像的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )傳感器而且 將這些圖像轉(zhuǎn)換成用于處理器68分析的像素。照相機(jī)裝置76可以有一個(gè) 兆像素的分辨率，但是想要或需要時(shí)可以更大或更小。照相機(jī)設(shè)備76還 可以包括窄帶濾波器，只允許光線通入有與光線投射儀70和參考光線投 射儀72輸出的光線的波長(zhǎng)近似相等的波長(zhǎng)的照相機(jī)76。處理器68在圖4 中示出為獨(dú)立部件，然而，照相機(jī)裝置76可以包括比如通過(guò)CPU的處理 能力，并且/或者可以利用位于傳感器52箱體78外部的獨(dú)立處理系統(tǒng)來(lái)執(zhí) 行數(shù)學(xué)處理。
如圖4中所示，光線投射儀70，參考光線投射儀72、照相機(jī)裝置76、 以及處理器68安裝在箱體78內(nèi)。如從圖4中理解的，光線投射儀70通 過(guò)窗口 80投射光線平面62，參考光線投射儀72通過(guò)窗口 82投射。將照 明線64和參考照明線74的圖像通過(guò)窗口 84反射回照相機(jī)76?，F(xiàn)在參照 圖5和6，示出光線投射儀70,參考光線投射儀72、以及光電裝置76安 裝到框架86上，框架86安裝在箱體78內(nèi)并進(jìn)而可以安裝到包含傳感器 52的系統(tǒng)的板托架部件上或這類部件。傳感器52可以安裝到試驗(yàn)臺(tái)卯上 (圖17 )，試驗(yàn)臺(tái)90用來(lái)放置并測(cè)試機(jī)動(dòng)車60從而測(cè)量車輪定位特征。 再參考圖4的實(shí)施例，照相機(jī)裝置76相對(duì)于箱體78的長(zhǎng)軸大體上正交地 安裝在箱體78,以便使用時(shí)照相機(jī)裝置76大體上豎直地朝向輪胎和車輪 組件58。
如從圖4-6中所理解的，安裝光線投射儀70以使其相對(duì)于照相機(jī)裝置76的觀察方向成銳角朝向，角度92近似為30度。類似地，將參考光線投 射儀72相對(duì)于照相機(jī)裝置76成更小的銳角來(lái)安裝，角度94近似為10度。 如先前所指出的，光線投射儀70將多個(gè)光線平面62投射在輪胎和車輪組 件58處，而參考光線投射儀72投射單個(gè)光線平面。應(yīng)當(dāng)明白的是，由于 更大角度的取向，在一些例子中不是所有從光線投射儀70投射的光線平 面62都會(huì)是照相機(jī)裝置76可觀察到的，比如當(dāng)傳感器52離輪胎和車輪 組件58較近或較遠(yuǎn)放置時(shí)。與此相反，由于角度94相對(duì)角度92角度較 淺，由參考光線投射儀72投射到輪胎66上的參考照明線74將是照相機(jī) 裝置76在傳感器52相對(duì)于輪胎和車輪組件58的各處工作位置或距離上 都可觀察到的。
在本發(fā)明范圍內(nèi)可以采用傳感器的替換排布。例如，照相機(jī)裝置可以 相對(duì)于傳感器箱體和/或輪胎和車輪組件向上或者向下成角度。在這樣的排 布中照相機(jī)還可以經(jīng)由成朝著照相機(jī)反射圖像的角度的反射器或反射裝 置比如鏡子來(lái)觀察輪胎和車輪組件。類似地，光線投射儀和/或參考光線投 射儀可以將圖像投射到鏡子上，其進(jìn)而將圖像投射或反射到輪胎和車輪組 件上。
將這樣的替換傳感器的一個(gè)例子圖示說(shuō)明為圖7-8C中的傳感器152。 應(yīng)當(dāng)明白的是傳感器152是與傳感器52大體上相同的結(jié)構(gòu)，傳感器152 的共同或類似的部件或元件用與圖4-6中所用的類似的附圖標(biāo)記來(lái)示出， 但是將附圖標(biāo)記"100"添加到圖4-6的附圖標(biāo)記中。應(yīng)當(dāng)理解的是，因?yàn)?傳感器152與傳感器52類似，相同附圖標(biāo)記部分的具體結(jié)構(gòu)和替換方案 并非都會(huì)被論述。
傳感器152包括光線投射儀170,參考光線投射儀172、以及照相機(jī) 裝置176。光線投射儀170大體上豎直向上并離開(kāi)光線投射儀反射器或反 射器裝置171來(lái)投射圖像，其在圖示說(shuō)明的實(shí)施例中形式為鏡子。進(jìn)而將 這些圖像反射出箱體178的窗口 180。參考光線投射儀172,與傳感器52 的參考光線投射儀72大體上相同方式取向并突出窗口 184。照相機(jī)裝置 176大體上豎直朝下以接收從輪胎和車輪組件反射到照相機(jī)反射儀或反射 儀裝置177上并離開(kāi)裝置177向上的圖像，裝置177在圖示說(shuō)明的實(shí)施例
15中還是鏡子。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9和10，示出替換傳感器252和352的示意圖為與傳感器 52和152大體上相同的結(jié)構(gòu)。傳感器252和352的共同或類似部件或元件 用與關(guān)于傳感器52和152的圖4-8B中使用的類似的附圖標(biāo)記來(lái)示出，但 是分別使用標(biāo)記系列"200"和"300"。應(yīng)當(dāng)理解的是，因?yàn)閭鞲衅?52 和352與傳感器52和152類似，，相同附圖標(biāo)記部分的具體結(jié)構(gòu)和替換方 案并非都會(huì)被論述。
圖9的傳感器252包括多光線投射儀270、單線參考光線投射儀272、 照相機(jī)裝置276、以及處理器(未示出)。如所示的，光線投射儀270和參 考光線投射儀272大體上朝下，參考光線投射儀相對(duì)于投射儀270成角度 取向。傳感器252進(jìn)一步包括反射器裝置271用來(lái)引導(dǎo)從光線投射儀270 投射的光線平面262和從參考光線投射儀272向輪胎和車輪組件投射的單 個(gè)參考光線平面265。如圖示說(shuō)明的，光線投射儀270發(fā)散地投射光線平 面262，然后在輪胎側(cè)壁上形成多個(gè)平行的照射線。類似地，參考光線平 面265還在輪胎側(cè)壁上形成參考照明線。
第二反射器裝置277分別引導(dǎo)投射儀270和參考投射儀272產(chǎn)生的照 明線和參考照明線中從輪胎和車輪組件反射的圖像，在照相機(jī)276處，照 相機(jī)276大體上朝上。如圖9中圖示說(shuō)明的，照相機(jī)276因而具有在其之 內(nèi)能夠接收照明線和參考照明線中從輪胎和車輪組件反射的圖像的視場(chǎng) 267。視場(chǎng)267相對(duì)于光線平面262的投射而取向，以及存在多個(gè)光線平 面262在輪胎上形成多個(gè)照明線，改進(jìn)了傳感器252能夠運(yùn)作的工作區(qū)域 或體積。如圖示說(shuō)明的，傳感器252有工作深度279,在圖示說(shuō)明的實(shí)施 例中近似為250-300mm，其中照明線會(huì)由光線平面262在輪胎和車輪組件 上形成而且其中照相機(jī)276將能夠察看照明線。
圖10的傳感器352包括一對(duì)互相成角度取向的多光線投射儀370a和 370b,但是不包括參考光線透視儀。光線投射儀370a發(fā)散地投射多個(gè)光線 平面262a，光線投射儀370b發(fā)散地投射多個(gè)光線平面262b,光線平面262a 和262b在反射器裝置371處投射。反射器裝置371使光線平面262a和262b 在輪胎和車輪組件處改向，光線平面262a在輪胎側(cè)壁上形成一系列平行的照明線而且光線平面262b在輪胎側(cè)壁上形成第二系列平行的照明線。在 所投射的光線平面262a和262b之間形成空隙或間隔373是通過(guò)光線投射 儀370a和370b互相間并相對(duì)于反射器裝置371有角度的取向。傳感器352 還包括與第二反射器裝置377 —起的照相機(jī)裝置376和處理器(未示出)， 提供第二反射器裝置377引導(dǎo)從所投射的光線平面262a和262b在輪胎側(cè) 壁上形成照明線的輪胎和車輪組件上反射的圖像至照相機(jī)裝置376上。照 相機(jī)裝置376因而具有視場(chǎng)367,在這之內(nèi)照相機(jī)裝置376能夠接收所反 射的圖像。然后處理由照相機(jī)裝置376所接收的圖像以確定輪胎側(cè)壁頂點(diǎn) 的切面和三維坐標(biāo)，比如通過(guò)例如利用該處理器。類似于傳感器252,傳 感器352具有改進(jìn)了的工作深度379,在圖示說(shuō)明的實(shí)施例中近似為 250-300mm，在這之內(nèi)照明線會(huì)由光線平面362在輪胎和車輪組件上形成 而且在這之內(nèi)照相機(jī)376將能夠查看照明線。
傳感器52、 152、 252、以及/或者352可以由各部件構(gòu)造或者包括各 部件，這些部件由加拿大、英屬哥倫比亞、三角洲的LMI技術(shù)公司提供。 由LMI技術(shù)公司提供的這種部件可以包括光線投射儀、參考光線投射儀、 照相機(jī)裝置、以及處理器、還有用來(lái)處理由這種照相機(jī)裝置接收的被反射 照明線的圖像的軟件。由LMI技術(shù)公司開(kāi)發(fā)、擁有、準(zhǔn)許、或使用的技術(shù) 的例子利用基于高速照相機(jī)的傳感器來(lái)提供尺寸測(cè)定在如下美國(guó)專利中 公開(kāi)美國(guó)專利號(hào)5,811,827、 5,510,625、 5,362,970、以及5,164,579。
圖9、 IO和12圖示說(shuō)明投射有限量的光線平面，圖1、 13和13A圖 示說(shuō)明有限量照射線在輪胎側(cè)壁上形成。應(yīng)當(dāng)明白的是傳感器52、 152、 252和/或352作為選擇適用于投射眾多光線平面，例如每個(gè)投射20至30 個(gè)光線平面。在這樣的實(shí)施例中關(guān)聯(lián)的照相機(jī)裝置的視場(chǎng)不可以顯像所有 最后得到的在輪胎側(cè)壁上形成的照明線。例如，照相機(jī)裝置只可以觀察15 個(gè)這樣的照明線。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器投射近似15個(gè)光線平面 并^L看近似10至12個(gè)照明線。如下面所述的，因而它對(duì)傳感器確定哪些 照明線在視場(chǎng)中以確定代表車輪束角和外傾角的切面來(lái)說(shuō)是必需的。
如圖1、 12和13中圖示說(shuō)明的，由于輪胎側(cè)壁中的自然曲線或膨脹 而且光線平面62成角度投射到輪胎66上，從光線投射儀70投射的光線
17平面62導(dǎo)致在輪胎66上形成弧形照明線64。從參考光線投射儀72投射 的單個(gè)投射的光線平面類似地在輪胎66上創(chuàng)建參考照明線，但是比上面 指出的角度更小。雖然照明線64和參考照明線74同時(shí)在圖13中輪胎66 上示出，應(yīng)當(dāng)理解的是，如下所述，將照明線74獨(dú)立才殳射而且不和照明 線64 —起投射。在將近似直角取向的光線平面投射到輪胎側(cè)壁上的各排 布中最終得到的照明線的彎曲與光線平面成角度投射時(shí)相比更不明顯。
然而，在這種實(shí)施例中照相機(jī)裝置對(duì)輪胎側(cè)壁成角度取向，或者照相 機(jī)裝置的視場(chǎng)成角度取向，導(dǎo)致檢測(cè)到的照明線的圖像被觀看成由輪胎側(cè) 壁中的自然膨脹引起的曲線。還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，發(fā)散投射的光線平面可以導(dǎo) 致比如圖9中圖示說(shuō)明的， 一部分光線平面近似直角取向投射， 一部分光 線平面形成朝下的彎曲照明線，而且一部分光線平面形成朝上的彎曲照明 線。還應(yīng)當(dāng)明白的是圖示說(shuō)明的發(fā)散角度和遍及各示說(shuō)明的照明線的 曲率不是按比例繪制。
現(xiàn)在將參照傳感器52來(lái)描述傳感器的一般運(yùn)作。如所指出的，輪胎 66上照明線64所反射的圖像由傳感器52接收。在運(yùn)作中，將由照相機(jī)裝 置76捕獲的圖像發(fā)送給處理器68進(jìn)行圖像處理操作，在圖像中查找屬于 特定照明線64的像素。因而，該處理將每條線的像素分組或分類。下面 更完整地描述用這種方式在圖像中識(shí)別特定照明線64。照明線64的彎曲 形狀由最小二級(jí)多項(xiàng)式近似。 一旦在圖像中識(shí)別出所反射的照明線64，用 它們的參數(shù)來(lái)對(duì)位于輪胎66上的彎曲照明線64上具體的或所選擇的點(diǎn)計(jì) 算三維空間坐標(biāo)。在該圖示說(shuō)明的實(shí)施例中，這個(gè)處理在傳感器52的處 理器68中執(zhí)行。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，這樣的處理可以在替換系統(tǒng)中進(jìn) 行，比如遠(yuǎn)程中央計(jì)算機(jī)或這類系統(tǒng)。還如下面詳細(xì)描述的，與傳感器52 有關(guān)的預(yù)先記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集合可以用來(lái)執(zhí)行成像曲線參數(shù)向位于輪胎 上的彎曲照明線64的三維空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。
參照?qǐng)D13A，所確定的所選擇的或具體的點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)可以用于 確定投射到輪胎66上的照明線64的頂點(diǎn)(為圖示說(shuō)明起見(jiàn)表示成圖13A 中的55)的位置，比如是通過(guò)三角測(cè)量和/或通過(guò)與預(yù)先記錄的與該傳感 器有關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集合比較。從通過(guò)這些點(diǎn)55算出的最佳擬合平面57中可以由公知技術(shù)確定輪胎和車輪組件58的外傾角和束角角度。進(jìn)一步來(lái) 說(shuō)，因?yàn)檫@些頂點(diǎn)55限定在圓形輪胎和車輪組件58中點(diǎn)61周圍的空間 中同心的圓59,可以計(jì)算該車輪中心的三維空間位置。另外，通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng) 車60周圍這四個(gè)輪胎和車輪組件58中每一個(gè)確定平面57和車輪中心61, 機(jī)動(dòng)車軸的定位和取向可以算出或確定而且束角和外傾角角度可以相對(duì) 于此并對(duì)機(jī)動(dòng)車中線來(lái)參照。
平面57可以通過(guò)由單個(gè)傳感器52基于車輪中心周圍頂點(diǎn)的非線性、 同心取向而產(chǎn)生的被選擇的頂點(diǎn)55來(lái)計(jì)算，單個(gè)傳感器52運(yùn)作以投射照 明線64并接收在輪胎66僅一側(cè)上它的反射圖像。然而，使用在輪胎66 兩側(cè)對(duì)稱放置的兩個(gè)傳感器52a、 52b，如圖1中所示，加強(qiáng)束角角度測(cè)量 的精確度，將兩個(gè)傳感器52的輸出組合以精煉束角角度54的計(jì)算，還有 車輪中心位置。還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，單個(gè)傳感器，比如傳感器52、 152、 252、 或352可以取向成同時(shí)將光線平面投射到車輛周圍車胎的兩側(cè)。然后傳感 器處理器或其他集中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在這樣的實(shí)施例中例如基于它們從其 上反射的輪胎該側(cè)來(lái)區(qū)分所反射的照明線，比如通過(guò)將照相機(jī)裝置內(nèi)各組 像素與車輪周圍特定的輪胎側(cè)壁區(qū)域關(guān)聯(lián)起來(lái)。由Waldecker等人提交的
名稱為VEHICLE WHEEL ALIGNMENT APPARATUS AND METHOD (機(jī) 動(dòng)車車輪定位設(shè)備和方法)號(hào)碼為4,745,469的美國(guó)專利公開(kāi)了一種基于 投射到輪胎側(cè)壁上的等高線來(lái)推導(dǎo)三維空間坐標(biāo)的方法并通過(guò)參引并入 其中。
作為選擇，傳感器處理器68可以從由關(guān)聯(lián)的照相機(jī)裝置76接收的照 明線64的反射圖像中另外確定沿著每個(gè)照明線64的多個(gè)另外的點(diǎn)的三維 空間坐標(biāo)，比如是通過(guò)三角測(cè)量和/或通過(guò)與預(yù)先記錄與傳感器有關(guān)的校準(zhǔn) 數(shù)據(jù)集合比較。例如，另外確定照明線64上的頂點(diǎn)55,處理器68可以確 定頂點(diǎn)55兩側(cè)三維空間的點(diǎn)或者甚至沿著整個(gè)照明線64的三維空間的 點(diǎn)，比如基于照相機(jī)76中的像素。然后可以通過(guò)利用每條線64的多個(gè)三 維空間坐標(biāo)將曲線擬合到輪胎66上每條照明線64上來(lái)推導(dǎo)代表每個(gè)三維 曲線的獨(dú)立方程。所確定的與這些曲線相切的平面57因而代表車輪束角 和外傾角。所確定的平面57與算出的三維曲線方程的交叉點(diǎn)還由處理器
19確定，這些交叉點(diǎn)代表照明線64的頂點(diǎn)55。頂點(diǎn)55可以如先前所指出的 用來(lái)確定車輪中點(diǎn)61從而用公知技術(shù)計(jì)算另外的軸集合形狀包括在機(jī)動(dòng) 車中線周圍。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D13A和13B論迷其中沿著照明線64獲得多個(gè)三維空間 坐標(biāo)的一個(gè)特定實(shí)施例的運(yùn)作。當(dāng)輪胎和車輪組件58在旋轉(zhuǎn)時(shí)照相機(jī)裝 置76在照相機(jī)視場(chǎng)(圖9中的267 )內(nèi)給所反射的照明線64拍快照或幀 圖像。對(duì)于每一幀，沿著每個(gè)被成像的照明線64在輪胎66上多個(gè)點(diǎn)的三 維坐標(biāo)被確定而且對(duì)于每條線推導(dǎo)出三維最佳擬合曲線方程。接著，對(duì)每 一幀圖像，首先將該三維曲線方程1參考平面(圖13B中的P0)比較，在 此參考平面PO可以代表圖11中的平面Y-0。搜索每個(gè)曲線方程查找離平 面P0最近的點(diǎn)PTi。 一旦確定每個(gè)曲線方程的點(diǎn)PTi，就得到新平面Pi作 為到點(diǎn)PTi上的最佳擬合平面。接著，再搜索曲線方程查找每個(gè)曲線方程 的離平面Pi最近的點(diǎn)PTi + 1 。再者，推導(dǎo)出 一個(gè)新平面PTi + 1作為到點(diǎn) PTi+1上的最佳擬合平面。這被迭代地重復(fù)，例如每一幀三至四個(gè)迭代， 得出平面57。因此，最后的點(diǎn)PTi+y，在此y是迭代的數(shù)量，會(huì)代表照明 線64的頂點(diǎn)55。為每一幀圖像確定的平面57可以一起取平均值以得出平 均切面^f直。
值得注意地，在圖13B的運(yùn)作中，所確定的沿著照明線64放置的輪 胎66上各點(diǎn)的三維空間值不是一幀圖像一幀圖像地保留在處理器68內(nèi)存 中，也不是推導(dǎo)出的代表所保持的照明線64的最佳擬合曲線方程。另夕卜， 傳感器處理器68可以輸出多個(gè)與被成像的照明線64對(duì)應(yīng)的三維空間坐標(biāo) 從而由獨(dú)立處理器比如中央計(jì)算機(jī)隨后確定對(duì)應(yīng)的三維曲線方程。作為選 擇，傳感器處理器68本身可以確定三維曲線方程，該三維曲線方程對(duì)應(yīng) 于與每個(gè)^t成^^的照明線64關(guān)J[關(guān)的多個(gè)三維空間坐標(biāo)。
如先前所指出的，取決于傳感器52相對(duì)于輪胎和車輪組件58的位置， 由于光線投射儀70的投射角度92，投射到輪胎66上的照明線64中只有 某些朝著照相機(jī)裝置76反射并被照相機(jī)裝置76接收。有必要確定照明線 64中哪些由照相機(jī)裝置76成像，因?yàn)檫@將影響輪胎66上照明線64的被 選擇點(diǎn)的空間位置的確定。例如，如果光線投射儀70將二十個(gè)照明線投射到輪胎66上，應(yīng)當(dāng)明白的是傳感器52和輪胎66之間的距離會(huì)取決于 是第一組十個(gè)還是第二組十個(gè)照明線64被照相機(jī)裝置76成像而不同。
進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，由于輪胎66上照明線64之間比生成的較靠近的分組或 距離，由照相機(jī)裝置76從所反射的圖像中生成的錯(cuò)亂圖像可以創(chuàng)建或經(jīng) 受與輪胎66上豎直方向較高的照明線64關(guān)聯(lián)的像素在錯(cuò)亂圖像中成像的 事例，該錯(cuò)亂圖像由比屬于豎直方向較低的照明線64的像素處于更低位 置或取向的照相機(jī)裝置76生成。
因而，作為初始事項(xiàng)有必要確定或識(shí)別照明線64中哪些被照相機(jī)裝 置76反射并接收而且有必要識(shí)別與各個(gè)照明線64被接收的圖像關(guān)聯(lián)或?qū)?于各個(gè)照明線64被接收的圖像的像素組。采用離散位置處的單線的非接 觸式傳感器系統(tǒng)不包含像只有單線被觀看到這樣的困難。類似地，將充分 隔開(kāi)的兩條線投射在對(duì)象上的傳感器系統(tǒng)由于基于分隔對(duì)像素分組的清 晰定義所以也不包含這樣的困難。
在比如采用多光線投射儀70和單線參考光線投射儀72的圖4-6中這 樣的實(shí)施例中，使用參考光線投射儀72和參考照明線74的兩步驟處理用 來(lái)完成對(duì)哪些照明線64被成像的這個(gè)確定并由此判定哪些像素與照明線 64各種被反射圖像中每一個(gè)相關(guān)聯(lián)或?qū)儆谡彰骶€64各種被反射圖像中每 一個(gè)。
初始，激活參考光線投射儀72以便在輪胎66上生成參考照明線74。 參考照明線74被反射的圖像由照相機(jī)裝置76所接收，處理器68執(zhí)行對(duì) 傳感器52和參考照明線74之間距離的初始第一距離估值。第一距離估值 基于在具體的X,Z位置處的三角測(cè)量計(jì)算而執(zhí)行(見(jiàn)關(guān)于X，Y，Z參考坐標(biāo) 系的圖ll)。接下來(lái)，激活光線投射儀70以便在輪胎66上生成照明線64 而且被反射的圖像由照相機(jī)裝置76接收。然后由處理器68執(zhí)行的更精確 的距離測(cè)量是使用第一距離估值作為輸入，由此對(duì)哪些照明線64朝著照 相機(jī)裝置76反射并由照相機(jī)裝置76接收進(jìn)行確定。例如，基于初始校準(zhǔn)， 比如以下面所述的示例性方式，每個(gè)照明線64和參考照明線74之間的關(guān) 系對(duì)于對(duì)象離傳感器52各種距離來(lái)說(shuō)可以是已知的。照此，基于由照相 機(jī)裝置76接收的被反射圖像，可以由處理器68進(jìn)行確定，所有可能出現(xiàn)
21的照明線64中哪個(gè)是最靠近參考照明線74的特定照明線64。對(duì)于每個(gè)候 選照明線64,最終得到的測(cè)量距離會(huì)對(duì)應(yīng)于所選的候選解答而且最接近距 離估值的照明線64的距離是所選的候選解答以使照明線64的數(shù)量可以確 定。隨后，其余照明線64的線數(shù)通過(guò)增加或降低級(jí)數(shù)而易于確定。
在圖示說(shuō)明的實(shí)施例中，投射光線平面62以便在輪胎66上形成大體 上均勻的照明線64。在替換實(shí)施例中，可以投射照明線使朝照相機(jī)裝置反 射并由照相機(jī)裝置接收的特定照明線能夠識(shí)別而不用參考光線投射儀和 參考照明線。例如，照明線的投射可以遺漏中央光線平面以使輪胎上的中 央照明線不出現(xiàn)，或者可以生成比其余照明線更互相接近的兩個(gè)照明線， 或者可以生成比其余照明線更密集的照明線，或者這類照明線。以這種方 式處理器可以用照明線的不均勻性和不規(guī)則性作為參考而易于辨別朝照 相機(jī)裝置反射并被照相機(jī)裝置接收的各種照明線的標(biāo)識(shí)和位置。應(yīng)當(dāng)明白 的是，在這樣的實(shí)施例中，參考光線投射儀可以不需要。
在圖10的傳感器352中，來(lái)自多光線投射儀370a的光線平面362a 和來(lái)自多光線投射儀370b的光線平面362b之間的空隙373可以被傳感器 352內(nèi)的處理器使用以辨別從輪胎側(cè)壁反射的各種照明線的標(biāo)識(shí)和位置。
一旦確定照明線64中哪些朝照相機(jī)裝置76反射并被照相機(jī)裝置76 成像，就掃描各種被反射的照明線64的圖像以使用本領(lǐng)域公知技術(shù)對(duì)屬 于每個(gè)被反射圖像的像素進(jìn)行分類。 一旦為噪聲減少和過(guò)濾創(chuàng)造條件，就 逐個(gè)像素掃描所捕獲的圖像以使每個(gè)像素都可以基于其照明水平并基于 其鄰近#~素來(lái)分類或分組成屬于特定的照明線64或與特定的照明線64關(guān) 耳關(guān)、或者作為選擇不與參考線關(guān)聯(lián)。這個(gè)分類程序既在測(cè)量期間又在下述 的校準(zhǔn)期間在每個(gè)圖像上執(zhí)行。
校準(zhǔn)
現(xiàn)在參照?qǐng)D14-17，下面將提供對(duì)一種用于校準(zhǔn)傳感器52的可能方法 的解釋il明，傳感器52可以用來(lái)確定^^胎66上照明線64的頂點(diǎn)或被選 擇點(diǎn)的實(shí)際三維空間取向(見(jiàn)圖11用于坐標(biāo)X, Y, Z參照系)。如圖17A 中所示，具有水平和豎直凹槽或線路構(gòu)成的網(wǎng)格98的豎直取向的校準(zhǔn)塊 96查看與傳感器52關(guān)系時(shí)置于試驗(yàn)臺(tái)90上。將校準(zhǔn)塊96大小確定成使傳感器52投射的所有照明線64都通過(guò)傳感器52的全部視場(chǎng)投射到校準(zhǔn) 塊96上。
在校準(zhǔn)期間，校準(zhǔn)塊96在負(fù)Y方向以準(zhǔn)確已知的步驟從傳感器52逐 步移開(kāi)。貫穿各步在每個(gè)已知的Y定位處給投射到校準(zhǔn)塊96上的照明線 64拍攝圖像(比如圖17B中所示的)，以使圖像可以映射成大體上如圖14 中圖示說(shuō)明的形式。對(duì)于每個(gè)已知的Y定位，處理器68確定擬合曲線的 方程，該曲線穿過(guò)在從校準(zhǔn)塊96反射并由照相機(jī)裝置76接收的圖像中識(shí) 別的每個(gè)照明線64。被擬合的曲線方程因而將Z圖像坐標(biāo)描述為X圖像 坐標(biāo)的函數(shù)。因而用于傳感器52的Y校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)于每個(gè)被校準(zhǔn)的Y定位 上的每個(gè)照明線由被擬合XZ曲線的多項(xiàng)式系數(shù)構(gòu)成。在測(cè)量期間傳感器 52由此能夠?qū)⑷S空間Y坐標(biāo)計(jì)算成被反射照明線64由照相機(jī)裝置76 確定的成像坐標(biāo)的函數(shù)。
計(jì)算X和Z的三維空間坐標(biāo)可以通過(guò)在X-Z方向^f交準(zhǔn)來(lái)完成。這樣 的校準(zhǔn)可以例如使用校準(zhǔn)塊96的網(wǎng)格98來(lái)執(zhí)行。如所指出的，網(wǎng)格98 包括多個(gè)豎直和水平線路或凹槽，網(wǎng)格98在凹槽之間有已知間隔。校準(zhǔn)
線照射到網(wǎng)格上而改進(jìn)明暗對(duì)比。然后照相機(jī)裝置76用來(lái)將網(wǎng)格98的圖 像記錄在多個(gè)已知的Y定位處。然后處理器68識(shí)別網(wǎng)格98的線路以及它 們?cè)趫D像中的XZ坐標(biāo)。因而由照相機(jī)裝置76成像的各線路的X和Z圖 像距離與網(wǎng)格98上各線路實(shí)際已知的實(shí)數(shù)距離或間距之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是 在幾個(gè)已知的Y定位上校準(zhǔn)。
參照?qǐng)D14-17,如所指出的圖14圖示說(shuō)明用于每個(gè)被反射的照明線64 在各種校準(zhǔn)定位上的多個(gè)校準(zhǔn)曲線。圖15圖示說(shuō)明XI平面與對(duì)應(yīng)于特定 照明線64和多項(xiàng)式曲線的校準(zhǔn)曲線的交叉點(diǎn)通過(guò)這些交叉處而擬合。圖 16圖示說(shuō)明在實(shí)數(shù)平面的確定經(jīng)由參考照明線74而完成之前輪胎和車4侖 組件58的多個(gè)潛在平面，如下面所述。圖16中圖示說(shuō)明的每條虛線100 都代表穿過(guò)連續(xù)幾個(gè)照明線64的測(cè)量點(diǎn)的可能平面。然而，只有一個(gè)這 樣的平面是輪胎和車輪組件58的實(shí)際平面以便為了獲得該實(shí)際平面而必 須執(zhí)行這個(gè)確定。
23因而用以上方式既在Y方向又在X-Z方向校準(zhǔn)使傳感器52能夠輸出 三維空間絕對(duì)XYZ坐標(biāo)值。這個(gè)坐標(biāo)系由網(wǎng)格98 (X-Z)并由轉(zhuǎn)換表(Y) 提供用來(lái)對(duì)校準(zhǔn)塊96進(jìn)行定位。然后所確定的傳感器XYZ空間坐標(biāo)系可 以通過(guò)^f吏用例如總裝裝配架而轉(zhuǎn)換成機(jī)動(dòng)車坐標(biāo)系。對(duì)總裝裝配架進(jìn)行具 體測(cè)量，并且基于這些測(cè)量進(jìn)行計(jì)算允許數(shù)據(jù)從傳感器坐標(biāo)系(XYZ)至iJ 機(jī)動(dòng)車坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。
應(yīng)當(dāng)明白的是在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用替換校準(zhǔn)程序，包括但不限 于使用替換的校準(zhǔn)塊和數(shù)學(xué)或計(jì)算方法。
測(cè)量算法
現(xiàn)在下面將提供對(duì)一種可能的測(cè)量算法的更詳細(xì)描述，可以在傳感器 52運(yùn)作期間確定三維輪胎和車輪組件58取向時(shí)使用。然而，應(yīng)當(dāng)明白的 是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用替換方法或算法。
在測(cè)量進(jìn)程期間， 一旦照相機(jī)裝置76中被反射并被接收的照明線64 已按照多項(xiàng)式擬合來(lái)識(shí)別并用參數(shù)表示，屬于該曲線的任何一點(diǎn)都可以其 三維空間絕對(duì)(XYZ)坐標(biāo)為特征。例如，考慮該點(diǎn)(X1，Z1)。對(duì)于屬于 單個(gè)被投射光線平面62的每個(gè)被擬合的XZ曲線而且對(duì)于每個(gè)被校準(zhǔn)Y 定位，可以對(duì)XI計(jì)算對(duì)應(yīng)的Z圖像坐標(biāo)。這對(duì)每個(gè)被校準(zhǔn)的Y定位而執(zhí) 行并且獲得一系列YZ坐標(biāo)(X=X1 )。曲線擬合，第二或第三級(jí)，穿過(guò)這 些點(diǎn)而完成并且生成YZ多項(xiàng)式曲線方程。然后可以算出這個(gè)曲線與Z=Z1 平面的交叉點(diǎn)，其給出X=X1和Z二Z1的點(diǎn)，從這點(diǎn)知道實(shí)數(shù)Y坐標(biāo)，是 Y方向上到傳感器52的距離。對(duì)光線投射儀70所投射的每個(gè)光線平面62 來(lái)計(jì)算這一點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)地，計(jì)算每個(gè)照明線64及其對(duì)應(yīng)的Y校準(zhǔn)圖像。 合矢量是坐標(biāo)XlYiZl點(diǎn)的集合。確定這些點(diǎn)所屬于的具體的照明線64和 對(duì)應(yīng)的光線平面62使正確的測(cè)量坐標(biāo)能夠精確確定。
回頭參照參考光線投射儀70和參考照明線74,先前描述的距離估算 經(jīng)由參考照明線74而執(zhí)行，這使實(shí)際或?qū)崝?shù)測(cè)量點(diǎn)能夠確定。 一旦為給 定的坐標(biāo)點(diǎn)確定正確的Y坐標(biāo)，它反射自其上的照明線64就可以確定。 對(duì)于這一點(diǎn)基于XZ校準(zhǔn)來(lái)計(jì)算實(shí)數(shù)XZ坐標(biāo)。然后，對(duì)于測(cè)量圖像的照 相機(jī)裝置76中的其他線來(lái)說(shuō)，特定照明線64的數(shù)量和因而所投射的光線
24平面62然后得知。然后取一點(diǎn)X1，Z1并計(jì)算X1Y1Z1的三維空間坐標(biāo)的進(jìn)程可以重復(fù)，得知它所屬于的被投射的光線平面62以便只存在一個(gè)最終得到的坐標(biāo)測(cè)量點(diǎn)。
每個(gè)圖像只進(jìn)行一次頂點(diǎn)的距離估值，對(duì)于離第一估值測(cè)量的照相機(jī)裝置76的圖像中所查看的被反射并被接收的參考照明線74最近的被反射并被j妄收的照明線64的頂點(diǎn)。 一旦確定點(diǎn)源自其上的凈皮4殳射的光線平面62和照明線64，就得知以上和以下纟t良射并被接收的照明線64來(lái)自依次在前和隨后的光線平面62的照明線64投射。以這種方式可以計(jì)算并識(shí)別照相機(jī)裝置76的圖像中每個(gè)被反射并被接收的照明線64的頂點(diǎn)以使輪胎66上照明線64的這些點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)可以算出。對(duì)應(yīng)地，所確定的三維空間頂點(diǎn)坐標(biāo)使由此穿過(guò)的最佳擬合平面得以用直接建立外傾角和束角角度56 、 54的機(jī)動(dòng)車坐標(biāo)系中這個(gè)平面的各角度來(lái)計(jì)算。
應(yīng)當(dāng)明白的是被確定位置的頂點(diǎn)對(duì)于照相機(jī)裝置76所成像的照明線64給定的二維圖像來(lái)說(shuō)不必是輪胎66在給定照明線64處的物理頂點(diǎn)，而可以是最靠近照相機(jī)裝置76定位的輪胎66的點(diǎn)。例如，如果輪胎和車輪組件58基本垂直于傳感器52,以便大體上沒(méi)有束角角度，則被確定位置的頂點(diǎn)是輪胎66的物理頂點(diǎn)。然而，如果存在非零的束角數(shù)值則情況不是并非如此。因此，二維圖像曲線可以隨著重新計(jì)算最后得到的照明線64的新頂點(diǎn)而在^R初始估值出的束角數(shù)值上旋轉(zhuǎn)，得到新的束角數(shù)值。對(duì)這個(gè)進(jìn)程進(jìn)行多個(gè)迭代之后將生成穩(wěn)定的束角數(shù)值，這些數(shù)值可以被認(rèn)為是實(shí)際的束角數(shù)值。
對(duì)由照相機(jī)裝置76成像的照明線64給定的二維圖像被確定位置的頂點(diǎn)和輪胎66在給定照明線64處的物理頂點(diǎn)之間的區(qū)別進(jìn)行補(bǔ)償?shù)奶鎿Q方法是通過(guò)計(jì)算屬于照明線64的多個(gè)被選擇點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)并且生成三維曲線方程。然后可以計(jì)算與該三維曲線方程相切的平面，其直接代表穿過(guò)輪胎66頂點(diǎn)的平面并且可以直接得出外傾角和束角角度56、 54。
上面提供兩種用來(lái)補(bǔ)償由照相機(jī)裝置76成像的照明線64給定的二維圖像被確定位置的頂點(diǎn)和輪胎66在給定照明線64處的物理頂點(diǎn)之間差異的替換技術(shù)。在第一種方法中，被成像的照明線64的頂點(diǎn)在二維坐標(biāo)中確定，轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)而且算出穿過(guò)這些三維坐標(biāo)擬合的平面。在第二種
方法中，被成像的照明線64曲線被初始轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)并直接計(jì)算穿過(guò)
它們的切面。第二種方法不涉及束角估值的迭代進(jìn)程和曲線旋轉(zhuǎn)，由此在確定最后的束角和外傾角數(shù)值之前不計(jì)算初始或被估值的束角。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，這樣的補(bǔ)償可以取決于該應(yīng)用或具體測(cè)量參數(shù)而不需要
圖1圖示說(shuō)明使用在輪胎和車輪組件58左右側(cè)66a、 66b周圍大體上對(duì)稱定位的傳感器52a、 52b。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以采用使用傳感器的替換測(cè)量設(shè)備排布并且仍有想要有的功能。例如，替換排布可以采用投射照明線并在整個(gè)輪胎和車輪組件處接收被反射的圖像的單個(gè)傳感器。這樣的傳感器可以包含替換光學(xué)器件以在更寬的區(qū)域上展開(kāi)光線平面，替換照相機(jī)裝置具有更大或更寬的視場(chǎng)。在這個(gè)排布中，被反射的圖像可以與從輪胎一部分或一側(cè)反射的圖像劃分或分隔開(kāi)，從這部分或這側(cè)反射的圖像與從輪胎另 一部分反射的圖像分開(kāi)處理，將以上指出的算法應(yīng)用到所反射的照明線被分開(kāi)接收并處理的部分。
在激光作為光線投射儀的情況下，應(yīng)當(dāng)指出的是激光在更大的區(qū)域上展開(kāi)則可以用相同的激光功率投射更少的照明線就得到相同光線強(qiáng)度的激光線，也就是說(shuō)想要有與較多的較短線可比的強(qiáng)度則線越長(zhǎng)可以在相同功率下投射越少的線。因此這個(gè)方法的準(zhǔn)確性會(huì)由于線減小且圖像分辨率更低而降低。然而，在考慮到潛在的成本更低的測(cè)量設(shè)備可以接受更低的準(zhǔn)確性的應(yīng)用中想要有這個(gè)方法。
還有另 一個(gè)替換測(cè)量設(shè)備排布會(huì)要釆用取向成投射照明線并接收從該輪胎頂部反射的圖像的第三傳感器，比如大體上十二點(diǎn)鐘取向。這樣的第三傳感器可以相對(duì)于圖1中所示的傳感器52a、52b水平定位或排布以使一條或多條照明線在輪胎上大體上豎直排布。這既增加了測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量又由于它們?cè)赯方向上的分隔而增大了最低和最高測(cè)量點(diǎn)之間的分隔距離，導(dǎo)致角分辨率的改進(jìn)和外傾角可以測(cè)量得準(zhǔn)確性更高。
傳感器還可以采用對(duì)漂移的內(nèi)部補(bǔ)償，比如熱漂移，漂移作為應(yīng)力松弛、波長(zhǎng)漂移、或這類事件的結(jié)果而發(fā)生。環(huán)境溫度變化并且/或者傳感器部件生成熱量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱漂移。這個(gè)熱不穩(wěn)定性可以影響光線投射儀、
26參考光線投射儀、以;^/或者照相機(jī)裝置而且影響測(cè)量精確度。 一種熱漂移
補(bǔ)償方法是才交準(zhǔn)傳感器，比如傳感器52、 152、 252、以及/或者352,在多個(gè)不同溫度上以確定在給定范圍上溫度對(duì)傳感器的影響。然后可以在傳感器正常運(yùn)作期間確定車輪定位時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器溫度，基于溫度的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)經(jīng)由內(nèi)插法而應(yīng)用以得到在被補(bǔ)償?shù)臏囟忍幍亩ㄎ粩?shù)值。
另 一種熱漂移補(bǔ)償方法可以通過(guò)識(shí)別照明線光線圖樣中的不變量而完成。無(wú)論傳感器正在操:作的對(duì)象如何這些都是有恒溫就在圖像中不改變的參數(shù)。例如，代替包括水平多線圖樣的照明線，可以使用水平和豎直線構(gòu)成的多線替換圖樣，這些線的交叉處在系統(tǒng)中形成不變量。在被定位的系統(tǒng)中期望這些不變量在^皮反射的圖像中豎直線上移動(dòng)。可以使用數(shù)學(xué)求值來(lái)模仿這些交叉處經(jīng)由漂移比如熱漂移的不穩(wěn)定性移動(dòng)，允許對(duì)這種情況下導(dǎo)致不穩(wěn)定性的溫度變化進(jìn)行估值。進(jìn)而，這使測(cè)量設(shè)備中熱漂移能夠補(bǔ)償。
一種替換的補(bǔ)償方法可以是將被反射的二維照明線圖樣的 一 部分脫離一個(gè)或多個(gè)照明線并且在照相機(jī)裝置所保留的CDD元件上捕獲被偏離部分的圖像。這可以通過(guò)鏡子和透鏡的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)完成以反射并使直接向照相機(jī)裝置反射的照明線偏離。因?yàn)檫@個(gè)光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)而固定，照相機(jī)裝置的CDD上被偏離照明線的任何漂移都可以歸因于光線投射儀的漂移，比如熱漂移。對(duì)被反射的照明線相對(duì)于校準(zhǔn)位置偏離的部分進(jìn)行的求值被比較以使傳感器的漂移可以在測(cè)量進(jìn)程期間動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
應(yīng)當(dāng)明白的是在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用來(lái)自以上所述設(shè)備的傳感器的替換排布和結(jié)構(gòu)并且仍有想要的功能。例如，可以構(gòu)建傳感器，由此光線投射儀和/或參考光線投射儀大體上垂直于輪胎和車輪組件而取向，照相機(jī)裝置相對(duì)該輪胎和車輪組件成角度。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，光線投射儀和/或參考光線投射儀可以取向成相對(duì)于照相機(jī)裝置向上投射。參考光線投射儀還可以投射不只一個(gè)光線平面或替換成形的光線而且/或者光線投射儀可以相對(duì)于圖示說(shuō)明的光線平面投射替換成形的光線。
還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，如上面所指出的，傳感器52投射光束，在圖示說(shuō)明的實(shí)施例中是光線平面62形成如照明線64所顯露的照明圖像。然而，作為選#^,可以投射其他形式的光束以創(chuàng)建替換類型或形式的照明圖像。例 如，可以投射像射線創(chuàng)建點(diǎn)或聚光點(diǎn)那樣形成的光束，或者可以投射顯露 幾何形狀的光束，比如圓形、正方形、十字形、橢圓形、或這類形狀。
另外，雖然在上面指出的測(cè)量系統(tǒng)50中將每個(gè)傳感器52公開(kāi)為包括 獨(dú)立的處理器68，應(yīng)當(dāng)明白的是可以將處理器替換排布。例如，可以采用 單個(gè)處理器，這個(gè)處理器不是在傳感器內(nèi)部就是在外部^:置，比如在遠(yuǎn)程 中央計(jì)算系統(tǒng)中。還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，測(cè)量系統(tǒng)可以用兩個(gè)光線投射儀和單個(gè) 照相機(jī)裝置或者單個(gè)光線投射儀和兩個(gè)照相機(jī)裝置來(lái)構(gòu)建。在這兩種排布 無(wú)論哪一種中，可以使用一個(gè)或多個(gè)參考光線投射儀，甚至如果將一個(gè)或 多個(gè)光線投射儀構(gòu)建成才更射如上所述的不規(guī)則圖樣則可以省略一個(gè)或多 個(gè)參考光線投射儀。
傳感器52在上面^^皮描述為用于確定輪胎和車輛組件58的定位特征。 然而，還應(yīng)當(dāng)明白的是，可以采用傳感器52在應(yīng)用中測(cè)量或確定替換參 凄丈，在此例如在測(cè)量對(duì)象上所投射的線生成線分布圖，該線分布圖允許經(jīng) 由所反射的線來(lái)提取具體點(diǎn)以使這些點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)可以確定。這樣的 替換應(yīng)用的一個(gè)例子是測(cè)量機(jī)動(dòng)車擋泥板高度。多個(gè)被投射并被反射的照 明線允許對(duì)車輛擋泥板上多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行三維空間計(jì)算。每個(gè)被投射并被反射 的照明線都將示出該擋泥板上的具體下降點(diǎn)，所確定的穿過(guò)這些點(diǎn)的曲線 用相當(dāng)于機(jī)動(dòng)車擋泥板高度的曲線最高點(diǎn)來(lái)描述擋泥板。
本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的非接觸式傳感器將多個(gè)照明線投射到對(duì)象上，比如 輪胎和車輪組件中的輪胎，以及接收這些照明線被反射的圖像。從所反射
的圖像中，傳感器確定輪胎上照明線被選擇的點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)而且確定 穿過(guò)^皮確定的三維空間坐標(biāo)的平面，這個(gè)平面代表輪胎和車^"組件的取向 并可以從中算出束角和外傾角，以及其他定位特征。投射多個(gè)照明線提供 確定輪胎和車輪組件取向上的更高精確度，比如通過(guò)提供更多的測(cè)量點(diǎn)， 而且增加了傳感器可以運(yùn)作的工作領(lǐng)域。另外，投射多個(gè)光線平面使光線 平面的投射角度能夠增加，其進(jìn)而加強(qiáng)了傳感器的靈敏度?？梢詾閭鞲衅?所成像的每個(gè)照明線計(jì)算輪胎和車輪組件的取向，由此提供冗余度、魯棒 性，并且使噪聲減小。還進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，由于輪胎大體上圓環(huán)形狀和投射到
284合胎側(cè)壁表面上的照明線被關(guān)聯(lián)確定的頂點(diǎn)，單一圖像可以用來(lái)計(jì)算外傾 角、束角角度、以及車輪中心位置。
在具體描述的實(shí)施例中可以進(jìn)行改變和修改而不脫離本發(fā)明的原理， 本發(fā)明的原理意圖在于只受所附權(quán)利要求的范圍的限制限制，如根據(jù)包括 等效的法律原則的專利法原理所解釋的。
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權(quán)利要求
1.一種確定安裝在機(jī)動(dòng)車上的輪胎和車輪組件的定位特征的方法，所述方法包括從第一光線投射儀投射多個(gè)光線平面到輪胎和車輪組件上以在輪胎和車輪組件中的輪胎上形成多個(gè)大體上平行的照明線；用光電裝置接收所述照明線中至少一些被反射的圖像，所述光電裝置在相對(duì)于所述第一光線投射儀的投射角的角度上接收從輪胎反射的所述照明線的圖像；并且確定由來(lái)自被選擇的點(diǎn)的空間坐標(biāo)所限定的平面，該被選擇的點(diǎn)位于由所述光電裝置成像的每個(gè)所述照明線上，所述平面代表輪胎和車輛組件的取向。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述第一光線投射儀所述投射所述多個(gè)光線平面包括從所述第 一光線投射儀發(fā)散地投射所述多個(gè)光線平面。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括從第二光線投射儀投射單一光線平面到該輪胎和車輪組件上以形成該輪胎和車輪組件中輪胎上的單一參考照明線；用所述光電裝置從輪胎接收所述參考照明線被反射的圖像；以及確定從所述參考照明線到非接觸式車輪定位傳感器的參考距離，該非接觸式車輪定位傳感器包括所述第一和第二光線投射儀和所述光電裝置。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括在使用所述參考距離在所述接收步驟識(shí)別哪些所述照明線凈皮成像。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述第二光線投射儀相對(duì)于所述第 一光線投射儀有角度地取向。
6. 如權(quán)利要求1至5中任何一個(gè)所述的方法，其中所述投射多個(gè)光線平面的步驟包括從所述第一光線投射儀投射所述多個(gè)光線平面到反射裝置上，所述反射裝置將所述多個(gè)光線平面射向該輪胎和車輪組件。
7. 如權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)所述的方法，其中所述接收所述照明線中至少 一些被反射的圖像的步驟包括用反射裝置將所述照明線中所述至少 一 些對(duì)準(zhǔn)所述光電裝置。
8. 如權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的方法，其中所述投射多個(gè)光線平面的步驟包括從所述光線投射儀投射所述多個(gè)光線平面同時(shí)到笫一輪胎部分和第二輪胎部分上，第 一輪胎部分相對(duì)于第二輪胎部分放置在該車輪周圍。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述接收所述照明線中至少一些^^射的圖像的步驟包括接收從第一和第二輪胎部分反射的圖像。
10. 如權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的方法，還包括從位于每個(gè)所述照明線上的所述^t選"t奪點(diǎn)來(lái)確定由空間坐標(biāo)限定的圓，所述圓與該輪胎和車輪組件同心，并且確定所述圓的中點(diǎn)，所述中點(diǎn)代表該輪胎和車輪組件的中心。
11. 如權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)所述的方法，還包括在輪胎和車輪組件旋轉(zhuǎn)時(shí)重復(fù)所述接收所述照明線中至少 一些被反射的圖像的步驟從而由所述光電裝置成像多個(gè)幀。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括對(duì)由來(lái)自被選擇的點(diǎn)的空間坐標(biāo)所限定的平面進(jìn)行所述確定對(duì)于由所述光電裝置成像的每一幀進(jìn)行重復(fù)，該被選擇的點(diǎn)位于由所述光電裝置成像的每個(gè)所述照明線上。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述確定步驟包括通過(guò)空間坐標(biāo)對(duì)于由所述光電裝置成像的每一幀取平均值而確定平面，這些空間坐標(biāo)來(lái)自位于每個(gè)所述照明線上的被選擇點(diǎn)。
14. 如權(quán)利要求1至11中任何一個(gè)所述的方法，其中所述確定平面的步驟包括為位于由所述光電裝置成像的每個(gè)所述照明線上的多個(gè)點(diǎn)來(lái)判定三維空間坐標(biāo)；為使用三維空間坐標(biāo)的每個(gè)所述照明線推導(dǎo)最佳擬合曲線方程；并且將所述平面確定為到來(lái)自所述推導(dǎo)步驟的每個(gè)所述照明線的曲線方程的最佳擬合切面，其中所述平面與曲線方程的交叉處限定位于每個(gè)所述照明線上的所述^L選擇點(diǎn)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述確定所述平面為最佳擬合切面包括使用來(lái)自所述推導(dǎo)步驟的曲線方程在離參考平面最近的每個(gè)所述照明線上確定參考點(diǎn)；將第 一平面確定為到來(lái)自每個(gè)所述照明線的這些 參考點(diǎn)的最佳擬合平面；并且迭代地確定所述平面是通過(guò)首先確定位于離 先前確定的平面最近的每個(gè)所述照明線上的所述一個(gè)^皮選擇點(diǎn)，然后確定 新平面為到所述被選擇點(diǎn)上的最佳擬合平面，所述被選擇點(diǎn)位于離新確定 的平面最近的每個(gè)所述照明線上。
16. 如權(quán)利要求1至15中任何一個(gè)所述的方法，其中將多個(gè)光線平 面從所述第一光線投射儀到輪胎和車輪組件上的所述投射在輪胎上形成 近似十五個(gè)大體上平行的照明線，而且其中用光電裝置對(duì)所述照明線中至 少 一些的被反射圖像進(jìn)行的所述接收包括接收所述照明線中近似十至十 二個(gè)照明線被反射的圖像。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括從另一個(gè)光線投射儀投射多 個(gè)光線平面到輪胎和車輪組件上在輪胎上形成多個(gè)大體上平行的第二照 明線，來(lái)自所述第一光線-投射儀的所述照明線與來(lái)自所述另 一個(gè)光線投射 儀的所述第二照明線間隔開(kāi)；其中用光電裝置對(duì)所述照明線中至少一些的 被反射圖像進(jìn)行的所述接收包括接收由所述第 一光線投射儀形成的至少 一個(gè)所述照明線的被反射圖像而且接收由所述另 一個(gè)光線投射儀形成的 至少 一個(gè)所迷第二照明線的凈皮反射圖像。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述投射和所述接收步驟期 間監(jiān)測(cè)溫度，而且還包括在所述確定步驟期間補(bǔ)償溫度。
19. 用于確定安裝在機(jī)動(dòng)車上的輪胎和車輪組件的定位特征的非接觸 式車輪定位傳感器，所述傳感器包括第一多光線投射儀，將多個(gè)光線平 面投射到輪胎和車輪組件上以在輪胎上形成大體上平行的照明線；照相機(jī) 裝置，在相對(duì)于所述第一多光線投射儀的投射角的偏移角度上接收從輪胎 反射的所述照明線中至少一些^^射的圖像；處理器，確定由來(lái)自被選擇 的點(diǎn)的空間坐標(biāo)所限定的平面，該被選擇的點(diǎn)位于由所述照相機(jī)裝置成像 的每個(gè)所述照明線上，所述平面代表輪胎和車輪組件的取向。
20. 如權(quán)利要求19所述的非接觸式車輪定位傳感器，其中所述第一 多光線投射儀發(fā)散地投射所述多個(gè)光線平面。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的非接觸式車輪定位傳感器，還包括將 單個(gè)光線平面投射到輪胎和車輪組件上在輪胎上形成參考照明線的單線 參考光線投射儀。
22. 如權(quán)利要求21所述的非接觸式車輪定位傳感器，其中將所述單 線參考光線投射儀取向成在從所述第一多光線投射儀偏移的角度上投射。
23. 如權(quán)利要求19或20所述的非接觸式車輪定位傳感器，還包括第 二多光線投射儀，將第二多個(gè)光線平面投射到輪胎和車輪組件上在輪胎上 形成大體上平行的照明線的第二集合。
24. 如權(quán)利要求23所述的非接觸式車輪定位傳感器，其中由所述第 一多光線投射儀形成的所述照明線在輪胎上與由所述第二多光線投射儀 形成的大體上平行的照明線的所述第二集合間隔開(kāi)。
25. 如權(quán)利要求19至22中任何一個(gè)所述的非接觸式車輪定位傳感器， 還包括第 一反射裝置，來(lái)自所述第 一多光線投射儀的所述多個(gè)光線平面由 所述第一反射裝置反射到輪胎和車輪組件上。
26. 如權(quán)利要求25所述的非接觸式車輪定位傳感器，還包括第二反射裝置，所述照相機(jī)裝置接收由所述第二反射裝置反射的所述照明線中所 述至少一些的圖Y象。
全文摘要
一種確定對(duì)象的取向比如安裝在機(jī)動(dòng)車(60)上的輪胎和車輪組件(58)的定位特征的傳感器和方法，包括從第一光線投射儀(70)投射多個(gè)光線平面(62)到輪胎和車輪組件(58)上以在輪胎和車輪組件(58)中的輪胎(66)上形成多個(gè)大體上平行的照明線(64)，用光電裝置(76)在相對(duì)于第一光線投射儀(70)的投射角的角度上接收從輪胎(66)反射的照明線(64)中至少一些被反射的圖像，并且確定由來(lái)自被選擇的點(diǎn)(55)的空間坐標(biāo)所限定的平面(57)，該被選擇的點(diǎn)(55)位于由該光電裝置(76)成像的每個(gè)照明線(64)上，該平面(57)代表輪胎和車輛組件(58)的取向。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101680754SQ200880014747
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
發(fā)明者克里斯·德·索羅維樂(lè), 狄迪爾·伯格胡恩, 科恩·維哈爾特 申請(qǐng)人:寶克E·博特機(jī)械公司;維哈爾特新產(chǎn)品和服務(wù)公眾有限公司