УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ КОЛЕС И/ИЛИ ПОЛОЖЕНИЯ ОСЕЙ И МОСТОВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2003 года по МПК G01B11/26 

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к устройству для определения геометрических параметров установки колес и/или положения осей и мостов автотранспортных средств в измерительном пространстве с помощью оптической измерительной системы, имеющей по меньшей мере два оптических передающих телевизионных устройства, позволяющих получать изображения маркировочного устройства, включающего по меньшей мере одну предусмотренную или располагаемую на колесе метку по меньшей мере в двух различных ракурсах, и блок обработки данных.

Устройство подобного типа известно из DE 4212426 С (на имя Wolfgang Brunk). В этом известном устройстве с целью определения развала и схождения колес телевизионными камерами фиксируются характерные участки колес автотранспортного средства. У соответствующего колеса вне его оси предусматривают оптически распознаваемую маркировку, которая при вращении колеса фиксируется двумя синхронизированными телевизионными камерами. При этом автотранспортное средство стоит на роликах, обеспечивающих указанное вращение колеса. На основании пространственного расположения элементов маркировки на колесах определяют относительное положение их соответствующих осей. Телевизионные камеры расположены симметрично относительно оси соответствующего колеса, при этом автотранспортное средство стоит на роликах, а его колеса вращаются на парах роликов испытательного стенда, расположенных под каждым колесом оси автомобиля. Такая система ограничена только измерением таких геометрических параметров установки колес соответственно положения осей и мостов, как развал и схождение, а юстировка геометрических параметров положения осей требует немалых затрат.

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать устройство указанного в начале описания типа таким образом, чтобы оно не только обеспечивало более простую работу с ним, но и позволяло получать информацию о большем числе геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов. При этом не требуется точной выверки положения передающего телевизионного устройства при съемке.

Указанная задача решается в соответствии с отличительными признаками п.1 формулы изобретения. Согласно предлагаемому решению маркировочное устройство дополнительно включает по меньшей мере одну метку на кузове и приспособление с системой по меньшей мере из трех контрольных меток, причем информация о расположении контрольных меток в измерительном пространстве известна в блоке обработки данных, а съемка маркировочного устройства осуществляется при проезде автотранспортного средства мимо передающих телевизионных устройств, при этом при съемке обеспечивается одновременное определение пространственных координат указанной по меньшей мере одной метки на колесе по меньшей мере в трех его угловых положениях при вращении для определения плоскости вращения колеса и пространственных координат указанной по меньшей мере одной метки на кузове для определения подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства, и блок обработки данных позволяет определять по меньшей мере геометрические параметры установки колес и/или положения осей и мостов на основании информации о положении плоскости вращения колеса относительно подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства.

На основании информации о подвижной системе координат движущегося автотранспортного средства можно также распознать совершение им поворота во время измерения. В этом случае можно определить, возможно ли при обработке данных произвести коррекцию, например при соответственно большом радиусе поворота, или же при прерывистом рулении сделать этого невозможно и необходимо повторное измерение.

С помощью указанных по меньшей мере одной колесной метки по меньшей мере одной кузовной метки и приспособления с системой контрольных меток блок обработки данных может точно определять положение передающих телевизионных устройств и вычислять положение плоскости вращения колеса относительно подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства, что позволяет определять геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов. При этом процесс определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов происходит в реальных условиях движения автотранспортного средства, т. е. в динамике, а не в статике. Тем самым практически полностью исключается влияние на результаты измерений таких факторов, как деформация элементов подвески колес в результате их перетяжки при зажиме, а также наличие люфтов в подшипниках.

Предлагаемое решение позволяет практически отказаться от точного нивелирования измерительного стенда, поскольку отклонение от горизонтали более не влияет непосредственно на точность результатов измерения. Требования к плоскостности и нивелированию измерительного стенда можно снизить до уровня, необходимого лишь для правильной установки на стенде самого автотранспортного средства. Измерение можно проводить исключительно быстро с небольшими затратами на подготовку автотранспортного средства к измерениям. Отпадает также необходимость в требовавшейся до настоящего времени в некоторых системах юстировке положения измерительного устройства у колеса, а работа с таким устройством упрощена.

Сам процесс сбора результатов измерений длится несколько долей секунды, при этом для всех измеряемых величин обеспечивается высокая точность получаемых результатов с одновременным обеспечением более широкого по сравнению с известными системами диапазона измерения. Представление полученных геометрических параметров не ограничено только угловыми единицами, и их можно представлять также в виде абсолютных значений в единицах длины. Используя то же самое устройство и тот же самый метод на другом измерительном стенде, оборудованном под размеры безрельсовых транспортных средств, предназначенных для перевозки грузов, пассажиров и нетранспортных работ, можно получать данные по геометрическим параметрам установки колес и положения осей и мостов указанных транспортных средств. Для этого не требуется использование никакого дополнительного контрольного оборудования.

Предлагаемое устройство позволяет с помощью вычислений определять положение оси движения, а также следующие геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов: схождение индивидуально для каждого колеса, суммарное схождение для каждой пары колес, развал для каждого колеса, смещение колеса вперед/назад, боковое смещение вправо/влево, различие в ширине колеи и ширина колеи, а также смещение оси или моста.

Используя имеющиеся или дополнительно предусматриваемые метки или маркеры в определенных точках кузова в зоне наружного контура колесной арки, можно дополнительно определять величину прогиба рессоры или хода пружины, соответственно величину нагрузки на каждое колесо и/или наклон кузова в продольном и поперечном направлениях. Это позволяет быстро распознавать отклонения в заданной равномерности распределения нагрузки на колеса и при необходимости корректировать такие отклонения путем соответствующего перераспределения нагрузки, т.е. путем увеличения/уменьшения действующей на колесо нагрузки, или учитывать их при расчете поправок, выполняемом для конкретного автотранспортного средства.

Простая конструкция и одновременно достоверное распознавание контрольных меток обеспечиваются благодаря наличию у приспособления с системой контрольных меток стойки, которая допускает ее установку в измерительном пространстве в произвольно выбираемой компоновке и на которой предусмотрены контрольные метки, выполненные в виде контрольных структур или специально размещаемых контрольных меток. Такое решение способствует получению достоверных результатов измерений.

Если контрольные метки в дополнение к их плоскому, поверхностному расположению расположить относительно передающих телевизионных устройств еще и с пространственным смещением, то значительно упростится обработка данных по сравнению с плоским расположением контрольных меток при одновременно высокой достоверности результатов измерений.

Кроме того, для надежного распознавания элементов маркировки контрольные метки и/или метки на колесе и/или метки на кузове предпочтительно выполнить в виде ретроотражающих меток, а в качестве передающего телевизионного устройства использовать камеру.

Недорогим по своему конструктивному исполнению предлагаемое устройство можно сделать за счет использования лишь одного измерительного блока по меньшей мере с двумя передающими телевизионными устройствами, позволяющего определять геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов сначала для одной стороны автотранспортного средства при его проезде мимо измерительного блока, а затем для другой его стороны при повторном проезде мимо измерительного блока другой стороной.

Расширить возможности измерения по сравнению с размещением измерительного блока лишь с одной стороны позволяет вариант, в котором всего один-единственный измерительный блок только из одного его положения обеспечивает одновременную съемку по меньшей мере трех контрольных меток для каждой стороны автотранспортного средства, меток на колесах, расположенных по меньшей мере на одной оси или установленных по меньшей мере на одном мосту автотранспортного средства, и по меньшей мере одной метки на кузове, а по меньшей мере в процессе проезда автотранспортного средства мимо него обеспечивает по меньшей мере последовательную или одновременную съемку меток на колесах по всем осям или мостам автотранспортного средства и соответствующей (-их) метки(-ок) на кузове, или же вариант, в котором предусмотрено размещение с обеих сторон измерительного стенда по одному измерительному блоку, каждый из которых имеет по меньшей мере два передающих телевизионных устройства и которые тем самым обеспечивают определение геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов с обеих сторон автотранспортного средства за его однократный проезд мимо них. При такой компоновке предлагаемое устройство позволяет дополнительно определять в блоке обработки данных не только схождение для каждого колеса, суммарное схождение и развал для каждого колеса, но и смещение колеса вперед/назад, боковое смещение, отклонение в ширине колеи и смещение оси или моста.

Для повышения чувствительности измерительной системы в измерительном блоке можно предусмотреть по меньшей мере три передающих телевизионных устройства.

Использование для освещения контрольных меток, меток на колесах и меток на кузове по меньшей мере одного источника света дополнительно повышает распознаваемость и различимость указанных контрольных меток, колесных меток и кузовных меток. Распознаваемость же и различимость ретроотражающих измерительных и контрольных меток можно повысить, расположив по меньшей мере один источник света вблизи объектива передающего (-их) телевизионного (-ых) устройства (устройств). Использование при этом источников света, испускаемое которыми излучение лежит вне пределов видимой области спектра, например инфракрасных светодиодов, позволяет избежать в месте установки измерительной аппаратуры ухудшения условий освещенности для оператора, работающего с указанной аппаратурой.

Отдельные колеса, колеса отдельных автотранспортных средств или даже отдельные измерительные стенды можно автоматически различать по их меткам, если по меньшей мере одной метке каждого колеса или каждого автотранспортного средства и/или по меньшей мере одной метке каждого колеса и/или по меньшей мере одной метке на кузове и/или по меньшей мере одной контрольной метке присвоить кодовое обозначение, распознаваемое и различимое передающим телевизионным устройством.

При этом размещение на каждом из колес нескольких меток и кодирование по меньшей мере одной из таких нанесенных на одно колесо меток позволяет прежде всего определить величину отклонения геометрической формы обода колеса, а также однозначно сопоставить такую величину с соответствующей меткой на колесе и при необходимости учитывать эту величину, соответственно корректировать ее при последующих измерениях и обработке данных.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - устройство для определения геометрических параметров колес и положения осей, если смотреть в продольном направлении автотранспортного средства,
на фиг.2 - устройство по фиг.1 в виде сбоку и
на фиг.3 - устройство по фиг.1 и 2 в виде сверху.

На фиг.1 и 3 показано устройство для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов автотранспортного средства во время его движения, имеющее установленные сбоку от колес 5 в каждом случае на соответствующем штативе измерительные блоки в виде измерительных головок 1 и расположенное между последними и колесами 5 приспособление 3 с системой контрольных меток, маркеров или признаков. Как более наглядно показано на фиг. 3, каждый измерительный блок в виде измерительной головки 1 имеет в данном варианте два передающих телевизионных устройства в виде камер 2, в поле 6 зрения которых при проезде мимо них автотранспортного средства одновременно попадают по меньшей мере часть как колеса 5, так и приспособления 3 с системой контрольных меток, а также метка 7 на кузове. Как показано на фиг. 2, где устройство изображено сбоку, приспособление 3 выполнено в виде трапециевидной рамки с системой из нескольких контрольных меток 4, при этом на бортовой закраине обода колеса 5 расположена измерительная метка 8, а на кузове дополнительно расположена по меньшей мере одна метка 7. Каждое из приспособлений 3 имеет систему из по меньшей мере трех контрольных меток 4 с каждой стороны автотранспортного средства. Контрольные метки 4 и колесные метки 8, а также по меньшей мере одна кузовная метка 7 предпочтительно выполнены ретроотражающими. На фиг.1 показана также ось 9 шкворня подвески управляемого колеса.

Диаметр контрольных 4, колесных 8 и кузовных 7 меток с диффузным отражением оптического излучения, которые в этом примере выполнены круглыми, подбирают в зависимости от обеспечиваемого объективом камеры масштаба изображения, размера фотоприемного элемента камеры 2, выполненного, например, в виде фотоприемника на приборах с зарядовой связью (ПЗС-приемника), и расстояния до снимаемого объекта. При этом юстировки положения колесной метки 8 не требуется. Указанная по меньшей мере одна кузовная метка 7, предусмотренная с каждой стороны кузова, служит для определения траектории перемещения автотранспортного средства в измерительном пространстве.

С левой и правой сторон измерительного стенда располагают по одному измерительному блоку в виде измерительной головки 1. Каждая из этих измерительных головок 1 имеет по меньшей мере два передающих телевизионных устройства в виде камер 2, которые позволяют с достаточно большого расстояния оптически фиксировать в различных ракурсах попадающие в поле 6 их зрения колесо 5 по меньшей мере с одной предусмотренной на нем меткой 8 и одновременно по меньшей мере часть поверхности кузова с меткой 7, а также приспособление 3, соответственно его часть с системой расположенных на нем контрольных меток 4, которые либо лежат в одной плоскости, либо пространственно разнесены по различным плоскостям. При этом для достижения высокой точности измерения метки предпочтительно освещать со стороны каждой из камер 2. Такую подсветку достаточно просто реализовать, разместив вокруг объектива источники света, например в виде светодиодов (СИД), излучение которых предпочтительно лежит в инфракрасной области спектра, соответственно в ближней инфракрасной области спектра, что позволяет избежать в месте установки измерительной аппаратуры ухудшения условий освещенности для оператора, работающего с указанной аппаратурой.

Приспособление 3 с системой контрольных меток в рассматриваемом варианте выполнения состоит из двух трапециевидных стоек с закрепленными на них контрольными метками 4. Стойки жестко закреплены на полу справа и слева от измерительного стенда таким образом, чтобы автотранспортное средство могло беспрепятственно проехать между ними. Измерительное пространство заключено при этом между приспособлением с системой контрольных меток и проходящей между ее частями плоскостью проезжей части, а пространственные координаты контрольных меток 4 известны из предварительно проведенных измерений и хранятся в памяти (не показанного на чертежах) блока обработки данных.

После начала измерений подготовленное к проведению измерений автотранспортное средство проезжает через измерительный стенд (между смонтированными по разные стороны частями приспособления 3 с системой контрольных меток и между измерительными головками 1). При этом камеры обеих измерительных головок 1 с согласованной со скоростью движения автотранспортного средства длительностью экспонирования непрерывно осуществляют синхронную съемку автотранспортного средства с получением его изображений в различных положениях и при различных угловых положениях колес (т.е. при различных углах поворота колес при их вращении). Затем по положению по меньшей мере одной колесной метки 8 в отснятых изображениях, полученных при различных угловых положениях вращающегося колеса 5, можно определить плоскость вращения колеса.

На основании последовательного изменения во времени координат закрепленных на кузове меток 7 можно определить траекторию движения автотранспортного средства относительно приспособления 3 с системой контрольных меток. В этом случае, используя информацию о последовательном изменении во времени координат закрепленных на колесах 5 меток 8, можно путем вычислений задать систему координат автотранспортного средства (например, продольную ось/плоскость продольной оси автотранспортного средства, соответственно ось движения) и определить следующие геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов: схождение для каждого колеса, суммарное схождение, развал для каждого колеса, смещение колес вперед/назад, боковое смещение вправо/влево, разница в ширине колеи и смещение осей или моста. Указанные геометрические параметры представляются в виде угловых величин, однако могут быть также выражены в виде единиц длины. В эти параметры могут быть включены и данные о ширине колеи.

Установив на кузове метки 7 или же дополнительные метки в определенных его точках в зоне наружного контура колесной арки, можно дополнительно определять величину прогиба рессоры или хода пружины, соответственно величину нагрузки на каждое колесо и/или наклон кузова в продольном и поперечном направлениях. Это позволяет быстро распознавать отклонения в заданной равномерности распределения нагрузки на колеса и при необходимости корректировать такие отклонения путем соответствующего перераспределения нагрузки, т.е. путем увеличения/уменьшения действующей на колесо нагрузки, или учитывать их при расчете поправок, выполняемом для конкретного автотранспортного средства.

Последовательно отснятые изображения, синхронно зафиксированные обоими измерительными блоками в виде измерительных головок 1 в различных ракурсах и на достаточно большом расстоянии от автотранспортного средства во время его проезда через измерительный стенд, обрабатываются известными методами обработки изображений, при этом идентифицируются контрольные метки 4, кузовные метки 7, а также колесные метки 8. Известные методы триангуляции позволяют определять пространственные координаты каждой контрольной метки 4, каждой кузовной метки 7 и каждой колесной метки 8 относительно приспособления 3 с системой контрольных меток и относительно времени измерения. Такие полученные по последовательно отснятым изображениям координаты позволяют в данном случае с использованием известных геометрических расчетов, с одной стороны, определить в измерительном пространстве плоскость, в которой лежит ось движения автотранспортного средства, и за счет этого дополнительно обнаружить при движении недопустимые отклонения (повороты управляемых колес) от направления движения, визуально отображать их и/или учитывать с целью коррекции при обработке информации о геометрических параметрах установки колес, соответственно положения осей и мостов. С другой стороны, можно определять положение плоскостей вращения колес относительно каждой из частей приспособления 3 с системой контрольных меток и относительно определенной плоскости, в которой лежит ось движения. Затем на основании информации об относительном положении соответствующих меток 8 каждого колеса 5, кузовной метки 7, соответственно дополнительных кузовных меток, а также на основании известной в блоке обработки данных информации о расположении контрольных меток 4, соответственно о вычисленном расположении плоскостей вращения колес относительно системы координат автотранспортного средства определяются геометрические данные, необходимые для определения параметров ходовой части. Размещение на каждом колесе 5 нескольких меток 8 позволяет на основании смещения плоскостей вращения колеса друг относительно друга определять возможное наличие биение обода.

Таким образом, при сравнительно простой конструкции и простоте в работе предлагаемое устройство позволяет определять при движении автотранспортного средства геометрические параметры установки его колес и положения осей и мостов, а также иные параметры. При этом практически полностью исключается влияние на результаты измерений таких факторов, как деформация элементов подвески колес в результате их перетяжки при зажиме, а также наличие люфтов в подшипниках.

Изобретение относится к устройствам для определения геометрических параметров установки колес и/или положения осей и мостов автотранспортных средств. Устройство включает по меньшей мере одну метку на кузове и приспособление с системой по меньшей мере из трех контрольных меток. Измерительное пространство в таком устройстве расположено между приспособлением с системой контрольных меток и плоскостью проезжей части. Информация о расположении контрольных меток в измерительном пространстве известна в блоке обработки данных. На основании информации о положении плоскости вращения колеса относительно подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства блок обработки данных определяет по меньшей мере геометрические параметры установки колес и/или положения осей и мостов. Технический результат: упрощение конструкции. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения геометрических параметров установки колес и/или положения осей и мостов автотранспортных средств с помощью оптической измерительной системы, имеющей по меньшей мере два оптических передающих телевизионных устройства, позволяющих получать изображения маркировочного устройства, включающего по меньшей мере одну предусмотренную на каждом колесе (5) метку, по меньшей мере в двух различных ракурсах, и блок обработки данных, отличающееся тем, что маркировочное устройство дополнительно включает по меньшей мере одну метку (7) на кузове и приспособление (3) с системой по меньшей мере из трех контрольных меток (4), при этом информация о пространственном расположении контрольных меток (4) известна в блоке обработки данных, передающие телевизионные устройства (2) имеют средства для съемки маркировочного устройства при проезде мимо них автотранспортного средства, при этом обеспечивается одновременная съемка указанной по меньшей мере одной метки (8) на колесе (5) по меньшей мере в трех его угловых положениях при вращении для определения плоскости вращения колеса и указанной по меньшей мере одной метки (7) на кузове для определения подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства, и блок обработки данных предназначен для определения по меньшей мере геометрических параметров установки колес и/или положения осей и мостов на основании информации о положении плоскости вращения колеса относительно подвижной системы координат движущегося автотранспортного средства. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приспособление (3) с системой контрольных меток имеет стойку, которая допускает ее установку в произвольно выбираемой компоновке и на которой предусмотрены контрольные метки, выполненные в виде контрольных структур или специально размещаемых контрольных меток (4). 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что контрольные метки (4) расположены с пространственным смещением относительно передающих телевизионных устройств. 4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что контрольные метки (4) и/или метки (8) на колесе и/или метки (7) на кузове выполнены в виде ретроотражающих меток, а передающим телевизионным устройством является камера (2). 5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся наличием одного измерительного блока (1) по меньшей мере с двумя передающими телевизионными устройствами (2), который установлен только в одном положении, обеспечивающем общую съемку всех колес автотранспортного средства, или наличием возможности определять геометрические параметры установки колес и положения осей и мостов сначала для одной стороны автотранспортного средства, а затем для другой его стороны при проезде автотранспортным средством мимо измерительного блока другой стороной. 6. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что для определения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов сразу с обеих сторон автотранспортного средства за его однократный проезд с обеих сторон измерительного стенда предусмотрено по измерительному блоку (1) по меньшей мере с двумя передающими телевизионными устройствами (2). 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что измерительный блок (1) имеет по меньшей мере три передающих телевизионных устройства. 8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что для освещения контрольных меток (4), меток (8) на колесах и меток (7) на кузове предусмотрен один или несколько источников света, а при использовании ретроотражающих меток эти один или несколько источников света расположены вокруг объектива(-ов) соответствующего(-их) передающего(-их) телевизионного(-ых) устройства (устройств) (2). 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что испускаемое указанными источниками излучение лежит в не видимой для глаза человека области спектра. 10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере одна метка (8) на колесе и/или по меньшей мере одна метка (7) на кузове и/или по меньшей мере одна контрольная метка (4) имеют распознаваемое передающим телевизионным устройством (2) кодовое обозначение.