平面参数的测量方法及新型车轮定位系统技术方案

本发明专利技术涉及几种平面参数的测量方法和一种车轮定位装置。其测量方法的基本思想为：一参数（如出射方位）可测量或可控制的光面或光束射向一个反光面再到达到光接收器，分析光接收器收到的光信息，再计算反光面的平面参数。使用上述方法制成的平面参数测量装置可组成四轮定位仪，该四轮定位仪生产成本低，维修成本低，使用方便。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及平面参数的测量方法和用于汽车维修车轮定位系统。车轮定位最常见的是四轮定位，目前面世的有多种方法。较一般的定位法是静态激光加线阵图象传感(CCD)法，各传感器上设置一个左右观测的线阵CCD，一个前后观测的线阵CCD；在一传感器上设置若干固定的激光面射向相邻传感器，根据线阵CCD上亮点的位置计算各车轮的相互位置。中国专利申请号为99111663.1的文件介绍了一种动态激光法，各传感器上放置一个旋转激光面扫描器，并设置若干固定的光敏管，根据光敏管输出的感光脉冲到来的时刻计算光敏管在扫描器坐标系内的二维角坐标，然后计算各车轮的相互位置。以上都是带传感器的，传感器都要用电，势必连着电缆；要么用电池加无线联络措施。所以生产和使用都比较烦琐。同时，传感器为脆弱部件，在车轮上来回装夹容易损坏。专利号为EP0971205A2的文献公开了一种免传感器的四轮定位系统，所谓免传感器是指不用将传感器装夹在车轮上。测量部分使用高分辨率的面阵图像传感器(CCD)，原来的传感器由一反光板代替，反光板上有规定的花纹，用CCD观察反光板，根据其花纹的位置及大小计算各车轮的位置参数。实际上，它是一个平面参数测量系统。操作很简单，但要求CCD分辨率较高，否则，无精度可言，因而成本较高。售价在2002年达30万元人民币。本专利技术的装置部分介绍的也是免传感器的车轮定位系统，操作也很简单，且无须高分辨率的CCD，生产成本低。本方法专利技术的基本思想为一参数(如出射方位)可测量或控制的光面或光束射向一个反光面再到达到光接收器，分析光接收器收到的光信息，再计算反光面的平面参数。本专利技术的装置的基本思想为用平面参数测量装置测量固定在各车轮上的反光板的参数，进一步计算车辆的车轮定位参数。本专利技术的目的是用廉价的部件做出高精度的车轮定位系统。本专利技术追求的目标是以成本不高于1万元人民币的材料制成的产品要与时价30万元人民币的产品比美。本专利技术提出了一种高精度的、廉价的四轮定位系统的测量方案，以小的投入取得了好的效果。如果将该专利技术推广，可提高汽车生产和维修的总体技术水平，又节省投资。本专利技术克服了一般四轮定位仪必须两个种类的传感器的弊病，用一种平面参数测量装置可以组成一台四轮定位仪，直接降低了生产成本，同时也因此降低了备份成本和售后的维修成本。本专利技术的方法之一的基本依据为“点的角坐标的测量方法”，该方法公布在《一种点的角坐标测量方法及新型车轮定位装置》，其中国专利申请号为99111663.1。根据上述专利文献所述，光接收器采用光敏管为一比较好的选择，可使成本降到最低。将光接收器改为图像传感器当然也能达到测量目的，因为图像传感器相当于众多的光敏管，但成本会高很多。根据上述专利文献所述，扫描器上固定两个分别与扫描轴线成±45°的光面为一比较好的选择，可使待测平面各参数的测量误差均匀一致。如果对某参数的测量精度要求较高，可以适当改变光面与扫描轴线的角度。根据上述专利文献所述，扫描器以固定已知的角速度旋转为一比较好的选择，可方便测量扫描器的参数如角方位。如附图说明图1所示，为本专利技术方法之一的原理图。如果光面通过均匀介质到达光敏管时，可测量该光敏管的理想二维角坐标。而如果已知光敏管的二维角坐标，而光面经过反射后才到达光敏管，实际测量的二维角坐标就不是理想的，它包含了反光面参数的信息，因而可以测量反光面的参数。一个平面的参数只有三个，而一个点的二维角坐标含有两份信息，所以至少需要测量两个点的二维角坐标才能计算一个反光平面的参数，其中有一个参数是冗余的。根据上述专利文献所述，扫描器以固定已知的角速度旋转，但旋转扫描器不是本专利技术的唯一选择，扫描器以受控的方式扫描或以其它的某种规律自行扫描等都能达到测量的目的，但以固定已知的角速度旋转扫描会给硬件设计和软件计算带来许多方便。图2为本专利技术方法之二的原理图，设置三个光敏管，则任一个反光面的三个独立参数在固定一个基本参数的一次扫描中都反映出来(如果光敏管少于三个，须经多个基本参数不同的扫描，如两个的情况实际上就是本专利技术的方法之一)。暂令发射光面绕Z轴旋转，该光面的出射角可以通过测量扫描电机的某一起始相位再根据时间计算出来。为便于数学描述，认定待测平面5为ρ，其参数为A、B和C，在测量部分设置接收点6、7和8，分别用Ps、Pt和Pu表示，在所有的旋转光面簇3中有δs、δt和δu之反射面σs、σt和σu分别经过接收点Ps、Pt和Pu，并测得δs、δt和δu的参数分别为s、t和u。选择Ps、Pt和Pu的位置(如不在一条直线上，且没有两个在xOz平面内)，利用s、t和u必可计算出A、B和C。计算方法如下设ρ不经过坐标原点(实际上就是)，可表示为Ax+By+Cz-1＝0发出的旋转光面δ为kx-y＝0反射光面σ必为m(Ax+By+Cz-1)+kx-y＝0(1)其中，m随待测平面的参数及接收点位置而变化，如果三接收点Ps、Pt和Pu的位置分别被选为(0，-1，1)，(0，0，0)和(0，1，0)，测量到的发射光面参数k分别为s、t和u，将它们分别代入σ的方程(1)对Pt这时反射面与发射面相同σt tx-y＝0发射面与待测平面ρ垂直，夹角的余弦为0tA-B＝0或B＝tA (2)对Psm(-B+C-1)+1＝0m=1B-C+1]]>代入(1)Ax+By+Cz-1+(B-C+1)(sx-y)＝0得σs(A+Bs-Cs+s)x+(C-1)y+Cz-1＝0与待测平面ρ的夹角的余弦为A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2A2+B2+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2]]>而发射面与待测平面ρ的夹角的余弦为sA-BA2+B2+C21+s2]]>两夹角相等，有sA-BA2+B2+C21+s2=±A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2A2+B2+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2]]>sA-B1+s2=±A(A+Bs-Cs+s)+B(C-1)+C2(A+Bs-Cs+s)2+(C-1)2+C2---(3)]]>对Pum(B-1)-1＝0m=1B-1]]>代入(1)Ax+By+Cz-1+(B-1)(ux-y)＝0得σu(A+Bu-u)x+y+Cz-1＝0与待测平面ρ的夹角的余弦为A(A+Bu-u)+B+C2A2+B2+C2(A+Bu-u)2+1+C2]]>而发射面与待测平面ρ的夹角的余弦为uA-BA2+B2+C21+u2]]>两夹角相等uA-BA2+B2+C21+u2=±A(A+Bu-u)+B+C2A2+B2+C2(A+Bu-u)2+1+C2]]>uA-B1+u2=±A(A+Bu-u)+B+C2(A+Bu-u)2+1+C2---(4)]]>(2)、(3)和(4)联立能解出A、B和C。图3为本专利技术方法之三的原理图，扫描器2首先将光束3沿x轴射出，如果反光面5与x垂直，光束将原途返回在接收器的O点形成光斑；如果5前束不为0，光斑将离开O沿y向移动；如果5外倾不为0，光斑将离开O沿z向移动；如果5既有前束又有外倾，光斑将离开O在yOz平面内移动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面参数的测量方法，其特征在于：在坐标系（１）内固定一个参数可测量或可控制的扫描器（２），（２）上固定有两片薄的光扇面（３）和（４），描述（３）和（４）的方程已知，两扇面不同时出现在给定的测量区域，如果人为将它们同时旋转至某测量区域时，它们在该区域内有唯一的交线；在（１）内设置若干个已知点，放置光接收器，如（６）、（７）等；使（１）内的待测平面（５）具有平面反光性；在测量范围内，（３）和（４）可通过（５）到达光接收器，而在该范围内不能直接到达光接收器；利用各光接收器的光接收信息，可计算（５）在（１）内的平面参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡修泰，
申请(专利权)人：胡修泰，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]