[发明专利]用于确定物体定向,例如车轮对准的装置及方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本发明要求由Lehman等人关于“APPARATUS AND METHOD FORDETERMINING THE ORIENTATION OF AN OBJECT SUCH AS VEHICLEWHEELALIGNMENT”于2006年6月27日提交的美国临时专利申请序列号No.60/816735的优先权，其全文在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及用于确定三维物体相对于参考系统的定向的测量系统，更具体地，涉及一种尤其适于供车轮使用的测量系统，其中，从与物体或车轮结合啮合的接触组件上引导光束，以通过透镜限定该物体或车轮定向的平面，从而指示该光束在该目标上的位置，进而指示该物体或车轮相对于例如车辆中心线的预定位置的定向。

背景技术

在汽车工业中，严格意义上的车辆质量在生产过程和在随后车辆的有效使用期内都需要对车轮对准设置进行测量和调整。对车轮尤其是例如车辆前轮的转向轮的适当定位和对准，需要对束角、外倾角和后倾角进行设置。束角是该车辆的纵轴与通过该车轮/轮胎中央的平面之间的角度，其造成车轮往前运行以及转向。外倾角是在垂直面上轮轴朝向路面的倾度。后倾角影响横向控制，通常是适当的负值，也是从该车轮的侧面观察时在该车轮/轮胎同路面的接触点和该转向轴同路面交叉点之间的距离。在车辆的装配和/或维修过程中，对车轮，尤其是转向轮的束角以及外倾角和后倾角的测量、调节或检查以及设置是很重要的，这样车辆才会正确地驱动和转向。

过去，已经使用了包括直接和间接的各种方法来测量车轮的束角和外倾角。直接测量方法需要操作人员或机械装置将测量工具接触车辆放置或安装到该车辆上，并且要经受布置误差和磨损。间接测量方法，有时是指非接触方法，一般包括对照射在轮胎上的光的图像的观察或感应和利用计算机从这样的图像计算该轮胎的位置以提供最终的对准信息。可是已知的直接测量方法繁琐、费时，经常是劳动密集型的，并且和需要的准确度有差距，而非接触或间接方法经常需要精确定位的相当复杂的光，由此需要昂贵的投影机和高复杂度的计算方法以确定该车轮和轮胎位置。

因此，需要一种对于测量和确定车轮以及更广泛的任意三维物体的定向的装置和方法，该装置和方法将允许以有效且更廉价的方式快速准确地对该车轮或物体平面的确定，出于为了对准而设置该车轮/轮胎的束角和/或外倾的目的，指出该车轮/轮胎相对于该车辆中心线的位置。

发明内容

因此，本发明提供一种装置和方法，用于确定三维物体的定向和在一种优选实施例中使用用于啮合该物体或车轮以限定该物体或车轮定向的平面的接触组件以及投射从该接触组件引向接收组件的光束的光源来确定车轮的位置，其中在该接收组件中该光束的定向提供了该车辆轮胎和车轮组件的定向和对准信息。在该光接收组件的一种实施例中包括透镜，该透镜将该光束引向指示该光束相对于例如该车辆中心线的预定位置的定位的目标。布置在该接收组件内的相机可以观察具有投射在其上的光束的该目标并提供其图像，该图像随后可以用于正确地调节该轮胎或车轮组件的定向，或将基于该图像定位的可视图像转换为束角和/或外倾值。

根据本发明的一个方面，一种用于确定车轮组件的定向的装置，包括接触组件、光源和光束接收组件，其中该车轮具有安装在被固定用以在车辆轴上转动的轮缘上的轮胎。该接触组件通过压向该车轮组件而不是固定其上来啮合该车轮组件以限定该车轮组件定向的平面，该光源投射关于该接触组件的光束。该光束接收组件接收该光束并形成指示该车轮组件相对于预定位置的定向的该光束图像。将该光束从该接收组件引向包含目标和透镜的该接收组件。该透镜适于将该光束引向该目标，其中该光束照射在该目标上的位置可表示该车轮组件的该平面定向。

在一种实施例中，该接触组件包括多个接触部件，这些接触部件在该车轮组件的多个间隔区域上啮合该车轮组件，每个接触部件安装在支撑物上并且适于当该车轮组件在轴上转动时啮合该轮胎的侧壁，以使该光束在该目标上形成该车轮组件的定向图像。该装置可以包括带有支架的调位组件，使用枢轴将该接触组件固定到该支架。定位组件用于相对于该车轮组件移动该接触组件用于选择性地使该接触组件与该车轮组件啮合或脱离。光源可以是激光器或其它准直的或结构化光束产生装置，并且可以安装在该接触组件上。作为选择，该光源可以投射在该接触组件，所投射的光束从该接触组件被反射。