在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统

摘要

本发明公开了一种在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统，旨在克服无法实现视觉检测系统在汽车轮距和轴距所确定的大视场空间内标定的问题。该系统包括底板(1)、纵向导轨(2)、滑块(3)、横向连接板(4)、横向导轨(5)、标定板(6)、拉线位移传感器(7)、传感器安装架(8)、工作台连接座(9)、标定板连接座(10)与工作台(11)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车工业领域的标定设备，更具体的说，它涉及一种在广 域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统。

背景技术

为保证汽车的操纵稳定性，汽车的车轮、转向节和车轴三者之间的安装具有 一定的相对位置，称为车轮定位。汽车车轮参数是否准确，对汽车的行驶安全 性、操纵稳定性和燃油经济性具有重要影响。车轮定位仪是检验车辆安全性的 重要的检测设备。目前全国仅车轮定位仪的保有量就达30000多台，并且以每年 30％的速度在递增。

立体视觉测量车轮定位参数可以实现非接触检测，视觉系统检测前需要进行 标定，现有车轮定位参数立体视觉检测系统的标定均采用二维或三维标定板， 在由标定板的尺寸所确定的空间内标定精度较高，在标定板空间之外系统的标 定精度无法得到保证。在进行车轮定位参数检测时，由于汽车的轴距和轮距通 常在1.5米到3米之间，无法加工与该尺寸相同的大型标定板并保证标定板各特 征点的相对位置尺寸。

目前，国内外尚未发现相关的报道。

发明内容

本发明采用纵向、横向导轨及回转工作台的结构，使标定板实现了在汽车 轴距和轮距确定的空间内任意位置和角度的移动，并通过传感器计量标定板在 各运动位置时，标定板上的特征点相对于初始世界坐标系原点的世界坐标，实 现了将小标定板在广域视场空间延拓的目的。系统具有体积较小、标定板位置 及角度可调整、操作简便、性能可靠、通用性强、易于安装、制造成本低、精 度高等特点，提供了一种可以满足国家计量、质量监督部门以及生产厂家标定 要求的在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统。

参阅图1至图9，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实 现。本发明所提供的在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统 包括有底板、纵向导轨、滑块、横向连接板、横向导轨、标定板、拉线位移传 感器、传感器安装架、工作台连接座、标定板连接座与工作台。

螺栓自上而下分别穿过两个相同的纵向导轨的T型通孔和底板的两排螺纹 孔，将纵向导轨与底板螺纹固定连接，每个纵向导轨与两个滑块底部的凹槽滑 动配合，螺栓自上而下分别穿过两个横向导轨的T型通孔和横向连接板中部的 螺纹孔，将横向导轨与横向连接板螺纹固定连接，横向导轨与纵向导轨垂直， 螺栓自下而上分别穿过与纵向导轨滑动配合的滑块的T型通孔和横向连接板底 部的螺纹孔，将四个滑块与横向连接板螺纹固定连接，每个横向导轨与两个滑 块底部的凹槽滑动配合，螺栓自下而上分别穿过与横向导轨滑动配合的滑块的 T型通孔和工作台连接座底部的螺纹孔，将横向导轨上的四个滑块与工作台连 接座螺纹固定连接。

两个螺栓自上而下穿过工作台底部侧面的两个半圆通孔和工作台连接座顶 部加工的两个螺纹孔，将工作台与工作台连接座螺纹固定连接，螺栓插入工作 台顶面的T型槽后穿过标定板连接座下端的螺纹通孔，通过螺母将标定板连接 座与工作台固定连接，螺栓自下而上穿过标定板连接座上端的圆形通孔和标定 板底部的螺纹盲孔，将标定板与标定板连接座螺纹固定连接。

螺栓自上而下穿过传感器安装架水平面的四个圆形通孔和底板沿钢板较长 方向的一端加工的四个螺纹孔，将一个传感器安装架与底板螺纹固定连接，两 个螺栓穿过传感器安装架垂直面的两个圆形通孔与一个拉线位移传感器底部的 螺纹盲孔螺纹固定连接，拉线位移传感器的拉线端部的螺杆与横向连接板侧面 加工的螺纹孔螺纹固定连接，螺栓自上而下穿过传感器安装架水平面的四个圆 形通孔和横向连接板顶面沿钢板较长方向的一端加工的四个螺纹孔，将一个传 感器安装架与横向连接板螺纹固定连接，两个螺栓穿过传感器安装架垂直面的 两个圆形通孔与一个拉线位移传感器底部的螺纹盲孔螺纹固定连接，拉线位移 传感器的拉线端部的螺杆与工作台连接座侧面加工的螺纹孔螺纹固定连接。

技术方案中所述的底板为一矩形钢板，沿钢板较长方向加工有两排螺纹孔， 沿钢板较长方向的一端加工有四个螺纹孔。

技术方案中所述的横向连接板为一矩形钢板，顶面沿钢板较长方向加工有 两排螺纹孔，顶面沿钢板较长方向的一端加工有四个螺纹孔，底面两端分别加 工有八个螺纹孔，侧面加工有一个螺纹孔。

技术方案中所述的工作台连接座为长方体零件，工作台连接座底部加工有 螺纹孔，顶部加工有两个螺纹孔，侧面加工有一个螺纹孔。

技术方案中所述的标定板连接座为两端粗、中部细的阶梯圆柱型零件，下 端加工有均布螺纹孔，上端加工有均布圆形通孔。

技术方案中所述的标定板为三块矩形钢板垂直焊接的零件，底部加工有螺 纹盲孔。

技术方案中所述的传感器安装架为L型钢板，L型钢板的水平面加工有四 个圆形通孔，垂直面加工两个圆形通孔。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用纵向、横向导轨及回转工作台的结构，使标定板实现了在 汽车轴距和轮距确定的空间内任意位置和角度的移动，并通过传感器计量标定 板在各运动位置时，标定板上的特征点相对于初始世界坐标系原点的世界坐标， 实现了将小标定板在广域视场空间延拓的目的，解决了由于标定板过小导致的 在标定板所确定的空间之外视觉系统测量精度下降的问题，对机器视觉检测领 域的技术进步具有重要意义。

(2)本发明的部分零件采用标准钢材进行加工，首先，标准钢材产量大， 机械加工工序少，生产成本较低；其次，作为测量仪器的重要附件，采用标准 钢材具有一定的强度，能够在长期使用中不变形，保证测量的精度，可以满足 国家标准对检测精度的要求；最后，部分零件为钢材组成的空心结构，大大降 低了检测设备的重量，提高了设备安装调整操作的灵活性。

图1是在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统的轴测 图；

图2是底板1的轴测图；

图3是横向连接板4的轴测图；

图4是底板1、纵向导轨2、滑块3、横向连接板4、横向导轨5、拉线位 移传感器7、传感器安装架8、工作台连接座9、标定板连接座10和工作台11 连接位置的局部轴测图；

图5是标定板6的轴测图；

图6是传感器安装架8的轴测图；

图7是拉线位移传感器7和传感器安装座8的轴测图；

图8是工作台连接座9的轴测图；

图9是标定板连接座10的轴测图；

图中：1.底板，2.纵向导轨，3.滑块，4.横向连接板，5.横向导轨，6.标 定板，7.拉线位移传感器，8.传感器安装架，9.工作台连接座，10.标定板连接 座，11.工作台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：

本发明采用纵向、横向导轨及回转工作台的结构，使标定板实现了在汽车 轴距和轮距确定的空间内任意位置和角度的移动，并通过传感器计量标定板在 各运动位置时，标定板上的特征点相对于初始世界坐标系原点的世界坐标，实 现了将小标定板在广域视场空间延拓的目的。系统具有体积较小、标定板位置 及角度可调整、操作简便、性能可靠、通用性强、易于安装、制造成本低、精 度高等特点，提供了一种可以满足国家计量、质量监督部门以及生产厂家标定 要求的在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统。

本发明采用纵向、横向导轨及回转工作台的结构，使标定板实现了在汽车 轴距和轮距确定的空间内任意位置和角度的移动，并通过传感器计量标定板在 各运动位置时，标定板上的特征点相对于初始世界坐标系原点的世界坐标，实 现了将小标定板在广域视场空间延拓的目的，解决了由于标定板过小导致的在 标定板所确定的空间之外视觉系统测量精度下降的问题，对机器视觉检测领域 的技术进步具有重要意义。

本发明的部分零件采用标准钢材进行加工，首先，标准钢材产量大，机械 加工工序少，生产成本较低；其次，作为测量仪器的重要附件，采用标准钢材 具有一定的强度，能够在长期使用中不变形，保证测量的精度，可以满足国家 标准对检测精度的要求；最后，部分零件为钢材组成的空心结构，大大降低了 检测设备的重量，提高了设备安装调整操作的灵活性。

参阅图1至图9，在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系 统包括有底板1、纵向导轨2、滑块3、横向连接板4、横向导轨5、标定板6、 拉线位移传感器7、传感器安装架8、工作台连接座9、标定板连接座10与工 作台11。

底板1为一矩形钢板，沿钢板较长方向加工有两排螺纹孔，沿钢板较长方 向的一端加工有四个螺纹孔，螺栓自上而下分别穿过两个相同的纵向导轨2的 T型通孔和底板1的两排螺纹孔，将纵向导轨2与底板1螺纹固定连接，每个 纵向导轨2与两个滑块3底部的凹槽滑动配合。

横向连接板4为一矩形钢板，顶面沿钢板较长方向加工有两排螺纹孔，顶 面沿钢板较长方向的一端加工有四个螺纹孔，底面两端分别加工有八个螺纹孔， 侧面加工有一个螺纹孔，用于连接拉线位移传感器7，螺栓自上而下分别穿过 两个横向导轨5的T型通孔和横向连接板4中部的螺纹孔，将横向导轨5与横 向连接板4螺纹固定连接，横向导轨5与纵向导轨2垂直，螺栓自下而上分别 穿过与纵向导轨2滑动配合的滑块3的T型通孔和横向连接板4底部的螺纹孔， 将四个滑块3与横向连接板4螺纹固定连接，每个横向导轨5与两个滑块3底 部的凹槽滑动配合。

螺栓自下而上分别穿过与横向导轨5滑动配合的滑块3的T型通孔和工作 台连接座9底部的螺纹孔，将横向导轨5上的四个滑块3与工作台连接座9螺 纹固定连接。

工作台连接座9为长方体零件，工作台连接座9底部加工有螺纹孔，用于 连接滑块3，顶部加工有两个螺纹孔，侧面加工有一个螺纹孔，用于连接拉线 位移传感器7，两个螺栓自上而下穿过工作台11底部侧面的两个半圆通孔和工 作台连接座9顶部加工的两个螺纹孔，将工作台11与工作台连接座9螺纹固定 连接。

标定板连接座10为两端粗、中部细的阶梯圆柱型零件，下端加工有均布螺 纹孔，上端加工有均布圆形通孔，螺栓插入工作台11顶面的T型槽后穿过标定 板连接座10下端的螺纹通孔，通过螺母将标定板连接座10与工作台11固定连 接，螺栓自下而上穿过标定板连接座10上端的圆形通孔和标定板6底部的螺纹 盲孔，将标定板6与标定板连接座10螺纹固定连接。

标定板6为三块矩形钢板垂直焊接的零件，底部加工有螺纹盲孔。

传感器安装架8为L型钢板，L型钢板的水平面加工有四个圆形通孔，垂 直面加工两个圆形通孔，螺栓自上而下穿过传感器安装架8水平面的四个圆形 通孔和底板1沿钢板较长方向的一端加工的四个螺纹孔，将一个传感器安装架 8与底板1螺纹固定连接，两个螺栓穿过传感器安装架8垂直面的两个圆形通 孔与一个拉线位移传感器7底部的螺纹盲孔螺纹固定连接，拉线位移传感器7 的拉线端部的螺杆与横向连接板4侧面加工的螺纹孔螺纹固定连接，螺栓自上 而下穿过传感器安装架8水平面的四个圆形通孔和横向连接板4顶面沿钢板较 长方向的一端加工的四个螺纹孔，将一个传感器安装架8与横向连接板4螺纹 固定连接，两个螺栓穿过传感器安装架8垂直面的两个圆形通孔与一个拉线位 移传感器7底部的螺纹盲孔螺纹固定连接，拉线位移传感器7的拉线端部的螺 杆与工作台连接座9侧面加工的螺纹孔螺纹固定连接。

在广域视场空间延拓的汽车车轮定位仪三自由度标定系统的使用方法：

设标定板6的初始位置为世界坐标系的原点，移动横向连接板4，使横向 连接板4在纵向导轨2上移动一定距离，从拉线位移传感器7上读出位移量Δx， 然后移动工作台连接座9，使工作台连接座9在横向导轨上移动一定距离，从 拉线位移传感器7上读出位移量Δy，最后调整工作台11带动标定板6绕垂直 轴旋转一定角度，从工作台11的手轮刻度中读出旋转角度Δθ，则经过调整后 的位置为(Δx，Δy，Δθ)。经过三次调整，可以得到标定板6在运动后新位 置的世界坐标，因此该方法相当于将标定板6上的特征坐标点在x，y和θ方向 分别延拓了Δx、Δy、Δθ，通过摄像机采集标定板6在不同位置的多幅图像 可以利用标定板已知的位移量Δx、Δy、Δθ，建立更广阔范围的标准标定点， 达到视觉系统的标定物在广域视场空间延拓的目的，可实现采用小标定板在汽 车轴距和轮距所确定的较大视场空间范围的视觉系统标定，实现视觉式汽车车 轮定位仪的精确检测。