專利名稱：電腦控制的ccd四輪定位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于汽車檢測(cè)、汽車維修的四輪定位儀，特別是一種 電腦控制的CCD四輪定位儀。
背景技術(shù)：
四輪定位儀由早期簡(jiǎn)單的前束尺、光學(xué)水準(zhǔn)定位儀、拉線定位儀發(fā)展到今 天的電腦式四輪定位儀。電腦式四輪定位儀按其采用傳感器不同，主要又分為 激光四輪定位儀、PSD四輪定位儀、CCD四輪定位儀和三維攝像3D四輪定位 儀。激光測(cè)量方式是一種比較老的技術(shù)，實(shí)際上是把讀尺方式換成用光電元件 測(cè)出信號(hào)，用計(jì)算機(jī)顯示出來。這一測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量步驟如下1、 讀出總前束值；2、 按出廠數(shù)據(jù)調(diào)整前輪至出廠規(guī)定總前束值；3、 看后輪標(biāo)尺上，左右側(cè)前輪縱向激光線讀數(shù)，相加除以2;4、 將左右前束調(diào)整到計(jì)算出來的數(shù)值。從上面調(diào)整步驟可以看出，這一測(cè)量系統(tǒng)利用標(biāo)尺激光系統(tǒng)，前束按照推 力線的基準(zhǔn)調(diào)整，但由于采用目測(cè)讀尺方式，精度較差，估計(jì)在0.2度左右。這種方式激光測(cè)量范圍窄，無補(bǔ)償且需要人工計(jì)算推力線，其測(cè)量精度較 低，檢測(cè)速度也較慢。由于激光產(chǎn)品的對(duì)人眼視力有一些損害，所以UL、 CE 等安全認(rèn)證很難通過，在北美、歐洲、日本市場(chǎng)很難見到。目前，只是在中國 和東南亞等市場(chǎng)上尚有一些應(yīng)用。PSD是一種光電器件，它是一種非分割型器件，可將光敏面上的光點(diǎn)位置 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)一束光射到PSD的光敏面上時(shí)，在同一面上的不同電極之間 將會(huì)有電流通過，這種電壓或電流隨著光點(diǎn)位置變化而變化的現(xiàn)象就是半導(dǎo)體 的橫向光電效應(yīng)。PSD測(cè)量方式測(cè)量范圍相對(duì)比較窄，且受環(huán)境光及溫度的影響較大，如果 有其他的背景光線或反射的、折射的光線射入PSD，那么就會(huì)輸出不正確的數(shù)據(jù)；環(huán)境溫度的微弱變化也會(huì)引起PSD輸出電流的變化，從而影響系統(tǒng)測(cè)量的 精度，因此，PSD產(chǎn)品的精度和穩(wěn)定性較差，需要經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正。但是， 由于其技術(shù)要求不高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，目前，在我國大量韓國機(jī)芯 仍然采用PSD傳感器。這是造成某些定位儀的測(cè)量不準(zhǔn)，重復(fù)性差的主要原因。 3D測(cè)量方式的基本測(cè)量原理是采用圖像識(shí)別技術(shù)，用CCD數(shù)碼相機(jī)采集 裝在車輪反光板上的圖像信息，以測(cè)量出車輪的相對(duì)精度，其關(guān)鍵專利是當(dāng)車 輛放在舉升機(jī)上，人工推動(dòng)車輪前后移動(dòng)，此時(shí)車輪旋轉(zhuǎn)達(dá)半圈左右，反光板 上的光點(diǎn)在空間劃出一個(gè)弧線。CCD攝像頭捕捉到這一弧線中的空間各點(diǎn)位置。 測(cè)算出空間弧線的法線，求出其坐標(biāo)及角度。3D的優(yōu)點(diǎn)是取代了傳統(tǒng)的裝有高 精度光學(xué)電子裝置的傳感器，僅用一塊反光板做靶標(biāo)。但繁瑣的標(biāo)定方式，并不 太快的測(cè)量速度使客戶難以接受。同時(shí)對(duì)舉升機(jī)、轉(zhuǎn)角盤等有嚴(yán)格的機(jī)械精度 的要求造成了其昂貴的價(jià)格。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電腦控制的CCD四輪定位儀，用來解決現(xiàn)有四輪定位機(jī)構(gòu)和方式的測(cè)量不準(zhǔn)確、重復(fù)性差、測(cè)量效率低的問 題。為此，本實(shí)用新型提出了一種電腦控制的CCD四輪定位儀，包括數(shù)據(jù)采 集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括四個(gè)傳感器機(jī)頭，所述傳感器 機(jī)頭上包括兩個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)和CCD驅(qū)動(dòng)控制電路、 一個(gè)雙軸傾角傳感器和帶有RF發(fā)射/接收模塊的機(jī)頭主板控制電路；所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括濾光片、凸面鏡和線陣CCD芯片，所述CCD傳感 器為線陣結(jié)構(gòu)的電荷藕合器件圖像傳感器CCD芯片；所述凸面鏡設(shè)在CCD芯 片的采光前端，所述濾光片又設(shè)在凸面鏡的前端；所述傳感器機(jī)頭的端部和中部各設(shè)一個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像 系統(tǒng)，在傳感器機(jī)頭的中部還安裝有一個(gè)所述雙軸傾角傳感器；CCD芯片采集到的信息經(jīng)由CCD驅(qū)動(dòng)控制電路處理，并結(jié)合雙軸傾角傳 感器采集到的信息一起傳送到所述機(jī)頭主板控制電路，進(jìn)行前期處理，再由機(jī) 頭主板上的RF發(fā)射/接收模塊向電腦主機(jī)無線傳送。優(yōu)選地所述數(shù)據(jù)處理裝置包括電腦主機(jī)和射頻接收/發(fā)射裝置，其中射頻接收/發(fā)射裝置為一射頻主發(fā)射接收盒。本實(shí)用新型的有益效果相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型專利采用了光學(xué)領(lǐng)域 成像技術(shù)優(yōu)良的線陣CCD元件和可以抗環(huán)境光干擾的光學(xué)成像系統(tǒng)，具有定 位準(zhǔn)確、精度高、效率高的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的涉及到的紅外線CCD系統(tǒng)測(cè)量示意圖。圖2是信號(hào)傳輸示意圖。圖3是CCD芯片驅(qū)動(dòng)控制電路的電路圖。圖4是機(jī)頭主板控制電路的電路圖。圖5是本實(shí)用新型的電氣工作原理圖。圖6是軟件功能結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種電腦控制的CCD四輪定位儀，這種定位儀主要由數(shù) 據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集裝置主要為四個(gè)傳感器機(jī)頭。傳感器機(jī)頭上包括兩個(gè)帶有線陣 CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)和CCD驅(qū)動(dòng)控制電路、 一個(gè)雙軸傾角傳感器和帶 有RF發(fā)射/接收模塊的機(jī)頭主板控制電路。參看圖l，傳感器機(jī)頭上有帶通濾光片2、平凸柱面鏡3、線陣CCD芯片 4形成光學(xué)成像系統(tǒng)，并由PIC等IC電路模塊驅(qū)動(dòng)及控制。其中CCD傳感器 為線陣結(jié)構(gòu)的電荷藕合器件圖像傳感器CCD芯片。平凸柱面鏡3設(shè)在線陣CCD 芯片4的采光前端，帶通濾光片2又設(shè)在平凸柱面鏡3的前端。傳感器機(jī)頭的端部和中部各設(shè)一個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系 統(tǒng)，在傳感器機(jī)頭的中部還安裝有一個(gè)雙軸傾角傳感器。CCD芯片采集到的 信息經(jīng)由PIC處理后由機(jī)頭主板RF發(fā)射/接收模塊向主機(jī)傳送。CCD芯片采集到的信息經(jīng)由CCD驅(qū)動(dòng)控制電路處理，并結(jié)合雙軸傾角傳 感器采集到的信息一起傳送到機(jī)頭主板控制電路，進(jìn)行前期處理，再由機(jī)頭主 板上的RF發(fā)射/接收模塊向電腦主機(jī)無線傳送。數(shù)據(jù)處理裝置包括電腦主機(jī)和射頻接收/發(fā)射裝置，其中射頻接收/發(fā)射裝 置為一射頻主發(fā)射接收盒。CCD元件在本實(shí)用新型的原理說明。電荷藕合器件圖像傳感器CCD (Charge Coupled Device)元件為數(shù)字元件，應(yīng)用在四輪定位儀上的CCD為線 陣結(jié)構(gòu)。幾千個(gè)相對(duì)獨(dú)立的像敏單元以14微米的相鄰距離分布在一條直線上。 光線照射到像敏單元產(chǎn)生信號(hào)電荷，信號(hào)電荷在外部脈沖的作用下直接輸入傳 感器的微電腦處理器進(jìn)行處理，從而準(zhǔn)確的計(jì)算出入射光的角度以及前束角 度。CCD元件從左到右40mm長(zhǎng)的距離上，排列著兩千多個(gè)像素。參考圖1， 該圖是紅外線CCD系統(tǒng)測(cè)量圖，它是八發(fā)射八接收的閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示車 輪數(shù)據(jù)，測(cè)量過程均由計(jì)算機(jī)處理從而保證測(cè)量的高精度，其測(cè)量精度可在0.02 度以內(nèi)。由于CCD上像敏單元分布均勻，其線性度好，因此，這種測(cè)量方式 的測(cè)量精度較高。由于CCD數(shù)字技術(shù)元件不受電壓、溫度等變化的影響，使 其具有測(cè)量精度穩(wěn)定，軟件完善后，可不受外來光線的干擾、成本相對(duì)較低等 一系列優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型利用線陣CCD芯片及驅(qū)動(dòng)控制鬼路、平凸柱面鏡、帶通濾光片、 CCD盒等設(shè)計(jì)成紅外光點(diǎn)的光學(xué)成像系統(tǒng)，將該光學(xué)成像系統(tǒng)和傾角傳感器采 集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)頭主板控制電路上的PIC單片機(jī)簡(jiǎn)單處理后用RF發(fā)射模塊無 線傳輸?shù)诫娔X主機(jī)中，利用自建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得出正確汽車車輪定位數(shù) 據(jù)，光學(xué)成像系統(tǒng)的原理參看圖1。紅外線發(fā)射管1通過帶通濾光片2，由帶通 濾光片2濾除環(huán)境光，紅外線經(jīng)由平凸柱面鏡3折射，調(diào)整方向后照在線陣CCD 芯片4上。圖2是信號(hào)傳輸示意圖。光學(xué)成像系統(tǒng)將過濾處理后的紅外線光線輸送到 線陣CCD,線陣CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)交由線陣CCD驅(qū)動(dòng)控制電路 處理。線陣CCD芯片驅(qū)動(dòng)與控制電路將得到的CCD信號(hào)經(jīng)由傳感器機(jī)頭主板 上的BF發(fā)射/接收模塊，無線傳輸?shù)诫娔X主機(jī)的RF主發(fā)射接收盒，由其輸送給電腦主機(jī)處理。線陣CCD芯片驅(qū)動(dòng)與控制電路原理圖參看圖3。圖中，線陣CCD采用日 本東芝公司生產(chǎn)的高精度TCD1208，像元數(shù)目2160，像元尺寸14um;線陣 CCD芯片由PIC16F627A直接驅(qū)動(dòng)與控制，極大地簡(jiǎn)化了電路，增強(qiáng)其工作穩(wěn) 定性。線陣CCD芯片驅(qū)動(dòng)與控制電路將得到的CCD信號(hào)經(jīng)主板上的RF發(fā)射 接收模塊，無線傳輸?shù)诫娔X主機(jī)中。本實(shí)用新型光學(xué)成像系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果如下。帶通濾光片為帶通范圍為940士40nm (中心波長(zhǎng)940nm)， 300-930nm波長(zhǎng)光透射率^0.5%; 950-1100nm波長(zhǎng)光透射率^).5n/。，帶通波長(zhǎng)光透射率13±3%;平凸柱面鏡為 設(shè)計(jì)波長(zhǎng):940畫，焦距30mm±0.5%，中心偏差l分，光潔度III。圖4是機(jī)頭主板控制電路的電路圖。圖中C0N5為傾角傳感器接口，C0N7 為CCD模塊的接口 CON9為RF模塊接口。主板電路的控制芯片采用 PIC16F876A型號(hào)單片機(jī)。該圖下部分為電源電路，用來將9V鋰電電壓轉(zhuǎn)換 成5V工作電壓。圖5是本實(shí)用新型的電氣工作原理圖。數(shù)據(jù)采集部分為四個(gè)傳感器機(jī)頭。每個(gè)傳感器機(jī)頭的端部和中部各裝一個(gè) 帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)，傳感器機(jī)頭中部安裝有一個(gè)雙軸傾角 傳感器(測(cè)量傳感器機(jī)頭在前后、左右方向傾斜角度)。線陣CCD傳感器把獲 取的圖像和雙軸傾角傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理，通過射頻發(fā)射器無線傳 輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。由于線陣CCD傳感器與雙軸傾角 傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)反映了其自身與相對(duì)應(yīng)的傳感器機(jī)頭上的紅外發(fā)射管的相互 關(guān)系，而傳感器機(jī)頭通過四個(gè)夾具與汽車輪輞相連，所以通過八個(gè)線陣CCD 傳感器與雙軸傾角傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)可以計(jì)算出四個(gè)輪輞的相互關(guān)系，從而確定 車輪的定位參數(shù)；八個(gè)線陣CCD傳感器形成一個(gè)封閉的直角四邊形，可實(shí)現(xiàn) 車輛的全四輪定位測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，四個(gè)傳感器機(jī)頭上的八個(gè)線陣CCD 傳感器，其鏡頭前面裝的濾光片，用以消除可見光對(duì)紅外發(fā)射二極管亮點(diǎn)的干 擾。數(shù)據(jù)處理部分為四輪定位儀主機(jī)，主要包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電源系 統(tǒng)及接口系統(tǒng)。其作用是實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)四輪定位儀的指令操作，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù) 進(jìn)行采集、處理，并與原廠設(shè)計(jì)參數(shù)一起顯示出來，同時(shí)指導(dǎo)用戶對(duì)汽車進(jìn)行 調(diào)整，最后打印出相應(yīng)的報(bào)表。數(shù)據(jù)采集部分與數(shù)據(jù)處理部分通過射頻發(fā)射/接收器進(jìn)行無線傳輸。 由于四輪定位儀需要把檢測(cè)結(jié)果與原廠標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)對(duì)比結(jié) 果指導(dǎo)用戶進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以定位數(shù)據(jù)庫的齊全是決定四輪定位儀實(shí)用性的一個(gè) 重要因素。所以，本實(shí)用新型四輪定位儀含有多種車型的四輪定位數(shù)據(jù)，進(jìn)行 試驗(yàn)的本實(shí)用新型定位儀含有20， OOO多種車型的四輪定位數(shù)據(jù)。伺時(shí)用戶還 可自己輸入新車型的四輪定位數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)充。圖6是軟件功能結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)于圖中各軟件模塊說明如下。 系統(tǒng)管理包含管理用戶信息、數(shù)據(jù)編輯查詢、傳感器標(biāo)定等功能。 快速定位檢測(cè)實(shí)現(xiàn)快速定位檢測(cè)操作。標(biāo)準(zhǔn)定位檢測(cè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的定位檢測(cè)操作，是本軟件的主要部分。用戶資料用來保存、修改用戶的基本信息資料。顧客資料用來査看以前定位過的車輛數(shù)據(jù)和資料。傳感器標(biāo)定用來對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。車型數(shù)據(jù)用來查詢、維護(hù)汽車的標(biāo)準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)置用來選擇測(cè)量模式，設(shè)置背景音樂和語音。選擇車型確定要定位車輛的標(biāo)準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)和資料。前、后軸參數(shù)調(diào)整測(cè)量動(dòng)態(tài)顯示前、后軸定位參數(shù)。步驟設(shè)置選擇四輪定位測(cè)試時(shí)的操作步驟。測(cè)量前準(zhǔn)備告訴用戶測(cè)量前需要進(jìn)行的準(zhǔn)備工作。偏心補(bǔ)償減小由于鋼圈、輪胎的變形和裝夾引起的誤差。調(diào)整前主銷測(cè)量進(jìn)行主銷后傾和主銷內(nèi)傾的測(cè)量。調(diào)整前測(cè)量主要測(cè)量前后車輪的前束、外傾和后軸推力角，并一起顯示 出來。調(diào)整前報(bào)表經(jīng)過調(diào)整前測(cè)量和主銷測(cè)量步驟，測(cè)試結(jié)果在一個(gè)界面中全 部顯示出來，供査看和打印。前輪調(diào)整動(dòng)態(tài)顯示前軸定位參數(shù)。 后輪調(diào)整動(dòng)態(tài)顯示后軸定位參數(shù)。調(diào)整后主銷測(cè)量經(jīng)過調(diào)整后測(cè)試，結(jié)果在一個(gè)界面中全部顯示出來。 打印報(bào)表打印/保存四輪定位調(diào)整前后汽車相關(guān)參數(shù)的報(bào)表。 軟件功能系統(tǒng)除了以上列出的模塊外，還用到以下功能模塊，這些模塊可 以靈活的融入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)各自的功能。車型查詢查看、選擇生產(chǎn)廠商和車型。車型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)顯示所選車型的標(biāo)準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)。自添加、修改車型讓用戶自己添加、修改車型的標(biāo)準(zhǔn)定位參數(shù)。 配重信息對(duì)寶馬等要求配重的車型，顯示配重及油箱油量的要求。 車身水平調(diào)整信息對(duì)奔馳等有車身水平要求的車型，根據(jù)水平度取得相調(diào)整信息提供具體車型的調(diào)整動(dòng)畫。 舉升調(diào)整將車輪懸空后進(jìn)行調(diào)整。前束恒定值測(cè)量對(duì)AUDI A6等對(duì)前束變化曲線有要求的車進(jìn)行測(cè)量。 故障信息實(shí)時(shí)顯示通訊異常、光線異常等故障信息。 調(diào)整傳感器機(jī)頭水平實(shí)時(shí)顯示傳感器機(jī)頭水平狀況。 傳感器精度失準(zhǔn)實(shí)時(shí)判斷傳感器是否需要重新標(biāo)定。
權(quán)利要求1、一種電腦控制的CCD四輪定位儀，包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括四個(gè)傳感器機(jī)頭，其特征在于所述傳感器機(jī)頭上包括兩個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)和CCD驅(qū)動(dòng)控制電路、一個(gè)雙軸傾角傳感器和帶有RF發(fā)射/接收模塊的機(jī)頭主板控制電路；所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括濾光片、凸面鏡和線陣CCD芯片，所述CCD傳感器為線陣結(jié)構(gòu)的電荷藕合器件圖像傳感器CCD芯片；所述凸面鏡設(shè)在CCD芯片的采光前端，所述濾光片又設(shè)在凸面鏡的前端；所述傳感器機(jī)頭的端部和中部各設(shè)一個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)，在傳感器機(jī)頭的中部還安裝有一個(gè)所述雙軸傾角傳感器；CCD芯片采集到的信息經(jīng)由CCD驅(qū)動(dòng)控制電路處理，并結(jié)合雙軸傾角傳感器采集到的信息一起傳送到所述機(jī)頭主板控制電路，進(jìn)行前期處理，再由機(jī)頭主板上的RF發(fā)射/接收模塊向電腦主機(jī)無線傳送。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電腦控制的CCD四輪定位儀，其特征在于所 述數(shù)據(jù)處理裝置包括電腦主機(jī)和射頻接收/發(fā)射裝置，其中射頻接收/發(fā)射裝置 為一射頻主發(fā)射接收盒。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種電腦控制的CCD四輪定位儀，包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置；數(shù)據(jù)采集裝置包括四個(gè)傳感器機(jī)頭，傳感器機(jī)頭上包括兩個(gè)帶有線陣CCD傳感器的光學(xué)成像系統(tǒng)和CCD驅(qū)動(dòng)控制電路、一個(gè)雙軸傾角傳感器和帶有RF發(fā)射/接收模塊的機(jī)頭主板控制電路；CCD芯片采集到的信息經(jīng)由CCD驅(qū)動(dòng)控制電路處理，并結(jié)合雙軸傾角傳感器采集到的信息一起傳送到所述機(jī)頭主板控制電路，進(jìn)行前期處理，再由機(jī)頭主板上的RF發(fā)射/接收模塊向電腦主機(jī)無線傳送。本實(shí)用新型利采用了光學(xué)領(lǐng)域成像技術(shù)優(yōu)良的CCD元件和可以抗環(huán)境光干擾的光學(xué)成像系統(tǒng)，具有定位準(zhǔn)確、精度高、效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK201096626SQ20072012226
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者夏朝輝, 姜學(xué)武, 溫樹斌 申請(qǐng)人:深圳市車博仕電子科技有限公司