CN101311669A - 确定车轮几何尺寸的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定车轮几何尺寸的方法和设备，具体而言，公开了一种通过非接触式检测来确定汽车车轮(轮辋/轮胎组件)(1)的几何尺寸的方法和设备，其中，将所述车轮固定在轮胎拆装机的车轮接收装置(2)上，将至少一束光束(21)发射至所述车轮或所述车轮的至少一部分上，并且检测在照射区域反射的光束，通过计算发射光束和反射光束的方向来确定车轮上各个照射区域的形状和/或位置。

Description

确定车轮几何尺寸的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定车轮几何尺寸的方法和设备，特别是用于确定轮辋几何尺寸的方法和设备。
背景技术
US3877505公开了一种具有车轮接收装置的设备，汽车车轮的轮辋可以固定在该车轮接收装置上。所述车轮接收装置在安装或拆卸操作过程中可以通过旋转驱动装置例如电机来旋转。轮胎可以使用安装或拆卸工具来装入轮辋或者从轮辋上拆卸下来。在拆卸工具上设有凸起形状的检测装置，该检测装置可以检测轮辋的径向外表面(轮辋架)并且包括不会损伤轮辋材质的材料例如塑料材料。这样就确保了拆卸工具可以在拆卸操作过程中和轮辋表面保持一定的间距。从而可以避免轮辋表面被拆卸工具的硬质材料损伤。但是在此情况下，检测轮辋外形并保持间距的凸起可能被磨损或者以其它形式受到损伤。
DE 2529343B2也公开了一种沿控制表面运动的安装或拆卸工具，该控制表面可以确保在安装或拆卸操作中在轮辋架内沿轮辋外形在曲线路径上引导该工具。这里同样可能由于控制表面的磨损而无法实现沿期望的曲线路径进行引导。所述控制表面因此必须经常进行更换。
US5054918公开了一种结构的光扫描***，该***通过分析从平面光束射在车轮主体上的条纹处反射出的光来确定车轮的结构特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够解决如本说明书背景技术部分所述问题的方法和设备，所述方法和设备能够可靠地确定车轮、车轮的至少一部分的几何尺寸，特别是在轮胎安装或拆卸操作过程中可以以保护车轮的轮辋的方式来安装或拆卸轮胎。
上述目的通过本发明权利要求1、3、16和25的特征来实现的。本发明的有利改进方案在本发明的从属权利要求中给出。
本发明提出通过光学方式来检测车轮(轮辋/轮胎组件)外形，特别是轮辋外形。一种优选的光学***是基于三角检测的原理。检测装置的检测信号被转换为电检测信号。优选地，在检测装置内集成有适当的转换装置。检测装置可以是多个。优选地，检测在凹陷式轮辋架的车轮(轮辋/轮胎组件)的两侧进行，其中，分别从各轮辋凸缘向轮辋架的中心进行检测。在此情况下，在安装或拆卸操作过程中，轮辋外形即可至少在安装或拆卸工具移动的区域之内得以确定。公知地，特别在拆卸操作过程中，可能要使用两个拆卸工具接合在汽车轮胎的两个胎边区域。通过检测信号来引导各个安装或拆卸工具的动作以使其不与轮辋架表面和轮辋凸缘相接触。从而可以引导各个安装或拆卸工具总与轮辋表面保持一定的安全距离。
为进行非接触式检测，各个检测装置可以是基于激光三角检测原理(以下也被指定为三角检测法)的片光成像***。光学检测装置可设有光源，所述光源沿一个或多个指定方向向车轮表面或轮辋表面发射片光形状的平面光束形式的光束或者平面光束，所述光束与轮辋表面在沿着条形照射区域的多个照射点处相交。此外，可以通过在平面上移动的单束光束来扫描车轮或轮辋表面。在各个照射点处，光束以多条反射光线的形式散射。随后，这些反射光线中的至少多条在由光敏探测器检测之前通过透镜聚集在一点。车轮或轮辋上被检测的各个照射点之间的间距以及位置可以根据发射光束和反射光束的方向通过三角检测法来确定。
另外，本发明可以用于确定下列参数中的至少一个：轮胎跳动，很可能在多处位置发生；胎面花纹磨损，很可能在多处位置发生；轮胎锥度；轮胎胎面和侧壁上的缺陷；轮辋外侧和内侧上的缺陷，轮辋底的几何形状。
附图说明
下面通过参照附图的示例以实施方式对本发明的内容进行更详细的描述，其中：
图1示出本发明的一种实施方式；
图2是诸如图1的实施方式中所描述的安装或拆卸工具的更加详细的视图；
图3是如图1的实施方式中描述的凸缘切断工具的更加详细的视图；以及
图4示出设置光学检测装置的一种实施方式。
具体实施方式
图示的实施方式包括车轮接收装置2，汽车车轮(轮辋/轮胎组件)1的轮辋3可以固定在该装置2上。在所述车轮接收装置上可设置如图所示的接收杆、可安装轮辋的轮盘、或者支承轮辋的夹臂、或者其它支承组件。所述轮辋3与车轮接收装置2通过固定装置，特别是夹紧装置不可旋转地连接在一起。
图示的实施方式还包括图2中示意性示出的安装或拆卸工具5和图3中示意性示出的凸缘切断工具，当汽车车轮1水平放置时，所述安装或拆卸工具和凸缘切断工具从上下两侧在胎边12附近与轮胎4的侧壁接触，当汽车轮胎4处于安装的位置时，所述胎边位于轮辋3的两侧轮辋凸缘12之后。
车轮接收装置2通过旋转驱动装置10旋转，所述旋转驱动装置10可以采用电机的形式。旋转驱动围绕轮轴线11进行。
在所述轮辋3的两侧，或者如图中所示实施方式中在轮辋或车轮1的上侧和下侧，分别设有检测装置6和7，从而能对位于轮辋3的径向外表面(轮辋架14)处的轮辋凸缘12进行非接触式检测，特别是进行光学检测。轮辋架14的外形如图2和3所示。
设置在轮辋3的侧部的检测装置6和7的非接触式特别是光学检测主要是用于检测轮辋凸缘12的区域内的轮辋外形。此外，可以检测车轮1和车轮部件的几何尺寸，特别是轮胎4的几何尺寸。
这种非接触式检测的原理基于诸如以下将要描述的三角检测法。检测装置6、7设有光源15，例如激光光源，所述光源15包括图案发生器，例如由柱面透镜制成的光线路发生器，所述光源15通过图案发生器沿一个或多个指定方向向轮辋表面发射片光形状的平面光束，所述平面光束与轮辋表面在多个照射点处相交，在车轮表面或轮辋表面上形成条形照射区域。所述照射点属于被照射表面和片光。在各个照射点处，光束以多条反射光线或多束反射光束的形式散射。然后，光敏探测器16将对至少多束反射光束进行检测，所述光敏探测器16例如可以是CCD装置或优选CMOS装置的面图像传感器。在进行检测之前，所述至少多束反射光束中的每一束通过透镜17(例如可以与光带通滤波器相关联的单个玻璃的平-凸透镜)聚集到被投射在光敏探测器16的焦平面上的一点。为了提高测量精度，每个被投射点的位置优选由亚像素分辨率而不是物理像素分辨率来确定。可以通过诸如高斯近似法、质量算法的质心或中心、或者抛物线型估计量等多种已知的检测技术来实现这种确定。照射点在三维坐标系中以国际单位制(SI)基本单位的单位长度形式表示的位置与相应的投射点在二维坐标系中优选由亚像素形式表示的位置之间的关系通过利用逆变换的标定来限定。所述标定可以通过利用基于相机几何模型方法的所谓基于模型的标定法，或者通过利用基于诸如三次样条插值等多项式内插法的直接或黑箱标定法来实施。在车轮(轮辋/轮胎组件)或轮辋处检测到的各个照射点之间的间距以及位置可以根据发射光束和反射光束的方向来确定。应当注意的是，光学检测装置6至8的几何光学设置可以下述方式进行设计，即，遵循沙姆普弗鲁克原理以避免在不同距离处散焦过度，以及可以执行背景减除以降低***对周围光的敏感度。此外，光敏探测器16的光功率和曝光时间可以通过***来控制，以便在诸如日光、人造光、有光泽的铬合金表面、黑色尘埃表面等所有环境条件下实现精确测量。
在轮胎拆卸操作中，当汽车车轮绕轮轴线11旋转至少360°时，参照相对于机器固定的基准，例如参照车轮接收装置2绕其旋转并与所述轮轴线11重合的旋转轴线，轮辋凸缘12的形状和空间位置都是在水平面内确定的。另外，可以确定两个轮辋凸缘12的外径，特别是可以确定两个轮辋凸缘12的外周参照相对于机器固定的基准的位置。在此情况下，还可以确定轮辋凸缘12的与旋转角度相关的高度和横向跳动。可以在驱动装置10或者车轮接收装置2上设置旋转角度发射器13，用于确定各自的旋转角度。对应的旋转角度信号被送入计算装置18，来自检测装置6和7的电检测信号也被送入所述计算装置18中。检测装置6和7的检测方向可以大致与车轮1的旋转轴线11平行。计算装置18在计算机的辅助下对检测信号和旋转角度信号进行计算，如上所述，优选地确定轮辋凸缘12的外周以及形状(如有可能)参照相对于机器固定的基准的空间位置，特别是参照车轮接收装置2的旋转轴线(其与轮轴线11重合)的空间位置。另外，上述基准是参照相对于机器固定的至少一个水平面实现的，从而轮辋凸缘12相对于机架并由此相对于在机架上被引导的安装或拆卸工具5的空间位置得以确定。
在拆卸操作开始时，胎边从轮辋凸缘12处松开并压入轮辋架内部。为了确保凸缘切断工具和拆卸工具5在胎边的坚硬区域与轮胎接合，对拆卸工具5动作的控制要根据轮辋凸缘边缘的位置和各个轮辋架的轮廓进行。为此，控制装置9连接到计算装置18以及例如为数据库形式的存储器19，在所述存储器19内，针对不同类型的车轮存储了轮辋架14的外形也就是在各轮辋凸缘12之间的外形数据。由于两个轮辋凸缘12或者两个轮辋凸缘12中的至少一个相对于机架的空间定位已经利用光学检测和对检测信号的计算加以确定，从而可获知两个轮辋凸缘12之间的轮辋架14的空间位置以及轮辋架外形在两个轮辋凸缘12之间的位置。因此，拆卸工具5随后的定位就可以沿距轮辋架14表面一定距离的给定曲线路径执行。控制装置9包括有设计用于该目的，即用于移动安装或拆卸工具的驱动级。在将轮胎4安装到轮辋3上的过程中也可以分别对工具5进行控制。
有利的是，检测装置6和7沿着与轮轴线11平行的方向设置在安装或拆卸工具5的前方。这样，就不必先首先在整个车轮边缘(360°)的上方对轮辋3进行检测，而是在车轮旋转运动过程中，当被检测的轮辋区域进入接近安装或拆卸工具5的区域时，紧跟在检测各个轮辋区域之后，能够实现安装或拆卸工具5的受控运动。
第三检测装置8可以用来检测车轮轮辋3，特别是用于检测轮辋架14，并且可以设置在沿竖直方向可动的支承部上。检测装置8的检测方向基本上沿水平方向，其中，可以确定两个轮辋凸缘12之间的轮辋架14的整个宽度和轮辋凸缘12的外周边缘，因此也就确定了轮辋架14的外形。当使用旋转角度发射器13检测各个旋转角度并将对应的旋转角度电信号送入控制装置9时，同时可以通过旋转角度关系来确定所述外形。优选为光学检测装置的检测装置8能将电检测信号传送到控制装置9。在轮胎安装操作前，轮辋架的外形可以采用这种与旋转角度关系相关的关系来检测。另外，轮辋凸缘12的外周边缘以及轮辋凸缘12的与轮辋架相邻的区域也同样可以检测。由于检测装置8的位置的设置与检测装置6和7在机架上的位置设置方式相同，因此，即可确定轮辋架和轮辋凸缘12的空间位置，特别是通过相关的光学距离检测手段，例如使用前述三角检测法来加以确定。在安装汽车轮胎4到轮辋3上时，即可控制安装工具5，特别是在轮辋凸缘12的区域和轮辋架的区域，以不接触轮辋表面的方式运动。
在安装轮胎4到轮辋3上时，轮胎外形同样可以利用检测装置8来光学检测。轮胎4的侧壁可以通过检测装置6和7来检测。
各个检测点的空间位置可以通过空间检测方法特别是使用前述三角检测法加以确定。通过图4所示的装置，可以确定轮辋3或轮胎4的高度和横向跳动尺寸。如图所示，每个检测装置6、7和8都具有光源15，特别是片光21形状的激光束光源或者通过图案发生器(例如由柱面透镜制成的光线路发生器)产生的平面光束，所述光源可以与光敏探测器16(诸如CMOS探测器或CCD探测器)一起安装在公共托架20上。此外，光源15可以被构造成发射单个线性光束，其中该单个线性光束绕未示出的轴线旋转，以在与所述平面或者片光21相对应的平面内移动。未示出的轴线相对于机器固定地设置，并且可以形成用于检测轮辋3上各点的与机器相关的位置基准。由各个光源发射的平面光束在多个照射点处与轮辋3的表面相交，并且在所述多个照射点中的每个照射点处反射。这些反射光束中的至少多束由透镜17(例如可以与光带通滤波器相关联的单个、玻璃的平-凸透镜)聚集到经由光学接收***投射并传入探测器16上的一点中。探测器16上的投射点与下述成比例：由光源15发射的光束及其反射光束的方向、和检测光束照射在轮辋表面上的相应照射点之间的间距。照射点的间距及其相对于机架的空间位置可以通过前述三角检测法来确定。探测器16的各个检测信号也如前所述被传送到计算装置。在计算装置18内利用电子计算机对这些信号进行计算。轮辋3的各旋转角度位置通过连接到计算装置18的旋转角度发射器13加以确定。
附图标记清单
1    汽车车轮
2    车轮接收装置
3    轮辋
4    汽车轮胎
5    安装或拆卸工具
6    检测装置
7    检测装置
8    检测装置
9    控制装置
10   旋转驱动装置
11   轮轴线
12   轮辋凸缘
13   旋转角度发射器
14   轮辋架
15   光源(激光束光源)
16   探测器
17   枢轴线
18   计算装置
19   存储器(数据库)
20   托架
21   片光(平面光束)

Claims (37)

1.一种通过非接触式检测方式确定汽车车轮的几何尺寸的方法，其特征在于，将所述车轮固定在轮胎拆装机的车轮接收装置上，将至少一束光束发射至所述车轮或所述车轮的至少一部分上，并且检测在照射区域处反射的光束，通过计算发射光束和反射光束的方向来确定车轮上各个照射区域的形状和/或位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射光束是平面光束，其在车轮表面上的条形照射区域中发生反射。
3.一种通过非接触式检测方式确定汽车车轮轮辋的几何尺寸的方法，其特征在于，将至少一束光束发射至所述轮辋或所述轮辋的至少一部分上，并且检测在轮辋表面上的平面照射区域处反射的光束，通过计算发射光束和反射光束的方向来确定轮辋上各个条形照射区域的形状和/或位置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，至少一束光束指向绕固定轴旋转的所述车轮或轮辋上。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述至少一束光束从一个或者多个指定位置发射到所述车轮或轮辋上。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，利用所述至少一束光束来检测所述车轮或轮辋上绕轮轴线的至少一个环形表面。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，利用所述光束来检测两个轮辋凸缘中的至少一个。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，利用所述光束来检测所述车轮或轮辋的外周表面。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，确定通过所述光束参照固定基准来检测的车轮各部分或轮辋各部分的间距。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述确定间距的操作根据三角检测法来进行的。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，检测与所述照射区域的至少多个照射点相关联的各发射光束和反射光束，并确定各照射点的位置。
12.一种安装或拆卸汽车轮胎的方法，其中，通过使用根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，非接触式地检测轮辋外形，在安装或拆卸操作中沿所述轮辋外形引导至少一个安装或拆卸工具，并且根据检测出的轮辋外形来引导所述安装或拆卸工具的运动，以不与轮辋表面发生接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据两个轮辋凸缘中至少一个的被检测的位置和存储或检测的轮辋架外形，来控制所述至少一个安装或拆卸工具的运动。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，根据两个轮辋凸缘(12)中至少一个的被检测的外周边缘位置，来控制所述至少一个安装或拆卸工具的运动。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的方法，其特征在于，所述发射光束是单个线性光束，并且所述单个线性光束能够在平面上移动、特别是旋转。
16.一种用于确定汽车车轮的几何尺寸的设备，包括：用于检测车轮表面或车轮表面的一部分的检测装置(6，7，8)和用于计算由检测装置(6，7，8)提供的电检测信号的计算机辅助计算装置(18)，其特征在于，所述检测装置(6，7，8)具有探测器(16)和至少一个光源(15)，所述光源(15)从至少一个给定位置沿着至少一个给定方向发射光束到车轮表面或车轮表面的一部分上，所述探测器(16)检测由车轮表面反射的光束的方向，所述计算装置(18)能够根据发射光束和反射光束的方向来确定车轮表面上光束检测点的位置。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，设有用于检测两个轮辋凸缘(12)的两个具有光源(15)和探测器(16)的检测装置(6，7)。
18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于，至少一个光源(15)和相关的探测器(16)被设置作为用于检测轮辋或车轮的外表面的检测装置(8)。
19.根据权利要求16至18中任意一项所述的设备，其特征在于，所述发射光束是平面光束或沿平面发射的光束。
20.根据权利要求16至19中任意一项所述的设备，其特征在于，所述光源(15)和探测器(16)能够绕着公共轴线(17)同步枢转，并且与各枢转角成比例的电信号被传送到所述计算装置(18)用于在平面上发射单束光束。
21.根据权利要求16至18中任意一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个光源(15)和探测器(16)被固定地定位，所述发射光束是平面光束或片形光束。
22.根据权利要求16至21中任意一项所述的设备，其特征在于，所述计算装置(18)能够借助三角检测法通过所述光源(15)的发射光束方向和经车轮表面或轮辋表面反射的反射光束方向来确定车轮表面或轮辋表面上各检测点的位置。
23.根据权利要求16至22中任意一项所述的设备，其特征在于，所述车轮或轮辋(3)安装在能够绕轮轴线(11)旋转的车轮接收装置(2)上。
24.根据权利要求16至23中任意一项所述的设备，其特征在于，旋转角度发射器(13)检测所述车轮或轮辋(3)的各个旋转角度位置，并向所述计算装置(18)提供对应的电信号。
25.一种用于安装或拆卸汽车轮胎(4)的设备，包括被旋转支承的车轮接收装置(2)、至少一个安装或拆卸工具(5)、用于所述车轮接收装置的旋转驱动装置(10)以及检测装置(6，7，8)，车轮或轮辋(3)固定在所述车轮接收装置(2)上，所述检测装置(6，7，8)用于检测轮辋径向外侧的外形(12，14)，在安装或拆卸的操作过程中所述至少一个安装或拆卸工具被沿着所述外形(12，14)引导，其特征在于，所述检测装置(6，7，8)是非接触式检测轮辋外形的检测装置，并且所述检测装置的检测信号被转化为电检测信号，并且控制装置(9)连接到用于计算检测信号的计算装置(18)，所述控制装置根据所述检测信号在安装或拆卸的操作过程中控制所述至少一个安装或拆卸工具(5)，并使其不与轮辋表面接触。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述检测装置(6，7，8)是如权利要求16至22中任意一项所述的光学检测装置。
27.根据权利要求23至26中任意一项所述的设备，其特征在于，所述检测装置(6，7，8)沿着车轮接收装置(2)的旋转方向设置在所述至少一个安装或拆卸工具(5)的前方。
28.根据权利要求23至27中任意一项所述的设备，其特征在于，所述检测装置(6，7)的检测方向与所述车轮或轮辋的旋转轴线(11)大致平行。
29.根据权利要求16至28中任意一项所述的设备，其特征在于，所述车轮或轮辋上各检测点的空间位置是参照设备的机架特别是参照各安装或拆卸工具(5)来确定的。
30.根据权利要求24至29中任意一项所述的设备，其特征在于，能够确定轮辋凸缘(12)特别是轮辋凸缘(12)外周边缘的各空间位置。
31.根据权利要求24至30中任意一项所述的设备，其特征在于，所述计算装置(18)能够确定轮辋凸缘(12)之间的轮辋架(14)的空间位置。
32.根据权利要求24至31中任意一项所述的设备，其特征在于，针对不同的车轮类型，在所述控制装置(9)的存储器(19)内或在与所述控制装置(9)相连的存储器内存储轮辋架(14)的外形。
33.根据权利要求24至32中任意一项所述的设备，其特征在于，在存储器(19)内另外还存储有轮辋凸缘(12)的外形。
34.根据权利要求16至33中任意一项所述的设备，其特征在于，针对不同的车轮类型，在所述控制装置的存储器内存储所述车轮的特征。
35.根据权利要求16至34中任意一项所述的设备，其特征在于，所述光源(15)是激光。
36.根据权利要求16至35中任意一项所述的设备，其特征在于，所述探测器(16)包括互补金属氧化物半导体器件或电荷耦合器件。
37.根据权利要求1至14中任意一项所述方法或根据权利要求16至36中任意一项所述的设备的用途，用于确定下列参数中的至少一个：轮胎跳动、轮胎胎面花纹磨损、轮胎锥度、轮胎胎面和/或侧壁上的缺陷、轮辋外侧和/或内侧上的缺陷以及轮辋底的几何形状。
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