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ES2708990T3 - Sistema y método relacionado para determinar la alineación de rueda de vehículo - Google Patents

Sistema y método relacionado para determinar la alineación de rueda de vehículo Download PDF

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ES2708990T3
ES2708990T3 ES11728660T ES11728660T ES2708990T3 ES 2708990 T3 ES2708990 T3 ES 2708990T3 ES 11728660 T ES11728660 T ES 11728660T ES 11728660 T ES11728660 T ES 11728660T ES 2708990 T3 ES2708990 T3 ES 2708990T3
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ES
Spain
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objective
vytrg
vxtrg
vztrg
dimensional
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ES11728660T
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English (en)
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Piero Cerruti
Fausto Manganelli
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Original Assignee
Space SRL
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Abstract

Un sistema (1; 1') para determinar la orientación de al menos una primera rueda (2) de un vehículo (3), incluyendo: - al menos un primer objetivo (5; 5') configurado para ser acoplado integralmente a dicha primera rueda (2); - medios de captura de imagen (6a, 6b) configurados con el fin de adquirir una primera imagen bidimensional de dicho primer objetivo (5; 5'); y - un dispositivo de procesamiento (8), acoplado operativamente a dichos medios de captura de imagen (6a, 6b) y configurado para procesar dicha primera imagen bidimensional, donde dicho primer objetivo (5; 5') incluye una pluralidad de elementos objetivo (12; 12') que tienen una forma tridimensional, recíprocamente dispuestos según una configuración geométrica tridimensional definible por medio de una expresión analítica dada, donde dicha configuración geométrica tridimensional está diseñada para definir un conjunto de tres vectores objetivo ortogonales (vxtrg, vytrg, vztrg) que definen un sistema de referencia objetivo (SdRtrg), cuya orientación espacial corresponde a la orientación de dicha rueda (2); estando configurado dicho dispositivo de procesamiento (8) para procesar dicha primera imagen bidimensional según dicha configuración geométrica tridimensional, para identificar en ella posiciones de dichos elementos objetivo (12; 12') y vectores de proyección (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg), y para determinar una disposición espacial de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg) con respecto a un sistema de referencia en base a características geométricas de dichos vectores de proyección, determinando por ello las características de orientación de dicha primera rueda (2); caracterizado porque dicho primer objetivo (5) incluye además una estructura de soporte (28) que define internamente una superficie esférica cóncava; y donde dichos elementos objetivo (12) están acoplados mecánicamente a dicha estructura de soporte (28) y dispuestos en dicha superficie esférica, con el fin de formar dicha configuración tridimensional.

Description

DESCRIPCION
Sistema y metodo relacionado para determinar la alineacion de rueda de vedculo
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un sistema y metodo relacionado para determinar la alineacion de rueda de vedculo.
Antecedentes de la invencion
Se conocen sistemas para determinar la alineacion de rueda de vedculo, en particular para un vedculo de motor, que permiten la medicion automatica de uno o varios angulos caractensticos de las ruedas, por ejemplo, los angulos de convergencia e inclinacion, con el fin de comprobar la correcta alineacion redproca de las ruedas. De hecho, como es conocido, la alineacion incorrecta puede producir un desgaste excesivo o no uniforme de los neumaticos y tambien origina problemas de conduccion y de estabilidad del vetnculo.
En general, los sistemas para determinar la alineacion de rueda de vetnculo estan configurados para detectar la orientacion del plano de cada rueda con respecto a un solo conjunto de tres ejes ortonormales tomados como referencia (se debera indicar que el “plano de la rueda” se considera el plano en el que esta la superficie lateral exterior de la rueda), con el fin de poder tomar acciones correctivas adecuadas para restablecer la alineacion redproca de las ruedas.
En particular, algunos sistemas contemplan el uso de elementos de deteccion de los angulos caractensticos, o en cualquier caso adecuados elementos sensibles, directamente conectados a las ruedas del vetnculo mediante dispositivos de montaje especiales (denominados “pinzas”), con el fin de identificar la geometna de la configuracion; en este caso, hay que tener mucho cuidado al montarlos en las ruedas para no danar partes delicadas.
Otros sistemas sacan del vedculo el punto de observacion, con el fin de definir un sistema de referencia fijo con respecto al de la configuracion, mediante la observacion de variaciones angulares de las ruedas a traves de uno o varios dispositivos de adquisicion de imagenes no limitados por la orientacion del vedculo. En particular, algunos sistemas contemplan colocar los dispositivos de adquisicion de imagenes directamente en el elevador de coche (capaces de elevar el vedculo bajo observacion de manera conocida); otros sistemas contemplan colocar los mismos dispositivos de adquisicion de imagenes en estructuras fijas o independientemente moviles, situadas a distancia y libres con respecto tanto al vedculo como al elevador de coche. En el primer caso, los dispositivos de adquisicion de imagenes siguen los movimientos del elevador de coche, pero, a causa de esto, deben compensar dinamicamente la distorsion; en el segundo caso, los dispositivos de adquisicion de imagenes deben bloquearse sobre el elevador de coche mediante movimientos controlados con el fin de permanecer apuntando a las ruedas, pero no tienen que compensar la distorsion.
En general, tales sistemas usan objetivos adecuados montados en las ruedas del vedculo con el fin de resaltar su rotacion y posicion en el espacio.
En particular, los objetivos tienen una superficie plana que ilustra imagenes bidimensionales de varias formas que pueden ser reconocidas por los dispositivos de adquisicion de imagenes. Un dispositivo de procesamiento acoplado a los dispositivos de adquisicion de imagenes realiza generalmente la denominada operacion de “mejor ajuste” en las geometnas de las imagenes bidimensionales identificadas en una superficie generalmente plana que forma parte del objetivo real y las imagenes bidimensionales que los dispositivos de adquisicion de imagenes proporcionan en su sistema de referencia. Esta operacion permite determinar dinamicamente la orientacion espacial del objetivo y, por lo tanto, definir rotaciones y traslaciones elementales relativas al movimiento lineal y angular de cada rueda dentro de un solo sistema de referencia (por ejemplo, el sistema de referencia del vedculo). Posteriormente, estas rotaciones y traslaciones elementales, oportunamente enlazadas, se usan para la definicion de rotaciones y traslaciones mas complejas adicionales que se refieren mas espedficamente a las caractensticas de configuracion y alineacion del vedculo.
Por ejemplo, WO 2008/143614 A1 describe un sistema de determinacion de alineacion que contempla el uso de objetivos conectados a las ruedas de un vedculo. Cada objetivo esta formado por un conjunto de elementos objetivo bidimensionales (en particular, que tienen forma de drculos), dispuestos en multiples planos, mutuamente paralelos uno a otro o que forman un angulo preestablecido. El sistema permite la identificacion de los elementos objetivo en sus planos asociados a partir de las imagenes adquiridas y la implementacion de algoritmos de “mejor ajuste”, por ejemplo, el algoritmo matematico de los cuadrados irnnimos, para determinar la orientacion de los objetivos con respecto a un sistema de referencia.
Sin embargo, tampoco esta solucion se aparta de las tradicionales, puesto que mantiene un acercamiento analftico tipicamente bidimensional (por medio de la operacion de mejor ajuste, es decir, una solucion matematica y no una geometrica), con respecto al desplazamiento de cada punto individual identificado en las imagenes adquiridas en el plano asociado con respecto a la configuracion del objetivo real. Consiguientemente, ni siquiera esta solucion permite un aumento de la resolucion de la medicion para lograr un tamano dado de los objetivos.
Aunque son ventajosos en ciertos aspectos, los sistemas conocidos tienen el inconveniente de requerir un sistema estereo para adquisicion de imagenes, que implica la presencia de una pluralidad de dispositivos de adquisicion de imagenes e imagenes adquiridas para cada objetivo observado. Alternativamente, en el caso de usar un solo dispositivo de adquisicion de imagenes, hay que realizar un procedimiento de reconocimiento adecuado para la orientacion del objetivo con respecto al unico dispositivo de adquisicion de imagenes, mediante la observacion del objetivo durante movimientos adecuados del vehfculo (por ejemplo, hacia delante y hacia atras, la denominada operacion “desalineamiento”), o durante movimientos adecuados del objetivo propiamente dicho.
Ademas, la adquisicion de las caractensticas geometricas del objetivo bidimensional es diffcil cuando la inclinacion del objetivo cambia, dando lugar a inconsistencia en la exactitud de las mediciones tomadas.
Ademas, en los sistemas conocidos que contemplan la identificacion de elementos objetivo como puntos geometricos en una superficie, la precision de medicion puede ponerse en peligro en el caso donde uno o varios de estos elementos objetivo estan ocultados o, en cualquier caso, no pueden ser vistos por los dispositivos de adquisicion de imagenes.
Por lo tanto, se siente en este campo la necesidad de desarrollar un sistema para determinar la orientacion de ruedas de vehfculo que proporcione mayor resolucion y precision en las mediciones de angulo, no contemple la necesidad de realizar maniobras espedficas de desplazamiento del vehfculo con el fin de identificar la orientacion de los objetivos y que tambien sea de implementacion simple y economica.
Descripcion de la invencion
El objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema para determinar la orientacion de ruedas de vehfculo que resuelve total o parcialmente los inconvenientes indicados y satisface dicha necesidad.
Segun la presente invencion, se facilitan un sistema y un metodo para determinar la orientacion de ruedas de vehfculo como se describe respectivamente en las reivindicaciones 1 y 15. Ademas, segun la presente invencion, tambien se ha previsto un producto de programa de ordenador segun la reivindicacion 19.
Breve descripcion de los dibujos
Para una mejor comprension de la presente invencion, algunas realizaciones preferidas se describiran ahora, puramente a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos, donde:
La figura 1 es una representacion esquematica de un sistema de alineacion de rueda de vehfculo, segun un aspecto de la presente invencion.
Las figuras 2a y 2b muestran respectivamente una vista en planta y una vista frontal de porciones de un objetivo tridimensional usado en la tecnica anterior en el sistema de la figura 1.
Las figuras 3a y 3b muestran vistas esquematicas en perspectiva de un objetivo comparativo acoplado a la rueda de un vehfculo, en presencia de angulos de orientacion diferentes de la misma rueda.
La figura 4 representa un diagrama de flujo de las operaciones para determinar la orientacion ejecutada por una unidad de procesamiento del sistema en la figura 1 y usada para determinar la configuracion de un vehfculo.
La figura 5 representa un diagrama esquematico relativo a la disposicion redproca de los sistemas de referencia asociados con el objetivo y un dispositivo de captura de imagen, que captura su imagen bidimensional.
Las figuras 6 y 7a-7b son vistas en perspectiva de realizaciones de un objetivo usado en el sistema de la figura 1. La figura 8 representa una vista en perspectiva de otro ejemplo comparativo de un objetivo del tipo activo que puede ser usado en el sistema de la figura 1.
Y la figura 9 muestra una representacion esquematica de un sistema de alineacion de rueda de vedculo, segun una realizacion diferente de la presente invencion.
Mejor modo de llevar a la practica la invencion
La figura 1 representa un sistema, indicado en conjunto con la referencia 1, para determinar la orientacion de las ruedas 2 de un vedculo 3 (representado esquematicamente). En el ejemplo representado, el vedculo 3 es un vedculo de motor equipado con cuatro ruedas 2, dispuestas en pares respectivamente en los lados izquierdo y derecho con respecto a un eje longitudinal A del vehnculo; el vehnculo 3 se representa colocado en un elevador de coche 4, de tipo conocido y representado esquematicamente.
El sistema 1 incluye una pluralidad de objetivos 5, representados esquematicamente, en numero igual al numero de ruedas 2, la estructura y la funcion de cada objetivo 5 se describiran en detalle mas adelante, acoplandose mecanicamente a una rueda respectiva 2 por un elemento de montaje o “pinza” (no representada); este elemento de montaje se puede hacer, por ejemplo, como se describe en los Modelos de Utilidad italianos IT-0000254272 e iT-0000254273, presentados por el mismo Solicitante.
El sistema 1 tambien incluye un primer y un segundo dispositivo de captura de imagen 6a y 6b, por ejemplo, que consta de camaras dispuestas respectivamente en los lados derecho e izquierdo del vehnculo 3 con respecto al eje longitudinal A. En particular, el primer dispositivo de captura de imagen 6a esta colocado de modo que una zona de vision respectiva incluya las ruedas 2 del lado izquierdo del vehnculo 3; de forma similar, el segundo dispositivo de captura de imagen 6b esta colocado de modo que una zona de vision respectiva incluya las ruedas 2 del lado derecho del mismo vehnculo 3. En particular, los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b estan dispuestos con respecto al vehnculo 3 y las ruedas asociadas 2 de tal manera que cada objetivo 5 sea visto solamente por uno de estos dispositivos de captura de imagen 6a y 6b.
Cada dispositivo de captura de imagen 6a y 6b tiene un sistema de referencia de imagen respectivo SdRtel, definido por un conjunto de tres ejes ortogonales xtel, ytel y ztel, donde los ejes transversales xtel y ytel definen el plano de imagen asociado con las imagenes bidimensionales capturadas por el respectivo dispositivo de captura de imagen 6a y 6b (es decir, el plano en el que las dimensiones de los objetos son evaluadas por el numero de pfxeles), y el eje ortogonal ztel coincide con el eje optico del mismo dispositivo de captura de imagen 6a y 6b.
En la realizacion representada, los dispositivos de captura de imagen primero y segundo 6a y 6b se soportan en la misma estructura de soporte 7, incluyendo una traviesa horizontal que soporta los mismos dispositivos de captura de imagen 6a y 6b en sus porciones de extremo; la estructura de soporte 7 esta configurada para permitir la colocacion automatica o manual de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b con respecto al vehnculo 3 (o, de manera similar, con respecto al elevador de coche 4). Alternativamente, de manera no representada aqrn, los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b pueden ser retenidos en respectivas estructuras verticales mutuamente independientes, con la posibilidad, por ejemplo, de deslizar verticalmente pudiendo bloquearse sobre la posicion de ajuste del elevador de coche 4, o ser retenidos en el mismo elevador de coche 4 con el fin de seguir sus movimientos.
El sistema 1 tambien incluye un dispositivo de procesamiento 8, por ejemplo, en forma de un ordenador personal o cualquier otro dispositivo informatico equipado con un procesador o medio de calculo similar, conectado operativamente a los dispositivos de captura de imagen primero y segundo 6a y 6b; en particular, el dispositivo de procesamiento 8 esta conectado al primer dispositivo de captura de imagen 6a por medio de una primera interfaz de comunicaciones 9a, configurada para implementar transferencia de datos inalambrica o por cable (usando cualquier tecnica conocida), y esta conectado al segundo dispositivo de captura de imagen 6b por medio de una segunda interfaz de comunicaciones 9b, tambien configurada para implementar transferencia de datos inalambrica o por cable (de nuevo, usando cualquier tecnica conocida). Como se describira en detalle mas adelante, el dispositivo de procesamiento 8 esta configurado para procesar las imagenes bidimensionales proporcionadas por los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b con referencia a los respectivos sistemas de referencia de imagen, con el fin de determinar las caractensticas de orientacion espacial de las ruedas 2 del vehnculo 3.
En la realizacion representada, el sistema 1 incluye ademas una estructura de acoplamiento 10, que tambien se describira en detalle a continuacion, configurada para asegurar que se mantenga una relacion de colocacion y orientacion redprocas deseadas entre los sistemas de referencia de imagen SdRtel asociados con los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b, de modo que es posible establecer una relacion entre las mediciones de angulo asociadas y determinar asf las caractensticas de alineacion de las ruedas 2 en un solo sistema de referencia comun (por ejemplo, el sistema de referencia del vehnculo 3).
Segun un ejemplo comparativo, tambien con referencia a las figuras 2a y 2b y a las figuras siguientes 3a y 3b, cada objetivo 5 tiene una geometna tridimensional “real” particular, para permitir la identificacion de cantidades vectoriales ordenadas segun una disposicion tridimensional conocida y, en particular, la identificacion de un conjunto de tres ejes ortogonales asociados con la orientacion del mismo objetivo 5, tambien identificable procesando una sola imagen bidimensional que se origina a partir de un unico dispositivo de captura de imagen (y sin realizar ninguna maniobra de “desalineamiento”). En particular, cada objetivo 5 esta compuesto de una pluralidad de elementos objetivo 12, que tambien tienen una forma tridimensional, dispuestos en conjunto formando la estructura tridimensional del mismo objetivo 5 y que tienen una forma geometrica para permitir la facil identificacion en las imagenes bidimensionales tomadas por los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b. Los elementos objetivo 12 estan dispuestos redprocamente segun una configuracion geometrica tridimensional definible por medio de una expresion analttica dada (y asociada con una forma geometrica tridimensional “canonica”), describiendo esta expresion analftica la disposicion redproca de estos mismos elementos objetivo.
Un ejemplo comparativo de un objetivo 5 se representa esquematicamente en dichas figuras 2a, 2b y 3a, 3b; en la realizacion representada, el objetivo 5 esta compuesto de dos anillos circulares concentricos de elementos objetivo 12, dispuestos uno dentro del otro (un primer anillo exterior, de diametro di, mas grande que un segundo anillo interior de diametro d2). Los dos anillos circulares estan dispuestos en dos planos distintos, mutuamente paralelos y superpuestos, con los respectivos centros Oi y O2 separados una distancia h.
En particular, los elementos objetivo 12 son angularmente equidistantes uno de otro a lo largo de la circunferencia del anillo circular respectivo eXterior o interior. En el ejemplo representado, el anillo exterior esta compuesto, por ejemplo, de doce elementos objetivo 12 (que en dichas figuras 2a y 2b son identificados con referencias numeradas en direccion hacia la izquierda e indicadas como Ti, 1 < i < 12), mientras que el anillo interior esta compuesto de ocho elementos objetivo 12 (estos tambien numerados en direccion hacia la izquierda en dichas figuras 2a y 2b e indicados como Ti, 13 < i' < 20); consiguientemente, los elementos objetivo 12 del anillo exterior estan dispuestos mutuamente a una primera distancia angular, igual a 30° en el ejemplo, mientras que los elementos objetivo 12 del anillo interior estan dispuestos mutuamente a una segunda distancia angular, mas grande que la primera e igual a 45° en el ejemplo.
Cada elemento objetivo 12 tiene, como se ha indicado previamente, una forma geometrica tridimensional y, en particular, una forma esferica. Ventajosamente, esta forma esferica asegura que los mismos elementos objetivo 12 mantengan una forma no alterada en imagenes bidimensionales desde cualquier angulo en que se tomen (dentro de un rango angular dado), siendo de esta forma facilmente identificables; en particular, el centro geometrico asociado, definido en adelante como el “centro de esfera”, es facilmente identificable en estas imagenes bidimensionales. De hecho, las esferas exhiben caractensticas isotropicas tanto con respecto a la forma como con respecto a la reflexion. Dado que su forma sigue siendo circular, es por lo tanto posible hallar la posicion del elemento objetivo individual 12 incluso en el caso donde permanece parcialmente cubierto por otros elementos objetivo debido al angulo de vision. Ademas, dada su forma esferica, los reflejos en la superficie producidos por fuentes de luz en el entorno de medicion estan presentes en todos los elementos objetivo 12 en la misma posicion (tfpicamente central, si la iluminacion principal es coaxial al eje optico de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b); por lo tanto, los efectos debidos a estos reflejos son eliminados facilmente mediante post-procesamiento.
En particular, es posible asociar un conjunto de tres ejes ortogonales Xtrg, Ytrg y Ztrg con el objetivo 5 definiendo un sistema de referencia objetivo SdRtrg, cuya orientacion espacial corresponde a la orientacion de la rueda 2 a la que el mismo objetivo 5 esta acoplado integralmente.
En detalle, un conjunto de tres vectores mutuamente ortogonales es identificado dentro del objetivo 5, cada uno alineado a lo largo de un eje ortogonal respectivo Xtrg, Ytrg y Ztrg. En particular, un vector ortogonal vztrg es identificado, correspondiente al vector que une los dos centros O1 y O2 de los anillos circulares exterior e interior formados por los elementos objetivo 12. A este respecto, se debera indicar que, en el ejemplo descrito, la disposicion de los elementos objetivo 12 en dos anillos concentricos colocados en dos planos paralelos es ventajosa; de hecho, incluso aunque los dos anillos pueden parecer dos elipses en el plano de imagen, debido a la inclinacion del objetivo 5, los centros relacionados O1 y O2 siempre son identificables y el vector que une estos centros O1 y O2 siempre aparece como el vector ortogonal vztrg asociado con el eje Ztrg del objetivo real 5. Se sigue que la determinacion del desplazamiento de los centros O1 y O2 permite determinar la inclinacion de este eje Ztrg. Ademas, el hecho de que las imagenes de las esferas siempre deben ser superponibles en las dos elipses permite detectar y corregir posibles errores cometidos durante el procesamiento de imagen, por ejemplo, los debidos a ruido que puede anadirse inevitablemente a la escena. A este respecto, las posiciones devueltas por el algoritmo de procesamiento de imagen son corregidas de modo que se pongan lo mas cerca posible de la elipse que interpola la posicion de las esferas para las que el proceso de procesamiento de imagen ha devuelto un error de forma por debajo de un umbral preestablecido. Esta operacion de correccion proporciona mas estabilidad a la posicion de las esferas en el plano de imagen y por lo tanto a la medicion. En particular, se ha hallado que la forma esferica de los elementos objetivo 12 es ventajosa a este respecto, permitiendo la aplicacion de algoritmos de evaluacion de factor de forma (de hecho, la forma de los elementos objetivo 12 debe ser circular en la imagen bidimensional).
Los vectores transversales primero y segundo vxtrg y vytrg basados en la posicion de elementos objetivo espedficos 12 tambien son identificados dentro del mismo objetivo 5. Por ejemplo, el primer vector transversal vxtrg corresponde al vector que une los centros de esfera de los elementos objetivo 12 del anillo circular exterior, indicados con las referencias T4 y T10 en dichas figuras 2a, 2b y 3a, 3b (alineados a lo largo del eje Xtrg), mientras que el segundo vector transversal vytrg corresponde al vector que une los centros de esfera de los elementos objetivo 12, de nuevo pertenecientes al anillo circular exterior e indicados con las referencias T1 y T7 (alineados a lo largo del eje Ytrg); los vectores transversales vxtrg y vytrg son asf vectores que son ortogonales uno a otro y que estan en el plano de los elementos objetivo 12 del anillo circular exterior. En adelante, dichos vectores vxtrg, vytrg y vztrg se denominaran “vectores objetivo” (puesto que estan asociados con la estructura real del objetivo 5).
Con el fin de facilitar la identificacion de los elementos objetivo 12 que definen los vectores transversales vxtrg y vytrg en las imagenes bidimensionales que son adquiridas de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b, el objetivo 5 puede incluir ventajosamente uno o varios elementos de referencia 14 que indican la orientacion, teniendo estos tambien una geometria tridimensional y en particular una forma esferica, por ejemplo, con un diametro mas pequeno que los elementos objetivo 12 (de manera que sean facilmente identificables). En el ejemplo representado en dichas figuras 2a, 2b y 3a, 3b, hay solamente un solo elemento de referencia 14, dispuesto cerca del elemento objetivo 12 indicado con la referencia T13, en el plano del anillo interior circular. Sin embargo, es evidente que el numero de elementos de referencia 14 puede variar (y en particular ser mas de uno), como tambien su disposicion espacial puede variar. Tambien se pueden usar elementos de referencia adecuados 14, dispuestos en posiciones predeterminadas con respecto a los elementos objetivo 12, para distinguir entre los objetivos 5 asociados con el lado derecho y los asociados con el lado izquierdo del vehnculo 3, con respecto al eje longitudinal A.
En alternativa, o incluso adicionalmente, para usar elementos de referencia 14, y de nuevo para la finalidad de facilitar la identificacion del conjunto de tres ejes ortogonales Xtrg, Ytrg y Ztrg asociados con el objetivo 5, en el sistema 1 se podna usar un codigo de color, proporcionado en especial, asociado con los elementos objetivo 12 (u otros medios de identificacion no ambigua de cada uno de los elementos objetivo 12). Por ejemplo, los elementos objetivo 12 pertenecientes al anillo circular exterior podnan tener colores mutuamente diferentes (o diferentes sombres, tonos o contrastes de color) segun un codigo predeterminado que permita la identificacion de la colocacion redproca. Usando el codigo de color mostrado a modo de ejemplo en las figuras 3a y 3b, es posible identificar cada uno de los elementos objetivo 12 observando una secuencia de tres, o a lo sumo cuatro en casos ambiguos, elementos objetivo mutuamente consecutivos 12 a lo largo del anillo circular respectivo. De manera sustancialmente similar, tambien podna preverse el uso de diferentes caractensticas geometricas para los elementos objetivo 12 (por ejemplo, los varios elementos objetivo 12 podnan estar formados por esferas de diametro diferente). En cualquier caso, es posible que los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b identifiquen la orientacion absoluta del objetivo 5 en el sistema de referencia asociado.
En el uso, con referencia especial a las figuras 3a y 3b, el objetivo 5 esta acoplado a una rueda respectiva 2 del vetnculo 3 usando un elemento de montaje especial (pinza), de manera que pueda asumir la orientacion deseada (por ejemplo, de manera que el plano definido por los ejes Ytrg y Ztrg se aproxime al paralelo al plano de la rueda propiamente dicha y el eje Xtrg se aproxime a su normal). La relacion entre el sistema de referencia del objetivo y el de la rueda se garantiza con la construccion o mediante la realizacion de un procedimiento adecuado de calibracion y ajuste.
En particular, la figura 3b representa el efecto de un angulo diferente de la rueda 2 del vehnculo 3, que se ha girado un angulo dado con respecto a la disposicion representada en la figura 3a; puede indicarse como la orientacion del objetivo 5 asociado con la misma rueda 2 y la del conjunto de tres ejes ortogonales, indicados aqrn como X'trg, Y'trg y Z'trg, del sistema de referencia objetivo asociado SdRtrg' ha cambiado consiguientemente.
Las operaciones realizadas por la unidad de procesamiento 8 del sistema 1 para determinar la alineacion de las ruedas 2 del vehnculo 3 se describiran ahora, con referencia al diagrama de flujo de la figura 4.
En un primer paso, indicado con la referencia 20, los dispositivos de captura de imagen primero y segundo 6a y 6b disparan a sus objetivos respectivos 5 y envfan las imagenes bidimensionales adquiridas en los respectivos sistemas de referencia de imagen SdRtel (conteniendo de manera conocida un conjunto de pfxeles que representan las imagenes capturadas), a la unidad de procesamiento 8 mediante las respectivas interfaces 9a y 9b.
Entonces, en un paso sucesivo 21, el dispositivo de procesamiento 8 procesa digitalmente las imagenes bidimensionales de cada objetivo 5 para identificar la posicion de los elementos objetivo 12 considerados significativos, es decir, los que identifican de manera predeterminada el conjunto de tres ejes ortonormales asociados con el objetivo 5; en particular, el dispositivo de procesamiento 8 identifica las proyecciones de los vectores objetivo vxtrg, vytrg y vZtrg, en el plano de imagen, en adelante se indican respectivamente como vxtrg_prj, vytrg_prj y vztrg_prj (y se denominan “vectores de proyeccion ”).
Con mas detalle, despues de identificar las posiciones de los centros de esfera de los elementos objetivo 12, el dispositivo de procesamiento 8 determina la posicion de los vectores de proyeccion vxtrg_prj, vytrg_prj y vztrg_prj en la imagen bidimensional adquirida (usando los criterios previamente descritos) y a continuacion determina sus dimensiones (en terminos del numero de pfxeles). En particular, por cada uno de dichos vectores de proyeccion, el dispositivo de procesamiento 8 calcula las dimensiones (Axpix, Aypix)i en el plano de imagen, expresadas como el numero de pfxeles a lo largo de los ejes transversales Xtel y Ytel del mismo plano de imagen (aqrn, el mdice i indica el vector de proyeccion relativo elegido de vxtrg_prj, vytrg_prj o vztrg_prj). Las dimensiones de estos vectores de proyeccion expresadas en la unidad de medicion de longitud elegida, en mm por ejemplo, se indicaran posteriormente como (Axmm, Aymm)i.
En particular, las dimensiones reales de los vectores objetivo vxtrg, vytrg y vztrg son conocidas en la misma unidad de medicion de longitud (puesto que las dimensiones geometricas del objetivo 5 son conocidas por diseno); estas dimensiones reales, expresadas en mm por ejemplo, se indican en adelante como Axtrg, Aytrg y Aztrg.
En un paso sucesivo 22, el dispositivo de procesamiento 8 determina la orientacion de los objetivos 5 en el sistema de referencia de imagen respectivo SdRtel, usando la informacion previamente adquirida, y tambien determina la distancia D entre el centro del objetivo 5 y el plano de imagen del dispositivo de captura de imagen asociado 6a y 6b, calculada a lo largo del eje optico ztel.
En detalle, por cada objetivo 5, se define una matriz de rotacion MatRottrg que transforma el conjunto de tres vectores de longitud conocida, expresada en mm por ejemplo, en el sistema de referencia objetivo SdRtrg del objetivo 5 a otro conjunto de tres vectores de longitud inferible, tambien expresada en mm por ejemplo, en el sistema de referencia de imagen SdRtel del dispositivo de captura de imagen 6a y 6b; en otros terminos, la matriz de rotacion MatRotTrg impone una rotacion a traves de la que un vector identificado en el objetivo real, y expresada en mm por ejemplo, es proyectado sobre un plano paralelo al plano de imagen, que pasa a traves del centro del objetivo y determina sus dimensiones, en la misma unidad de medicion.
Aplicando consideraciones geometricas, que se entenderan mejor tambien con referencia al diagrama de la figura 5, es posible demostrar que dicha matriz de rotacion MatRotTrg puede ser expresada de la siguiente manera:
Figure imgf000007_0001
donde a, p y y, como se representa en dicha figura 5, representan los angulos de rotacion desconocidos que expresan la rotacion de los tres ejes ortonormales asociados con el objetivo 5 con respecto al sistema de referencia de imagen SdRtel del dispositivo de captura de imagen 6a y 6b.
Con mas detalle, suponiendo que el conjunto de tres ejes ortonormales X”'Y”'Z”' coincide con el sistema de referencia de imagen SdRtel, y que el conjunto de tres ejes ortonormales XYZ coincide con el sistema de referencia objetivo SdRtrg, la matriz de rotacion antes indicada MatRotTrg puede considerarse como la combinacion de tres rotaciones sucesivas:
- Una primera rotacion de y°, impuesta entre el primer sistema de referencia (XYZ)ESdRtrg y un primer sistema de referencia intermedio X'Y'Z', haciendo que el eje Y gire en la direccion del eje Y' (hacia el eje Z) alrededor del eje X mediante una primera matriz de rotacion intermedia YRotMat;
- Una segunda rotacion de a° impuesta entre el primer sistema de referencia intermedio (X'Y'Z') y un segundo sistema de referencia intermedio (X”Y”Z”), haciendo que el eje Z' gire en la direccion del eje Z” (hacia el eje X'), alrededor del eje Y' mediante una segunda matriz de rotacion intermedia aRotMat; y
- Una tercera rotacion de p°, impuesta entre el segundo sistema de referencia intermedio (X”Y”Z”) y el sistema de referencia de imagen (X”'Y”'Z”') =SdRtel haciendo que el eje X” gire en la direccion del eje X”' (hacia el eje Y”) alrededor del eje Z” mediante una tercera matriz de rotacion intermedia pRotMat.
Dichas matrices de rotacion intermedias primera, segunda y tercera pRotMat, aRotMat y YRotMat se definen de la siguiente manera:
Figure imgf000008_0001
La rotacion general que describe la rotacion entre el sistema de referencia objetivo SdRtrg y el sistema de referencia de imagen SdRtel se representa, como se ha senalado previamente, por la matriz de rotacion MatRottrg, que se obtiene como el producto de dichas matrices de rotacion intermedias pRotMat, aRotMat y YRotMat multiplicadas juntas y en el orden indicado.
Usando mas consideraciones geometricas, tambien es posible obtener una relacion entre las dimensiones en pfxeles de los vectores de proyeccion (Axpix, Aypix)i y las dimensiones correspondientes en la unidad de medicion de longitud (Axmm, Aymm)i, en base a las caractensticas de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b.
En particular: pixlMGdx y pixlMGdy se definen como las dimensiones totales en pfxeles de la imagen bidimensional capturada por los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b respectivamente a lo largo de los ejes transversales Xte y Ytel del plano de imagen; dfX y dfY se definen como las distancias focales a lo largo de los mismos ejes transversales Xte y Ytel, que establecen una relacion entre la distancia de observacion, expresada en mm, y la dimension observable maxima a dicha distancia, de nuevo expresada en mm; lCCD y hCCD se definen como las dimensiones en la unidad de longitud, expresada en mm en el ejemplo, del sensor usado por el dispositivo de captura de imagen 6a y 6b (un CCD - Dispositivo de Acoplamiento de Carga en esta realizacion) a lo largo de los ejes transversales Xte y Ytel; L y H se definen como la dimension maxima visible del dispositivo de captura de imagen 6a y 6b a la distancia D a lo largo de los mismos ejes transversales Xte y Ytel.
Entonces es posible demostrar que las relaciones siguientes son validas:
dfX = D-1CCD/(L+1CCD)
dfY = D'hCCD/(H+hCCD)
Ademas, el uso de las relaciones siguientes:
L = pixlMGdx- Axitim/Axpix
H = pixlMGdy Aymm/Aypix
da:
d fX = D -1 C C D /(pixIMGdx-Axmm/Axpix + 1CCD)
d fY = D • h C C D /(pixIMGdy•Aymm/Aypix + hCCD)
Asf se obtienen las relaciones basicas entre las dimensiones, en pfxeles y en la unidad de medicion de longitud, de los vectores de proyeccion en el plano de imagen:
A x p ix = A x m m -p ix IM G d x -d fX / (D - lC C D -d fX * lC C D )
A y p ix = A y ira n * p ix IM G d y d fY /(D * h C C D -d fY * h C C D )
Por lo tanto, usando la matriz de rotacion MatRotTrg, es posible identificar, por cada rotacion del objetivo 5, las relaciones que se enlazan: las dimensiones en la unidad de longitud, mm en el ejemplo, de cualquier vector conocido en el modelo real (Axtrg, Aytrg, Aztrg); las dimensiones en pfxeles de los vectores de proyeccion relacionados en el plano de imagen (Axpix, Aypix); y las cantidades desconocidas (angulos de rotacion a, p y y y la distancia D) que caracterizan dicha rotacion:
Axpix= (Axtrg' ax+A yt r g ' bx+Aztrg* cx) • (pixIMGdx■ dfX/ (D- lCCD-dfX- 1CCD)
Aypix= (Ax trg* ay+Ay trg* by+Aztrg* cy) • (pixIMGdy • dfY/ (D- hCCD-dfY • HCCD)
donde ax,bx,cx y ay,by,cy son los elementos de la matriz de rotacion MatRotTrg, como se ha definido previamente. Para hallar los valores de las cuatro cantidades desconocidas (a, p, y y D), es suficiente, por lo tanto, observar el comportamiento de al menos dos vectores considerados significativos con el fin de obtener cuatro relaciones (en particular, las dos relaciones indicadas por cada uno de los dos vectores significativos), obteniendo un sistema resoluble de cuatro ecuaciones en cuatro variables desconocidas; por ejemplo, los vectores vxtrg y vytrg o, en alternativa, cualquier otro par de vectores objetivo vxtrg, vytrg y vztrg cuyas dimensiones sean conocidas en el mundo real (expresadas en mm por ejemplo), pueden considerarse para esta finalidad.
Los valores de las cuatro variables desconocidas definen completamente la funcion de rotacion y traslacion entre el sistema de referencia objetivo SdRtrg y el sistema de referencia de imagen SdRtel; comenzando en estos valores, identificados por cada objetivo 5 (y con referencia a la orientacion de la rueda asociada 2), es posible hallar (de manera conocida) los valores de los angulos caractensticos que definen la configuracion del vedculo 3.
En particular, el dispositivo de procesamiento 8 es asf capaz de detectar la orientacion (en terminos de angulos de rotacion a, p y y) de cada objetivo 5, dentro del sistema de referencia de imagen del dispositivo de captura de imagen relacionado 6a y 6b.
Para detectar la alineacion de las ruedas 2 del vedculo 3 en un solo sistema de referencia (por ejemplo, el sistema de referencia identificado en el mismo vedculo 3), en un paso 23 sucesivo al paso 22 (con referencia de nuevo a la figura 4), el dispositivo de procesamiento 8 determina la orientacion redproca entre los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b con respecto a un solo sistema de referencia, y en consecuencia convierte los valores angular y lineal determinados en el paso anterior 22 a valores correspondientes validos en este unico sistema de referencia. Con el fin de determinar dinamicamente la relacion de la colocacion y orientacion redprocas entre los sistemas de referencia de imagen asociados con los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b, el sistema 1 incluye, como se ha senalado previamente, la estructura de acoplamiento 10, que se compone, por ejemplo, de dos dispositivos opticos 10a y 10b que son similares y cada uno asociado con uno de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b. Ambos dispositivos opticos 10a y 10b constan de una etapa de transmision optica, por ejemplo, equipada con uno o varios LEDs, y una etapa de recepcion optica, por ejemplo, equipada con uno o varios CCDs lineales, que reciben la radiacion de luz emitida por la etapa de transmision optica asociada con el otro dispositivo. En base a la posicion de las fuentes de luz en la imagen capturada por cada dispositivo optico, el dispositivo de procesamiento 8 determina de forma continua, de manera conocida y en consecuencia no descrita en detalle, la posicion y orientacion redprocas entre los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b (en terminos de rotacion y traslacion redprocas).
Como una alternativa, el sistema 1 puede incluir otro dispositivo de captura de imagen, de nuevo indicado con el numero de referencia 10a, dispuesto de manera integral con el primer dispositivo de captura de imagen 6a, y otro objetivo, de nuevo indicado con el numero de referencia 10b, dispuesto de manera integral con el segundo dispositivo de captura de imagen 6b. Se puede hacer que el dispositivo de captura de imagen 10a y el objetivo 10b adicionales operen, por ejemplo, de manera similar a la previamente descrita en relacion a determinar los angulos de orientacion de los objetivos 5 conectados a las ruedas 2 del vedculo 3.
Alternativamente, para resolver el problema de determinar la posicion redproca de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b de manera estatica, el dispositivo de procesamiento 8 podna establecer una relacion entre los sistemas de referencia de imagen relacionados durante un paso de ajuste espedfico, donde un calibre (o elemento de referencia) es identificado simultaneamente por ambos dispositivos de captura de imagen 6a y 6b.
En cualquier caso, al final de dicho paso 23, el dispositivo de procesamiento 8 determina, en el paso 24, los resultados en terminos de los angulos de configuracion caractensticos de las ruedas 2 del vedculo 3, por ejemplo, los angulos de convergencia e inclinacion, expresados en un solo sistema de referencia, por ejemplo el sistema de referencia asociado con el vedculo 3; el dispositivo de procesamiento 8 tambien controla la visualizacion de estos resultados en un dispositivo de visualizacion adecuado, por ejemplo para presentarlos a un operador.
De manera no representada, el sistema 1 puede completarse incluyendo un dispositivo iluminador asociado para cada dispositivo de captura de imagen 6a y 6b que garantice suficiente iluminacion en ambos lados del vedculo 3, con respecto al eje longitudinal A, para el procesamiento de las imagenes adquiridas; esta iluminacion es reflejada oportunamente por los elementos objetivo 12, permitiendo su identificacion. En particular, la longitud de onda de la radiacion usada para esta operacion de iluminacion puede definirse segun el objetivo 5 elegido, como tambien su frecuencia de parpadeo; por ejemplo, se podna usar una fuente de luz visible o infrarroja.
En una realizacion, como se representa en la figura 6, el objetivo 5 incluye una estructura de soporte 28 que define internamente una superficie esferica concava (o porcion de una superficie esferica) sobre la que los elementos objetivo 12 estan disenados para disponerse. Por ejemplo, la estructura de soporte 28 podna constar de un capuchon esferico concavo. Ventajosamente, esta forma permite la facil definicion del conjunto de tres ejes ortogonales asociados con el objetivo 5 (que corresponden a un conjunto de tres segmentos, o vectores, tambien identificables en el plano de imagen, donde son medidos en pfxeles), con varias disposiciones tridimensionales redprocas de los elementos objetivo 12.
En la realizacion de la figura 6, que a efectos ilustrativos solamente se refiere de nuevo al caso donde los elementos objetivo 12 estan dispuestos en dos planos mutuamente paralelos, los elementos objetivo 12 que definen el anillo circular exterior estan acoplados a la porcion de borde de la estructura de soporte 28, con cola, por ejemplo, mientras que los elementos objetivo 12 que definen el anillo interior circular estan acoplados a la porcion interior de la misma estructura de soporte 28. En este caso, los anillos circulares exterior e interior estan dispuestos en dos secciones de un segmento esferico subtendido por el capuchon esferico, paralelos uno a otro y ortogonales al eje del objetivo. En este caso, el elemento de referencia 14 esta acoplado a la misma estructura de soporte 28, dentro del anillo interior circular de los elementos objetivo 12.
El uso de un objetivo 5 con una configuracion incluyendo una estructura de soporte en forma de capuchon concavo esferico 28 conteniendo los elementos objetivo 12 permite la identificacion del conjunto de tres vectores ortogonales asociados con el objetivo en un amplio rango angular de observacion (por ejemplo, entre -30° y 30°).
Ademas, como se representa en las figuras 7a-7b, la forma esferica particular de la estructura de soporte 28 tambien permite la posibilidad de diferente procesamiento de las imagenes bidimensionales del objetivo 5, tambien valido en el caso donde los elementos objetivo 12 no estan dispuestos en dos planos paralelos. De hecho, los elementos objetivo 12 pueden estar en meridianos definidos dentro de la estructura de soporte 28 y angularmente equidistantes uno de otro, estando dispuestos en multiples conjuntos de planos o, alternativamente en planos genericos (no mutuamente paralelos) que intersecan la superficie esferica y, como un caso especial, de nuevo en dos planos mutuamente paralelos (como en el ejemplo previamente explicado).
En cualquier caso, es ventajosa la presencia de otro elemento objetivo 12 dispuesto en el centro con respecto a la estructura de soporte 28 que identifica el centro geometrico y el punto de interseccion de los varios meridianos. En particular, como se representa esquematicamente, la disposicion tridimensional de los elementos objetivo 12 permite la identificacion de al menos un primer y un segundo meridiano m1 y m2 (constituidos por curvas semielfpticas que intersecan en el centro de la estructura de soporte 28) sustancialmente ortogonales uno a otro, a lo largo de las que los centros de esfera de algunos de los elementos objetivo 12 estan alineados (en este caso, los elementos objetivo 12 identificados de manera adecuada por un par asociado de elementos de referencia 14). Ademas, los meridianos identificados en la imagen pueden ser ventajosamente mas de dos, por ejemplo, seis, angularmente equidistantes uno de otro en un angulo de 30°; en este caso, la identificacion de los seis meridianos permite la identificacion de seis direcciones angularmente equidistantes correspondientes, logrando por ello un aumento de la estabilidad de medicion.
Por ejemplo, como se representa en la figura 7b, aun estando dispuestos a lo largo de los seis meridianos, los elementos objetivo 12 no estan dispuestos en dos planos paralelos solamente, sino generalmente en un conjunto de planos que intersecan la superficie esferica concava dentro de la estructura de soporte 28 (no estando dispuestos solamente en dos anillos concentricos en este caso). La disposicion de los elementos objetivo 12 permite la identificacion de las caractensticas geometricas tridimensionales deseadas dentro del objetivo 5 tambien en este caso.
Las operaciones de procesamiento en las imagenes bidimensionales para identificar la rotacion del objetivo 5, y de la rueda asociada 2, pueden contemplar determinar la inclinacion de los meridianos (por ejemplo, medida en correspondencia a la posicion del elemento objetivo central 12) para determinar la direccion de los vectores asociados con el objetivo 5, cuya rotacion con respecto al sistema de referencia puede obtenerse con tecnicas conocidas; tambien puede analizarse la deformacion de los meridianos (y las direcciones correspondientes) cuando el angulo de rotacion de la rueda cambia, y, por lo tanto, la del objetivo asociado 5 con respecto al sistema de referencia del dispositivo de captura de imagen 6a y 6b.
Las ventajas del sistema y el metodo para determinar la alineacion de rueda de vetnculo segun la invencion son claras por la descripcion anterior.
En particular, debe recalcarse que el uso de objetivos tridimensionales (en particular, formados por una disposicion tridimensional de elementos objetivo) y, en particular, el uso de elementos objetivo que tambien son tridimensionales, permite determinar la posicion absoluta y la orientacion de cada objetivo (y de la rueda a la que dicho objetivo esta acoplado) con respecto a un sistema de referencia fijo, de forma exacta y segura usando un solo dispositivo de captura de imagen, sin tener que mover el vetnculo o las ruedas del vetnculo para variar la posicion espacial de los objetivos, mover los objetivos, o recurrir a la utilizacion de un sistema de adquisicion estereo. De hecho, es facil determinar un conjunto de tres ejes ortogonales asociados con el objetivo (identificando elementos de referencia objetivo) en el espacio, y de esta forma determinar la orientacion espacial del mismo objetivo dentro de un sistema de referencia dado.
La solucion descrita tambien permite incrementar la resolucion de la medicion con respecto a las soluciones estandar, sin precisar, por ejemplo, un aumento del tamano de los objetivos usados.
En otros terminos, se asocia ventajosa e intnnsecamente informacion tridimensional con el objetivo, a traves de la que es posible determinar la orientacion espacial comenzando a partir del procesamiento de incluso una imagen bidimensional (transformando la informacion bidimensional proporcionada por el dispositivo de captura de imagen a informacion tridimensional, gracias a la estructura geometrica particular del objetivo).
Ademas, gracias al hecho de que la disposicion redproca de los elementos objetivo 12 se define por una forma geometrica tridimensional conocida (expresada por medio de una expresion analttica), es posible identificar el conjunto de tres vectores ortogonales incluso en el caso donde uno o varios de estos mismos elementos objetivo no son visibles, por ejemplo, debido a la superposicion de multiples elementos objetivo en el plano de imagen. Esta ventaja deriva del hecho del procesamiento combinado de los elementos objetivo 12, que se consideran pertenecientes a la misma figura geometrica tridimensional conocida.
En particular, gracias al uso de elementos objetivo tridimensionales de forma esferica con caractensticas isotropicas, la exactitud de la medicion no cambia cuando la inclinacion de los objetivos vana con respecto a los sistemas de referencia de imagen de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b.
Finalmente, se entiende que se pueden hacer cambios y modificaciones en lo descrito e ilustrado en este documento sin apartarse del alcance de la presente invencion, definido en las reivindicaciones anexas.
En general, el objetivo 5 puede tener una forma tridimensional diferente. En cualquier caso, el objetivo esta conformado con el fin de permitir la definicion de cantidades vectoriales segun una disposicion tridimensional conocida, en particular con el fin de permitir la identificacion de un conjunto de tres ejes ortogonales asociados con ella (por ejemplo, por la identificacion de puntos o planos significativos en el mismo objetivo), preferiblemente bajo diferentes angulos visuales (por ejemplo, en un rango de angulos de entre -30° y 30°). Por ejemplo, el vector ortogonal vztrg puede determinarse a traves de la identificacion de un punto y plano significativos del objetivo 5, tal como el vector que se origina en este punto y ortogonal a este plano. En particular, la configuracion descrita para los objetivos 5 permite mantener constante la resolucion de la medicion y maximizarla en todo el rango de angulos considerados.
Uno o varios de los objetivos 5 tambien pueden ser sustituidos por objetivos del tipo activo, es decir, constituidos por elementos objetivo que, en lugar de reflejar la radiacion incidente, son capaces de generar y emitir radiacion electromagnetica, en el rango de frecuencia visible o, en alternativa, en el rango de infrarrojos.
En particular, como se representa en el ejemplo comparativo de la figura 8, el objetivo, indicado aqrn con el numero de referencia 5', incluye una estructura de soporte, indicada con el numero de referencia 28', compuesta de un disco base 30 y un borde circular 31 conectado encima del disco base 30 y que tiene un diametro exterior coincidente con el diametro del mismo disco base 30; por ejemplo, el borde circular 31 esta conectado al disco base 30 mediante adecuados elementos de acoplamiento, incluyendo tornillos y espaciadores de columna, por ejemplo.
Los elementos objetivo, indicados aqrn con el numero de referencia 12', del anillo exterior estan acoplados mecanicamente al borde circular 31, mientras que los elementos objetivo 12' del anillo interior estan acoplados mecanicamente al disco base 30. Cada elemento objetivo 12' incluye una unidad emisora 32, constituida por un par de LEDs, por ejemplo, y electronica de control asociada 33 conectada a una placa de circuitos impresos 34.
Como es claro por el examen de la figura 8, el objetivo 5' tiene una configuracion tridimensional tambien en este caso (dada por la superposicion del borde circular 31 en el disco base 30 y por la disposicion redproca de los varios elementos objetivo 12'), con los elementos objetivo asociados 12' dispuestos, en el ejemplo, a lo largo de los respectivos anillos circulares exterior e interior, en planos paralelos y superpuestos. De nuevo, tambien puede haber un elemento de referencia, indicado aqrn con el numero de referencia 14' y constituido por un solo lEd (o por un elemento emisor similar que emita radiacion visible o infrarroja) soportado en el disco base 30, dentro del anillo interior de los elementos objetivo 12' en una posicion correspondiente a un elemento objetivo dado, que se considere significativo. Asf, usando sustancialmente los mismos criterios previamente explicados en detalle, es posible identificar cantidades vectoriales de manera no ambigua 'tambien en esta estructura objetivo activa. En general, se debera indicar que los LEDs tambien cumplen el principio isotropico que cumplen los elementos objetivo 12 del objetivo pasivo, puesto que mantienen su forma cuando se observan desde angulos diferentes, reduciendo al maximo la intensidad de luz cuando aumenta el angulo de inclinacion.
La ventaja de una solucion activa con respecto al uso de elementos objetivo pasivos 12 consiste en el hecho de no precisar un dispositivo iluminador, que, ademas de ser potencialmente molesto para el operador, incluso en el caso donde se emite radiacion infrarroja, que tiene que iluminar el objetivo desde una cierta distancia en cualquier caso implica un mayor consumo de energfa electrica.
El sistema descrito tambien podna incluir un mayor numero de dispositivos de captura de imagen, en particular mas de dos, dispuestos en igual numero en ambos lados derecho e izquierdo con respecto al eje longitudinal A del vehuculo 3. Ademas, tambien sena posible usar un solo dispositivo de captura de imagen, capaz de enmarcar todos los objetivos asociados con las ruedas 2 del vetuculo 3 cuya orientacion se desea determinar.
Ademas, como se representa esquematicamente en la figura 9 (que, para simplicidad de ilustracion, se refiere solamente a un lado del vetuculo 3), el sistema de determinacion de alineacion, indicado aqrn con el numero de referencia 1', podna tener una configuracion diferente con respecto a la disposicion de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b. En este caso, se contempla un solo par de objetivos 5, conectados por ejemplo solamente a las ruedas delanteras del vetuculo 3; en este caso, los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b (como se representa en la figura 9 para el lado derecho del vetuculo 3), en lugar de conectarse a la estructura de soporte 7 externa al vetuculo 3 (que constituye las denominadas “cabezas de medicion”) activas, estan realmente conectados directamente a las ruedas, las traseras del mismo vetuculo en el ejemplo, por dispositivos de montaje especiales. En este caso, dado que no hay dispositivo externo al vetuculo que establezca una relacion entre los sistemas de referencia donde las imagenes son adquiridas, los dispositivos opticos especiales 10a y 10b (por ejemplo, del tipo descrito con referencia a la figura 1) que establecen una relacion entre las mediciones relativas a los dos lados del vetuculo estan montados en las cabezas de medicion y conectados a las ruedas 2 del vetuculo 3; los dispositivos opticos 10a y 10b, por medicion redproca, proporcionan la orientacion redproca entre las cabezas de medicion. Se debera senalar que el resto del sistema y metodo usados para determinar la orientacion de los objetivos tridimensionales en el espacio no difiere sustancialmente del previamente ilustrado, proporcionando de nuevo la reconstruccion de las caractensticas tridimensionales del objetivo 5 comenzando en las imagenes bidimensionales adquiridas por los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b.
De manera sustancialmente similar, no representada, el sistema de determinacion de alineacion tambien puede contemplar los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b montados directamente en el elevador de coche 4, de nuevo sin diferencias sustanciales relativas al metodo de medicion y usando la informacion obtenida de la observacion de los objetivos tridimensionales asociados con las ruedas 2 del vetuculo 3.
En general, sera evidente que la diferencia desde el punto de vista metrologico conectado a la diferente disposicion de los dispositivos de captura de imagen 6a y 6b, consiste en la identificacion del sistema de referencia con respecto al que se devuelven las mediciones; en particular, en la realizacion representada en la figura 9, este sistema de referencia esta colocado en el vetuculo 3.
Finalmente, el sistema y el metodo descritos tambien permiten obviamente determinar la orientacion espacial de una rueda 2 solamente del vetuculo 3, cuya imagen es tomada por un solo dispositivo de captura de imagen 6a o 6b.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (1; 1') para determinar la orientacion de al menos una primera rueda (2) de un vehuculo (3), incluyendo:
- al menos un primer objetivo (5; 5') configurado para ser acoplado integralmente a dicha primera rueda (2);
- medios de captura de imagen (6a, 6b) configurados con el fin de adquirir una primera imagen bidimensional de dicho primer objetivo (5; 5'); y
- un dispositivo de procesamiento (8), acoplado operativamente a dichos medios de captura de imagen (6a, 6b) y configurado para procesar dicha primera imagen bidimensional, donde dicho primer objetivo (5; 5') incluye una pluralidad de elementos objetivo (12; 12') que tienen una forma tridimensional, redprocamente dispuestos segun una configuracion geometrica tridimensional definible por medio de una expresion analttica dada, donde dicha configuracion geometrica tridimensional esta disenada para definir un conjunto de tres vectores objetivo ortogonales (vxtrg, vytrg, vztrg) que definen un sistema de referencia objetivo (SdRtrg), cuya orientacion espacial corresponde a la orientacion de dicha rueda (2); estando configurado dicho dispositivo de procesamiento (8) para procesar dicha primera imagen bidimensional segun dicha configuracion geometrica tridimensional, para identificar en ella posiciones de dichos elementos objetivo (12; 12') y vectores de proyeccion (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg), y para determinar una disposicion espacial de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg) con respecto a un sistema de referencia en base a caractensticas geometricas de dichos vectores de proyeccion, determinando por ello las caractensticas de orientacion de dicha primera rueda (2); caracterizado porque dicho primer objetivo (5) incluye ademas una estructura de soporte (28) que define internamente una superficie esferica concava; y donde dichos elementos objetivo (12) estan acoplados mecanicamente a dicha estructura de soporte (28) y dispuestos en dicha superficie esferica, con el fin de formar dicha configuracion tridimensional.
2. El sistema segun la reivindicacion 1, donde dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para determinar angulos de rotacion espacial de dicho conjunto de tres vectores objetivo ortogonales (vxtrg, vytrg, vztrg) con respecto a dicho sistema de referencia.
3. El sistema segun la reivindicacion 2, donde dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado ademas para determinar mediciones lineales de dichos vectores de proyeccion (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) en dicha primera imagen bidimensional, y para determinar dicha rotacion espacial como una funcion de dichas mediciones lineales y de mediciones conocidas reales correspondientes de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg).
4. El sistema segun la reivindicacion 1, donde dichos elementos objetivo (12; 12') tienen una forma tridimensional con caractensticas isotropicas con respecto a variaciones de un angulo de observacion de dicho primer objetivo (5) por dichos medios de captura de imagen (6a, 6b).
5. El sistema segun alguna de las reivindicaciones precedentes, donde dichos elementos objetivo (12) tienen una forma esferica; y dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para determinar posiciones de los centros de esfera de dichos elementos objetivo (12) dentro de dicha primera imagen bidimensional y para determinar al menos uno de dichos vectores de proyeccion (vxtrg, vytrg, vztrg) de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg) como el vector que une los centros de esfera de un par significativo de dichos elementos objetivo (12).
6. El sistema segun la reivindicacion 5, donde dicho primer objetivo (5) incluye ademas al menos un elemento de referencia (14) que tiene una disposicion predeterminada con respecto a dicho par significativo de dichos elementos objetivo (12); y donde dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para identificar dicho par significativo de dichos elementos objetivo (12) en base a la identificacion de una posicion de dicho elemento de referencia (14).
7. El sistema segun la reivindicacion 5 o 6, donde dichos elementos objetivo (12; 12') estan dispuestos formando un primer y un segundo anillo, dispuestos en planos distintos y definiendo un primer y un segundo centro (O1, O2); y donde dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para definir un vector de proyeccion ortogonal (vztrg prj) entre dichos vectores de proyeccion (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) como el vector que une dichos centros primero y segundo (O1, O2).
8. El sistema segun la reivindicacion 7, donde dichos anillos primero y segundo son sustancialmente circulares; y donde dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para definir un primer y un segundo vector de proyeccion transversal (vxtrg_prj, vytrg_prj) entre dichos vectores de proyeccion (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) como los vectores que unen los centros geometricos de un par respectivo de elementos objetivo (12; 12') que forman un anillo de dichos anillos primero y segundo.
9. El sistema segun la reivindicacion 1, donde al menos algunos de dichos elementos objetivo (12) estan dispuestos a lo largo de al menos un primer y respectivamente un segundo meridiano (m1, m2) definidos por dicha superficie esferica de dicha estructura de soporte (28).
10. El sistema segun la reivindicacion 9, donde dicha estructura de soporte (28) tiene sustancialmente una forma de capuchon esferico concavo, y dichos elementos objetivo (12) estan dispuestos a lo largo de seis meridianos definidos por dicha superficie esferica, angularmente equidistantes uno de otro.
11. El sistema segun la reivindicacion 1, donde dichos elementos objetivo (12) estan dispuestos en al menos dos secciones mutuamente paralelas de un segmento esferico subtendido por dicha estructura de soporte (28).
12. El sistema segun alguna de las reivindicaciones precedentes, donde dichos elementos objetivo (12') son del tipo activo y emiten radiacion visible o infrarroja.
13. El sistema segun alguna de las reivindicaciones precedentes, incluyendo ademas: al menos un segundo objetivo (5; 5') acoplado integralmente a una segunda rueda (2) de dicho vedculo (3); y donde dichos medios de captura de imagen (6a, 6b) estan configurados para adquirir una segunda imagen bidimensional de dicho segundo objetivo (5; 5'), y dicho dispositivo de procesamiento (8) esta configurado para procesar dicha segunda imagen bidimensional para determinar caractensticas de orientacion de dicha segunda rueda (2), y procesar conjuntamente dichas caractensticas de orientacion de dichas ruedas primera y segunda con el fin de determinar las caractensticas de alineacion de dicho vedculo (3).
14. El sistema segun alguna de las reivindicaciones precedentes, donde dicha segunda rueda (2) esta dispuesta en una posicion diametralmente opuesta a dicha primera rueda (2) con respecto a un eje longitudinal (A) de dicho vedculo (3); y donde dichos medios de captura de imagen incluyen un primer dispositivo de captura de imagen (6a) configurado para adquirir dicha primera imagen bidimensional de dicho primer objetivo (5; 5'), y un segundo dispositivo de captura de imagen (6b) configurado para adquirir dicha segunda imagen bidimensional de dicho segundo objetivo (5; 5'); incluyendo ademas dicho sistema medios de determinacion (10) para determinar la orientacion redproca de dichos dispositivos de captura de imagen primero (6a) y segundo (6b), acoplados operativamente a dicho dispositivo de procesamiento (8) para determinar las caractensticas de alineacion de dicho vedculo (3).
15. Un metodo para determinar la orientacion de al menos una primera rueda (2) de un vedculo (3), incluyendo: - capturar una primera imagen bidimensional de al menos un primer objetivo (5; 5') acoplado integralmente a dicha primera rueda (2); y
- procesar dicha primera imagen bidimensional, donde dicho primer objetivo (5; 5') incluye una pluralidad de elementos objetivo (12; 12') que tienen una forma tridimensional, redprocamente dispuestos segun una configuracion geometrica tridimensional definible por medio de una expresion analftica dada, estando disenada dicha configuracion geometrica tridimensional para definir un conjunto de tres vectores objetivo ortogonales (vxtrg, vytrg, vztrg) que definen un sistema de referencia objetivo (SdRtrg), cuya orientacion espacial corresponde a la orientacion de dicha rueda (2); y donde dicho paso de procesamiento incluye: procesar dicha primera imagen bidimensional segun dicha configuracion geometrica tridimensional, identificar posiciones de elementos objetivo (12; 12') y proyecciones de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg) en dicha primera imagen bidimensional; y determinar una disposicion espacial de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg) con respecto a un sistema de referencia en base a las caractensticas geometricas de dichos vectores de proyeccion, determinando por ello las caractensticas de orientacion de dicha primera rueda (2); caracterizado porque dicho primer objetivo (5) incluye ademas una estructura de soporte (28) que define internamente una superficie esferica concava; y donde dichos elementos objetivo (12) estan acoplados mecanicamente a dicha estructura de soporte (28) y dispuestos en dicha superficie esferica, con el fin de formar dicha configuracion tridimensional.
16. El metodo segun la reivindicacion 15, donde dicho paso de determinar una disposicion espacial incluye determinar los angulos de rotacion espacial de dicho conjunto de tres vectores objetivo ortogonales (vxtrg, vytrg, vztrg) con respecto a dicho sistema de referencia.
17. El metodo segun la reivindicacion 16, donde dicho paso de determinar una disposicion espacial incluye determinar mediciones lineales de dichos vectores de proyeccion (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) en dicha primera imagen bidimensional; y donde dicho paso de determinar dicha rotacion espacial incluye determinar dicha rotacion en base a dicha medicion lineal y mediciones conocidas reales correspondientes de dichos vectores objetivo (vxtrg, vytrg, vztrg).
18. El metodo segun alguna de las reivindicaciones 15-17, incluyendo ademas los pasos de: capturar una segunda imagen bidimensional de al menos un segundo objetivo (5; 5') acoplado integralmente a una segunda rueda (2) de dicho vedculo (3); procesar dicha segunda imagen bidimensional para detectar caractensticas de orientacion de dicha segunda rueda (2); y procesar conjuntamente dichas caractensticas de orientacion de dichas ruedas primera y segunda para determinar caractensticas de alineacion de dicho vedculo (3).
19. Un producto de programa de ordenador incluyendo porciones de codigo almacenadas en un medio legible por ordenador, configurado para implementar, cuando es ejecutado por dicho ordenador, los pasos del metodo segun alguna de las reivindicaciones 15-18.
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