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激光测量技术在汽车四轮定位仪上的应用
- 2018-10-22 -

     随着汽车数量的迅猛增长,汽车检测设备的数量和质量都在不断的提高。作为车辆检测的一项重要内容,车轮定位参数检测对整车安全性能的影响举足轻重。如果车轮定位参数不正常,将导致轮胎的异常磨损、行驶跑偏、车轮摆振、转向沉重、油耗增加等问题,直接影响汽车的行驶安全。按照测量方法的不同可以分为接触式和非接触式。接触式方法测量以拉线式为典型,非接触式四轮定位仪里以全光学为典型,如3D激光四轮定位仪

一.激光

激光(受激辐射光)英文名 Laser, 即LightAmplificationbytheStimulatedEmissionofRadiation 的缩写。中文意思是受激辐射光放大,这已说明了激光的产生过程,它的主要特点是:

相干性好:

一个几十瓦的电灯泡,只能用作普通照明。如果把它的能量集中到 1m直径的小球内,就可以得到很高的光功率密度,用这个能量能把钢板打穿。然而,普通光源的光是向四面八方发射的,光能无法高度集中。普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的,经过透镜后也不可能会聚在一点上。

激光与普通光相比则大不相同。因为它的频率很单纯,从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播,可以用透镜把它们会聚到一点上,把能量高度集中起来,这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达 1015w/cm2·sr ,比太阳表面的亮度还高若干倍。

方向性强

激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多,它几乎是一束平行线。如果把激光发射到月球上去,历经 38.4 万公里的路程后,也只有一个直径为 2km左右的光斑。

单色性好:

受激辐射光(激光)是原子在发生受激辐射时释放出来的光,其频率组成范围非常狭窄,通俗一点讲, 就是受激辐射光单色性非常好, 激光的 “颜色” 非常的纯 (不同颜色, 实际就是不同频率) 。激光的单色性是实现激光加工的重要因素。我们可以通过简单的物理实验来说明这个问题。

二 . 测量原理

[1 ]

激光测量系统

用激光测量系统采集所有的值,从而来确定行驶机构的参数以及行驶机构调节所需的值。

结构

通常车轮定位仪拥有四个激光测量单位。按照设备的配备情况,包含用来测量行驶结构参数的激光。

激光固定在一个稳定的支架上。支架安装在前轴范围的槽盖板上以及后轴范围行驶单元的安装板上,使测量系统能够与行驶单元一起带到所希望的轮距。测量转向角时需要 2 个激光单元。其在水平面线上发射激光束到轮边上,外倾角的测量另外需要第二个激光传感器,其向轮边上发射垂直方向的激光束。为了保护人员及敏感的激光,在测量单元的周围用塑钢和板做的保护架。通常安装在槽边或槽盖板上。其向定位仪的中心方向是开的,避免机械影响。激光保护装置的大小在定位仪的位置来确定前测量单元是固定的。其大小比后面容易确定,因为在轮距调节时后测量单元一起运动。

功能

不同测量任务的激光可以额外的加入系统中射向轮胎侧面的激光束受到反射并经过折射镜以及透镜在 CCD 条上形成图象。这样不仅可以用高精度来测量轮胎轮廓,而且可以测量激光单元到轮胎的距离。在获取转向及外倾角时,所有激光测量单元的测量值都是在转动的轮胎上进行的并算出平均值,该值再经过由“方向盘水平仪”获得系数来校正,并对调节作出显示。转向测量是必须的,因为轮胎的标符或可能的不平衡会强烈改变调节用的相应的测量结果。与静态测量方式相比其优点较大。出于安全的原因,调节时轮胎是静止的。激光测量系统必须在调试时及以后规定的时间间隔以及怀疑测量结果的不正确性时进行标定。

转向角和外倾角测量原理

测量单元的激光传感器按三角测量原理来工作。每一个激传感器通过 perceptron  公司的标定数据,在用来定义固定面的坐标系上来标定。轮中心点的转向角,外倾角及坐标相对于测量单元的坐标系来确定。该坐标系统由激光传感器的固定面来定义。为了对四个测量单元的坐标系统统一定向,采用生产的标定架。标定架可模拟转向角及外倾角均为 0 的“理想车辆”。设备标定时,标定架装在设备上并采集测量值。这些测量值用做稍后测量的参考值。测量中所采集的原值与参考值相减而获得所显示的测量值,例如某一车辆的原值与标定架的相同,则所有的测量值显示为 0。

激光系统的标定必须每星期进行,标定架通过两个销在标定架支座相应的孔中装上后,需要检查标定架是否是水平的。 用来检查的是在标定架上的三个水平仪。 偏差不超过标记的距离是允许的,另外还要检查测量单元的高度。

三. 核心部件

CCD(ChargeCoupledDevices )既光电荷耦合器件,它的突出特点是以电荷为信号的载体,是一种图像传感器,大部分数码像机采用的就是 CCD摄像器件。应用在四轮定位仪上的 CCD一般为线阵结构。当光线照射到 CCD上的像敏单元时,产生信号电荷,信号电荷在外部肪冲的使用下的输出,并由传感器上的微电脑处理器进行采集处理,根据被照射像敏单元的位置,就可准确的计算出入射光的角度,从而计算出前束角度。由于 CCD上的像敏单元人布均匀,其线性度非常好,因此测量精度高。另外,由于 CCD的测量范围大,因此在测量主销角度时可利用 CCD来测量转向角。这就是采用 CCD传感器的四轮定位仪不需要电子转盘来自动测量主销角度的原因。CCD传感器的主要优点在于线性好,因而测量精度高,测量范围大,测量主销角度时无需电子转盘即可自动读出。同时,由于 CCD输出的为数字信号,无需 AD转换,线性度也得到了保证,所以其抗扰力强,不会受到外界环境温度等因素的影响,使系统的误差降低到最少。

CCD的特点如下: 1 、位置分辨率高: 14μm×14μm,光谱响应宽: 380-1100nm;2 、响应速度快: 5ms ;3、系统稳定可靠,低功耗,使用寿命长; 4 、全八束测量,无须电子转盘。

四.总结

  1. 优点

3D激光四轮定位仪

激光测量方式

3D激光四轮定位仪

拉线式四轮位仪的测量方式

通过上面图解的对比,激光测量式的四轮定位仪具有比较明显的优势:

传统四轮定位仪相比,大大减少了传感器数量,不必进行反复标定,只需一次标定即可重复使用,操作简单,检测速度快、精度高非接触式的激光前轮校,能减少轮胎和设备的磨损不需要增加其他辅助设备就可以做其他大量的测量(如前束,外倾,主销,高度,最大转向角)通过非接触测量,维护简单,故障处理容易可以有各种颜色的激光测量完成高质量的重复性测量要求

2. 缺点

由于激光是以垂直的直线输出,虽然方向性好,但激光的束角测量范围也小,因光点与刻度的关系,而且激光很容易受外界干扰,因此用激光做光源应用于四轮定位仪并不理想。并且激光对人眼视力有一定伤害,得不到安全保证。