Преимущества и недостатки систем измерения на основе 3D технологии

Во второй половине 90-х годов компания Hunter Engineering создала измерительную систему нового поколения. Эта измерительная система была основана на принципе обработки изображения мишени со специальным рисунком, установленной вместо обычного датчика. Изображение мишеней снималось с помощью цифровых видеокамер и обрабатывалось с помощью высокоскоростного процессора ПК. Впоследствии эти системы стали называть системами на основе 3D (трехмерной) технологии. Родоначальником этой технологии является совместный семилетний труд разработчиков компаний John BEAN и SNAP-ON.

    Главным преимуществом этой идеи стала простота реализации, быстрота и точность вычислений. Главная работа по вычислению углов легла на программное обеспечение стенда. От работников сервиса требуется только поддержание чистоты мишеней и видеокамер.

    Так что же за 3D-технология? Если выразиться в двух словах, то методика измерений основывается на свойствах предметов при их наблюдении в перспективе и ракурсе. Зная форму, а так же реальный и видимый размеры некоторого предмета, можно рассчитать расстояние до предмета и угол, на который он повернут. Использование современных ПК и соответствующего программного обеспечения дает возможность вычислять расстояние до предмета, удаленного от "электронного глаза" на расстояние 8-10 м, с погрешностью менее 1 мм. В качестве электронного глаза в 3D-системе используются CCD видеокамеры с высоким разрешением. В стендах компании John BEAN используются на мишенях предметы (метки) круглой формы, на стендах компании Hunter Engineering - треугольные. Мишени (пластиковые отражатели, не содержащий никакой электроники, не боящиеся падений и не требующие калибровки) устанавливаются на колеса автомобиля, что обеспечивает их связь с положением элементов подвески и рулевого управления. Инфракрасные датчики требуют питания, поэтому они подключаются к консоли либо с помощью проводов, либо содержат аккумуляторы. Оба решения имеют ряд преимуществ и недостатков. 3D-стендам не требуется ни аккумуляторов, ни проводов.

    Производится позиционирование - процедура определения пространственной ориентации осей вращения колес автомобиля. В традиционных стендах с измерительными датчиками (сложными электронными приборами, сравнимыми с компьютером, которые к тому же является средством измерения) позиционирование производится после выполнения компенсации биения дисков, что требует вывешивания колес автомобиля. В 3D-стендах система "колесо-мишень" поворачивается путем перемещения автомобиля назад на небольшое расстояние (20-30 см). При этом каждая метка мишени движется по окружности, центр которой лежит на оси вращения колеса. Измерительная система стенда определяет траектории перемещения всех меток мишени и рассчитывает координаты стольких же точек оси вращения, что позволяет с высокой точностью определить ее пространственное положение. Все четыре колеса компенсируются одновременно. После этого автомобиль возвращается в исходное положение, а затем немного прокатывается вперед, происходит еще одно вычисление 3D-координат осей вращения всех колес. Результаты обоих вычислений сравниваются, и если программа обнаруживает отличия, то предлагает повторить процедуру. Так полностью исключается возможность ошибки. Эта процедура на стендах 3D производится быстрее и точнее, чем на традиционных стендах, что, несомненно, является еще одним неоспоримым преимуществом.

    После позиционирования осей вращения всех четырех колес строится трехмерная компьютерная модель плоскости автомобиля. Углы установки колес и прочие параметры подвески вычисляются относительно этой плоскости. При этом абсолютно не имею значения неровности пола или параллельность платформ подъемника относительно друг друга и пола. Это еще один плюс в пользу применения 3D-стендов. Помимо информации об ориентации колес 3D-система позволяет получить исчерпывающую информацию о геометрии подвески и кузова - определить диагональные размеры, колесную базу слева и справа, вылет задних колес относительно передних и т.д. Это особенно актуально при восстановительном ремонте аварийных автомобилей. Изменение положения колес достигается регулировкой элементов подвески и рулевого управления, воздействующей на положение оси вращения колеса.

    Новая технология позволила существенно повысить надежность оборудования, скорость, и (косвенно) его точность. Дело в том, что в инфракрасных системах из-за различных механических и других процессов в преобразователях схождения и развала меняются характеристики, в частности у них "уходит" ноль. Поэтому все инфракрасные системы, независимо от производителя, требуют выполнения калибровки в профилактических целях с периодичностью полгода-год. Измерительные системы на основе 3D технологии параметры избавлены от этого недостатка.

Недостатки 3D-технологии

    Основными недостатками 3D систем является то, что они работают на ограниченном диапазоне высот подъемника, т.е. существует минимальная и максимальная высота подъема. При выходе из этого диапазона мишени выпадают из поля зрений камер и регулировка невозможна. Также 3D стендам требуется жесткое крепление и около двух метров свободного пространства перед подъемником.
    Существуют технические решения (измерительная система DSP600L) по вертикальному перемещению балки, что позволяет избавиться от первого недостатка, однако это увеличивает стоимость стенда.

3D-системы Hunter Engineering

    Компания Hunter выпускает две 3D измерительных системы: DSP400 и DSP600. Более ранняя модель DSP400, появившаяся в 1998 году имеет собственный вычислительный процессор и передает на консоль уже обработанные данные по углам. Благодаря этому, система DSP400 может подключаться как к 511, так и к 811 консолям.

    Система DSP600, выпущенная в 2002 году, использует четыре камеры, которые передают изображение непосредственно на компьютер класса Pentium 4 по шине USB 2.0. Благодаря использованию мощного компьютера скорость работы камер заметно увеличилась. Других принципиальных различий между DSP400 и DSP600 нет.

    Кроме того патент США № 5,724,128, выданный компании Hunter Engineering, называется "Оборудование и методы определения углов установки колес из трехмерного положения и ориентации колес".

    Как видно из рисунка на титульной странице патента, речь в нем идет именно о стенде с "камерами" и "мишенями".

Заключение

    Стоимость 3D-стендов пока еще высока, что объясняется новаторством технологий в этой области, за что приходится платить. Но традиционные стенды с каждым днем все больше уступают технологии 3D, да и 3D-технологии скоро станут привычными и полностью вытеснят традиционные технологии. 3D-стенды имеют тенденцию дешеветь и когда-нибудь войдут в ценовую нишу современных инфракрасных, а может даже и кордовых стендов, но покупая сегодня такой стенд Вы можете быть уверены в том, что и через 10 лет он не потеряет актуальность и точность его измерений будет удовлетворять все возрастающим требованиям автопроизводителей.