ITTO20100377A1 - Sistema, e relativo metodo, di determinazione dell'allineamento delle ruote di un veicolo - Google Patents

Sistema, e relativo metodo, di determinazione dell'allineamento delle ruote di un veicolo Download PDF

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ITTO20100377A1
ITTO20100377A1 IT000377A ITTO20100377A ITTO20100377A1 IT TO20100377 A1 ITTO20100377 A1 IT TO20100377A1 IT 000377 A IT000377 A IT 000377A IT TO20100377 A ITTO20100377 A IT TO20100377A IT TO20100377 A1 ITTO20100377 A1 IT TO20100377A1
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IT
Italy
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Piero Cerruti
Fausto Manganelli
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Space S R L Con Unico Socio
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Description

“SISTEMA, E RELATIVO METODO, DI DETERMINAZIONE DELL'ALLINEAMENTO DELLE RUOTE DI UN VEICOLOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema, e ad un relativo metodo, per la determinazione dell’allineamento delle ruote di un veicolo.
Sono noti sistemi di determinazione dell’allineamento delle ruote di un veicolo, in particolare un autoveicolo, che consentono una misurazione automatica di uno o più angoli caratteristici delle ruote, ad esempio gli angoli di convergenza e campanatura, al fine di verificare un corretto allineamento reciproco delle ruote stesse. In modo noto, infatti, uno scorretto allineamento può essere causa di un’eccessiva o non omogenea usura delle ruote, ed inoltre può causare problemi nella guidabilità e nella stabilità del veicolo.
I sistemi di determinazione dell’allineamento delle ruote di un veicolo sono in generale configurati per rilevare l’orientamento del piano di ciascuna ruota rispetto ad un’unica terna ortonormale presa come riferimento (si noti che con “piano della ruota†si intende qui il piano in cui giace una superficie laterale esterna della ruota), in modo da consentire l’esecuzione di opportune azioni correttive per ripristinare l’allineamento reciproco delle ruote.
In particolare, alcuni sistemi prevedono l’utilizzo di elementi di rilevazione degli angoli caratteristici, o comunque di opportuni elementi sensibili, direttamente accoppiati alle ruote del veicolo tramite appositi strumenti di aggancio (cosiddette “graffe†), in modo da individuarne la geometria dell’assetto; in questo caso, per evitare il danneggiamento degli elementi sensibili, à ̈ richiesta una notevole cura nel loro montaggio sulle ruote.
Altri sistemi spostano il punto di osservazione al di fuori dal veicolo, in modo tale da definire un sistema di riferimento fisso rispetto a quello dell’assetto, mediante l’osservazione delle variazioni angolari delle ruote attraverso uno o più dispositivi di acquisizione di immagini svincolati dall’orientamento del veicolo stesso. In particolare, alcuni sistemi prevedono il posizionamento dei dispositivi di acquisizione di immagini direttamente sul ponte sollevatore (atto a sollevare, in modo noto, il veicolo sotto osservazione); altri sistemi prevedono il posizionamento degli stessi dispositivi di acquisizione di immagini su strutture fisse, o dotate di movimento proprio, disposte a distanza e svincolate sia dal veicolo, sia dal ponte sollevatore. Nel primo caso, i dispositivi di acquisizione di immagini seguono i movimenti del ponte sollevatore ma, per questo, ne devono compensare dinamicamente le deformazioni; nel secondo caso, i dispositivi di acquisizione di immagini si devono asservire al ponte mediante movimenti controllati in modo da mantenere il puntamento sulle ruote, ma non hanno la necessità di compensarne le deformazioni.
Solitamente, tali sistemi utilizzano opportuni bersagli (cosiddetti “target†) accoppiati alle ruote del veicolo in modo tale da metterne in evidenza rotazione e posizione nello spazio.
In particolare, i bersagli presentano una superficie piana su cui sono raffigurate immagini bidimensionali di forme svariate, che possano essere riconosciute dai dispositivi di acquisizione di immagini. Un dispositivo di elaborazione accoppiato ai dispositivi di acquisizione di immagini esegue generalmente una operazione cosiddetta di “best fit†tra geometrie di immagini bidimensionali individuate su una superficie genericamente piana facente parte del target reale, e le immagini bidimensionali che i dispositivi di acquisizione immagini forniscono nel loro sistema di riferimento. Questa operazione consente di determinare dinamicamente l’orientamento del bersaglio nello spazio, e quindi di definire roto-traslazioni elementari relative al movimento lineare ed angolare di ciascuna ruota all’interno di un unico sistema di riferimento (ad esempio il sistema di riferimento del veicolo). In seguito, tali roto-traslazioni elementari, messe opportunamente in relazione tra loro, vengono utilizzate per la definizione di ulteriori rotazioni e traslazioni, più complesse, che riguardano più specificamente le caratteristiche di assetto ed allineamento del veicolo.
Se pur vantaggiosi per alcuni aspetti, tali sistemi presentano l’inconveniente di richiedere un sistema stereo per l’acquisizione delle immagini, il che comporta la presenza di una pluralità di dispositivi di acquisizione di immagini, e di immagini acquisite, per ogni bersaglio osservato. In alternativa, nel caso si utilizzi un unico dispositivo di acquisizione di immagini, risulta necessaria l’esecuzione di una opportuna procedura di riconoscimento dell’orientamento del bersaglio rispetto all’unico dispositivo di acquisizione di immagini, mediante l’osservazione del bersaglio durante un’opportuna movimentazione (ad esempio in avanti ed all’indietro, cosiddetta operazione di “run-out†) del veicolo, oppure durante un’opportuna movimentazione del bersaglio stesso. Inoltre, l’acquisizione delle caratteristiche geometriche del bersaglio bidimensionale risulta difficoltosa al variare dell’inclinazione del bersaglio stesso, e ciò comporta una non uniformità nella accuratezza delle misure eseguite.
È dunque sentita nel settore l’esigenza di sviluppare un sistema di determinazione dell’orientamento delle ruote di un veicolo che presenti una maggiore risoluzione e precisione delle misure angolari, non preveda la necessità di eseguire specifiche manovre di spostamento del veicolo allo scopo di identificare l’orientamento dei bersagli, ed inoltre presenti una semplice ed economica implementazione.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema di determinazione dell’orientamento delle ruote di un veicolo, che consenta di risolvere, in tutto o in parte, le problematiche sopra evidenziate e di soddisfare la suddetta esigenza.
Secondo la presente invenzione vengono pertanto forniti un sistema ed un metodo di determinazione dell’orientamento delle ruote di un veicolo, sostanzialmente come descritti nelle rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 19.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un sistema di allineamento delle ruote di un veicolo, secondo un aspetto della presente invenzione;
- le figure 2a e 2b mostrano rispettivamente una vista in pianta ed una vista frontale di parti di un bersaglio tridimensionale utilizzato nel sistema di figura 1;
- le figure 3a e 3b mostrano viste prospettiche schematiche del bersaglio accoppiato alla ruota di un veicolo, in presenza di differenti angoli di orientamento della stessa ruota;
- la figura 4 mostra un diagramma di flusso di operazioni di determinazione dell’orientamento eseguite da un’unità di elaborazione del sistema di figura 1 ed utilizzate per la determinazione dell’assetto di un veicolo;
- la figura 5 mostra un diagramma schematico relativo alla disposizione reciproca di sistemi di riferimento associati al bersaglio ed a un dispositivo di cattura immagini, che ne riprende l’immagine bidimensionale;
- le figure 6 e 7a-7b sono viste prospettiche di ulteriori forme di realizzazione di un bersaglio utilizzato nel sistema di figura 1;
- la figura 8 mostra una vista prospettica di ancora una ulteriore forma di realizzazione di un bersaglio, di tipo attivo, utilizzabile nel sistema di figura 1; e
- la figura 9 mostra una rappresentazione schematica di un sistema di allineamento delle ruote di un veicolo, secondo una differente forma di realizzazione della presente invenzione.
La figura 1 mostra un sistema, indicato nel suo insieme con 1, per la determinazione dell’orientamento delle ruote 2 di un veicolo 3 (mostrato schematicamente). Nell’esempio illustrato, il veicolo 3 à ̈ un autoveicolo dotato di quattro ruote 2, disposte a coppie sui lati sinistro e, rispettivamente, destro rispetto ad un asse longitudinale A del veicolo stesso; il veicolo 3 à ̈ mostrato disposto su un ponte sollevatore 4, di tipo per sé noto e mostrato schematicamente.
Il sistema 1 comprende una pluralità di bersagli 5, qui mostrati schematicamente e la cui struttura e funzione verranno descritte in dettaglio nel seguito, in numero pari al numero delle ruote 2, ciascun bersaglio 5 essendo accoppiato meccanicamente ad una rispettiva ruota 2 tramite un elemento di aggancio, o “graffa†(qui non illustrato); tale elemento di aggancio può essere ad esempio realizzato come descritto nei modelli di utilità italiani IT-0000254272 e IT-0000254273, a nome della stessa richiedente.
Il sistema 1 comprende inoltre un primo ed un secondo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b, ad esempio costituiti da telecamere, disposti, rispettivamente, sul lato destro e sul lato sinistro del veicolo 3 rispetto all’asse longitudinale A. In particolare, il primo dispositivo di cattura immagini 6a à ̈ disposto in modo tale che una rispettiva area di visione includa le ruote 2 del lato sinistro del veicolo 3; analogamente, il secondo dispositivo di cattura immagini 6b à ̈ disposto in modo tale che una rispettiva area di visione includa le ruote 2 del lato destro dello stesso veicolo 3. In particolare, i dispositivi di cattura immagini 6a, 6b sono disposti rispetto al veicolo 3 ed alle relative ruote 2, in modo tale che ciascun bersaglio 5 sia inquadrato da uno solo degli stessi dispositivi di cattura immagini 6a, 6b.
Ciascun dispositivo di cattura immagini 6a, 6b presenta un rispettivo sistema di riferimento immagine SdRtel, definito da una terna di assi ortogonali xtel, ytel, ztel, in cui gli assi trasversali xtele yteldefiniscono il piano immagine associato alle immagini bidimensionali catturate dal rispettivo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b (il piano cioà ̈ in cui le dimensioni degli oggetti vengono valutate in numero di pixel), e l’asse ortogonale ztelcoincide con l’asse ottico dello stesso dispositivo di cattura immagini 6a, 6b.
Nella forma di realizzazione illustrata, il primo ed il secondo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b sono portati da una stessa struttura di supporto 7, includente una traversa orizzontale, che porta gli stessi dispositivi di cattura immagini 6a, 6b in corrispondenza di rispettive porzioni di estremità; la struttura di supporto 7 à ̈ configurata in modo da consentire un posizionamento automatico o manuale dei dispositivi di cattura immagini 6a, 6b rispetto al veicolo 3 (o, in maniera analoga, rispetto al ponte sollevatore 4). In alternativa, in maniera qui non illustrata, i dispositivi di cattura immagini 6a e 6b possono essere vincolati a rispettive strutture verticali, svincolate tra di loro, ad esempio con la possibilità di scorrere verticalmente per potersi asservire alla posizione di assestamento del ponte sollevatore 4; o possono essere vincolati al ponte sollevatore 4 stesso in modo da seguirne i movimenti.
Il sistema 1 comprende inoltre un dispositivo di elaborazione 8, ad esempio nella forma di un personal computer o di un qualunque altro dispositivo elaboratore dotato di un processore o analogo strumento di calcolo, operativamente accoppiato al primo ed al secondo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b; in particolare, il dispositivo di elaborazione 8 à ̈ collegato al primo dispositivo di cattura immagini 6a per il tramite di una prima interfaccia di comunicazione 9a, configurata in modo da implementare un trasferimento di dati, wireless o cablato (con una qualunque tecnica di per sé nota); ed à ̈ collegato al secondo dispositivo di cattura immagini 6b per il tramite di una seconda interfaccia di comunicazione 9b, anch’essa configurata in modo da implementare un trasferimento di dati wireless o cablato (nuovamente, con una qualunque tecnica nota). Come sarà descritto in dettaglio in seguito, il dispositivo di elaborazione 8 à ̈ configurato in modo da elaborare le immagini bidimensionali fornite dai dispositivi di cattura immagini 6a, 6b, riferite ai rispettivi sistemi di riferimento immmagine, al fine di determinare le caratteristiche di orientamento nello spazio delle ruote 2 del veicolo 3.
Nella forma di realizzazione illustrata, il sistema 1 comprende inoltre una struttura di accoppiamento 10, che verrà anch’essa descritta in dettaglio nel seguito, configurata in modo da assicurare il mantenimento di una relazione desiderata di reciproco posizionamento ed orientamento tra i sistemi di riferimento immagine SdRtelassociati ai dispositivi di cattura immagine 6a, 6b, in modo tale che risulti possibile mettere in relazione le relative misure angolari, e determinare così le caratteristiche di allineamento delle ruote 2 in un unico sistema di riferimento in comune (ad esempio, il sistema di riferimento del veicolo 3).
Secondo un aspetto della presente invenzione, si faccia anche riferimento alle figure 2a, 2b ed alle successive figure 3a, 3b, ciascun bersaglio 5 presenta una particolare geometria tridimensionale “reale†, tale da consentire l’individuazione di grandezze vettoriali disposte secondo una disposizione tridimensionale nota, ed in particolare l’individuazione di una terna di assi ortogonali associata all’orientamento dello stesso bersaglio 5, identificabile anche mediante l’elaborazione di una singola immagine bidimensionale proveniente da un unico dispositivo di cattura immagini (e senza l’esecuzione di manovre di “run-out†).
In particolare, ciascun bersaglio 5 à ̈ costituito da una pluralità di elementi di bersaglio 12, anch’essi aventi una forma tridimensionale, disposti nel loro complesso a formare la struttura tridimensionale dello stesso bersaglio 5, ed aventi una forma geometrica tale da consentirne un agevole riconoscimento all’interno delle immagini bidimensionali riprese dai dispositivi di cattura immagini 6a, 6b.
Un esempio (non limitativo) di bersaglio 5 viene mostrato schematicamente nelle suddette figure 2a, 2b e 3a, 3b; nella forma di realizzazione illustrata, il bersaglio 5 à ̈ costituito da due anelli circolari concentrici di elementi di bersaglio 12, disposti l’uno all’interno dell’altro (un primo anello, esterno, avendo un diametro d1maggiore rispetto ad un secondo anello, interno, avente diametro d2). I due anelli circolari sono disposti su due piani distinti, tra loro paralleli e sovrapposti, ed i rispettivi centri O1, O2sono separati da una distanza h.
In particolare, gli elementi di bersaglio 12 sono tra di loro angolarmente equispaziati lungo la circonferenza del rispettivo anello circolare esterno o interno. Nella forma di realizzazione illustrata, l’anello esterno à ̈ costituito ad esempio da dodici elementi di bersaglio 12 (che nelle suddette figure 2a, 2b vengono identificati con riferimenti numerati in senso antiorario ed indicati con Ti, 1 < i < 12), mentre l’anello interno à ̈ costituito da otto elementi di bersaglio 12 (anch’essi numerati in senso antiorario nelle suddette figure 2a, 2b ed indicati con Ti', 13 < i' < 20); di conseguenza, gli elementi di bersaglio 12 dell’anello esterno sono disposti tra loro ad una prima distanza angolare, nell’esempio pari a 30°, mentre gli elementi di bersaglio 12 dell’anello interno sono disposti tra loro ad una seconda distanza angolare, minore della prima, nell’esempio pari a 45°.
Ciascun elemento di bersaglio 12 presenta, come precedentemente evidenziato, una forma geometrica tridimensionale, in particolare sferica; vantaggiosamente, tale forma sferica fa sì che gli stessi elementi di bersaglio 12 mantengano invariata la loro forma all’interno di immagini bidimensionali inquadrate sotto una qualunque angolatura (all’interno di un dato intervallo angolare), risultando in tal modo facilmente individuabili; in particolare, il relativo centro geometrico, nel seguito definito “centro sfera†, risulta facilmente individuabile in tali immagini bidimensionali. Infatti, le sfere presentano caratteristiche di isotropia sia rispetto alla forma, sia rispetto alla riflessione. Dato che la loro forma rimane circolare, si può dunque risalire alla posizione del singolo elemento di bersaglio 12 anche nel caso in cui, per effetto dell’angolazione dell’inquadratura, esso rimanga parzialmente coperto da altri elementi di bersaglio. Inoltre, eventuali riflessioni sulla superficie provocate da fonti di luce presenti nell’ambiente di misura, si presentano per tutti gli elementi di bersaglio 12, data la loro forma sferica, in una stessa posizione (tipicamente centralmente, se l’illuminazione principale à ̈ coassiale rispetto all’asse ottico dei dispositivi di cattura immagine 6a, 6b); gli effetti dovuti a tali riflessioni risultano quindi facilmente eliminabili mediante post-elaborazione.
In particolare, al bersaglio 5 à ̈ possibile associare una terna di assi ortogonali Xtrg, Ytrg, Ztrgdefinenti un sistema di riferimento bersaglio SdRtrg, il cui orientamento nello spazio corrisponde all’orientamento della ruota 2 a cui lo stesso bersaglio 5 à ̈ solidalmente accoppiato.
In dettaglio, all’interno del bersaglio 5 viene individuata una terna di vettori, ortogonali tra loro, allineati ciascuno lungo un rispettivo degli assi ortogonali Xtrg, Ytrg, Ztrg. In particolare, viene individuato un vettore ortogonale vztrgcorrispondente al vettore congiungente i due centri O1, O2degli anelli circolari esterno ed interno formati dagli elementi di bersaglio 12. Si noti a questo riguardo che nella forma di realizzazione descritta, à ̈ vantaggiosa la disposizione degli elementi di bersaglio 12 sui due anelli concentrici posizionati su due piani paralleli; infatti, nonostante i due anelli, a causa dell’inclinazione del bersaglio 5 possano apparire sul piano immagine come due ellissi, i relativi centri O1, O2sono sempre identificabili, ed il vettore congiungente tali centri O1, O2risulta sempre l’immagine del vettore ortogonale vztrgassociato all’asse Ztrgdel bersaglio reale 5. Ne consegue che, la determinazione dello spostamento dei centri O1, O2consente di determinare l’inclinazione di tale asse Ztrg.
Inoltre, il fatto che le immagini delle sfere debbano sempre risultare sovrapponibili alle due ellissi consente di catturare e correggere eventuali errori commessi durante l’elaborazione dell’immagine, ad esempio a causa di rumore che si sovrappone inevitabilmente alla scena. A questo proposito, le posizioni restituite dall’algoritmo di elaborazione dell’immagine vengono corrette in modo che si avvicinino il più possibile all’ellisse che interpola la posizione delle sfere per le quali il processo di elaborazione dell’immagine ha restituito un errore di forma inferiore ad una soglia prefissata. Questa operazione di correzione fornisce più stabilità alla posizione delle sfere sul piano immagine e quindi alla misura. In particolare, risulta a questo riguardo vantaggiosa la forma sferica degli elementi di bersaglio 12, consentendo di applicare algoritmi di valutazione del fattore di forma (la forma degli elementi di bersaglio 12 deve infatti risultare circolare all’interno dell’immagine bidimensionale).
All’interno dello stesso bersaglio 5 vengono inoltre individuati un primo ed un secondo vettore trasversale vxtrg, vytrgin funzione della posizione di specifici elementi di bersaglio 12. Ad esempio, il primo vettore trasversale vxtrgcorrisponde al vettore congiungente i centri sfera degli elementi di bersaglio 12 dell’anello circolare esterno indicati con i riferimenti T4 e T10 nelle suddette figure 2a,2b e 3a,3b (allineati lungo l’asse Xtrg), mentre il secondo vettore trasversale vytrgcorrisponde al vettore congiungente i centri sfera degli elementi di bersaglio 12, nuovamente appartenenti all’anello circolare esterno, indicati con i riferimenti T1 e T7 (allineati lungo l’asse Ytrg); i vettori trasversali vxtrg, vytrgsono dunque vettori tra loro ortogonali e giacenti nel piano degli elementi di bersaglio 12 dell’anello circolare esterno. Nel seguito, si farà riferimento ai suddetti vettori vxtrg, vytrgvztrgcome ai “vettori bersaglio†(in quanto associati alla struttura reale del bersaglio 5).
Al fine di agevolare l’individuazione degli elementi del bersaglio 12 definenti i vettori trasversali vxtrg, vytrgnelle immagini bidimensionali che vengono acquisite dai dispositivi di cattura immagini 6a, 6b, il bersaglio 5 può vantaggiosamente comprendere uno o più elementi di riferimento 14 che ne indicano l’orientamento, anch’essi aventi una geometria tridimensionale, ed in particolare una forma sferica, ad esempio con diametro inferiore rispetto agli elementi di bersaglio 12 (così da essere facilmente riconoscibili). Nell’esempio illustrato nelle suddette figure 2a, 2b e 3a, 3b à ̈ presente un unico elemento di riferimento 14, disposto in corrispondenza dell’elemento di bersaglio 12 indicato con il riferimento T13, sul piano dell’anello circolare interno. È tuttavia evidente che il numero di elementi di riferimento 14 può variare (ed essere in particolare maggiore di uno), così come può variare la loro disposizione spaziale. Opportuni elementi di riferimento 14, disposti in posizioni prestabilite rispetto agli elementi di bersaglio 12, possono inoltre essere utilizzati per distinguere i bersagli 5 associati al lato destro, da quelli associati al lato sinistro del veicolo 3, rispetto all’asse longitudinale A.
In alternativa, o eventualmente in aggiunta, rispetto all’utilizzo degli elementi di riferimento 14, e nuovamente al fine di agevolare l’individuazione della terna di assi ortogonali Xtrg, Ytrg, Ztrgassociata al bersaglio 5, nel sistema 1 può essere previsto l’utilizzo di un apposito codice di colori associato agli elementi di bersaglio 12 (o di altri strumenti di identificazione univoca di ciascuno degli elementi di bersaglio 12). Ad esempio, gli elementi di bersaglio 12 appartenenti all’anello circolare esterno possono avere colorazioni tra loro differenti (o differenti gradazioni, sfumature o contrasto di colore), secondo un codice prestabilito, che consenta di riconoscerne il posizionamento reciproco. Con il codice dei colori mostrato a titolo di esempio nelle figure 3a, 3b, à ̈ possibile identificare ciascuno degli elementi di bersaglio 12, mediante l’osservazione di sequenze di tre, o al più di quattro, nei casi ambigui, elementi di bersaglio 12 tra loro consecutivi lungo il rispettivo anello circolare. In maniera sostanzialmente analoga, può inoltre essere previsto l’utilizzo di caratteristiche geometriche differenti per gli elementi di bersaglio 12 (ad esempio, i vari elementi di bersaglio 12 possono essere costituiti da sfere di diametro differente). Risulta in ogni caso possibile individuare l’orientamento assoluto del bersaglio 5 da parte del dispositivo di cattura immagini 6a, 6b, nel relativo sistema di riferimento.
In uso, si faccia particolare riferimento alle figure 3a, 3b, il bersaglio 5 viene accoppiato ad una rispettiva ruota 2 del veicolo 3, mediante l’utilizzo di un apposito elemento di aggancio (graffa), in modo che possa assumere l’orientamento desiderato (ad esempio, in modo tale che il piano definito dagli assi Ytrg, Ztrgapprossimi quello parallelo al piano della ruota stessa, e l’asse Xtrgne approssimi la normale). La relazione tra il sistema di riferimento del bersaglio e quello della ruota viene garantito per costruzione o mediante l’esecuzione di una opportuna procedura di calibrazione e taratura.
In particolare, la figura 3b mostra l’effetto di una differente angolazione della ruota 2 del veicolo 3, che à ̈ ruotata di un dato angolo rispetto alla disposizione mostrata in figura 3a; si noti come siano variati di conseguenza l’orientamento del bersaglio 5 associato alla stessa ruota 2 e della terna di assi ortogonali, qui indicati con X'trg, Y'trg, Z'trg, del relativo sistema di riferimento bersaglio SdRtrg'.
Vengono ora descritte le operazioni svolte dall’unità di elaborazione 8 del sistema 1, per determinare l’allineamento delle ruote 2 del veicolo 3, facendo anche riferimento al diagramma di flusso di figura 4.
In una prima fase, indicata con 20, il primo ed il secondo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b riprendono i rispettivi bersagli 5 ed inviano le immagini bidimensionali acquisite nei rispettivi sistemi di riferimento immagine SdRtel(contenenti, in modo noto, un insieme di pixel rappresentativi delle immagini catturate), all’unità di elaborazione 8 tramite le rispettive interfacce 9a, 9b.
Quindi, in una successiva fase 21, il dispositivo di elaborazione 8 esegue un’elaborazione digitale delle immagini bidimensionali di ciascun bersaglio 5 al fine di individuare la posizione di elementi del bersaglio 12, ritenuti significativi, che individuano cioà ̈, in modo prestabilito, la terna ortonormale associata allo stesso bersaglio 5; in particolare, il dispositivo di elaborazione 8 individua le proiezioni sul piano immagine dei vettori bersaglio vxtrg, vytrg, vZtrg, nel seguito indicate rispettivamente con vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj(e definite come “vettori proiezione†).
In maggiore dettaglio, il dispositivo di elaborazione 8, individuate le posizioni dei centri sfera degli elementi di bersaglio 12, determina la posizione dei vettori proiezione vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prjnell’immagine bidimensionale acquisita (utilizzando i criteri precedentemente descritti), e ne determina quindi la dimensione (in termini di numero di pixel). In particolare, per ciascuno dei suddetti vettori proiezione, il dispositivo di elaborazione 8 ne calcola le dimensioni (Δxpix, Δypix)i nel piano immagine, espresse come numero di pixel lungo gli assi trasversali Xteled Yteldello stesso piano immagine (l’indice i indica qui il relativo vettore proiezione, scelto tra vxtrg_prj, vytrg_prjo vztrg_prj). Le dimensioni degli stessi vettori proiezione espresse nell’unità di misura di lunghezza prescelta, ad esempio in mm, verranno in seguito indicate con (Δxmm, Δymm)i.
In particolare, sono note le dimensioni reali dei vettori bersaglio vxtrg, vytrg, vztrgnella stessa unità di misura di lunghezza (in quanto sono note, da progetto, le dimensioni geometriche del bersaglio 5); tali dimensioni reali, ad esempio espresse in mm, sono nel seguito indicate con Δxtrg, Δytrg, Δztrg.
In una fase successiva 22, il dispositivo di elaborazione 8 determina dunque l’orientamento dei bersagli 5 nel rispettivo sistema di riferimento immagine SdRtel, utilizzando le informazioni precedentemente acquisite, ed inoltre determina la distanza D tra il centro del bersaglio 5 ed il piano immagine del relativo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b, calcolata lungo l’asse ottico ztel.
In dettaglio, per ciascun bersaglio 5, viene definita una matrice di rotazione MatRrottrg, che trasforma una terna di vettori di lunghezza nota, ad esempio espressa in mm, nel sistema di riferimento bersaglio SdRtrgdel bersaglio 5 in un’altra terna di vettori di lunghezza desumibile, anch’essa ad esempio espressa in mm, nel sistema di riferimento immagine SdRteldel dispositivo di cattura immagini 6a, 6b; in altre parole, la matrice di rotazione MatRotTrgimpone una rotazione attraverso la quale un vettore individuato sul bersaglio reale, ed espresso ad esempio in mm, viene proiettato su un piano parallelo al piano immagine, passante per il centro del bersaglio, e ne determina le dimensioni, nella stessa unità di misura.
Applicando considerazioni geometriche, che saranno meglio comprese facendo anche riferimento al diagramma di figura 5, à ̈ possibile dimostrare che la suddetta matrice di rotazione MatRotTrgpuò essere espressa nel seguente modo:
bx=-sin(β)*cos(γ)+ cx=sin(β)*sin(γ))+ ax=cos(α)*cos(β) sin(α)*cos(β)*sin(γ) sin(α)*cos(β)*cos(γ) by=cos(β)*cos(γ)+ cy=-cos(β)*sin(γ)+ ay=cos(α)*sin(β)
sin(α)*sin(β)*sin(γ) sin(α)*sin(β)*cos(γ) az=-sin(α) bz=cos(α)*sin(γ) cz=cos(α)*cos(γ) in cui α, β, γ, come mostrato nella suddetta figura 5, rappresentano gli angoli di rotazione incogniti, che esprimono la rotazione della terna ortonormale associata al bersaglio 5 relativamente al sistema di riferimento immagine SdRteldel dispositivo di cattura immagini 6a, 6b.
In maggiore dettaglio, assumendo che la terna ortonormale X'''Y'''Z''' coincida con il sistema di riferimento immagine SdRtel, e che la terna ortonormale XYZ coincida con il sistema di riferimento bersaglio SdRtrg, la suddetta matrice di rotazione MatRotTrgpuò essere pensata come la combinazione di tre rotazioni successive:
- una prima rotazione di γ°, imposta tra il primo sistema di riferimento (XYZ)≡SdRtrged un primo sistema di riferimento intermedio X'Y'Z', facendo ruotare l’asse Y verso l’asse Y' (andando verso l’asse Z) attorno all’asse X mediante una prima matrice di rotazione intermedia γRotMat; - una seconda rotazione di α° imposta tra il primo sistema di riferimento intermedio (X'Y'Z') ed un secondo sistema di riferimento intermedio (X''Y''Z''), facendo ruotare l’asse Z' verso l’asse Z'' (andando verso l’asse X'), attorno all’asse Y' mediante una seconda matrice di rotazione intermedia αRotMat; ed
- una terza rotazione di β°, imposta tra il secondo sistema di riferimento intermedio (X''Y''Z'') ed il sistema di riferimento immagine (X'''Y'''Z''')≡SdRtelfacendo ruotare l’asse X'' verso l’asse X''' (andando verso l’asse Y'') attorno all’asse Z'' mediante una terza matrice di rotazione intermedia βRotMat.
Le suddette prima, seconda e terza matrice di rotazione intermedia βRotMat, αRotMat e γRotMat vengono così definite:
βRotMat
cos(β) - sin(β) 0 sin(β) cos(β) 0
0 0 1
αRotMat
cos(α) 0 sin(α)
0 1 0
-sin(α) 0 cos(α)
γRotMat
1 0 0
0 cos(γ) -sin(γ) 0 sin(γ) cos(γ)
La rotazione complessiva che descrive la rotazione tra il sistema di riferimento bersaglio SdRtrged il sistema di riferimento immagine SdRtelà ̈ rappresentata, come precedentemente evidenziato, dalla matrice di rotazione MatRottrgche si ottiene come il prodotto delle suddette matrici di rotazione intermedie βRotMat,αRotMat e γRotMat moltiplicate tra loro nel modo e nell’ordine indicato.
Utilizzando ulteriori considerazioni geometriche, à ̈ inoltre possibile ricavare, in funzione delle caratteristiche dei dispositivi di cattura immagine 6a, 6b, una relazione tra le dimensioni in pixel dei vettori proiezione (Δxpix, Δypix)i e le corrispondenti dimensioni nell’unità di misura di lunghezza (Δxmm, Δymm)i.
In particolare, si definiscono con: pixIMGdx, pixIMGdy, le dimensioni totali in pixel dell’immagine bidimensionale catturata dai dispositivi di cattura immagine 6a, 6b, rispettivamente lungo gli assi trasversali Xtele Yteldel piano immagine; dfX, dfY, le distanze focali lungo gli stessi assi trasversali Xtele Ytel, che mettono in relazione la distanza di osservazione, espressa in mm, con la dimensione massima osservabile a quella distanza, nuovamente espressa in mm; lCCD, hCCD, la dimensione nell’unità di lunghezza, nell’esempio espressa in mm, del sensore utilizzato dal dispositivo di cattura immagine 6a, 6b (in questa forma di realizzazione un dispositivo CCD – Charge Coupled Device) lungo gli assi trasversali Xtele Ytel; L, H, la massima dimensione visibile dal dispositivo di cattura immagine 6a, 6b alla distanza D lungo gli stessi assi trasversali Xtele Ytel.
È dunque possibile dimostrare che risultano valide le seguenti relazioni:
dfX = D∙lCCD/(L+lCCD)
dfY = D∙hCCD/(H+hCCD)
Inoltre, utilizzando le seguenti relazioni:
L = pixIMGdx∙Δxmm/Δxpix
H = pixIMGdy∙Δymm/Δypix
si ricava che:
dfX = D∙lCCD/(pixIMGdx∙Δxmm/Δxpix lCCD)
dfY = D∙hCCD/(pixIMGdy∙Δymm/Δypix hCCD)
Si ricavano dunque le relazioni base tra le dimensioni, in pixel e nell’unità di misura di lunghezza, dei vettori proiezione sul piano immagine:
Δxpix = Δxmm∙pixIMGdx∙dfX/(D∙lCCD-dfX*lCCD)
Δypix = Δymm∙pixIMGdy∙dfY/(D∙hCCD-dfY*hCCD) Utilizzando quindi la matrice di rotazione MatRotTrg, à ̈ possibile individuare, per ogni rotazione del bersaglio 5, le relazioni che legano tra di loro: le dimensioni nell’unità di lunghezza, nell’esempio in mm, di qualsiasi vettore noto sul modello reale (Δxtrg, Δytrg, Δztrg); le dimensioni in pixel dei relativi vettori proiezione nel piano immagine (Δxpix, Δypix); e le incognite (gli angoli di rotazione α, β, γ e la distanza D), che caratterizzano tale rotazione:
Δxpix=(Δxtrg∙ax+Δytrg∙bx+Δztrg∙cx)∙(pixIMGdx∙dfX/(D∙lCCD-dfX∙lCCD) Δypix=(Δxtrg∙ay+Δytrg∙by+Δztrg∙cy)∙(pixIMGdy∙dfY/(D∙hCCD-dfY∙HCCD)
dove ax,bx,cxe ay,by,cysono gli elementi della matrice di rotazione MatRotTrg, come precedentemente definita.
Per individuare il valore delle quattro incognite α, β, γ e D) risulta dunque sufficiente osservare il comportamento di almeno due vettori ritenuti significativi, al fine di ottenere quattro relazioni (in particolare, le due relazioni suddette per ciascuno dei due vettori significativi), ottenendo un sistema risolvibile di quattro equazioni in quattro incognite; ad esempio, possono essere considerati a tal fine i vettori vxtrge vytrg, o, in alternativa, qualsiasi differente coppia di vettori bersaglio vxtrg, vytrg, vztrgdi cui sia nota la dimensione nel mondo reale (ad esempio espressa in mm).
I valori delle quattro variabili incognite definiscono completamente la funzione di roto-traslazione tra il sistema di riferimento bersaglio SdRtrged il sistema di riferimento immagine SdRtel; a partire da tali valori, individuati per ciascun bersaglio 5 (e riferiti all’orientamento della relativa ruota 2), risulta possibile risalire (in modo di per sé noto) ai valori degli angoli caratteristici che definiscono l’assetto del veicolo 3.
In particolare, il dispositivo di elaborazione 8 à ̈ così in grado di risalire all’orientamento (in termini degli angoli di rotazione α, β, γ) di ciascun bersaglio 5, all’interno del sistema di riferimento immagine del relativo dispositivo di cattura immagine 6a, 6b.
Per risalire all’allineamento delle ruote 2 del veicolo 3 in un unico sistema di riferimento (ad esempio il sistema di riferimento individuato sullo stesso veicolo 3), il dispositivo di elaborazione 8, in una fase 23 successiva alla fase 22 (si veda nuovamente la figura 4), determina l’orientamento reciproco tra i dispositivi di cattura immagine 6a, 6b rispetto ad un sistema di riferimento unico, e converte di conseguenza i valori angolari e lineari determinati nella precedente fase 22 in corrispondenti valori validi in tale unico sistema di riferimento.
Al fine di determinare in modo dinamico la relazione di reciproco posizionamento ed orientamento tra i sistemi di riferimento immagine associati ai dispositivi di cattura immagine 6a, 6b, il sistema 1 comprende, come precedentemente evidenziato, la struttura di accoppiamento 10, la quale à ̈ ad esempio composta da due dispositivi ottici 10a e 10b simili tra loro ed associati, ciascuno ad uno dei dispositivi di cattura immagine 6a e 6b. Entrambi i dispositivi ottici 10a e 10b sono costituiti da uno stadio ottico di trasmissione, ad esempio provvisto di uno o più LED, e da uno stadio ottico di ricezione, ad esempio provvisto di uno o più CCD lineari riceventi la radiazione luminosa emessa dallo stadio ottico di trasmissione associato all’altro dispositivo. In funzione della posizione delle sorgenti luminose nell’immagine catturata da ciascun dispositivo ottico, il dispositivo di elaborazione 8 determina in maniera continua nel tempo, in modo di per sé noto e per questo non descritto in dettaglio, la posizione e l’orientamento reciproco (in termini della reciproca rotazione/traslazione) tra i dispositivi di cattura immagine 6a, 6b.
In alternativa, il sistema 1 può comprendere un ulteriore dispositivo di cattura immagini, nuovamente indicato con 10a, disposto in maniera solidale al primo dispositivo di cattura immagini 6a, ed un ulteriore bersaglio, nuovamente indicato con 10b, disposto in maniera solidale al secondo dispositivo di cattura immagini 6b. Gli ulteriori dispositivo di cattura immagini 10a e bersaglio 10b possono ad esempio essere realizzati ed operare in maniera analoga a quanto precedentemente descritto in relazione alla determinazione degli angoli di orientamento dei bersagli 5 accoppiati alle ruote 2 del veicolo 3.
In alternativa, per risolvere in modo statico il problema della determinazione della posizione reciproca dei dispositivi di cattura immagini 6a, 6b, il dispositivo di elaborazione 8 può mettere in relazione i relativi sistemi di riferimento immagine durante una fase di taratura specifica, in cui uno stesso calibro (o elemento di riferimento) viene contemporaneamente identificato da entrambi i dispositivi di cattura immagini 6a, 6b.
In ogni caso, al termine della suddetta fase 23, il dispositivo di elaborazione 8, fase 24, determina i risultati in termini degli angoli caratteristici dell’assetto delle ruote 2 del veicolo 3, ad esempio gli angoli di convergenza e campanatura, espressi in un unico sistema di riferimento, ad esempio il sistema di riferimento associato al veicolo 3; il dispositivo di elaborazione 8 controlla inoltre la visualizzazione di tali risultati su un opportuno dispositivo di visualizzazione, ad esempio per la loro presentazione ad un operatore.
In maniera non illustrata, il sistema 1 può essere completato inserendo, per ciascun dispositivo di cattura immagini 6a, 6b, un relativo dispositivo illuminatore, che garantisca, da entrambi i lati del veicolo 3 rispetto all’asse longitudinale A, un’illuminazione sufficiente per l’elaborazione delle immagini acquisite; in particolare, tale illuminazione viene opportunamente riflessa dagli elementi di bersaglio 12, consentendone l’individuazione. La lunghezza d’onda della radiazione utilizzata per tale operazione di illuminazione può in particolare essere definita in funzione del bersaglio 5 scelto, e così pure la sua frequenza di accensione; ad esempio, può essere utilizzata una fonte di illuminazione visibile oppure infrarossa.
Come mostrato in figura 6, in una sua forma di realizzazione, il bersaglio 5 comprende una struttura di supporto 28, che definisce al suo interno una superficie sferica concava (o una porzione di superficie sferica) su cui sono destinati ad essere disposti gli elementi di bersaglio 12. Ad esempio, la struttura di supporto 28 à ̈ costituita da una calotta sferica concava. Vantaggiosamente, tale conformazione consente un’agevole definizione della terna di assi ortogonali associati al bersaglio 5 (che corrisponda ad una terna di segmenti, o vettori, individuabili anche sul piano immagine, dove sono misurati in pixel), con varie disposizioni reciproche tridimensionali degli elementi di bersaglio 12.
Nella forma di realizzazione di figura 6, che solo a scopo illustrativo si riferisce ancora al caso in cui gli elementi di bersaglio 12 sono disposti su due piani tra loro paralleli, ad una porzione di bordo della struttura di supporto 28 sono accoppiati, ad esempio incollati, gli elementi di bersaglio 12 definenti l’anello circolare esterno, mentre ad una porzione più interna della stessa struttura di supporto 28, sono accoppiati gli elementi di bersaglio 12 definenti l’anello circolare interno. Gli anelli circolari esterno ed interno risultano in tal caso disposti su due sezioni di un segmento sferico sotteso dalla calotta sferica, parallele tra loro ed ortogonali all’asse del bersaglio. L’elemento di riferimento 14 à ̈ in questo caso accoppiato alla stessa struttura di supporto 28, internamente all’anello circolare interno degli elementi di bersaglio 12.
L’utilizzo di una conformazione del bersaglio 5 comprendente una struttura di supporto 28 a calotta sferica concava contenente al suo interno gli elementi di bersaglio 12 consente l’individuazione della terna di vettori ortogonali associata al bersaglio in un ampio intervallo angolare di osservazione (ad esempio compreso tra –30° e 30°).
Inoltre, come mostrato nelle figure 7a-7b, la particolare conformazione sferica della struttura di supporto 28, consente la possibilità di effettuare anche una differente elaborazione delle immagini bidimensionali del bersaglio 5, valida anche nel caso in cui gli elementi di bersaglio 12 non siano disposti su due piani paralleli. Gli elementi di bersaglio 12 possono infatti giacere su meridiani tra loro angolarmente equispaziati definiti all’interno della struttura di supporto 28 trovandosi disposti su più fasci di piani, o, in alternativa, su piani generici (anche tra loro non paralleli) che intersecano la superficie sferica e, come caso particolare, nuovamente su due piani tra loro paralleli (come nell’esempio precedentemente discusso).
Risulta in ogni caso vantaggiosa la presenza di un ulteriore elemento di bersaglio 12, disposto centralmente rispetto alla struttura di supporto 28, che ne identifichi il centro geometrico, ed il punto di intersezione dei vari meridiani.
In particolare, come evidenziato in maniera schematica, la disposizione tridimensionale degli elementi di bersaglio 12 consente l’individuazione di almeno un primo ed un secondo meridiano m1, m2 (costituiti da curve semiellittiche intersecantisi in corrispondenza del centro della struttura di supporto 28), tra loro sostanzialmente ortogonali, lungo i quali risultano allineati i centri sfera di alcuni degli elementi di bersaglio 12 (in tal caso, gli elementi di bersaglio 12 individuati in maniera opportuna da una relativa coppia di elementi di riferimento 14). Inoltre, vantaggiosamente, i meridiani individuabili nell’immagine possono essere in numero superiore a due, ad esempio essere pari a sei, tra loro angolarmente equispaziati di un angolo pari a 30°; in tal caso, l’individuazione dei sei meridiani consente l’individuazione di sei corrispondenti direzioni angolarmente equispaziate, e di ottenere così un aumento della stabilità di misura.
Ad esempio, come mostrato in figura 7b, gli elementi di bersaglio 12, pur essendo ancora disposti lungo i sei meridiani, non sono disposti su due soli piani paralleli, ma in generale su un fascio di piani che intersecano la superficie sferica concava interna alla struttura di supporto 28 (non essendo in questo caso disposti su due soli anelli concentrici). Anche in questo caso, la disposizione degli elementi di bersaglio 12 consente l’individuazione di caratteristiche geometriche tridimensionali desiderate all’interno del bersaglio 5.
Le operazioni di elaborazione delle immagini bidimensionali per individuare la rotazione del bersaglio 5, e della relativa ruota 2, possono prevedere la determinazione dell’inclinazione dei meridiani (misurata ad esempio in corrispondenza della posizione dell’elemento di bersaglio 12 centrale) per determinare la direzione dei vettori associati al bersaglio 5, la cui rotazione rispetto al sistema di riferimento può essere ricavata con tecniche note; può inoltre essere analizzata la deformazione dei meridiani (e corrispondenti direzioni), al variare dell’angolo di rotazione della ruota stessa, e dunque dell’associato bersaglio 5, rispetto al sistema di riferimento del dispositivo di cattura immagine 6a, 6b.
I vantaggi del sistema e del metodo di determinazione dell’allineamento delle ruote di un veicolo secondo l’invenzione emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.
In particolare, si sottolinea nuovamente che l’utilizzo di bersagli tridimensionali (in particolare costituiti da una configurazione tridimensionale di elementi di bersaglio), ed in particolare l’utilizzo di elementi di bersaglio anch’essi tridimensionali, consente di determinare la posizione e l’orientamento assoluti di ciascun bersaglio (e della ruota a cui lo stesso bersaglio à ̈ accoppiato), rispetto ad un sistema di riferimento fisso, in maniera precisa e sicura utilizzando un unico dispositivo di cattura immagini, senza che risulti necessario muovere il veicolo o le ruote del veicolo stesso per variare la collocazione spaziale dei bersagli, spostare i bersagli, o ricorrere all’utilizzo di un sistema di acquisizione stereo. Infatti, risulta agevole determinare nello spazio una terna di assi ortogonali associata al bersaglio (individuandone elementi di bersaglio di riferimento), ed in tal modo determinare l’orientamento spaziale dello stesso bersaglio all’interno di un dato sistema di riferimento.
In altre parole, vantaggiosamente, al bersaglio à ̈ associata intrinsecamente un’informazione tridimensionale, tramite la quale risulta possibile determinarne l’orientamento spaziale a partire dall’elaborazione anche di una sola immagine bidimensionale (trasformando, grazie alla particolare struttura geometrica del bersaglio, le informazioni bidimensionali fornite dal dispositivo di cattura immagini in informazioni tridimensionali).
In particolare, grazie all’utilizzo di elementi di bersaglio tridimensionali con caratteristiche di isotropia, di forma sferica, l’accuratezza della misura si mantiene invariata al variare dell’inclinazione dei bersagli rispetto ai sistema di riferimento immagine dei dispositivi di cattura immagini 6a e 6b.
Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
In generale, il bersaglio 5 può avere una differente conformazione tridimensionale. In ogni caso, il bersaglio à ̈ conformato in modo da consentire la definizione di grandezze vettoriali disposte secondo una disposizione tridimensionale nota, in particolare in modo da consentire l’individuazione di una terna di assi ortogonali ad esso associata (ad esempio mediante l’individuazione di punti o piani significativi sul bersaglio stesso), preferibilmente sotto differenti angoli di visuale (ad esempio in un intervallo angolare compreso tra –30° e 30°). Ad esempio, il vettore ortogonale vztrgpuò essere determinato mediante l’identificazione di un punto e di un piano significativi del bersaglio 5, come il vettore originante da tale punto ed ortogonale a tale piano.
Uno o più dei bersagli 5 possono inoltre essere sostituiti da bersagli di tipo attivo, costituiti cioà ̈ da elementi di bersaglio che, anziché riflettere una radiazione incidente, sono in grado essi stessi di generare ed emettere una radiazione elettromagnetica, nel campo delle frequenze visibili, o, in alternativa, nel campo degli infrarossi.
In particolare, come mostrato in figura 8, il bersaglio, qui indicato con 5' comprende una struttura di supporto, indicata con 28' costituita da un disco di base 30, e da una corona circolare 31, accoppiata superiormente al disco di base 30 ed avente diametro esterno coincidente con il diametro dello stesso disco di base 30; ad esempio, la corona circolare 31 Ã ̈ collegata al disco di base 30 mediante opportuni elementi di collegamento, ad esempio comprendenti viti e distanziatori a colonna.
Gli elementi di bersaglio, qui indicati con 12', dell’anello esterno sono accoppiati meccanicamente alla corona circolare 31, mentre gli elementi di bersaglio 12' dell’anello interno sono accoppiati meccanicamente al disco di base 30. Ciascun elemento di bersaglio 12' comprende un’unità di emettitore 32, ad esempio costituita da una coppia di LED, ed una relativa elettronica di controllo 33, accoppiate ad una scheda a circuito stampato 34.
Come risulta evidente dall’esame della figura 8, anche in questo caso il bersaglio 5' presenta una configurazione tridimensionale (data dalla sovrapposizione della corona circolare 31 sul disco di base 30, e dalla disposizione reciproca dei vari elementi di bersaglio 12'), ed i relativi elementi di bersaglio 12' sono disposti, nell’esempio, lungo i rispettivi anelli circolari esterno ed interno, su piani paralleli sovrapposti. Nuovamente, può inoltre essere presente un elemento di riferimento, qui indicato con 14', costituito da un singolo LED (o da un analogo elemento di emissione di radiazioni visibili o infrarosse), portato dal disco di base 30, internamente all’anello interno di elementi di bersaglio 12' in posizione corrispondente ad un dato elemento di bersaglio, giudicato significativo. Anche in questa struttura di bersaglio attivo, risulta dunque possibile identificare in modo univoco grandezze vettoriali, sostanzialmente utilizzando gli stessi criteri precedentemente discussi in dettaglio. In generale, si noti che anche i LED soddisfano il principio dell’isotropia che caratterizza gli elementi di bersaglio 12 del bersaglio passivo in quanto, osservati sotto angolazioni differenti, mantengono la loro forma, al più riducendo l’intensità luminosa con l’aumentare dell’angolo di inclinazione.
Il vantaggio di una soluzione di tipo attivo, rispetto all’utilizzo di elementi di bersaglio 12 di tipo passivo, consiste nel fatto che non à ̈ richiesto un dispositivo illuminatore, che, oltre a poter risultare fastidioso per l’operatore, pur emettendo eventualmente una radiazione infrarossa, dovendo illuminare il bersaglio da una certa distanza, comporta in ogni caso un consumo di energia elettrica superiore.
Il sistema descritto può anche comprendere un numero maggiore di dispositivi di cattura immagini, in particolare superiore a due, disposti in ugual misura sui lati destro e sinistro rispetto all’asse longitudinale A del veicolo 3. Inoltre, risulta eventualmente possibile l’utilizzo di un unico dispositivo di cattura immagini, in grado di inquadrare tutti i bersagli associati alle ruote 2 del veicolo 3 di cui si desidera determinare l’orientamento.
Inoltre, come mostrato schematicamente in figura 9 (che si riferisce, per semplicità illustrativa, ad un solo lato del veicolo 3), il sistema di determinazione dell’allineamento, qui indicato con 1', può presentare una differente configurazione per quanto riguarda la disposizione dei dispositivi di cattura immagini 6a, 6b. In tal caso, à ̈ prevista solamente una coppia di bersagli 5, accoppiati alle sole ruote, ad esempio, anteriori del veicolo 3; i dispositivi di cattura immagini 6a, 6b (come mostrato in figura 9 per il solo lato destro del veicolo 3), sono infatti in tal caso direttamente accoppiati alle ruote, nell’esempio, posteriori dello stesso veicolo, mediante appositi strumenti di aggancio, anziché essere accoppiati alla struttura di supporto 7 esterna al veicolo 3 (costituendo cosiddette “teste di misura†attive). In questo caso, non essendoci un dispositivo esterno al veicolo che mette in relazione i sistemi di riferimento in cui vengono acquisite le immagini, vengono montati sulle teste di misura, ed accoppiati alle ruote 2 del veicolo 3, appositi dispositivi ottici 10a, 10b (ad esempio del tipo descritto con riferimento alla figura 1) che mettano in relazione le misure relative ai due lati del veicolo stesso; i dispositivi ottici 10a, 10b, misurandosi reciprocamente, forniscono l’orientamento reciproco tra le teste di misura.
Si sottolinea che il restante sistema e la metodologia utilizzata per la determinazione dell’orientamento dei bersagli tridimensionali nello spazio non differisce sostanzialmente da quanto illustrato in precedenza, prevedendo nuovamente la ricostruzione delle caratteristiche tridimensionali del bersaglio 5 a partire dalle immagini bidimensionali acquisite dai dispositivi di cattura immagini 6a, 6b.
In maniera sostanzialmente analoga, e non illustrata, il sistema di determinazione dell’allineamento può anche prevedere che i dispositivi di cattura immagine 6a, 6b siano accoppiati direttamente al ponte sollevatore 4, senza nuovamente che siano previste sostanziali differenze per quanto riguarda la metodologia di misura e di utilizzo delle informazioni ricavate dall’osservazione dei bersagli tridimensionali associati alle ruote 2 del veicolo 3.
In generale, risulterà evidente che la differenza dal punto di vista metrologico legata alla differente disposizione dei dispositivi di cattura immagini 6a, 6b consiste nell’identificazione del sistema di riferimento rispetto al quale vengono restituite le misure; in particolare, nella forma di realizzazione illustrata in figura 9, tale sistema di riferimento à ̈ collocato sul veicolo 3.
Infine, in maniera evidente, il sistema ed il metodo descritti consentono la determinazione dell’orientamento spaziale anche di una singola ruota 2 del veicolo 3, la cui immagine viene ripresa da un singolo dispositivo di cattura immagini 6a, 6b.

Claims (24)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1; 1') di determinazione dell’orientamento di almeno una prima ruota (2) di un veicolo (3), comprendente: - almeno un primo bersaglio (5; 5') atto ad essere accoppiato solidalmente a detta prima ruota (2); - mezzi di cattura immagini (6a, 6b) configurati in modo da acquisire una prima immagine bidimensionale di detto primo bersaglio (5; 5'); ed - un dispositivo di elaborazione (8), operativamente accoppiato a detti mezzi di cattura immagine (6a, 6b) e configurato in modo da elaborare detta prima immagine bidimensionale, caratterizzato dal fatto che detto primo bersaglio (5; 5') presenta una conformazione tridimensionale atta a definire grandezze geometriche disposte secondo una disposizione tridimensionale nota, e dal fatto che detto dispositivo di elaborazione (8) à ̈ configurato in modo da elaborare detta prima immagine bidimensionale per individuarvi proiezioni di dette grandezze geometriche, ed in modo da determinare una disposizione spaziale di detto primo bersaglio (5; 5') rispetto ad un sistema di riferimento in funzione di caratteristiche geometriche di dette proiezioni, per determinare caratteristiche di orientamento di detta prima ruota (2).
  2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo bersaglio (5; 5') comprende una pluralità di elementi di bersaglio (12; 12') disposti reciprocamente secondo una distribuzione tridimensionale, almeno alcuni di essi in posizioni legate reciprocamente da una relazione geometrica nota, tale da definire dette grandezze geometriche.
  3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detti elementi di bersaglio (12; 12') presentano una conformazione tridimensionale.
  4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detti elementi di bersaglio (12; 12') presentano una conformazione tridimensionale con caratteristiche di isotropia rispetto a variazioni di un angolo di osservazione di detto primo bersaglio (5) da parte di detti mezzi di cattura immagini (6a, 6b).
  5. 5. Sistema secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detti elementi di bersaglio (12) presentano una conformazione sferica; e detto dispositivo di elaborazione (8) à ̈ configurato in modo da determinare posizioni dei centri sfera di detti elementi di bersaglio (12) all’interno di detta prima immagine bidimensionale, per definire dette grandezze geometriche.
  6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-5, in cui detta conformazione tridimensionale di detto primo bersaglio (5; 5') Ã ̈ atta a definire una terna ortogonale di vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg); detto dispositivo di elaborazione (8) essendo configurato in modo da elaborare detta prima immagine bidimensionale per individuare vettori proiezione (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg), ed in modo da determinare una disposizione spaziale di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg) rispetto a detto sistema di riferimento.
  7. 7. Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui detti elementi di bersaglio (12; 12') sono disposti reciprocamente secondo una distribuzione tridimensionale atta a definire detta terna ortogonale di vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg).
  8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detti elementi di bersaglio (12) presentano una conformazione sferica; e detto dispositivo di elaborazione (8) à ̈ configurato in modo da determinare posizioni dei centri sfera di detti elementi di bersaglio (12) all’interno di detta prima immagine bidimensionale, ed in modo da determinare almeno uno di detti vettori proiezione (vxtrg, vytrg, vztrg) di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg) come il vettore congiungente i centri sfera di una coppia significativa di detti elementi di bersaglio (12).
  9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui detto primo bersaglio (5) comprende inoltre almeno un elemento di riferimento (14) che presenta una disposizione predefinita rispetto a detta coppia significativa di detti elementi di bersaglio (12); ed in cui detto dispositivo di elaborazione (8) à ̈ configurato in modo da individuare detta coppia significativa di detti elementi di bersaglio (12) in funzione dell’individuazione di una disposizione di detto elemento di riferimento (14).
  10. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-9, in cui detti elementi di bersaglio (12; 12') sono disposti a formare un primo ed un secondo anello, disposti su piani distinti e definenti un primo ed un secondo centro (O1, O2); ed in cui detto dispositivo di elaborazione (8) Ã ̈ configurato in modo da definire un vettore proiezione ortogonale (vztrg_prj) tra detti vettori proiezione (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) come il vettore congiungente detti primo e secondo centro (O1, O2).
  11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui detti primo e secondo anello sono sostanzialmente circolari; ed in cui detto dispositivo di elaborazione (8) Ã ̈ configurato in modo da definire un primo ed un secondo vettore proiezione trasversale (vxtrg_prj, vytrg_prj) tra detti vettori proiezione (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) come i vettori congiungenti centri geometrici di una rispettiva coppia di elementi di bersaglio (12; 12') formanti uno tra detti primo e secondo anello.
  12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-11, in cui detto primo bersaglio (5) comprende inoltre una struttura di supporto (28) definente internamente una superficie sferica concava; ed in cui detti elementi di bersaglio (12) sono accoppiati meccanicamente a detta struttura di supporto (28) e disposti su detta superficie sferica, a formare detta distribuzione tridimensionale.
  13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 12, in cui almeno alcuni di detti elementi di bersaglio (12) sono disposti lungo almeno un primo e, rispettivamente, un secondo meridiano (m1, m2) definiti da detta superficie sferica di detta struttura di supporto (28).
  14. 14. Sistema secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui detta struttura di supporto (28) presenta sostanzialmente una conformazione concava a calotta sferica, e detti elementi di bersaglio (12) sono disposti lungo sei meridiani definiti da detta superficie sferica, tra loro angolarmente equispaziati.
  15. 15. Sistema secondo la rivendicazione 12, in cui detti elementi di bersaglio (12) sono disposti su almeno due sezioni di un segmento sferico sotteso da detta calotta sferica, tra loro parallele.
  16. 16. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-15, in cui detti elementi di bersaglio (12') sono di tipo attivo ad emissione di radiazioni visibili o infrarosse.
  17. 17. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: almeno un secondo bersaglio (5; 5') accoppiato solidalmente ad una seconda ruota (2) di detto veicolo (3); ed in cui detti mezzi di cattura immagini (6a, 6b) sono configurati in modo da acquisire una seconda immagine bidimensionale di detto secondo bersaglio (5; 5'), e detto dispositivo di elaborazione (8) Ã ̈ configurato in modo da elaborare detta seconda immagine bidimensionale per determinare caratteristiche di orientamento di detta seconda ruota (2), ed in modo da elaborare congiuntamente dette caratteristiche di orientamento di dette prima e seconda ruota ai fini della determinazione di caratteristiche di allineamento di detto veicolo (3).
  18. 18. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta seconda ruota (2) Ã ̈ disposta in posizione diametralmente opposta rispetto a detta prima ruota (2) rispetto ad un asse longitudinale (A) di detto veicolo (3); ed in cui detti mezzi di cattura immagini comprendono un primo dispositivo di cattura immagini (6a) configurato in modo da acquisire detta prima immagine bidimensionale di detto primo bersaglio (5; 5'), ed un secondo dispositivo di cattura immagini (6b) configurato in modo da acquisire detta seconda immagine bidimensionale di detto secondo bersaglio (5; 5'); detto sistema comprendendo inoltre mezzi di determinazione (10) del reciproco orientamento di detti primo (6a) e secondo (6b) dispositivo di cattura immagini, operativamente accoppiati a detto dispositivo di elaborazione (8) ai fini della determinazione di caratteristiche di allineamento di detto veicolo (3).
  19. 19. Metodo di determinazione dell’orientamento di almeno una prima ruota (2) di un veicolo (3), comprendente le fasi di: - catturare una prima immagine bidimensionale di almeno un primo bersaglio (5; 5') accoppiato solidalmente a detta prima ruota (2); ed - elaborare detta prima immagine bidimensionale, caratterizzato dal fatto che detto primo bersaglio (5; 5') presenta una conformazione tridimensionale atta a definire grandezze geometriche disposte secondo una disposizione tridimensionale nota, e dal fatto che detta fase di elaborare comprende: individuare in detta prima immagine bidimensionale proiezioni di dette grandezze geometriche; e determinare una disposizione spaziale di detto primo bersaglio (5; 5') rispetto ad un sistema di riferimento in funzione di caratteristiche geometriche di dette proiezioni, per determinare caratteristiche di orientamento di detta prima ruota (2).
  20. 20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui detta conformazione tridimensionale di detto primo bersaglio (5; 5') Ã ̈ atta a definire una terna ortogonale di vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg); ed in cui detta fase di elaborare comprende elaborare detta prima immagine bidimensionale per individuare vettori proiezione (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg), e determinare una disposizione spaziale di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg) rispetto a detto sistema di riferimento.
  21. 21. Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui detta fase di determinare una disposizione spaziale comprende determinare angoli di rotazione spaziale di detta terna ortogonale di vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg) rispetto a detto sistema di riferimento.
  22. 22. Metodo secondo la rivendicazione 20 o 21, in cui detta fase di determinare una disposizione spaziale comprende determinare misure lineari in detta prima immagine bidimensionale di detti vettori proiezione (vxtrg_prj, vytrg_prj, vztrg_prj) di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg) di detta terna ortogonale; ed in cui detta fase di determinare detta rotazione spaziale comprende determinare detta rotazione in funzione di dette misure lineari e di corrispondenti misure reali, note, di detti vettori bersaglio (vxtrg, vytrg, vztrg).
  23. 23. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 19-21, comprendente inoltre le fasi di: catturare una seconda immagine bidimensionale di almeno un secondo bersaglio (5; 5') accoppiato solidalmente ad una seconda ruota (2) di detto veicolo (3); elaborare detta seconda immagine bidimensionale per rilevare caratteristiche di orientamento di detta seconda ruota (2); ed elaborare congiuntamente dette caratteristiche di orientamento di dette prima e seconda ruota ai fini della determinazione di caratteristiche di allineamento di detto veicolo (3).
  24. 24. Prodotto di programma informatico comprendente porzioni di codice memorizzate su un supporto leggibile da un elaboratore, e configurate in modo tale da causare, quando eseguite da detto elaboratore, l’implementazione delle fasi del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 19-23.
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