Технология 3D John Bean

Технология 3D для измерения геометрии подвески автомобиля впервые была разработана и запатентована компанией John Bean в 1996 году, потому что John Bean занимается вопросом геометрии установки колес с 1925 года. А первый в мире стенд для динамической балансировки колес был создан ей же в 1931 году. В 80-х годах предложила совместное использование компьютеризированных инструментов со своим оборудованием. Компания John Bean является новаторской и именно поэтому в 1996 году она перешла под управление корпорации Snap-on,имеющей сильные традиции в развитии и продвижении самых разнообразных технологий.

Автосервисное оборудование и конструктивные разработки компании всегда выделялись среди продукции конкурентов, являясь передовыми, как по применяемой технологии, так и по качеству.

Наша компания занимается поставками оборудования для автосервиса, в том числе шиномонтажного оборудования и стендов для регулировки геометрии подвески автомобиля. 

Трехмерная система визуализированного контроля установки колес автомобиля, авторство которой принадлежит американской фирме John BEAN, - сложнейший комплекс высокоточных средств видеонаблюдения и скоростных методов математической обработки данных. Тем не менее, в ее основе лежат простые и понятные базовые принципы.

Предприятие, которое основал американский предприниматель John Bean (Джон Бин) в 1904 году, начинало свою деятельность с производства водяных насосов. В стремительно развивавшуюся автомобильную индустрию фирма пришла по воле случая. В 1925 году ее инженеры разработали механическое устройство, которое позволяло выявлять отклонения углов установки колес грузовиков, вызывавшие ускоренный износ шин. Представленное на рынок в 1932 году, это устройство под торговой маркой John BEAN имело небывалый успех. Двумя годами позже был разработан первый в мире станок для динамической балансировки автомобильных колес. С тех пор фирма концентрировала усилия в довольно узком сегменте гаражной техники - производстве оборудования для «колесного сервиса». 
Разработки фирмы John BEAN всегда выделялись среди продукции конкурентов новизной применяемых технологий. Например, благодаря ее инновационной деятельности в составе стендов контроля УУК впервые появились: компьютер, бескордовая система датчиков, система автоматической калибровки, монитор, CD-ROM, анимационное видео и 32-битная система обработки данных. Фирма John BEAN никогда не копировала существующие приборы и технологии, а всегда разрабатывала собственные, что позволило ей стать признанным лидером в области оборудования для колесного сервиса. 
В 1996 году в истории фирмы произошло значимое событие - она вошла в состав корпорации SNAP-ON, имеющей давние традиции в продвижении передовых технологий. В результате семи лет интенсивных научных исследований при финансовой и технологической поддержке концерна было создано уникальное оборудование - трехмерная система визуализированного контроля установки колес с использованием цифровых видеокамер и высокоскоростных вычислений, которая революционизировала технологию регулировки «развала-схождения». Скорость, простота и точность измерения углов установки колес позволила значительно повысить рентабельность данного вида бизнеса для владельцев автосервисов. Защищенная 45 патентами оригинальная 3D-технология измерения геометрии подвески автомобилей недоступна другим производителям оборудования, в силу чего они вынуждены использовать ее усеченные аналоги.
Так что же это за чудо, 3D-технология? Как и все гениальное она оказалась простой (по крайней мере, с точки зрения понимания базовых принципов измерения). Методика измерений основывается на свойствах предметов при их наблюдении в перспективе и ракурсе. Известно, что видимый размер любого предмета, к примеру, отвертки при удалении от глаза наблюдателя уменьшается (рис.1). Причем, уменьшение пропорционально расстоянию от точки наблюдения. Этот эффект называется «перспектива». Из школьной программы известно, что закономерности перспективы и тригонометрии позволяют определить расстояние до удаленного предмета. Для этого нужно знать его реальный и видимый размеры. 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.
Видимый размер предмета меняется не только при его удалении от точки наблюдения, но и при изменении ориентации относительно направления визирования, то есть при наблюдении в ракурсе (рис.2).  Знание истинного и видимого размеров предмета в этом случае позволяют рассчитать угол, на который он повернут. В 3D-стендах John BEAN роль отвертки играют закрепленные на колесах автомобиля мишени с 33 светоотражающими визирными метками круглой формы. Почему круглой формы? Причина в особых геометрических свойствах круга. При его произвольном повороте относительно направления визирования круг отображается в виде эллипса, большая ось которого неизменно равна диаметру круга, а длина малой зависит от угла поворота (рис.3). 
Используя законы перспективы и ракурса 3D-система, наделенная оптическим «зрением» и математическим аппаратом, точно определяет положение в пространстве каждой из 33 визирных меток и, соответственно, мишеней. Как же измеряются углы установки колес? Мишени устанавливаются на колеса автомобиля, что обеспечивает их связь с положением элементов подвески и рулевого управления. Вообще, термин wheel alignment - регулировка колес - требует пояснения. Изменение положения колес достигается регулировкой элементов подвески и рулевого управления, воздействующей на положение оси вращения колеса. 
Процедура определения пространственной ориентации осей вращения колес автомобиля называется позиционированием. Позиционирование - обязательная промежуточная стадия расчета УУК в стендах любого типа. В традиционных системах с колесными датчиками оси вращения колес позиционируются относительно уровня горизонта после выполнения компенсации биения дисков. В 3D-стендах положение осей вращения определяется особым способом, обеспечивающим высокую точность и скорость. При позиционировании система «колесо-мишень» поворачивается путем перемещения автомобиля назад. При этом каждая метка мишени движется по окружности, центр которой лежит на оси вращения колеса. Измерительная система стенда определяет траектории перемещения всех 33 визирных меток мишени и рассчитывает координаты стольких же точек оси вращения, что позволяет с высокой точностью определить ее пространственное положение. Причем, для построения траектории движения меток достаточно повернуть мишени на угол порядка 30°, что соответствует перемещению автомобиля всего на 20 см. После этого автомобиль возвращается в исходное положение. Важно, что при перемещении вперед также происходит вычисление 3D-координат осей вращения всех колес. Результаты обоих измерений (вычислений) сравниваются, и если система обнаруживает отличия, прибор предлагает повторить процедуру. Так полностью исключается возможность ошибки. 
В 3D-системе John BEAN используются две видеокамеры, каждая из которых контролирует две мишени, расположенные с одной из сторон автомобиля. Чтобы связать воедино координаты осей вращения колес, расположенных с разных сторон, достаточно знать положение самих камер относительно друг друга. Для этого проводится процедура калибровки стенда Relative Camera Positioning (RCP), во время которой камеры «смотрят» на один и тот же предмет (специальный кронштейн с установленными на него 2 мишенями), и система запоминает «точку отсчета». Кронштейн может быть установлен на полу, столе, в конце концов, на стульях. Никакой привязки к горизонтальной плоскости, гравитационной вертикали или плоскости подъемника не требуется. 
После позиционирования осей вращения всех четырех колес строится трехмерная компьютерная модель плоскости автомобиля. Углы установки колес и прочие параметры подвески вычисляются относительно этой плоскости. Данная особенность 3D-систем важна в случае использования подъемников, не обеспечивающих идеальную горизонтальность платформы на разной высоте подъема, или же для местностей, где наблюдаются подвижки грунтов. В случае применения стендов с колесными датчиками гравитационного типа даже незначительное отклонение измерительной площадки от горизонтальности приведет к ошибкам в измерении и регулировке. Так, при наклоне площадки всего на 3 мм фиксируемое значение угла развала колеса изменится примерно на 0,1°. Для стендов John BEAN 3D-наклоны не играют никакой роли. 
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. При позиционировании измеряется еще один интересный параметр - длина окружности колеса (для всех 4 колес). Если разница длин между колесами превышает 1,5%, стенд предлагает еще раз проверить давление во всех колесах. Если давление в норме, программа делает заключение о разности диаметров колес (разная степень износа протектора, разный размер шин и т.д.). Полный список дополнительных программ для проверки, регулировки и диагностики подвески автомобиля занимает несколько страниц и может быть темой отдельной статьи. 
Думается, в самой идее заложены преимущества стендов 3D от John BEAN перед традиционными стендами с колесными датчиками, а также продукцией других производителей, применяющих усеченные варианты 3D-технологии. В связи с постепенным возвратом инвестиций, вложенных в разработку стендов на базе 3D-моделирования, стоимость такого оборудования постепенно снижается. Как следствие, они начинают составлять все большую конкуренцию традиционным приборам. Смею сделать прогноз, что спустя 3-4 года на рынке будут востребованы только 3D-стенды. Это значит, что предприятия, оборудующие сегодня свои станции стендами John BEAN 3D, и через 5 лет будут продолжать идти в ногу со временем, у них не будет необходимости делать новые инвестиции в оснащение постов по измерению и регулировке геометрии подвески автомобиля.

Просчеты при выборе автосервисного оборудования оборачиваются сбоями в работе предприятия. Причем ежедневными. А сбои влекут за собой материальные потери, утрату имиджа, а с ним - и доверия клиента, вернуть которое очень непросто. Поэтому относиться к оснащению предприятия надо со всей ответственностью. Выбирать продукцию производителя, занимающего лидирующие позиции в своем сегменте. Он дорожит именем своей торговой марки, его оборудование сочетает последние научно-технические достижения и удобство эксплуатации. Оно долго не устареет морально и физически, принося хорошую прибыль.
Сказанное в полной мере относится к оборудованию для регулировки углов установки колес (УУК) фирмы John Bean. Эта компания - первопроходец в области создания уникального оборудования, трехмерной системы визуализированного контроля установки колес, иначе говоря, 3D-технологии. Работа на установках John Bean позволяет достичь точности, стабильности результатов и скорости проведения операций, недоступных другим средствам измерений.

В предыдущей статье подробно разобрались в самой идее, заложенной в 3D-стенды контроля УУК. Уже говорилось, что идея действительно проста, как и все гениальное. Однако ее техническая реализация потребовала труда и множества экспериментов. В результате фирма явила миру революционные оборудование и технологию для проведения «сход-развальных» операций, а также получила около пятидесяти патентов, защищающих оригинальность разработки. «Переплюнуть» последнее обстоятельство просто невозможно, что гарантирует лидерство John Bean в этой области надолго.
В чем преимущества «трехмерной» технологии, предложенной разработчиками фирмы? Главное, что неверно провести измерения УУК практически невозможно, даже при активном влиянии пресловутого «человеческого фактора».
Это связано с тем, что положение осей вращения колес автомобиля в пространстве не зависит от плоскости рабочего места. А это место, даже самое совершенное, всегда имеет небольшие перекосы или неровности. В процессе работы на стендах John Bean как бы исключается такое физическое понятие, как гравитация. Для стенда автомобиль - независимый объект, парящий в воздухе. Процессор строит трехмерные модели осей вращения колес автомобиля и вычисляет координаты плоскости, свободно ориентированной в пространстве, но совпадающей с плоскостью автомобиля. Все последующие расчеты параметров УУК проводятся относительно этой виртуальной плоскости. В процессе последующей работы автомобиль можно поднимать или опускать на подъемнике, не заботясь о его способности «удерживать» отъюстированную плоскость. Можно даже демонтировать колеса – такие действия никак не отразятся на достоверности полученных значений.
Нет нужды повторяться, что никакая другая технология не позволяет сделать процедуру измерения геометрии подвески столь независимой от горизонтальных отклонений рабочего места.
Отмеченное преимущество главное, но не единственное положительное отличие 3D-стендов от «коллег» по цеху. Саму идею можно образно сформулировать так: трехмерному стенду все равно, что измерять. Существует масса других достоинств подобных стендов:
- минимальное (1-2 мин) время проведения полного цикла измерений всех (!) параметров УУК. Это связано с исключительными возможностями математического обеспечения, заложенного в компьютер стенда. «Статические» (схождение и развал) параметры отображаются сразу после процедуры позиционирования, а для получения «динамических» (продольный и поперечный наклоны осей поворота колес), дополнительных углов и геометрических размеров достаточно повернуть колеса автомобиля с закрепленными на них мишенями на 10° (а в случае применения специальных процедур измерения - на 20° и более);
- отсутствуют загромождающие рабочую площадку кабели, а следовательно, и опасность их повреждения. Тут же можно отметить и «неубиваемость» самих мишеней, последние образцы которых можно разрушить лишь намеренно с помощью традиционной кувалды;
- нет проблем при обслуживании автомобилей с низким спойлером или малым клиренсом; 
- база данных John Bean содержит параметры буквально всех автомобилей, производимых на любых континентах. Это особенно актуально для нашей страны, находящейся на стыке Европы и Азии. Можно «отработать» любой автомобиль, в том числе и «праворукий»;
- 3D-технология позволяет, кроме получения картины ориентации колес, провести глубокую диагностику геометрии кузова. Можно выявить продольное смещение и несоосность колес, разницу баз справа и слева, вынос, разность диагоналей и множество других дефектов. Кроме того, измеряется даже длина окружности каждого колеса. Поэтому 3D-стенд John Bean можно отнести, кроме его основной обязанности, к незаменимому инструменту выходного контроля автомобилей после проведения кузовного ремонта;
- независимость стендов, что означает возможность их установки на любой рабочей площадке, оснащенной подъемником, эстакадой или смотровой ямой; 
- возможность проводить работы по регулировке УКК со снятыми колесами. А это действительно важно, поскольку современный автомобиль усложняется и становится «плотнее упакован». Очень часто «подлезть» к регулировочному узлу без демонтажа колеса попросту невозможно.
Список достоинств стендов John Bean может быть продолжен, но и приведенных, на мой взгляд, достаточно, чтобы именно этой марке отдать предпочтение.

Предложение
Предлагаю кратко познакомиться с двумя моделями стендов John Bean. 
Более простая модель Visualiner 3D1 имеет жесткую механическую связь между правой и левой видеокамерами, «смотрящими» на мишени. Блоки видеокамер крепятся на поперечной траверсе, размещенной на опорной колонне (или стойке электрического подъемника). Такая жесткая связь между камерами необходима для точного согласования результатов измерений по правому и левому бортам автомобиля. Ведь как описывалось в предыдущей статье, для того чтобы связать координаты осей вращения колес, расположенных с разных сторон, необходимо знать расположение камер относительно друг друга.
Траверса располагается так, чтобы все колесные мишени оказались в поле зрения камер, а также не перекрывали друг друга как при измерениях УУК, так и при регулировочных работах на разной высоте.
Стенд оснащен «кабинетом» класса люкс с 19-дюймовыми LCD-монитором и мультимедийным компьютером. Программа имеет простой и понятный интерфейс, обширный раздел «подсказок» с трехмерной анимацией, возможность интегрировать стенд в локальную сеть мастерской с выходом в Интернет с допуском к базам данных автопроизводителей. Конечно, предусмотрены возможности импорта и сохранение информации. Сами результаты измерений представляются на экране одной картинкой, что упрощает работу оператора.
Вершина модельного ряда фирмы и пример синтеза всех достоинств оборудования John Bean – это стенд Visualiner 3D Arago, впервые представленный на выставке Automechanika 2002. По сей день и еще долгое время эта модель будет самым совершенным в мире оборудованием такого рода.
Принципиальное отличие модели – подвижные независимые блоки видеокамер, перемещающиеся по вертикальным стойкам. Автоматика стенда регулирует их положение так, чтобы обеспечить полную видимость колесных мишеней при подъеме или опускании автомобиля.
Поскольку между камерами отсутствует жесткая механическая связь, разработчики применили связь оптическую. В одном из блоков камер (активном) смонтирована дополнительная синхронизирующая камера, а в другом (пассивном) имеется мишень, аналогичная колесной. Таким образом осуществляется постоянное отслеживание взаимного положения камер. Подобное решение еще больше упростило процедуру измерения геометрии подвески. Конструкция блоков камер позволяет им перемещаться вверх и вниз по стойке, причем наилучшую позицию выбирает автоматика.
Контроль взаимного положения видеокамер позволил выполнить их поворотными, что дало возможность без проблем работать с автомобилями разных габаритов – от совсем крошечных до огромных внедорожников. Кроме того, отсутствие поперечной траверсы позволяет использовать 3D Arago на любом проездном посту, в том числе в составе проездной диагностической линии. И самое главное: Arago не требует калибровки! После установки 2 стоек и подключения их к компьютеру прибор готов к работе.
Осталось упомянуть о такой проблеме, как регулировка УУК на автомобилях марок MB, BMW, VAG и некоторых других, углы установки колес которых зависят от такого параметра, как «уровень» кузова (подвески). При работе с этими автомобилями стенды 3D1 и Arago дают возможность обойтись без дорогого оборудования Romes. В арсенале John Bean имеется простая опция – TIP-мишень с конусом, которым нужно коснуться любой выбранной точки на кузове автомобиля. Реализуя все ту же трехмерную технологию, аппаратура тут же вычислит координаты, следовательно, и высоту этой точки, и компьютер выберет из базы данных правильные значения УУК.
А наиболее изысканная опция – это голосовое управление работой стенда при выполнении всех операций. Просто и надежно, лишь бы на участке не было слишком шумно.

Прогнозы на будущее
3D-визуалайнеры от John Bean – аппаратура, безукоризненно сочетающая только достоинства. Хотя один «недостаток» отметить необходимо. Речь, конечно, о цене. Хотелось бы, конечно, сэкономить, и некоторые руководители автосервисных предприятий приобретают более дешевые стенды с колесными датчиками. Думаю, что в наше время такой шаг является опрометчивым, сегодняшняя экономия может обернуться большими потерями в будущем. Лучше уж сразу «напрячься» и приобрести полноценный 3D-стенд. Тем более что стоимость их постепенно снижается, что свойственно любому высокотехнологичному оборудованию, в разработку которого первоначально были вложены огромные средства. Я уже упоминал о том, что через 3-4 года на рынке будут востребованы только 3D-стенды. Слишком очевидны их преимущества как в точности измерений, так и в простоте и удобстве работы с ними.
И тогда рано или поздно станциям, оснащенным традиционными (на сегодняшний день) стендами, придется уступить часть рынка обслуживания современных автомобилей. Традиционными к тому времени станут 3D-стенды от John Bean.

Александр Смеян.  http://www.gardia.ru/

Комментарии

Комментариев пока нет