3D 四輪定位機（Wheel Alignment Machine）原理筆記
3D 四輪定位機之所以精準，是因為它不信任物理安裝的完美性（夾具會歪、鋁圈會變形），而是利用電腦視覺捕捉動態軌跡，再透過幾何數學還原出看不見的「物理旋轉軸」。
1. 核心數學原理：尋找唯一的「旋轉軸」
3D 定位機的終極目標並非測量「輪圈平面」，而是確立車輪的「物理旋轉軸（Spindle Axis）」。
- 軌跡擬合（Trajectory Fitting）：
當進行推車補償（Run-out Compensation）時，相機並非單純拍攝靜態平面，而是連續捕捉反光板上特徵點在空間中的移動路徑。- 這些點在空間中會畫出多條圓弧（或是投影下的橢圓弧）。
- 系統透過演算法（如最小平方法 Least Squares Fitting）計算這些空間弧線的最佳擬合圓心與共面性。
- 向量確立：
這些擬合圓的圓心連線（或垂直於擬合平面的法向量），即為該車輪唯一的旋轉軸。關鍵修正： 即使反光板安裝歪斜，特徵點繞行的軌跡圓心依然會落在旋轉軸上。因此，系統是透過「計算軌跡的幾何中心軸線」來消除夾具偏差，而非單純依賴反光板平面。
2. 光學系統與目標設計
為了獲取高精度的空間座標，硬體設計結合了材料學與立體視覺技術。
- 立體雙目視覺（Stereo Vision）：
高階定位機通常在橫樑兩側各設有一組「雙鏡頭」。- 利用視差（Parallax）原理，類似人類雙眼，能比單鏡頭更精確地計算出反光板的深度（Z軸距離）與空間姿態。
- 這大幅提升了對「車輛軸距」、「輪距」以及「推力角（Thrust Angle）」的測量精度。
- PnP 演算法與圖案編碼：
反光板上的圓點或方塊具有特定的幾何排列。系統利用 Perspective-n-Point (PnP) 演算法，從 2D 影像反推 3D 位姿。 - 高信噪比成像（High SNR）：
- 回歸反射材質（Retro-reflective）： 確保光線沿原路反射，配合鏡頭旁的紅外線頻閃燈（Strobe），使圖案亮度遠高於環境背景。
- 濾光片： 阻擋可見光干擾（如陽光、車間照明），僅讓特定波長的紅外線通過。
3. 誤差來源與多層次修正
系統設計必須對抗物理安裝誤差、硬體變形及環境變數。
- 安裝與輪圈誤差（Run-out Compensation）：
- 數學修正： 當反光板隨輪胎旋轉出現「擺動（Wobble）」時，系統計算出擺動幅度並在最終數據中扣除。
- 物理限制： 若鋁圈真圓度嚴重不足（歪框），雖然數學上能算出旋轉軸，但車輛行駛時會產生物理震動。此時定位數據雖「數學正確」，但實務上需建議修復或更換鋁圈，否則行駛質感依然不佳。
- 熱漂移與環境補償：
- 結構熱脹冷縮： 橫樑金屬受溫度影響會微幅伸縮，系統需透過溫度感測器修正兩相機間的基線距離（Baseline）。
- 感測器漂移： 高階系統會針對相機內部的 CMOS/CCD 進行溫度補償，防止因晶片發熱導致的像素座標漂移。
- 相機標定（Calibration）：
透過定期的 ISO 標準架校正，確保左右相機座標系的相對位置絕對精準。
4. 系統整合與應用層面
定位機不僅是測量工具，更是車輛底盤數據的整合中心。
- OEM 數據庫比對：
系統內建原廠設定值（Camber, Caster, Toe），測量結果會即時比對公差範圍，並以圖形化介面引導技師調整。 - ADAS 校正整合（Advanced Driver Assistance Systems）：
這是現代定位機的關鍵功能。- 車輛的雷達（ACC）與攝影機（車道維持）必須以車輛的「推力線（Thrust Line）」為基準進行校正。
- 3D 定位機測算出後輪形成的推力角後，能引導放置 ADAS 校正靶板，確保輔助駕駛系統的視線與車輛實際行進方向一致。
🔍 判斷定位機準確性的方式
1. 校正紀錄
- 問技師或保養場是否有 定期校正紀錄（通常 6–12 個月一次）。
- 原廠定位機會提供專用校正治具，校正完成後會有報告或標籤。
- 如果保養場能出示最近的校正證明，可信度就高。
2. 設備狀態
- 鏡頭與橫樑：觀察定位機的鏡頭是否乾淨、橫樑是否有撞擊痕跡或歪斜。
- 反光板：檢查反光板表面是否完整，沒有刮傷或污漬。
- 軟體版本：高階定位機會定期更新軟體，確保演算法與車輛資料庫最新。
3. 測量一致性
- 重複測試：可以要求技師在同一輛車上做兩次定位，數據應該高度一致。
- 左右對稱性：正常車輛的 Camber、Toe 不會出現極端差異，如果數據明顯不合理，可能是設備有問題。
4. 比對車輛狀態
- 方向盤正位：定位後方向盤應該回正，不會偏斜。
- 行駛測試：定位後車輛在平直路面上應該能直線行駛，不會偏向一側。
- 輪胎磨耗：如果定位後仍快速出現偏磨，可能是設備或操作有誤。
5. 專業認證
- 部分保養場會通過 原廠或第三方檢測機構的認證（例如 Hunter、John Bean 等定位機品牌會提供年度檢測服務）。
- 有認證的保養場通常會在現場張貼證書。
📌 總結
要知道保養場的定位機是否準確，可以：
- 確認校正紀錄（半年或一年內有校正）。
- 檢查設備狀態（鏡頭、反光板、橫樑是否正常）。
- 觀察測量一致性（數據合理且重複性高）。
- 比對車輛實際狀態（方向盤正、行駛直、輪胎不偏磨）。
- 認證與品牌保障（有原廠或第三方檢測證書）。
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