CN101981407A - 底盘测量系统以及确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法 - Google Patents

底盘测量系统以及确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法 Download PDF

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Abstract

按照本发明的底盘测量系统，其包括至少一对第一和第二测量头(2，21)，它们在汽车横向上相互对置，其中每个测量头(2，21)具有至少一个测量照相机(4，8；14，18)和至少一个与测量照相机(4，8；14，18)指向相同方向的照明装置(6，10；16，20)；还包括与测量头(2，12)连接的数据处理单元，它构造成由第一测量头(2)的测量照相机(4，8)拍摄的第二测量头(12)的照明装置(16，20)的图像与存储的基准图像进行的比较，求得测量头(2，12)相互间的位置参量。

Description

底盘测量系统以及确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法
技术领域
本发明涉及具有至少一对在汽车横向上相互对置的测量头的底盘测量系统以及一种用于确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法。
背景技术
在光学的无接触式底盘测量时，例如在测量汽车上的前束和外倾时使用具有测量照相机的测量头，它们分别检测汽车的车轮或安置在其上的目标。由测量值可以计算车轮轴、旋转轴线、车轮中心或旋转中心的位置，并且由此可以确定汽车前束和外倾的值。
无接触式底盘测量系统的基本前提是，已知测量头相互间的几何位置参量，尤其是其距离和其取向，并且将所有测量头的测量值呈现在共同的坐标系或参考系里面或者变换到这种共同的坐标系中。由DE3618480中已知，由测量头测量检测点物体上的点。由在单个测量头的局部参考系中测量检测点和已知的检测点坐标，能够对于每个测量头将其局部坐标系变换到共同的全局坐标系。这种方法必须设置检测点物体，这带来附加的费用和附加的成本。
发明内容
因此本发明的目的是，提供底盘测量系统以及一种用于确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法，其中可以方便、快速且成本有利地确定测量头的位置参量。
这个目的通过权利要求1所述的底盘测量系统和权利要求6所述的用于确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法完全得以实现。有利的改进方案由从属权利要求给出。
按照本发明底盘测量的概念指的是用于轴测量和其它应用例如动态的冲击缓冲器检验。测量照相机按照本发明指的是所有光学的检测设备，它们用于无接触地底盘测量，尤其是摄像机和视频传感器。
按照本发明的基本思想可以通过简单的方式确定测量头的几何位置参量并由此使由测量头获得的测量数据在共同的坐标系中表示，无需在测量位置上或在测量头或者甚至在检测点物体上的附加标记。按照本发明可以节省这些对于这种附加的标记或检测点物体的成本，它们对于按照现有技术的方法是必需的。通过按照本发明确定测量头位置参量能够随时以简单的时间实现几何位置参量的监控和可能所需的重建。如果确定测量头的定位、尤其是其距离和取向偏离预定的理论值，则一方面可以使测量头适合地移动或旋转，由此使实际的位置参量与预定的位置参量达到一致，另一方面可以在计算局部坐标系变换到全局坐标系时一起考虑变化的位置参量，由此纯计算地实现位置参量的跟踪和共同全局坐标系重建。
按照本发明的方法不仅可以用于确定测量头在实际的测量前的定向，而且可以用于监控和用于跟踪在测量期间的定向。
在测量前确定定向时首先将测量头(无需将汽车放置在测量场地)这样相互对准，使照明装置位于相应对置的测量头的测量照相机的视野里面。然后可以利用按照本发明的方法准确地确定测量头的位置参量。
在测量期间尤其在柔性的轴测量系统中使用测量头定向的监控和跟踪，在此测量头是可移动的并且可以在测量期间运动，例如可以检测具有不同车轮状态的汽车。在此通过按照本发明的方法可以识别测量头上的运动或移位并且按照可能性跟踪。
如果这样安置照明装置和测量照相机，使得能够在汽车下面或上面进行相互观察，则按照本发明的方法不仅可以在空的测量场地使用，而且可以在放置汽车的测量场地使用。
在简单变型中，按照本发明的底盘测量系统以及按照本发明的用于确定位置参量的方法分别含有一对在汽车横向上相互对置的测量头。
在具有测量头(它们分别设置在汽车的对置车轮上)的实施例中，对于至少一对在汽车纵向上相互对置的测量头还建立纵向连接，例如在一对在汽车纵向上相互对置的测量头之间。如果在两个汽车侧面上存在这种纵向连接，则当汽车放置在车轮场地上时，可以随时识别并跟踪位置变化。
本发明指出，如图2所示，使测量照相机或视频传感器配有LED照明系统。在测量过程期间利用在测量头的测量照相机或图像传感器上产生的相应对置的测量头的照明装置的立体图像，用于监控并可能跟踪共同的定向。
所述照明装置可以实现脉冲式闪光，因此只在非常短的时间间隔期间可以看到照明。为了可以使闪光在对置的测量头的图像传感器上产生图像，必须使所有在测量系统上参与的照明装置和图像传感器或测量照相机相互同步。
所述照明装置也可以备选地持续光实现，由此在整个测量期间存在连续的照明。在这里无需照明装置和测量照相机在测量头中的同步。
对此备选地使照明装置是脉冲式闪光，它能够转换到持续光模式。这样构成照明装置，使得可以在脉冲式闪光模式与持续光模式之间交替。例如为了控制测量头的共同定向可以转换到持续光模式，用于避免费事地所有系统部件的同步。
根据测量照相机的解析度和由照明装置在确定时间间隔期间发出的光量可以设想下面的方案。
所述照明装置的所有元件形成要被观察的特征。如果照相机的解析度太低，或者由照明装置发出的光量太大，则可以不再使照明装置的单个元件、例如单个LED相互分开，并且将照明装置的所有单个元件的集合视为唯一特征。
所述照明装置的单个元件形成要被观察的特征。如果照相机的解析度足够并且由照明装置发出的光量不是太大，则能够相互分开地识别照明装置的单个元件。因此每个元件是独立的特征。如果照相机的解析度不够或者发出的光量太大，则同样可以设想，使照明装置的单个元件顺序发光，由此尽管上述的限制也可以测量它们。
附图说明
下面借助于附图中的实施例详细解释本发明。附图中：
图1从前面示出无接触式底盘测量系统的前面的测量头的示意图，
图2示出从前右测量头的视线看去的前左测量头的示意图，
图3示出图1中两个相互对置的测量头的俯视图，其中对于第二测量头示出两个位置，
图4示出图1中两个相互对置的测量头的示意图，其中示出第二测量头的两个位置，并示出从属的、由上面的立体测量照相机拍摄的第二测量头的照明装置的从属立体图像。
具体实施方式
图1从前面示出无接触式底盘测量系统的前面的测量头2和12的示意图。
在按照本发明的无接触式底盘测量中通常在测量场地上分别对汽车的一个车轮对置地设置四个测量头。在图1中从前面示出两个前面的测量头2和12。
在此下面的立体测量照相机8和18略微向上倾斜，上面的立体测量照相机4和14略微向下倾斜。立体测量照相机4、8、14和18分别由环形的LED系统6、10、16和20包围。这些环形的LED系统6、10、16和20不仅用于照明要被测量的轮圈或安置在轮圈上的、要被测量的目标，而且作为用于相应对置的立体测量照相机4、8、14和18用于使测量头2和12相互定基准(Referenzierung)的目标对象。由环形LED系统6、10、16和20构成的照明装置只是示例性的。照明装置也可以由LED环形闪光灯或以激光源的形式构成。
在此用于确定测量头2和12相互间的位置参量、即取向和距离的过程称为定基准。在此定基准的前提是，在汽车横向上相互对置的测量头2与12之间存在可见连接，即没有汽车设置在测量场地上或者汽车不妨碍可见连接。
测量头4、10、16和22或者无导线或者通过连接导线与在图1中未示出的数据处理单元连接。
在按照本发明的底盘测量系统中的优点是，可以实现测量头2和12相互间的定基准，为此可以追溯到对于测量本来就存在的、以环形LED系统6、10、16和20形式构成的照明装置，而不必为此在测量场地设有独立的标记或检测点物体。由此可以节省费用。
此外在图1中以X1表示前左测量头2的局部坐标系，以X2表示前右测量头12的局部坐标系并以Xglobal表示全局坐标系。利用按照本发明的定基准，将局部坐标系X1和X2变换到全局坐标系Xglobal。
图2示出从前右测量头12的视线看去的前左测量头2的示意图.
在此可以看到环形LED系统6和10，它们围绕上面的立体测量照相机4和下面的立体测量照相机8设置。在本实施例中各18个LED的四个LED同心圆围绕测量照相机4和8设置并且形成照明装置。
在立体测量照相机4、8、14、18与相应照明装置6、10、16和20倾斜布置时相应下面的立体测量照相机8和18观察相应对置的LED系统16和6，上面的测量照相机4和14观察相应对置的LED系统20和10。
图3示出两个相互对置的测量头2和12的俯视图，其中对于第二测量头12示出两个位置。
为了简化分别示出在测量照相机4和14旁左侧和右侧的LED系统6和16，并且假设，上面的测量照相机4和14分别在其视野中看到对置的LED系统16和6。
在图3中在右侧的测量头12里面示出第一位置和虚线示出的、与第一位置相比移位的第二位置。第一局部坐标系统X1也可以称为[R1；T1]并因此称为第一测量头2相对于球参考系Xglobal的初始定向。在第二测量头12的第一位置，其局部坐标系X2表示第二测量头12相对于全局参考系[R2；T2]的初始定向。在此R表示旋转矩阵、尤其是3x3的旋转矩阵，用于描述旋转，T表示平移矢量，用于描述坐标系之间的平移。
通过弯曲的和虚线表示的箭头，示出了第二测量头12从初始的位置到变化位置的位置移位[Rx；Tx]。通过两个实线表示的箭头(它们从第一测量照相机4开始并碰到第二测量头12的LED系统16的两个示例选择的LED上)表示通过第一测量照相机4初始观察的LED照明系统16。通过两个虚线表示的箭头(它们从第一测量照相机4开始并碰到移位位置中的第二测量头12的虚线表示的LED上)表示观察在移位位置中的第二测量头12的LED系统16。
图4示出两个相互对置的测量头2和12的示意图，其中示出第二测量头12的两个位置，并示出从属的、由上面的立体测量照相机4拍摄的第二测量头12的照明装置16和20的从属立体图像.
在图4中位置固定地示出第一测量头2，并且示出第二测量头12的第一位置和以虚线表示的、相对于第一位置变化的位置。在此围绕上面的立体测量照相机14旋转地示出相对于第一位置的变化位置。因此从第一到第二位置没有产生第一测量照相机14和上面的LED系统16的移位，但是下面的测量照相机18和下面的LED系统20移位。
在两个测量头2与12之间的一半距离上示出照明装置16和18的立体图像，如同由第一测量头2的上面的测量照相机4拍摄的那样。在此上面较黑的环和下面较黑的环表示LED系统16和18在第二测量头12的第一位置中的图像。上面较黑的环和中间略微明亮的环表示LED系统16和18在第二测量头12的第二位置中的图像。
下面简述按照本发明的用于确定测量头2和12的位置参量的方法。
如果测量头分别只具有唯一的照相机，则使用在测量照相机上可见的对置的照明装置的2D特征作为观察。在时间上跟随特征的位置。如果在一个时刻实际的位置太明显地偏离一个过去的时间段的位置，则可以由底盘测量系统的数据处理单元例如输出警示，即测量头相互间的定向已经相互变化。
对于在图1至4中所示的实施例，其中测量头2和12分别具有两个测量照相机4和8或14和18，则由在测量照相机4、8和14、18上可见的对置的照明装置16、20和6、10的2D特征能够分别计算3D位置。在此测量头2和12的两个测量照相机4、8和14、18相互间相对校准。
为了监控和跟踪位置参量，尤其是测量头2和12相互间的距离和取向可以利用下面示例给出的算法。
1.初始化
1.1确定D3位置，结果：测量头2和12确定相应对置的照明装置6、10和16、20在其各自的局部坐标系中的3D位置。
1.2将测得的点变换到全局坐标系
1.2.1第一测量头2的照明装置6、10在第二测量头12的坐标系X2中的3D位置PLED1_2。
1.2.2第二测量头12的照明装置16、20在第一测量头2的坐标系X1中的3D位置PLED2_1。
在此要强调，所述照明装置6、10和16、20与测量头2、12固定连接并且其相对于测量头2、12的位置在测量头运动时不变化。
2.监控
2.1对于每个拍摄时刻测量头2、12确定相应对置的测量头12、2的可见的照明装置16、20和6、10在其局部坐标系中的3D位置。接着将测得的位置变换到全局坐标系里面。
2.2将实际测得的位置与在步骤1.2中确定的照明装置6、10和16、20的初始位置进行比较。
2.2.1如果没有位置变化，则以步骤2.1继续进行，
2.2.2如果已经产生相对于先前时刻的位置变化，如图在图3和4中示出的那样，以步骤3继续进行。
3.跟踪
3.1按照步骤2.1确定照明装置6、10和16、20在全局坐标系中的位置。
3.2在步骤3.1中确定的照明装置6、10和16、20的位置与在步骤1.2中确定的初始位置相比，移位了由位置变化引起的定向[RX；TX]。因此为了跟踪可以由步骤1.2和步骤3.1的点云之间的坐标变换来确定定向[RX；TX]。
如果测量头具有多于两个的照明装置，可以利用上面基于各包括两个照相机的测量头描述的相同的算法。在此通过改进的照明装置空间分布能够改善控制和跟踪的精度。通过照明装置的适合的空间配置也可以使用上述的具有唯一照相机的方法。
按照本发明的用于确定底盘测量系统的测量头的位置参量的方法除了适用于轴测量以外，也适用于其它的在底盘测量中的应用，例如适用于动态的冲击缓冲器检验。按照本发明的方法也可以称为用于在以视频为基础的轴测量系中监控测量头的位置的方法。

Claims (11)

1.底盘测量系统，其包括至少一对第一和第二测量头(2，21)，它们在汽车横向上相互对置，其中每个测量头(2，21)具有至少一个测量照相机(4，8；14，18)和至少一个与测量照相机(4，8；14，18)指向相同方向的照明装置(6，10；16，20)；还包括与测量头(2，12)连接的数据处理单元，它构造成由第一测量头(2)的测量照相机(4，8)拍摄的第二测量头(12)的照明装置(16，20)的图像与存储的基准图像进行的比较，求得测量头(2，12)相互间的位置参量。
2.如权利要求1所述的底盘测量系统，其中所述照明装置(6，10；16，20)构造成环形地围绕测量照相机。
3.如权利要求1或2所述的底盘测量系统，其中所述照明装置(6，10；16，20)构造成产生脉冲式闪光或持续光。
4.如权利要求1至3中任一项所述的底盘测量系统，其中每个测量头(2，12)具有两个在相同方向上取向的测量照相机(4，8；14，18)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的底盘测量系统，其中设有至少一对用于前车轮的第一和第二测量头(2，12)和至少一对用于后车轮的第一和第二测量头，其中这样构造数据处理单元，即对于每对在汽车横向上相互对置的测量头(2，12)，由第一测量头(2)的测量照相机(4，8)拍摄的第二测量头(12)的照明装置(16，20)的图像与存储的基准图像进行的比较，求得测量头(2，12)相互间的位置参量。
6.一种用于确定如权利要求1至5中任一项所述的底盘测量系统的测量头(2，12)的位置参量的方法，其中提供至少一对在汽车横向上相互对置的测量头(2，12)，并且其中对于每对第一和第二测量头(2，12)执行下面的步骤：
运行第二测量头(12)的照明装置(16，20)并且通过第一测量头(2)的测量照相机(4，8)拍摄所述第二测量头(12)的照明装置(16，20)的图像；
通过将拍摄的图像与存储的基准图像进行比较，确定第二测量头(12)的照明装置(16，20)在第一测量头(22)的局部坐标系中的位置参量；
将第二测量头(12)的照明装置(16，20)的位置参量变换到全局坐标系里面。
7.如权利要求6所述的方法，其中对于每对第一和第二测量头(2，12)执行下面的步骤：
运行第一测量头(2)的照明装置(6，10)并且通过第二测量头(12)的测量照相机(14，18)拍摄所述第一测量头(2)的照明装置(6，10)的图像；
通过将拍摄的图像与存储的基准图像进行比较，确定第一测量头(2)的照明装置(6，10)在第二测量头(12)的局部坐标系中的位置参量；
将第一测量头(2)的照明装置(6，10)的位置参量变换到全局坐标系里面。
8.如权利要求6或7所述的方法，还包括下面的步骤：
重新执行如权利要求6或7所述的方法步骤；
检验位置参量是否已经变化；
借助于从在全局坐标系中先前确定的位置参量到在全局坐标系中的实际的位置参量的坐标变换来跟踪位置参量。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中在照明装置(6，10；16，20)的图像中把所述照明装置视为共同的特征并且与基准图像进行比较。
10.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中在照明装置(6，10；16，20)的图像中，照明装置(6，10；16，20)的单个元件视为独立的特征，并且与相应的基准图像进行比较。
11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其中在拍摄图像时，所述照明装置(6，10；16，20)以脉冲式闪光运行，并且使测量照相机(4，8；14，18)与照明装置(6，10；16，20)同步。
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