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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Winkeljustage eines in einem
Gehäuse
in ein Kraftfahrzeug eingebauten Sensors, bei dem die Fahrachse des
Fahrzeugs gemessen wird und die Winkellage des Gehäuses des
Sensors in Bezug auf die Fahrachse durch optische Vermessung bestimmt
wird, sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Kraftfahrzeuge
weisen eine zunehmend komplexe Sensorik auf, die es ermöglicht,
Sicherheitsfunktionen zu implementieren und/oder den Fahrer bei
der Führung
des Fahrzeugs zu unterstützen.
Häufig
werden dabei Sensoren benötigt,
die in ihrer Winkellage präzise
in bezug auf die Fahrachse des Fahrzeugs justiert werden müssen, also
in bezug auf die Achse, die die Geradeaus-Richtung des Fahrzeugs
bestimmt. Ein typisches Beispiel für einen solchen Sensor ist
ein Radarsensor für
ein Abstandradarsystem. Ein solcher Radarsensor weist ein Gehäuse auf,
in dem verschiedene Sensorkomponenten montiert sind, beispielsweise
Antennenelemente und eine radaroptische Linse. Das Sensorgehäuse wird
so in der Frontpartie des Fahrzeugs eingebaut, daß Radarwellen
vorwiegend nach vorn emittiert werden können und die von Objekten reflektierten Radarwellen
empfangen werden können,
so daß eine
Ortung vorausfahrender Fahrzeuge und sonstiger Hindernisse ermöglicht wird.
Die Radarkeule des Sensors muß dabei
so in bezug auf die Fahrachse des Fahrzeugs ausgerichtet sein, daß der Empfindlichkeitsbereich
des Sensors auch bei großen
Abständen
noch die eigene Fahrspur abdeckt. Gewöhnlich haben diese Radarsensoren
auch ein gewisses Winkelauflösungsvermögen, so
daß der
Querversatz vorausfahrender Fahrzeuge gemessen werden kann und damit
zwischen Fahrzeugen auf der eigenen Spur und auf Nebenspuren unterschieden
werden kann. Für
eine fehlerfreie Klassifizierung der Fahrzeuge ist eine präzise Winkeljustierung
des Sensors entscheidend. Eine genaue Winkeljustage ist aber auch
bei anderen Sensoren in Kraftfahrzeugen erforderlich, beispielsweise
bei Seitenradars, Rückraumradars
und dergleichen sowie auch bei Lidar-Sensoren, die mit Licht anstelle
von Radarwellen arbeiten.
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Bisher
geht man bei der Winkeljustage eines Radarsensors zumeist wie folgt
vor. Die Fahrachse des Fahrzeugs wird durch Messung der Orientierungen
der beiden Hinterräder
mittels Radkrallen oder auf einem Achsenmeßstand bestimmt. Mit Hilfe schwenkbarer
Reflektoren wird dann das Antennendiagramm des Sensors aufgenommen.
Durch Analyse des Antennendiagramms wird die Winkellage des Radarstrahls
horizontal und vertikal bestimmt. Durch Vergleich der Lage des Radarstrahls
mit der Fahrachse erhält
man einen Anhaltspunkt für
Richtung und Ausmaß der
erforderlichen Korrektur, die dann vom Bedienungspersonal durch Drehung
von mindestens zwei Justageschrauben vorgenommen wird, um die Winkellage
des Sensorgehäuses
in bezug auf das Fahrgestell des Fahrzeugs zu korrigieren. Das Ergebnis
der Korrektur wird dann durch erneute Aufnahme eines Antennendiagramms überprüft und erforderlichenfalls
wird der Justiervorgang mehrfach wiederholt, bis die korrekte Justageposition
erreicht ist.
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Dieses
herkömmliche
Verfahren ist jedoch zeitraubend und daher kostspielig.
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Aus
DE 196 42 811 A1 ist
ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Winkellage
des Sensorgehäuses
mit Hilfe eines Lasers optisch gemessen wird. Dabei nutzt man die
Tatsache aus, daß bei
der Herstellung des Sensors der Einbau der verschiedenen Komponenten
des Sensors in das Gehäuse
im allgemeinen mit engen Maßtoleranzen
erfolgt, so daß die
Lage der Empfindlichkeitsachse des Sensors in bezug auf das Gehäuse dieses
Sensors bei der Serienfertigung mit hoher Genauigkeit reproduzierbar
ist. Nach dem Einbau des Sensors in das Fahrzeug genügt es daher,
die Winkellage des Gehäuses
zu bestimmen. Dies hat den Vorteil, daß die zeitraubende Aufnahme
eines Antennendigramms entfallen kann. Vorteilhaft ist auch, daß der Radarsensor
während
der Messung nicht eingeschaltet zu sein braucht. Somit werden auch
Meßfehler
vermieden, die dadurch entstehen könnten, daß die Ausbreitung der Radarwellen
durch Objekte oder Personen im Bereich des Meßstandes beeinflußt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich das Verfahren auch bei
passiven Sensoren einsetzen läßt, die
selbst keine Strahlung emittieren, beispielsweise bei Magnetfeldsensoren.
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Die
Laseroptische Winkelmessung erfolgt bei dem bekannten Verfahren
z. B. dadurch, daß eine Laserstrahlquelle
am Gehäuse
des Sensors angebracht und dann der Auftreffpunkt des Strahls auf eine
in einiger Entfernung angeordnete Meßeinrichtung erfaßt wird.
Alternativ kann auch ein Laserstrahl von einer externen Quelle auf
einen am Gehäuse
angebrachten Spiegel gerichtet werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung mit den in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Merkmalen bietet den Vorteil, daß sie eine einfachere und genauere Justage
des Sensors mit einer kompakteren Meßanordnung ermöglicht.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die
optische Vermessung an mindestens zwei Flächen oder Konturen des Gehäuses erfolgt.
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Bei
der Vermessung zweier Flächen
des Gehäuses
können
z. B. die Abstände
dieser beiden Flächen
zu einer optischen Meßeinrichtung
gemessen werden, und aus der Abstandsdifferenz läßt sich dann Winkellage des
Gehäuses
mit hoher Genauigkeit bestimmen. Im Fall zweier Konturen des Gehäuses ergibt
sich die Winkellage aus der durch perspektivische Verzerrung bedingten Änderung
des Abstands zwischen den beiden Konturen. In beiden Fällen erübrigt es
sich, an dem Gehäuse
eine Laserquelle bzw. einen Spiegel anzubringen, wodurch nicht nur der
Arbeitsaufwand reduziert wird, sondern auch einer mögliche Fehlerquelle
beseitigt wird und somit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Messung gesteigert wird.
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Bei
dem bekannten Verfahren muß die
Meßeinrichtung
sehr weit vom Sensorgehäuse
entfernt angeordnet sein, damit man angesichts der Ausdehnung und
Unschärfe
des Auftreffpunktes des Laserstrahls eine genügende Winkelauflösung erreicht. Auch
die Zielmatrix, die zur Erfassung des Auftreffpunktes dient, muß entsprechend
groß sein.
Dagegen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Meßeinrichtung
wesentlich näher
am Sensor angeordnet sein. Damit werden die Abmessungen des Meßstandes
als Ganzes deutlich verkleinert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
optischen Abstandsmessungen können auf
verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise interferometrisch, durch
durch Triangulation mit kommerziell erhältlichen Laser-Abstandsmessern.
Für eine
Messung der horizontalen Winkeljustage genügt die Vermessung zweier Flächen. Eine
dritte Fläche ermöglicht auch
die Messung der vertikalen Justage.
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Eine
alternative Meßmethode
besteht darin, daß der
am Fahrzeug sichtbare Teil des Sensorgehäuses mit einer digitalen Kamera
oder einer digitalen Videokamera aufgenommen wird und die Winkellage
des Gehäuses
durch elektronische Bildauswertung anhand der perspektivischen Verzerrung
der Konturen des Gehäuses
bestimmt wird.
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All
diese optischen Verfahren ermöglichen eine
unmittelbare quantitative Bestimmung der Dejustage des Gehäuses, so
daß die
notwendige Korrektur in einem einzigen Schritt vorgenommen werden
kann, gegebenenfalls auch automatisch durch unmittelbare elektronische
Ansteuerung geeigneter Stellantriebe für die Justierschrauben oder
sonstige Stelleinrichtungen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere für die horizontale
Winkeljustage, wird auf eine mechanische Nachjustage des Sensorgehäuses ganz
verzichtet und statt dessen wird der gemessene Winkelversatz in
bezug auf die Fahrachse in der elektronischen Steuereinrichtung des
Sensors gespeichert und die Meßdaten
(Winkeldaten) werden bei der Auswertung des Sensorsignals rechnerisch
korrigiert. Bei einem Radarsensor mit mehreren Antennenelementen
läßt sich
die Geometrie in Richtung der Radarkeulen auch durch geeignete Phasenansteuerung
der verschiedenen Antennenelemente beeinflussen. In diesem Fall
kann eine Korrektur auch dadurch erfolgen, daß die Phasenansteuerung der
Antennenelemente in Abhängigkeit
von dem durch die optische Vermessung des Gehäuses erhaltenen Winkelversatz
eingestellt wird.
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Wenn
mindestens zwei zusätzliche
Referenzpunkte am Fahrzeugvorbau (Frontend) oder an der Karosserie
mit hinreiched enger Toleranz in ihrer Lage in bezug auf die Fahrachse
des Fahrzeugs definiert sind, kann auch die Lage der Fahrachse indirekt
mit Hife eines der oben beschriebenen Verfahren bestimmt werden,
indem die genannten Referenzpunkte optisch vermessen werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines Meßstandes zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine
Teil-Frontansicht eines Fahrzeugs mit eingebautem Radarsensor;
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3 ein
Diagramm zur Erläuterung
des Prinzips der Winkeljustage eines Radarsensors;
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4 und 5 Frontansichten
eines Radarsensors, zur Illustration zweier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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6 eine
Frontansicht eines Radarsensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
und
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7 eine
Prinzipskizze zur Erläuterung
der Bestimmung der Winkellage des Sensorstnach 6 durch
elektronische Bildverarbeitung.
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1 zeigt
in der Draufsicht ein Fahrzeug 10, bei dem in der Frontpartie
ein Radarsensor 12 eingebaut ist. Von dem Radarsensor ist
in 1 lediglich ein Gehäuse 14 dargestellt.
In Idealfall ist das Gehäuse 14 so
in das Fahrzeug 10 eingebaut, daß die Radarkeule des Radarsensors 12 annähernd waagerecht
und parallel zur Fahrachse des Fahrzeugs 10 nach vorn abgestrahlt
wird.
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1 zeigt
das Fahrzeug 10 in einem Meßstand 16, der zur Überprüfung und
gegebenenfalls zur Korrektur der Winkellage des Radarsensors 12 dient.
Dieser Meßstand
umfaßt
einen Achsenmeßstand 18 zur
Messung der Fahrachse des Fahrzeugs 10 und eine optische
Meßeinrichtung 20 zum
optischen Vermessen des Gehäuses 14 des
Radarsensors 12. Die Meßeinrichtung 20 liegt
dem Sensor 12 gegeüber
und kann zur genauen Ausrichtung auf den Sensor horizontal und/oder
vertikal verstellbar sein, sollte dabei jedoch eine definierte Winkellage
in bezug auf den Achsenmeßstand 18 beibehalten.
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2 zeigt
eine Frontansicht des Fahrzeugs 10. Das Gehäuse 14 des
Radarsensors 12 ist durch eine in der Fahrzeugkarosserie
gebildete Öffnung 22 sichtbar.
Weiterhin ist eine karosseriefeste Konsole 24 zu erkennen,
an der das Gehäuse 14 justierbar befestigt
ist. Das Gehäuse 14 weist
vorspringende Flansche 26, 28, 30 auf,
mit denen es an der Konsole 24 gehalten ist. Dabei bildet
der Flansch 26 ein Festlager, und die Flansche 28 und 30 nehmen
Justierschrauben auf, mit denen sich zum Einstellen der horizontalen
und vertikalen Winkeljustage des Gehäuses 14 der Abstand
zwischen dem jeweiligen Flansch und der Konsole 24 einstellen
läßt.
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In 3 ist
das Meßprinzip
dargestellt, das der Überprüfung und
Korrektur der Winkellage des Gehäuses 14 des
Radarsensors zugrunde liegt. Dargestellt ist hier die Hinterachse 32 des
Fahrzeugs 10 mit den linken und rechten Hinterrädern 34.
Die Lage einer Bezugsachse 36 des Achsenmeßstands 18 ist durch
drei zueinander und zu dieser Bezugsachse parallele Geraden angegeben.
Mit Hilfe des Achsenmeßstandes 18 werden
die Winkelabweichungen αL und αR der linken und rechten Hinterräder 34 von
der Bezugsachse 36 gemessen. Diese Winkelabweichungen sind
in der Zeichnung stark übertrieben
dargestellt. Der arithmetische Mittelwert α der Winkelabweichungen αL und αR gibt
die Lage der Fahrachse 38 des Fahrzeugs 10 relativ
zur Bezugsachse 36 an.
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Der
Radarsensor 12 hat eine Empfindlichkeitsachse 40,
die der Hauptabstrahl- und Empfindlichkeitsrichtung der Radarkeule
entspricht und die herstellungsbedingt in bezug auf das Gehäuse 14 festliegt.
Gemäß 3 weist
der Radarsensor 12 eine Antenneneinheit 42 mit
mehreren nicht näher gezeigten
Antennenelementen sowie eine radaroptische Linse 44 zur
Fokussierung des Radarstrahls auf. Die Lage der Empfindlichkeitsachse 40 relativ zum
Gehäuse 14 wird
insbesondere durch die Anordnung der Antenneneinheit 42 relativ
zur Linse 44 bestimmt.
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Das
Gehäuse 14 ist
nun im Fahrzeug 10 in der Horizontalen so zu justieren,
daß die
Empfindlichkeitsachse 40 des Sensors zu der Fahrachse 38 des Fahrzeugs
parallel ist, d. h., daß die
Empfindlichkeitsachse 40 mit der Bezugsachse 36 den
gleichen Winkel α bildet
wie die Fahrachse 38. Diesem Zweck dient die in 1 gezeigte
Meßeinrichtung 20.
Es ist eine Vielzahl optischer, insbesondere laseroptischer Meßverfahren
bekannt, mit denen die Winkellage des Gehäuses 14 bestimmt werden
kann.
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Ein
erstes Beispiel soll anhand der 1 bis 4 erläutert werden.
Die Meßeinrichtung 20 weist bei
dieser Ausführungsform
drei Laser-Abstandsmeßgeräte auf,
die jeweils einen Laserstrahl 46 auf das Gehäuse 14 richten,
und zwar jeweils auf einen der Flansche 26, 28 und 30.
In 4 sind die Auftreffpunkte 48 der drei
Laserstrahlen 46 gezeigt. Jedes Abstandsmeßgerät weist
eine seitlich zum Laserstrahl versetzte Optik auf, die den betreffenden Auftreffpunkt
scharf auf eine hochauflösende
optoelektronische Sensorzeile abbildet. Nach dem bekannten Triangularverfahren
wird dann der Abstand zwischen Flansch und Meßgerät sehr genau gemessen. Die
Meßgenauigkeit
liegt in der Größenordnung einiger μm. Wie in 3 zu
erkennen ist, liegen die drei Flansche in einer gemeinsamen Ebene,
so daß sie
eine gute Referenzfläche
für die
Bestimmung der Winkellage des Gehäuses abgeben. Durch Vergleich der
für die
Flansche 26 und 30 erhaltenen Abstandswerte läßt sich
die laterale Winkelabweichung der Empfindlichkeitsachse 40 von
der Bezugsache 36 mit hoher Genauigkeit berechnen.
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Anhand
dieser gemessenen Winkelabweichung und des gleichfalls bekannten
Winkels α zwischen
der Bezugsachse 36 und der Fahrachse 38 kann dann
der erforderliche Verstellweg für
die Justierschraube quantitativ bestimmt und entweder manuell oder
automatisch eingestellt werden.
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Auf
diese Weise läßt sich
die nötige
Korrektur der horizontalen Winkellage des Gehäuses 14 mit nur einem
einzigen Meß-
und Justierschritt bewerkstelligen. Die vertikale Winkellage des
Gehäuses 14 läßt sich
auf analoge Weise unter Benutzung der Flansche 26 und 28 einstellen.
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In
einer noch eleganteren Ausführungsform wird
die Winkellage des Gehäuses 14 im
Fahrzeug 10 nicht mechanisch verändert, sondern statt dessen wird
die mit Hilfe der Meßeinrichtung 20 bestimmte Abweichung
zwischen der Soll-Lage und der Ist-Lage der Empfindlichkeitsachse 40,
der sogenannte Offset, elektronisch in einer zu dem Radarsensor 12 gehörenden Steuereinheit 50 gespeichert.
Bei der Auswertung der vom Radarsensor 12 gelieferten Richtungssignale
wird dann der Offset elektronisch korrigiert. Bei dieser Ausführungsform
sind somit keinerlei mechanische Justiervorgänge erforderlich, so daß die Korrektur
der Winkeljustage in kürzester
Zeit vorgenommen werden kann.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
enthält
die Meßeinrichtung 20 ein
Interferometer, mit dem die Winkellage des Gehäuses 14 in bezug auf die
Fahrachse 38 interferometrisch bestimmt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren, in 5 dargestellten Ausführungsform
wird die Forderfront des Gehäuse
mit Hilfe zweier Linienlaser abgetastet, die eine vertikale Linie 52 für die horizontale
Justage und eine horizontale Linie 54 für die vertikale Justage auf das
Gehäuse
zeichenen. Die entsprechenden Abstandssensoren der Meßeinrichtung 20 (z.
B. 2D Laser-Line Triangulatoren LLT 2800-100 der Firma Micro-Epsilon,
Ortenburg) arbeiten nach einem ähnlichen
Prinzip wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach 4, doch wird hier mit einem zweidimensionalen Sensorfeld
für jeden
Punkt der Linie 52 bzw. 54 ein Abstandswert aufgenommen,
so daß man
ein Höhenprofil
der Forderfront des Gehäuses 14 über die gesamte
Länge der
Linie 52 bzw. 54 erhält. Dies ermöglicht eine
noch größere Genauigkeit
und Robustheit der Messung und hat zudem den Vorteil, daß man mit
den Laserstrahlen nicht so genau zu "zielen" braucht. Allerdings ist es auch in
diesem Fall vorteilhaft, wenn die Laser-Linien die Flansche 26, 28 und 30 überstreichen.
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Da
das Gehäuse 14 ein
dreidimensionales Objekt ist, von dem durch die Öffnung 22 der Fahrzeugkarosserie
nicht nur die Vorderseite, sondern bei Schrägansicht auch Teile der Seitenwände zu sehen sind,
kann die Winkellage des Gehäuses 14 auch durch
elektronische Bildverarbeitung eines mit Hilfe einer Kamera aufgenommenen
Bildes des Gehäuses bestimmt
werden.
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6 und 7 illustrieren
eine Weiterbildung dieses Verfahrens, bei dem die Bildauswertung durch
geeignete Markierungen am Gehäuse 14 erleichtert
wird. 6 zeigt eine Frontansicht eines Radarsensors 12,
bei dem Markierungen 56, 58 die Form zweier konzentrischer
Rahmen um die Linse 44 haben. Wie 7 zeigt,
liegt die Linse 44 hier in einer konischen Vertiefung 60 des
Gehäuses,
und die inneren und äußeren Ränder der
Flanken dieser Vertiefung 60 bilden die Markierungen 56 und 58.
Wenn das Gehäuse 14 schräg in bezug
auf eine Kamera 62 angeordnet ist, mit der die Frontseite
des Gehäuses fotografiert
wird, so führt
die perspektivische Verzerrung zur einer Exzentrizität e zwischen
den rahmenförmigen
Markierungen 56, 58 in dem von der Kamera aufgenommenen
Bild 64. Wenn die Kamera 62, die Teil der optischen
Meßeinrichtung 20 ist,
mit ihrer optischen Achse auf die Mitte des Gehäuses 14 und parallel
zur Bezugsachse 36 ausgerichtet ist, so ist die Exzentrizität e, die
durch Bildauswertung bestimmt werden kann, ein Maß für die Winkelabweichung
zwischen der Bezugsachse 36 und der Empfindlichkeitsachse 40 des
Sensors. Durch Vergleich mit der Winkelabweichung α zwischen
Bezugsachse und der Fahrachse 38 läßt sich dann der Offset berechnen.
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Wenn
die Winkeljustage des Gehäuses 14 mechanisch
korrigiert werden soll, kann auch anhand der gemessenen Lage der
Fahrachse 38 ein Sollwert für die Exzentrizität e berechnet
werden, und bei Beobachtung des Gehäuses 14 mit einer
Videokamera kann dann das Gehäuse 14 so
lange verstellt werden, bis die Exzentrizität dem Sollwert entspricht.