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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermessen der Rad-
oder Achsgeometrie eines Fahrzeuges, bei dem während der Drehung des Rades
mindestens ein an diesem vorhandenes oder für die Messung eigens angebrachtes
Merkmal optisch mittels mindestens einer bildgebenden Sensoreinheit unter
unstrukturierter Beleuchtung erfasst und auf der Basis der so erhaltenen
Bilddaten eine Auswertung zum Bestimmen der Rad- oder Achsgeometrie durchgeführt wird.
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Ein
derartiges Verfahren ist in der
DE 197 57 763 A1 und auch in der
EP 1 042 643 B1 angegeben. Bei
diesen bekannten Verfahren werden mit Hilfe von Bildaufnahmeeinrichtungen,
insbesondere Kameras, einer Bezugsmerkmalsanordnung am Prüfplatz und optischen
Merkmalen am Fahrzeugrad und an der Karosserie die Fahrachse und
weiterhin Rad- und Achsgeometriedaten ermittelt. Gemäß der
DE 197 57 763 A1 erfolgt
dabei die Messung im Stand des Fahrzeuges, während nach der
EP 1 042 643 B1 das Fahrzeug
an der Messeinrichtung mit der Bildaufnahmeanordnung vorbeifährt. Aus
einer Erfassung des Fahrzeugs und der Bezugsmerkmalsanordnung wird mittels
der Messeinrichtung eine Referenzierung des Systems im Messraum
zum Messplatz vorgenommen. Zur Durchführung der Verfahren ist im
Einzelnen die Verwendung speziell angebrachter Merkmale bei der
Bezugsmerkmalsanordnung zur Referenzierung des Messeinrichtung,
an dem zu vermessenden Rad bzw. den Rädem und an der Karosserie ausgeführt und
auch auf die Nutzung ohnehin vorhandener Merkmale hingewiesen. Eine
Adaption spezieller Merkmale am Rad bzw. der Karosserie und in der
Bezugsmerkmalsanordnung erfordert zusätzlichen Aufwand, ist aber
hinsichtlich einer eindeutigen Erfassung der Merkmale und damit
verbundenen höheren Messgenauigkeit
von Vorteil. Das Verfahren wird allerdings dadurch begünstigt,
dass diese bekannte Messeinrichtung insbesondere an Karosserie und Rad
die Anbringung von Merkmalen zulässt,
die weder justiert werden müssen
noch hohes Gewicht aufweisen.
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Auf
der Basis der vorstehend genannten Druckschriften sind noch weitere
Verfahren entwickelt worden, wie sie beispielsweise die
DE 199 34 864 A1 und
die
DE 100 50 653
A1 zeigen. Während erstere
u.a. eine besondere Vorgehensweise zum Bestimmen der Fahrachse des
Fahrzeuges aus einer Bewegungsbahn mindestens eines Karosseriemerkmals
vorstellt, sind in der
DE
100 50 653 A1 nähere Erläuterungen
zu verschiedenen Vorgehensweisen bei der Referenzierung der Messeinrichtung
zum Messplatz und der gegenseitigen Zuordnung der Aufnahmestandorte
(Position und Richtung) gemacht.
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Auch
in der
EP 0 895 056
A2 ist auf die Nutzung ohnehin am Fahrzeugrad vorhandener
Strukturen, nämlich
insbesondere des Felgenrandes, zur Achsvermessung eingegangen. Zum
Bestimmen der 3D-Position
und Lage der Radebene wird die Lage der Felgenrandebene aus den
beiden Bildern zweier Kameras hergeleitet, indem der Felgenrand
zunächst in
jedem Einzelbild von Bildpaaren auf der Grundlage einer Verarbeitung
maximaler Grauwertsprünge mehrerer
signifikanter Merkmale für
den Felgenrand identifiziert werden und daraus die Ellipse durch
fünf Punkte
des abgebildeten Felgenrandes berechnet wird. Eine derartige, an
sich aus der Bildverarbeitung bekannte Vorgehensweise mit der Ermittlung
von Kanten aufgrund sprungartiger Grauwertübergänge macht es oft schwierig,
eine genaue Messung der Geometriedaten zu erhalten, wobei es auch
u.a. Probleme bereitet, Störeinflüsse durch
sich ändernde Beleuchtungssituationen
zu vermeiden.
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In
der (nicht vorveröffentlichten)
DE 10 2005 017 624.0 ist
gezeigt, wie Rad- oder Karosseriemerkmale mittels einer 3D-Punktwolke
ermittelt werden können,
wodurch für
die Herleitung der Merkmale eine Vielzahl von Oberflächenpunkten
herangezogen und damit insgesamt eine relativ hohe Genauigkeit beim
Ermitteln der Merkmale trotz eventuell geringer Einzelgenauigkeit
der Erfassung erreicht wird. Auf der Basis der so erhaltenen Merkmale
können
dann die Rad- und/oder Achsgeometriedaten berechnet werden.
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Neben
diesen vorstehend genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Achsvermessung,
beispielsweise der Bestimmung von Spur und Sturz, gibt es andere
Verfahren und Vorrichtungen, die nicht auf der Erfassung vorhandener
oder angebrachter Merkmale am Rad basieren, sondern bei denen mittels
einer Projektionseinrichtung Lichtmuster, nachfolgend als strukturierte
Beleuchtung bezeichnet, verwendet werden, wie z.B. in der
US 4,745,469 und der
DE 103 35 829 A1 gezeigt.
Das Fahrzeug befindet sich dabei auf einem Rollenprüfstand,
während
mittels der Projektionseinrichtung z.B. Laserlinien oder andere
Muster auf das Rad bzw. den Reifen projiziert werden. Mittels einer
Kamera werden die Muster abgebildet. Über eine Triangulation werden
aus den Kamerakoordinaten und der bekannten Anordnung der Kamera bezüglich des
Projektors die 3D-Koordinaten der Oberfläche rekonstruiert und bier aus
die Lage des Rades ermittelt. Aus der Lage des Rades werden dann
die Rad- und Achsgeometriedaten, nämlich Spur und Sturz bestimmt.
Zur Messung wird das Rad auf dem Rollenprüfstand ortsfest um seine Drehachse
gedreht, wobei sich das Rad sozusagen unter der Texturprojektion
hindurchdreht. Diese Vorgehensweise erlaubt zwar eine sehr genaue
3D-Vermessung der Radoberfläche,
die Drehbewegung des Rades ist wegen der fixen Texturprojektion
im Grauwertbild jedoch nicht zu erfassen und die Symmetrie des Rades erlaubt
letztlich auch keine stabile Erfassung der Drehbewegung aus den
3D-Daten. Die Drehbewegung des Rades geht als Messgröße im Auswerteprozess
verloren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung
von Rad- bzw. Achsgeometriedaten an Kraftfahrzeugen bereitzustellen,
mit dem eine erhöhte
Genauigkeit der Messung erreicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei
ist vorgesehen, dass das Rad während
der Drehung zusätzlich
zu der unstrukturierten Beleuchtung gleichzeitig oder in zeitlicher
Abfolge strukturiert beleuchtet wird und dass in die Auswertung
auch die aus der strukturierten Beleuchtung erhaltenen Bilddaten
einbezogen werden.
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Die
aufgrund der geringen Eigentextur des Reifens und der Oberflächeneigenschaften
der Felge beispielsweise aufgrund von Spiegelung und Reflexion häufig ungenaue
und wenig robuste Erfassung von Merkmalen bei unstrukturierter Beleuchtung
wird durch die mit der strukturierten Beleuchtung erhaltenen Bilddaten überwunden,
wobei eine hochgenaue 3D-Vermessung der Radoberfläche erzielt
wird. Die unter unstrukturierter Beleuchtung erfassten Rad- und
gegebenenfalls Karosseriemerkmale ergeben jedoch eine eindeutige
Erfassung der Drehbewegung des Rades, die als Messgröße für eine genaue
und zuverlässige
Achsvermessung wichtige Daten liefert.
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Dabei
lässt sich
der Messaufwand dadurch reduzieren, dass die unstrukturierte und
die strukturierte Beleuchtung des Rades und Erfassung des von dem
Rad reflektierten Lichts während
einer Vorbeifahrt des Fahrzeuges an der Messeinrichtung erfolgen.
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Ist
vorgesehen, dass auch mindestens ein an der Karosserie vorhandenes
oder angebrachtes Karosseriemerkmal erfasst und daraus erhaltene
zusätzliche
Bilddaten ausgewertet werden, so kann die Bewegung des Fahrzeugs
bzw. der Karosserie beim Ermitteln der Drehbewegung des Rades auf
einfache Weise herausgerechnet werden.
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Die
Auswertung wird dabei dadurch begünstigt, dass die aus der unstrukturierten
Beleuchtung erhaltenen Bilddaten zur Ermittlung der Drehbewegung
des Rades und die aus der unstrukturierten Beleuchtung gegebenenfalls
zusätzlich
erhaltenen Bilddaten zur Ermittlung der Bewegung der Karosserie herangezogen
werden und dass die aus der strukturierten Beleuchtung erhaltenen
Bilddaten zur Gewinnung von 3D-Informationen herangezogen werden.
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Weitere
alternative oder kombinierte Vorgehensweisen ergeben sich dadurch,
dass die aus der unstrukturierten Beleuchtung erhaltenen Bilddaten einer
unmittelbaren Auswertung als Grauwertbild oder einer Berechnung
einer 3D-Punktwolke unterzogen werden, um daraus am Rad vorhandene
Merkmale zu bestimmen, und weiterhin dadurch, dass die aus der strukturierten
Beleuchtung erhaltenen Bilddaten einer Berechnung einer gesonderten 3D-Punktwolke
unterzogen werden, um daraus 3D-Informationen
der Radoberfläche
zu gewinnen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Messsystems zur Vermessung der Rad-
bzw. Achsgeometrie eines Fahrzeugs,
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2 eine
zeitliche Abfolge von strukturierter und unstrukturierter Beleuchtung
während
der Messung und
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3 eine
Darstellung zur Kombination von strukturierter und unstrukturierter
Beleuchtung innerhalb eines Kamerabildes während der Messung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie
aus 1 ersichtlich, weist ein Messsystem zur Vermessung
der Rad- bzw. Achsgeometrie eines Fahrzeuges 1 eine Messeinrichtung 10 mit mindestens
einer bildgebenden Sensoreinheit 11, insbesondere Kamera,
und einem Projektor 12 auf, mit dem strukturiertes Licht 14 in
Form bestimmter Lichtmuster auf das Fahrzeugrad 2 und gegebenenfalls
die umgebende Karosserie 4 projizierbar ist. Zudem wird
das Rad 2 unstrukturiert z.B. aus dem umgebenden Raum oder
durch entsprechende Ausgestaltung des Projektors 12 beleuchtet.
Die Messvorgänge
unter Projektion der Lichtmuster der strukturierten Beleuchtung 14 in
Kombination mit der unstrukturierten Beleuchtung 15 und
unter entsprechend synchronisierter Bildaufnahme durch die bildgebende
Sensoreinheit 11 werden mittels einer Steuereinrichtung 13 gesteuert.
Die Steuereinrichtung 13 umfasst auch einen Auswerterechner
für die
Bildauswertung mit nachfolgender Berechnung der Rad- bzw. Achsgeometrie,
wie Spur und Sturz.
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Wie 2 schematisch
zeigt, kann eine Kombination aus strukturierter Beleuchtung 14 und unstrukturierter
Beleuchtung 15 jeweils bildweise abwechselnd in einer zeitlichen
Abfolge einer Bildsequenz vorgenommen werden, wobei die bei der strukturierten
Beleuchtung zu den Zeiten T1, T3 einerseits und die Bilddaten bei
der unstrukturierten Beleuchtung zu den Zeiten T2 und T4 andererseits erfassten
Bilddaten entsprechenden Auswerteeinheiten zugeführt und diesbezüglichen
Auswertevorgängen
unterzogen werden, wobei die Berechnungsvorgänge in den getrennten Bearbeitungseinheiten
bzw. Programmteilen unter Zugrundelegung von an sich bekannten Verfahrensabläufen erfolgen
können,
wie sie beispielsweise in den in der Beschreibungseinleitung genannten,
jeweils betreffenden Druckschriften beschrieben sind. Bei der unstrukturierten
Beleuchtung 15 werden dabei z.B. ein oder mehrere Radmerkmale 3 erfasst,
die an dem Rad von vornherein vorhanden sind oder daran gesondert
angebracht sind, und es können
zudem Karosseriemerkmale 5 erfasst werden, die ebenfalls
von vornherein an der Karosserie vorhandene oder daran gesondert
angebrachte Merkmale sein können.
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Beispielsweise
kann die Auswertung der bei der unstrukturierten Beleuchtung
15 erhaltenen
Bilddaten und auch der bei der strukturierten Beleuchtung erhaltenen
Bilddaten auf der Basis des mit der bildgebenden Sensoreinheit
11 erfassten
Grauwertbilds vorgenommen werden. Alternativ können die bei der unstrukturierten
Beleuchtung
15 und/oder bei der strukturierten Beleuchtung
14 gewonnenen
Bilddaten auch unter Berechnung einer 3D-Punktwolke ausgewertet
werden, wie z.B. in der eingangs genannten
DE 10 2005 017 624.0 anhand einer
Ermittlung von Merkmalen beschrieben. Auch bezüglich der weiteren Ermittlung
der Rad- bzw. Achsgeometriedaten, beispielsweise unter Bestimmung
der Drehachse des Rades
2, sei auf die eingangs genannten Druckschriften
mit weiteren Nachweisen ver wiesen. Die zeitliche Abfolge von strukturierter
Beleuchtung
14 und unstrukturierter Beleuchtung
15 kann
auch anders gewählt
sein, indem z.B. sich mehrere aufeinander folgende Bilder aus einer
strukturierten Beleuchtung
14 mit einem oder mehreren aufeinander folgenden
Bildern einer unstrukturierten Beleuchtung
15 abwechseln,
wobei dann die Synchronisation der Bildaufnahme und Auswertung mittels
der Steuereinrichtung
13 entsprechend abgestimmt ist, um
die jeweils zugeordneten Auswertungsvorgänge durchzuführen. Die
aus der strukturierten Beleuchtung und die aus der unstrukturierten
Beleuchtung jeweils erhaltenen Ergebnisse werden dann in einer kombinierten
Auswertung zusammengeführt,
um die Messergebnisse der Rad- bzw. Achsgeometrie zu erhalten.
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Wie 3 zeigt,
können
die strukturierte Beleuchtung und die unstrukturierte Beleuchtung
auch zeitgleich an getrennten Orten erfolgen, wobei die bildgebende
Sensoreinheit zeitgleich sowohl die strukturierte Beleuchtung als
auch die unstrukturierte Beleuchtung erfasst und die Auswertung
entsprechend ortsweise unter entsprechender Zuordnung der Bildbereiche
unterschiedlicher Beleuchtung vorgenommen wird. Die kombinierte
Beleuchtung 16 besteht nach 3 beispielsweise
darin, dass das Messobjekt in einigen Bereichen mittels eines Streifenmusters
strukturiert und in anderen Bereichen unstrukturiert beleuchtet
ist, wie die entsprechenden Bildbereiche in 3 zeigen.
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Die
strukturierte Beleuchtung 14 kann beispielsweise ein regelmäßiges oder
unregelmäßiges Punktmuster,
ein Linien- oder Streifenmuster, ein Zufallsmuster oder eine Kombination
aus mehreren Strukturen sein. Dabei kommen verschiedene Arten für die Projektion
der Struktur bzw. für
die Beleuchtung in Betracht, beispielsweise Beleuchtung mit Laser
und speziellen Projektionsoptiken (klassische Optiken oder Interferenzoptiken),
Beleuchtung mit spezieller Projektionsoptik und Dia, Beleuchtung
mit Beamer-Projektionssystemen (z.B. Beleuchtung mit DLP-Chip und
Projektionsoptik), Laserprojektionssysteme mit dynamisch bewegten
Spiegeln oder LED-Beleuchtungs-Arrays (z.B. für unstrukturierte Beleuchtung).