DE102008042023A1

DE102008042023A1 - Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines optisch registrierbaren Targets, insbesondere für die optische Achsvermessung von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102008042023A1
Application number: DE200810042023
Authority: DE
Inventors: Adriano Macchia; Christian Wagmann; Jochen Backes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Beissbarth GmbH
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-18

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines optisch registrierbaren Targets (20), insbesondere für die optische Achsvermessung eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, wobei eine Targethalterung (11) zur Aufnahme des Targets (20) vorgesehen ist und die Targethalterung (11) eine Targetaufnahme (13) aufweist, in der das Target (20) um eine Drehachse (16) drehbar angeordnet ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Target (20) während einer Aufnahme einer Bildfolge von mindestens einer Marke (21) um einen Schwenkbereich gedreht wird. Aus der aufgenommenen Bildfolge der Marke (21) werden ein Drehzentrum (25) und eine Drehebene (26) ermittelt. Mit den Koordinaten des Drehzentrums (25) und der Drehebene (26) wird die Raumlage der Drehachse (16) des Targets (20) von einer Auswerteinheit (33) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines optisch registrierbaren Targets, insbesondere für die optische Achsvermessung von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zur berührungslosen optischen Achsvermessung von Kraftfahrzeugen werden optisch registrierbare Markierungen eingesetzt, die als Marken auf Targets angeordnet sind, wobei die Targets mittels Targethalterungen an den Fahrzeugrädern angebrachten werden. Die Marken der Targets werden von Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen und die Bilder der Marken von einer Auswerteeinheit mit den Mitteln der Bildverarbeitung ausgewertet. Dabei werden zur Bilderfassung der Marken Mono-Kamera-Anordnungen oder Stereo-Kamera-Anordnungen eingesetzt.
Neben den üblichen Targethalterungen, die mittels einer Spannvorrichtung am Rad des Fahrzeuges befestigt werden, schreiben verschiedene Automobilhersteller zur Achsvermessung Spezialtargethalterungen vor, die durch die Felge hindurch an einer Fläche der Achse des Rades angreifen, wobei die Spezialtargethalterungen eine Aufnahme für die Targets aufweisen, dessen Drehachsen exakt auf denen der Raddrehachsen liegen. Durch die Verwendung dieser Spezialhalterungen, entfällt die sonst übliche sog. Felgenschlagkompensation, die Ungenauigkeiten in der Felge und in der Spannvorrichtung für die Targethalterung sowie Aufspannfehler kompensiert.
Eine derartige Targethalterung wird in US 6134792 A beschrieben, wobei zur Bestimmung der Drehachse des Targets das Target in mindestens zwei Positionen von der Bildverarbeitungseinrichtung, die eine Mono-Kamera-Anordnung umfasst, aufgenommen werden. Das Target weist dabei Marken auf, deren Lage und geometrische Form einer Auswerteeinrichtung vorher bekannt gemacht worden sind. Zur Ermittlung der Orientierung der optischen Marken in den zwei Positionen wird ein Kompensationsvektor beschrieben, welcher die Ausrichtung des Targets relativ zur Drehachse des Targets beschreibt und welcher für weitere Messungen in der Auswerteeinheit gespeichert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine technische Lösung anzugeben, mit der es möglich ist, dass während der Achsvermessung die Targets ausgetauscht werden können, ohne dass eine erneute Felgenschlagkompensation durchgeführt werden muss. Außerdem soll es möglich sein, dass die Lage der Marken am Target der Auswerteeinheit nicht bekannt sein muss.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Targets während der Achsvermessung ausgetauscht werden können. Es ist lediglich die Drehachse des neuen Targets mittels eines Einmessvorgangs, beispielsweise durch ein Drehen des Targets in der Targethalterung zu ermitteln. Dabei ist die Aufnahme einer Bildfolge von einer einzigen Marke ausreichend. Es können jedoch auch mehr als eine Marke herangezogen werden. Ein Wechsel eines Targets während der Achsvermessung kann z. B. notwendig sein, wenn das Target sich aufgrund einer Schädigung der Marken während der Achsvermessung nicht mehr als tauglich herausstellt oder z. B. auch, wenn während der Achsvermessung ein Rad demontiert werden muss, um z. B. Distanzscheiben für eine Spurweitenkorrektur zu montieren. Dazu muss die Targethalterung, einschließlich des Targets entfernt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Das Verfahren ermöglicht die Verwendung von Targets mit unbestimmten Marken, wobei die Lage der herangezogenen Marken auf dem Target der Auswerteeinheit vorher nicht bekannt sein muss. Durch die Verwendung der mindestens einen unbestimmten Marke kann das Target kosteneffizient hergestellt werden, weil keine genaue Struktur der Marken und keine präzise plane Oberfläche am Target erforderlich ist. Die Marken können leicht erneuert werden, sofern diese beschädigt oder zerstört sind. Außerdem können in Größe und Form verschiedene Marken verwendet werden. Ungenaue Positionen der Marken auf dem Target sind nicht nachteilig für eine exakte Bestimmung der Drehachse des Targets und somit der Raddrehachse des Rades des Fahrzeugs.
Die Ermittlung der Drehachse des Targets mit einer einzigen unbestimmten oder mit mindestens einer unbestimmten Marke erfolgt, indem aus dem von der aufgenommenen Bildfolge beschriebenen Kreisbahn der Marke ein Drehzentrum und eine Drehebene ermittelt wird. Mit den Koordinaten des Drehzentrums und der Drehebene wird die Drehachse des Targets ermittelt, indem anhand des Drehzentrums, das einen Durchstoßpunkt der Drehachse des Targets durch die Drehebene angibt, und anhand der senkrechten Lage der Drehachse des Targets zur Drehebene schließlich die Raumlage der Drehachse des Targets ermittelt wird. Während der Aufnahme der Bildfolge der einzigen oder der mindestens einen Marke wird das Target in einem Schwenkbereich von einer ersten Position in eine zweite Position gedreht, wobei der Schwenkbereich beim Drehen des Targets 50° bis 70° beträgt. Während des Schwenkens bzw. Drehens des Targets in der Targetaufnahme wird eine Bildfolge von 25 bis 30 Bilder/sec. von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen. Wesentlich für die Durchführung des Verfahrens ist, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine Stereo-Kamera-Anordnung verwendet.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Messanordnung zur optischen Achsvermessung eines Kraftfahrzeugs,
2 eine Seitenansicht eines Rades eines Kraftfahrzeugs mit einem Target und
3 eine perspektivische Ansicht in drei Messpositionen des Targets in 2.
1 zeigt ein Fahrzeugrad 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges mit einer Targethalterung 11, in der ein Target 20 befestigt ist. Das Target 20 liegt im Blickfeld einer Bildaufnahmeeinrichtung 30, die zwei Kameras 31 einer Stereo-Kamera-Anordnung enthält. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit 33 vorgesehen, die mit an sich bekannter Bildverarbeitungs-Software ausgestattet ist und mit der die Signale der Bildaufnahmeeinrichtung 30 ausgewertet werden.
Das Target 20 besitzt eine im Wesentlichen plane Oberfläche, auf welcher eine erste Marke 21 und eine Vielzahl weiterer Marken, von der nur zwei weitere Marken 23 gezeigt sind, angeordnet sind. Bei den Marken 21 und 23 handelt es sich um unbestimmte Marken, deren Geometrie und Lage auf dem Target 20 der Auswerteeinheit nicht bekannt ist.
Die Targethalterung 11 weist eine Targetaufnahme 13 auf, in der das Target 20 mit einem Bolzen 14 spielfrei drehbar gelagert ist. Der Bolzen 14, der die Achse des Targets 20 bildet, weist eine Drehachse 16, die bei der Darstellung gemäß 1 und 2 mit einer Raddrehachse 18 des Rades 10 zusammenfällt.
Die Targethalterung 11 weist ferner drei Positionsstifte 12 auf, die an einer nicht dargestellten Positionieraufnahme am Rad des Kraftfahrzeugs angreifen. Bei dieser Targethalterung 11 handelt es sich um eine eingangs beschriebene Spezialtargethalterung, die sicher stellt, dass die Drehachse 16 des Targets 20 und die Raddrehachse 18 des Rades 10 zusammenfallen.
Zur Bestimmung der Drehachse 16 des Targets in der Targethalterung 11 wird das Target 20 gemäß 2 und 3 in der Targetaufnahme 13 mit einem Schwenkbereich von beispielsweise 50° bis 70° von einer ersten Position I in eine zweite Position II kontinuierlich geschwenkt bzw. gedreht. Während der Schwenkbewegung werden von einer einzigen Marke 21 beispielsweise 20 bis 30 Bilder/sec. aufgenommen. Von der Marke 21 wird während der Schwenkbewegung von der Position I in die Position II eine Kreisbahn abgebildet, aus der die Auswerteeinheit 33 die 3D-Koordinaten eines Drehzentrums 25 des Targets 20 ermittelt. Mit der Schwenkbewegung des Targets 20 spannt die Marke 21 eine Drehebene 26 auf, die durch das Drehzentrum 25 verläuft. Dadurch, dass die Drehachse 16 senkrecht zu der Drehebene 26 liegt und das Drehzentrum 25 den Durchstoßpunkt der Drehachse 16 durch die Drehebene 26 darstellt, last sich von der Auswerteeinheit 33 mit den Koordinaten des Drehzentrums 25 und der Drehebene 26 die Raumlage der Drehachse 16 des Targets 20 ermitteln. Mit der ermittelten Raumlage der Drehachse 16 liegt auch ein 3D-Koordinatensystem für die Marke 21 und für die weiteren Marken 23 des Targets fest.
Die Bestimmung der Drehachse 16 des Targets 20 ist aber auch mit mehr als einer einzigen Marke möglich, wobei dann von der Bildaufnahmeeinrichtung 30 mehr als eine Marke 21, 23 aufgenommen wird und von jeder Marke 21, 23 jeweils das Drehzentrum 25 und die Drehebene 26 ermittelt werden. Durch die Kenntnis der Drehzentren 25 und der Drehebenen 26 der einzelnen Marken 21, 23 wird von der Auswerteeinheit 33 dann die Raumlage der Drehachse 16 des Targets 20, wie beschrieben berechnet.
Bei der dargestellten Targethalterung 11, die eine bereits beschriebene Spezialtargethalterung ist, ist sichergestellt, dass die Raddrehachse 18 mit der Drehachse 16 des Targets 20 übereinstimmt. Insofern wird durch die Bestimmung der Raumlage der Drehachse 16 des Targets 20 mit einer einzigen Marke 21 oder mit mehr als einer Marke 21, 23 von der Auswerteeinheit 33 auch die Raumlage der Raddrehachse 18 des Rades bestimmt.
Nachdem die Raumlage der Drehachse 16 des Targets 20 ermittelt ist, kann nachfolgend ein Messvorgang zur Bestimmung der Raumlage der Raddrehachse 18 mit der beschriebenen Targethalterung 11 durchgeführt werden. Dazu werden bei stillstehendem Rad 10 und unbewegtem Target 20 die verwendete Marke 21 sowie mindestens zwei weitere Merken 23 des Targets 20 herangezogen, wobei mindestens drei Marken 21, 23 von der Stereo-Kamera-Anordnung 30 aufgenommen werden. Aus den ermittelten 3D-Koordinaten der aufgenommen mindestens drei Marken 21, 23 wird von der Auswerteeinheit 33, unter Berücksichtung des lokalen 3D-Koordinatensystems der Marken 21, 23, die Raumlage der Raddrehachse 18 des Rades berechnet.
Es ist aber auch möglich den nachfolgenden Messvorgang zur Bestimmung der Raumlage der Raddrehachse 18 bei stillstehendem Rad 10 und einem in der Targetaufnahme 13 sich drehenden Target 20 durchzuführen. Dabei wird, wie bereits beschrieben, eine weitere Bildfolge von der einzigen Marke 21 oder von mehr als einer Marke 21, 23 aufgenommen und daraus wieder über das Drehzentrum 25 und die Drehebene 26 die Raumlage der Drehachse 16 des Targets 20 ermittelt. Bei Verwendung der beschrieben Targethalterungen 11 wird dann von der Auswerteeinheit 33 die Raumlage der Raddrehachse 18 des Rades 10 berechnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6134792 A [0004]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines optisch registrierbaren Targets (20), insbesondere für die optische Achsvermessung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Targethalterung (11) zum Positionieren des Targets (20), wobei die Targethalterung (11) eine Targetaufnahme (13) aufweist, in der das Target (20) drehbar aufgenommen ist, wobei das Target (20) mindestens eine Marke (21, 23) aufweist, die von einer Bildaufnahmeeinrichtung (30) in mehreren radialen Positionen aufgenommen wird und daraus von einer Auswerteeinheit (33) die Lage einer Drehachse (16) des Targets (20) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (20) in der Targetaufnahme (13) kontinuierlich gedreht wird, dass während der Drehbewegung des Targets (20) in der Targetaufnahme (13) von der Bildaufnahmeeinrichtung (30) von einer einzigen Marke (21) des Targets (20) eine Bildfolge aufgenommen wird, und das aus der Bildfolge der einen Marke (21) von der Auswerteeinheit (33) die Raumlage der Drehachse (16) des Targets ermittelt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Drehachse eines optisch registrierbaren Targets (20), insbesondere für die optische Achsvermessung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Targethalterung (11) zum Positionieren des Targets (20), wobei die Targethalterung (11) eine Targetaufnahme (13) aufweist, in der das Target (20) drehbar aufgenommen ist, wobei das Target (20) mindestens eine Marke (21, 23) aufweist, die von einer Bildaufnahmeeinrichtung (30) in mehreren radialen Positionen aufgenommen wird und daraus von einer Auswerteeinheit (33) die Lage einer Drehachse (16) des Targets (20) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (20) in der Targetaufnahme (13) kontinuierlich gedreht wird, dass während der Drehbewegung des Targets (20) in der Targetaufnahme (13) von der Bildaufnahmeeinrichtung (30) von mindestens einer Marke (21, 23) des Targets (20) eine Bildfolge aufgenommen wird, und das aus der Bildfolge der mindestens einen Marke (21, 23) von der Auswerteinheit (33) die Raumlage der Drehachse (16) des Targets ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der aufgenommenen Bildfolge der Marke (21, 23) ein Drehzentrum (25) und eine Drehebene (19) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Drehzentrums (25), das einen Durchstoßpunkt der Drehachse (16) durch die Drehebene (26) angibt, und anhand der senkrechten Lage der Drehachse (16) zur Drehebene (26) die Raumlage der Drehachse (16) des Targets (20) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (20) während der Aufnahme der Bildfolge in einem Schwenkbereich von einer ersten Position (I) in eine zweite Position (II) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkbereich beim Drehen des Targets (20) in der Targetaufnahme (11) 50° bis 70° beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Drehens des Targets (20) in der Targetaufnahme (13) eine Bildfolge von 25 bis 30 Bilder/sec. von der Bildaufnahmeeinrichtung (30) aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Marke (21, 23) des Targets (20), von welcher die Bildfolge aufgenommen wird, eine unbestimmte Marke ist, deren Position am Target (20) der Auswerteinheit vorher nicht bekannt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (30) einer Stereo-Kamera-Anordnung verwendet.