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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Fahrzeugvermessung und insbesondere eine Vorrichtung zur Fahrzeugvermessung mit einer aktiven Beleuchtungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen zur optischen Fahrzeugvermessung weisen eine oder mehrere Bildaufnahmevorrichtungen auf, die räumlich getrennt voneinander positioniert sind. Die Bildaufnahmevorrichtungen erfassen die optische Abbildung von Messmarken, die an dem zu vermessenden Fahrzeug angebracht sind. Zum Teil werden dabei passive Marken verwendet, d.h. die Kameras erfassen ein reflektiertes Abbild der Marken. Passive Marken lassen sich präzise herstellen.
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Häufig ist aufgrund der Lichtverhältnisse am Messplatz die Verwendung aktiver, selbst leuchtender Marken vorteilhaft, da diese auch bei schlechten Lichtverhältnissen von den Bildaufnahmevorrichtungen optisch gut erkannt und erfasst werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Fahrzeugvermessung mit wenigstens einer aktiven Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die so eingerichtet ist, dass die Fahrzeugvermessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fahrzeugvermessung hat wenigstens eine aktive Beleuchtungsvorrichtung, die wenigstens eine Lichtquelle aufweist. Die Beleuchtungsvorrichtung weist darüber hinaus wenigstens ein mikrooptisches System auf, das von der wenigstens einen Lichtquelle im Betrieb abgegebenes Licht aufnimmt und in Form eines definierten Strahlkegels abstrahlt. Das mikrooptische System ist dabei so eingerichtet, dass die Abstrahlung der Beleuchtungsvorrichtung der Abstrahlcharakteristik eines idealen Punktstrahlers möglichst nahe kommt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Fahrzeugvermessung, wobei das Verfahren einschließt, wenigstens einen Bereich des zu vermessenden Fahrzeugs mit einer Beleuchtungseinrichtung zu beleuchten. Dabei weist die Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein mikrooptisches System auf, das von der wenigstens einen Lichtquelle ausgegebenes Licht in Form eines definierten Strahlkegels ausgibt.
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In einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sammelt das mikrooptische System Licht, das von einer Lichtquelle, z.B. einer LED, abgegeben wird und erzeugt eine definierte homogene Abstrahlung. In einer Ausführungsform kommt das Abstrahlverhalten der Beleuchtungsvorrichtung dem Abstrahlverhalten eines definierten Punktstrahler möglichst nahe, so dass der Lichtaustrittspunkt unter allen definierten Betrachtungswinkeln nahezu gleich ist. Dies ermöglicht präzise Messungen unter allen Versatzwinkeln.
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Im Ergebnis hat das mikrooptische System eine geringe Transmissionsdämpfung und bewirkt eine hohe Lichtausbeute. Dies ermöglicht kurze Belichtungszeiten des Sensors und ist insbesondere bei größeren Entfernungen zwischen der Lichtquelle und dem Sensor vorteilhaft.
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Bei einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung tritt keine virtuelle Quellwanderung des Punktstrahlers auf, der Lichtaustrittpunkt ist vielmehr fix, auch wenn der Lichtaustrittpunkt der Lichtquelle selbst z.B. aufgrund thermischer Einflüsse driftet. Fertigungstoleranzen der Lichtquelle, wie z.B. Schwankungen der Position des Halbleiterchips in einer LED, können durch das optische System ausgeglichen werden, so dass auch handelsübliche LEDs als optische Präzisionslichtquelle in der Fahrzeugvermessung eingesetzt werden können.
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Der definierte Abstrahlwinkel kann bedarfsgemäß eingestellt werden, um Nebenreflexionen und/oder Blendungen zu reduzieren.
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In einer Ausführungsform ist das mikrooptische System ausgebildet, das von der wenigstens einen Lichtquelle abgegebene Licht in Form eines homogenen Strahlkegels mit scharfer Begrenzung (Hell-Dunkel-Grenze) auszugeben. Ein homogener Strahlkegel mit einer scharfen Begrenzung ist besonders gut zur Fahrzeugvermessung geeignet.
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In einer Ausführungsform weist das mikrooptische System wenigstens einen Kollimator und wenigstes einen Diffusor auf. Eine Kombination aus Kollimator und Diffusor ist besonders gut geeignet, um einen zur Fahrzeugvermessung geeigneten Strahlkegel zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform ist der Diffusor als Mikrolinsenarray ausgebildet. Ein Mikrolinsenarray stellt einen Diffusor mit guten optischen Eigenschaften zur Verfügung.
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In einer Ausführungsform weist der Kollimator nur eine einzige Linse auf. Ein Kollimator, der nur eine einzige Linse aufweist, ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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In einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Lichtquelle eine Leuchtdiode. Eine Leuchtdiode stellte eine gut geeignete, kostengünstige und zuverlässige Lichtquelle mit einer hohen Lebensdauer zur Verfügung.
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In einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Diffusoren auf. Durch die Verwendung mehrerer Diffusoren kann die Qualität des von der Beleuchtungsvorrichtung ausgegebenen Lichtstrahles weiter optimiert werden.
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In einer Ausführungsform gibt das mikrooptische System einen Strahlkegel in einem Raumsegment von 30° × 6° aus. Ein derartiger Strahlkegel ist für die Fahrzeugvermessung besonders gut geeignet.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens einen Messwertaufnehmer auf, in den eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung integriert ist. Eine in einen Messwertaufnehmer integrierte Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht eine besonders bequeme und zuverlässige Fahrzeugvermessung.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine erste schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
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2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
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3 einen Schnitt durch einen konkreten Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
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4 eine schematische Draufsicht auf einen Messplatz zur Fahrzeugvermessung mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, und
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5 schematisch eine seitliche Ansicht eines Messplatzes mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem auf dem Messplatz angeordneten Fahrzeug.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 2 auf, die beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet ist und im Betrieb Licht 5 abgibt.
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Das von der Lichtquelle 2 abgegebene Licht 5 wird zumindest teilweise von einem mikrooptischen System 3, das einen Kollimator 4 und einen Diffusor 6 aufweist, aufgenommen und in Form eines definierten Strahlkegels 7 ausgegeben.
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2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1, die das von der Lichtquelle 2 abgegebene Licht in einem definierten Strahlkegel 7 ausgibt. Der Strahlkegel 7 hat beispielsweise eine Breite von +/–15° in x-Richtung und eine Höhe von +/–3° in y-Richtung um eine vorgegebene Strahlachse A. Auf diese Weise beleuchtet der Strahlkegel 7 in einem vorgegebenen Abstand d von der Beleuchtungsvorrichtung 1 eine vorgegebene Fläche 9 mit einer scharfen Hell-Dunkel-Begrenzung. Ein derartiger, scharf begrenzter Strahlkegel 7 ist besonders gut zur Fahrzeugvermessung geeignet.
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3 zeigt eine Schnittansicht eines konkreten Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Rückwand 12 auf, an der die Lichtquelle 2, in diesem Fall eine Halbleiter-Leuchtdiode (LED), angebracht ist. Die Lichtquelle 2 wird im Betrieb über elektrische Zuleitungen 8 mit Strom versorgt.
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In Abstrahlrichtung der Lichtquelle 2 vor der Rückwand 12 ist ein Gehäuseelement 10 angeordnet, das die Lichtquelle 2 vollständig umschließt und so vor Beschädigungen und/oder Verschmutzungen schützt.
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In der Stirnseite des Gehäuseelements 10, die der Lichtquelle 2 gegenüber liegt, ist ein optisches System 3 ausgebildet, das einen Kollimator 4 und einen Diffusor 6 umfasst. Wie bereits in der schematischen Darstellung der 1 gezeigt, nimmt das optische System 3 von der Lichtquelle 2 abgegebenes Licht 5 auf und gibt es in Form eines homogenen Strahlkegels 7 mit einer definierten, scharfen Hell-Dunkel-Grenze aus. Ein solcher homogenet Strahlkegel 7 ist für die Fahrzeugvermessung besonders gut geeignet.
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In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kollimator 4 in Form einer einzigen Sammellinse 4 ausgebildet. Der Diffusor 6 ist als Matrix aus mehreren Mikrolinsen ausgebildet.
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Ein Kollimator 4, der nur aus einer einzigen Linse besteht, ist besonders kostengünstig herstellbar und ist für die Anforderungen in der Fahrzeugvermessung in der Regel ausreichend. Alternativ kann der Kollimator 4 auch eine Kombination aus mehreren Linsen umfassen, um die optischen Eigenschaften zu verbessern.
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4 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Messplatz zur Fahrzeugvermessung mit erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen 1.
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Der Messplatz weist zwei parallel zueinander angeordnete Fahrschienen 14 auf, die beispielsweise die Fahrschienen 14 einer Hebebühne sein können. Die Fahrschienen 14 können aber auch fest am Boden des Messplatzes installiert sein.
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In einem in der 4 links dargestellten Bereich ist jede der beiden Fahrschienen 14 mit einer Drehplatte 16 ausgestattet, die es ermöglicht, die lenkbaren Räder eines auf den Fahrschienen 14 angeordneten Fahrzeugs einzulenken, wenn das Fahrzeug so auf den Fahrschienen 14 angeordnet ist, dass seine lenkbaren Räder auf den Drehplatten 16 abgestützt sind.
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In einem in der 4 auf der rechten Seite dargestellten Bereich weisen die Fahrschienen 14 jeweils eine Schiebeplatte 18 auf. Die Schiebeplatten 18 sind parallel zur Längserstreckung der Fahrschienen 14 verschiebbar und können so in einem variablen Abstand von der zugehörigen Drehplatte 16 angeordnet werden. Auf diese Weise kann der Messplatz an verschiedene Fahrzeuge, die unterschiedliche Abstände zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern haben, angepasst werden.
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Um die Fahrschienen 14 sind in einer rechteckigen Anordnung vier Messwertaufnehmer 20 angeordnet. Zwei (vordere) Messwertaufnehmer 20 sind auf Höhe der Drehplatten 16 und damit neben den üblicherweise lenkbaren Vorderrädern eines auf den Fahrschienen 14 abgestellten Fahrzeugs angeordnet. Zwei (hintere) Messwertaufnehmer 20 sind mechanisch mit den Schiebeplatten 18 verbunden, so dass ihre Position derart an den Achsabstand des zu vermessenden Fahrzeugs angepasst werden kann, dass die hinteren Messwertaufnehmer 20 stets so positioniert sind, dass sie den Hinterrädern des auf den Fahrschienen 14 abgestellten Fahrzeugs gegenüber liegen.
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Jeder der Messwertaufnehmer 20 weist einen Bildsensor 22 zur Messwerterfassung auf, der z.B. als (Stereo-)Kamera ausgebildet ist.
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Jeder der Messwertaufnehmer 20 weist darüber hinaus zwei Positionssensoren 24 auf, die dazu ausgebildet sind, die Position des jeweiligen Messwertaufnehmers 20 in Bezug auf wenigstens zwei andere der Messwertaufnehmer 20 zu bestimmen.
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Dazu weist jeder Messwertaufnehmer 20 wenigstens an denjenigen seiner Seitenwände, die jeweils einem der anderen Messwertaufnehmer 20 zugewandt sind, erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen 1 auf.
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Die Beleuchtungseinrichtungen 1 strahlen, wie in der 2 durch die schraffiert dargestellten Flächen schematisch gezeigt, im Betrieb einen definierten Strahlkegel 7 aus, der jeweils von wenigstens einem Positionssensor 24 eines gegenüberliegenden Messwertaufnehmers 20 erfasst wird. Auf diese Weise ist es möglich, die relative Position der Messwertaufnehmer 20 in Bezug zueinander mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 4 nur die Strahlkegel 7 von zwei Beleuchtungseinrichtungen 1 eines der Messwertaufnehmer 20 gezeigt. Die Strahlkegel 7 weisen in der Ebene des Messplatzes (Zeichenebene der 4) vorzugsweise eine Strahlbreite von 30° (+/–15° um ihre jeweilige Mittelachse A, siehe 2) auf.
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5 zeigt schematisch die Ansicht eines erfindungsgemäßen Messplatzes von hinten oder vorne mit einem Fahrzeug 26, das mit seinen Rädern 28 auf den Fahrschienen 14 abgestützt ist.
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Rechts und links von dem Fahrzeug 26 ist jeweils ein Messwertaufnehmer 20 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 5 nur der von einer Beleuchtungseinrichtung 1 des linken Messwertaufnehmers 20 ausgegebene Strahlkegel 7 schraffiert dargestellt. Der Strahlkegel 7 weist in der Zeichenebene der 5, die senkrecht zur Ebene des Messplatzes ausgerichtet ist, beispielsweise eine Strahlaufweitung von 6° (+/–3° um die Mittelachse A des Strahlkegels 7) auf, und wird von dem Positionssensor 24 des auf der rechten Seite angeordneten Messwertaufnehmers 20 detektiert, um die relative Anordnung der beiden Messwertaufnehmern 20 zueinander zu bestimmen.
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Die gestrichelten Linien in den 4 und 5 zeigen zum Vergleich jeweils Strahlkegel 7a, wie sie von Beleuchtungsvorrichtungen 1 erzeugt werden, die kein erfindungsgemäßes mikrooptisches System 3 aufweisen.
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Es ist deutlich erkennbar, dass die Strahlkegel 7a, wie sie von herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtungen 1 ausgegeben werden würden, eine erheblich weitere Strahlaufweitung als die von den erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen 1 ausgegebenen Strahlkegel 7 aufweisen und daher zur Bestimmung der relativen Position zwischen den Messwertaufnehmern 20 weniger gut geeignet sind.
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Dies verdeutlicht, dass die Genauigkeit, mit der die Positionen der Messwertaufnehmer 20 in Bezug zueinander bestimmt werden können, durch die Verwendung erfindungsgemäßer Beleuchtungsvorrichtungen erheblich verbessert werden kann.
