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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Vermessen eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Achsmessgeräte, wie sie beispielsweise zur Vermessung von Sturz und Spur des Fahrwerks eines Fahrzeugs verwendet werden, umfassen üblicherweise mehrere Lichtquellen, die Markierungsobjekte, die an den Rädern des Fahrzeugs angebracht sind (z.B. Paddel oder Retroreflextafeln), beleuchten, sowie mehreren Kamerasysteme, die ausgebildet sind, um bei einer dynamischen Fahrwerksvermessung Änderungen der Positionen der Markierungsobjekte zu detektieren.
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Derzeit verwendete Systeme weisen pro Rad eine Lichtquelle, ein Markierungsobjekt sowie ein Kamerasystem auf, das als Mono- oder als Stereokamerasystem ausgebildet sein kann. Über die Änderung der räumlichen Position der Markierungsobjekte werden mittels Bildverarbeitung etwaige Abweichungen des Sturzes und/oder der Spur vom Idealzustand festgestellt und können so behoben werden.
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Es sind Systeme vorgeschlagen worden, die es ermöglichen, Bilder von Markierungsobjekten, die an verschiedenen Rädern des Fahrzeugs angebracht sind, mit einem einzigen Kamerasystem aufzunehmen, so dass die Anzahl der benötigten kostenintensiven Kamerasysteme reduziert werden kann. Bei der Verwendung eines einzigen Kamerasystems zur Aufnahme mehrerer Markierungsobjekte kann es, abhängig von den Abmessungen des zu vermessenden Fahrzeugs, vorkommen, dass sich die Bilder verschiedener Markierungsobjekte überlappen, wodurch die Qualität der Bildauswertung und damit der Messergebnisse beeinträchtigt wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der ein Überlappen der Bilder verschiedener Markierungsobjekte vermieden wird. Die Messvorrichtung soll darüber hinaus möglichst keine gekreuzt angeordneten Strahlteilerelemente aufweisen, um Kreuzungslinien, die im Kamerasystem ggf. als großer, unscharfer Bereich abgebildet werden, zu vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Messvorrichtung zum Vermessen eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, umfasst: wenigstens eine Radabstützeinrichtung, z.B. eine Bühne oder Fahrschiene, die zum Aufnehmen und/oder Abstützen der Räder des Fahrzeugs ausgebildet ist, wenigstens einen Bildsensor, der ausgebildet ist, Bilder eines ersten Messtargets und eines zweiten Messtargets, die an den Rädern des Fahrzeugs angebracht sind, aufzunehmen; wenigstens eine optische Einrichtung, die eingerichtet ist, von den Messtargets ausgehendes Licht auf den Bildsensor zu führen; eine Verschiebevorrichtung, die ausgebildet ist, die wenigstens eine optische Einrichtung quer zur Längsachse der Radabstützeinrichtung zu verschieben; und einer Auswerte- und Steuervorrichtung, die ausgebildet ist, wenigstens ein von dem Bildsensor aufgenommenes Bild der Messtargets auszuwerten und die Verschiebevorrichtung so anzusteuern, dass sie die optische Einrichtung so verschiebt, dass die Abbildungen des ersten Messtargets und des zweiten Messtargets auf dem Bildsensor nicht überlappen.
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Ein Verfahren zum Vermessen eines Fahrzeugs, insbesondere des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßem Messvorrichtung umfasst, das zu vermessende Fahrzeug neben der optischen Einrichtung zu positionieren; ein von dem Bildsensor aufgenommenes Bild der Messtargets auszuwerten; und die wenigstens eine optische Einrichtung quer zur Längsachse des zu vermessenden Fahrzeugs so zu verschieben, dass sich die Abbildungen des ersten Messtargets und des zweiten Messtargets auf dem Bildsensor nicht überlappen.
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Auf diese Weise kann ein Überlappen der Abbildungen der Markierungsobjekte, die am Vorder- und am Hinterrad des Fahrzeugs angebracht sind, auf dem Bildsensor (Kamerachip) unabhängig von der Größe des Fahrzeugs komplett vermieden werden.
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In einer Ausführungsform weist der Bildsensor einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, und die Auswerte- und Steuervorrichtung ist ausgebildet, die Verschiebevorrichtung so anzusteuern, dass die Markierungen des ersten Messtargets auf dem ersten Bereich und die Markierungen des zweiten Messtargets auf dem zweiten Bereich des Bildsensors abgebildet werden. Auf diese Weise erfolgt auf dem Bildsensor eine deutliche räumliche Trennung zwischen den Abbildungen der Markierungen des ersten und des zweiten Messtargets.
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In einer Ausführungsform weisen das erste Messtarget und das zweite Messtarget unterschiedlich ausgeformte Markierungen auf, um es der Auswerte- und Steuervorrichtung zu ermöglichen, Bilder der Markierungen des ersten Messtargets besonders effektiv und zuverlässig von Bildern der Markierungen des zweiten Messtargets zu unterscheiden.
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In einer Ausführungsform ist die optische Einrichtung so angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass Bilder der Markierungen des ersten Messtargets in einer anderen Größe auf den Bildsensor projiziert werden als Bilder der Markierungen des zweiten Messtargets. Auf diese Weise können die Bilder der Markierungen des ersten und des zweiten Messtargets anhand ihrer Größe effektiv und zuverlässig voneinander unterschieden werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung auch eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine oder mehrere Beleuchtungseinheiten aufweist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet ist, alle Messtargets mit Licht gleicher Wellenlänge zu beleuchten. Durch ein kontrolliertes/definiertes Beleuchten der Messtargets kann die Qualität der Bildaufnahme und damit die Qualität der Messergebnisse verbessert werden. Eine Beleuchtungsvorrichtung, die alle Messtargets mit Licht der gleichen Wellenlänge/Farbe beleuchtet, ist besonders kostengünstig realisierbar, da alle Beleuchtungseinheiten identisch ausgebildet sein können.
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In einer Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet, jedes der Messtargets mit Licht einer anderen Wellenlänge (Farbe) zu beleuchten. Auf diese Weise können die Bilder der Messtargets anhand unterschiedlicher Farben effizient und zuverlässig voneinander unterschieden werden.
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Die optische Einrichtung kann insbesondere einen farbselektiven Strahlteiler aufweisen, um Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung ausgesendet wird, farbselektiv auf das erste und das zweite Messtarget zu projizieren, so dass das erste Messtarget mit Licht einer ersten Wellenlänge und das zweite Messtarget mit Licht einer zweiten Wellenlänge bestrahlt wird. Auf diese Weise kann die Position der Beleuchtungseinheiten in einem weiten Bereich weitgehend frei und unabhängig von den Positionen des ersten und zweiten Messtargets gewählt werden.
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Die optische Einrichtung kann einen farbselektiven Strahlteiler aufweisen, der ausgebildet ist, von den Messtargets ausgehendes und/oder reflektiertes Licht auf den Bildsensor zu projizieren. Mittels eines farbselektiv ausgebildeten Strahlteilers können die Bilder der Messtargets effektiv selektiert und in unterschiedlichen Farben auf den Bildsensor projiziert werden.
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Zur farblichen Selektion kann der Strahlteiler ein dichroitisches Element, insbesondere einen dichroitischen Spiegel oder ein mit einer dichroitischen Schicht beschichtetes Prisma aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Achsmessgerätes.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
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3a zeigt ein Bild auf dem Bildsensor vor dem Verschieben der Bildaufnahmeeinrichtung.
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3b zeigt ein Bild auf dem Bildsensor nach dem Verschieben der Bildaufnahmeeinrichtung.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Achsmessgerätes. An den Rädern 5, 9 eines (Kraft-)Fahrzeugs 3, die auf wenigstens einer Radabstützeinrichtung 12 (z.B. eine Bühne oder Fahrschiene) angeordnet sind, sind mit Hilfe von Radadaptern 7 sogenannte Paddel (Messtargets) 11, 13 montiert. Die Messtargets 11, 13 besitzen jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche, die quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs 3 ausgerichtet ist und auf der optisch registrierbare Markierungen (Messmarken) 15 ausgebildet sind.
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Das Achsmessgerät umfasst auch zwei Bildaufnahmeeinrichtungen 17 (eine auf jeder Seite des Fahrzeugs 3), von denen in der 1 nur eine gezeigt ist, mit jeweils vier Messkameras 21 und einer Referenzierungseinrichtung 19 sowie einer in der 1 nicht sichtbaren Auswerteeinheit, die wenigstens eine Rechen- und Speichereinheit besitzt, die u.a. zur Abarbeitung einer Bildverarbeitungssoftware ausgebildet ist.
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Jeweils zwei nebeneinander angeordnete Messkameras 21 einer Bildaufnahmeeinrichtung 17 bilden ein Stereo-Kamerasystem, das jeweils auf eines der Messtargets 11, 13 ausgerichtet ist und die auf dem den jeweiligen Messkameras 21 zugewandten Messtarget 11, 13 ausgebildeten Markierungen 15 detektiert. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder geschieht durch ein Bildverarbeitungsprogramm. Insgesamt umfasst das Achsmessgerät auf jeder Seite des Fahrzeugs 3 vier Kameras 21.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung 17. Die Bildaufnahmeeinrichtung 17 ist seitlich neben dem Fahrzeug 3 zwischen am Vorderrad 9 und am Hinterrad 5 des Fahrzeugs 3 angebrachten Messtargets 11, 13 angeordnet und parallel zu einer Längsachse A des Fahrzeugs 3 verschiebbar.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 17 umfasst eine Kamera 27 mit einem Bildsensor 29 und einem optischen Element 24 mit einem in Bezug auf die optische Achse B der Kamera 27 um 45° gedrehten ersten Strahlteiler 23, der z.B. als halbdurchlässiger Spiegel 23 mit einem Reflektions-/Transmissionsverhältnis von R/T = 50/50 ausgebildet ist, und einem in Bezug auf den ersten Strahlteiler 23 um 90° gedrehten zweiten Strahlteiler 25, der z.B. als halbdurchlässiger Spiegel 25 mit einem Reflektions-/Transmissionsverhältnis von R/T = 90/10 ausgebildet ist. Die Anordnung der Spiegel 23, 25 in den genannten Winkeln von 45° bzw. 90° ist nur beispielhaft. Der Fachmann erkennt unmittelbar, das auch andere geometrische Anordnungen der Spiegel 23, 25 möglich sind.
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Dadurch, dass auch der zweite Strahlteiler 25 teildurchlässig ausgebildet ist, können sich auf beiden Seite des Fahrzeugs 3 angeordnete Bildaufnahmeeinrichtung 17 (eine pro Fahrzeugseite) gegenseitig „sehen", wenn sie einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dies ermöglicht eine gegenseitige Referenzierung der Bildaufnahmeeinrichtungen 17.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung 17 ist in einer Richtung quer zur Längsachse A des in der 2 nicht gezeigten Fahrzeugs 3 beweglich gelagert und kann insbesondere durch eine Verschiebevorrichtung 33 quer zur Längsachse A des Fahrzeugs 3 bewegt werden, um den Abstand D zwischen der Bildaufnahmeeinrichtung 17 und der Längsachse A des Fahrzeugs 3 zu verändern.
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Die Verschiebevorrichtung 33 umfasst dazu eine Antriebseinheit 37, die ausgebildet ist, die Verschiebevorrichtung 33 so anzutreiben, dass sie die Bildaufnahmeeinrichtung 17 quer zur Längsachse A des Fahrzeugs 3 verschiebt, und eine mit der Verschiebevorrichtung 33 gekoppelte Auswerte- und Steuervorrichtung 35, die elektrisch mit dem Bildsensor 29 der Kamera 27 gekoppelt ist und eine Auswerteeinheit 38 aufweist, die ein vom Bildsensor 29 empfangenes Bild auswertet und die Antriebseinheit 37 über eine in der Auswerte- und Steuervorrichtung 35 vorgesehene Steuereinheit 41 so ansteuert, dass sich die Bildaufnahmeeinrichtung 17 derart quer zur Längsachse A des Fahrzeugs 3 verschiebt, dass sich die Abbildungen der Markierungen 15 des ersten Messtargets 11 und des zweiten Messtargets 13 auf dem Bildsensor 29 nicht überlappen, wobei die Markierungen 15 des ersten Messtargets 11 und des zweiten Messtargets 13 insbesondere auf verschiedenen disjunkten Bereichen 29a, 29b des Bildsensors 29 abgebildet werden.
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An der Bildaufnahmeeinrichtung 17, insbesondere neben der Kamera 27, sind Beleuchtungselemente 31, 32 vorgesehen, deren Licht über das optische Element 24 auf die Messtargets 11, 13 geleitet wird. Die Messvorrichtung ermöglicht so, mittels einer monochromatischen Beleuchtung und dem aus zwei Strahlteilern 23, 25 aufgebauten optischen Element 24 die Markierungen 15, die auf den am Vorder- und Hinterrad 9, 5 angebrachten Messtargets 11, 13 ausgebildet sind, gleichzeitig auf dem Bildsensor 29 der Kamera 27 abzubilden.
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In der 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Kamera 27 mit einem optischen Element 24 gezeigt. Es kann zusätzlich eine zweite Kamera 27 mit einem zweiten optischen Element 24 vorgesehen sein, um mit den beiden Kameras 27 ein Stereo-Kamerasystem zu realisieren, wie es in der 1 gezeigt ist.
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Die 3a und 3b zeigen in einer schematischen Darstellung das Bild der Markierungen 15 auf dem Bildsensor 29 vor (3a) bzw. nach (3b) dem Verschieben der Bildaufnahmeeinrichtung 17.
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Vor dem Verschieben der Bildaufnahmeeinrichtung 17 überlappen die Abbildungen 16 der Markierungen 15 des Messtargets 11 am Vorderrad 9 mit den Abbildungen 18 der Markierungen 15 des Messtargets 13 am Hinterrad 5, wie in der 3a gezeigt, wodurch die Qualität der Bildauswertung und damit der Messergebnisse der Fahrwerksvermessung beeinträchtigt werden kann.
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3b zeigt eine Situation nachdem die Bildaufnahmeeinrichtung 17 erfindungsgemäß geeignet verschoben worden ist, so dass die Abbildungen 16 der Markierungen 15 des Messtargets 11 am Vorderrad 9 auf einem ersten (links dargestellten) Bereich 29a und die Abbildungen 18 der Markierungen 15 des Messtargets 13 am Hinterrad 5 auf einem zweiten (rechts dargestellten) Bereich 29b des Bildsensors 29 abgebildet werden. Durch diese räumlich getrennte Abbildung der Markierungen 15 der Messtargets 11, 13 auf dem Bildsensor 29 kann die Auswertung der Bilddaten zur Fahrwerksvermessung optimiert werden.
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In einem möglichen Ausführungsbeispiel weist die Verschiebevorrichtung 33 eine Anzahl von zwei bis zehn, insbesondere von zwei bis fünf Fixpositionen auf, zwischen denen die Bildaufnahmeeinrichtung 17 verschiebbar ist, um die Position der Bildaufnahmeeinrichtung 17 an den jeweils zu vermessenden Fahrzeugtyp anzupassen. Eine Verschiebevorrichtung 33 mit einer kleinen Anzahl an Fixpositionen ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar.
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In dem in den 2, 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Markierungen 15 der Messtargets 11, 13 mit Licht gleicher Farbe beleuchtet und die Abbildungen 16, 18 der Markierungen 15 der Messtargets 11, 13 am Vorderrad 9 und am Hinterrad 5 werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe voneinander unterschieden.
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Die Erfindung ermöglicht es, das System vollautomatisch einzurichten und eine vollständige räumliche Trennung der Abbildungen 16, 18 der Markierungen 15 auf dem Bildsensor 29 zu gewährleisten. Dadurch ist auch bei einer monochromatischen (einfarbigen) Beleuchtung eine vollständige Trennung der Abbildungen der Markierungen möglich. Eine monochromatische Anordnung ermöglicht bei gleichem Bildsensor eine höhere Auflösung als Lösungen mit farbselektiver Auswertung, da alle Pixel des Bildsensors 29 gleichzeitig zur Bildverarbeitung verwendet werden können.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das optische Element 24 als farbselektiver Strahlteiler, beispielsweise mit dichroitischen Spiegeln 23, 25, die nur Licht einer vorgegebenen Wellenlänge transmittieren und/oder reflektieren, ausgebildet, so dass die Markierungen 15 der Messtargets 11, 13 in unterschiedlichen Farben auf dem Bildsensor 29 abgebildet werden und anhand ihrer Farbe unterschieden werden können.
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Dazu können auch die Beleuchtungseinheiten 31, 32 so ausgebildet sein, dass eine erste Beleuchtungseinheit 31 in Kombination mit dem optischen Element 24 das Messtarget 11 am Vorderrad 9 mit Licht einer ersten Wellenlänge und eine zweite Beleuchtungseinheit 32 in Kombination mit dem optischen Element 24 das Messtarget 13 am Hinterrad 5 mit Licht einer zweiten Wellenlänge, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, beleuchtet.
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Ein solches System gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel benötigt nur einen Typ eines dichroitischen Spiegels 23, der für eine Farbe, z.B. rot oder blau, selektiv ist, so dass das System kostengünstig realisierbar ist.
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Die Verwendung dichroitsicher Spiegel 23, 25 hat auch eine effektive Unterdrückung von Störlicht zur Folge.
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Ein System, welches die Bilder aufgrund unterschiedlicher Farben trennt, ist auch dann funktionsfähig, wenn eine vollständige räumliche Trennung der Abbildungen 16, 18 der Markierungen 15 der beiden Messtargets 11, 13 nicht möglich ist, z.B. weil der mögliche Bewegungsspielraum der Bildaufnahmevorrichtung 17 nicht ausreichend ist.
