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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugwaschanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
Fahrzeugwaschanlagen besteht der Wunsch, die Oberflächenstruktur
des zu waschenden Fahrzeugs möglichst
gut zu erfassen, um Behandlungseinrichtungen wie die rotierenden
Waschbürsten
eines verfahrbaren Waschportals möglichst nahe an die Fahrzeugoberflächen heranführen zu können, ohne
das Fahrzeug oder daran angebrachte Zubehörteile zu beschädigen.
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Bei
bekannten Fahrzeugwaschanlagen werden hierzu üblicherweise Lichtschranken
verwendet, die seitlich oder oberhalb des Fahrzeugs an der Fahrzeugwaschanlage
angebracht sind und die Höhenkontur
des Fahrzeugs erfassen. So offenbaren beispielsweise die
DE 32 08 527 , die
DE 35 44 390 oder die
DE 202 04 586 eine vor
der ersten Arbeitsstation der Waschanlage befindliche Abtasteinrichtung,
die aus mehreren senkrecht übereinander
oder matrixartig angeordneten Lichtschranken besteht und hierdurch
die Höhenkontur
des Fahrzeugs ermittelt. Bei der Portalwaschanlage der
DE 38 25 346 ist eine aus senkrecht übereinander
angeordneten Lichtschranken bestehende Höhenkontur-Erfassung vorgesehen,
die direkt am verfahrenden Portal angeordnet ist. Zusätzlich ist
dort an der vertikal verfahrbaren Trocknungsdüse eine Lichtschrankenanordnung
angeordnet, die den Abstand der Trocknungsdüse vom Fahrzeugdach erfasst
und steuert.
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Die
DE 44 17 864 offenbart ebenfalls
eine Lichtschrankenanordnung, wobei dort nicht die Höhenkontur
des Fahrzeugs erfasst wird, sondern zwei Lichtschranken vertikal
und auf den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind, um die Seitenkontur
des Fahrzeugs zu erfassen und die seitlichen Behandlungsaggregate
anzusteuern.
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Nachteilig
bei diesen bekannten Vorrichtungen zur Konturerfassung und Steuerung
von Fahrzeugwaschanlagen ist, dass jeweils nur die Höhenkontur
an der jeweils höchsten
Stelle bzw. die Seitenkontur an den am weitesten herausstehenden
Stellen des Fahrzeugs ermittelt werden können, während die tatsächliche
dreidimensionale Oberflächenstruktur des
zu waschenden Fahrzeugs nicht erfasst werden kann.
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Eine
weiteren Höhenkonturmessung
zeigt die
DE 44 39 583 .
Dort sendet während
der Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Waschportal ein Ultraschallsender/-empfänger einen
Ultraschallstrahl in Längsrichtung
des Fahrzeugs auf die Fahrzeugoberfläche, der an manchen wenigen
Stellen von der Fahrzeugoberfläche
direkt zum Ultraschallsender/-empfänger hin
zurückreflektiert
wird. Für
diese mehr oder weniger zufällig
zurückreflektierten
Strahlen wird die Laufzeit bestimmt und daraus ein Abbild der Höhenkontur
der Fahrzeugoberfläche
ermittelt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass auch dort die
Fahrzeugkontur nur stellenweise ermittelt werden kann, wobei nicht
ohne weiteres festgestellt werden kann, ob in dieser Höhenkontur
die jeweils höchsten Stellen
des Fahrzeugs enthalten sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Steuerung
eine Fahrzeugwaschanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen,
welche die oben genannten Nachteile überwindet und eine sichere
und gegen die ungünstigen äußeren Bedingungen
unempfindliche Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur
eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugwaschanlage und eine verbesserte
Steuerung der Fahrzeugwaschanlage ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Steuerung eine Fahrzeugwaschanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin,
dass eine vollständige
Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur eines zu waschenden
Fahrzeugs ermöglicht
wird, wodurch die Behandlungseinrichtungen der Fahrzeugwaschanlage
optimal an das Fahrzeug herangeführt
werden können.
Durch die Verwendung von zwei Laserlinienprojektoren-Kamera-Paaren
können aus
Hinterschneidungen resultierende „weiße", also unbekannte Bereiche der Oberflächenstruktur
des Fahrzeugs, vermieden werden. Zur Berechnung der dreidimensionalen
Oberflächenstruktur
werden bevorzugt an sich bekannte Berechnungsverfahren wie das auf
der Triangulationsrechnung basierende Lichtschnittverfahren oder
Laserlichtschnittverfahren verwendet.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die
Lichtquellen Laserlinienprojektoren, die statische Lichtfächer bzw.
Laserfächer
erzeugen. Die Bilderfassungseinheiten sind vorteilhaft lichtempfindliche
Kameras mit elektronischer Bilderfassung, insbesondere CCD-Kameras.
Besonders gute Aufnahmen der Projektionen der Lichtfächer auf die
Fahrzeugoberflächen
werden erzielt, wenn den Kameras auf die Wellenlänge der Sendestrahlen, insbesondere
der Wellenlänge
der Laserstrahlen, angepasste Filter vorgeschaltet sind.
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Um
die Bilderfassungseinheiten vor den ungünstigen, feuchten Umgebungsbedingungen
in einer Fahrzeugwaschanlage zu schützen, sieht eine Ausführung die
Anordnung der Lichtquelle und/oder Bilderfassungseinheiten in einem
Schutzgehäuse vor.
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Weitere
Besonderheiten und Vorzüge
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines verfahrbaren Portals einer Portalwaschanlage
mit einem zu waschenden Fahrzeug von der Seite;
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2 eine
schematische Ansicht des Portals aus 1 von vorne;
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3 eine
schematische perspektivische Ansicht des Portals aus 1;
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4 eine
schematische perspektivische Ansicht des Portals aus 1 ohne
zu waschendes Fahrzeug;
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5 ein
funktionales Blockdiagramm der Steuerung der Waschanlage;
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6 eine
schematische perspektivische Ansicht des Portals aus 1 zur
Erläuterung
der Funktionsweise der Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur
eines Beispielgegenstands;
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7 eine
von einer ersten Kamera erfasste erste zweidimensionalen Abbildung
der dreidimensionalen Oberflächenstruktur
des Beispielgegenstands aus 6;
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8 eine
von einer zweiten Kamera erfasste zweite zweidimensionalen Abbildung
der dreidimensionalen Oberflächenstruktur
des Beispielgegenstands aus 6.
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Die 1 und 2 zeigen
eine schematische Ansicht einer an sich bekannten Portalwaschanlage
mit einer als Waschportal 1 ausgebildeten Behandlungseinrichtung
und einem eingestelltem zu waschenden Fahrzeug 2. Das Waschportal 1 weist zwei
vertikale, in Wasch- bzw. Längsrichtung
L des Fahrzeugs 2 verfahrbare Portalsäulen 3 und 4 und eine
quer zur Längsrichtung
L verlaufenden Traverse 5 auf, welche die Portalsäulen 3 und 4 verbindet.
An der Traverse 5 sind um senkrecht Achsen drehbare Waschbürsten 6 und 7 angeordnet,
die zum Waschen der Seitenflächen
und der Vorder- und Rückseite
des Fahrzeugs 2 an der Traverse 5 quer zur Längsrichtung
L bewegbar sind. Eine horizontal über dem Fahrzeugdach verlaufende
Waschbürste 8 ist
in den Zeichnungen nur angedeutet. Ebenso kann die Erfindung aber
auch bei Fahrzeugwaschanlagen mit Hochdruckreinigungsvorrichtungen
eingesetzt werden.
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Um
die dreidimensionale Oberflächenstruktur
bzw. den Verlauf der Fahrzeugoberflächen des Fahrzeugs 2 ermitteln
zu können,
sind an der in 1 rechten unteren Kante der
Traverse 5 und auf der Innenseiten der Portalsäulen 3 und 4 zwei
als Lichtquellen dienende Laserlinienprojektoren 9 und 10 angebracht.
Die Laserlinienprojektoren 9 und 10 enthalten
je einen Laser und eine angepasste Optik, die den Laserstrahl zu
einem statischen Lichtfächer 11 bzw. 12 aufweitet.
Die Lichtfächer 11 und 12 können anstatt
durch eine Optik auch dadurch erzeugt werden, dass in der Lichtfächerebene
schnell rotierende oder sich schnell hin- und herbewegende Laser
mit punktförmigen
Laserstrahlen verwendet werden, so dass nichtstatische Lichtfächer entstehen. Die
in den Zeichnungen schematisch dargestellten Lichtfächer 11 bzw. 12 verlaufen
in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung
L des Fahrzeugs 2 und beleuchten die nach oben gewandten
und die seitlichen Fahrzeugoberflächen. Die Laserlinienprojektoren 9 und 10 werden
von einer in 5 dargestellten Steuereinheit 20 der
Fahrzeugwaschanlage angesteuert.
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Um
die von den Lichtfächern 11 bzw. 12 auf den
Fahrzeugoberflächen
erzeugten Lichtlinien erfassen zu können, sind an der in 1 linken
Unterkante an den seitlichen Enden der Traverse 5 zwei als
Bilderfassungseinheiten dienende CCD-Kameras 13 und 14 angeordnet.
Die Kameras 13 und 14 sind so weit außen an der
Traverse 5 angeordnet, dass sie jeweils eine der Fahrzeugseitenflächen und
die im wesentlichen senkrechten und nach oben weisenden Fahrzeugflächen wie
Fahrzeugfront, Front- und Heckwindschutzscheiben, Dach etc., erfassen
können.
Zusätzlich
weisen die Kameras 13 und 14 auf die Wellenlänge der
Laser angepasste Filter auf, so dass störende äußere Lichteinflüsse, beispielsweise Tageslicht
oder Streulicht von künstlicher
Beleuchtung, weitgehendst unterdrückt werden können. Auch
die Kameras 13 und 14 werden von der Steuereinheit 20 angesteuert
und ausgelesen.
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Um
die Oberflächenstruktur
des Fahrzeugs 2, insbesondere auch die Struktur der Seitenflächen, zuverlässig erfassen
zu können,
werden beide Laserlinienprojektoren-Kamera-Paare 9, 13 bzw. 10, 14 benötigt. Denn
durch hervorstehende Fahrzeugteile wie Taxischilder, Außenspiegel,
Dachträger
oder Dachboxen 15 können
Bereiche entstehen, sog. Hinterschneidungen, die von nur einer Kamera
nicht mehr eingesehen werden können,
so dass hierfür keine
Abbildungen und somit Informationen über die Oberflächenstruktur
erfasst werden können.
Durch die Verwendung zweier Laserlinienprojektoren-Kamera-Paare 9, 13 und 10, 14 wird
sichergestellt, dass alle wesentlichen Oberflächenstrukturen mindestens von
einem Lichtfächer 11 oder 12 angestrahlt
und von mindestens einer Kamera 13 oder 14 erfasst werden
können.
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Ein
Beispiel für
eine vom Lichtfächer 11 auf der
Fahrzeugoberfläche
erzeugte Lichtlinie zeigt 4. Wie bei
einem Vergleich mit 2 und 3 leicht
festgestellt werden kann, erzeugt der Lichtfächer 11 auf der in 4 nicht
gezeigten Fahrzeugoberfläche
die Lichtlinie 16, welche von der Kamera 13 von
den Punkten A bis B aufgenommen werden kann. Die Kamera 14 hingegen „sieht" von der Lichtlinie 16 lediglich
den kurzen waagrechten Teil rechts von B, während der weitere Verlauf der
Lichtlinie 16 nach A hin für die Kamera 14 von
der in den Zeichnungen rechten Fahrzeugseite verdeckt wird. Andererseits
kann die Kamera 13 den Bereich links von B neben der Dachbox 1 nicht
einsehen, so dass die Oberflächenstruktur
dort nur durch die Kamera 14 aufgenommen werden kann. Hier
erzeugt lediglich der linke Lichtfächer 12 eine Lichtlinie
auf der Fahrzeugoberfläche,
denn der Lichtfächerstrahl 17 des rechten
Lichtfächers 11 trifft
die Fahrzeugoberfläche nicht,
so dass er dort auch keinen Lichtschnitt erzeugt.
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Ein
Beispiel für
die von der ersten Kamera 13 erfasste erste zweidimensionale
Abbildung von auf den Waschanlagenboden bzw. eine Fahrzeugoberfläche – beispielhaft
durch einen einfachen geometrischen Beispielgegenstand dargestellt – projizierten Lichtlinien 18, 19 und 20 des
Lichtfächers 12 nach 6 zeigt 7,
während 8 die
von der zweiten Kamera 14 erfasste zweite zweidimensionale
Abbildung derselben Lichtlinie 18 zeigt. Die Blickrichtungen
der beiden Kameras 13 und 14 sind durch die Pfeile 21 und 22 angedeutet.
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Im
folgenden wird nun der Vorgang einer vollständigen Ermittlung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur
des Fahrzeugs erläutert.
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Die
Steuereinheit 20 lässt
das Waschportal 1 von vorne an das zu waschende Fahrzeug 2 heranfahren
und beginnt dann, in bestimmten Abtastschritten mit beiden Kameras 13 und 14 jeweils
eine zweidimensionale Abbildung des Fahrzeugs 2 mit Beleuchtung
durch die Lichtfächer 11 und 12 und
eine Abbildung ohne Beleuchtung zu erfassen und in einem Speichermodul
der Steuereinheit 20 aufzuzeichnen. Zudem zeichnet die
Steuereinheit 20 die zu jedem Schritt gehörige Längsposition
des Waschportals 1 sowie die Fahrgeschwindigkeit auf, welche
der Relativposition bzw. -bewegung von Waschportal 1 zu
Fahrzeug 2 entsprechen. Diese schrittweise Erfassung wird
fortgesetzt, bis das Waschportal 1 nach einem Überfahrvorgang über das
Fahrzeug 1 an dessen Ende angekommen ist. Ebenso ist es
bei Verwendung der Erfindung in einer Durchfahrwaschanlage möglich, dass
der Überfahrvorgang
dadurch erfolgt, dass das Fahrzeug 2 an örtlich feststehenden Kameras
und Laserlinienprojektoren vorbeifährt.
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Um
die auf den zweidimensionalen Abbildungen der Kameras projizierten
Lichtlinien der Lichtfächer 11 und 12 für die weitere
Verarbeitung aufzubereiten, werden die beleuchtete und die unbeleuchtete
Abbildung einer Kamera 13 bzw. 14 eines Abtastschritts
voneinander digital subtrahiert oder dividiert, so dass im wesentlichen
die Lage der projizierten Lichtlinien auf der zweidimensionalen
Abbildung verbleiben, während
die restlichen abgebildeten Teile des Fahrzeugs oder der Fahrzeugwaschanlage
herausgerechnet werden. Sofern die auf die Wellenlänge der
Laser angepassten Filter die störenden äußeren Lichteinflüsse ausreichend unterdrücken, kann
diese grafische Aufbereitung auch weggelassen werden. Dies kann
für jeden
Abtastschritt bereits während
des Vorfahrens des Waschportals 1 oder auch am Ende des
vollständigen Überfahrvorgangs
erfolgen.
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Liegen
dann alle aufbereiteten Aufnahmen vor, so wird durch Verwendung
des an sich bekannten Lichtschnitt-Berechnungsverfahren, wie beispielsweise
in der
DE 42 08 455 ,
der
DE 103 12 696 oder
der
DE 698 11 667 offenbart,
unter zu Hilfenahme der Triangulationsrechnung aus den aufgezeichneten
Abbildungen, Positions- und/oder Bewegungsdaten sowie den in der
Steuereinheit
20 abgelegten Positionsdaten der Kameras
13 bzw.
14 und
der Laserlinienprojektoren
9 bzw.
10 und des hieraus
bekannten Aufnahmewinkels der Lichtfächer
11 bzw.
12 zu
den Kameras
13 bzw.
14 die dreidimensionalen Daten
der Oberflächenstruktur
des Fahrzeugs
1 errechnet und zu einem dreidimensionalen
Modell der nach oben und seitlich gewandten Fahrzeugoberflächen kombiniert.
Alternativ kann das dreidimensionale Modell auch schon während der
Aufzeichnung der einzelnen zweidimensionalen Abbildungen während jedes
Abtastschritts erfolgen, so dass das dreidimensionale Modell schrittweise
erzeugt wird.
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Anschließend wird
dann das in der Steuereinheit 20 abgelegte dreidimensionalen
Modell der Fahrzeugoberflächen
zur optimalen Steuerung der Behandlungseinrichtungen während des
gesamten Wasch- oder Behandlungsprozesses verwendet, um beispielsweise
die rotierenden Waschbürsten 6, 7 und 8 optimal
den Fahrzeugoberflächen
nachführen zu
können.
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Die
Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt. So
kann die Erfassung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur in ähnlicher
Weise auch bei einer Durchfahrwaschanlagen erfasst werden, wobei
die Erfassung dann vorteilhaft während
des Einfahrens des Fahrzeugs in die Fahrzeugwaschanlage erfolgt.
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Auch
kann statt zweier Laser-Kamera-Paare nur eines verwendet werden,
wobei dann die Kamera quer zur Waschrichtung verfahrbar an der Traverse angeordnet
ist, um die erste und zweite zweidimensionale Abbildung der dreidimensionalen
Fahrzeugoberfläche
aufnehmen zu können.