EP2147278A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen fahrwerksvermessung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur optischen fahrwerksvermessung

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EP2147278A1
EP2147278A1 EP08736176A EP08736176A EP2147278A1 EP 2147278 A1 EP2147278 A1 EP 2147278A1 EP 08736176 A EP08736176 A EP 08736176A EP 08736176 A EP08736176 A EP 08736176A EP 2147278 A1 EP2147278 A1 EP 2147278A1
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EP
European Patent Office
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light
narrow
wheel
pattern
imaging
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08736176A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Nobis
Steffen Abraham
Bernd Schmidtke
Christian Knoll
Ulrich Kallmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2147278A1 publication Critical patent/EP2147278A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/275—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
    • G01B11/2755—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/10—Wheel alignment
    • G01B2210/14—One or more cameras or other optical devices capable of acquiring a two-dimensional image
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B2210/14—One or more cameras or other optical devices capable of acquiring a two-dimensional image
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    • G01B2210/10—Wheel alignment
    • G01B2210/20—Vehicle in a state of translatory motion
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/10—Wheel alignment
    • G01B2210/28—Beam projector and related sensors, camera, inclinometer or other active sensing or projecting device
    • G01B2210/283—Beam projectors and related sensors
    • G01B2210/286—Projecting a light pattern on the wheel or vehicle body

Definitions

  • the invention relates to a method for chassis measurement and / or for the dynamic testing of suspension components on a motor vehicle, in which at least one wheel and / or at least a portion of the vehicle is illuminated by means of a lighting device with a light pattern of structured light and the reflected back light by means of a imaging sensor device is recorded and evaluated in an evaluation, as well as to an apparatus for performing the method.
  • a method and a device of this kind are disclosed in DE 103 35 829 A1 and the parallel EP 1 505 367 A2.
  • this known method for determining the axle geometry is a light pattern, such.
  • a fringe pattern of varying periodicity or monochrome grating structures or area coded by color coding projected on the front of the wheel and the reflected light from the front of the wheel from a direction other than the projection direction by an image converter while the wheel is rotated to to determine the normal vector of the wheel or a reference plane as accurate and robust as possible, in spite of unevenness present on conventional wheels.
  • a method is specified, with the optical non-contact on the basis of a determined axis of rotation a wheel alignment is performed.
  • the vehicle is on a chassis dynamometer.
  • a projection system laser lines or other patterns are projected onto the wheel or tire.
  • the patterns are displayed, and a triangulation of the camera coordinates and the known Arrangement of the cameras with respect to the projector reconstructs the 3D coordinates on the surface and determines from this the position of the wheel, from which ultimately track and camber are determined.
  • DE 10 2005 063 082 A1 and DE 10 2005 063 083 A1 also disclose methods for optical chassis measurement, in which structured light is projected onto the wheel and also onto surrounding body regions and recorded by means of imaging sensors.
  • the vehicle is observed with a mono or a stereo camera system, such.
  • a mono or a stereo camera system such.
  • EP 0 895 056 A2 and DE 29 48 573 Al In the gray value image of the camera image striking features such. B. the edge of the rim, located. From the geometric position of the edge of the rim or other features in the image, their position in the space and from it trace or fall is calculated.
  • Such a measuring method is also embodied in DE 10 2004 013 441 A1, wherein a 3D model is fitted for determining the axis of rotation of the wheel.
  • When measuring z. B. also recorded stereo images of the wheel rim and determined the angular position of the valve.
  • DE 10 2005 017 624 is designed to gain wheel features and / or body features on the determination of a 3D point cloud to determine therefrom the wheel and / or axle geometry of vehicles, with recordings of the rotating wheel, in particular during a passage of the Vehicle done.
  • the invention has for its object to provide a method for suspension measurement and / or dynamic testing of suspension components of a motor vehicle when using a structured lighting that is as robust as possible against external interference, and also to provide a corresponding device.
  • the structured light is emitted by the illumination device narrowband in a certain narrow emission wavelength range and that by means of the sensor device, the light is also detected narrow band in a matched to the emission wavelength range receiving wavelength range and evaluated in the evaluation, wherein Extraneous light influences are eliminated.
  • the object is achieved in that the illumination device is designed to generate narrow-band light of a specific wavelength range and that the sensor device for detecting the light in the narrow wavelength range has imaging optics with at least one spectrally selective optical element. With these measures, the structured light pattern is reliably detectable and evaluable even under unfavorable ambient light conditions, especially in strong ambient light.
  • a reliable mode of operation can be achieved in that the narrow-band light is generated by the projection optics by means of spectrally selective optical elements.
  • a reliable function can also be assisted by generating the narrow-band light by means of a laser and a refractive and / or diffractive projection optics or a laser projection system with dynamically moving mirrors, and furthermore by the narrow-band light being emitted by means of a narrow-band emitting light emitting diode arrangement a customized projection optics is generated.
  • a regular or irregular dot pattern, a line or stripe pattern, a random pattern or a combination of at least two of these light patterns is generated as a light pattern.
  • the measurements also contribute to a reliable measurement in that the reflected light in the imaging sensor device is supplied to a detector unit via imaging optics in which the imaging parameters are predetermined or influenced by means of a lens system and by means of at least one spectrally selective optical element the spectral Adaptation to the output from the lighting device narrow-band light is made.
  • advantageous measures consist in that the at least one spectrally selective optical element is also used to influence the imaging parameters and / or that spectral matching is assisted by means of the beam guidance in the imaging optics, with undesirable properties of the spectral selectivity being reduced to a minimum become.
  • the measurement accuracy in particular when using imaging optics with a large aperture angle of the objective, is improved by reducing the angle in the imaging optics of light entering obliquely with respect to the optical axis before it enters the at least one spectrally selective optical element or by the at least one spectrally selective optical element (43) is arranged within the imaging optics at a position at which the angle of light entering obliquely with respect to the optical axis into the imaging optics is reduced.
  • a similar influence on the light input Occurrence angle in the spectrally selective optical element can be effected alone or additionally by a curvature of the optical element.
  • An advantageous procedure in the measurement is that in the evaluation on the basis of the light pattern, in particular a dot pattern, from the reflected light, a radiated 3D point cloud determined and adapted to this parametric surface model of the wheel is that the wheel axis on the calculations is determined by Radnormalenvektoren for different rotational positions of the wheel and that from the spatial movement of Radnormalenvektors the Drehachsvektor is calculated as the axis of rotation.
  • FIG. 1 is a schematic view of a measuring device in a measurement environment for a wheel alignment
  • Fig. 2 is a schematic representation of a lighting device and a sensor device
  • Fig. 3 projected light pattern from the perspective of a left and a right image pickup unit of the sensor device.
  • the measuring device 10 has a projection device 11 for light patterns 15, for example spot light patterns (see FIG.
  • imaging sensor units 12, 13 arranged in a predetermined spatial position and direction and a control unit 14 for data transmission with the projection device 11 and the imaging sensor units 12, 13 positioned in stereo arrangement and has electronic devices for controlling the projection device 11, the imaging sensor units 12, 13 and optionally further connected components and for evaluating the data and displaying the measurement results, such as an evaluation device 16.
  • FIG. 2 shows the projection device 11 and an imaging sensor unit 12 closer.
  • a light source 30 emits light 4 via an illumination optical system 31, the illumination optical system 31 having at least one refractive beam shaping unit 32 and / or one or more diffractive beam shaping units 33.
  • a second refractive unit can be used, such. B. a microlens array.
  • the emitted light 4 is structured and has the said light pattern 15.
  • the emitted light 4 leaving the illumination optical unit 31 has a narrow band and only comprises a narrow wavelength range of, for example, one or more nanometers, eg. B. 30 nm (measured at 50% of the maximum radiant power).
  • For visual inspection is a wavelength range within the visible spectral range, z. As the red spectral range, an advantage.
  • the light 4 'reflected back from the wheel 2 and / or the body 3 is picked up by means of receiver optics in the form of imaging optics 40 and fed to a detector unit 41 in order to subsequently evaluate the received signals.
  • the imaging optics 40 has a lens system with imaging optical elements 42, 44 and at least one spectrally selective optical element in the form of a spectral filter unit 43 which is tuned in its spectral transmission range to the bandwidth of the emitted light 4 and reflected light 4 ', so that in particular This light to be used is transmitted to the detector unit 41 and the influence of extraneous light from the surroundings is suppressed.
  • the passband width of the spectral filter unit 43 is therefore at most slight, z. B.
  • a few nanometers larger than the bandwidth of the reflected light to be used 4 'and is z. B. up to 30 nm or at most 50 nm (at 50% of the maximum power), the average wavelength of the useful light and the spectral filter being approximately equal.
  • the light 4 emitted by the illumination device via the projection device 11 contains the light pattern, wherein the structure of the light pattern may be a regular or irregular dot pattern, a line or stripe pattern, a random pattern or a combination of these structures.
  • Possible technical variants for the illumination or projection of the light pattern are laser illumination and special projection optics, in particular refractive and / or diffractive optics, laser projection systems with dynamically moving mirrors, narrow-band emitting light-emitting diodes (LEDs) with special adapted projection optics or spectrally narrowed ones broadband emitting light sources, eg. B. thermal radiator, with special projection optics.
  • the illumination device has refractive and / or diffractive optical elements or a projection system with dynamically moved mirrors for producing a projected illumination structure.
  • the emitted light can be timed, z. B. with a period in the range 1 ms to 10 ms.
  • the lens system of the receiver optics or imaging optics 40 is designed to achieve or set optimal imaging parameters.
  • color glass or interference filter are spectrally matched to the spectrum of the emitted light 4 and the back-reflected light 4 ', wherein the spectrally selective elements at the same time by suitable expression, for. B. curvature and / or position in the imaging beam path, the imaging and filter function can serve.
  • suitable beam guidance in the imaging optics 40 the properties of the spectrally selective elements can be supported.
  • suitable beam guidance in the imaging optics 40 possible undesirable properties of the spectrally selective elements, such. B.
  • the spectral narrowband of the light forming the light pattern 15 and the receiver optics allows a reliable measurement even in strong ambient light, eg. B. strong sunlight, since the reflected back light 4 'with the light pattern safely distinguishable from the ambient light bar. On this basis, a reliable, unambiguous evaluation of the light pattern 15 ', 15 "reflected by the wheel results.
  • FIG. 3 shows, in addition to the light pattern 15, the light pattern 15 'or 15 "resulting from the view of the two imaging sensor units 12, 13 in the form of a left and right stereo camera and reflected by the wheel, the linear arrangement of the light spots in the two images
  • the light pattern is, for example, a laser dot pattern.
  • the measuring device 10 is designed to perform an exact, robust suspension measurement and / or dynamic testing of suspension components.
  • the method is independent of reference points which are firmly linked to the wheel surface or wheel texture and / or, where appropriate, the body surface and which move along with it when moving. Therefore, structures on the wheel or body surface also need not be recognized. Rather, the structured illumination by means of the light pattern 15 produces stable features which are not fixedly connected to the wheel or body surface and therefore do not migrate during movement. For example, in the method presented here, the position of the axis of rotation of the wheel 2, in particular in the passage of the vehicle relative to the measuring device 10, can be carried out with increased robustness.
  • the need for a fixed rotation of the wheel can be omitted. From the known position of the axes of rotation z. B. can then the axle geometry, such as track and Fall, be calculated. In this case, a rim impact compensation can be performed.
  • the 3D measurement on the basis of the structured illumination with the light pattern 15 can also be carried out with a mono- or multi-camera system as an alternative to the sensor units 12, 13 provided in stereo arrangement, wherein, as in the stereo arrangement, an algorithmic evaluation of the measurement data on the determination of a 3D point cloud takes place.
  • a projection of the pattern and from this a calculation of a 3D point cloud takes place during the passage or rotation of the wheel 2 at each time step, a projection of the pattern and from this a calculation of a 3D point cloud.
  • the 3D point cloud is used for the evaluation z. B. a parametric surface model of the wheel 2 and the body fitted, as also specified in said R.315415 also closer.
  • the depth is calculated from the shift vectors (disparity) of the stereo images of the camera array to increase the accuracy or robustness, wherein the narrow-band illumination light and received via the narrow-band receiver array receiving light contribute to the safe detection and increase the measurement accuracy.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fahrwerksvermessung und/oder zur dynamischen Prüfung von Fahrwerkskomponenten an einem Kraftfahrzeug (1), bei dem mindestens ein Rad (2) und/oder zumindest ein Abschnitt des Fahrzeugs (1) mittels einer Beleuchtungsvorrichtung (11) mit einem Lichtmuster (15) aus strukturiertem Licht beleuchtet und das zurückreflektierte Licht (4') mittels einer bildgebenden Sensoreinrichtung (12, 13) aufgenommen und in einer Auswerteeinrichtung (16) ausgewertet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Auch unter ungünstigen Umgebungslichtverhältnissen wird eine robuste Messung dadurch erreicht, dass das strukturierte Licht von der Beleuchtungsvorrichtung schmalbandig in einem bestimmten schmalen Aussende-Wellenlängenbereich abgegeben wird und dass mittels der Sensoreinrichtung (12, 13) das Licht ebenfalls schmalbandig in einem an den Aussende-Wellenlängenbereich angepassten Empfangs-Wellenlängenbereich erfasst und in der Auswerteeinrichtung (16) ausgewertet wird, wobei Fremdlichteinflüsse beseitigt werden.

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart
Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR OPTISCHEN FAHRWERKSVERMESSUNG
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fahrwerksvermessung und/oder zur dynamischen Prüfung von Fahrwerkskomponenten an einem Kraftfahrzeug, bei dem mindestens ein Rad und/oder zumindest ein Abschnitt des Fahrzeugs mittels einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtmuster aus strukturiertem Licht beleuchtet und das zurückreflektierte Licht mittels einer bildgebenden Sensoreinrichtung aufgenommen und in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung dieser Art sind in der DE 103 35 829 Al und der parallelen EP 1 505 367 A2 angegeben. Bei diesem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Achsgeometrie wird ein Lichtmuster, wie z. B. ein Streifenmuster mit variierender Periodizität oder mit monochromen Gitterstrukturen oder mit flächiger Codierung durch Farbcodierung stirnseitig auf das Rad projiziert und das von der Stirnseite des Rades reflektierte Licht aus einer anderen Richtung als der Projektionsrichtung durch einen Bildwandler aufgenommen, während das Rad gedreht wird, um den Normalenvektor des Rades bzw. eine Referenzebe- ne trotz auf üblichen Rädern vorhandenen Unebenheiten möglichst genau und robust zu bestimmen. Jedoch ist es schwierig, bei derartigen berührungslosen optischen Verfahren zur Fahrwerksvermessung zuverlässige Messergebnisse hoher Präzision zu erzielen.
Auch in der US 4,745,469 ist ein Verfahren angegeben, mit dem optisch berührungslos auf der Basis einer ermittelten Drehachse eine Achsvermessung durchgeführt wird. Während der Messung, bei der Spur- und Sturzwinkel ermittelt werden, befindet sich das Fahrzeug auf einem Rollenprüfstand. Mittels eines Projektionssystems werden Laserlinien oder andere Muster auf das Rad bzw. den Reifen projiziert. Mittels Kameras werden die Muster abgebildet, und über eine Triangulation werden aus den Kamerakoordinaten und der bekannten Anordnung der Kameras bezüglich des Projektors die 3D- Koordinaten auf der Oberfläche rekonstruiert und hieraus die Lage des Rades ermittelt, woraus dann letztlich Spur und Sturz bestimmt werden.
Auch in der DE 10 2005 063 082 Al und der DE 10 2005 063 083 Al sind Verfahren zur optischen Fahrwerksvermessung angegeben, bei denen strukturiertes Licht auf das Rad und auch auf dieses umgebende Karosseriebereiche projiziert und mittels einer bildgebenden Sensorik aufgenommen wird.
Bei anderen Verfahren und Vorrichtungen zum Ermitteln der Drehachse und Vermessen der Achsgeometrie wird das Fahrzeug mit einem Mono- oder einem Stereo- Kamerasystem beobachtet, wie z. B. in der EP 0 895 056 A2 und der DE 29 48 573 Al gezeigt. Im Grauwertbild der Kameraabbildung werden markante Merkmale, wie z. B. der Felgenrand, lokalisiert. Aus der geometrischen Lage des Felgenrandes oder anderer Merkmale im Bild wird deren Lage im Raum und daraus Spur bzw. Sturz errechnet. Ein derartiges Messverfahren ist auch in der DE 10 2004 013 441 Al ausgeführt, wobei zum Ermitteln der Rotationsachse des Rades ein 3D-Modell eingepasst wird. Bei der Messung werden z. B. auch Stereobilder der Radfelge aufgenommen und die Winkellage des Ventils festgestellt. In der DE 10 2005 017 624 ist ausgeführt, Radmerkmale und/oder Karosseriemerkmale über die Ermittlung einer 3D- Punktwolke zu gewinnen, um daraus die Rad- und/oder Achsgeometrie von Fahrzeugen zu bestimmen, wobei Aufnahmen des rotierenden Rades insbesondere auch während einer Vorbeifahrt des Fahrzeuges erfolgen.
Auch gibt es Verfahren, bei denen anstelle vorhandener Radmerkmale mit mechanischen Hilfsmitteln besondere Markierungen angebracht werden, wie z. B. in der DE 100 32 356 Al gezeigt. Zwar ergeben derartige Markierungen für die Messung und Auswertung gut erfassbare Strukturen an dem Rad, sie erfordern jedoch zusätzlichen Aufwand.
Weiterhin sind optische Messverfahren für die Prüfung von weiteren Fahrwerkskomponen- ten, wie Stoßdämpfern, Gelenkspielen in der DE 199 49 704 Al und der DE 199 49 982 C2 gezeigt, wobei eine optische Messung der Rad- und/oder Karosseriebewegung vorgesehen ist. Bei all diesen berührungslos, optisch messenden Verfahren bzw. Vorrichtungen ist es ohne besondere Markierungen und mit projiziertem Licht schwierig, exakte und zuverlässige, robuste Fahrwerksvermessungen und/oder dynamische Prüfungen von Fahrwerkskomponen- ten durchzuführen, insbesondere unter rauen, realen Messbedingungen und unter der Aufla- ge einer möglichst einfachen Durchführung der Messung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fahrwerksvermessung und/oder zur dynamischen Prüfung von Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeugs bei Verwendung einer strukturierten Beleuchtung bereit zu stellen, das möglichst robust gegen äußere Störeinflüsse ist, und auch eine entsprechende Vorrichtung bereit zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 11 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das strukturierte Licht von der Beleuchtungsvorrichtung schmalbandig in einem bestimmten schmalen Aussende-Wellenlängenbereich abgegeben wird und dass mittels der Sensoreinrichtung das Licht ebenfalls schmalbandig in einem an den Aussende-Wellenlängenbereich angepassten Empfangs-Wellenlängenbereich erfasst und in der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, wobei Fremdlichteinflüsse beseitigt werden. Bei der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von schmalbandigem Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs ausgebildet ist und dass die Sensoreinrichtung zum Erfassen des Lichts in dem schmalen Wellenlängenbereich eine Abbildungsoptik mit mindestrens einem spektral selektiven optischen Element aufweist. Mit diesen Maßnahmen wird das strukturierte Lichtmuster auch bei ungünstigen Umgebungslichtverhältnissen, insbesondere auch bei starkem Umgebungslicht, zuverlässig erfassbar und auswertbar.
Alternative vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich dadurch, dass das schmalbandige Licht von einer ein schmalbandiges Licht erzeugenden Lichtquelle ausgesandt oder mittels einer Projektionsoptik erzeugt wird.
Eine zuverlässige Funktionsweise kann dabei dadurch erreicht werden, dass das schmalbandige Licht von der Projektionsoptik mittels spektral selektiver optischer Elemente erzeugt wird. - A -
Eine zuverlässige Funktion kann auch dadurch unterstützt werden, dass das schmalbandige Licht mittels eines Lasers und einer refraktiven und/oder diffraktiven Projektionsoptik oder einem Laserprojektionssystem mit dynamisch bewegten Spiegeln erzeugt wird, und ferner dadurch, dass das schmalbandige Licht mittels einer schmalbandig emittierenden Leuchtdio- denanordnung und einer angepassten Projektionsoptik erzeugt wird.
Weitere Vorteile können dadurch erreicht werden, dass mittels der Projektionsoptik auch das Lichtmuster des strukturierten Lichts erzeugt wird.
Verschiedene weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, dass als Lichtmuster ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Punktmuster, ein Linien- oder Streifenmuster, ein Zufallsmuster oder eine Kombination aus mindestens zweien dieser Lichtmuster erzeugt wird.
Zu einer zuverlässigen Messung tragen des Weiteren die Maßnahmen bei, dass das zurück- reflektierte Licht in der bildgebenden Sensoreinrichtung einer Detektoreinheit über eine Abbildungsoptik zugeführt wird, in der die Abbildungsparameter mittels eines Linsensystems vorgegeben oder beeinflusst werden und mittels mindestens eines spektral selektiven optischen Elementes die spektrale Anpassung an das von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene schmalbandige Licht vorgenommen wird.
Dabei bestehen vorteilhafte Maßnahmen darin, dass auch das mindestens eine spektral selektive optische Element zum Beeinflussen der Abbildungsparameter genutzt wird und/oder dass vermittels der Strahlführung in der Abbildungsoptik die spektrale Anpassung unterstützt wird, wobei nicht erwünschte Eigenschaften der spektralen Selektivität auf ein Minimum re- duziert werden.
Die Messgenauigkeit insbesondere bei Verwendung einer Abbildungsoptik mit großem Öffnungswinkel des Objektivs wird dadurch verbessert, dass in der Abbildungsoptik der Winkel schräg bezüglich der optischen Achse eintretenden Lichts vor dessen Eintritt in das mindes- tens eine spektral selektive optische Element verringert wird, bzw. dadurch, dass das mindestens eine spektral selektive optische Element (43) innerhalb der Abbildungsoptik an einer Stelle angeordnet ist, an der der Winkel von schräg bezüglich der optischen Achse in die Abbildungsoptik eintretendem Licht verringert ist. Eine ähnliche Beeinflussung des Lichtein- tritts-Winkels in das spektral selektive optische Element kann dabei auch allein oder zusätzlich durch eine Krümmung des optischen Elements bewirkt werden.
Eine vorteilhafte Vorgehensweise bei der Messung besteht darin, dass bei der Auswertung auf der Basis des Lichtmusters, insbesondere eines Punktemusters, aus dem reflektierten Licht eine radbezogene 3D-Punktwolke bestimmt und an diese ein parametrisches Oberflächenmodell des Rades angepasst wird, dass die Radachse über die Berechnungen von Radnormalenvektoren für verschiedene Drehlagen des Rades bestimmt wird und dass aus der räumlichen Bewegung des Radnormalenvektors der Drehachsvektor als Drehachse be- rechnet wird.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Messeinrichtung in einer Messumgebung für eine Fahrwerksvermessung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung und einer Sensoreinrichtung und
Fig. 3 projizierte Lichtmuster aus Sicht einer linken und einer rechten Bildaufnahmeeinheit der Sensoreinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Messumgebung für eine Fahrwerksvermessung, beispielsweise zum Ermitteln der Drehachse eines Fahrzeugrades 2 gemäß einem in DE 10 2006 048 725.7 näher ausgeführten Verfahren bzw. Aufbau mittels einer Messeinrichtung 10, wobei sich das Fahrzeug an der Messeinrichtung 10 vorbei bewegen kann. Außer dem Rad 2 kann auch die Karosserie 3 vorzugsweise in der Umgebung des Rades 2 mit in die Messung einbezogen werden. Die Messeinrichtung 10 weist eine Projektionseinrichtung 11 für Lichtmuster 15, beispielsweise Punktlichtmuster (vgl. Fig. 3), und zwei in vorgegebener räumlicher Lage und Richtung zu dieser angeordneten bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 sowie eine Steuereinheit 14 auf, die zur Datenübertragung mit der Projektionseinrichtung 11 und den in Stereoanordnung positionierten bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 verbunden ist und elektronische Einrichtungen für die Steuerung der Projektionseinrichtung 11, der bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 und gegebenenfalls weiterer angeschlossener Komponenten und für eine Auswertung der Daten und Darstellung der Messergebnisse aufweist, wie eine Auswerteeinrichtung 16.
Fig. 2 zeigt die Projektionseinrichtung 11 sowie eine bildgebende Sensoreinheit 12 näher. Eine Lichtquelle 30 sendet über eine Beleuchtungsoptik 31 Licht 4 aus, wobei die Beleuchtungsoptik 31 mindestens eine brechende Strahlformungseinheit 32 und/oder eine oder mehrere beugende Strahlformungseinheiten 33 aufweist. Alternativ zu der gezeigten Ausführung kann z.B. anstelle der beugenden Strahlformungseinheit 33 eine zweite brechende Einheit eingesetzt werden, wie z. B. ein Mikrolinsenarray. Das ausgesandte Licht 4 ist strukturiert und weist das genannte Lichtmuster 15 auf. Außerdem ist das die Beleuchtungsoptik 31 verlassende ausgesandte Licht 4 schmalbandig und umfasst lediglich einen engen Wellenlängenbereich von beispielsweise einem oder mehreren Nanometern, z. B. 30 nm (gemessen bei 50 % der maximalen Strahlungsleistung). Zur visuellen Kontrolle ist dabei ein Wellenlän- genbereich innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs, z. B. der rote Spektralbereich, von Vorteil.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, wird das von dem Rad 2 und/oder der Karosserie 3 zurückreflektierte Licht 4' mittels einer Empfängeroptik in Form einer Abbildungsoptik 40 aufgenommen und einer Detektoreinheit 41 zugeführt, um im Anschluss daran die empfangenen Signale auszuwerten. Die Abbildungsoptik 40 weist ein Linsensystem mit abbildenden optischen Elementen 42, 44 sowie mindestens ein spektralselektives optisches Element in Form einer Spektralfiltereinheit 43 auf, die in ihrem spektralen Durchlassbereich auf die Bandbreite des ausgesandten Lichts 4 und zurückreflektierten Lichts 4' abgestimmt ist, so dass insbesonde- re dieses zu nutzende Licht zur Detektoreinheit 41 durchgelassen und der Einfluss von Fremdlicht aus der Umgebung unterdrückt wird. Die Durchlassbandbreite der Spektralfiltereinheit 43 ist also allenfalls geringfügig, z. B. einige Nanometer größer als die Bandbreite des zurückreflektierten zu nutzenden Lichts 4' und beträgt z. B. bis zu 30 nm oder höchstens 50 nm (bei 50 % des Leistungsmaximums), wobei die mittlere Wellenlänge des Nutzlichts und des Spektralfilters in etwa übereinstimmen.
Das von der Beleuchtungsvorrichtung über die Projektionseinrichtung 11 ausgesandte Licht 4 enthält das Lichtmuster, wobei die Struktur des Lichtmusters ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Punktmuster, ein Linien- oder Streifenmuster, ein Zufallsmuster oder eine Kombination aus diesen Strukturen sein kann. Mögliche technische Varianten für die Beleuchtung bzw. Projektion des Lichtmusters sind dabei eine Beleuchtung mit Laser und speziellen Projektionsoptiken, insbesondere refraktiven und/oder diffraktiven Optiken, Laserprojektionssys- teme mit dynamisch bewegten Spiegeln, schmalbandig emittierende Leuchtdioden (LEDs) mit speziellen angepassten Projektionsoptiken oder spektral eingeengte breitbandig emittierende Lichtquellen, z. B. thermische Strahler, mit speziellen Projektionsoptiken. Die Beleuchtungsvorrichtung weist neben der Lichtquelle 30 refraktive und/oder diffraktive optische Elemente oder ein Projektionssystem mit dynamisch bewegten Spiegeln zur Erzeugung einer projizierten Beleuchtungsstruktur auf. Dabei kann das ausgesandte Licht zeitlich getaktet sein, z. B. mit einer Periodendauer im Bereich 1 ms bis 10 ms.
Das Linsensystem der Empfängeroptik bzw. Abbildungsoptik 40 ist zum Erreichen bzw. Einstellen optimaler Abbildungsparameter ausgebildet. Die spektral selektiven optischen EIe- mente, z. B. Farbglas- oder Interferenzfilter, sind an das Spektrum des ausgesandten Lichts 4 bzw. des rückreflektierten Lichts 4' spektral angepasst, wobei die spektral selektiven Elemente gleichzeitig durch geeignete Ausprägung, z. B. Krümmung und/oder Position im Abbildungsstrahlengang, der Abbildungs- und Filterfunktion dienen können. Durch geeignete Strahlführung in der Abbildungsoptik 40 können die Eigenschaften der spektral selektiven Elemente unterstützt werden. Auch können durch geeignete Strahlführung in der Abbildungsoptik 40 mögliche nicht erwünschte Eigenschaften der spektral selektiven Elemente, wie z. B. Richtungsabhängigkeit der Filterwirkung, unterdrückt bzw. auf ein Minimum reduziert werden. Diese Maßnahmen begünstigen es vorteilhafterweise, durch ein Objektiv mit großem Öffnungswinkel schräg zur optischen Achse in die Abbildungsoptik 40 einfallendes Licht ohne Verfälschung spektral schmalbandig zu filtern, so dass vorteilhaft große Objektiv- Öffnungswinkel von z. B. größer als 40° oder 50° bei der Messeinrichtung verwirklicht werden können, wobei die Filtercharakteristik in Abhängigkeit des Einfallswinkels praktisch nahezu konstant bleibt. Die bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 sind z. B. Kameras, wobei die Abbildungsoptik 40 als Kameraoptik ausgebildet ist.
Die spektrale Schmalbandigkeit des das Lichtmuster 15 bildenden Lichts und der Empfän- geroptik ermöglicht eine zuverlässige Messung auch bei starkem Umgebungslicht, z. B. starker Sonneneinstrahlung, da das zurückreflektierte Licht 4' mit dem Lichtmuster sicher von dem Umgebungslicht unterscheid bar ist. Auf dieser Basis ergibt sich eine sichere, eindeutige Auswertung der von dem Rad reflektierten Lichtmuster 15', 15".
Fig. 3 zeigt außer dem Lichtmuster 15 die sich aus Sicht der beiden bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 in Form einer linken und rechten Stereokamera ergebenden, von dem Rad reflektierten Lichtmuster 15' bzw. 15", wobei die linienhafte Anordnung der Lichtpunkte bei den beiden Aufnahmen unterschiedlich gekrümmt sind. Bei dem Lichtmuster handelt es sich beispielsweise um ein Laserpunktemuster.
Aus dem Stereoverschiebungsvektor für verschiedene Neigungswinkel entlang Neigungslinien bezüglich der bildgebenden Sensoreinheiten 12, 13 lassen sich z. B. radbezogene SD- Punktewolken bestimmen, wie in der vorstehend genannten DE 10 2006 048 725.7 näher erläutert.
Die Messeinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, eine exakte, robuste Fahrwerksvermessung und/oder dynamische Prüfung von Fahrwerkskomponenten durchzuführen. Durch die Projektion der Lichtmuster 15 ist das Verfahren unabhängig von Referenzpunkten, die fest mit der Radoberfläche bzw. Radtextur und/oder gegebenenfalls der Karosserieoberfläche verknüpft sind und mit dieser bei Bewegung mitwandern. Daher müssen Strukturen auf der Rad- bzw. Karosserieoberfläche auch nicht erkannt werden. Vielmehr werden durch die strukturierte Beleuchtung mittels der Lichtmuster 15 stabile Merkmale erzeugt, die nicht ortsfest mit der Rad- bzw. Karosserieoberfläche verbunden sind und daher bei Bewegung nicht mitwandern. Beispielsweise kann bei dem hier vorgestellten Verfahren die Lage der Drehachse des Ra- des 2 insbesondere auch in der Vorbeifahrt des Fahrzeuges relativ zu der Messeinrichtung 10 mit erhöhter Robustheit durchgeführt werden. Die Notwendigkeit einer ortsfesten Rotation des Rades (Rollenprüfstand oder das Ausheben des Fahrzeuges) kann entfallen. Aus der bekannten Lage der Drehachsen z. B. kann anschließend die Achsgeometrie, wie Spur und Sturz, errechnet werden. Dabei kann auch eine Felgenschlagkompensation durchgeführt werden.
Die 3D-Messung auf der Basis der strukturierten Beleuchtung mit dem Lichtmuster 15 kann alternativ zu den in Stereo-Anordnung vorgesehenen Sensoreinheiten 12, 13 auch mit einem Mono- oder Mehrkamerasystem erfolgen, wobei wie bei der Stereoanordnung eine algorithmische Auswertung der Messdaten über die Bestimmung einer 3D-Punktwolke erfolgt.
Bei der Durchführung des Verfahrens erfolgt bei der Vorbeifahrt bzw. Drehung des Rades 2 zu jedem Zeitschritt eine Projektion des Musters und hieraus eine Berechnung einer 3D- Punktwolke. In die 3D-Punktwolke wird für die Auswertung z. B. ein parametrisches Oberflächenmodell des Rades 2 bzw. der Karosserie eingepasst, wie in der genannten R.315415 ebenfalls näher angegeben. Als Lichtmuster wird z. B. ein engmaschiges Laserpunktemuster gemäß Fig. 3 auf den Reifen projiziert. Für jeden Laserpunkt wird die Tiefe aus den Ver- Schiebungsvektoren (Disparität) der Stereobilder der Kameraanordnung zur Erhöhung der Genauigkeit bzw. Robustheit berechnet, wobei das schmalbandige Beleuchtungslicht und das über die schmalbandige Empfängeranordnung erhaltende Empfangslicht zur sicheren Erfassung und Erhöhung der Messgenauigkeit beitragen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Fahrwerksvermessung und/oder zur dynamischen Prüfung von Fahr- werkskomponenten an einem Kraftfahrzeug (1), bei dem mindestens ein Rad (2) und/oder zumindest ein Abschnitt des Fahrzeugs (1) mittels einer Beleuchtungsvorrichtung (11) mit einem Lichtmuster (15) aus strukturiertem Licht beleuchtet und das zurückreflektierte Licht (4') mittels einer bildgebenden Sensoreinrichtung (12, 13) auf- genommen und in einer Auswerteeinrichtung (16) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das strukturierte Licht von der Beleuchtungsvorrichtung schmalbandig in einem bestimmten schmalen Aussende-Wellenlängenbereich abgegeben wird und dass mittels der Sensoreinrichtung (12, 13) das Licht ebenfalls schmalbandig in einem an den Aussende-Wellenlängenbereich angepassten Emp- fangs-Wellenlängenbereich erfasst und in der Auswerteeinrichtung (16) ausgewertet wird, wobei Fremdlichteinflüsse beseitigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schmalbandige Licht von einer ein schmalbandiges Licht erzeugenden Lichtquelle ausgesandt oder mittels einer Projektionsoptik erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das schmalbandige Licht von der Projektionsoptik mittels spektral selektiver optischer Elemente erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schmalbandige Licht mittels eines Lasers und einer refraktiven und/oder diffraktiven Projektionsoptik oder einem Laserprojektionssystem mit dynamisch bewegten Spiegeln erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schmalbandige Licht mittels einer schmalbandig emittierenden Leuchtdiodenanordnung und einer angepassten Projektionsoptik erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Projektionsoptik auch das Lichtmuster des strukturierten Lichts erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Punktmuster, ein Linienoder Streifenmuster, ein Zufallsmuster oder eine Kombination aus mindestens zweien dieser Lichtmuster erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zurückreflektierte Licht (4') in der bildgebenden Sensoreinrichtung (12, 13) einer Detektoreinheit (41) über eine Abbildungsoptik (40) zugeführt wird, in der die Abbildungsparameter mittels eines Linsensystems vorgegeben oder beeinflusst werden und mittels mindestens eines spektral selektiven optischen Elementes die spektrale Anpassung an das von der Beleuchtungsvorrichtung (11) abgegebene schmal- bandige Licht vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch das mindestens eine spektral selektive optische Element (43) zum Beeinflussen der Abbildungsparameter genutzt wird und/oder dass vermittels der Strahlführung in der Abbildungsoptik (40) und/oder durch Krümmung des spektral selektiven optischen Elements die spektrale Anpassung unterstützt wird, wobei nicht erwünschte Eigenschaften der spektralen Selektivität auf ein Minimum reduziert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abbil- dungsoptik (40) der Winkel schräg bezüglich der optischen Achse eintretenden Lichts vor seinem Eintritt in das mindestens eine spektral selektive optische Element (43) verringert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung auf der Basis des Lichtmusters (15), insbesondere eines
Punktemusters, aus dem reflektierten Licht (4') eine radbezogene 3D-Punktwolke (20) bestimmt und an diese ein parametrisches Oberflächenmodell des Rades (2) angepasst wird, dass die Radachse über die Berechnungen von Radnormalenvektoren für verschiedene Drehlagen des Rades (2) bestimmt wird und dass aus der räumlichen Bewegung des Radnormalenvektors der Drehachsvektor als Drehachse berechnet wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Beleuchtungsvorrichtung (11) zum Erzeugen eines strukturierten Lichtmusters (15) und Beleuchten mindestens eines Rades (2) und/oder zumindest eines Abschnittes des Fahrzeugs (1) mit dem Lichtmuster (15), mit einer bildgebenden Sensoreinrichtung (12, 13) zum Aufnehmen des zurückreflektierten Lichts (4') und mit einer Auswerteeinrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (11) zum Erzeugen von schmalbandigem Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs ausgebildet ist und dass die Sensoreinrichtung (12, 13) zum Erfassen des Lichts in dem schmalen Wellenlängenbereich eine Abbildungsoptik (40) mit mindestens einem spektral selektiven optischen Element (43) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine spektral selektive optische Element (43) innerhalb der Abbildungsoptik (40) an einer Stelle angeordnet ist, an der der Winkel von schräg bezüglich der optischen Achse in die Abbildungsoptik (40) eintretendem Licht verringert ist und/oder dass das mindes- tens eine spektral selektive optische Element zur Vermeidung der Richtungsabhängigkeit der spektralen Filtercharakteristik gekrümmt ist.
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