EP2335019A1 - Satz von wenigstens zwei targetanordnungen zur optischen achsvermessung und vorrichtung zur optischen achsvermessung damit - Google Patents

Satz von wenigstens zwei targetanordnungen zur optischen achsvermessung und vorrichtung zur optischen achsvermessung damit

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Publication number
EP2335019A1
EP2335019A1 EP09782906A EP09782906A EP2335019A1 EP 2335019 A1 EP2335019 A1 EP 2335019A1 EP 09782906 A EP09782906 A EP 09782906A EP 09782906 A EP09782906 A EP 09782906A EP 2335019 A1 EP2335019 A1 EP 2335019A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target
wheel
distance
motor vehicle
significant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09782906A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Nobis
Volker Uffenkamp
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2335019A1 publication Critical patent/EP2335019A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • 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
    • G01B2210/16—Active or passive device attached to the chassis of a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a set of at least two target assemblies for the optical axis measurement and a device for optical wheel alignment of wheels of a motor vehicle with it.
  • control point fields of targets are recorded by monoscopic image recording devices.
  • the position of these control points in a local three-dimensional target coordinate system is known to the evaluation unit of the measuring system, and the evaluation unit can determine the relevant chassis parameters of the motor vehicle from it.
  • Such targets with control point fields arranged thereon have a high complexity, they place a high demand on the production of these targets and are therefore relatively expensive.
  • An inventive set of target arrangements for optical chassis measurement comprises at least two target arrangements, which are provided for attachment to a wheel of a motor vehicle.
  • the set of target arrays can each comprise two target arrays which are attached to the wheels of an axle of a motor vehicle.
  • the target arrangements on the other axle or on the other axles of the motor vehicle can then differ from the target arrangement set according to the invention.
  • the target assembly set according to the invention may each comprise four target assemblies, which are attached to the wheels of a motor vehicle.
  • a target assembly set according to the invention may comprise six or more target assemblies.
  • the distance to a reference plane of the respective target array is unknown, but equal to each target array of the target array set is constant.
  • the remaining two other brands can be indefinite.
  • the optical features on the target do not form a control point system, ie their position in a local coordinate system is unknown.
  • the significant mark according to claim 1 or the two significant marks according to claim 2 can be used for the calibration procedure.
  • an image sequence of the significant mark and the at least two indefinite marks of the target arrangements of the target arrangement set according to claim 1 or the significant marks and the at least one further indefinite mark of the target arrangement of the target arrangement set according to claim 2 is recorded.
  • An evaluation unit determines a local 3D coordinate system, the spatial position of the wheel rotation axis in the local 3 D coordinate system for compensating the rim impact, and the position of the wheel center plane in the local 3 D coordinate system. From this, the vehicle longitudinal center plane can be determined. The data is stored in the evaluation unit for the subsequent measurement process.
  • the position of the image recording device or of the image recording devices in a common measuring station system is known to the evaluation unit, possibly by using transverse reference cameras.
  • the contact plates are unlocked, which relaxes the wheels in the footprint.
  • a single image of at least three marks of the respective target is then made for determining the track and camber of the respective image recording device, which can be in the form of a stereo camera arrangement but also as a monocamera arrangement. Since the local 3 D coordinate system of the marks of the targets has been determined with the calibration procedure, the position of the recorded at least three marks indicates the spatial position of the respective wheel axle in the known 3D coordinate system, and from this the angles of the track and camber can be determined of the respective wheel.
  • the significant mark or marks need no longer be viewed, it is sufficient if the actual measurement by the probes picks up three indeterminate marks, which together with the significant mark in the local calibration process 3D coordinate system were determined.
  • the distance of the second significant mark from the first significant mark is known in all target arrangements.
  • the distance between the second significant mark to the first significant mark is unknown, but in each case the same or constant in all target assemblies.
  • the target arrangement set according to the invention with a known distance between the two significant marks or with unknown but each coinciding distance of the significant marks to each other, there is the advantage that scale errors of the measuring system are avoided and the longitudinal center plane of the motor vehicle as a reference for the single track of the rear wheels can be precisely determined. A measurement of the scale information before each wheel alignment can be omitted, there is a continuous scale monitoring and scale correction, since the targets are always visible during the chassis measurement.
  • the distance between the second significant mark and a reference plane of the target is unknown, but identical or constant in all target arrangements. As a result, even greater accuracy can be achieved.
  • the distances of the significant marks to one another of the evaluation unit need not be known as long as they only match each of the four targets used. This achieves a further simplification.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a plan view of a measuring station with a motor vehicle standing thereon;
  • Figure 2 shows a schematic perspective view of a measuring station with a standing on rails rails motor vehicle
  • Figure 3 shows a schematic diagram of a motor vehicle chassis with attached to the wheels targets
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a first target arrangement for attachment to a wheel rim schematically shown underneath according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a second target arrangement for attachment to a wheel rim schematically shown underneath according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a third target arrangement for attachment to a wheel rim schematically shown underneath according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a plan view of a measuring station 2 with a motor vehicle 7 standing thereon.
  • front wheels 8 and 10 and the rear wheels 12 and 14 are shown with a toe-in angle to the vehicle longitudinal central axis, and for better illustration, the body of the motor vehicle 7 is shown only as a schematic outline.
  • the Radcardsen the wheels 8 to 14 are each indicated by dotted-dashed lines.
  • measuring heads 16, 18, 20 and 22 are respectively arranged, each of which has a stereoscopic measuring camera arrangement, not shown in FIG. 1, which is capable of separating the motor vehicle wheel 8 to 14 or a section thereof or to record attached to the wheels 8 to 14 targets or cutouts thereof.
  • a data processing unit 24 is provided, which is connected to the measuring heads 16 to 22, and receives from these measurement data for evaluation.
  • the motor vehicle 7 is shown with its wheels 8 to 14 with dotted lines in a preceding vehicle position.
  • the front wheels 8 and 10 and the left rear wheel 12 of the motor vehicle 7 are each on turntables of the rails 4 and 6, and that on the left wheels 8 and 12 of the motor vehicle 7 Targetanordnun- gene 26 and 30 are attached, whose targets are essentially outward-facing and branded.
  • the measuring heads 16 to 22 are of columnar design and comprise by way of example a stereo camera arrangement, ie in each case an upper and a lower measuring camera, which are aligned on the respectively opposite wheel 8 to 14 and can optically detect this or a target attached thereto.
  • the two measuring cameras of a measuring head 16 to 22 each form a stereo system or a stereoscopic image recording device.
  • the fields of view of the measuring cameras of the front left measuring head 16 are visualized in FIG.
  • the measuring cameras of the measuring heads 16 to 22 provide an image sequence of at least three images, which are recorded on a movement of the vehicle 7 on the rails 4 and 6.
  • the evaluation unit 24 calculates from the image data for each wheel 8 to 14 a local 3-D coordinate system, the rotation axis and the rotation center of the wheel 8 to 14.
  • the two-dimensional image coordinates of the marks on the targets 26-32 are measured in the individual images of the image sequence. Across the image sequence, an assignment of the corresponding brands takes place, so it is a tracking of the marks performed.
  • codings can be affixed to the markers on the targets, or standard methods from the
  • Image processing can be used.
  • the positions of the marks in the camera image at time j of the image sequence is x'ij.
  • geometric calculations can be used to determine the axis of rotation and the center of rotation of the wheel in the local wheel coordinate system.
  • the necessary parameters such as lane and camber values, are determined.
  • the measurement data evaluation can be done separately for all four individual wheels 8 to 14, that is radweise, together for the opposite wheels 8 and 10 and 12 and
  • the target holders with which the targets 26 to 32 are attached to the wheels 8 to 14 are not shown for the sake of simplicity of illustration.
  • the wheel rotation axis 42 and the wheel center plane 44 which is defined as the center plane of the wheel rim perpendicular to the wheel rotation axis, are shown.
  • the turning centers 40 of the wheels 8 to 14 are shown, which are each defined as an intersection of the wheel rotation axis 42 with the wheel middle plane 44.
  • the track width of the front axle results from the connection of the two turning centers 40 of the front wheels 8 and 10
  • the track width of the rear axle results from the connection of the two turning centers 40 of the rear wheels 12 and 14.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a first target arrangement
  • the target arrangement 46 comprises a square-shaped target 48 in FIG. 4, which is fastened with a bolt 56 in a receptacle 58 of a target holder 60.
  • the target holder 60 comprises three rails or
  • the target holder 60 further has on the receptacle 58 a stop for the bolt 56 of the target 48, which forms the reference plane 64.
  • the stop for the reference plane 64 has at all target holders 60 an equal distance s, measured to a support plane 66 on therawbol- zen 62, with which the target holders 60 abut the rim flange of the wheel rim 8.
  • the remaining marks 54 exemplarily distributed on the front side of the target 48 in FIG. 4 are indefinite; h., neither their position, nor their mutual distance of the evaluation unit 24 are known.
  • the marks 50 and 54 each include a circular centered feature, preferably in a dark, eg black color, a circular ring surrounding the centered feature, which is in particular of a light, for example reflecting color, and a narrower outer surrounding this ring Annular ring, in particular in a dark color, for example. In the same color as the centered feature executed.
  • Such marks in particular their circular centered feature against the light background of the surrounding circular ring, can be detected optically particularly well.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a second target arrangement 72 for attachment to a wheel rim 8 schematically shown below.
  • the marker in the lower right corner of the target 70 is formed as a second significant marker 52.
  • the distance d of the first significant mark 50 to the reference plane 64 of the evaluation unit is unknown, but constant in all target arrangements 72 of a target arrangement set.
  • the distance a between the two significant marks 50 and 52 of the evaluation unit 24 drawn in FIG. 5 by means of an arrow is known.
  • the distance a between the two significant marks 50 and 52 of the evaluation unit 24 is not known, but this distance a is the same for all target arrangements 72 of a target arrangement set.
  • the distance is the second significant mark
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a third target arrangement 76 for attachment to a wheel rim 8 shown schematically underneath.
  • the third target arrangement 76 largely corresponds to the second target arrangement 72 according to FIG. 5, the distance d2 of the second significant mark 52 to the reference plane 64 additionally being shown here. This distance d2 is constant in all target arrangements 76 of a target arrangement set, but the evaluation unit is not known.
  • target assemblies 46, 72 and 76 it is necessary that at least two target assemblies of the same type be mounted on each one axis of the motor vehicle 7 to be measured. It is preferred if all the wheels of the motor vehicle 7 to be measured are equipped with the respective same target arrangements.
  • the target arrangements 46, 72 and 76 according to the invention are robust and ideal for the hard workshop everyday.
  • All of the target assemblies 46, 72 and 76 are simple in construction and allow the reliable geometric calculation of the axis of rotation and the center of rotation of the wheel in the local wheel coordinate system from the 3D coordinates of the wheel. sought brands on the target and from the motion parameters and determining the necessary parameters, such as the lane and camber values in the subsequent actual wheel alignment.

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Satz von Target-Anordnungen (46) zur optischen Fahrwerksvermessung umfasst wenigstens zwei Target-Anordnungen (46), die jeweils zur Anbringung an ein Rad (8 - 14) eines Kraftfahrzeugs (7) vorgesehen sind sowie jeweils ein Target (48) und eine Targethalterung (60) mit einer Targetaufnahme aufweisen, an der das Target (48) angebracht ist. Jede der Targethalterungen (60) ist derart an ein Rad (8 - 14) eines Kraftfahrzeugs (7) anbringbar, dass das Target (48) in einem Winkel zur Radmittelebene ausgerichtet ist. Auf dem Target (48) sind eine signifikante Marke (50) und wenigstens zwei weitere unbestimmte Marken (54) angeordnet, und der Abstand der signifikanten Marke (50) zu einer Bezugsebene (64) der jeweiligen Targetanordnung (46) ist unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen (46) jeweils gleich.

Description

Beschreibung
Titel
Satz von wenigstens zwei Targetanordnungen zur optischen Achsvermessung und Vorrichtung zur optischen Achsvermessung damit
Die Erfindung betrifft einen Satz von wenigstens zwei Targetanordnungen zur op- tischen Achsvermessung sowie eine Vorrichtung zur optischen Achsvermessung von Rädern eines Kraftfahrzeugs damit.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur optischen Fahr- werksvermessung bekannt, bei denen Passpunktfelder von Targets durch mo- noskopische Bildaufnahmeeinrichtungen aufgenommen werden. Die Position dieser Passpunkte in einem lokalen dreidimensionalen Targetkoordinatensystem ist der Auswerteeinheit des Messsystems bekannt, und die Auswerteeinheit kann die relevanten Fahrwerksparameter des Kraftfahrzeugs daraus bestimmen.
Solche Targets mit darauf angeordneten Passpunktfeldern weisen eine hohe Komplexität auf, sie stellen eine hohe Anforderung an die Fertigung dieser Targets und sind demgemäß relativ teuer.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Satz von Targetanordnungen zur optischen Fahrwerksvermessung anzugeben, der eine geringere Komplexität erfordert und daher kostengünstig herstellbar ist und der sich gleichermaßen für eine Fahrwerksvermessung eignet. Weiterhin soll eine kostengünstige Vorrichtung zur optischen Achsvermessung von Rädern eines Kraftfahrzeugs angegeben werden, die einfach bedienbar ist und sehr genaue Messwerte liefert. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Satz von Targetanordnungen zur optischen Fahrwerks- Vermessung umfasst wenigstens zwei Targetanordnungen, die zur Anbringung an einem Rad eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sind.
In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung kann der Satz von Targetanordnungen jeweils zwei Targets-Anordnungen umfassen, die an den Rädern ei- ner Achse eines Kraftfahrzeugs angebracht werden. Die Targetanordnungen an der anderen Achse bzw. an den anderen Achsen des Kraftfahrzeugs können sich dann von dem erfindungsgemäßen Target-Anordnungssatz unterscheiden.
Ebenso kann der erfindungsgemäße Target-Anordnungssatz jeweils vier Target- Anordnungen umfassen, die an den Rädern eines Kraftfahrzeugs angebracht werden. Bei dreiachsigen oder mehrachsigen Fahrzeugen, insbesondere bei LKWs, kann ein erfindungsgemäßer Target-Anordnungssatz sechs oder mehr Target-Anordnungen umfassen.
Bei dem Target- Anordnungssatz gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 genügt es, wenn eine signifikante Marke auf dem Target jeder Targetanordnung des Target-Anordnungssatzes vorhanden ist, deren Abstand zu einer Bezugsebene der jeweiligen Targetanordnung unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen des Target-Anordnungssatzes jeweils gleich bzw. konstant ist. Die übrigen we- nigstens zwei weiteren Marken können unbestimmt sein.
Bei dem Target-Anordnungssatz gemäß dem unabhängigen Anspruch 2 genügt es, wenn auf jedem Target der Targetanordnungen des erfindungsgemäßen Target-Anordnungssatzes eine erste signifikante Marke, deren Abstand zu einer Be- zugsebene der jeweiligen Targetanordnung unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen jeweils gleich ist, eine zweite signifikante Marke und wenigstens eine weitere unbestimmte Marke angeordnet sind.
Die optischen Merkmale auf dem Target bilden kein Passpunktsystem, d. h., ihre Position in einem lokalen Koordinatensystem ist nicht bekannt. Um erfindungsgemäß eine Achsvermessung durchführen zu können, genügt es wenn auf dem Target der Targetanordnungen jeweils drei Marken vorhanden sind. Die signifikante Marke gemäß Anspruch 1 oder die beiden signifikanten Marken gemäß Anspruch 2 können dabei für den Einmessvorgang herangezo- gen werden.
Bei dem Einmessvorgang wird eine Bildfolge der signifikanten Marke und der mindestens zwei unbestimmten Marken der Targetanordnungen des Targetanordnungssatzes gemäß Anspruch 1 oder der signifikanten Marken und der min- destens einen weiteren unbestimmten Marke der Targetanordnung des Targetanordnungssatzes gemäß Anspruch 2 aufgenommen.
Diese Marken bilden beim Abrollen der Räder jeweils eine Kreisbahn ab. Durch eine Auswerteeinheit werden ein lokales 3D- Koordinatensystem, die Raumlage der Raddrehachse im lokalen 3 D- Koordinatensystem zur Kompensation des Felgenschlages und die Lage der Radmittelebene im lokalen 3 D- Koordinatensystem bestimmt. Daraus lässt sich die Fahrzeuglängsmittelebene bestimmen. Die Daten werden für den nachfolgenden Messvorgang in der Auswerteinheit hinterlegt.
Die Position der Bildaufnahmeeinrichtung oder der Bildaufnahmeeinrichtungen in einem gemeinsamen Messplatzsystem ist der Auswerteeinheit dabei bekannt, ggf. durch Heranziehung von Quer- Referenzkameras.
Nach dem Einmessvorgang und vor dem eigentlichen Messvorgang werden die Aufstandsplatten entriegelt, wodurch sich die Räder in der Aufstandsfläche entspannen.
Beim sich an den Einmessvorgang anschließenden eigentlichen Messvorgang wird dann zum Bestimmen von Spur und Sturz von der jeweiligen Bildaufnahme- einrichtung, die als Stereokameraanordnung aber auch als Monokameraanord- nung ausgebildet sein kann, eine einzige Aufnahme von mindestens drei Marken des jeweiligen Targets getätigt. Da das lokale 3 D- Koordinatensystem der Marken der Targets mit dem Einmessvorgang bestimmt worden ist, gibt die Lage der aufgenommenen mindestens drei Marken die Raumlage der jeweiligen Radach- se im bekannten 3D- Koordinatensystem an, und daraus lassen sich die Winkel von Spur und Sturz des jeweiligen Rads ermitteln. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung müssen nach dem Einmessvorgang die signifikante Marke oder die signifikanten Marken nicht mehr betrachtet werden, es reicht vollkommen aus, wenn bei der eigentlichen Messung durch die Messköpfe drei unbestimmte Marken aufgenommen werden, die gemeinsam mit der signifikanten Marke im Einmessvorgang im lokalen 3D- Koordinatensystem mitbestimmt wurden.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Target- Anordnungssatzes, bei dem auf den Targets jeweils zwei signifikante Marken angeordnet sind, ist der Abstand der zweiten signifikanten Marke zu der ersten signifikanten Marke bei allen Targetanordnungen bekannt. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass Temperatureinflüsse bei den Messkameras, die den Abstand der Basis, die oft aus Aluminium gefertigt ist, zwischen den zwei als stereoskopische Kameras ausgebildeten Kameras verändern können, kompensiert werden. Dadurch kann eine hohe Genauigkeit der erhaltenen Messwerte gewährleistet werden. Das Maßstabsproblem, dass sich durch auf die Messeinheiten wirkende Temperatureinflüsse, beispielsweise auf die Messeinheit auftreffenden Sonnenstrahlen, ergibt, wird demgemäß gelöst.
Gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Target-Anordnungssatzes nach Anspruch 2 ist der Abstand der zweiten signifikanten Marke zu der ersten signifikanten Marke zwar unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen jeweils gleich bzw. konstant.
Bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Target- Anordnungssatzes mit bekanntem Abstand zwischen den beiden signifikanten Marken oder mit unbekannten aber jeweils übereinstimmendem Abstand der signifikanten Marken zueinander ergibt sich der Vorteil, dass Maßstabsfehler des Messsystems vermieden werden und die Längsmittelebene des Kraftfahrzeugs als Bezug für die Einzelspur der Hinterräder präzise bestimmt werden kann. Eine Messung der Maßstabsinformationen vor jeder Fahrwerksvermessung kann entfallen, es ergibt sich eine kontinuierliche Maßstabsüberwachung und Maßstabskorrektur, da die Targets während der Fahrwerksvermessung immer sichtbar sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Target- Anordnungssatzes gemäß Anspruch 2 ist der Abstand der zweiten signifikanten Marke zu einer Bezugsebene des Targets unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen jeweils gleich bzw. konstant. Dadurch kann noch eine höhere Ge- nauigkeit erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 8 ist einfach bedienbar und liefert sehr genaue Messwerte. Gemäß einem Vorteil der Vorrichtung zur optischen Achsvermessung von Rädern eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 8 muss der Abstand der signifikanten Marke bzw. der ersten signifikanten Marke zu der Bezugsebene nicht bekannt sein, solange er nur bei allen eingesetzten Targets jeweils übereinstimmt.
Wenn dabei ein Target-Anordnungssatz nach Anspruch 4 zum Einsatz kommt, müssen die Abstände der signifikanten Marken zueinander der Auswerteeinheit nicht bekannt sein, solange sie nur bei allen vier eingesetzten Targets jeweils übereinstimmen. Dadurch wird eine weitere Vereinfachung erreicht.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf einen Messplatz mit einem darauf stehenden Kraftfahrzeug;
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Messplatzes mit einem auf Fahrschienen stehenden Kraftfahrzeug;
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks mit an dessen Rädern angebrachten Targets;
Figur 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer ersten Targetanordnung zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Radfelge gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 5 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Targetanordnung zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Radfelge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Figur 6 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer dritten Targetanordnung zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Radfelge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf einen Messplatz 2 mit einem darauf stehenden Kraftfahrzeug 7.
Dabei sind die Vorderräder 8 und 10 und die Hinterräder 12 und 14 mit einem Vorspurwinkel zur Fahrzeuglängsmittelachse dargestellt, und zur besseren Darstellung ist die Karosserie des Kraftfahrzeugs 7 nur als schematischer Umriss dargestellt.
Die Raddrehachsen der Räder 8 bis 14 sind jeweils durch punktiert-gestrichelte Linien angedeutet. Neben den Rädern 8 bis 14 sind jeweils Messköpfe 16, 18, 20 und 22 angeordnet, die jeweils über eine in Figur 1 nicht dargestellte stereosko- pische Messkameraanordnung verfügen, die in der Lage ist, das Kraftfahrzeugrad 8 bis 14 oder einen Ausschnitt daraus bzw. an den Rädern 8 bis 14 angebrachte Targets oder Ausschnitte daraus aufzunehmen. Des Weiteren ist eine Datenverarbeitungseinheit 24 vorgesehen, die mit den Messköpfen 16 bis 22 verbunden ist, und von diesen Messdaten zur Auswertung erhält.
Etwas nach rechts verschoben ist das Kraftfahrzeug 7 mit seinen Rädern 8 bis 14 mit gepunkteten Linien in einer vorangehenden Fahrzeugposition dargestellt.
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Messplatzes 2 mit ei- nem auf Fahrschienen 4 und 6 stehenden Kraftfahrzeug 7.
Dabei ist zu erkennen, dass die Vorderräder 8 und 10 sowie das linke Hinterrad 12 des Kraftfahrzeugs 7 jeweils auf Drehtellern der Fahrschienen 4 und 6 stehen, und dass an den linken Rädern 8 und 12 des Kraftfahrzeugs 7 Targetanordnun- gen 26 und 30 befestigt sind, deren Targets im Wesentlichen nach außen weisen und mit Marken versehen sind. Die Messköpfe 16 bis 22 sind säulenförmig ausgebildet und umfassen exemplarisch eine Stereo-Kamera-Anordnung, d.h. jeweils eine obere und eine untere Messkamera, die auf das jeweils gegenüberliegende Rad 8 bis 14 ausgerichet sind und dieses oder ein daran angebrachtes Target optisch erfassen können.
Die beiden Messkameras eines Messkopfs 16 bis 22 bilden jeweils ein Stereosystem bzw. eine stereoskopische Bildaufnahmeeinrichtung. Die Blickfelder der Messkameras des vorderen linken Messkopfs 16 sind in Figur 2 visualisiert.
Im Einmessvorgang des Messplatzes 2 liefern die Messkameras der Messköpfe 16 bis 22 eine Bildfolge von mindestens drei Bildern, die bei einer Bewegung des Fahrzeugs 7 auf den Fahrschienen 4 und 6 aufgenommen werden. Die Auswerteeinheit 24 berechnet aus den Bilddaten für jedes Rad 8 bis 14 ein lokales 3D- Koordinatensystem, die Drehachse und das Drehzentrum des Rades 8 bis 14.
Dabei werden die zweidimensionalen Bildkoordinaten der Marken auf den Targets 26-32 in den einzelnen Bildern der Bildfolge gemessen. Über die Bildsequenz hinweg erfolgt eine Zuordnung der entsprechenden Marken, es wird also ein Tracking der Marken durchgeführt. Hierzu können Codierungen an den Mar- ken auf den Targets angebracht sein oder es können Standardverfahren aus der
Bildverarbeitung eingesetzt werden.
Der Messdatenauswertung liegt folgendes mathematisches Modell zugrunde:
Die Marken M1 ...Mn (i=1 ...n) des jeweiligen Targets werden während der Vorbeifahrt in einer Bildfolge (Bildnummer j=1 ...m) von der jeweiligen Kamera aufgenommen. Die Positionen der Marken im Kamerabild zum Zeitpunkt j der Bildfolge ist x'ij.
Aus den Koordinaten x'ij eines stereoskopischen Bildpaares können mit Standardverfahren der Bildverarbeitung die 3D-Koordinaten Xi (i=1 ...n) der Marken in einem lokalen Radkoordinatensystem bestimmt werden. Aus der Auswertung der gesamten Bildfolge lassen sich die Bewegungsparameter (Rotation Rj, Translation tj) des Rades 8 bis 14 zum Bildaufnahmezeitpunkt t bestimmen sowie zusätz- lieh die Genauigkeit der 3D-Koordinaten der Marken verbessern. Bei monoskopischen Bildaufnahmesystemen lassen sich anstatt der stereoskopischen Bestimmung der 3D-Koordinaten aus Einzelbildpaaren die 3D-Koordinaten der Marken unmittelbar im Rahmen der Auswertung der Bildfolge zur Bestimmung der Bewegungsparameter mitbestimmen, gemäß dem Prinzip "structure from motion", was dem Fachmann bekannt ist.
Aus den 3D-Koordinaten der Marken am Target und den Bewegungsparametern können mit geometrischen Berechnungen die Drehachse und das Drehzentrum des Rades in dem lokalen Radkoordinatensystem bestimmt werden.
Bei der anschließenden eigentlichen Fahrwerksvermessung werden die notwendigen Parameter, bspw. Spur- und Sturzwerte, bestimmt.
Die Messdatenauswertung kann getrennt für alle vier Einzelräder 8 bis 14, also radweise, gemeinsam für die gegenüberliegenden Räder 8 und 10 sowie 12 und
14, also achsweise, oder gemeinsam für alle Räder 8 bis 14, also in einer Gesamtfahrzeugauswertung, erfolgen. Bei der achsweisen Auswertung und der Gesamtfahrzeugauswertung muss jeweils eine zeitliche Synchronität der Bildaufnahmen hergestellt werden.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks mit an den Rädern 8 bis 14 angebrachten Targets 26 bis 32.
Dabei sind die Targethalterungen, mit denen die Targets 26 bis 32 an den Rä- dem 8 bis 14 befestigt sind, zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Für jedes Rad 8 bis 14 sind jeweils die Raddrehachse 42 und die Radmittelebene 44, die als Mittelebene der Radfelge senkrecht zur Raddrehachse definiert ist, dargestellt. Des Weiteren sind die Drehzentren 40 der Räder 8 bis 14 dargestellt, die jeweils als Schnittpunkt der Raddrehachse 42 mit der Radmittelebene 44 defi- niert sind. Die Spurweite der Vorderachse ergibt sich aus der Verbindung der beiden Drehzentren 40 der Vorderräder 8 und 10, und die Spurweite der Hinterachse ergibt sich aus der Verbindung der beiden Drehzentren 40 der Hinterräder 12 und 14. Die Mitte der Spurweite der Vorderachse ist mit dem Bezugszeichen 36 und die Mitte der Spurweite der Hinterachse ist mit dem Bezugszeichen 38 gekennzeichnet. Ferner ist in Figur 3 die Längsmittelebene 34 zu erkennen, die sich aus der Verbindung der Mitte der Spurweite der Vorderachse 36 und der Mitte der Spurweite der Hinterachse 38 ergibt. Durch die Raddrehzentren 40 der Hinterräder 12 und 14 sind Parallelen zu der Längsmittelebene gezogen. Der Winkel zwischen diesen Parallelen und der Radmittelebene 44 der Hinterräder 12 und 14 bildet jeweils den Vorspurwinkel α1 des linken Hinterrads 12 und den Vorspurwinkel α2 des rechten Hinterrads 14. Die Darstellung der Längsmittelebene 34 gemäß Figur 3 entspricht der Definition gemäß DIN 70 000.
Die Targets 26 bis 32 sind jeweils mit einer in Figur 3 beispielhaft zentriert dargestellten signifikanten Marke versehen, die einen zwar nicht bekannten, aber für alle Targets 26 bis 32 konstanten Abstand g zur Radmittelebene 44 aufweist. Die signifikante Marken mit dem konstanten Abstand g zur Radmittelebene 44 und die ermittelte Drehachse 42 erlauben die Bestimmung der Koordinaten des Drehzentrums 40 für jedes Rad 8 bis 14.
Figur 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer ersten Targetanordnung
46 zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Felge eines Rads 8.
Die Targetanordnung 46 umfasst ein in Figur 4 exemplarisch quadratisch ausgeführtes Target 48, das mit einem Bolzen 56 in einer Aufnahme 58 einer Tar- gethalterung 60 befestigt ist. Die Targethalterung 60 umfasst drei Schienen oder
Stangen, auf denen zwei Spannelemente verschieblich angeordnet sind, an denen nach unten weisende Aufnahmebolzen 62 ansetzen, mit denen die Targethalterung 60 an der darunter angedeuteten Radfelge 8 befestigt und insbesondere auf deren Felgenhorn festgespannt werden kann. Die Targethalterung 60 weist ferner an der Aufnahme 58 einen Anschlag für den Bolzen 56 des Targets 48 auf, der die Bezugsebene 64 bildet.
Der Anschlag für die Bezugsebene 64 hat bei allen Targethalterungen 60 einen gleichen Abstand s, gemessen zu einer Auflageebene 66 an den Aufnahmebol- zen 62, mit denen die Targethalterungen 60 am Felgenhorn der Radfelge 8 anliegen.
Des Weiteren ist eine Entfernung f zwischen der Auflagefläche 66 für die Aufnahmebolzen 62 am Felgenhorn und einer Radmittelebene 44 bekannt. Die Ent- fernung f ist fahrzeugspezifisch. Auf der Vorderseite des Targets 48 ist eine erste signifikante Marke 50 in etwa mittig angeordnet. Die erste signifikante Marke 50 hat einen kalibrierten Abstand d, gemessen entlang der Steckachse 68, zu der Bezugsebene 64, der insbesondere zwischen dem Merkmalszentrum der ersten signifikanten Marke und der Bezugsebene 64 gemessen wird. Dieser Abstand d ist der Auswerteeinheit nicht bekannt, stimmt jedoch bei allen Targetanordnungen 46 eines Target- Anordnungssatzes überein. Somit ergibt sich der Gesamtabstand g der signifikanten Marke 50 von der Radmittelebene 44 zu g = d + s + f. Somit kann bei einem später beschriebenen Messvorgang die Fahrzeuglängsmittelebene 34 für das zu vermessende Fahrzeug im Messplatzbezugsystem ermittelt werden.
Die übrigen in Figur 4 exemplarisch auf der Vorderseite des Targets 48 verteilten Marken 54 sind unbestimmt, d. h., weder ihre Position, noch ihr gegenseitiger Abstand sind der Auswerteeinheit 24 bekannt.
Die Marken 50 und 54 beinhalten jeweils ein kreisförmiges zentriertes Merkmal, das vorzugsweise in dunkler, bspw. schwarzer Farbe ausgeführt ist, einen das zentrierte Merkmal umgebenen Kreisring, der insbesondere in heller, bspw. reflektierender Farbe ausgeführt ist, und einen diesen Kreisring umgebenden schmaleren äußeren Kreisring, der insbesondere in einer dunklen Farbe, bspw. in der gleichen Farbe wie das zentrierte Merkmal, ausgeführt ist. Derartige Marken, insbesondere deren kreisförmiges zentriertes Merkmal vor dem hellen Hintergrund des dieses umgebenden Kreisrings, können besonders gut optisch er- fasst werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Targetanordnung 72 zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Radfelge 8.
Anders als bei dem Target 48 der ersten Targetanordnung 46, ist die Marke im rechten unteren Eck des Targets 70 als zweite signifikante Marke 52 ausgebildet.
Auch bei der zweiten Targetanordnung 72 ist der Abstand d der ersten signifikanten Marke 50 zu der Bezugsebene 64 der Auswerteeinheit unbekannt, jedoch bei allen Targetanordnungen 72 eines Target-Anordnungssatzes konstant. In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der in Figur 5 mittels eines Pfeiles eingezeichnete Abstand a zwischen den beiden signifikanten Marken 50 und 52 der Auswerteeinheit 24 bekannt.
In einem hierzu alternativen Ausführungsbeispiel ist der Abstand a zwischen den beiden signifikanten Marken 50 und 52 der Auswerteeinheit 24 nicht bekannt, jedoch stimmt dieser Abstand a bei allen Targetanordnungen 72 eines Target- Anordnungssatzes überein.
Bei beiden Ausführungsformen ist der Abstand der zweiten signifikanten Marke
52 zu der Bezugsebene 64 der Auswerteeinheit nicht bekannt.
Figur 6 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer dritten Targetanordnung 76 zur Anbringung an einer schematisch darunter gezeigten Radfelge 8.
Die dritte Targetanordnung 76 entspricht weitgehend der zweiten Targetanordnung 72 gemäß Figur 5, wobei hier zusätzlich noch der Abstand d2 der zweiten signifikanten Marke 52 zu der Bezugsebene 64 eingezeichnet ist. Dieser Abstand d2 ist bei allen Targetanordnungen 76 eines Target-Anordnungssatzes konstant, jedoch der Auswerteeinheit nicht bekannt.
Bei allen Targetanordnungen 46, 72 und 76 ist es erforderlich, dass wenigstens zwei Targetanordnungen der gleichen Art an jeweils einer Achse des zu vermessenden Kraftfahrzeugs 7 angebracht werden. Bevorzugt ist es, wenn alle Räder des zu vermessenden Kraftfahrzeugs 7 mit den jeweils gleichen Targetanordnungen ausgerüstet werden.
Da bei den einzelnen Ausführungsformen nur eine Konstanz der Abstände d, d1 , d2 und a der signifikanten Marke (n) und nur bei einer Ausführungsform ein be- kannter Abstand a der signifikanten Marken zueinander erforderlich ist, sind die erfindungsgemäßen Targetanordnungen 46, 72 und 76 robust und für den harten Werkstattalltag hervorragend geeignet.
Alle Targetanordnungen 46, 72 und 76 sind einfach aufgebaut und erlauben die zuverlässige geometrische Berechnung der Drehachse und des Drehzentrums des Rads in dem lokalen Radkoordinatensystem aus den 3D-Koordinaten der be- trachteten Marken am Target und aus den Bewegungsparametern sowie das Bestimmen der notwendigen Parameter, beispielsweise der Spur- und Sturzwerte bei der anschließenden eigentlichen Fahrwerksvermessung.

Claims

Ansprüche
1. Satz von wenigstens zwei Target-Anordnungen (46) zur optischen Fahrwerks- Vermessung, wobei jede der zwei Target-Anordnungen (46) zur Anbringung an ein Rad (8 - 14) eines Kraftfahrzeugs (7) vorgesehen ist sowie ein Target (48) und eine Tar- gethalterung (60) mit einer Targetaufnahme aufweist, an der das Target (48) angebracht ist, wobei jede der Targethalterungen (60) derart an ein Rad (8 - 14) ei- nes Kraftfahrzeugs (7) anbringbar ist, dass das Target (48) in einem Winkel zur
Radmittelebene ausgerichtet ist; wobei auf dem Target (48) eine signifikante Marke (50) und wenigstens zwei weitere unbestimmte Marken (54) angeordnet sind, und wobei der Abstand der signifikanten Marke (50) zu einer Bezugsebene (64) der jeweiligen Targetanordnung (46) unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen
(46) jeweils gleich ist.
2. Satz von wenigstens zwei Target-Anordnungen (76) zur optischen Fahrwerks- vermessung, wobei jede der zwei Target-Anordnungen (76) zur Anbringung an ein Rad (8 -
14) eines Kraftfahrzeugs (7) vorgesehen ist sowie ein Target (74) und eine Tar- gethalterung (60) mit einer Targetaufnahme aufweist, an der das Target (74) angebracht ist, wobei jede der Targethalterungen (60) derart an ein Rad (8 - 14) eines Kraftfahrzeugs (7) anbringbar ist, dass das Target (74) in einem Winkel zur Radmittelebene ausgerichtet ist; wobei auf dem Target (74) eine erste signifikante Marke (50), eine zweite signifikante Marke (52) und wenigstens eine weitere unbestimmte Marke (54) angeordnet sind, und wobei der Abstand (d1 ) der ersten signifikanten Marke (50) zu einer Bezugs- ebene der jeweiligen Targetanordnung (76) unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen (76) jeweils gleich ist.
3. Target-Anordnungs-Satz nach Anspruch 2, wobei der Abstand (a) der zweiten signifikanten Marke (52) zu der ersten signifikanten Marke (50) bei allen Targeta- nordnungen (76) bekannt ist.
4. Target-Anordnungs-Satz nach Anspruch 2, wobei der Abstand (a) der zweiten signifikanten Marke (52) zu der ersten signifikanten Marke (50) unbekannt, aber bei allen Targetanordnungen (76) jeweils gleich ist.
5. Target-Anordnungs-Satz nach Anspruch 4, wobei der Abstand (d2) der zweiten signifikanten Marke (52) zu einer Bezugsebene (64) des Targets (74) bei allen Targetanordnungen (76) unbekannt, aber jeweils gleich ist.
6. Target-Anordnungs-Satz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Marken (50, 52, 54) als dunkle Kreisflächen ausgeführt sind, die von einem hellen Hintergrund umgeben sind.
7. Target-Anordnungs-Satz nach Anspruch 6, wobei der helle Hintergrund der Marken (50, 52, 54) kreisringförmig und/oder reflektierend ausgebildet ist.
8. Vorrichtung zur optischen Achsvermessung von Rädern (8 - 14) eines Kraftfahrzeugs (7), aufweisend: einen Satz von wenigstens zwei Target-Anordnungen (46) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, die an den zu vermessenden Rädern (8 - 14) eines
Kraftfahrzeugs (7) in einem Winkel zur Radmittelebene angebracht sind; wenigstens einen Messkopf (16 - 22) mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Targets (48); und eine Auswerteeinheit (24), die eingerichtet ist, um aus mindestens einer Aufnahme von mindestens drei Marken (50, 54) des jeweiligen Targets (48) die Raddrehachse und das Drehzentrum des Rads (8 - 14) in einem lokalen 3D-Koordinatensystem mittels eines Verfahrens der Bildverarbeitung zu ermitteln, wobei das lokale 3D-Koordinatensystem vorher in einem Einmessvorgang bestimmbar ist, und um daraus die Längsmittelebene des Kraftfahrzeugs (7) zu ermitteln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich der Abstand (g) einer signifikanten Marke (50) zu der jeweiligen Radmittelebene zusammensetzt aus dem Abstand (d) der signifikanten Marke (50) zu einer Bezugsebene (64) der Targetanordnung (46), einem bekannten Abstand (s) von der Bezugsebene (64) der Targetanordnung (46) zu einer Aufspannebene (66) an der Targethalterung (60) und dem be- kannten Abstand (f) von der Aufspannebene (66) zu der Radmittelebene (44) durch eine Radfelge (8-14).
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