WO2016096693A1 - Verfahren und vorrichtung zur räumlichen lokalisierung einer anzahl an messpunkten - Google Patents

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WO2016096693A1
WO2016096693A1 PCT/EP2015/079547 EP2015079547W WO2016096693A1 WO 2016096693 A1 WO2016096693 A1 WO 2016096693A1 EP 2015079547 W EP2015079547 W EP 2015079547W WO 2016096693 A1 WO2016096693 A1 WO 2016096693A1
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camera
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emitting
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Markus Pichler
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    • G06T2207/30204—Marker

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the spatial localization of a number of measuring points.
  • the parameterization comprises the assignment of the sensor type to the sensor, that is to say the assignment of the sensor to its measured physical variable, and the determination of the position of the sensor on the test object, ie the measuring point, e.g. Oil pressure cylinder head left, or exhaust gas temperature before catalyst.
  • the parameterization may also include the assignment of the sensor type, e.g. Type xyz pressure sensor or xyz temperature sensor to allow the measuring system to use the appropriate transfer function of the sensor and thus to deduce from the measured value the physical value applied to the sensor.
  • the parameterization may include the assignment of the sensor serial number or a sensor identification or necessary calibration data. These data are mostly in the test bench environment, e.g. at the test bench computer or in the automation system. The parameterization takes place manually, i. that a test bench engineer must make the parameterization of the various sensors individually, that is, assign the required information, which is a complex and error-prone task due to the large number of sensors and the abundance of information to be assigned
  • WO 2013/060556 A1 discloses a method for parameterizing a sensor which is mounted on a test specimen in a test stand, in which the position of the sensor in space is automatically determined for the purpose of parameterization.
  • WO 2013/060556 A1 discloses, inter alia, methods of digital image recognition for determining the position, wherein the sensors are provided with suitable image marks, which can be evaluated via the image recognition.
  • WO 2005/055438 A2 discloses a system for tracking asset items provided with markers emitting optical light signals. The images taken by a surveillance camera are evaluated, and the position of an asset is determined from the coded light signal emitted from the marker. The presence of a certain asset in the camera area is determined and the object is identified.
  • this system is not suitable for an accurate determination of the exact spatial position or the spatial orientation of this asset. Also, for a simultaneous evaluation of numerous light signals emitted in parallel, this system does not seem to be well suited, especially when sources of interference, such as reflective surfaces have to be considered.
  • this object is achieved by a method of the aforementioned type, which comprises the following steps: arranging at least one individually controllable light-emitting unit at each measuring point; Performing a sequence of sub-measurements, each comprising: setting a light pattern having a number of activated light-emitting units and a number of non-activated light-emitting units, and taking pictures with at least one camera from at least two different camera positions for each light pattern, each light-emitting Unit is activated at least once in the sequence of partial measurements; Determining the image coordinates of light-emitting units from the images for each camera position; and calculating spatial coordinates of light-emitting units from the determined image coordinates.
  • each measuring point can appear on several images, whereby image defects (eg reflections) can be eliminated.
  • the light-emitting units can emit in the visible or in the invisible (eg infrared) light spectrum.
  • each light-emitting unit in the sequence of m partial measurements can be activated more than once, preferably m / 2 times. This increases the recognition accuracy.
  • the number of activated light-emitting units is constant for each light pattern, with the number of activated light-emitting units preferably corresponding to half the number of light-emitting units in each light pattern. This allows the use of error detection algorithms and thereby increases the accuracy of the position determination.
  • part of the light-emitting units can be provided as reference units with known spatial coordinates, wherein camera positions are calculated from the image coordinates of the reference units. It is therefore not necessary to position the camera exactly at a predetermined position. Since the camera position and its orientation can be determined with each shot, it is not necessary for the camera positions to match at the different part measurements. Therefore, low requirements are placed on the positioning accuracy of the cameras used. It is also possible to use a simple hand-held camera which can be manually guided by a user during the measurement.
  • a viewing beam in the coordinate system of the camera position can be determined from an image coordinate of a light-emitting unit for a camera position.
  • the space coordinates of the light-emitting unit can be easily calculated.
  • the visual beam allows the detection of incorrect measurements.
  • an optical image distortion of the cameras can be compensated.
  • the distinguishability of the light-emitting units can be improved, and thereby the number of detectable luminous points can be increased.
  • Color coding here means either that a light-emitting unit can glow in different colors or in different colors luminous light-emitting units are used.
  • the measuring points are at least partially arranged on sensors, wherein preferably the measuring points correspond to the positions of the sensors in the room.
  • the sensors are arranged at least partially on a test specimen in a test stand. It may be any test stand of the type described above. This facilitates sensor parameterization before test runs and enables automation of the parameterization.
  • the spatial orientation of the sensors is calculated.
  • a plurality of light-emitting units optionally color-coded, can be assigned to a single sensor.
  • the spatial orientation can be calculated.
  • each measuring point has an individually controllable lichtemittie- rende unit, wherein a control unit is provided which is adapted to a sequence of light patterns with a first number of activated light-emitting units and a second number of non-activated light-emitting units, wherein the device comprises at least one camera for receiving each luminous pattern from at least two different camera positions, and wherein the apparatus further comprises an evaluation unit which is adapted to image coordinates of light emitting units from the recordings for each camera position to be determined and to calculate spatial coordinates of the light-emitting units from the determined image coordinates.
  • the light-emitting units may at least partially comprise LEDs. These have a defined, well-evaluable and selectable color spectrum, thereby facilitating recognition.
  • the device can have an optical and / or electronic light filter for the recordings, as a result of which stray light influences are reduced.
  • light-emitting units can be arranged at least partially on a sensor on a test object in a test stand, wherein the measuring points correspond to the positions of the sensors in the room.
  • the device can be used in the parameterization of test benches.
  • a plurality of light-emitting units can be arranged on a sensor.
  • this allows the sensor to consist of several can be detected different directions, on the other hand, the spatial orientation of the sensor can be determined by evaluating the multiple light-emitting units.
  • At least one camera can be a hand-guided camera.
  • the use of the device can thereby be made particularly simple for the user, for example, the user can simply record the test rig for parameterization from several sides (for instance by walking around and taking up the test stand with the hand-held camera) while the control unit the light patterns run off.
  • the evaluation unit determines the respectively assigned camera position for the recordings (for example using reference units) and instructs the control unit if further measurements are required. If necessary, control instructions and / or warnings can also be output to the user. For example, the user could see on a display of the camera control symbols, e.g. Directional arrows are displayed, in which he should move, rotate and / or pan the camera.
  • the control unit can repeat the sequence of light patterns until the evaluation unit has enough images available to determine all positions exactly.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a plurality of light-emitting units arranged in space, which are detected by two camera positions
  • Fig. 2 is a schematic representation of a recording of the first camera position
  • FIG. 3 is a schematic representation of a test rig arrangement whose sensors are spatially detected by means of the device according to the invention for the parameterization.
  • the first camera 3 is arranged at a first camera position Ki and the second camera 4 is arranged at a second camera position K 2 .
  • Each point in space is assigned spatial coordinates x, y, z of a spatially fixed coordinate system. For clarity, in Fig.
  • the light-emitting units L h can be conventional LEDs which can be controlled individually via a common control unit 5 (see FIG. 3), so that they can be selectively activated and deactivated, which results in a respective luminous pattern M n .
  • Each individual light-emitting unit L h can thus be activated and deactivated independently of the other units. Activation here means that the light-emitting unit emits a light signal, whereas deactivating means that the light-emitting unit does not emit a light signal.
  • the light-emitting units L-1, L 4 and L 5 are currently activated, and the light-emitting units L 2 , L 3 and L 6 are deactivated.
  • FIG. 1 the light-emitting units L-1, L 4 and L 5 are currently activated, and the light-emitting units L 2 , L 3 and L 6 are deactivated.
  • Each light-emitting unit L h can be assigned an image coordinate u, v in the two-dimensional image plane of the camera 3, wherein in FIG. 2, for reasons of clarity, only the image coordinates u L i, V
  • a visual beam defined in spatial coordinates can be calculated for each activated light-emitting unit L-1, L 4 , L 5 , starting from the camera position (or the position of the image of the light-emitting unit on the image plane) Camera) through the respective light-emitting unit Li, L 4 , L 5 extends. Since the evaluation takes place on the basis of the light signal emitted by the light-emitting units L h , the non-activated light-emitting units L 2 , L 3 , L 6 are not taken into account.
  • the two visual rays, which extend from the two camera positions Ki and K 2 through the light-emitting unit Li shown as dash-dot lines.
  • the respective intersection points of the visual beams are calculated for each luminous pattern, for example using triangulation methods, as described in more detail below.
  • a sequence of m different luminous patterns M n is now set, each of the m luminous patterns M n being recorded from both camera positions Ki, K 2 . It is preferred that the number a (n) of activated light-emitting units and the number b (n) of non-activated light-emitting units are constant for each partial measurement n, so that the same number of light-emitting units is always activated for each partial measurement. In the case of an even number of light-emitting units, it is possible in each case for exactly exactly half of the light-emitting units to be activated and for the other half to be deactivated, that is to say
  • the sequence of m partial measurements results in a signal sequence A c of activated and deactivated states.
  • each light-emitting unit L h can not be arbitrary, but each of the light-emitting units L h must be activated at least once in the course of m partial measurements, and preferably each light-emitting unit becomes more activated as one time.
  • each light-emitting unit is activated at exactly half the sub-measurements or the light-emitting patterns M n .
  • the code space C for a signal sequence A c of six partial measurements comprises 20 different signal sequences A c .
  • Each light-emitting unit is assigned a specific signal sequence, wherein the selection is made in such a way that half of the light-emitting units L h are activated at each partial measurement, and the other half of the light-emitting units L h are deactivated.
  • the light pattern M 2 corresponds to the situation illustrated in FIGS. 1 and 2, for example, and is shown highlighted in Table 1. Accordingly, the signal sequences A c for the light-emitting units Li to L 6 can be represented as follows:
  • the code space C determines the maximum number of light-emitting units that can be distinguished with a certain number m of luminous patterns M n .
  • the camera positions K t must be identical for all partial measurements, as long as the spatial coordinates of each camera position K t are known for each shot.
  • certain light-emitting units L h can be provided with known spatial coordinates, which serve as reference units.
  • These reference units can, for example, define the spatial coordinate system, wherein in principle 6 light-emitting units L h , which can be arranged, for example, on the side surfaces of a cube, suffice as reference units in order to determine the spatial coordinates of the camera in each camera position K t exactly from the respective recording.
  • a hand-held camera can be used for the position determination, wherein a user films the arrangement with the hand-held camera with a changing position, while the light patterns M n are set one after the other. If, after passing through all the light patterns M n, the images of the camera are insufficient to precisely determine the positions of all the light-emitting units, this can be detected by the system and the sequence of the light patterns can be repeated. The system can automatically inform the user once the measurement is complete. Optionally, the user can also be given instructions for the targeted change of the camera position in order to complete the position determination can.
  • FIG. 3 shows a practical application example for the device according to the invention for the spatial localization of measuring points.
  • FIG. 3 schematically shows a test stand 1 with a test specimen 2, the test specimen being an internal combustion engine whose exhaust gas flows into an exhaust gas line 7 leading to a catalytic converter 8.
  • test rig arrangements are well known, which is why the details are not discussed here.
  • other specimens 2 such. a powertrain, a transmission, a vehicle, etc., in question.
  • test specimen 2 as usual in a test bench 1, a series of sensors 10,11, 12,13,14,15 installed.
  • the sensors 10, 1, 12, 13, 14, 15 deliver their measured values, via a cable or wirelessly, to an automation system 5, which monitors and controls the test stand 1, the test object 2 and the test run, and evaluates the test run result.
  • an automation system 5 monitors and controls the test stand 1, the test object 2 and the test run, and evaluates the test run result.
  • the automation system 5 must therefore at least be known from where the measured value originates at the test object and what the sensor 10, 1, 12, 13, 14, 15 located there measures. This must be announced to the automation system 5 before the start of the test run.
  • each sensor 10,1 1, 12,13,14,15 is provided with a measuring point and an associated light-emitting unit L h , wherein each light-emitting unit L h consists essentially of a switching unit with an LED arranged thereon, of the switching unit is activated and deactivated.
  • the LEDs can be arranged on the housing in which the switching unit of the light-emitting unit is raised, so that they can be viewed from as large as possible around the test bench.
  • the switching units receive either wired or wireless Druckanwei- sonne of a control unit 9, which is in communication with the automation system 5 and an evaluation unit 6.
  • Two cameras 3, 4 are at certain camera positions ⁇ - ⁇ , K 2 arranged so that they cover the entire area of the test bench 1, in which sensors are 10,1 1, 12,13,14,15, with their respective image area. If this is not possible, either additional cameras can be installed at additional camera positions K t . On the other hand, mobile cameras can also be used, as described above.
  • the control unit 9 controls the light patterns M n and the respective signal sequences Ac of the individual light-emitting units L h , and coordinates the light patterns with the images recorded by the cameras 3, 4.
  • the recordings recorded by the cameras 3, 4 are evaluated in the evaluation unit 6 (which may optionally be integrated into the control unit), wherein each measuring point is assigned a corresponding spatial coordinate by the evaluation unit 6.
  • the cameras 3, 4 may be provided with a filter specific to the light frequency of the light-emitting units L h in order to filter out stray light. If, however, incorrect measurements occur, for example due to reflections on surfaces of metal, glass or ceramic, they can be detected by the evaluation unit 6 and corrected or discarded. In this case, the evaluation unit 6 recognizes when the number of detected activated light-emitting units does not coincide with the respective light pattern M n , or when a detected for a light-emitting unit for a first camera position Ki sight beam do not intersect with the visual beams for the same light-emitting unit of from a different camera position.
  • control unit 9 can repeat the measurement sequence and / or issue an error message and / or request further camera positions from the user, or change a camera position automatically, provided that means are provided for this purpose. It is advantageous if the image background as possible does not change during a measurement sequence, which is why it is also advantageous if the measurement sequence is processed as quickly as possible, so that only small changes, eg due to a changing light situation during the time.
  • each sensor 10, 1, 12, 13, 14, 15 is provided with exactly one light-emitting unit L h , the LED of the light-emitting unit defining the respective measuring point.
  • sensors in which this is required could be provided with a plurality of light-emitting units L h from whose positional relationship to one another the spatial orientation of the sensor can be determined.
  • a single component could have several Be provided LEDs, each representing a light-emitting unit, and optionally operated by a common switching unit.
  • the component could be, for example, a cube, cuboid, tetrahedron or another defined three-dimensional shape, on whose side surfaces the LEDs are arranged. A side surface could be left free to attach to the corresponding sensor housing. Such devices could also be used for the camera position determination described above.
  • LEDs with different light color could also be used as light-emitting units. This makes it possible to evaluate several different groups of light-emitting units based on their light color using camera filters or soft filters independently of the groups with a different color. This embodiment could also be used, for example, to associate certain defined side surfaces of a component with a specific color for easier evaluation of the spatial orientation of the sensors.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung einer Anzahl (g) an Messpunkten, wobei jeder Messpunkt eine individuell ansteuerbare Licht emittierende Einheit (Lh) aufweist. Eine Steuereinheit (9) ist vorgesehen, welche ausgebildet ist, um eine Abfolge an Leuchtmustern (Mn) mit einer ersten Anzahl a(n) an aktivierten Licht emittierenden Einheiten (Lh) und einer zweiten Anzahl b(n) an nicht aktivierten Licht emittierenden Einheiten (Lh) einzustellen. Die Vorrichtung weist zumindest eine Kamera (3, 4) zur Aufnahme jedes Leuchtmusters (Mn) aus zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapositionen (Kt) und eine Auswerteeinheit (6) auf, die ausgebildet ist, um Bildkoordinaten (u, v) von Licht emittierenden Einheiten (Lh) aus den Aufnahmen für jede Kameraposition (Kt) zu ermitteln und aus den ermittelten Bildkoordinaten Raumkoordinaten (x,y,z) der Licht emittierenden Einheiten (Lh) zu berechnen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung einer Anzahl
an Messpunkten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung einer Anzahl an Messpunkten.
Eine exakte räumliche Lokalisierung von Messpunkten ist beispielsweise bei der Parametri- sierung von Sensoren erforderlich, die auf einem Prüfling, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, Antriebsstrang, Fahrzeug etc., in einem Prüfstand angeordnet sind. In solchen Prüfständen werden in der Regel eine Fülle von Sensoren verbaut, um die für die aktuelle Prüfaufgabe notwendigen Daten erfassen zu können. Die Sensoren werden dazu an bestimmten Stellen des Prüflings angebracht und müssen vor einer Messung parametriert werden, um eine korrekte Messung sicherzustellen. Die Parametrierung umfasst dabei die Zuordnung der Sensorart zum Sensor, also die Zuordnung des Sensors zu dessen gemessenen physikalischen Größe, und die Bestimmung der Position des Sensors am Prüfling, also die Messstelle, z.B. Öldruck Zylinderkopf links, oder Abgastemperatur vor Katalysator. Weiters kann die Parametrierung auch die Zuordnung des Sensortyps umfassen, z.B. Drucksensor Typ xyz oder Temperatursensor Typ xyz, um es dem Messsystem zu ermöglichen, die entsprechenden Übertragungsfunktion des Sensors anzuwenden und damit aus dem Messwert auf den am Sensor anliegenden physikalischen Wert rückschließen zu können. Ebenso kann die Parametrierung die Zuordnung der Sensor-Seriennummer oder einer Sensor-Identifikation oder notwendiger Kalibrierdaten umfassen. Diese Daten sind meistens in der Prüfstandsumgebung, z.B. am Prüfstandsrechner oder im Automatisierungssystem, abgelegt. Die Parametrierung erfolgt dabei manuell, d.h. dass ein Prüfstandsingenieur die Parametrierung der verschiedenen Sensoren einzeln vornehmen muss, also die erforderliche Information zuordnen muss, was aufgrund der Vielzahl von Sensoren und der Fülle von zuzuordnender Information eine aufwendige und fehleranfällige Aufgabe ist
Aus der WO 2013/060556 A1 ist ein Verfahren zum Parametrisieren eines Sensors, der auf einem Prüfling in einem Prüfstand angebracht ist, bekannt, bei dem für die Zwecke der Pa- rametrisierung die Position des Sensors im Raum automatisch ermittelt wird. Für die Positi- onsermittlung sind in der WO 2013/060556 A1 unter anderem Methoden der digitalen Bilderkennung offenbart, wobei die Sensoren mit geeigneten Bildmarken versehen sind, die über die Bilderkennung ausgewertet werden können.
In der Praxis verläuft eine solche Bilderkennung jedoch nicht immer fehlerfrei. Insbesondere in Prüfstandsumgebungen kann die enge räumliche Anordnung der Messpunkte und die teilweise stark reflektierenden Oberflächen (z.B. eines Motors am Prüfstand) zu Fehlmessungen führen.
Die WO 2005/055438 A2 offenbart ein System zur Verfolgung von Anlagegegenständen, die mit optische Lichtsignale aussendenden Markierungen versehen sind. Die von einer Über- wachungskamera aufgenommenen Bilder werden ausgewertet, und es wird die Position eines Anlagegegenstandes anhand des codierten Lichtsignals, das von der Markierung ausgesendet wird, ermittelt. Dabei wird das Vorhandensein eines bestimmten Anlagegegenstandes im Kamerabereich ermittelt und der Gegenstand identifiziert. Für eine genaue Bestimmung der exakten räumlichen Position oder der räumlichen Ausrichtung dieses Anlage- gegenständes ist dieses System jedoch nicht geeignet. Auch für eine gleichzeitige Auswertung zahlreicher parallel ausgesandter Lichtsignale erscheint dieses System nicht gut geeignet zu sein, insbesondere wenn Störquellen, wie etwa reflektierende Oberflächen berücksichtig werden müssen.
Es ist ein Ziel der gegenständlichen Erfindung, die Lokalisierung einer Vielzahl von Mess- punkten auch in einer engen Umgebung mit stark reflektierenden Objekten mittels einer Auswertung der von einer oder mehreren Kameras aufgenommenen Bilder zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist: Anordnen zumindest einer individuell ansteuerbaren lichtemittierenden Einheit an jedem Messpunkt; Ausführen einer Abfolge von Teil- messungen, jeweils umfassend: Einstellen eines Leuchtmusters mit einer Anzahl an aktivierten lichtemittierenden Einheiten und einer Anzahl an nicht aktivierten lichtemittierenden Einheiten, und Erstellen von Aufnahmen mit zumindest einer Kamera aus zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapositionen für jedes Leuchtmuster, wobei jede lichtemittierende Einheit in der Abfolge der Teilmessungen zumindest ein Mal aktiviert wird; Ermitteln der Bildkoordi- naten lichtemittierender Einheiten aus den Aufnahmen für jede Kameraposition; und Berechnen von Raumkoordinaten von lichtemittierenden Einheiten aus den ermittelten Bildkoordinaten.
Dank der Erfindung ist es möglich, die Anzahl der aufzunehmenden und zu verarbeitenden Bilder zu minimieren und es ist gleichzeitig sichergestellt, dass jeder Messpunkt auf mehre- ren Bildern aufscheinen kann, wodurch Bildfehler (z.B. Reflektionen) eliminiert werden können. Die lichtemittierenden Einheiten können dabei im sichtbaren oder im unsichtbaren (z.B. infraroten) Lichtspektrum emittieren. In vorteilhafter Weise kann jede lichtemittierende Einheit in der Abfolge der m Teilmessungen mehr als ein Mal, vorzugsweise m/2 Mal, aktiviert werden. Dies erhöht die Erkennungsgenauigkeit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Anzahl an aktivierten lichtemittierenden Einhei- ten bei jedem Leuchtmuster konstant, wobei vorzugsweise bei jedem Leuchtmuster die Anzahl an aktivierten lichtemittierenden Einheiten der Hälfte der Anzahl an lichtemittierenden Einheiten entspricht. Dies erlaubt die Anwendung von Fehlererkennungsalgorithmen und erhöht dadurch die Genauigkeit der Positionsbestimmung.
Ein Teil der lichtemittierenden Einheiten kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungs- form als Referenzeinheiten mit bekannten Raumkoordinaten vorgesehen werden, wobei Kamerapositionen aus den Bildkoordinaten der Referenzeinheiten berechnet werden. Es ist daher nicht erforderlich, die Kamera an einer vorgegebenen Position exakt zu positionieren. Da die Kameraposition und deren Ausrichtung bei jeder Aufnahme ermittelt werden können, ist es auch nicht erforderlich, dass die Kamerapositionen bei den unterschiedlichen Teilmes- sungen übereinstimmen müssen. Daher sind geringe Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit der verwendeten Kameras gestellt. Es kann auch eine einfache Handkamera verwendet werden, die von einem Benutzer während der Messung von Hand geführt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann aus einer Bildkoordinate einer licht- emittierenden Einheit für eine Kameraposition ein Sichtstrahl im Koordinatensystem der Kameraposition ermittelt werden. Durch Schneiden von Sichtstrahlen für eine lichtemittierende Einheit von zumindest zwei Kamerapositionen aus, können die Raumkoordinaten der lichtemittierenden Einheit einfach errechnet werden. Weiters erlaubt der Sichtstrahl das Erkennen von Fehlmessungen. Um auch eine exakte Berechnung von lichtemittierenden Einheiten zu ermöglichen, die im Randbereich von Kameraaufnahmen liegen, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform eine optische Bildverzerrung der Kameras ausgeglichen werden.
Indem in vorteilhafter Weise eine farbliche Kodierung von lichtemittierenden Einheiten ausgewertet wird, kann die Unterscheidbarkeit der lichtemittierenden Einheiten verbessert und dadurch die Anzahl an detektierbaren Leuchtpunkten erhöht werden. Farbliche Kodierung bedeutet hier entweder, dass eine lichtemittierende Einheit in verschiedenen Farben leuchten kann oder in verschiedenen Farben leuchtende lichtemittierende Einheiten zum Einsatz kommen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Messpunkte zumindest teilweise auf Sensoren angeordnet, wobei vorzugsweise die Messpunkte den Positionen der Sensoren im Raum entsprechen. In einer Variante der Erfindung werden die Sensoren zumindest teilweise auf einem Prüfling in einem Prüfstand angeordnet. Dabei kann es sich um einen beliebigen Prüfstand der eingangs beschriebenen Art handeln. Dies erleichtert die Sensorparametrisierung vor Prüfläufen und ermöglicht eine Automatisierung der Parametri- sierung.
In vorteilhafter Weise wird neben der Position auch die räumliche Ausrichtung der Sensoren berechnet. Zu diesem Zweck können beispielsweise mehrere lichtemittierende Einheiten, gegebenenfalls farblich kodiert, einem einzigen Sensor zugeordnet sein. Durch die Auswertung der relativen und absoluten Positionen dieser lichtemittierenden Einheiten kann die räumliche Ausrichtung errechnet werden.
Die erfindungsgemäßen Ziele werden weiters durch ein eingangs genannte erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht, bei der jeder Messpunkt eine individuell ansteuerbare lichtemittie- rende Einheit aufweist, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, um eine Abfolge an Leuchtmustern mit einer ersten Anzahl an aktivierten lichtemittierenden Einheiten und einer zweiten Anzahl an nicht aktivierten lichtemittierenden Einheiten einzustellen, wobei die Vorrichtung zumindest eine Kamera zur Aufnahme jedes Leuchtmusters aus zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapositionen aufweist, und wobei die Vorrichtung wei- ters eine Auswerteeinheit aufweist, die ausgebildet ist, um Bildkoordinaten von lichtemittierenden Einheiten aus den Aufnahmen für jede Kameraposition zu ermitteln und aus den ermittelten Bildkoordinaten Raumkoordinaten der lichtemittierenden Einheiten zu berechnen.
In vorteilhafter Weise können die lichtemittierenden Einheiten zumindest teilweise LEDs aufweisen. Diese weisen ein definiertes, gut auswertbares und wählbares Farbspektrum auf und erleichtern dadurch die Erkennung.
In vorteilhafter Weise kann die Vorrichtung einen optischen und/oder elektronischen Lichtfilter für die Aufnahmen aufweisen, wodurch Störlichteinflüsse verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können lichtemittierende Einheiten zumindest teilweise an einem Sensor auf einem Prüfling in einem Prüfstand angeordnet sein, wo- bei die Messpunkte den Positionen der Sensoren im Raum entsprechen. Dadurch kann die Vorrichtung bei der Parametrisierung von Prüfständen eingesetzt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können an einem Sensor mehrere lichtemittierende Einheiten angeordnet sein. Einerseits kann dadurch der Sensor aus mehreren unter- schiedlichen Richtungen erkannt werden, andererseits kann durch Auswertung der mehreren lichtemittierenden Einheiten die räumliche Ausrichtung des Sensors ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eine Kamera eine von Hand geführte Kamera sein. Die Verwendung der Vorrichtung lässt sich dadurch für den Benutzer besonders einfach gestalten, beispielsweise kann der Benutzer den Prüfstand zur Paramet- risierung einfach von mehreren Seiten aus aufnehmen (etwa indem er mit der Handkamera um den Prüfstand herum geht und diesen aufnimmt), während die Steuereinheit die Leuchtmuster ablaufen lässt. Die Auswerteeinheit ermittelt dann für die Aufnahmen die jeweils zugeordnete Kameraposition (zum Beispiel unter Verwendung von Referenzeinheiten) und weist die Steuereinheit an, falls weitere Messungen erforderlich sind. Gegebenenfalls können auch Steueranweisungen und/oder Warnungen an den Benutzer ausgegeben werden. Zum Beispiel könnten dem Benutzer an einem Display der Kamera Steuersymbole, z.B. Richtungspfeile, angezeigt werden, in die er die Kamera bewegen, drehen und/oder schwenken soll. Die Steuereinheit kann dabei die Abfolge an Leuchtmustern so lange wiederholen, bis der Auswerteeinheit genügend Aufnahmen zur Verfügung stehen, um alle Positionen exakt zu ermitteln.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 eine schematische Darstellung mehrerer im Raum angeordneter lichtemittierender Einheiten, die von zwei Kamerapositionen erfasst werden,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufnahme von der ersten Kameraposition
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Prüfstandsanordnung, deren Sensoren mit- hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Parametrisierung räumlich erfasst werden.
Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, bei der eine Anzahl g=6 von lichtemittierenden Einheiten Lh (h=1 , g) an Messpunkten im Raum verteilt angeordnet sind, wobei deren Position mithilfe von zwei Kameras 3, 4 ermittelt wird. Die lichtemittierenden Einheiten Lh emittieren dabei entweder im sichtbaren oder im unsichtbaren Lichtspektrum. Auch Kombinationen, also Einheiten mit jeweils unterschiedlichem Spektrum, sind möglich. Die erste Kamera 3 ist an einer ersten Kameraposition K-i angeordnet und die zweite Kamera 4 ist an einer zweiten Kameraposition K2 angeordnet. Jedem Punkt im Raum sind Raumkoordinaten x,y,z eines raumfesten Koordinatensystems zugeordnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 1 nur die Raumkoordinaten Χκι , κι .ζκι der ersten Kameraposition K1 , die Raumkoordinaten XLLVLLZU der ersten lichtemittierenden Einheit L-ι und die Raumkoordinaten XLS.VLS, ZL5 der fünften lichtemittierenden Einheit L5 beispielhaft dargestellt. Auch die Ausrichtung der Kameras 3,4 und der lichtemittierenden Einheiten Lh können im gleichen Koordinatensystem eindeutig definiert werden. Ausrichtung der Kameras 3, 4 bedeutet hierbei im Wesentlichen die Aufnahmerichtung bzw. das erfasste Blickfeld der Kameras 3, 4.
Die lichtemittierenden Einheiten Lh können herkömmliche LEDs sein, die über eine gemeinsame Steuereinheit 5 (siehe Fig. 3) individuell ansteuerbar sind, so dass sie selektiv aktiviert und deaktiviert werden können, wodurch sich jeweils ein Leuchtmuster Mn ergibt. Jede ein- zelne lichtemittierende Einheit Lh kann also für sich genommen unabhängig von den anderen Einheiten aktiviert und deaktiviert werden. Aktivieren bedeutet hier, dass die lichtemittierende Einheit ein Lichtsignal aussendet, wohingegen Deaktivieren bedeutet, dass die lichtemittierende Einheit kein Lichtsignal aussendet. In Fig. 1 sind die lichtemittierende Einheiten L-ι , L4 und L5 gerade aktiviert, und die lichtemittierende Einheiten L2, L3 und L6 sind deaktiviert. In Fig. 2 ist eine Aufnahme der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration aus der Sicht der an der Kameraposition K-i angeordneten Kamera 3 dargestellt. Jeder lichtemittierenden Einheit Lh kann in der Aufnahme eine Bildkoordinate u, v in der zweidimensionalen Bildebene der Kamera 3 zugeordnet werden, wobei in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Bildkoordinaten uLi , V|_I der ersten lichtemittierenden Einheit L-ι dargestellt ist. Aufgrund bekannter Eigenschaften der Kamera 3, 4 ist die Position deren zweidimensionalen Bildebene im Raum bekannt. Gegebenenfalls können optische Bildverzerrungen, die von der Linsenoptik der Kamera hervorgerufen werden, korrigiert werden, um insbesondere im Randbereich der Aufnahme fehlerhafte Messergebnisse zu vermeiden. Entsprechende Korrekturfunktionen sind im Fachbereich bekannt. Durch Auswertung der Aufnahme kann bei bekannter Kameraposition K-i für jede aktivierte lichtemittierende Einheit L-ι , L4, L5 ein in Raumkoordinaten definierter Sichtstrahl errechnet werden, der ausgehend von der Kameraposition (bzw. der Position des Abbilds der lichtemittierenden Einheit auf der Bildebene der Kamera) durch die jeweilige lichtemittierende Einheit L-i , L4, L5 verläuft. Da die Auswertung auf Basis des von den lichtemittierende Einheiten Lh abgegebenen Lichtsignals erfolgt, werden die nicht aktivierten lichtemittierenden Einheiten L2, L3, L6 nicht berücksichtigt. In Fig. 1 sind die zwei Sichtstrahlen, die von den beiden Kamerapositionen K-i und K2 durch die lichtemittierende Einheit Li verlaufen, als Strich-Punkt- Linien dargestellt. Zur Ermittlung der exakten Position der lichtemittierenden Einheiten Lh werden für jedes Leuchtmuster die jeweiligen Schnittpunkte der Sichtstrahlen beispielsweise unter Verwendung von Triangulationsverfahren berechnet, wie dies weiter unten detaillierter beschrieben wird. Zur Bestimmung der Position aller lichtemittierenden Einheiten Lh wird nun eine Abfolge an m unterschiedlichen Leuchtmustern Mn eingestellt, wobei jedes der m Leuchtmuster Mn von beiden Kamerapositionen K-i , K2 aus aufgenommen wird. Es ist bevorzugt, dass die Anzahl a(n) an aktivierten lichtemittierenden Einheiten und die Anzahl b(n) an nicht aktivierten licht- emittierenden Einheiten für jede Teilmessung n konstant sind, sodass bei jeder Teilmessung immer die gleiche Anzahl an lichtemittierenden Einheiten aktiviert ist. Bei einer geraden Anzahl an lichtemittierenden Einheiten kann vorzugsweise jeweils genau die Hälfte der lichtemittierende Einheiten aktiviert und die andere Hälfte deaktiviert sein, sodass gilt
a(n)=b(n)=g/2 für alle n. Für jede lichtemittierende Einheit Lh ergibt sich für die Abfolge der m Teilmessungen eine Signalabfolge Ac aktivierter und deaktivierter Zustände. Die Anzahl an möglichen Signalabfolgen Ac für die lichtemittierenden Einheiten Lh (d.h. der Coderaum C) errechnet sich aus der Anzahl m der Teilmessungen und der (konstanten) Anzahl a der bei jeder Teilmessung aktivierten lichtemittierenden Einheiten gemäß der Formel für den Binomialkoeffizient: C = (m!) / (a! * (m-a)!).
Spezifischer ergibt sich bei m Messungen, bei denen jeweils genau die Hälfte (also g/2) der lichtemittierenden Einheiten eingeschalten sind (unter der Annahme, das m eine gerade Zahl ist, und dass die Anzahl an Messungen m der Anzahl an lichtemittierenden Einheiten g entspricht, also m=g), der Coderaum C gemäß der Formel: C = (m!) / (((g/2)!) 2).
Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Einschränkungen lediglich der Vereinfachung der Formeln dienen, um die Beschreibung zu erleichtern. Sie stellen somit zwar vorteilhafte Ausführungsformen dar, die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf solche Ausführungsformen eingeschränkt sondern kann auch mit komplexeren Leuchtmustern und Sig- nalabfolgen vorteilhaft umgesetzt werden.
Für die dargestellte beispielhaften Konfiguration, bei der die Anzahl an Teilmessungen m=6 ist, ergibt sich mit a=g/2=3 ein Coderaum C von 20 möglichen Signalabfolgen Ac. Auf die gleiche Weise ergibt sich für 16 Teilmessungen ein Coderaum C von 12870 möglichen Signalabfolgen Ac. Die Auswahl der Signalabfolgen, die für jede lichtemittierende Einheit Lh ge- wählt wird, kann jedoch nicht beliebig erfolgen, sondern es muss jede der lichtemittierenden Einheiten Lh im Zuge der m Teilmessungen mindestens ein Mal aktiviert werden, und vorzugsweise wird jede lichtemittierende Einheit mehr als ein Mal aktiviert. Bei einer geraden Anzahl g an lichtemittierenden Einheiten ist es bevorzugt, dass jede lichtemittierende Einheit genau bei der Hälfte der Teilmessungen bzw. der Leuchtmuster Mn aktiviert ist. In Tabelle 1 sind die möglichen Signalabfolgen Ac für m=6 Teilmessungen und eine beispielhafte Auswahl von Signalabfolgen für sechs lichtemittierende Einheiten Lh dargestellt. Der Coderaum C für eine Signalabfolge Ac von sechs Teilmessungen umfasst 20 unterschiedliche Signalabfolgen Ac. Jeder lichtemittierenden Einheit ist eine bestimmte Signalabfolge zu- geordnet, wobei die Auswahl so erfolgt, dass bei jeder Teilmessung die Hälfte der lichtemittierenden Einheiten Lh aktiviert, und die andere Hälfte der lichtemittierenden Einheiten Lh deaktiviert sind.
Tabelle 1
Figure imgf000010_0001
Für die einzelnen Leuchtmuster Mn ergibt sich gemäß der in Tabelle 1 getroffenen Auswahl die folgende Abfolge in binärer Darstellung: M2
M3
M4
M5
M6
Das Leuchtmuster M2 entspricht dabei beispielsweise der in Fig. 1 und 2 dargestellten Situation und ist in Tabelle 1 hervorgehoben dargestellt. Dementsprechend lassen sich die Signalabfolgen Ac für die lichtemittierenden Einheiten L-i bis L6 wie folgt darstellen:
Signalabfolge von Li = A3 = 1 10010
Signalabfolge von L2 = A6 = 101010
Signalabfolge von L3 = A9 = 100101
Signalabfolge von L4 = An = = 01 1 100
Signalabfolge von L5 = Ai5 = = 010101
Signalabfolge von L6 = Ai9 = = 00101 1
Der Coderaum C bestimmt die maximale Anzahl an lichtemittierenden Einheiten, die mit einer bestimmten Anzahl m an Leuchtmustern Mn unterschieden werden können.
Auch wenn in dem obigen Beispiel sechs lichtemittierenden Einheiten L-ι bis L6 sechs unterschiedliche Leuchtmuster M-ι bis M6 gegenübergestellt sind, ist es nicht erforderlich, dass die Anzahl der lichtemittierenden Einheiten mit der Anzahl der Leuchtmuster übereinstimmt. Es ist lediglich Voraussetzung, dass die Anzahl der lichtemittierenden Einheiten nicht größer ist als die Anzahl der möglichen Signalabfolgen. In dem obigen Beispiel können also maximal 20 unterschiedliche Messpunkte mit lichtemittierenden Einheiten (bzw. Sensoren oder Ele- mente, die mit diesen lichtemittierenden Einheiten gekennzeichnet sind) eindeutig voneinander unterschieden werden.
Zur Positionsbestimmung werden die lichtemittierenden Einheiten Lh nacheinander auf jedes Leuchtmuster Mn (mit n=1 bis m) eingestellt und für jedes Leuchtmuster wird aus mehreren Kamerapositionen Kt (mit t=1 bis s und s>1 ) zumindest eine Aufnahme erstellt. Dazu können entweder mehrere Kameras mit jeweils bekannten Raumkoordinaten fix installiert sein, es ist jedoch auch möglich, mit einer einzigen Kamera mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Positionen Kt zu machen. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Kamerapositionen Kt bei allen Teilmessungen identisch sein müssen, solange die Raumkoordinaten jeder Kameraposition Kt für jede Aufnahme bekannt sind. Zu diesem Zweck können bestimmte lichtemittierende Einheiten Lh mit bekannten Raumkoordinaten vorgesehen sein, die als Referenzeinheiten dienen. Diese Referenzeinheiten können beispielsweise das Raumkoordinatensystem definieren, wobei im Prinzip 6 lichtemittierende Einheiten Lh, die beispielsweise auf den Seitenflächen eines Würfels angeordnet sein können, als Referenzeinheiten ausreichen, um die Raumkoordinaten der Kamera in jeder Kameraposition Kt aus der jeweiligen Aufnahme exakt zu ermitteln.
Es können auch mehr als 6 Referenzeinheiten vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass eine Bestimmung der jeweiligen Kameraposition Kt von allen Lagen aus möglich ist. Durch eine passende Anordnung von Referenzeinheiten kann beispielsweise eine Handkamera für die Positionsbestimmung verwendet werden, wobei ein Benutzer die Anordnung mit der Handkamera mit verändernder Position filmt, während die Leuchtmuster Mn nacheinander eingestellt werden. Sollten nach Durchlauf aller Leuchtmuster Mn die Aufnahmen der Kamera nicht ausreichen, um die Positionen aller lichtemittierender Einheiten genau zu bestimmen, kann dies vom System erkannt, und die Sequenz der Leuchtmuster wiederholt werden. Das System kann den Benutzer automatisch informieren, sobald die Messung abgeschlossen ist. Gegebenenfalls können dem Benutzer auch Anweisungen zur gezielten Veränderung der Kameraposition gegeben werden, um die Positionsermittlung abschließen zu können.
Die im obigen Beispiel dargelegte Anzahl an Leuchtmustern, lichtemittierenden Einheiten, Kameras und Kamerapositionen dient lediglich der Erläuterung und es wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit in dem Beispiel eher kleine Werte gewählt. Es liegt im Können eines Durchschnittsfachmanns, die Lehren der gegenständlichen Beschreibung auf zahlreiche andere Ausführungsformen umzulegen. In einem praxisnäheren Beispiel könnten zum Beispiel mehrere rund um einen Prüfstand an unterschiedlichen Kamerapositionen fix angeordnete Kameras für die Messung verwendet werden (die Auswahl der Anzahl an Kameras und der Positionen erfolgt gemäß den räumlichen Begebenheiten). Wenn von jeder Kamera 16 Bilder zur Auswertung aufgenommen werden, während 16 Leuchtmuster nacheinander eingestellt werden, ist dadurch jedem Sensor eine individuelle, dem jeweiligen Leuchtmuster entsprechende Codesequenz mit 16 bit zugeordnet, über die jeder Sensor eindeutig identifiziert werden kann. Wenn bei jedem Leuchtmuster die Hälfte der LEDs der lichtemittierenden Einheiten ein- und die andere Hälfte der LEDs ausgeschaltet ist, beträgt der gesamte Coderaum 12.870 unterschiedliche
Codesequenzen bzw. Leuchtmuster, es ist also theoretisch möglich, mit diesem beispielhaften System 12.870 individuelle Sensoren eindeutig voneinander zu unterscheiden.
In Fig. 3 ist ein praktisches Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung von Messpunkten dargestellt. Fig. 3 zeigt schematisch einen Prüfstand 1 mit einem Prüfling 2, wobei der Prüfling ein Verbrennungsmotor ist, dessen Abgas in einem Abgasstrang 7 mündet, der zu einem Katalysator 8 führt. Solche Prüfstandsanord- nungen sind hinlänglich bekannt, weshalb hier nicht auf die näheren Details dazu eingegangen wird. Neben einem Verbrennungsmotor kommen natürlich auch noch andere Prüflinge 2, wie z.B. ein Antriebsstrang, ein Getriebe, ein Fahrzeug, etc., in Frage. Am Prüfling 2 sind, wie in einem Prüfstand 1 üblich, eine Reihe von Sensoren 10,1 1 ,12,13,14,15 verbaut. Die Sensoren 10,1 1 ,12,13,14,15 liefern ihre Messwerte, über ein Kabel oder kabellos, an ein Automatisierungssystem 5, das den Prüfstand 1 , den Prüfling 2 und den Prüflauf überwacht und steuert, sowie das Prüflaufergebnis auswertet. Für den Einsatz der Sensoren
10,1 1 ,12,13,14,15 müssen diese vorab parametriert werden, damit die Messwerte der Sensoren 10,1 1 ,12,13,14,15 in korrekte physikalische Größen umgesetzt werden können. Dem Automatisierungssystem 5 muss somit zumindest bekannt sein, von wo am Prüfling ein Messwert herrührt und was der dort befindliche Sensor 10,1 1 ,12,13,14,15 misst. Das muss dem Automatisierungssystem 5 vor dem Start des Prüflaufes bekannt gegeben werden.
Zu diesem Zweck ist jeder Sensor 10,1 1 ,12,13,14,15 mit einem Messpunkt und einer zugeordneten lichtemittierenden Einheit Lh versehen, wobei jede lichtemittierende Einheit Lh im Wesentlichen aus einer Schalteinheit mit einer darauf angeordneten LED besteht, die von der Schalteinheit aktiviert und deaktiviert wird. Die LEDs können auf dem Gehäuse, in dem sich die Schalteinheit der lichtemittierenden Einheit befindet, erhaben angeordnet sein, damit sie von einem möglichst großen Bereich rund um den Prüfstand aus eingesehen werden können. Die Schalteinheiten erhalten entweder kabelgebunden oder kabellos Schaltanwei- sungen von einer Steuereinheit 9, die mit dem Automatisierungssystem 5 und einer Auswerteeinheit 6 in Verbindung steht. Zwei Kameras 3, 4 sind an bestimmten Kamerapositionen Κ-ι , K2 so angeordnet, dass sie den gesamten Bereich des Prüfstands 1 , in dem sich Sensoren 10,1 1 ,12,13,14,15 befinden, mit ihrem jeweiligen Bildbereich abdecken. Sollte dies nicht möglich sein, können entweder zusätzliche Kameras an weiteren Kamerapositionen Kt installiert werden. Andererseits können auch mobile Kameras verwendet werden, wie dies oben beschrieben ist.
Die Steuereinheit 9 steuert die Leuchtmuster Mn bzw. die jeweiligen Signalabfolgen Ac der einzelnen lichtemittierenden Einheiten Lh, und koordiniert die Leuchtmuster mit den Aufnahmen, die von den Kameras 3,4 aufgezeichnet werden. Die von den Kameras 3,4 aufgezeichneten Aufnahmen werden in der Auswerteeinheit 6 (die gegebenenfalls in die Steuereinheit integriert sein kann) ausgewertet, wobei jedem Messpunkt von der Auswerteeinheit 6 eine entsprechende Raumkoordinate zugeordnet wird.
Die Kameras 3, 4 können mit einem für die Lichtfrequenz der lichtemittierenden Einheiten Lh spezifischen Filter versehen sein, um Störlicht herauszufiltern. Sollten dennoch Fehlmessungen auftreten, zum Beispiel aufgrund von Spiegelungen an Oberflächen aus Metall, Glas oder Keramik, können diese von der Auswerteeinheit 6 erkannt und korrigiert bzw. verworfen werden. Dabei erkennt die Auswerteeinheit 6, wenn die Anzahl der ermittelten aktivierten lichtemittierenden Einheiten nicht mit dem jeweiligen Leuchtmuster Mn übereinstimmt, oder wenn ein für eine lichtemittierende Einheit für eine erste Kameraposition K-i ermittelter Sichtstrahl sich nicht mit den Sichtstrahlen schneiden, die für dieselbe lichtemittierende Einheit von einer anderen Kameraposition aus ermittelt wird. Sollte bei der Positionsbestimmung kein eindeutiges Ergebnis ermittelt werden können, kann die Steuereinheit 9 die Messsequenz wiederholen und/oder eine Fehlermeldung ausgeben und/oder vom Benutzer weitere Kamerapositionen fordern, bzw. eine Kameraposition selbsttätig verändern, sofern Mittel dazu vorgesehen sind. Es ist vorteilhaft, wenn sich der Bildhintergrund während einer Messsequenz möglichst nicht ändert, weshalb es auch von Vorteil ist, wenn die Messsequenz möglichst schnell abgearbeitet wird, sodass sich nur geringe Änderungen, z.B. aufgrund einer sich während der Zeit ändernde Lichtsituation, ergeben.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist jeder Sensor 10,1 1 ,12,13,14,15 mit genau einer lichtemittierenden Einheit Lh versehen, wobei die LED der lichtemittierenden Einheit den jeweiligen Messpunkt definiert. In alternativen Ausführungsformen kann es gewünscht sein, auch die räumliche Ausrichtung des Sensors messen zu können. Dazu könnten Sensoren, bei denen das erforderlich ist, mit mehreren lichtemittierenden Einheiten Lh versehen werden, aus deren Positionsverhältnis zueinander die räumliche Ausrichtung des Sensors ermittelt werden kann. So könnte beispielsweise ein einziges Bauelement mit mehreren LEDs versehen sein, die jeweils eine lichtemittierende Einheit darstellen, und die gegebenenfalls von einer gemeinsamen Schalteinheit betätigt werden. Das Bauelement könnte beispielsweise ein Würfel, Quader, Tetraeder oder eine andere definierte dreidimensionale Form sein, auf deren Seitenflächen die LEDs angeordnet sind. Eine Seitenfläche könnte frei bleiben, um an dem entsprechenden Sensorgehäuse angebracht zu werden. Solche Bauelemente könnten auch für die weiter oben beschrieben Ermittlung der Kamerapositionen verwendet werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform könnten auch LEDs mit unterschiedlicher Lichtfarbe als lichtemittierende Einheiten verwendet werden. Dies erlaubt es, mehrere unter- schiedliche Gruppen an lichtemittierenden Einheiten anhand ihrer Lichtfarbe mithilfe von Kamerafiltern oder Softfiltern unabhängig von den Gruppen mit einer anderen Farbe auszuwerten. Diese Ausführungsform könnte beispielsweise auch verwendet werden, um bestimmten definierten Seitenflächen eines Bauelements zur leichteren Auswertung der räumlichen Ausrichtung der Sensoren jeweils einer bestimmten Farbe zuzuordnen.
Liste der Bezugszeichen und Variablen:
Prüfstand (1 )
Prüfling (2)
Kamera (3, 4)
Automatisierungssystem (5)
Auswerteeinheit (6)
Abgasstrang 7
Katalysator 8
Steuereinheit 9
Sensor (10,1 1 , 12,13, 14,15)
Licht emittierende Einheit (Lh)
Kamerapositionen (Kt)
Leuchtmusters (Mn)
Raumkoordinaten (x,y,z)
Bildkoordinaten (u,v)
Signalabfolge Ac
n Ordinalzahl der Teilmessung
m Anzahl der Teilmessungen
h Ordinalzahl des Messpunkts/der Licht emittierenden Einheit
g Anzahl an Messpunkten/Licht emittierenden Einheiten
a(n) Anzahl an aktivierten Licht emittierenden Einheiten
b(n) Anzahl an nicht aktivierten Licht emittierenden Einheiten
t Ordinalzahl der Kameraposition
s Anzahl an Kamerapositionen
C Ordinalzahl der Signalabfolge
C Coderaum

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur räumlichen Lokalisierung einer Anzahl (g) an Messpunkten, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: - Anordnen zumindest einer individuell ansteuerbaren lichtemittierenden Einheit (Lh) an jedem Messpunkt;
- Ausführen einer Abfolge von n = 1 bis m Teilmessungen, jeweils umfassend: o Einstellen eines Leuchtmusters (Mn) mit einer Anzahl a(n) an aktivierten lichtemittierenden Einheiten (Lh) und einer Anzahl b(n) an nicht aktivierten licht- emittierenden Einheiten (Lh), und o Erstellen von Aufnahmen mit zumindest einer Kamera (3, 4) aus zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapositionen (Kt) für jedes Leuchtmuster (Mn), wobei jede lichtemittierende Einheit (Lh) in der Abfolge der Teilmessungen zumindest ein Mal aktiviert wird; - Ermitteln der Bildkoordinaten (u, v) lichtemittierender Einheiten (Lh) aus den Aufnahmen für jede Kameraposition (Kt); und
Berechnen von Raumkoordinaten (x,y,z) von lichtemittierenden Einheiten (Lh) aus den ermittelten Bildkoordinaten (u, v).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede lichtemittierende Ein- heit (Lh) in der Abfolge der m Teilmessungen mehr als ein Mal, vorzugsweise m/2 Mal, aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl a(n) an aktivierten lichtemittierenden Einheiten (Lh) bei jedem Leuchtmuster (Mn) konstant ist, wobei vorzugsweise bei jedem Leuchtmuster (Mn) die Anzahl a(n) an aktivierten lichtemittierenden Einheiten (Lh) der Hälfte der Anzahl g an lichtemittierenden Einheiten (Lh) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der lichtemittierenden Einheiten (Lh) als Referenzeinheiten mit bekannten Raumkoordinaten vorgesehen werden, und dass Kamerapositionen (Kt) aus den Bildkoordinaten der Referenzeinheiten berechnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Bildkoordinate einer lichtemittierenden Einheit (Lh) für eine Kameraposition (Kt) ein Sichtstrahl im Koordinatensystem der Kameraposition ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine opti- sehe Bildverzerrung der Kameras (3, 4) ausgeglichen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine farbliche Kodierung von lichtemittierenden Einheiten (Lh) ausgewertet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte zumindest teilweise auf Sensoren (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) angeordnet werden, wobei vorzugsweise die Messpunkte den Positionen der Sensoren im Raum entsprechen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) zumindest teilweise auf einem Prüfling (2) in einem Prüfstand (1 ) angeordnet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und die räumliche Ausrichtung der Sensoren (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) berechnet werden.
1 1 . Vorrichtung zur räumlichen Lokalisierung einer Anzahl (g) an Messpunkten, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messpunkt eine individuell ansteuerbare lichtemittierende Einheit (Lh) aufweist, wobei eine Steuereinheit (9) vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, um eine Abfolge an Leuchtmustern (Mn) mit einer ersten Anzahl a(n) an aktivierten lichtemittierenden Einheiten (Lh) und einer zweiten Anzahl b(n) an nicht aktivierten lichtemittierenden Einheiten (Lh) einzustellen, wobei die Vorrichtung zumindest eine Kamera (3,4) zur Aufnahme jedes Leuchtmusters (Mn) aus zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapositionen (Kt) aufweist, und wobei die Vorrichtung weiters eine Auswerteeinheit (6) aufweist, die ausgebildet ist, um Bildkoordinaten (u,v) von lichtemittierenden Einheiten (Lh) aus den Aufnahmen für jede Ka- meraposition (Kt) zu ermitteln und aus den ermittelten Bildkoordinaten Raumkoordinaten (x,y,z) der lichtemittierenden Einheiten (Lh) zu berechnen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Einheiten (Lh) zumindest teilweise LEDs aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen optischen und/oder elektronischen Lichtfilter für die Aufnahmen aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass lichtemittierende Einheiten (Lh) zumindest teilweise an einem Sensor (10,1 1 ,12,13,14,15) auf einem Prüfling (2) in einem Prüfstand (1 ) angeordnet sind, wobei die Messpunkte den Positionen der Sensoren (10,1 1 ,12,13,14,15) im Raum entsprechen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Sensor (10,1 1 ,12,13,14,15) mehrere lichtemittierende Einheiten (Lh) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kamera (3,4) eine von Hand geführte Kamera ist.
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