WO2021104573A1 - Verfahren zur bestimmung von parametern der fahrwerkgeometrie eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2021104573A1
WO2021104573A1 PCT/DE2020/100991 DE2020100991W WO2021104573A1 WO 2021104573 A1 WO2021104573 A1 WO 2021104573A1 DE 2020100991 W DE2020100991 W DE 2020100991W WO 2021104573 A1 WO2021104573 A1 WO 2021104573A1
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vehicle
points
illuminated
orientation
measurement
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PCT/DE2020/100991
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André Deutsch
Joachim Kaufmann
Christian Petzinger
Simon Stroh
Thomas Tentrup
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Dürr Assembly Products GmbH
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    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining parameters of the chassis geometry of a vehicle.
  • This determination takes place by means of a device for photogrammetric measurement of objects to determine the position and / or orientation of parts of a vehicle.
  • the parts of a vehicle include brakes and discs, tires and rims. By determining the position and / or orientation of these parts of a vehicle, parameters of the chassis geometry can be derived.
  • the parameters of the chassis geometry include the toe and camber angles of the wheels as well as the x, y and z positions of the wheel centers.
  • the x position relates to the longitudinal direction of the vehicle, the y position to the direction in the horizontal plane which is oriented perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the z-position refers to the vertical direction.
  • the geometric driving axis of the vehicle can be determined as a parameter of the chassis geometry.
  • the geometric driving axis of the vehicle is defined as the bisector of the toe angle of the wheels of the driven and non-steered rear axle of the vehicle.
  • chassis geometry Another example of the parameters of the chassis geometry or body are the orientation and / or the position of tires, rims and brake discs with respect to one another.
  • the chassis geometry is determined and / or tested, for example, in the areas of application development, production (for example at the end of the line), in the after-sales area or in technical monitoring.
  • the determined parameters such as toe and camber angles of the wheels and the x, y and z positions of the wheel centers are compared with the setpoint values. If necessary, these parameters can be set by means of setting means.
  • втори ⁇ н ⁇ е как ка ⁇ ество can be driver assistance systems and / or headlights, for example.
  • the parts of a vehicle also include the body parts mounted in the vicinity of the wheel, for example fenders.
  • These parameters can be determined absolutely in relation to a coordinate system of the measuring unit or the vehicle test bench or in relation to other components of the vehicle.
  • These other components can be, for example, wheels, rims and / or brake disks.
  • it can be parameters that are derived from the corresponding variables.
  • An example of this is the geometric driving axis of the vehicle as a parameter, which is derived from the toe angles of the wheels of the non-steered, driven flinter axle.
  • Devices for the photogrammetric measurement of objects are known and usually consist of an exposure unit and one or more imaging units. Light is emitted from the exposure unit. This light is scattered by the object to be measured. The scattered light is picked up by the imaging units. The recordings of the imaging units are evaluated. This evaluation creates a point cloud as a three-dimensional arrangement of the points as a data set. The points of the point cloud correspond to points on the surface of the object that scatters the light. The point cloud can be calculated with an imaging unit and subsequent triangulation or with two or more imaging units as photogrammetry.
  • the imaging units are cameras.
  • the calculation and evaluation can take place in an evaluation device, which can be arranged downstream of the at least one imaging unit as a separate component. In this case it will be Signals from the at least one imaging unit are supplied as input signals to the evaluation device. It is also possible to integrate the evaluation device as a component in the at least one imaging unit. Software is implemented in the evaluation device that performs the calculation and evaluation functions.
  • an area-coded texture is placed on the surface of the three-dimensional object to be measured via the exposure unit.
  • Textture in the present context means that it is a specific pattern of points. This texture serves as an aid in the evaluation of the images recorded by the at least one imaging unit.
  • One or more imaging units that view the same object from different directions “see” the same points on the surface from different directions. Because of the two-dimensionally coded exposure texture, it is then possible during the evaluation to assign the respectively corresponding points of the imaging units to one another. The position of the points is calculated using the image information of the imaging unit (s) in space in relation to the coordinate system of the device for photogrammetric measurement.
  • the position and orientation of the coordinate system of the device for photogrammetric measurement is calibrated in relation to the coordinate system of the vehicle test bench.
  • a three-dimensional point cloud of the object in the coordinate system of the device for photogrammetric measurement thus results from these points. This also results in the three-dimensional point cloud of the object in the coordinate system of the vehicle test bench.
  • a method and a device for stereo photogrammetric measurement of objects are known from WO 2018/054888.
  • the stereo photogrammetric measurement is carried out by projecting lighting lines running next to each other.
  • the lines of illumination are defined by a laser beam which strikes the surface of the respective object at a point of incidence and is deflected in the direction of two solid angles.
  • the surface of the object is recorded by two imaging units.
  • the disadvantage here is that highly reflective surfaces, such as rims or fenders, have to be left out when exposed to the laser.
  • moving parts, such as those required for deflecting the laser increase the maintenance outlay and the susceptibility to errors of such a device.
  • DE 102007021 328 A1 discloses a device and a method for wheel alignment and / or for dynamic testing of chassis components on a motor vehicle. At least one wheel and / or at least a section of the vehicle is illuminated with a light pattern of structured light by means of a lighting device and the light reflected back (? Is it "scattered” light?) Light is recorded by means of an imaging sensor device and evaluated in an evaluation device. The structured light is emitted in a narrow band by the lighting device and detected by means of the sensor device in a receiving wavelength range adapted to the emitting wavelength, with external light influences being eliminated. The structured lighting creates stable features that are not fixedly connected to the wheel or body surface.
  • the depth is calculated from the displacement vectors (disparity) of the stereo images of the camera arrangement in order to increase the accuracy or robustness.
  • the disadvantage here is that the density of the calculated 3D point cloud depends on the structured light pattern is dependent. A higher density of the 3D dot pattern requires a light pattern with more stable features.
  • the present invention is based on the object of simplifying the determination of parameters of the vehicle geometry.
  • a device for photogrammetric measurement of objects and for determining the position and / or orientation of parts of a vehicle is used.
  • the device comprises at least one imaging unit and at least one lighting unit.
  • This device projects an overall array of illuminated and non-illuminated points.
  • the overall arrangement of these points can be subdivided in such a way that the partial arrangements of point patterns for the individual points of the overall arrangement are individualized for the individual points, taking into account further points that are adjacent to the respective individual point.
  • this overall arrangement of the illuminated and non-illuminated points is projected onto the object to be measured as a simultaneous and monochromatic projection of the arrangement of illuminated and non-illuminated points.
  • the parameters of the chassis geometry of the assigned wheel axle are derived from the photogrammetric measurement of a brake disc.
  • the object to be measured consists of the brake disks, the position and / or orientation of which are used to derive the parameters of the chassis geometry (and / or the parameters of the vehicle body).
  • One or more devices are usually assigned to a test bench.
  • the position and orientation of the devices are defined and known relative to the coordinate system of the test stand.
  • the position and / or orientation of the brake disks to be measured relative to the device can be determined via the device.
  • the position and / or orientation of the brake disks in the coordinate system of the test stand is also known.
  • the relevant parts of a vehicle include, for example, fenders T vehicle frames in vehicles with a non-self-supporting body, brakes, brake discs, rims and tires.
  • parameters of the chassis geometry can be determined from the position and / or orientation of certain parts of a vehicle.
  • the chassis geometry is usually measured for each axle by measuring the brake discs mounted on this axle.
  • the position and / or orientation of the brake disks are determined relative to a common coordinate system.
  • This common coordinate system is usually the coordinate system of the test bench.
  • a calibration gauge can be provided by means of which the coordinate system of the test stand is defined.
  • a coordinate system of the vehicle can be derived from the parameters measured by means of the calibration gauge.
  • a component of the vehicle's coordinate system is, for example, the direction of the vehicle's geometric travel axis, which is defined as the bisector of the toe angle of the wheels of the non-steered, driven rear axle of a vehicle. If the coordinate system of the vehicle is determined in this way relative to the coordinate system of the test stand, the parameters of the chassis geometry measured in the coordinate system of the vehicle test stand can be converted into the coordinate system of the vehicle.
  • the lighting unit projects a non-periodic, flat-coded, monochromatic texture onto the brake disc to be measured.
  • the light emitted by the lighting unit is scattered on the surface of the brake disks to be measured. This diffusely scattered light is, among other things, thrown back into the image units in which it is evaluated.
  • the diffusely scattered light is recorded over a large area from a direction other than the direction of incidence in order to generate three-dimensional surface coordinates.
  • a projector is used that generates geometric patterns in spatial resolution.
  • the light can be regarded as quasi monochromatic because of the comparatively narrow frequency band of the emitted light. This means that the emitted and also the scattered light, even without special measures of darkening and with a limited intensity of the emitted light, have a sufficient contrast for the method according to the present invention compared to the scattered light of the environment.
  • “monochromatic” in the sense of the present invention means that the exact wavelength of the light detected in each case is not evaluated. Within this wavelength range, the light is viewed as monochromatic because the wavelength is not taken into account any further. The smaller the wavelength range, the better the contrast to the ambient light.
  • the photogrammetric device has an LED as a light source, it has proven to be advantageous that only a short warm-up time is necessary for commissioning. The device is then usually ready for use within a few minutes and does not require any lengthy heating up of assemblies. This is particularly advantageous after the device has been put into operation, since operational delays and associated extensions of the cycle times in vehicle manufacture can be avoided.
  • the operating state of the device can advantageously be detected visually. If the device carries out a measurement, the light emitted by the lighting unit and reflected diffusely on the surface of the measured wheel is visible. The emission of the light is only necessary and can be done during the measurement switched off during the rest of the data processing of the measurement data as well as when vehicles are entering and exiting the test bench.
  • the lighting unit projects an overall arrangement of illuminated and non-illuminated points onto the surface of the brake disc to be measured.
  • the overall arrangement can be subdivided in such a way that the partial arrangements of point patterns for the individual points of the overall arrangement are individualized for the individual points, taking into account further points which are adjacent to the respective individual point.
  • This overall arrangement of the illuminated and non-illuminated points is projected onto the brake disc to be measured as a simultaneous and monochromatic projection of the arrangement of illuminated and non-illuminated points.
  • This monochromatic, two-dimensionally coded texture serves as a marking on the surface of the brake disc. This marking is recorded by the imaging units.
  • shapes of illuminated surfaces can be generated which are different in the sense that they are at least not arranged periodically. This means that certain shapes of illuminated areas can occur several times in the texture, with these identical shapes of the illuminated areas not being periodically arranged in the texture according to the method according to the present invention.
  • a texture from individual surface elements whose shapes are identical.
  • These surface elements can be square, for example.
  • the surface elements can directly adjoin one another in that the side edge of a square simultaneously forms a side edge of an adjacent surface element.
  • the missing periodicity of the marking is achieved because the state of the individual surface elements in the sense of “illuminated” or “not illuminated” is not periodic. This creates a texture, for example, whose visual impression is comparable to the visual impression of a QR code, at least if it is only viewed briefly.
  • this texture is divided into small sub-areas, for example a square with its 8 neighboring squares, a total of 2 L 9 possible combinations (ie: 512 possible combinations) of illuminated and non-illuminated squares result for these 9 squares.
  • the device has a large measuring range.
  • the point cloud also contains points on the surface of vehicle parts such as tires, rims, brakes, fenders and vehicle frames in vehicles with a non-self-supporting body.
  • the height of the fender can be determined using one or more points on the point cloud. The height of the fender can be determined on the basis of each point of the point cloud from the surface of the fender. Due to the large measuring range of the device, points behind the fender edge are particularly advantageously recorded. In addition, the device can detect points behind the fender edge by tilting with alignment from bottom to top. These could mostly not be recorded with previous methods for determining the fender height.
  • one or more points on the surface of the fender are advantageously used to determine the ride height.
  • Such measurements are also possible with special designs of the fenders. These special designs can be, for example, attached fender flares and / or an unusual fender design. Due to the two-dimensional measurement and / or the high point density, sufficient information is available.
  • the position and orientation of the brake disk can be determined via the points of the point cloud on the surface of the brake disk.
  • the orientation of the brake disc is directly related to the orientation of the wheel axle.
  • the position of the mounted wheel is offset to the outside in relation to the brake disc on the axle. Overall, the position and orientation of the wheel depend and / or the wheel axis directly with the position and orientation of the brake disk, so that the position and orientation of the wheel and / or the wheel axis result directly from the position and orientation of the brake disk.
  • the toe and camber can be calculated using the brake disks when the wheel is removed or the rim is transparent. This means that the measurement of the toe and the camber is independent of any deviations in the assembly of the wheel and / or unevenness of the tires. These deviations and / or unevenness can be caused, for example, by patterns or lettering and / or the deformation of the tires due to the weight of the vehicle.
  • the measurement via the rim and / or brake disc is advantageous if the tire only has a relatively narrow side wall, as is the case, for example, with sports tires. When measuring only the side surfaces of the tires, only a relatively small number of points results for the evaluation.
  • the wheel center is determined using measuring points on the tire, deformation of the tire due to the weight of the vehicle and possibly inaccurate air pressure in the tire can affect the determination of the wheel center.
  • the tire increasingly deviates from the circular shape. If the determination of the wheel center is based on the calculation method that the measured points form a circle and that the center of this circle is the wheel center, the deviation from the circular shape results in a corresponding systematic error. An incorrect determination of the wheel center point results in further consequential errors if an assignment of the The center of the wheel should be made relative to other points on the vehicle body.
  • the determination of the wheel center point from measurement points on the rim and / or the brake disc is advantageous because deformations of the tire no longer play a role.
  • the measurement of the edges of the body (fenders) relative to the wheel center (for example, the measurement of the so-called "flea level") is always accurate regardless of the deformation of the tire when the center of the wheel is derived from the rim and / or the brake disc. This results in the ride height as the amount of deflection of the vehicle.
  • the measurement via the rim and / or brake disc is particularly advantageous if the chassis geometry is determined on a turned wheel. This also applies if a measurement is carried out during the turning movement of the wheel, for example as a caster / spread measurement.
  • the measuring points are then advantageously closer to the axis of rotation. As a result, the measuring points advantageously experience less movement in space at the corresponding steering angles than would be the case, for example, for measuring points on the tire surface.
  • the measuring points on the tire surface are further away from the axis of rotation.
  • a subset of points of the point cloud generated by the device for photogrammetric measurement of objects is used to determine the position and / or orientation of parts of a vehicle.
  • Either all points or some of the points of the point cloud can be used to determine the parameters of the chassis geometry.
  • the number of points from the point cloud that is used to determine the parameters of the chassis geometry of the vehicle is flexible and can be variably adapted to the measurement requirements.
  • These measurement requirements can be, for example, the measurement rate, measurement tolerances and also the computing capacity include.
  • no change to the hardware of the device is necessary in order to utilize more points from the point cloud.
  • the density of the points in the point cloud which are taken into account in the evaluation, can also be varied as desired within the evaluation area of the photogrammetric device.
  • This density of the points to be taken into account in the evaluation at the edges of the objects to be measured can be increased particularly advantageously in order to represent these edges more precisely with the aid of the points to be evaluated in this partial area of the point cloud.
  • the density of the points to be taken into account in the evaluation in the point cloud in the area of flat and slightly curved surfaces of the object to be measured can also be reduced.
  • the density of the points to be taken into account in the evaluation in the point cloud can be adapted flexibly and in subregions of the evaluation region of the photogrammetric device to the geometric peculiarities of the object to be measured.
  • geometric auxiliary lines are defined for the evaluation, the evaluation being carried out on the basis of a determination of the position of points of the point cloud in relation to the geometric auxiliary lines.
  • geometric structures for example horizontal lines.
  • the position of points in the point cloud in relation to these geometric auxiliary lines is evaluated. This advantageously enables these geometric structures to be evaluated independently of the alignment of the device for photogrammetric measurement of objects. For example, after rotating the device for photogrammetric measurement about its central axis, the position of points of the point cloud relative to horizontal lines can be determined as geometric auxiliary lines. From this, the parameters of the chassis geometry can then also be determined. In addition, these geometric structures can be selected appropriately in terms of position and type in relation to the measurement object. For example, for the Determination of the parameters of the chassis geometry on the basis of tires, rims or the brake discs, horizontal lines can be defined as geometric auxiliary lines.
  • vertical lines can be defined as geometric auxiliary lines to determine the height of the fender. It is also possible to define radial lines as geometric auxiliary lines. These lines can particularly advantageously be formed independently of a rotation of the device for photogrammetric measurement about its central axis.
  • the evaluation area of the device for photogrammetric measurement of objects mostly corresponds to the texture projected by the lighting unit onto the surface of the objects to be measured. If this surface is a flat surface with an area that is larger than the texture projected onto this area by the lighting unit, and if this area is perpendicular to the central axis of the device for photogrammetric measurement of objects, the evaluation area corresponds to the area of the projection of the lighting unit on this surface. This evaluation area is usually rectangular, in particular one side length is often longer than the other. It can prove to be advantageous here to rotate the device for photogrammetric measurement about its central axis. If, for example, a rotation of 45 or 90 degrees takes place, further areas of the object are illuminated after this rotation which were not illuminated in the starting position of the device before the rotation.
  • this rotation allows points on the surface of the object to be measured to be recorded in a circular area.
  • This circular area has a diameter which corresponds to the longest side diagonal of the rectangular texture projected onto the object by the lighting unit. If the angle of rotation of the device for photogrammetric measurement of objects is known and this is rotated in several steps, the photogrammetric measurement taking place in each of these steps, then a circular evaluation area can be recorded by the device. This circular evaluation area is larger than the rectangular evaluation area of a static device. Even if additional areas of the object to be measured are illuminated here, it is a significant advantage for the Evaluation that the defined geometric auxiliary lines remain unchanged, even if the device is rotated.
  • the light intensity of the light emitted by the lighting unit is less than 10,000 candela.
  • the intensities are advantageously sufficiently low that reflections to an extent that interferes with the measurement are avoided if the emitted light falls on highly reflective surfaces.
  • these can be the rims, for example. This is especially true when the rims are polished.
  • These highly reflective surfaces can also be the brake disks.
  • the present invention advantageously means that these areas of the wheel in which these highly reflective surfaces are located do not have to be masked out, as is described, for example, in DE 10335829 A1. Rather, the points illuminated in these highly reflective surfaces can also be used for the evaluation in the method according to the present invention.
  • a characteristic point and / or area that protrudes within a defined area relative to the body is determined via the photogrammetric measurement of a tire and the associated rim.
  • This point and / or area is usually measured with the steering wheel in the straight ahead position. It is possible to measure this point and / or area even when the steering wheel is turned.
  • the measurement according to claim 5 determines the point and / or area which is largest within a defined area relative to the body and / or plane of symmetry of the vehicle Distance. For example, it is particularly advantageous to check whether the wheel protrudes from the fender within a defined area.
  • the size of a protruding area can be evaluated in relation to the width of the protrusion.
  • a small protruding area can be defined as correct in the evaluation, while a large area is defined as “not correct” in the evaluation even if the distance is small.
  • the protrusion of a screw connected to the rim is correct, but not a larger area of the rim that protrudes.
  • One embodiment of the method according to the invention according to claim 6 consists in that the track width of the vehicle is derived from the photogrammetric measurement of two brake disks of an axle.
  • the track width of an axle is defined as the distance between the center of the right and left tires.
  • the track width can be measured independently of the tires through the position of the brake disc, if the offset of the rim and the distance between the wheel connection surface and the brake disc are used as a basis.
  • a correlation with a 3D model of the respective vehicle part for determining the spatial position and / or orientation is formed from the photogrammetric measurement of a vehicle part.
  • a particularly precise determination of the position and / or orientation of the rim and / or brake disc in space is thus advantageously possible.
  • the position of points on the rim and / or brake disc that are not illuminated with the two-dimensionally coded texture or are not located on the surface can also be determined in this way.
  • sensors for driver assistance systems can be determined.
  • Such sensors for driver assistance systems are usually installed in a defined manner in vehicle parts, so that knowledge of the position and / or orientation of the vehicle part can be used to infer the position and / or orientation of the sensor. This is particularly possible when the actual sensor is covered by a body part, as is the case, for example, with radar Doppler sensors in the side body. Measuring the position and / or orientation of the respective body part makes it possible to draw conclusions about the position and / or orientation of the radar Doppler sensor.
  • the spatial position and / or orientation of the fender can be determined relative to the wheel. In this way it can be checked whether parts of the wheel such as tires or rims protrude from a plane defined by the fender and thus intersect this plane. In addition, this relative position allows conclusions to be drawn about the compression state of the axle.
  • Each point in or on the vehicle part can advantageously be used to determine the spatial position of the vehicle part. This also applies to points whose position is defined relative to the vehicle part. In this way, for example, the position of a fender can be determined in connection with the determination of the height.
  • a more precise determination of the position and / or orientation of the vehicle part is also possible.
  • tires and / or rims and / or brake discs and the fender can be correlated with their respective 3D models, to check the suspension of the axle.
  • the position and / or orientation of body parts with respect to one another can be recorded. Installation errors can be recognized in the evaluation via this recording. These assembly errors can include incorrect joint widths and incorrectly fastened vehicle parts.
  • the position and / or orientation of the device is determined relative to the position and / or orientation of other components of a test stand for vehicles.
  • the components of a test stand for example, enclose flaps or other devices that are assigned to the test stand. These devices can, for example, be systems for measuring and adjusting headlights or systems for calibrating or referencing driver assistance systems or barriers. This detection can take place when there is no vehicle in the test bench or when a vehicle is in the test bench, but in particular when measuring the parts of a vehicle.
  • the position and / or orientation of the device relative to the detected component can be determined via this detection of the position and / or orientation of this component.
  • the component can be detected in the determination of its position and / or orientation through the points of the point cloud on the surface of the component or via the correlation with the 3D model of the respective component.
  • the images of the imaging units can be used for evaluation.
  • the same component of the test stand can particularly advantageously be detected by a plurality of devices assigned to the test stand. This enables the position and / or orientation of these devices to be determined relative to the position and / or orientation of this component. The position and / or orientation of the devices relative to one another can then also be determined in this way.
  • a measurement cycle is the measurement of a vehicle and its vehicle parts.
  • the vehicle is moved out of the test bench and the next vehicle is driven into the test bench. In the meantime, the measurement can take place between the measurement cycles if there is currently no vehicle in the test bench.
  • the measured position and / or orientation of one or more non-movable components of the test stand can be compared between two measurement cycles. In this way it can be ensured that the device and / or the non-movable components have not moved between two measuring cycles. If it is determined that a change has taken place, it can be concluded that at least one of the components and / or the device itself is no longer correctly adjusted.
  • This test can advantageously be carried out automatically and / or manually with and / or without operator intervention after each vehicle and / or at intervals defined in other ways. Certain cycles are usually provided for calibration, referencing and / or maintenance. It is advantageous here if these control measurements are carried out regularly. Error states are then recognized immediately when they occur. Breaks in the production cycles for Carrying out more extensive control measurements of the components and / or the devices can be avoided entirely or at least reduced.
  • the position and / or orientation of the device, in particular with respect to the other devices located in the test stand for determining the parameters of the chassis geometry should not change between the measuring cycles. If a change should be determined through the detection of the components of a test stand, the device can be calibrated with a calibration gauge defined in terms of its position and orientation. For this purpose, this calibration gauge is brought into the test bench.
  • This object can be, for example, a system for measurement and adjustment be headlights or a system for calibrating or referencing driver assistance systems.
  • This test can advantageously be carried out automatically and / or manually with and / or without operator intervention after each test item and / or at otherwise defined intervals.
  • the cyclical calibration and / or referencing and / or maintenance of the object and / or the associated test stand can advantageously be reduced and / or a malfunction or an invalid state can be determined immediately.
  • This target can be on a calibration gauge or already on the test bench.
  • the target is defined in the sense that its geometric shape as well as its position and / or orientation in space are known.
  • the internal calibration of the device can be checked using the known parameters of the target. If this check results in a deviation from the setpoint values, it can be recognized that the device should be checked and / or recalibrated.
  • the deviations from the target value can occur, for example, due to malfunctions of individual components of the device or due to changes in the position and / or orientation of certain components.
  • These components can be, for example, the imaging units or the lighting unit.
  • the present invention proves to be advantageous over the prior art that the monochromatic illumination allows sufficient contrast to the ambient scattered light to be achieved even at a light intensity at which there are no problems with the light reflection on polished Parts, for example the rim or the brake disc, occur. This is different in the prior art with the color coding of the area to be measured.
  • Fig. 1 is a perspective view of a wheel with a brake disc and the
  • Fig. 2 is a perspective view of a wheel with a brake disc and the
  • FIG. 3 shows a side view of a wheel with a brake disk and the fender surrounding the wheel when mounted on a vehicle, as well as a device for photogrammetric measurement of objects
  • FIG. 4 shows a side view of a wheel with a brake disk and the fender surrounding the wheel in a vehicle assembled state from Fig. 3, as well as a device rotated by 90 ° in comparison to Fig. 3 for the photogrammetric measurement of objects
  • 5 shows a further perspective view of a wheel with a brake disc and the fender surrounding the wheel in the state mounted on a vehicle, as well as a device for photogrammetric measurement of objects, with suitably selected geometric structures
  • 6 shows the perspective view of a wheel with a brake disk and the fender surrounding the wheel in the state from FIG. 5 mounted on a vehicle, as well as a device for photogrammetric measurement of objects rotated by 90 ° compared to FIG Structures
  • FIG. 7 shows a further side view of a wheel with a brake disk and the fender surrounding the wheel when mounted on a vehicle, as well as a device for photogrammetric measurement of objects, with suitably selected geometric structures surrounding fender in the state from FIG. 7 mounted on a vehicle, as well as a device rotated by 90 ° compared to FIG. 7 for the photogrammetric measurement of objects, with suitably selected geometric structures,
  • FIG. 10 shows a further perspective view of a wheel with a brake disc and the fender surrounding the wheel in the state mounted on a vehicle in a test stand, as well as a device for photogrammetric measurement of objects,
  • FIGS. 1, 2, 3 and 4 The device for photogrammetric measurement of objects 1 is shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4.
  • Figures 1 and 3 each show a perspective view of a wheel consisting of a rim 7 and a tire 6 with a brake disc 9 and the fender 12 as part of the body 8 of a vehicle. These parts are attached to the vehicle.
  • Figures 2 and 4 show a side view of a wheel consisting of a rim 7 and a tire 6 with a brake disc 9 and the fender 12 as part of the body 8 of a vehicle.
  • Figures 1, 2, 3 and 4 also show two imaging units 2a and 2b and a lighting unit 3 of the device for photogrammetric measurement of objects 1.
  • a total arrangement of illuminated and non-illuminated points 4 (pattern) is projected via the lighting unit 3.
  • This pattern is recorded by the two imaging units 2a and 2b.
  • a point cloud is calculated from the recordings of the imaging units 2a and 2b. This point cloud corresponds to the position of points on the object to be measured.
  • FIGS. 1 and 3 show a device for photogrammetric measurement of objects 1 rotated by 90 ° in comparison to FIGS. 2 and 4.
  • Parts of a vehicle are located in the evaluation area 5 of the device.
  • a wheel consisting of a rim 7 and a tire 6 is illuminated by the lighting unit 3.
  • the rim 7 is designed in such a way that the brake disc 9 located behind the wheel is also illuminated, in that the light from the lighting unit 3 passes between the spokes of the rim 7. It can also be seen that the fender 12 surrounding the wheel is also illuminated as part of the body 8 of the vehicle.
  • the position and / or orientation of the parts of a vehicle can be determined by photogrammetric measurement via this projection and the imaging of the projection with the two imaging units 2a and 2b.
  • FIGS. 5, 6, 7 and 8 show the same arrangement of parts of a vehicle, as well as the device for photogrammetric measurement of objects 1, like FIGS. 1, 2, 3 and 4 with additionally suitably selected geometric structures.
  • the projected texture is evaluated through the photogrammetric measurement of the parts.
  • the evaluation calculates a point cloud of points on the object to be measured.
  • suitably selected geometric structures such as lines as shown in Figures 5, 6, 7 and 8, can be evaluated from this point cloud.
  • vertical lines 14 can be used in the evaluation to determine the height of the fender 12. These vertical lines 14 allow the fender edge 13 to be determined with good accuracy.
  • horizontal lines 15 can be used to determine the parameters of the chassis geometry, such as the position and / or orientation of the wheel plane or the toe and camber angles.
  • FIGS. 6 and 8 show a device for photogrammetric measurement of objects 1 rotated by 90 ° compared to FIGS. 5 and 7.
  • Horizontal lines 15 and vertical lines 14 can be evaluated from the point cloud of the device to determine the parameters of the chassis geometry. These lines can be selected as a subset of the points of the point cloud of the device for photogrammetric measurement of objects. These horizontal lines 15 and vertical lines 14 can then be evaluated independently of the rotation of the device for photogrammetric measurement of objects 1 relative to the parts of a vehicle, as long as the corresponding parts of a vehicle are in the evaluation area 5 of the device.
  • the track width 16 of the axle can be derived from the distance between the two opposing brake disks.
  • the wheel axle 10 can be determined via the center point of the tires 6 and / or rims 7.
  • the track width 16 can be determined, for example, by direct measurement of the brake disks 9. For this purpose, parts of the overall arrangement of illuminated and non-illuminated points 4 must be projected onto the brake disk 9 and recorded by the imaging units 2a and 2b. Thus the point cloud can be calculated. This point cloud includes points on the surface of the brake disks 9.
  • the position of the brake disks 9 can be derived from the geometry of the vehicle.
  • the position and orientation of the wheels are measured.
  • the position and orientation of the brake disk 9 can be derived from the measured position and orientation of the wheel from the geometric data (tire size, rim diameter, rim width, offset, position of the brake disk relative to the wheel center plane).
  • FIG. 10 shows the same arrangement of parts of a vehicle, as well as the device for photogrammetric measurement of objects 1, as FIGS. 1, 2, 3 and 4.
  • the vehicle and the device for photogrammetric measurement of objects 1 are in a test stand.
  • the position and / or orientation of other components of a test stand for vehicles 11 can be determined. This makes it possible to check whether the position and orientation of these components of the test stand relative to the photogrammetric device 1 have changed.
  • the internal calibration of the device for measuring objects 1 can be controlled by a defined target.
  • This target is in a fixed position in the test stand and is attached there with a fixed orientation.
  • This target is then a calibration gauge for the device for measuring objects 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie eines Fahrzeugs mittels einer Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten (1). Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Abbildeinheit (2a, 2b) und mindestens eine Beleuchtungseinheit (3). Die Beleuchtungseinheit (3) projiziert eine Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten (4). Die Gesamtanordnung ist derart unterteilbar, dass die Teilanordnungen von Punktmustern für die einzelnen Punkte der Gesamtanordnung unter Berücksichtigung weiterer Punkte, die zu dem jeweiligen einzelnen Punkt benachbart sind, individualisiert sind. Diese Gesamtanordnung der beleuchteten und nicht beleuchteten Punkte wird auf das zu vermessende Objekt projiziert als zeitgleiche und monochromatische Projektion der Anordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeugs wird verwendet zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie des Fahrzeugs. Dabei werden über die photogrammetrische Vermessung einer Bremsscheibe (9) die Parameter der Fahrwerkgeometrie der zugeordneten Radachse (10) abgeleitet.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie eines
Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie eines Fahrzeugs.
Diese Bestimmung erfolgt mittels einer Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten zur Bestimmung von Position und/oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeugs.
Zu den Teilen eines Fahrzeugs gehören Bremsen und Bremsscheiben, Reifen und Felgen. Über die Bestimmung der Lage und/oder Orientierung dieser Teile eines Fahrzeugs lassen sich Parameter der Fahrwerkgeometrie ableiten.
Zu den Parametern der Fahrwerkgeometrie gehören unter anderem die Spur- und Sturzwinkel der Räder sowie die x-, y- und z-Positionen der Radmittelpunkte. Die x- Position bezieht sich dabei auf die Längsrichtung des Fahrzeugs, die y-Position auf die Richtung in der horizontalen Ebene, die senkrecht orientiert ist zur Längsrichtung des Fahrzeugs. Die z-Position bezieht sich auf die vertikale Richtung.
Aus den Spurwinkeln der Räder der angetriebenen und nicht gelenkten Hinterachse eines Fahrzeugs lässt sich als Parameter der Fahrwerkgeometrie die geometrische Fahrachse des Fahrzeugs ermitteln. Die geometrische Fahrachse des Fahrzeugs ist definiert als die Winkelhalbierende der Spurwinkel der Räder der angetriebenen und nicht gelenkten Hinterachse des Fahrzeugs.
Ein anderes Beispiel für die Parameter der Fahrwerkgeometrie bzw. Karosserie sind die Orientierung und/oder die Position von Reifen, Felge und Bremsscheibe zueinander. Eine Bestimmung und/oder Prüfung der Fahrwerkgeometrie erfolgt beispielsweise in den Anwendungsbereichen Entwicklung, Produktion (beispielsweise am Bandende), im After-Sales-Bereich oder bei der Technischen Überwachung. Es werden die ermittelten Parameter wie beispielsweise Spur- und Sturzwinkel der Räder sowie die x-, y- und z-Positionen der Radmittelpunkte mit den Sollwerten verglichen. Diese Parameter können gegebenenfalls mittels Einstellmitteln eingestellt werden.
Weiterhin ist es möglich, auf Basis der ermittelten Parameter sekundäre Systeme einzustellen oder zu referenzieren. Diese sekundären Systeme können beispielsweise Fahrassistenzsysteme und/oder Scheinwerfer sein.
Zu den Teilen eines Fahrzeugs gehören auch die in der Umgebung des Rades montierten Karosserieteile, beispielsweise Kotflügel. Diese Parameter können absolut bestimmt werden in Relation zu einem Koordinatensystem der Messeinheit bzw. des Fahrzeugprüfstandes oder auch in Relation zu anderen Bauteilen des Fahrzeuges. Diese anderen Bauteile können beispielsweise Räder, Felgen und/oder Bremsscheiben sein. Es kann sich alternativ oder zusätzlich um Parameter handeln, die aus den entsprechenden Größen abgeleitet werden. Ein Beispiel hierzu ist die geometrische Fahrachse des Fahrzeugs als Parameter, die aus den Spurwinkeln der Räder der nicht gelenkten, angetriebenen Flinterachse abgeleitet wird.
Vorrichtungen zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten sind bekannt und bestehen meist aus einer Belichtungseinheit und einer oder mehreren Abbildeinheiten. Von der Belichtungseinheit wird Licht ausgestrahlt. Dieses Licht wird von dem zu vermessenden Objekt gestreut. Das gestreute Licht wird von den Abbildeinheiten aufgenommen. Die Aufnahmen der Abbildeeinheiten werden ausgewertet. Durch diese Auswertung entsteht eine Punktewolke als dreidimensionale Anordnung der Punkte als Datensatz. Dabei entsprechen die Punkte der Punktewolke Punkten auf der Oberfläche des Objektes, das das Licht streut. Die Berechnung der Punktewolke kann mit einer Abbildeinheit und anschließender Triangulation oder auch mit zwei oder mehr Abbildeinheiten als Photogrammmetrie erfolgen. Die Abbildeinheiten sind Kameras. Die Berechnung und Auswertung kann in einer Auswertungseinrichtung erfolgen, die als separates Bauteil der wenigstens einen Abbildeinheit nachgeordnet sein kann. In diesem Fall werden Signale der wenigstens einen Abbildeinheit als Eingangssignale der Auswertungseinrichtung zugeführt. Es ist auch möglich, die Auswertungseinrichtung als Bauteil in die wenigstens eine Abbildeinheit zu integrieren. In der Auswertungseinrichtung ist eine Software implementiert, die die Funktionen der Berechnung und Auswertung ausführt.
Bei der Photogrammmetrie wird über die Belichtungseinheit eine flächig codierte Textur auf die Oberfläche des zu vermessenden dreidimensionalen Objektes gelegt. „Textur“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass es sich um ein bestimmtes Muster von Punkten handelt. Diese Textur dient als Hilfsmittel bei der Auswertung der von der wenigstens einen Abbildeinheit aufgenommenen Bilder. Eine oder mehrere Abbildeinheiten, die aus unterschiedlichen Richtungen das gleiche Objekt betrachten, „sehen“ die gleichen Punkte auf der Oberfläche aus unterschiedlichen Richtungen. Aufgrund der flächig codierten Belichtungstextur wird es dann bei der Auswertung möglich, die jeweils übereinstimmenden Punkte der Abbildeinheiten einander zuordnen. Die Position der Punkte wird über die Bildinformation der Abbildeinheit(en) im Raum im Bezug zum Koordinatensystem der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung errechnet. Die Position und Orientierung des Koordinatensystems der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung ist in Bezug zum Koordinatensystem des Fahrzeugprüfstandes kalibriert. Aus diesen Punkten ergibt sich damit eine dreidimensionale Punktewolke des Objektes im Koordinatensystem der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung. Daraus ergibt sich auch die dreidimensionale Punktewolke des Objektes im Koordinatensystem des Fahrzeugprüfstandes.
Aus der DE 10335829 A1 ist es bekannt, zur Bestimmung der Achsgeometrie eines Fahrzeuges ein Lichtmuster mit flächiger Codierung durch Farbcodierung zur photogrammetrischen Vermessung auf das Fahrzeugrad zu projizieren. Das diffus gestreute Licht wird aus einer anderen Richtung als der Einstrahlrichtung flächig erfasst, um daraus dreidimensionale Oberflächenkoordinaten für das topographische Bild der Stirnseite des Rades zu ermitteln. Daraus lässt sich unter anderem die Ebene des Rades ermitteln und damit die Einstellung von Spur und Sturz des Rades. Als Lichtquelle wird ein Projektor verwendet. Damit wird es möglich, die zu vermessende Fläche flächig und zeitgleich auszuleuchten und auch zeitgleich zu erfassen.
Aus der WO 2018/054888 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stereo photogrammetrischen Vermessung von Objekten bekannt. Die stereo photogrammetrische Vermessung erfolgt dabei durch das Projizieren von nebeneinander verlaufenden Beleuchtungslinien. Die Beleuchtungslinien werden durch einen zu jedem Zeitpunkt in einem Auftreffpunkt auf die Oberfläche des jeweiligen Objekts auftreffenden Laserstrahl, der in Richtung von zwei Raumwinkeln abgelenkt wird, definiert. Die Oberfläche des Objekts wird durch zwei Abbildeinheiten aufgenommen. Nachteilig hierbei ist, dass stark reflektierende Oberflächen, wie beispielsweise Felgen oder Kotflügel, bei der Belichtung mit dem Laser ausgespart werden müssen. Zusätzlich erhöhen bewegliche Teile, wie sie zum Ablenken des Lasers benötigt werden, den Wartungsaufwand und die Fehleranfälligkeit einer solchen Vorrichtung.
In der DE 102007021 328 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fahrwerksvermessung und/oder zur dynamischen Prüfung von Fahrwerkskomponenten an einem Kraftfahrzeug offenbart. Dabei wird mindestens ein Rad und/oder zumindest ein Abschnitt des Fahrzeugs mittels einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtmuster aus strukturiertem Licht beleuchtet und das zurückreflektierte (? Handelt es sich um „gestreutes“ Licht?) Licht mittels einer bildgebenden Sensoreinrichtung aufgenommen und in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet. Das strukturierte Licht wird schmalbandig von der Beleuchtungsvorrichtung abgegeben und mittels der Sensoreinrichtung in einem an die Aussende-Wellenlänge angepassten Empfangs-Wellenlängenbereich erfasst, wobei Fremdlichteinflüsse beseitigt werden. Durch die strukturierte Beleuchtung werden stabile Merkmale erzeugt, die nicht ortsfest mit der Rad- bzw. Karosserieoberfläche verbunden sind. Dabei wird für jeden Punkt des strukturierten Lichtmusters die Tiefe aus den Verschiebungsvektoren (Disparität) der Stereobilder der Kameraanordnung zur Erhöhung der Genauigkeit bzw. Robustheit berechnet. Nachteilig hieran ist, dass die Dichte der berechneten 3D-Punktewolke von dem strukturierten Lichtmuster abhängig ist. Eine höhere Dichte des 3D-Punktemusters benötigt ein Lichtmuster mit mehr stabilen Merkmalen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Bestimmung von Parametern der Fahrzeuggeometrie zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bei der Ausführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten und zur Bestimmung der Lage und/oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeugs verwendet. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Abbildeinheit und mindestens eine Beleuchtungseinheit. Diese Vorrichtung projiziert eine Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten. Die Gesamtanordnung dieser Punkte ist derart unterteilbar, dass die Teilanordnungen von Punktmustern für die einzelnen Punkte der Gesamtanordnung unter Berücksichtigung weiterer Punkte, die zu dem jeweiligen einzelnen Punkt benachbart sind, für die einzelnen Punkte individualisiert sind. Weiterhin wird diese Gesamtanordnung der beleuchteten und nicht beleuchteten Punkte auf das zu vermessende Objekt projiziert als zeitgleiche und monochromatische Projektion der Anordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten. Es werden über die photogrammetrische Vermessung einer Bremsscheibe die Parameter der Fahrwerkgeometrie der zugeordneten Radachse abgeleitet.
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht das zu vermessende Objekt aus den Bremsscheiben, deren Position und/oder Orientierung verwendet werden, um daraus die Parameter der Fahrwerkgeometrie (und/oder die Parameter der Fahrzeugkarosserie) abzuleiten.
Eine oder mehrere Vorrichtungen sind üblicherweise einem Prüfstand zugeordnet. Die Position und Orientierung der Vorrichtungen sind relativ zum Koordinatensystem des Prüfstands definiert und bekannt. Über die Vorrichtung können die Position und/oder Orientierung der zu vermessenden Bremsscheiben relativ zu der Vorrichtung bestimmt werden. Rückschließend ist somit auch die Position und/oder Orientierung der Bremsscheiben im Koordinatensystem des Prüfstands bekannt. Zu den relevanten Teilen eines Fahrzeugs gehören beispielsweise KotflügelT Fahrzeug rahmen bei Fahrzeugen mit nicht selbsttragender Karosse, Bremsen, Bremsscheiben, Felgen und Reifen. Insbesondere können aus der Position und/oder Orientierung von bestimmten Teilen eines Fahrzeuges Parameter der Fahrwerkgeometrie bestimmt werden.
Dabei erfolgt die Vermessung der Fahrwerkgeometrie in der Regel für jede Achse, indem die jeweils an diese Achse montierten Bremsscheiben vermessen werden. Hierbei werden Position und/oder Orientierung der Bremsscheiben relativ zu einem gemeinsamen Koordinatensystem bestimmt. Dieses gemeinsame Koordinatensystem ist üblicherweise das Koordinatensystem des Prüfstands. Hierzu kann eine Kalibrierlehre vorgesehen sein, mittels der das Koordinatensystem des Prüfstands definiert wird. Aus den mittels der Kalibrierlehre gemessenen Parametern kann ein Koordinatensystem des Fahrzeugs abgeleitet werden.
Bestandteil des Koordinatensystems des Fahrzeugs ist beispielsweise die Richtung der geometrischen Fahrachse des Fahrzeugs, die definiert ist als die Winkelhalbierende der Spurwinkel der Räder der nicht gelenkten, angetriebenen Hinterachse eines Fahrzeugs. Wenn das Koordinatensystem des Fahrzeugs auf diese Weise relativ zum Koordinatensystem des Prüfstands bestimmt ist, lassen sich die im Koordinatensystem des Fahrzeugprüfstands gemessenen Parameter der Fahrwerkgeometrie umrechnen in das Koordinatensystem des Fahrzeugs.
Dabei wird von der Beleuchtungseinheit eine nicht periodische, flächig codierte, monochromatische Textur auf die zu vermessende Bremsscheibe projiziert. Auf der Oberfläche der zu vermessenden Bremsscheiben wird das von der Beleuchtungseinheit ausgesandte Licht gestreut. Dieses diffus gestreute Licht wird unter anderem auch in die Abbildeinheiten zurückgeworfen, in denen es ausgewertet wird.
Das diffus gestreute Licht wird aus einer anderen Richtung als der Einstrahlrichtung flächig erfasst, um daraus dreidimensionale Oberflächenkoordinaten. Als Lichtquelle wird ein Projektor verwendet, der in räumlicher Auflösung geometrische Muster erzeugt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich bei der vorliegenden Erfindung als Vorteil erwiesen, dass das Licht quasi als monochromatisch angesehen werden kann wegen des vergleichsweisen engen Frequenzbandes des ausgestrahlten Lichtes. Dies bedeutet, dass das ausgestrahlte sowie auch das gestreute Licht auch ohne besondere Maßnahmen der Abdunklung und mit einer begrenzten Intensität des ausgestrahlten Lichtes für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung einen ausreichenden Kontrast aufweist gegenüber dem Streulicht der Umgebung.
Auch wenn die Beleuchtungseinheit Licht in einer bestimmten Bandbreite des Wellenlängenbereichs des Lichts aussendet, bedeutet „monochromatisch“ im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass nicht ausgewertet wird, welche genaue Wellenlänge das jeweils erfasste Licht hat. Innerhalb dieses Wellenlängenbereiches wird das Licht als monochromatisch angesehen, weil insoweit die Wellenlänge nicht weiter berücksichtigt wird. Je kleiner der Wellenlängenbereich ist, umso besser ist der Kontrast zum Streulicht der Umgebung.
Soweit die photogrammetrische Vorrichtung eine LED als Leuchtmittel aufweist, erweist es sich als vorteilhaft, dass nur eine kurze Aufwärmzeit zur Inbetriebnahme notwendig ist. Innerhalb von wenigen Minuten ist die Vorrichtung dann in der Regel einsatzbereit und bedarf keines langwierigen Aufheizens von Baugruppen. Dies ist besonders nach einer Inbetriebnahme der Vorrichtung vorteilhaft, da Betriebsverzögerungen und damit verbundene Verlängerungen der Taktzeiten bei der Fahrzeugherstellung vermieden werden können.
Liegt der benutzte Wellenlängenbereich des Lichts im sichtbaren Spektrum, so kann vorteilhaft der Betriebszustand der Vorrichtung visuell erfasst werden. Führt die Vorrichtung eine Messung aus, so ist das von der Beleuchtungseinheit ausgesendete und diffus auf der Oberfläche des gemessenen Rades reflektierte Licht sichtbar. Dabei ist das Aussenden des Lichtes nur während der Messung notwendig und kann während der übrigen Datenverarbeitung der Messdaten sowie auch beim Ein- und Ausfahren von Fahrzeugen in den Prüfstand ausgeschaltet werden.
Auf die Oberfläche der zu messenden Bremsscheibe wird durch die Beleuchtungseinheit eine Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten projiziert. Die Gesamtanordnung ist derart unterteilbar, dass die Teilanordnungen von Punktmustern für die einzelnen Punkte der Gesamtanordnung unter Berücksichtigung weiterer Punkte, die zu dem jeweiligen einzelnen Punkt benachbart sind, für die einzelnen Punkte individualisiert sind. Diese Gesamtanordnung der beleuchteten und nicht beleuchteten Punkte wird auf die zu vermessende Bremsscheibe projiziert als zeitgleiche und monochromatische Projektion der Anordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten. Diese monochromatische, flächig codierte Textur dient als Markierung auf der Oberfläche der Bremsscheibe. Diese Markierung wird durch die Abbildeinheiten aufgenommen.
In der Auswertung ist somit eine gemeinsame Zuordnung der Punkte der Oberfläche der Bremsscheibe über die Markierung möglich. Dies liegt daran, dass die Teilanordnungen von Punktmustern zu den einzelnen Punkten individualisiert sind. Vorteilhaft kann die Beleuchtung mit einer statischen Textur erfolgen. Dies reduziert die Komplexität der Beleuchtungseinheit, da keine dynamischen Muster oder Folgen von Mustern erzeugt werden müssen. Insbesondere ist keine Identifizierungsphase notwendig, in der Teile der Textur sich ändern und/oder ein- und ausgeblendet werden. Dies ist im Stand der Technik teilweise notwendig, um damit eine Zuordnung dieser Teile zueinander vornehmen zu können. Es ist hierbei vorteilhaft, dass die Erfassung aller Punkte der Punktewolke zeitgleich erfolgt.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, die beschriebene Gesamtanordnung von Punkten vorzusehen, bei der die Teilanordnungen von Punktmustern zu den einzelnen Punkten individualisiert sind. Es ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Punkte auf der Oberfläche zueinander, die von den Abbildeinheiten aufgenommen werden. Dabei ist es vorteilhaft, eine kontrastreiche Textur zu wählen, um die Erkennung der Textur auf der Oberfläche des Objekts durch die Abbildeinheiten zu verbessern. Insbesondere binäre Muster, in denen sich Flächen maximaler Intensität (d. h.: beleuchtete Flächen) mit Flächen minimaler Intensität (d. h.: unbeleuchtete Flächen) abwechseln, bieten einen hohen Kontrast und sind damit besonders gut geeignet.
Durch die beschriebene Gesamtanordnung der Punkte lassen sich Formen von beleuchteten Flächen erzeugen, die unterschiedlich sind in dem Sinne, dass diese zumindest nicht periodisch angeordnet sind. Das heißt, dass bestimmte Formen von beleuchteten Flächen in der Textur mehrfach Vorkommen können, wobei nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung diese identischen Formen der beleuchteten Flächen in der Textur nicht periodisch angeordnet sind.
Es ist beispielsweise möglich, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Textur aus einzelnen Flächenelementen zusammenzusetzen, deren Formen identisch sind. Diese Flächenelemente können dabei beispielsweise quadratisch sein. Die Flächenelemente können unmittelbar aneinander angrenzen, indem die Seitenkante eines Quadrates gleichzeitig eine Seitenkante eines benachbarten Flächenelementes bildet. Die fehlende Periodizität der Markierung wird erreicht, indem der Zustand der einzelnen Flächenelemente im Sinne von „beleuchtet“ oder „nicht beleuchtet“ nicht periodisch ist. Damit entsteht beispielsweise eine Textur, deren optischer Eindruck vergleichbar ist dem optischen Eindruck eines QR-Codes, zumindest wenn dieser nur flüchtig betrachtet wird. Unterteilt man diese Textur in kleine Teilbereiche, beispielsweise ein Quadrat mit ihren 8 benachbarten Quadraten, ergeben sich für diese 9 Quadrate insgesamt 2L9 Kombinationsmöglichkeiten (d.h. : 512 Kombinationsmöglichkeiten) aus beleuchteten und nichtbeleuchteten Quadraten. Damit können 2L9 einzigartige Teilbereiche geschaffen werden, die eindeutig zugeordnet werden können. Wird der Teilbereich weiter gefasst und erfasst, beispielsweise die übernächsten Quadrate, erhöht sich diese Zahl mit jedem zusätzlichen Quadrat um den Faktor zwei.
Die Vorrichtung weist einen großen Messbereich auf. Insbesondere sind in der Punktewolke auch Punkte auf der Oberfläche von Fahrzeugteilen wie beispielsweise Reifen, Felgen, Bremsen, Kotflügel und Fahrzeugrahmen bei Fahrzeugen mit nicht selbsttragender Karosse enthalten. Des Weiteren kann der Höhenstand des Kotflügels anhand eines oder mehrerer Punkte der Punktewolke bestimmt werden. Dabei kann der Höhenstand des Kotflügels anhand jedes Punktes der Punktewolke von der Oberfläche des Kotflügels bestimmt werden. Besonders vorteilhaft werden durch den großen Messbereich der Vorrichtung auch Punkte hinter der Kotflügelkante erfasst. Zusätzlich kann die Vorrichtung durch ein Verkippen mit Ausrichtung von unten nach oben Punkte hinter der Kotflügelkante erfassen. Diese konnten mit bisherigen Verfahren zur Bestimmung der Kotflügelhöhe meist nicht erfasst werden.
Bei der Bestimmung des Höhenstandes des Kotflügels nach dem Stand der Technik wird zumeist direkt von der Kotflügelkante in die Abbildeinheit zurückreflektiertes Licht ausgewertet. Dabei wird ein „virtueller Punkt“ im Inneren des Kotflügels bestimmt. Dieser „virtuelle Punkt“ befindet sich nicht auf der Oberfläche des Kotflügels. Er ergibt sich auf dem Schnittpunkt der Verlängerung der einfallenden Lichtstrahlen zu den reflektierten Lichtstrahlen im Inneren des Kotflügels. Dieser Punkt kann je nach Krümmung der Kotflügelkante weiter von der Oberfläche der Kotflügelkante entfernt sein. Je geringer die Krümmung der Kotflügelkante ist, umso größer ist diese Entfernung.
Vorteilhaft werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein oder mehrere Punkte auf der Oberfläche des Kotflügels zur Höhenstandsbestimmung verwendet.
Derartige Messungen sind auch bei besonderen Gestaltungen der Kotflügel möglich. Diese besonderen Gestaltungen können beispielsweise angebrachte Kotflügelverbreiterungen und/oder ein ungewöhnliches Kotflügeldesign sein. Durch die flächige Messung und/oder durch die hohe Punktdichte stehen genügend Informationen zur Verfügung.
Über die Punkte der Punktewolke auf der Oberfläche der Bremsscheibe lässt sich die Position und Orientierung der Bremsscheibe bestimmen. Die Orientierung der Bremsscheibe hängt unmittelbar mit der Orientierung der Radachse zusammen. Die Position des montierten Rades ist gegenüber der Bremsscheibe auf der Achse nach außen versetzt. Insgesamt hängen die Position und Orientierung des Rades und/oder der Radachse direkt mit der Position und Orientierung der Bremsscheibe zusammen, so dass sich die Position und Orientierung des Rades und/oder der Radachse direkt aus der Position und Orientierung der Bremsscheibe ergeben.
Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Parameter der Fahrwerkgeometrie bei einer Achse eines Fahrzeugs bereits dann vermessen und ggf. eingestellt werden sollen, wenn das Rad noch nicht montiert ist. In diesem Fall kann die Messung der Spur- und Sturzwinkel des Rades mittels der Vermessung der Bremsscheibe erfolgen.
Vorteilhaft kann hierbei die Berechnung der Spur und des Sturzes bei abmontiertem Rad oder blickdurchlässiger Felge über die Bremsscheiben erfolgen. Damit ist die Messung der Spur und des Sturzes unabhängig von etwaigen Abweichungen bei der Montage des Rades und/oder Unebenheiten der Reifen. Diese Abweichungen und/oder Unebenheiten können beispielsweise durch Muster oder Beschriftung und/oder der Verformung der Reifen durch die Gewichtskraft des Fahrzeuges bedingt sein.
Die Messung über die Felge und/oder Bremsscheibe ist vorteilhaft, wenn der Reifen nur eine relativ schmale Seitenwand aufweist, wie dies beispielsweise bei Sportreifen der Fall ist. Hierbei ergibt sich bei einer Vermessung lediglich der Seitenflächen der Reifen nur eine relativ geringe Menge an Punkten für die Auswertung.
Wenn die Radmitte über Messpunkte ermittelt wird, die sich auf dem Reifen befinden, kann sich eine Verformung des Reifens aufgrund des Eigengewichts des Fahrzeugs sowie ggf. nicht exaktem Luftdruck im Reifen auf die Bestimmung der Radmitte auswirken. Der Reifen weicht dabei zunehmend von der Kreisform ab. Wenn der Bestimmung des Radmittelpunktes die Berechnungsmethode zugrunde liegt, dass die gemessenen Punkte einen Kreis bilden und dass die Mitte dieses Kreises der Radmittelpunkt ist, ergibt sich aus der Abweichung von der Kreisform ein entsprechender systematischer Fehler. Aus einer fehlerhaften Bestimmung des Radmittelpunktes ergeben sich weitere Folgefehler, wenn eine Zuordnung des Mittelpunktes des Rades relativ zu anderen Punkten der Fahrzeugkarosserie erfolgen soll.
Insofern ist die Bestimmung des Radmittelpunktes aus Messpunkten der Felge und / oder der Bremsscheibe vorteilhaft, weil dabei Verformungen des Reifens keine Rolle mehr spielen. Die Messung von Kanten der Karosserie (Kotflügel) relativ zur Radmitte (beispielsweise die Messung des sogenannten „Flöhenstandes“) erfolgt unabhängig von der Verformung des Reifens immer dann zutreffend, wenn der Mittelpunkt des Rades aus der Felge und / oder der Bremsscheibe abgeleitet wird. Daraus ergibt sich der Höhenstand als das Maß der Einfederung des Fahrzeugs.
Die Messung über die Felge und/oder Bremsscheibe ist besonders vorteilhaft, wenn eine Ermittlung der Fahrwerksgeometrie an einem eingeschlagenen Rad durchgeführt wird. Dies gilt ebenso, wenn eine Messung während der Einschlagbewegung des Rades beispielsweise als Nachlauf/Spreizungsmessung durchgeführt wird. Die Messpunkte befinden sich dann vorteilhaft näher an der Drehachse. Dadurch erfahren die Messpunkte bei den entsprechenden Lenkwinkeln vorteilhaft eine geringere Bewegung im Raum als dies beispielsweise für Messpunkte auf der Reifenoberfläche der Fall wäre. Die Messpunkte auf der Reifenoberfläche befinden sich weiter entfernt von der Drehachse.
Dabei ist es zweckmäßig nach Anspruch 2, dass zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeuges eine Teilmenge von Punkten der durch die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten erzeugten Punktewolke verwendet wird.
Zur Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie können entweder alle Punkte oder ein Teil der Punkte der Punktewolke verwendet werden. Die Anzahl der Punkte aus der Punktewolke, die zur Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie des Fahrzeugs verwertet wird, ist flexibel und kann variabel an die Messvoraussetzungen angepasst werden. Diese Messvoraussetzungen können beispielsweise die Messrate, Messtoleranzen und auch die Rechenkapazität umfassen. Vorteilhaft ist keine Änderung an der Hardware der Vorrichtung nötig, um mehr Punkte aus der Punktewolke zu verwerten.
Insbesondere kann die Dichte der Punkte in der Punktewolke, die bei der Auswertung berücksichtigt werden, beliebig auch innerhalb des Auswertungsbereiches der photogrammetrischen Vorrichtung variiert werden. Besonders vorteilhaft kann diese Dichte der bei der Auswertung zu berücksichtigender Punkte an Kanten der zu vermessenden Objekte erhöht werden, um diese Kanten mit Hilfe der auszuwertenden Punkte in diesem Teilbereich der Punktewolke genauer darzustellen. Auch kann die Dichte der bei der Auswertung zu berücksichtigenden Punkte in der Punktewolke im Bereich von flächigen und schwach gekrümmten Oberflächen des zu vermessenden Objektes reduziert werden. Insgesamt kann die Dichte der bei der Auswertung zu berücksichtigenden Punkte in der Punktewolke flexibel und in Teilbereichen des Auswertungsbereiches der photogrammetrischen Vorrichtung an die geometrischen Besonderheiten des zu vermessenden Objektes angepasst werden.
Dabei ist es zweckmäßig nach Anspruch 3, dass zur Auswertung geometrische Hilfslinien definiert werden, wobei die Auswertung anhand einer Bestimmung der Lage von Punkten der Punktewolke in Relation zu den geometrischen Hilfslinien erfolgt.
Zur Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie werden geometrische Strukturen, z.B. horizontale Linien, definiert. Die Lage von Punkten der Punktewolke in Relation zu diesen geometrischen Hilfslinien wird ausgewertet. Vorteilhaft ermöglicht dies die Auswertung von diesen geometrischen Strukturen unabhängig von der Ausrichtung der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten. Beispielsweise können auch nach dem Drehen der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung um ihre Mittelachse die Lage von Punkten der Punktewolke zu horizontalen Linien als geometrische Hilfslinien bestimmt werden. Daraus kann dann weiterhin eine Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie erfolgen. Zusätzlich können diese geometrischen Strukturen in Lage und Art in Bezug zum Messobjekt geeignet gewählt werden. So können beispielsweise für die Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie anhand von Reifen, Felgen oder den Bremsscheiben horizontale Linien als geometrische Hilfslinien definiert werden. Für die Bestimmung des Höhenstandes des Kotflügels können beispielsweise vertikale Linien als geometrische Hilfslinien definiert werden. Es ist auch möglich, radiale Linien als geometrische Hilfslinien zu definieren. Besonders vorteilhaft können diese Linien unabhängig von einer Drehung der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung um ihre Mittelachse gebildet werden.
Der Auswertungsbereich der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten entspricht meist der von der Beleuchtungseinheit auf die Oberfläche der zu vermessenden Objekten projizierten Textur. Ist diese Oberfläche eine flache Oberfläche mit einer Fläche, die größer ist als die von der Beleuchtungseinheit auf diese Fläche projizierte Textur, und steht diese Fläche senkrecht auf der Mittelachse der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, so entspricht der Auswertungsbereich der Fläche der Projektion der Beleuchtungseinheit auf diese Oberfläche. Meist ist dieser Auswertungsbereich rechteckig, insbesondere ist oft eine Seitenlänge länger als die andere. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung um ihre Mittelachse zu drehen. Erfolgt beispielsweise eine Drehung um 45 bzw. 90 Grad, werden nach dieser Drehung weitere Bereich des Objektes beleuchtet, die in der Ausgangsposition der Vorrichtung vor der Drehung noch unbeleuchtet waren. Allgemein können durch diese Drehung Punkte auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes in einem kreisförmigen Bereich erfasst werden. Dieser kreisförmige Bereich hat einen Durchmesser, der der längsten Seitendiagonalen des von der Beleuchtungseinheit auf das Objekt projizierten rechteckigen Textur entspricht. Ist der Winkel der Drehung der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten bekannt und wird diese in mehreren Schritten gedreht, wobei die photogrammetrische Vermessung in jedem dieser Schritte erfolgt, so kann ein kreisförmiger Auswertungsbereich von der Vorrichtung erfasst werden. Dieser kreisförmige Auswertungsbereich ist größer als der rechteckige Auswertungsbereich einer statischen Vorrichtung. Auch wenn hierbei zusätzliche Bereiche des zu vermessenden Objektes beleuchtet werden, ist es ein wesentlicher Vorteil für die Auswertung, dass die definierten geometrischen Hilfslinien unverändert bleiben, auch wenn die Vorrichtung gedreht wird.
Dabei ist es vorteilhaft nach Anspruch 4, dass die Lichtstärke des von der Beleuchtungseinheit ausgestrahlten Lichtes kleiner als 10.000 Candela ist.
Vorteilhaft sind dabei die Intensitäten ausreichend gering, dass Reflektionen in einem die Vermessung störenden Ausmaß vermieden werden, wenn das ausgestrahlte Licht auf stark reflektierende Flächen fällt.
Im Bereich der Räder eines Fahrzeugs können dies beispielsweise die Felgen sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Felgen poliert sind.
Diese stark reflektierenden Flächen können auch die Bremsscheiben sein.
Damit wird mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft erreicht, dass diese Bereiche des Rades, in denen sich diese stark reflektierenden Flächen befinden, nicht ausgeblendet werden müssen, wie dies beispielsweise bei der DE 10335829 A1 beschrieben ist. Vielmehr können die in diesen stark reflektierenden Flächen angestrahlten Punkte bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit zur Auswertung herangezogen werden.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Anspruch 5 über die photogrammetrische Vermessung eines Reifens und der zugehörigen Felge ein charakteristischer Punkt und/oder Bereich bestimmt, der innerhalb eines definierten Bereiches relativ zur Karosserie absteht.
Dieser Punkt und/oder Bereich wird in der Regel in Geradeausstellung des Lenkrades gemessen. Es ist möglich, diesen Punkt und/oder Bereich auch bei einem Lenkeinschlag zu messen. Beispielsweise wird durch die Messung nach Anspruch 5 der Punkt und/oder Bereich bestimmt, der innerhalb eines definierten Bereiches relativ zur Karosserie und/oder Symmetrieebene des Fahrzeuges den größten Abstand hat. Besonders vorteilhaft kann dadurch beispielsweise überprüft werden, ob das Rad innerhalb eines definierten Bereiches von dem Kotflügel absteht.
Dabei ist es möglich, die geometrische Form des abstehenden Bereichs mit einzubeziehen und nur geometrische Objekte in die Betrachtung mit einzubeziehen, deren von der Karosserie abstehendes Volumen ein festgelegtes Volumen übersteigt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die geometrische Form des abstehenden Bereiches als solchem in die Betrachtung mit einzuschließen. Damit wird das Abstehen bestimmter geometrischer Objekte nicht ausgewertet.
Zusätzlich kann die Größe eines abstehenden Bereiches in Relation zu der Weite des Abstehens ausgewertet werden. So kann ein kleiner abstehender Bereich in der Auswertung als ordnungsgemäß festgelegt werden, während ein großer Bereich schon bei geringer Weite des Abstehens als „nicht ordnungsgemäß“ in der Auswertung festgelegt ist. Beispielsweise ist das Abstehen einer mit der Felge verbundenen Schraube ordnungsgemäß, nicht jedoch ein größerer Bereich der Felge, der absteht.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 6 besteht darin, dass über die photogrammetrische Vermessung zweier Bremsscheiben einer Achse die Spurbreite des Fahrzeugs abgeleitet wird.
Die Spurbreite einer Achse ist definiert als der Abstand zwischen der Mitte des rechten und linken Reifens. Eine Messung der Spurbreite kann unabhängig von Reifen durch die Lage der Bremsscheibe erfolgen, wenn die Einpresstiefe der Felge und der Abstand Radanschlussfläche zur Bremsscheibe zu Grunde gelegt werden.
Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass nach Anspruch 7 aus der photogrammetrischen Vermessung eines Fahrzeugteils eine Korrelation mit einem 3D Model des jeweiligen Fahrzeugteils zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung gebildet wird. Vorteilhaft ist damit eine besonders genaue Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Felge und/oder Bremsscheibe im Raum möglich. Die Position von Punkten der Felge und/oder Bremsscheibe, die nicht mit der flächig codierten Textur beleuchtet werden oder sich nicht auf der Oberfläche befinden, kann auf diese Weise ebenfalls ermittelt werden.
Weiterhin kann die Orientierung und/oder Position von Sensoren für Fahrerassistenzsysteme bestimmt werden. Solche Sensoren für Fahrerassistenzsysteme sind meist definiert in Fahrzeugteilen verbaut, so dass durch die Kenntnis der Position und/oder Orientierung des Fahrzeugteils auf die Position und/oder Orientierung des Sensors geschlossen werden kann. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der eigentliche Sensor durch ein Karosserieteil verdeckt ist, wie es beispielsweise bei Radardopplersensoren in der seitlichen Karosserie der Fall ist. Ein Messen der Position und/oder Orientierung des jeweiligen Karosserieteils ermöglicht es, auf die Position und/oder Orientierung des Radardopplersensors zurückzuschließen.
Insbesondere können beispielsweise die räumliche Position und/oder Orientierung des Kotflügels relativ zum Rad bestimmt werden. Auf diese Weise kann kontrolliert werden, ob Teile des Rades, wie Reifen oder Felge von einer durch den Kotflügel definierten Ebene abstehen und diese Ebene somit schneiden. Des Weiteren sind durch diese relative Lage Rückschlüsse auf den Einfederungszustand der Achse möglich.
Vorteilhaft kann damit jeder Punkt im oder auf dem Fahrzeugteil zur Bestimmung der räumlichen Position des Fahrzeugteils dienen. Dies gilt ebenso für Punkte, deren Position relativ zum Fahrzeugteil definiert ist. Damit lässt sich beispielsweise im Zusammenhang mit der Bestimmung des Höhenstandes die Position eines Kotflügels bestimmen.
Eine genauere Bestimmung der Position und/oder Orientierung des Fahrzeugteiles ist ebenfalls möglich. Dabei können beispielsweise Reifen und/oder Felge und/oder Bremsscheibe und des Kotflügels mit ihren jeweiligen 3D Modellen korreliert werden, um den Einfederungszustand der Achse zu kontrollieren. Des Weiteren können die Position und/oder Orientierung von Karosserieteilen zueinander erfasst werden. Über diese Erfassung können Montagefehler in der Auswertung erkannt werden. Diese Montagefehler können beispielswiese falsche Fugenbreiten sowie nicht korrekt befestigte Fahrzeugteile sein. Des Weiteren ist beispielsweise eine Kontrolle möglich, ob Teile des Rades über eine durch den Kotflügel definierte Fläche abstehen.
Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass nach Anspruch 8 die Position und/oder Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Position und/oder Orientierung anderer Bauteile eines Prüfstandes für Fahrzeuge bestimmt wird.
Durch den großen Messbereich der Vorrichtung können neben den Fahrzeugteilen auch Bauteile des Prüfstandes zeitgleich bei der Messung erfasst werden. Die Bauteile eines Prüfstandes umschließen beispielsweise Flalterungen oder andere Vorrichtungen, die dem Prüfstand zugeordnet sind. Diese Vorrichtungen können beispielsweise Systeme zur Messung und Justage von Scheinwerfern sein oder Systeme zur Kalibrierung oder Referenzierung von Fahrassistenzsystemen oder auch Absperrungen. Dabei kann diese Erfassung erfolgen, wenn sich kein Fahrzeug im Prüfstand befindet oder wenn sich ein Fahrzeug im Prüfstand befindet, insbesondere jedoch bei der Messung der Teile eines Fahrzeuges.
Sind die Position und/oder Orientierung des von der Vorrichtung erfassten Bauteils des Prüfstandes bekannt, so kann über diese Erfassung der Position und/oder Orientierung dieses Bauteils die Position und/oder Orientierung der Vorrichtung relativ zu dem erfassten Bauteil bestimmt werden.
Die Erfassung des Bauteils kann dabei in der Bestimmung von dessen Position und/oder Orientierung durch die Punkte der Punktewolke auf der Oberfläche des Bauteils erfolgen oder auch über die Korrelation mit dem 3D Model des jeweiligen Bauteils. Zusätzlich können die Bilder der Abbildeinheiten zur Auswertung herangezogen werden. Besonders vorteilhaft kann das gleiche Bauteil des Prüfstandes von mehreren dem Prüfstand zugeordneten Vorrichtungen erfasst werden. Damit ist eine Bestimmung der Position und/oder Orientierung dieser Vorrichtungen relativ zu der Position und/oder Orientierung dieses Bauteils möglich. Damit kann dann auch die Position und/oder Orientierung der Vorrichtungen relativ zueinander bestimmt werden.
Vorteilhaft muss hierfür kein zusätzliches Teil an dem Prüfstand angebracht werden, sondern es können bereits im Prüfstand verbaute Bauteile erfasst werden.
Die Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Bauteile des Prüfstands kann hierbei während oder zwischen den Messzyklen erfolgen. Hierbei ist ein Messzyklus die Vermessung eines Fahrzeuges und dessen Fahrzeugteile.
Nach dieser Vermessung wird das Fahrzeug aus dem Prüfstand ausgefahren und das nächste Fahrzeug wird in den Prüfstand eingefahren. In dieser Zwischenzeit kann die Messung zwischen den Messzyklen erfolgen, wenn sich gerade kein Fahrzeug im Prüfstand befindet.
Insbesondere kann die gemessene Position und/oder Orientierung eines oder mehrerer nicht beweglicher Bauteile des Prüfstandes zwischen zwei Messzyklen verglichen werden. Auf diese Art kann sichergestellt werden, dass die Vorrichtung und / oder die nichtbeweglichen Bauteile sich zwischen zwei Messzyklen nicht bewegt haben. Wenn dabei festgestellt wird, dass eine Veränderung stattgefunden hat, kann darauf geschlossen werden, dass wenigstens eines der Bauteile und/oder die Vorrichtung selbst nicht mehr richtig justiert ist.
Vorteilhaft kann diese Prüfung mit und/oder ohne Bedienereingriff automatisiert und/oder manuell nach jedem Fahrzeug erfolgen und/oder in anderweitig definierten Intervallen. Üblicherweise sind bestimmte Zyklen vorgesehen zur Kalibrierung, Referenzierung und/oder Wartung. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn diese Kontrollmessungen regelmäßig vorgenommen werden. Fehlerzustände werden dann sofort erkannt, wenn diese auftreten. Pausen in den Produktionszyklen zur Durchführung von umfangreicheren Kontrollmessungen der Bauteile und/oder der Vorrichtungen können ganz vermieden oder zumindest reduziert werden.
Vorteilhaft ist damit beispielsweise erkennbar, ob - und ggf. auch wann - eine Vorrichtung durch äußere Einflüsse bewegt wurde. Diese äußeren Einflüsse können beispielsweise durch Temperaturausdehnung oder durch eine Kollision bedingt sein. Außer diesen äußeren Einflüssen können ggf. auch Funktionsstörungen erkannt werden. Diese Funktionsstörungen können durch eine Verschmutzung gegeben sein oder auch durch Fehlauswertungen. Eine Referenzierung und/oder Kalibrierung und/oder Reparatur der Vorrichtung und/oder des zugeordneten Prüfstandes kann dann unmittelbar und sofort durchgeführt werden, wenn dies notwendig ist. Insbesondere werden im laufenden Produktionsprozess nicht zunächst Fahrzeuge mit einem fehlerhaften Prüfstand geprüft und dann ggf. falsch eingestellt, bis der Fehler bei dem nächsten Wartungszyklus des Prüfstandes erkannt wird.
Dabei sollen sich Position und/oder Orientierung der Vorrichtung insbesondere zu den anderen in dem Prüfstand befindlichen Vorrichtungen zur Bestimmung der Parameter der Fahrwerksgeometrie zwischen den Messzyklen nicht ändern. Sollte über die Erfassung der Bauteile eines Prüfstandes eine Änderung festgestellt werden, so kann die Vorrichtung mit einer in ihrer Position und Orientierung definierten Kalibrierlehre kalibriert werden. Dazu wird diese Kalibrierlehre in den Prüfstand eingebracht.
Dabei ist es gemäß Anspruch 9 zweckmäßig, dass die Position und/oder Orientierung von Bauteilen eines Prüfstandes bestimmt werden.
Vorteilhaft ist damit beispielsweise erkennbar, ob - und ggf. auch wann - ein Objekt durch äußere Einflüsse bewegt und/oder beschädigt wurde. Dies kann beispielsweise durch Temperaturausdehnung oder eine Kollision bedingt sein. Daraus ergibt sich, dass eine Referenzierung und/oder Kalibrierung und/oder Reparatur des Objektes und/oder des zugeordneten Prüfstandes notwendig ist. Bei diesem Objekt kann es sich beispielhaft um ein System zur Messung und Justage von Scheinwerfern oder um ein System zur Kalibrierung oder Referenzierung von Fahrassistenzsystemen handeln.
Vorteilhaft kann diese Prüfung mit und/oder ohne Bedienereingriff automatisiert und/oder manuell nach jedem Prüfling erfolgen und/oder in anderweitig definierten Intervallen. Vorteilhaft kann hierdurch die zyklische Kalibrierung und/oder Referenzierung und/oder Wartung des Objektes und/oder des zugeordneten Prüfstandes reduziert werden und/oder eine Fehlfunktion bzw. ein ungültiger Zustand sofort festgestellt werden.
Schließlich ist es nach Anspruch 10 vorteilhaft, dass die interne Kalibrierung der Vorrichtung durch ein definiertes Target kontrolliert wird.
Dieses Target kann sich an einer Kalibrierlehre oder bereits am Prüfstand befinden. Das Target ist in dem Sinne definiert, als dass dessen geometrische Form sowie Position und/oder Orientierung im Raum bekannt sind.
Wird dieses Target von der Vorrichtung erfasst, so kann die interne Kalibrierung der Vorrichtung über die bekannten Parameter des Targets überprüft werden. Kommt es bei dieser Überprüfung zu einer Abweichung von den Sollwerten, so kann erkannt werden, dass eine Überprüfung und/oder neue Kalibrierung der Vorrichtung vorgenommen werden sollte.
Die Abweichungen vom Sollwert können dabei beispielsweise durch Fehlfunktionen einzelner Bauelemente der Vorrichtung oder durch Änderungen der Position und/oder Orientierung bestimmter Bauelemente auftreten. Diese Bauelemente können beispielsweise die Abbildeinheiten oder die Beleuchtungseinheit sein.
Insgesamt erweist es sich bei der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik als vorteilhaft, dass durch die monochromatische Ausleuchtung ein ausreichender Kontrast zum Umgebungsstreulicht bereits bei einer Lichtintensität erreicht werden kann, bei der noch keine Probleme mit der Lichtreflexion an polierten Teilen, beispielsweise der Felge oder der Bremsscheibe, auftreten. Dies ist im Stand der Technik bei der Farbcodierung der zu vermessenden Fläche anders.
Gegenüber der Erzeugung der Linien für die Auswertung unmittelbar als Bild ergibt sich als Vorteil, dass eine Fläche punktförmig kodiert ausgeleuchtet wird. Weiterhin werden die geometrischen Hilfslinien zur Auswertung definiert. Diese Definition ist dann unabhängig davon, ob der Sensor um seine Mittelachse gedreht ist.
Es werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem
Kotflügel des Fahrzeugs, sowie eine Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten,
Fig. 2 die perspektivische Ansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem
Kotflügel des Fahrzeugs aus Fig. 1, sowie eine im Vergleich zu Fig. 1 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand, sowie eine Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, Fig. 4 die Seitenansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand aus Fig. 3, sowie eine im Vergleich zu Fig. 3 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten,
Fig. 5 eine weitere perspektivische Ansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegende Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand, sowie eine Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, mit geeignet gewählten geometrischen Strukturen, Fig. 6 die perspektivische Ansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand aus Fig. 5, sowie eine im Vergleich zu Fig. 5 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, mit geeignet gewählten geometrischen Strukturen,
Fig. 7 eine weitere Seitenansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand, sowie eine Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, mit geeignet gewählten geometrischen Strukturen Fig. 8 die Seitenansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand aus Fig. 7, sowie eine im Vergleich zu Fig. 7 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, mit geeignet gewählten geometrischen Strukturen,
Fig. 9 ein Schnitt der Achse eines Fahrzeuges,
Fig. 10 eine weitere perspektivische Ansicht eines Rades mit Bremsscheibe sowie dem das Rad umliegenden Kotflügel im an ein Fahrzeug montiertem Zustand in einem Prüfstand, sowie einer Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten,
In den Figuren 1 ,2,3 und 4 ist die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 dargestellt. Die Figuren 1 und 3 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Rades bestehend aus einer Felge 7 und einem Reifen 6 mit Bremsscheibe 9 sowie dem Kotflügel 12 als Teil der Karosserie 8 eines Fahrzeuges. Diese Teile sind an das Fahrzeug angebaut. Die Figuren 2 und 4 zeigen eine Seitenansicht eines Rades bestehend aus einer Felge 7 und einem Reifen 6 mit Bremsscheibe 9 sowie dem Kotflügel 12 als Teil der Karosserie 8 eines Fahrzeuges.
Die Figuren 1 ,2,3 und 4 zeigen außerdem zwei Abbildeinheiten 2a und 2b und eine Beleuchtungseinheit 3 der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1. Über die Beleuchtungseinheit 3 wird eine Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten 4 (Muster) projiziert. Dieses Muster wird von den beiden Abbildeinheiten 2a und 2b aufgenommen. In einer Auswerteeinheit wird über die Aufnahmen der Abbildeinheiten 2a und 2b eine Punktewolke berechnet. Diese Punktewolke entspricht der Position von Punkten auf dem zu vermessenden Objekt.
Figuren 1 und 3 zeigen eine im Vergleich zu den Figuren 2 und 4 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1.
Im Auswertungsbereich 5 der Vorrichtung befinden sich Teile eines Fahrzeuges. Es wird ein Rad bestehend aus einer Felge 7 und einem Reifen 6 von der Beleuchtungseinheit 3 beleuchtet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Felge 7 so gestaltet, dass auch die hinter dem Rad befindliche Bremsscheibe 9 beleuchtet wird, indem das Licht der Beleuchtungseinheit 3 zwischen den Speichen der Felge 7 hindurchtritt. Es ist außerdem zu sehen, dass der das Rad umgebende Kotflügel 12 als Teil der Karosserie 8 des Fahrzeuges ebenfalls beleuchtet wird.
Über diese Projektion und die Abbildung der Projektion mit den beiden Abbildeeinheit 2a und 2b lassen sich die Position und/oder Orientierung der Teile eines Fahrzeuges durch photogrammetrische Vermessung bestimmen.
Figuren 5,6,7 und 8 zeigen die gleiche Anordnung von Teilen eines Fahrzeuges, sowie die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 , wie die Figuren 1,2,3 und 4 mit zusätzlich geeignet gewählten geometrischen Strukturen.
Durch die photogrammetrische Vermessung der Teile wird die projizierte Textur ausgewertet. Durch die Auswertung wird eine Punktewolke von Punkten des zu vermessenden Objekts berechnet. Für die Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie können von dieser Punktewolke geeignet gewählte geometrische Strukturen, wie z.B. Linien wie in den Figuren 5,6,7 und 8 dargestellt, ausgewertet werden.
Dabei können für die Messung des Höhenstandes des Kotflügels 12 vertikale Linien 14 in der Auswertung zur Bestimmung des Höhenstandes des Kotflügels 12 verwendet werden. Diese vertikalen Linien 14 erlauben eine Bestimmung der Kotflügelkante 13 mit einer guten Genauigkeit. Für das Rad mit dem Reifen 6 und der Felge 7 können horizontale Linien 15 zur Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie, wie beispielsweise die Position und/oder Orientierung der Radebene bzw. der Spur- und Sturzwinkel verwendet werden.
Figuren 6 und 8 zeigen eine im Vergleicht zu den Figuren 5 und 7 um 90° gedrehte Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1. Für die Bestimmung der Parameter der Fahrwerkgeometrie können von der Punktewolke der Vorrichtung horizontale Linien 15 und vertikale Linien 14 ausgewertet werden. Dabei können diese Linien als Teilmenge der Punkte der Punktewolke der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten ausgewählt werden. Diese horizontale Linien 15 und vertikale Linien 14 können dann unabhängig von der Drehung der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 relativ zu den Teilen eines Fahrzeuges ausgewertet werden, solange sich die entsprechenden Teile eines Fahrzeuges im Auswertungsbereich 5 der Vorrichtung befinden.
In Figur 9 ist die Achse eines Fahrzeuges dargestellt.
Die Spurbreite 16 der Achse ist durch die Entfernung der beiden gegenüberliegenden Bremsscheiben ableitbar. Die Radachse 10 kann über den Mittelpunkt der Reifen 6 und/oder Felgen 7 bestimmt werden.
Die Spurbreite 16 lässt sich beispielsweise durch eine direkte Messung der Bremsschreiben 9 bestimmen. Hierzu müssen entsprechend Teile der Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkte 4 auf die Bremsscheibe 9 projiziert sein und von den Abbildeeinheiten 2a und 2b aufgenommen werden. Somit kann die Punktewolke berechnet werden. Diese Punktewolke schließt Punkte auf der Oberfläche der Bremsscheiben 9 mit ein.
Wenn die Bremsscheiben 9 nicht direkt vermessen werden, kann die Position der Bremsscheiben 9 aus der Geometrie des Fahrzeugs abgeleitet werden. Die Position und Orientierung der Räder werden vermessen. Aus den geometrischen Daten (Reifengröße, Felgendurchmesser, Felgenbreite, Einpresstiefe, Position der Bremsscheibe relativ zur Radmittelebene) lässt sich aus der gemessenen Position und Orientierung des Rades die Position und Orientierung der Bremsscheibe 9 ableiten.
Die Figur 10 zeigt die gleiche Anordnung von Teilen eines Fahrzeuges, sowie die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 , wie die Figuren 1,2,3 und 4.
Hierbei befinden sich das Fahrzeug und die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 in einem Prüfstand.
Mit H ilfe der Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten 1 können die Position und/oder Orientierung anderer Bauteile eines Prüfstandes für Fahrzeuge 11 bestimmt werden. Damit lässt sich kontrollieren, ob sich die Position und Orientierung dieser Bauteile des Prüfstandes relativ zu der photogrammetrischen Vorrichtung 1 verändert haben.
Des Weiteren kann die die interne Kalibrierung der Vorrichtung zur Vermessung von Objekten 1 durch ein definiertes Target kontrolliert werden. Dieses Target befindet sich an einer festen Position im Prüfstand und ist dort mit einer festen Orientierung angebracht. Dieses Target ist dann eine Kalibrierlehre für die Vorrichtung zur Vermessung von Objekten 1.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie eines Fahrzeugs mittels einer Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten (1),
> wobei die Vorrichtung mindestens eine Abbildeinheit (2a, 2b) und mindestens eine Beleuchtungseinheit (3) umfasst, die eine Gesamtanordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten (4) projiziert,
> wobei die Gesamtanordnung derart unterteilbar ist, dass die Teilanordnungen von Punktmustern für die einzelnen Punkte der Gesamtanordnung unter Berücksichtigung weiterer Punkte, die zu dem jeweiligen einzelnen Punkt benachbart sind, individualisiert sind,
> wobei diese Gesamtanordnung der beleuchteten und nicht beleuchteten Punkte auf das zu vermessende Objekt projiziert wird als zeitgleiche und monochromatische Projektion der Anordnung von beleuchteten und nicht beleuchteten Punkten,
> wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeugs verwendet wird zur Bestimmung von Parametern der Fahrwerkgeometrie des Fahrzeugs.
> wobei über die photogrammetrische Vermessung einer Bremsscheibe (9) die Parameter der Fahrwerkgeometrie der zugeordneten Radachse (10) abgeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Position und oder Orientierung von Teilen eines Fahrzeuges eine Teilmenge von Punkten der durch die Vorrichtung zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten (1) erzeugten Punktewolke verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung geometrische Hilfslinien definiert werden, wobei die Auswertung anhand einer Bestimmung der Lage von Punkten der Punktewolke in Relation zu den geometrischen Hilfslinien erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des von der Beleuchtungseinheit (3) ausgestrahlten Lichtes kleiner als 10.000 Candela ist.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die photogrammetrische Vermessung eines Reifens (6) und der zugehörigen Felge (7) ein charakteristischer Punkt und/oder Bereich bestimmt wird, der innerhalb eines definierten Bereiches relativ zur Karosserie (8) absteht.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die photogrammetrische Vermessung zweier Bremsscheiben (9) einer Achse die Spurbreite (16) des Fahrzeugs abgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der photogrammetrischen Vermessung eines Fahrzeugteils eine Korrelation mit einem 3D Modell des jeweiligen Fahrzeugteils zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung des vermessenen Fahrzeugteils gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Position und/oder Orientierung anderer Bauteile eines Prüfstandes für Fahrzeuge (11 ) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder Orientierung von Bauteilen eines Prüfstandes (11 ) bestimmt werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Kalibrierung der Vorrichtung (1) durch ein definiertes Target kontrolliert wird.
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