专利名称：由至少两个用于进行光学的车轴测量的目标装置构成的目标装置组以及用所述目标装置 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由至少两个用于进行光学的车轴测量的目标装置构成的目标装 置组以及一种用该目标装置组对机动车的车轮进行光学的车轴测量的设备。
背景技术：
在现有技术中已知用于进行光学的底盘测量的设备和方法，对于所述设备和方法 来说目标的控制点场由单像管的摄像装置来拍摄。这些控制点在局部的三维的目标坐标系 中的位置对于测量系统的分析单元来说是已知的，并且所述分析单元可以从中确定机动车 的重要的底盘参数。这样的目标连同布置在其上面的控制点场具有很高的复杂性，它们向这些目标的 制作提出很高的要求并且因此比较昂贵。
发明内容
因此，本发明的任务是，说明一组用于进行光学的底盘测量的目标装置，该组目标 装置要求很低的复杂性并且因此能够以低廉的成本来制造并且同样适合于底盘测量。此外 要说明一种成本有利的用于对机动车的车轮进行光学的车轴测量的设备，该设备能够容易 地操作并且提供十分精确的测量值。该任务通过独立权利要求的主题得到解决。有利的改进方案由从属权利要求中获得。按本发明的用于进行光学的底盘测量的目标装置组包括至少两个目标装置，设置 所述目标装置用于安置在机动车的车轮上。在本发明的一种最简单的实施方式中，所述目标装置组可以相应地包括两个目标 装置，所述目标装置安置在机动车的一根车轴的车轮上。而后设置在机动车的其它车轴上 的目标装置可以不同于所述按本发明的目标装置组。同样所述按本发明的目标装置组可以相应地包括四个安置在机动车的车轮上的 目标装置。对于三轴的或者更多轴的车辆来说，尤其对于载重车来说，按本发明的目标装置 组可以包括六个或者更多个目标装置。对于按独立权利要求1所述的目标装置组来说，在所述目标装置组的每个目标装 置的目标上存在一个显著的标记就已足够，该标记相对于相应的目标装置的参考平面的间 距是未知的，但是对于所述目标装置组的所有的目标装置来说是分别相同的或者说恒定 的。其余的至少两个另外的标记可以是不确定的。对于按独立权利要求2所述的目标装置组来说，在所述按本发明的目标装置组的 目标装置的每个目标上布置显著的第一标记、显著的第二标记和至少一个另外的不确定的 标记就已足够，其中所述显著的第一标记相对于相应的目标装置的参考平面的间距是未知的，但是对于所有的目标装置来说是分别相同的。目标上的光学特征不形成控制点系统，也就是说其在局部的坐标系中的位置是未 知的。为了能够按本发明实施车轴测量，在所述目标装置的目标上相应地存在三个标记 就已足够。按权利要求1所述的显著的标记或者按权利要求2所述的两个显著的标记在此 可以用于校准过程。在校准过程中拍摄按权利要求1所述的目标装置组的目标装置的显著的标记和 至少两个不确定的标记或者按权利要求2所述的目标装置组的目标装置的显著的标记和 至少一个另外的不确定的标记的图像序列。这些标记在车轮滚动时分别绘出环形轨道。通过分析单元来确定局部的3D坐标 系，确定车轮旋转轴线在所述局部的3D坐标系中的空间位置以便对轮辋冲击进行补偿，并 且确定车轮中平面在所述局部的3D坐标系中的位置。从中可以确定车辆纵向中平面。这 些数据保存在所述分析单元中以用于接下来的测量过程。所述摄像装置在共同的测量场地系统中的位置在此对于所述分析单元来说是已 知的，必要时通过横向参照摄像机的使用来获悉。在校准过程之后并且在真正的测量过程之前给支承板解锁，由此给处于支承面中 的车轮卸荷。而后在紧接在校准过程后面的真正的测量过程中，为了由相应的可以构造为立体 摄像机装置不过也可以构造为单像管摄像机装置的摄像装置来确定前束和车轮外倾，对相 应的目标的至少三个标记进行一次唯一的拍摄。因为所述目标的标记的局部的3D坐标系 已经用校准过程确定，所以所拍摄的至少三个标记的位置表明相应的车轮轴线在已知的3D 坐标系中的空间位置，并且从中可以求得相应的车轮的前束和车轮外倾的角度。按照本发明的一种实施方式，在校准过程之后不必再研究所述显著的标记，在通 过测量头进行真正的测量时拍摄三个不确定的标记就已完全足够，所述三个不确定的标记 与所述显著的标记一起在校准过程中在所述局部的3D坐标系中一同确定。在所述按本发明的目标装置组的第一实施方式中，对于所述按本发明的目标装置 组来说在目标上分别布置了两个显著的标记，显著的第二标记相对于显著的第一标记的间 距对于所有的目标装置来说是已知的。在此获得这样的优点，即对于可以改变经常由铝制 成的基座在两台构造为立体摄像机的摄像机之间的间距的测量摄像机来说对温度影响进 行补偿。由此可以保证所得到的测量值的很高的精度。在此相应地解决了通过作用于测量 单元上的温度影响比如照射到测量单元上的太阳辐射而产生的尺寸问题。按照按权利要求2所述的按本发明的目标装置组的一种作为替代方案的实施方 式，所述显著的第二标记相对于所述显著的第一标记的间距虽然未知，但是对于所有的目 标装置来说分别是相同的或者说恒定的。对于所述按本发明的在所述两个显著的标记之间具有已知的间距或者在所述显 著的标记彼此间具有未知的但是分别相一致的间距的目标装置组的两种实施方式来说获 得这样的优点，即可以避免测量系统的尺寸误差并且可以精确地将机动车的纵向中平面确 定为用于后轮的单个前束的参考。由此可以省去在每次底盘测量之前的尺寸信息的测量， 在此获得连续的尺寸监控和尺寸校正，因为在底盘测量过程中始终看得见目标。
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按照按权利要求2所述的按本发明的目标装置组的另一实施方式，所述显著的第 二标记相对于目标的参考平面的间距是未知的，但是对于所有的目标装置来说分别是相同 的或者说恒定的。由此还可以实现更高的精度。按权利要求8所述的按本发明的设备能够容易地操作并且提供很精确的测量值。 按照按权利要求8所述的用于对机动车的车轮进行光学的车轴测量的设备的优点，所述显 著的标记或者说所述显著的第一标记相对于参考平面的间距只要其对于所有所使用的目 标来说分别是一致的，就不必是已知的。如果在此使用按权利要求4所述的目标装置组，那么所述显著的标记彼此间的间 距对分析单元来说不必是已知的，只要这些间距对于所有四个所使用的目标来说分别是一 致的。由此实现进一步的简化。
下面借助于实施例参照附图对本发明进行详细解释。图1是测量场地连同停放在该测量场地上的机动车的俯视图的原理草图；图2是测量场地连同停放在行驶道轨上的机动车的示意性的透视图；图3是机动车底盘连同安置在该机动车底盘的车轮上的目标的原理草图；图4是按本发明的一种实施例的第一目标装置的示意性的透视图，该第一目标装 置用于安置在示意性地在其下面示出的轮辋上；图5是按本发明的另一种实施例的第二目标装置的示意性的透视图，该第二目标 装置用于安置在示意性地在其下面示出的轮辋上；并且图6是按本发明的另一种实施例的第三目标装置的示意性的透视图，该第三目标 装置用于安置在示意性地在其下面示出的轮辋上。
具体实施例方式图1示出了测量场地2连同停放在该测量场地上的机动车7的俯视图的原理草 图。在此示出了前轮8和10以及后轮12和14，这些车轮相对于车辆纵向中轴线具有 前束角，并且为更好地进行图示而将机动车7的车身仅仅作为示意性的轮廓示出。车轮8到14的车轮旋转轴线相应地通过点划线来表示。在车轮8到14的旁边分 别布置了测量头16、18、20和22，所述测量头16、18、20和22分别拥有在图1中未示出的立 体的测量摄像机装置，所述测量摄像机装置能够拍摄机动车车轮8到14或者其截取部分或 者说安置在车轮8到14上的目标或其截取部分。此外设置了数据处理单元对，该数据处理 单元M与测量头16到22相连接并且从这些测量头获得测量数据以进行分析。稍许向右移动用点线示出了机动车7连同其车轮8到14处于先前的车辆位置中 的情况。图2示出了测量场地2连同停放在行驶道轨4和6上的机动车7的示意性的透视 图。在此可以看出，机动车7的前轮8和10以及左后轮12分别处于行驶道轨4和6 的转盘上，并且在机动车7的左轮8和12上固定了目标装置沈和30，所述目标装置沈和30的目标基本上向外指向并且设有标记。所述测量头16到22构造为柱状并且示范性地包括立体摄像机装置，也就是说分 别包括上面的和下面的测量摄像机，所述测量摄像机朝相应对置的车轮8到14定向并且可 以以光学方式检测车轮8到14或者安置在其上面的目标。测量头16到22的两台测量摄像机相应地形成立体系统或者说立体的摄像装置。 在图2中示出了左前方的测量头16的测量摄像机的视野。在测量场地2的校准过程中，所述测量头16到22的测量摄像机提供由至少三幅 在车辆7于行驶道轨4和6上运动时拍摄的图像形成的图像序列。分析单元M从用于每 个车轮8到14的图像数据中计算局部的3D坐标系、车轮8到14的旋转轴线和旋转中心。 在此测量目标26-32上的标记在所述图像序列的各幅图像中的二维的图像坐标。在图像序 列的范围内分配相应的标记，因而实施标记的跟踪。为此可以在目标上的标记上设置编码 或者可以使用来自图像处理的标准方法。测量数据分析以以下数学模型为基础相应的目标的标记Ml. ..Mn(i = 1. . . η)在从旁边行驶的过程中由相应的摄像机 以图像序列(图像编号j = 1. . .m)所拍摄。在图像序列的时刻j所述标记在摄像机图像 中的位置是χ’ ij。用图像处理的标准方法，可以从立体的图像对的坐标χ’ ij中确定标记在局部的 车轮坐标系中的3D坐标Xi (i = 1. . . η)。从整个图像序列的分析中可以确定在摄像时刻t 车轮8到14的运动参数(旋转Rj、平移tj)并且可以额外地改进所述标记的3D坐标的精度。在单像管的摄像系统中，可以取代从单个图像对中以立体方法确定3D坐标的做 法而直接在图像序列的分析的范围内按照本领域的技术人员所熟悉的“从运动中恢复结构 (Structure from motion) ”的原理来一同确定所述标记的3D坐标以用于确定运动参数。可以用几何计算从目标上的标记的3D坐标和运动参数中确定车轮在局部的车轮 坐标系中的旋转轴线和旋转中心。在随后进行真正的底盘测量时确定必要的参数，比如前束值和车轮外倾值。所述测量数据分析可以对于所有四个单个车轮8到14来说分开地也就是说按车 轮地进行，可以对于对置的车轮8和10以及12和14来说共同地也就是按车轴地进行，或 者可以对于所有车轮8到14来说共同地也就是说在整车分析中进行。在按轴分析以及整 车分析时，必须相应地建立摄像的时间上的同步性。图3示出了机动车底盘连同安置在车轮8到14上的目标沈到32的原理草图。用目标支架将目标沈到32固定在车轮8到14上，这里为简化图示未示出所述目 标支架。对于每个车轮8到14来说，分别示出了车轮旋转轴线42以及车轮中平面44，所 述车轮中平面44定义为轮辋的垂直于车轮旋转轴线的中平面。此外示出了车轮8到14的 旋转中心40，所述旋转中心40相应地被定义为车轮旋转轴线42与车轮中平面44的交点。 前轴的轮距从前轮8和10的两个旋转中心40的连接中产生，并且后轴的轮距从后轮12和 14的两个旋转中心40的连接中产生。前轴的轮距的中心用附图标记36来表示并且后轴的 轮距的中心用附图标记38来表示。此外，在图3中可以看出纵向中平面34，该纵向中平面 34从前轴36的轮距的中心与后轴38的轮距的中心的连接中产生。通过后轮12和14的车轮旋转中心40来绘出相对于纵向中平面的平行线。这些平行线与后轮12和14的车轮中 平面44之间的角度相应地形成左后轮12的前束角α 1和右后轮14的前束角α 2。按图3 的纵向中平面；34的图示相应于按DIN 70 000的定义。目标沈到32分别设有在图3中示范性地定心地示出的显著的标记，该标记相对 于车轮中平面44具有虽然未知的、但对于所有的目标沈到32来说恒定的间距g。相对于 车轮中平面44具有恒定的间距g的显著的标记和所求得的旋转轴线42允许为每个车轮8 到14确定旋转中心40的坐标。图4示出了第一目标装置46的示意性的透视图，该第一目标装置用于安置在车轮 8的示意性地在其下面示出的轮辋上。所述目标装置46包括在图4中示范性地构造为正方形的目标48，该目标48用销 钉56固定在目标支架60的固定座58中。所述目标支架60包括三根导轨或连杆，在所述 导轨或连杆上以能够移动的方式布置了两个夹紧元件，在所述夹紧元件上安置着向下指向 的紧固销钉62，利用所述紧固销钉62可以将所述目标支架60固定在于其下面示出的轮辋 8上并且尤其可以夹紧在其轮辋边缘上。此外，所述目标支架60在固定座58上具有用于目 标48的销钉56的止挡，该止挡形成参考平面64。用于参考平面64的止挡对于所有目标支架60来说具有相同的间距s，相对于紧固 销钉62上的支承面66测得所述间距s，在此所述目标支架60以所述紧固销钉62抵靠在轮 辋8的轮辋边缘上。此外，已知轮辋边缘上的用于紧固销钉62的支承面66与车轮中平面44之间的距 离f。该距离f是车辆所特有的。在目标48的正面大约在中间布置了显著的第一标记50。该显著的第一标记50相 对于参考平面64具有沿半轴线68测得的经过校准的间距d，该间距d尤其在所述显著的第 一标记的特征中心与参考平面64之间来测量。该间距d对于分析单元来说是未知的，但是 对于目标装置组的所有目标装置46来说是一致的。由此以g = d+s+f获得所述显著的标 记50与车轮中平面44的总间距g。由此在后面说明的测量过程中可以在测量场地参考系 中求得用于有待测量的车辆的车辆纵向中平面34。其余的在图4中示范性地分布在目标48的正面上的标记M是不确定的，也就是 说不仅其位置而且其彼此间的间距对分析单元M来说都是未知的。所述标记50和M分别包含圆形的定心的优选以深色的比如说黑色的颜色构成的 特征、将该定心的特征包围的尤其以浅色比如说反射性的颜色构成的圆环以及将该圆环包 围的更窄的外面的尤其以深颜色比如以和所述定心的特征相同的颜色构成的圆环。这样的 标记、尤其是其圆形的定心的特征在将该特征包围的圆环的浅色的背景前面尤其可以很好 地以光学方式被检测。图5示出了第二目标装置72的示意性的透视图，该第二目标装置72用于安置在 示意性地在其下面示出的轮辋8上。与在所述第一目标装置46的目标48中不同，处于目标70的右下角的标记构造为 显著的第二标记52。对于所述第二目标装置72来说，所述显著的第一标记50相对于参考平面64的间 距d对于分析单元来说也是未知的，但是对于目标装置组的所有目标装置72来说是恒定
8的。在第一实施例中，两个显著的标记50与52之间的在图5中借助于箭头绘出的间 距a对于分析单元M来说是已知的。在作为替代方案的实施例中，两个显著的标记50与52之间的间距a对于分析单 元M来说是未知的，但是该间距a对于目标装置组的所有目标装置72来说是一致的。在这两种实施方式中，所述显著的第二标记52相对于参考平面64的间距对分析 单元来说是未知的。图6示出了第三目标装置76的示意性的透视图，该第三目标装置76用于安置在 示意性地在其下面示出的轮辋8上。所述第三目标装置76在很大程度上相应于按图5的第二目标装置72，其中这里还 额外地绘出了所述显著的第二标记52相对于参考平面64的间距d2。这个间距d2对于目 标装置组的所有目标装置76来说是恒定的，但是对于分析单元来说是未知的。对于所有的目标装置46、72和76来说，有必要的是，至少两个相同类型的目标装 置相应地安置在有待测量的机动车7的车轴上。优选的是，有待测量的机动车7的所有车 轮装备着相应相同的目标装置。因为在各种实施方式中仅仅需要所述显著的标记(η)的间距d、dl、d2和a的恒定 性并且仅仅在一种实施方式中需要所述显著的标记彼此间的已知的间距a，所以所述按本 发明的目标装置46、72和76是耐用的并且特别适合于艰苦的车间日常工作。所有的目标装置46、72和76都构造简单并且允许从目标上的所观察的标记的3D 坐标以及从运动参数中可靠地以几何方法计算车轮在局部的车轮坐标系中的旋转轴线和 旋转中心并且在随后的真正的底盘测量时确定必要的参数比如前束值和车轮外倾值。
权利要求
1.由至少两个用于进行光学的底盘测量的目标装置G6)构成的目标装置组，其中，所述两个目标装置G6)中的每一个用于安置到机动车(7)的车轮(8-14)上并 且具有目标G8)和设有目标固定座的目标支架(60)，所述目标08)安置在所述目标固定 座上，其中，所述目标支架(60)中的每一个能够如此安置到机动车(7)的车轮(8-14)上， 使得所述目标G8)相对于车轮中平面以一个角度来定向；其中，在所述目标G8)上布置了一个显著的标记(50)和至少两个另外的不确定的标 记(M)，并且其中，所述显著的标记(50)相对于相应的目标装置G6)的参考平面(64)的间距是未 知的，但是对于所有的目标装置G6)来说是分别相同的。
2.由至少两个用于进行光学的底盘测量的目标装置(76)构成的目标装置组，其中，所述两个目标装置(76)中的每一个用于安置到机动车(7)的车轮(8-14)上并 且具有目标(74)和设有目标固定座的目标支架(60)，所述目标(74)安置在所述目标固定 座上，其中，所述目标支架(60)中的每一个能够如此安置到机动车(7)的车轮(8-14)上， 使得所述目标(74)相对于车轮中平面以一个角度来定向；其中，在所述目标(74)上布置了显著的第一标记(50)、显著的第二标记(5 以及至少 一个另外的不确定的标记(M)，并且其中，所述显著的第一标记(50)相对于相应的目标装置(76)的参考平面的间距(dl) 是未知的，但是对于所有的目标装置(76)来说是分别相同的。
3.按权利要求2所述的目标装置组，其中，所述显著的第二标记(5 相对于所述显著 的第一标记(50)的间距(a)对于所有的目标装置(76)来说是已知的。
4.按权利要求2所述的目标装置组，其中，所述显著的第二标记(5 相对于所述显著 的第一标记(50)的间距(a)是未知的，但是对于所有的目标装置(76)来说分别是相同的。
5.按权利要求4所述的目标装置组，其中，所述显著的第二标记(5 相对于所述目标 (74)的参考平面(64)的间距(d2)对于所有的目标装置(76)来说是未知的，但是分别是相 同的。
6.按前述权利要求中任一项所述的目标装置组，其中，所述标记(50、52、54)构造为深 色的圆表面，该圆表面被浅色的背景所包围。
7.按权利要求6所述的目标装置组，其中，所述标记(50、52、54)的浅色的背景构造为 圆环形和/或反射性的。
8.用于对机动车(7)的车轮(8-14)进行光学的车轴测量的设备，具有按前述权利要求中任一项所述的由至少两个目标装置G6)构成的目标装置组，所述 目标装置G6)相对于车轮中平面以一个角度安置在机动车(7)的有待测量的车轮(8-14) 上；至少一个设有用于对目标G8)进行拍摄的摄像装置的测量头(16-22)；以及分析单元(M)，设置该分析单元04)用于借助于图像处理的方法从所述相应的目标G8)的至少三个标记(5054)的至少 一次拍摄中求得车轮(8-14)在局部的3D坐标系中的车轮旋转轴线和旋转中心，其中，能够 事先在校准过程中确定所述局部的3D坐标系，并且用于从中求得所述机动车(7)的纵向中平面。 按权利要求8所述的装置，其中，显著的标记(50)相对于相应的车轮中平面的间距 (g)由所述显著的标记(50)相对于所述目标装置(46)的参考平面(64)的间距(d)、所述 目标装置(46)的参考平面(64)相对于所述目标支架(60)上的撑开平面(66)的已知的间 距(s)以及所述撑开平面(66)相对于穿过轮辋(8-14)的车轮中平面(24)的已知的间距 (f)组成。
全文摘要
按本发明的由用于进行光学的底盘测量的目标装置(46)构成的目标装置组包括至少两个目标装置(46)，所述目标装置(46)分别用于安置到机动车(7)的车轮(8-14)上并且分别具有目标(48)和设有目标固定座的目标支架(60)，所述目标(48)安置在所述目标固定座上。所述目标支架(60)中的每一个能够如此安置到机动车(7)的车轮(8-14)上，使得所述目标(48)相对于车轮中平面以一个角度来定向。在所述目标(48)上布置了一个显著的标记(50)和至少两个另外的不确定的标记(54)，并且所述显著的标记(50)相对于相应的目标装置(46)的参考平面(64)的间距是未知的，但是对于所有的目标装置(46)来说则分别是相同的。
文档编号G01B11/275GK102150011SQ200980135767
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月12日
发明者G·诺比斯, V·尤芬坎普 申请人:罗伯特·博世有限公司