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CN101978240B - 用于底盘测量系统的测量头、底盘测量系统以及用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法 - Google Patents

用于底盘测量系统的测量头、底盘测量系统以及用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法 Download PDF

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CN101978240B CN200980110352XA CN200980110352A CN101978240B CN 101978240 B CN101978240 B CN 101978240B CN 200980110352X A CN200980110352X A CN 200980110352XA CN 200980110352 A CN200980110352 A CN 200980110352A CN 101978240 B CN101978240 B CN 101978240B
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Abstract

按本发明的用于底盘测量系统的测量头包括用于产生结构化的灯光的照明装置(38、58、78、98)、与所述照明装置(38、58、78、98)指向相同方向的参考表面(40、60、80、100)以及至少一台与所述照明装置(38、58、78、98)指向相同方向的测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)，其中构成所述照明装置(38、58、78、98)，使得其在沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)上产生结构图，其中在所述参考表面(40、60、80、100)上能够描绘通过所述沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)的照明装置(38、58；78、98)产生的结构图，并且其中构成所述测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)，使得其为确定所述测量头(32、52、72、92)的位置参数而检测所述对置的测量头(32、52；72、92)的参考表面(40、60；80、100)上的结构图。

Description

用于底盘测量系统的测量头、底盘测量系统以及用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于底盘测量系统的测量头、一种具有至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头的底盘测量系统以及一种用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法。
背景技术
在进行光学的无接触的底盘测量时比如在测量汽车的轮距和车轮外倾时，使用具有测量摄像机的测量头，所述测量摄像机相应地检测汽车的车轮或者安置在汽车的车轮上的目标。从测量值中可以算出轮轴、旋转轴线、车轮中心或者旋转中心的位置，并且从中可以确定汽车的轮距和车轮外倾这些数值。
无接触的底盘测量系统的基本前提条件是，已知测量头彼此间的几何的位置参数特别是其间距及其定位，并且所有测量头的测量值都存在于一个共同的坐标系或者参照系中或者说转换到这样一个共同的坐标系中。从DE3618480中得知，由测量头测量控制点本体()上的点。从各个测量头的局部的参考系中的控制点的测量和所述控制点的已知的坐标中可以为每个测量头将其局部的坐标系转换为共同的全局坐标系。这种方法以控制点本体的存在为前提，这带来额外的开销和额外的成本。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于底盘测量系统的测量头、一种底盘测量系统以及一种用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法，其中可以容易、快速且以低廉的成本来确定所述测量头的位置参数。
该任务通过按本发明的测量头、底盘测量系统以及用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法完全得到解决。底盘测量系统，包括：至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头，其中，每个测量头具有：用于产生结构化的灯光的照明装置、与所述照明装置指向相同方向的参考表面以及至少一台与所述照明装置指向相同方向的测量摄像机，其中构成所述照明装置，使得其在沿汽车横向方向对置的测量头上产生结构图，在所述参考表面上能够描绘通过所述沿汽车横向方向对置的测量头的照明装置产生的结构图，并且构成所述测量摄像机，使得其为确定所述测量头的位置参数而检测所述对置的测量头的参考表面上的结构图；与所述测量头相连接的数据处理单元，构成该数据处理单元，使得其从测量头的参考表面上的所产生的通过对置的测量头的照明装置产生的并且被所述对置的测量头的测量摄像机检测到的结构图与所保存的基准图之间的比较来求得所述测量头彼此间的位置参数。用于确定按本发明的底盘测量系统的测量头的位置参数的方法，其中，提供至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头，并且其中，为每对第一和第二测量头实施以下步骤：通过第一测量头的照明装置在第二测量头的参考表面上产生结构图；通过所述第一测量头的测量摄像机来检测所述结构图；通过所产生的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定所述第二测量头的参考表面在所述第一测量头的局部的坐标系中的位置参数；并且确定所述测量头彼此间的位置参数。
按本发明，底盘测量这个概念理解为用于轴测量并且用于其它应用比如动态的减震器检验的上位概念。按本发明，所有在无接触的底盘测量中使用的光学的检测设备尤其视频摄像机和视频传感器都属于测量摄像机这个概念。
按照本发明的基本构思，所述测量头的几何的位置参数可以以简单的方式来确定并且由测量头得到的测量数据由此在一个共同的坐标系中示出，而不需要设在测量场地上或者测量头上的额外的标记或者甚至不需要控制点本体。按本发明，可以省去用于这样的对按现有技术的方法来说必需的额外的标记或者说控制点本体的成本。通过按本发明确定测量头的位置参数这种方法可以随时以简单的方式来对几何的位置参数进行控制并且必要时需要的恢复几何的位置参数。如果发现在测量头的定位中尤其在其间距和定向中与预先设置的额定值之间有偏差，那么一方面可以适当地移动或者旋转测量头，使得实际的位置参数与预先确定的位置参数相一致，并且另一方面可以将改变的位置参数一同纳入到将局部的坐标系转换为全局坐标系的转换计算中，从而以纯计算的方式来跟踪位置参数并且恢复共同的全局坐标系。
按本发明的用于底盘测量系统的测量头包括用于在沿汽车横向方向对置的测量头上产生结构化的灯光的照明装置。如此设计这个照明装置，使得其不仅在有待测量的目标上而且在对置的测量头上产生具有已知的图案的结构图，所述结构图的空间伸展符合所期望的测量精度的要求。此外，所述按本发明的测量头包括和所述照明装置指向相同方向的参考表面，该参考表面如此处于测量头上，使得所述对置的测量头的照明装置的结构图可以描绘在该参考表面上。此外，所述按本发明的测量头包括至少一台和所述照明装置指向相同方向的用于检测所述对置的测量头的参考表面上的结构图并且用于从中确定测量头的位置参数的测量摄像机。所述照明装置、参考表面和至少一台测量摄像机彼此间的位置关系通过测量头的校准来确定。
对于按本发明的用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法来说，提供了至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头并且对于每对第一和第二测量头来说实施以下步骤：通过第一测量头的照明装置在第二测量头的参考表面上产生结构图并且通过第一测量头的测量摄像机来检测结构图；通过所产生的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定第二测量头的参考表面在第一测量头的局部的坐标系中的位置参数；并且确定测量头彼此间的位置参数。
通过照明单元与摄像机之间的已知的定位，根据在第二测量头的参考表面上所投影的结构图的特征在第一测量头的坐标系中确定3D点、线条或者分线条。从在第一测量头中测量的信息中可以确定第二测量头的参考表面在第一测量头的坐标系中的定位。随后可以从所述参考表面在第一测量头中的定位以及测量头与参考表面之间的在第二测量头中已知的定位中来确定第一与第二测量头之间的所寻求的定位。
所述按本发明的方法不仅可以用于在真正的测量之前确定测量头的定位而且可以用于在测量过程中控制和跟踪所述定位。
在确定测量之前的定位时，测量头在汽车没有停放在测量场地上的情况下相对于彼此如此定向，使得所述用于结构化的灯光的照明装置将结构图投影到相应对置的测量头的参考表面上。结构化的灯光的使用在此起支持作用。因为所投影的结构图能够直接在其它的测量头上看见并且由此支持所述定向，所以测量头的位置参数可以借助于所述按本发明的方法来确定。
在测量过程中对测量头的定位进行控制和跟踪这种方法尤其用在灵活的轴测量系统中，在所述灵活的轴测量系统中测量头是移动的并且在测量过程中可以运动，用于比如能够检测具有不同的轮距的汽车。在此，通过所述按本发明的方法可以在测量头上识别运动或移动并且跟踪可能性。
如果如此安置所述照明装置和参考表面，从而可以在汽车下方或上方进行相互观察，那么所述按本发明的方法不仅可以用在空的测量场地上而且也可以用在具有布置在其中的汽车的测量场地上。
在一种简单的变型方案中，所述按本发明的底盘测量系统以及所述按本发明的用于确定位置参数的方法相应地包含一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头。
在一种具有四个分别对置于汽车的车轮布置的测量头的实施方式中，对于至少一对彼此沿汽车纵向方向对置的测量头来说同样可以通过结构图的产生以及借助于测量摄像机对结构图的检测并且通过所拍摄的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定位置参数。由此可以在两对彼此沿汽车横向方向对置的测量头之间建立纵向连接。如果在汽车两侧存在着这样的纵向连接，那么即使汽车停放在测量场地上也可以在每个时刻识别出位置变化并且也可以对位置变化进行跟踪。
附图说明
下面借助于实施例参照附图对本发明进行详细解释。
图1是按第一实施例的在测量场地上的无接触的第一底盘测量系统的示意图；
图2是按第二实施例的在测量场地上的无接触的第二底盘测量系统的示意图；
图3是所述无接触的第二底盘测量系统的前面的测量头的从前面看的示意图；
图4是所述无接触的第二底盘测量系统的前面的测量头的从前面看的示意图以及所配属的坐标系的示意图；
图5是所述无接触的第二底盘测量系统的右前方的测量头的示意图；并且
图6是借助于其分图(a)、(b)和(c)示出的三幅示范性的结构图，所述结构图通过所述无接触的第二底盘测量系统的照明单元在相应对置的参考表面上产生。
具体实施方式
图1示出了处于测量场地上的无接触的第一底盘测量系统2的示意图。
在测量场地上示意地示出了汽车的四个车轮。在左前轮旁边布置了第一测量头4，在右前轮旁边布置了第二测量头10，在左后轮旁边布置了第三测量头16并且在右后轮旁边布置了第四测量头22。所述测量头4、10、16和22分别拥有指向直接对置的车轮的测量摄像机6、12、18、24并且拥有分别配属的在图1中示范性地布置在测量摄像机6、12、18和24的悬臂架上的照明单元8、14、20和26。所述照明单元8、14、20和26也可以集成在测量头中，并且它们在运行中产生结构化的灯光，所述灯光不仅用于测量轮辋或者安置在轮辋上的测量目标而且用于使测量头彼此参照(Referenzierung)。所述参照在此是指用于确定测量头4、10、16和22彼此间的位置参数也就是定向和间距的过程。此外，所述测量头4、10、16和22拥有在图1中看不出的参考表面，在所述参考表面上可以由相应对置的照明单元8、14、20和26描绘出结构图。在此所述参照的前提是，在彼此沿汽车横向方向对置的测量头4与10以及16与22之间存在着视觉连接，也就是说在测量场地上没有布置汽车或者汽车没有妨碍视觉连接。
所述测量头4、10、16和22在图1中示范性地通过连接线与数据处理单元28相连接。这种连接当然也可以构造为无线的连接。对于所述第一底盘测量系统2来说获得这样的优点，即可以使所述测量头4、10以及16和22彼此参照，并且为此可以动用为测量本来就存在的照明单元8、14、20和26，而不必为此在测量场地上设置单独的标记或者控制点本体。由此可以节省成本。
图2示出了处于测量场地上的无接触的第二底盘测量系统30的示意图，在该测量场地上没有布置汽车并且就这一点而言在沿汽车横向方向对置的测量头32与52以及72与92之间存在不受妨碍的视觉连接。
测量头32、52、72和92具有长方体状的基本形状，该基本形状具有竖直的延伸。测量头32、52、72和92分别包括上面的立体测量摄像机34、54、74和94、下面的立体测量摄像机36、56、76和96、在图2中星状示出的布置在测量头的两台摄像机之间的横向照明单元38、58、78和98以及布置在测量头的两台摄像机之间的横向参考表面40、60、80和100。这些元件指向相同的方向也就是指向汽车横向方向并且指向相应对置的测量头。
前面的测量头32和52在其指向后的一侧上相应地具有星状示出的纵向照明单元42和62以及大致布置在所述前面的测量头32和52的后侧的中间高度的纵向参考表面44和64。此外，所述前面的测量头32和52拥有在图2中未示出的指向后的基准摄像机。
所述后面的测量头72和92在其指向前的一侧上大致在中间的高度具有相应指向前的纵向照明单元82和102以及纵向参考表面84和104。
此外，在图2中示出了光平面(Lichtebenen)形式的结构化的灯光，所述光平面由左前方的测量头32的横向照明单元38、左前方的测量头32的纵向照明单元42、左后方的测量头72的横向照明单元78以及右后方的测量头92的纵向照明单元102产生。这些结构化的灯光照射到所属的参考表面60、84、100和64上并且在那里分别形成下面还要参照图6来解释的结构图。
图3示出了所述前面的测量头32和52从前面看的示意图。
在此所述下面的立体测量摄像机36和56稍许向上倾斜地示出并且所述上面的立体摄像机34和54稍许向下倾斜地示出。所述横向照明单元38和58星状地示出、构造为激光照明单元并且大致布置在上面的与下面的测量摄像机之间的中间。在图3的实施例中单独示出了横向参考表面40和60，这些横向参考表面40和60布置在横向照明单元38、58与上面的立体摄像机34和54之间并且竖直定向。借助于d来示出左前方的测量头32与有待测量的汽车的车轮/轮辋或者说安置在车轮/轮辋上的目标之间的标准间距。由此，借助于通过线条示出的相应地由横向照明单元38和58辐射的结构化的灯光不仅可以照亮有待测量的轮辋或者安置在轮辋上的有待测量的目标，而且可以示出相应对置的测量头32和52的横向参考表面40、60上的结构图。
此外，在图3中用X1表示右前方的测量头52的局部的坐标系并且用X2表示左前方的测量头32的局部的坐标系。
图4示出了前面的测量头32和52以及所配属的坐标系的示意图。
在图4中，上面的立体摄像机34、54设有环状布置的测量发光二极管并且下面的立体摄像机36、56设有环状布置的下面的测量发光二极管48、68。这些测量发光二极管46、66；48、68可以额外地或者替代横向照明单元38和58来设置。所述横向参考表面40和60在图4中未单独示出。对于按图4的前面的测量头32和52来说，所述横向参考表面由所述上面的立体测量摄像机34、54与下面的立体摄像机36、56之间的竖直的表面构成。
此外示出了所述右前方的测量头52的局部的坐标系X1、左前方的测量头32的局部的坐标系X2和全局坐标系Xglobal。借助于按本发明的参照将局部的坐标系X1和X2转换为全局坐标系Xglobal。
图5示出了右前方的测量头52的示意图。
在所述右前方的测量头52的这种实施方式中，所述横向参考表面60布置在横向照明单元58的下方。此外，示出了横向参考表面60的局部的坐标系XF、用于产生结构化的灯光58的横向照明单元的局部的坐标系XS和右前方的测量头52的局部的坐标系XM。所述横向参考表面60相对于测量头52得到校准。
所述前面的测量头52的这个参考系对于测量头52的参照来说是必要的。
在测量头52投入使用之前，必须在校准过程中用已知的方法来确定横向照明单元58、横向参考表面60以及测量头52本身的定位。通过校准来确定不同的局部的坐标系XF、XS和XM之间的相对定位。在校准之后，得到横向参考表面60的局部的坐标系XF与测量头52的坐标系XM之间的定位XM_F以及所述用于结构化的灯光58的横向照明单元的局部的坐标系XS与测量头52的坐标系XM之间的定位XM_S。将这些定位加以保存并且这些定位对于接下来的测量来说被视为是恒定的。
图6借助于其分图(a)、(b)和(c)示出了三幅示范性的如通过照明单元38、58、68、98、42、62、82、102在对置的参考表面40、60、80、100、44、64、84、104上产生的并且被相应所配属的摄像机34、54、74、94、36、56、76、96以及被未示出的纵向基准摄像机所检测到的结构图106、108和110。
在结构图106、108和110中，借助于圆圈示出了由相应对置的摄像机观察到的视野。结构图106示出了矩阵-点-布置，结构图108示出了格栅线条-布置并且结构图110示出了格栅-分线条布置。
下面示范性地参照图2和3对所述按本发明的底盘测量系统和所述按本发明的用于确定底盘测量系统的测量头的位置参数的方法的工作原理进行说明。
在一种简单的实施方式中足够的是，所述底盘测量系统包括一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头32和52。通过横向照明单元38产生结构化的灯光并且相应地在对置的横向参考表面60上产生在图7中示出的结构图。该结构图被所述第一测量头32的两台摄像机34和36中的至少一台拍摄下来。通过所述横向照明单元38与摄像机34或36或者说摄像机34和36之间的经过校准的并且由此已知的定位XM_S可以按所述第二测量头52的横向参考表面60上所投影的图案的特征来确定测量头32的坐标系中的3D点、3D线条或者分线条。然后从在测量头32中所测量的信息中可以确定所述右前方的测量头52的横向参考表面60在左前方的测量头32的坐标系中的定位XFA。随后从定位XFA和所述测量头与参考表面之间的在右前方的测量头52中经过校准的定位中可以确定所述测量头32与52之间的所寻求的定位XAB。用于确定相互的定位的最低前提条件是，由一个测量头来实施所说明的方法，如这里已经为左前方的测量头32所说明的那样。
因为所述对置的测量头52包括相同的系统组件，所以可以通过用对置的测量头52进行的测量来提高精度或者说控制结果。对于两个前面的测量头32和52来说，这意味着，测量也可以由右前方的测量头52来执行。
如果要确定四个测量头之间的位置参数，那就必须在至少两个测量头中集成另外的摄像机以及另外的照明单元，从而也可以沿汽车纵向方向进行观察。在第二底盘测量系统30中示范性地示出了这一点。该第二底盘测量系统30在左前方的测量头32中并且在右后方的测量头92中各包括在图2中未示出的纵向基准摄像机和纵向照明单元42和102，并且在相应对置的测量头中也就是说在左后方的测量头72和右前方的测量头52中各包括纵向参考表面84和64。然后，所述左前方的测量头32与左后方的测量头72之间以及所述右后方的测量头72与右前方的测量头52之间的相互定位及位置参数的确定可以类似于上面所说明的方法来进行。在一种作为替代方案的实施方式中，也可以用其它方式来检查纵向连接。
如果在每个测量头中集成了额外的组件，那么可以通过额外的相互的观察来提高精度并且控制结果。

Claims (10)

1.底盘测量系统，包括：
至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)，其中，每个测量头具有：用于产生结构化的灯光的照明装置(38、58、78、98)、与所述照明装置(38、58、78、98)指向相同方向的参考表面(40、60、80、100)以及至少一台与所述照明装置(38、58、78、98)指向相同方向的测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)，其中构成所述照明装置(38、58、78、98)，使得其在沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)上产生结构图，在所述参考表面(40、60、80、100)上能够描绘通过所述沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)的照明装置(38、58；78、98)产生的结构图，并且构成所述测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)，使得其为确定所述测量头(32、52、72、92)的位置参数而检测所述对置的测量头(32、52；72、92)的参考表面(40、60；80、100)上的结构图；
与所述测量头(32、52、72、92)相连接的数据处理单元，构成该数据处理单元，使得其从测量头(32、52、72、92)的参考表面(40、60、80、100)上的所产生的通过对置的测量头(32、52；72、92)的照明装置(38、58、78、98)产生的并且被所述对置的测量头(32、52；72、92)的测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)检测到的结构图与所保存的基准图之间的比较来求得所述测量头(32、52、72、92)彼此间的位置参数。
2.按权利要求1所述的底盘测量系统，
其中，在所述测量头上设置了两台指向相同方向的测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)。
3.按权利要求2所述的底盘测量系统，
其中，在所述测量头上，所述参考表面(40、60、80、100)布置在所述两台测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)之间。
4.按权利要求1到3中任一项所述的底盘测量系统，
其中，在所述测量头上，所述照明装置(38、58、78、98)布置在所述两台测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)之间。
5.按权利要求1到3中任一项所述的底盘测量系统，
其中，在所述测量头上，所述照明装置(8、14、20、26)布置在安置在所述测量头(32、52、72、92)上的悬臂架上。
6.按权利要求1到3中任一项所述的底盘测量系统，
具有两对彼此沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)，所述测量头此外包括指向汽车纵向方向的额外的参考表面(44、64、84、104)，在所述额外的参考表面(44、64、84、104)上能够描绘通过沿汽车纵向方向对置的测量头(32、52；72、92)的照明装置(42、62、82、102)产生的结构图，
其中构成所述数据处理单元，从而为每对彼此沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)将指向汽车横向方向的参考表面(40、60、80、100)上的至少一幅结构图与所保存的基准图进行比较，并且额外地将指向汽车纵向方向的参考表面(44、64、84、104)上的至少一幅结构图与所保存的基准图进行比较。
7.按权利要求6所述的底盘测量系统，
其中，所述测量头此外包括：
指向汽车纵向方向的用于产生结构化的灯光的额外的照明装置(42、62、82、102)，构成所述额外的照明装置(42、62、82、102)，使得其在沿汽车纵向方向对置的测量头(32、52；72、92)上产生结构图，以及
至少一台和所述照明装置(42、62、82、102)指向相同方向的测量摄像机(34、36；54、56；74、76；94、96)，构成所述测量摄像机，使得其为确定所述测量头(32、52、72、92)的位置参数而检测所述沿汽车纵向方向对置的测量头(32、52、72、92)的参考表面(44、64、84、104)上的结构图。
8.用于确定按权利要求1到7中任一项所述的底盘测量系统的测量头的位置参数的方法，其中，提供至少一对彼此沿汽车横向方向对置的测量头(32、52；72、92)，并且其中，为每对第一和第二测量头(32、52；72、92)实施以下步骤：
通过第一测量头(32；72)的照明装置(38；78)在第二测量头(52；92)的参考表面(60；100)上产生结构图；
通过所述第一测量头(32；72)的测量摄像机(34、36；74、76)来检测所述结构图；
通过所产生的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定所述第二测量头(52；92)的参考表面(60；100)在所述第一测量头(32；72)的局部的坐标系中的位置参数；并且确定所述测量头(32、52；72、92)彼此间的位置参数。
9.按权利要求8所述的方法，
其中，为每对第一和第二测量头(32、52；72、92)实施以下步骤：
通过所述第二测量头(52；92)的照明装置(58；98)在所述第一测量头(32；72)的参考表面(40、80)上产生结构图；
通过所述第二测量头(52；92)的测量摄像机(54、56；94、96)来检测所述结构图；
通过所产生的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定所述第一测量头(32；72)的参考表面(40；80)在第二测量头(52；92)的局部的坐标系中的位置参数；并且确定所述测量头(32、52；72、92)彼此间的位置参数。
10.按权利要求8或9所述的方法，
其中，为至少一对彼此沿汽车纵向方向对置的测量头(32、72；52、92)实施以下步骤：
在沿汽车纵向方向对置的测量头(32、72；52、92)的参考表面(44、84；64、104)上产生结构图并且检测所述结构图；
通过所产生的结构图与所保存的基准图之间的比较来确定所述沿汽车纵向方向对置的测量头(32、72；52、92)的参考表面(44、84；64、104)在局部的测量头坐标系中的位置参数；并且
确定所述彼此沿汽车纵向方向对置的测量头(32、72；52、92)彼此间的位置参数。
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