專利名稱：底盤測量系統以及確定底盤測量系統的測量頭的位置參量的方法
技術領域：
本發明涉及具有至少一對在汽車橫向上相互對置的測量頭的底盤測量系統以及 一種用于確定底盤測量系統的測量頭的位置參量的方法。
背景技術：
在光學的無接觸式底盤測量時，例如在測量汽車上的前束和外傾時使用具有測量 照相機的測量頭，它們分別檢測汽車的車輪或安置在其上的目標。由測量值可以計算車輪 軸、旋轉軸線、車輪中心或旋轉中心的位置，并且由此可以確定汽車前束和外傾的值。無接觸式底盤測量系統的基本前提是，已知測量頭相互間的幾何位置參量，尤其 是其距離和其取向，并且將所有測量頭的測量值呈現在共同的坐標系或參考系里面或者變 換到這種共同的坐標系中。由DE3618480中已知，由測量頭測量檢測點物體上的點。由在 單個測量頭的局部參考系中測量檢測點和已知的檢測點坐標，能夠對于每個測量頭將其局 部坐標系變換到共同的全局坐標系。這種方法必須設置檢測點物體，這帶來附加的費用和 附加的成本。
發明內容
因此本發明的目的是，提供底盤測量系統以及一種用于確定底盤測量系統的測量 頭的位置參量的方法，其中可以方便、快速且成本有利地確定測量頭的位置參量。這個目的通過權利要求1所述的底盤測量系統和權利要求6所述的用于確定底盤 測量系統的測量頭的位置參量的方法完全得以實現。有利的改進方案由從屬權利要求給
出ο按照本發明底盤測量的概念指的是用于軸測量和其它應用例如動態的沖擊緩沖 器檢驗。測量照相機按照本發明指的是所有光學的檢測設備，它們用于無接觸地底盤測量， 尤其是攝像機和視頻傳感器。按照本發明的基本思想可以通過簡單的方式確定測量頭的幾何位置參量并由此 使由測量頭獲得的測量數據在共同的坐標系中表示，無需在測量位置上或在測量頭或者甚 至在檢測點物體上的附加標記。按照本發明可以節省這些對于這種附加的標記或檢測點物 體的成本，它們對于按照現有技術的方法是必需的。通過按照本發明確定測量頭位置參量 能夠隨時以簡單的時間實現幾何位置參量的監控和可能所需的重建。如果確定測量頭的定 位、尤其是其距離和取向偏離預定的理論值，則一方面可以使測量頭適合地移動或旋轉，由 此使實際的位置參量與預定的位置參量達到一致，另一方面可以在計算局部坐標系變換到 全局坐標系時一起考慮變化的位置參量，由此純計算地實現位置參量的跟蹤和共同全局坐 標系重建。按照本發明的方法不僅可以用于確定測量頭在實際的測量前的定向，而且可以用 于監控和用于跟蹤在測量期間的定向。
在測量前確定定向時首先將測量頭(無需將汽車放置在測量場地)這樣相互對 準，使照明裝置位于相應對置的測量頭的測量照相機的視野里面。然后可以利用按照本發 明的方法準確地確定測量頭的位置參量。在測量期間尤其在柔性的軸測量系統中使用測量頭定向的監控和跟蹤，在此測量 頭是可移動的并且可以在測量期間運動，例如可以檢測具有不同車輪狀態的汽車。在此通 過按照本發明的方法可以識別測量頭上的運動或移位并且按照可能性跟蹤。如果這樣安置照明裝置和測量照相機，使得能夠在汽車下面或上面進行相互觀 察，則按照本發明的方法不僅可以在空的測量場地使用，而且可以在放置汽車的測量場地 使用。在簡單變型中，按照本發明的底盤測量系統以及按照本發明的用于確定位置參量 的方法分別含有一對在汽車橫向上相互對置的測量頭。在具有測量頭(它們分別設置在汽車的對置車輪上)的實施例中，對于至少一對 在汽車縱向上相互對置的測量頭還建立縱向連接，例如在一對在汽車縱向上相互對置的測 量頭之間。如果在兩個汽車側面上存在這種縱向連接，則當汽車放置在車輪場地上時，可以 隨時識別并跟蹤位置變化。本發明指出，如圖2所示，使測量照相機或視頻傳感器配有LED照明系統。在測量 過程期間利用在測量頭的測量照相機或圖像傳感器上產生的相應對置的測量頭的照明裝 置的立體圖像，用于監控并可能跟蹤共同的定向。所述照明裝置可以實現脈沖式閃光，因此只在非常短的時間間隔期間可以看到照 明。為了可以使閃光在對置的測量頭的圖像傳感器上產生圖像，必須使所有在測量系統上 參與的照明裝置和圖像傳感器或測量照相機相互同步。所述照明裝置也可以備選地持續光實現，由此在整個測量期間存在連續的照明。 在這里無需照明裝置和測量照相機在測量頭中的同步。對此備選地使照明裝置是脈沖式閃光，它能夠轉換到持續光模式。這樣構成照明 裝置，使得可以在脈沖式閃光模式與持續光模式之間交替。例如為了控制測量頭的共同定 向可以轉換到持續光模式，用于避免費事地所有系統部件的同步。根據測量照相機的解析度和由照明裝置在確定時間間隔期間發出的光量可以設 想下面的方案。所述照明裝置的所有元件形成要被觀察的特征。如果照相機的解析度太低，或者 由照明裝置發出的光量太大，則可以不再使照明裝置的單個元件、例如單個LED相互分開， 并且將照明裝置的所有單個元件的集合視為唯一特征。所述照明裝置的單個元件形成要被觀察的特征。如果照相機的解析度足夠并且由 照明裝置發出的光量不是太大，則能夠相互分開地識別照明裝置的單個元件。因此每個元 件是獨立的特征。如果照相機的解析度不夠或者發出的光量太大，則同樣可以設想，使照明 裝置的單個元件順序發光，由此盡管上述的限制也可以測量它們。
下面借助于附圖中的實施例詳細解釋本發明。附圖中圖1從前面示出無接觸式底盤測量系統的前面的測量頭的示意圖，
圖2示出從前右測量頭的視線看去的前左測量頭的示意圖，圖3示出圖1中兩個相互對置的測量頭的俯視圖，其中對于第二測量頭示出兩個 位置，圖4示出圖1中兩個相互對置的測量頭的示意圖，其中示出第二測量頭的兩個位 置，并示出從屬的、由上面的立體測量照相機拍攝的第二測量頭的照明裝置的從屬立體圖像。
具體實施例方式圖1從前面示出無接觸式底盤測量系統的前面的測量頭2和12的示意圖。在按照本發明的無接觸式底盤測量中通常在測量場地上分別對汽車的一個車輪 對置地設置四個測量頭。在圖1中從前面示出兩個前面的測量頭2和12。在此下面的立體測量照相機8和18略微向上傾斜，上面的立體測量照相機4和14 略微向下傾斜。立體測量照相機4、8、14和18分別由環形的LED系統6、10、16和20包圍。 這些環形的LED系統6、10、16和20不僅用于照明要被測量的輪圈或安置在輪圈上的、要被 測量的目標，而且作為用于相應對置的立體測量照相機4、8、14和18用于使測量頭2和12 相互定基準(Referenzierung)的目標對象。由環形LED系統6、10、16和20構成的照明裝 置只是示例性的。照明裝置也可以由LED環形閃光燈或以激光源的形式構成。在此用于確定測量頭2和12相互間的位置參量、即取向和距離的過程稱為定基 準。在此定基準的前提是，在汽車橫向上相互對置的測量頭2與12之間存在可見連接，即 沒有汽車設置在測量場地上或者汽車不妨礙可見連接。測量頭4、10、16和22或者無導線或者通過連接導線與在圖1中未示出的數據處
理單元連接。在按照本發明的底盤測量系統中的優點是，可以實現測量頭2和12相互間的定基 準，為此可以追溯到對于測量本來就存在的、以環形LED系統6、10、16和20形式構成的照 明裝置，而不必為此在測量場地設有獨立的標記或檢測點物體。由此可以節省費用。此外在圖1中以X1表示前左測量頭2的局部坐標系，以X2表示前右測量頭12的 局部坐標系并以xgl。bal表示全局坐標系。利用按照本發明的定基準，將局部坐標系X1和X2 變換到全局坐標系xgl。bal。圖2示出從前右測量頭12的視線看去的前左測量頭2的示意圖.在此可以看到環形LED系統6和10，它們圍繞上面的立體測量照相機4和下面的 立體測量照相機8設置。在本實施例中各18個LED的四個LED同心圓圍繞測量照相機4 和8設置并且形成照明裝置。在立體測量照相機4、8、14、18與相應照明裝置6、10、16和20傾斜布置時相應下 面的立體測量照相機8和18觀察相應對置的LED系統16和6，上面的測量照相機4和14 觀察相應對置的LED系統20和10。圖3示出兩個相互對置的測量頭2和12的俯視圖，其中對于第二測量頭12示出 兩個位置。為了簡化分別示出在測量照相機4和14旁左側和右側的LED系統6和16，并且假 設，上面的測量照相機4和14分別在其視野中看到對置的LED系統16和6。
在圖3中在右側的測量頭12里面示出第一位置和虛線示出的、與第一位置相比移 位的第二位置。第一局部坐標系統X1也可以稱為[R1 ；T1]并因此稱為第一測量頭2相對于 球參考系Xgl。bal的初始定向。在第二測量頭12的第一位置，其局部坐標系X2表示第二測量 頭12相對于全局參考系[R2 ；T2]的初始定向。在此R表示旋轉矩陣、尤其是3x3的旋轉矩 陣，用于描述旋轉，T表示平移矢量，用于描述坐標系之間的平移。通過彎曲的和虛線表示的箭頭，示出了第二測量頭12從初始的位置到變化位置 的位置移位[RX;TX]。通過兩個實線表示的箭頭(它們從第一測量照相機4開始并碰到第 二測量頭12的LED系統16的兩個示例選擇的LED上)表示通過第一測量照相機4初始觀 察的LED照明系統16。通過兩個虛線表示的箭頭(它們從第一測量照相機4開始并碰到移 位位置中的第二測量頭12的虛線表示的LED上)表示觀察在移位位置中的第二測量頭12 的LED系統16。圖4示出兩個相互對置的測量頭2和12的示意圖，其中示出第二測量頭12的兩 個位置，并示出從屬的、由上面的立體測量照相機4拍攝的第二測量頭12的照明裝置16和 20的從屬立體圖像.在圖4中位置固定地示出第一測量頭2，并且示出第二測量頭12的第一位置和以 虛線表示的、相對于第一位置變化的位置。在此圍繞上面的立體測量照相機14旋轉地示出 相對于第一位置的變化位置。因此從第一到第二位置沒有產生第一測量照相機14和上面 的LED系統16的移位，但是下面的測量照相機18和下面的LED系統20移位。在兩個測量頭2與12之間的一半距離上示出照明裝置16和18的立體圖像，如同 由第一測量頭2的上面的測量照相機4拍攝的那樣。在此上面較黑的環和下面較黑的環表 示LED系統16和18在第二測量頭12的第一位置中的圖像。上面較黑的環和中間略微明 亮的環表示LED系統16和18在第二測量頭12的第二位置中的圖像。下面簡述按照本發明的用于確定測量頭2和12的位置參量的方法。如果測量頭分別只具有唯一的照相機，則使用在測量照相機上可見的對置的照明 裝置的2D特征作為觀察。在時間上跟隨特征的位置。如果在一個時刻實際的位置太明顯 地偏離一個過去的時間段的位置，則可以由底盤測量系統的數據處理單元例如輸出警示， 即測量頭相互間的定向已經相互變化。對于在圖1至4中所示的實施例，其中測量頭2和12分別具有兩個測量照相機4 和8或14和18，則由在測量照相機4、8和14、18上可見的對置的照明裝置16,20和6、10 的2D特征能夠分別計算3D位置。在此測量頭2和12的兩個測量照相機4、8和14、18相 互間相對校準。為了監控和跟蹤位置參量，尤其是測量頭2和12相互間的距離和取向可以利用下 面示例給出的算法。1.初始化1. 1確定D3位置，結果測量頭2和12確定相應對置的照明裝置6、10和16、20在 其各自的局部坐標系中的3D位置。1. 2將測得的點變換到全局坐標系1. 2. 1第一測量頭2的照明裝置6、10在第二測量頭12的坐標系X2中的3D位置 ρ
rLEDl—2°
1. 2. 2第二測量頭12的照明裝置16、20在第一測量頭2的坐標系X1中的3D位置 ρ
rLED2—1 °在此要強調，所述照明裝置6、10和16、20與測量頭2、12固定連接并且其相對于 測量頭2、12的位置在測量頭運動時不變化。2.監控2. 1對于每個拍攝時刻測量頭2、12確定相應對置的測量頭12、2的可見的照明裝 置16、20和6、10在其局部坐標系中的3D位置。接著將測得的位置變換到全局坐標系里面。2. 2將實際測得的位置與在步驟1. 2中確定的照明裝置6、10和16、20的初始位置 進行比較。2. 2. 1如果沒有位置變化，則以步驟2. 1繼續進行，2. 2. 2如果已經產生相對于先前時刻的位置變化，如圖在圖3和4中示出的那樣， 以步驟3繼續進行。3.跟蹤3. 1按照步驟2. 1確定照明裝置6、10和16、20在全局坐標系中的位置。3. 2在步驟3. 1中確定的照明裝置6、10和16、20的位置與在步驟1. 2中確定的初 始位置相比，移位了由位置變化引起的定向[RX;TX]。因此為了跟蹤可以由步驟1.2和步驟 3. 1的點云之間的坐標變換來確定定向[Rx ；Tx]。如果測量頭具有多于兩個的照明裝置，可以利用上面基于各包括兩個照相機的測 量頭描述的相同的算法。在此通過改進的照明裝置空間分布能夠改善控制和跟蹤的精度。 通過照明裝置的適合的空間配置也可以使用上述的具有唯一照相機的方法。按照本發明的用于確定底盤測量系統的測量頭的位置參量的方法除了適用于軸 測量以外，也適用于其它的在底盤測量中的應用，例如適用于動態的沖擊緩沖器檢驗。按照 本發明的方法也可以稱為用于在以視頻為基礎的軸測量系中監控測量頭的位置的方法。
權利要求
底盤測量系統，其包括至少一對第一和第二測量頭(2，21)，它們在汽車橫向上相互對置，其中每個測量頭(2，21)具有至少一個測量照相機(4，8；14，18)和至少一個與測量照相機(4，8；14，18)指向相同方向的照明裝置(6，10；16，20)；還包括與測量頭(2，12)連接的數據處理單元，它構造成由第一測量頭(2)的測量照相機(4，8)拍攝的第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)的圖像與存儲的基準圖像進行的比較，求得測量頭(2，12)相互間的位置參量。
2.如權利要求1所述的底盤測量系統，其中所述照明裝置(6，10;16，20)構造成環形 地圍繞測量照相機。
3.如權利要求1或2所述的底盤測量系統，其中所述照明裝置(6，10;16，20)構造成 產生脈沖式閃光或持續光。
4.如權利要求1至3中任一項所述的底盤測量系統，其中每個測量頭(2，12)具有兩個 在相同方向上取向的測量照相機(4,8 ；14，18)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的底盤測量系統，其中設有至少一對用于前車輪的 第一和第二測量頭(2，12)和至少一對用于后車輪的第一和第二測量頭，其中這樣構造數 據處理單元，即對于每對在汽車橫向上相互對置的測量頭(2，12)，由第一測量頭(2)的測 量照相機(4，8)拍攝的第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)的圖像與存儲的基準圖像進 行的比較，求得測量頭(2，12)相互間的位置參量。
6.一種用于確定如權利要求1至5中任一項所述的底盤測量系統的測量頭(2，12)的 位置參量的方法，其中提供至少一對在汽車橫向上相互對置的測量頭(2，12)，并且其中對 于每對第一和第二測量頭(2，12)執行下面的步驟運行第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)并且通過第一測量頭(2)的測量照相機(4， 8)拍攝所述第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)的圖像；通過將拍攝的圖像與存儲的基準圖像進行比較，確定第二測量頭(12)的照明裝置 (16,20)在第一測量頭(22)的局部坐標系中的位置參量；將第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)的位置參量變換到全局坐標系里面。
7.如權利要求6所述的方法，其中對于每對第一和第二測量頭(2，12)執行下面的步驟運行第一測量頭(2)的照明裝置(6，10)并且通過第二測量頭(12)的測量照相機(14， 18)拍攝所述第一測量頭(2)的照明裝置(6，10)的圖像；通過將拍攝的圖像與存儲的基準圖像進行比較，確定第一測量頭(2)的照明裝置(6， 10)在第二測量頭(12)的局部坐標系中的位置參量；將第一測量頭(2)的照明裝置(6，10)的位置參量變換到全局坐標系里面。
8.如權利要求6或7所述的方法，還包括下面的步驟重新執行如權利要求6或7所述的方法步驟；檢驗位置參量是否已經變化；借助于從在全局坐標系中先前確定的位置參量到在全局坐標系中的實際的位置參量 的坐標變換來跟蹤位置參量。
9.如權利要求6至8中任一項所述的方法，其中在照明裝置(6，10;16，20)的圖像中 把所述照明裝置視為共同的特征并且與基準圖像進行比較。
10.如權利要求6至8中任一項所述的方法，其中在照明裝置(6，10；16, 20)的圖像中， 照明裝置(6，10;16，20)的單個元件視為獨立的特征，并且與相應的基準圖像進行比較。
11.如權利要求6至10中任一項所述的方法，其中在拍攝圖像時，所述照明裝置(6， 10 ；16,20)以脈沖式閃光運行，并且使測量照相機(4,8 ；14,18)與照明裝置(6,10 ；16,20)同步。
全文摘要
按照本發明的底盤測量系統，其包括至少一對第一和第二測量頭(2，21)，它們在汽車橫向上相互對置，其中每個測量頭(2，21)具有至少一個測量照相機(4，8；14，18)和至少一個與測量照相機(4，8；14，18)指向相同方向的照明裝置(6，10；16，20)；還包括與測量頭(2，12)連接的數據處理單元，它構造成由第一測量頭(2)的測量照相機(4，8)拍攝的第二測量頭(12)的照明裝置(16，20)的圖像與存儲的基準圖像進行的比較，求得測量頭(2，12)相互間的位置參量。
文檔編號G01B11/275GK101981407SQ200980110453
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月2日 優先權日2008年3月26日
發明者D·穆爾, G·諾比斯, S·阿布拉漢, V·尤芬坎普 申請人:羅伯特.博世有限公司