Titel

Verfahren zum Kalibrieren eines Messwertaufnehmers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messwertaufnehmers, insbesondere ein Verfahren zum Kalibrieren eines Messwertaufnehmers mit zwei Kamerasystemen.

Stand der Technik

Zur Fahrzeug- und insbesondere zur Achsvermessung sind Messwertaufnehmer bekannt, die zwei Kamerasysteme aufweisen. Um Messfehler, insbesondere Fehler bei der Bestimmung des Sturzes, zu vermeiden, sind die Kamerasysteme derartiger Messwertaufnehmer vor der Fahrzeug- bzw. Achsvermessung zu kalibrieren.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren zum Kalibrieren eines Messwertaufnehmers mit zwei Kamerasystemen bereit zu stellen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren eines Messwertaufnehmers mit wenigstens zwei Kamerasystemen, wobei jedes der Kamerasysteme in eine jeweilige Messrichtung ausgerichtet ist, umfasst die Schritte:

Ausrichten des Messwertaufnehmers derart, dass sich jeweils wenigstens zwei Targets im Blickfeld jedes der Kamerasysteme befinden, wobei durch die je zwei

Targets jeweils eine Gerade definiert ist;

Aufnehmen von Bildern der Targets mit den beiden Kamerasystemen;

Bestimmen der Positionen der aufgenommenen Targets; Bestimmen der räumlichen Ausrichtungen der beiden durch die Targets definierten Geraden; und

Bestimmen der Differenz zwischen den Messrichtungen der beiden Kamerasys- teme aus der Differenz der räumlichen Ausrichtung der beiden Geraden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Kalibrieren eines Messwertaufnehmers mit wenigstens zwei Kamerasystemen mit hoher Genauigkeit. Dabei werden nur einfache und kos- tengünstige Hilfsmittel, wie z.B. kostengünstige Spurlineale, benötigt.

In einer Ausführungsform sind wenigstens vier Targets entlang einer gemeinsamen Geraden auf einem einzigen Spurlineal angeordnet. Das Spurlineal wird im ersten Schritt des Verfahrens derart ausgerichtet, dass sich je zwei der vier Tar- gets im Blickfeld jeweils eines der Kamerasysteme befinden. Mit einem solchen

Spurlineal mit vier Targets ist das Kalibrieren besonders einfach und kostengünstig durchführbar.

In einer Ausführungsform sind die beiden Geraden, welche jeweils zwei Targets miteinander verbinden, nicht parallel zueinander ausgerichtet. Beispielsweise können zwei Spurlineale verwendet werden, die nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Abweichung der beiden durch die Spurlineale definierten Geraden von der Parallelität ist vor der Durchführung des Kalibrierungsverfahrens bekannt und wird beim Bestimmen der Differenz zwischen den Messrichtungen der beiden Kamerasysteme berücksichtigt. Zwei kürzere Spurlineale mit je zwei Targets sind einfacher zu handhaben als ein langes Spurlineal, auf dem alle vier Targets aufgebracht sind. Da die Abweichung der beiden Geraden von der Parallelität bekannt ist, kann diese Abweichung beim Kalibrieren berücksichtigt werden. Das Kalibrieren ist mit diesem Verfahren auch mit kurzen Spurlinealen mit hoher Genauigkeit durchführbar.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Abweichung der beiden Geraden von der Parallelität vor dem Kalibrieren nicht bekannt. Die Abweichung wird bestimmt, indem der Messwertaufnehmer in einem ersten Schritt derart ausgerich- tet wird, dass sich alle vier Targets im Blickfeld eines der wenigstens zwei Kamerasysteme befinden. Durch jeweils zwei der vier Targets ist jeweils eine Gerade definiert. In einem ersten Schritt werden Bilder der Targets mit dem einen Käme- rasystem aufgenommen und die Positionen der Targets werden bestimmt. Da in diesem Fall beide Geraden mit demselben Kamerasystem aufgenommen worden sind, kann die Differenz der räumlichen Ausrichtungen der Geraden aus den aufgenommenen Positionen der Targets bestimmt werden.

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Sobald die Differenz der räumlichen Ausrichtungen der beiden Geraden bekannt ist, wird der Messwertaufnehmer in einem zweiten Schritt in eine Position gebracht, in der jedes der wenigstens zwei Kamerasysteme jeweils wenigstens zwei Targets, die gemeinsam eine Gerade definieren, einsehen kann. Im Foli o genden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren des Messwertaufnehmers wie zuvor beschrieben durchgeführt.

In dieser Ausführungsform des Verfahrens kann das Kalibrieren des Messwertaufnehmers auch dann mit hoher Genauigkeit unter Verwendung von zwei (rela-

15 tiv kurzen) Spurlinealen durchgeführt werden, wenn die relative räumliche Orientierung der beiden Spurlineale zueinander nicht bekannt ist. Insbesondere ist es nicht notwendig, die beiden Spurlineale zum Kalibrieren exakt parallel zueinander auszurichten und beim Kalibrieren können keine Fehler bzw. Abweichungen auftreten, die sich aus daraus ergeben, dass die Spurlineale nicht parallel zueinan-

20 der ausgerichtet sind.

In einer Ausführungsform wird die Bestimmung der relativen Orientierung der beiden Spurlineale mit einem zweiten Messwertaufnehmer und/oder einem separaten Kamerasystem, das unabhängig von dem zu kalibrierenden Messwertauf-

25 nehmer ist, durchgeführt. Dadurch können die Messungen zur Bestimmung der relativen Orientierung der beiden Spurlineale und die Messungen zum Kalibrieren des Messwertaufnehmers gleichzeitig und ohne zwischenzeitliche Bewegung des Messwertaufnehmers vorgenommen werden. Das Verfahren kann so schneller durchgeführt werden, da der Schritt des Umsetzens des Messwertaufnehmers

30 von der ersten in die zweite Position entfällt.

In einer Ausführungsform ist jedes der Targets auf dem Spurlineal als Anordnung einer Anzahl von Messpunkten ausgebildet. Jede Messpunktanordnung umfasst wenigstens drei Messpunkte, wobei die Anordnung der Messpunkte zueinander 35 und in Bezug auf eine Gerade, welche jeweils zwei Messpunktanordnungen verbindet, bekannt ist. Derartige Messpunktanordnungen ermöglichen ein genaues Kalibrieren des Messwertaufnehmers auch dann, wenn die räumliche Anordnung der Kamerasysteme zueinander nicht bekannt ist oder nur eine einzige (Mono-) Kamera verwendet wird.

In einer Ausführungsform sind die Targets auf einem Spurlineal angeordnet, welches derart ausgebildet ist, dass es auch als Sturztafel verwendbar ist. Durch die Kombination des Spurlineals mit einer Sturztafel können das Kalibrieren des Messwertaufnehmers und das folgende Kalibrieren des Messsystems, welches mehrere (kalibrierte) Messwertaufnehmer umfasst, mit einem gemeinsamen Hilfsmittel durchgeführt werden. Dadurch wird ein vollständiges Kalibrieren des Messsystems vereinfacht und die Kosten werden reduziert, da weniger Hilfsmittel zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 schematisch eine Anordnung zum Kalibrieren mit einem einzigen Spurlineal;

Figur 2 schematisch eine Anordnung zu Kalibrieren mit zwei Spurlinealen; und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Targets.

Figur 1 zeigt schematisch eine Anordnung zum Kalibrieren mit Hilfe eines einzigen Spurlineals 4 mit vier Targets 61 , 62, 63, 64 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein zu kalibrierender Messwertaufnehmer 2 hat zwei Kamerasysteme K1 , K2, die jeweils in eine zugehörige Messrichtung M1 , M2 ausgerichtet sind. Die Messrichtungen M1 , M2 der beiden Kamerasysteme K1 , K2 sind im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung aber nicht vollständig parallel zueinander ausgerichtet. Durch die Abweichung von der Parallelität tritt bei jeder Messung ein Spurfehler auf. Ziel der Erfindung ist es, diesen Spurfehler durch das im Folgenden beschriebene Kalibrierungsverfahren zu eliminieren bzw. zu minimieren. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Messwertaufnehmer 2 und das Spurlineal 4 so angeordnet, dass sich je zwei der vier Targets 61 , 62, 63, 64 im Blickfeld eines der beiden Kamerasysteme K1 , K2 des Messwertaufnehmers 2 befinden.

Da die vier Targets 61 , 62, 63, 64 auf dem gemeinsamen, geradlinigen Spurlineal 4 angeordnet sind, liegen sie auf einer durch das Spurlineal 4 definierten Geraden g. Bilder der Targets 61 , 62, 63, 64 werden von dem jeweiligen Kamerasystem K1 ,

K2 aufgenommen und aus den aufgenommenen Bildern werden die Positionen der Targets 61 , 62, 63, 64 in einem gemeinsamen Koordinatensystem ermittelt. Aus den Positionen der Targets 61 , 62, 63, 64 im gemeinsamen Koordinatensystem werden die Richtungen L1 , L2 der beiden Geraden gl , g2 bestimmt, die je- weils zwei der Targets 61 , 62, 63, 64 miteinander verbinden.

Sind die Messrichtungen M1 , M2 der beiden Kamerasysteme K1 , K2 exakt parallel zueinander ausgerichtet, sind auch die Richtungen L1 , L2 der beiden Geraden gl , g2 gleich und identisch mit der Richtung der durch das Spurlineal 4 definier- ten Geraden g.

Sind die beiden Messrichtungen M1 , M2 nicht vollständig parallel zueinander ausgerichtet, wie in der Figur 1 durch die Messrichtung M2', die um einen Winkel δ von der zur Messrichtung M1 parallelen Messrichtung M2 abweicht, gezeigt, ist die durch das zweite Kamerasystem K2 bestimmte Richtung L2' der Geraden g2, welche durch die von dem zweiten Kamerasystem K2 erfassten Targets 63, 64 definiert wird, nicht parallel zu der von dem ersten Kamerasystem K1 bestimmten Richtung L1 der Geraden gl , sondern weicht um den Winkel δ von dieser ab. Die von dem zweiten Kamerasystem K2 wahrgenommene Richtung L2' des Spurli- neals 4 und der Geraden g2 sind in der Figur 1 gestrichelt gezeigt.

Sind die Richtung L1 der Geraden gl , welche durch die von dem ersten Kamerasystem K1 erfassten Targets 61 , 62 definiert wird, und der Richtung L2', welche durch die von dem zweiten Kamerasystem K2 erfassten Targets 63, 64 definiert wird, bekannt, und ist bekannt, dass die Geraden gl und g2 im globalen Koordinatensystem parallel zueinander sind (z.B. weil sie auf dem gemeinsamen, ge- radlinigen Spurlineal 4 angeordnet sind), kann die Abweichung δ der beiden Messrichtungen M1 , M2' von der Parallelität (δ = 0) berechnet werden.

Der Abweichung δ wird im System als Korrekturwert gespeichert und bei allen folgenden Messungen berücksichtigt. Dadurch, dass die Abweichung δ berücksichtigt wird, werden Messfehler, die sich aus der Abweichung der Messrichtungen M1 , M2' von der Parallelität ergeben, bei den folgenden Messungen korrigiert. Daher können die auf das Kalibrieren folgenden Fahrwerksvermessungen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden; insbesondere wird die Genauigkeit der Messergebnisse nicht durch eine nicht vollständige Parallelität der beiden Messrichtungen M1 , M2' beeinträchtigt.

In einer in den Figuren nicht gezeigten Variante des in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Richtungen L1 , L2 der beiden Geraden gl , g2, die durch die Targets 61 , 62, 63, 64 auf dem Spurlineal 4 definiert werden, nicht parallel zueinander ausgerichtet, z.B. weil das Spurlineal 4 selbst nicht geradlinig sondern z.B. gewinkelt ausgebildet ist. Die konstante Abweichung der Richtungen L1 und L2 von der Parallelität ist zuvor, z.B. unmittelbar nach der Herstellung des Spurlineals 4, im Labor vermessen worden und wird beim Kalibrieren berücksichtigt. Auf diese Weise kann eine exakte Kalibrierung auch mit einem nicht geradlinigen Spurlineal 4 durchgeführt werden. Ein nicht geradliniges Spurlineal 4 kann so ausgebildet sein, dass seine Targets 61 , 62, 63, 64 von den Kamerasystemen K1 , K2 besonders gut erkennbar sind. Insbesondere ist der Mindestabstand des Spurlineals 4 von dem Messwertaufnehmer 2, in dem die Targets 61 , 62, 63, 64 gut von den Kamerasystemen K1 , K2 erfasst werden können, für ein gewinkeltes Spurlineal 4 kleiner als für ein geradliniges Spurlineal 4. Bei Verwendung eines gewinkelten Spurlineals 4 wird daher weniger Platz benötigt, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können.

Die Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung zum Kalibrieren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem anstelle eines gemeinsamen, langen Spurlineals 4 mit vier Targets 61 , 62, 63, 64 zwei kürzere Spurlineale 66, 68 verwendet werden, auf denen jeweils zwei Targets 61 , 62 bzw. 63, 64 angeordnet sind. Kürzere Spurlineale 66, 68 sind leichter zu handhaben und weisen eine höhere mechanische Stabilität als ein langes Spurlineal 4 auf. Sie sind daher robuster und weisen auch im Dauerbetrieb eine hohe Genauigkeit auf, da sie weniger anfällig für Durchbiegen sind als ein langes Spurlineal 4. Da die Anforderungen an die Steifigkeit geringer sind, können kürzere Spurlineale 66, 68 einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.

An jedem der beiden Spurlineale 66, 68 jeweils zwei Targets 61 , 62; 63, 64 angeordnet, die jeweils eine Gerade gl , g2 definieren.

Die beiden Spurlineale 66, 68 sind typisch erweise nicht vollständig parallel zueinander ausgerichtet. Der Winkel ß zwischen den beiden durch die Spurlineale 66, 68 definierten Geraden gl , g2 wird vorab, z.B. mit Hilfe des zu kalibrierenden Messwertaufnehmers 2, bestimmt.

Dazu wird der Messwertaufnehmer 2 zunächst in einer ersten Position A positioniert, in der sich jeweils zwei Targets 61 , 62; 63, 64 auf jedem der beiden Spurlineale 66, 68 im Blickfeld eines einzigen Kamerasystems K1 des Messwertaufnehmers 2 befinden. In einem Ausführungsbeispiel sind wenigstens einige der Targets 61 , 62; 63, 64 so ausgebildet, dass sie von beiden Seiten von dem Kamerasystem K1 erkennbar sind. Dies ermöglicht eine besonders flexible Positionierung des Messwertaufnehmers 2 und der Spurlineale 66, 68.

Die Targets 61 , 62, 63, 64 werden mit dem Kamerasystem K1 aufgenommen und die Positionen der Targets 61 , 62, 63, 64 bestimmt. Aus den derart bestimmten

Positionen der Targets 61 , 62, 63, 64 werden die Richtungen L1 , L2 der beiden Geraden gl , g2, die durch die Targets 61 , 62, 63, 64, die auf den beiden Spurlinealen 66, 68 angeordnet sind, definiert werden, bestimmt. Die Winkel ß zwischen den beiden Geraden gl , g2, der die Abweichung von der Parallelität (ß = 0) beschreibt, wird bestimmt und für die folgende Kalibrierung des Messwertaufnehmers 2 gespeichert.

Um die eigentliche Kalibrierung durchzuführen, wird der Messwertaufnehmer 2 danach in eine zweite Position B bewegt, in der von jedem der beiden Kamera- Systeme K1 , K2 jeweils mindestens zwei Targets 61 , 62; 63, 64 eines der beiden

Spurlineale 66, 68 sichtbar sind. Nachdem der Messwertaufnehmer 2 in der zweiten Position B positioniert worden ist, wird die Kalibrierung durchgeführt, wie es für das erste Ausführungsbeispiel (Figur 1 ) beschrieben worden ist. Dabei wird zusätzlich der zuvor bestimmte und nun bekannte Winkel ß zwischen den beiden Geraden gl , g2 berücksichtigt.

Mit diesem Verfahren kann eine Kalibrierung mit hoher Genauigkeit auch mit zwei (kurzen) Spurlinealen 66, 68 durchgeführt werden, die nicht parallel zueinander angeordnet sind und deren relative Position im Raum zunächst unbekannt ist.

Ist der Winkel ß zwischen den beiden durch die beiden Spurlineale 66, 68 definierten Geraden gl , g2 bereits, z. B. aus der vorangehenden Kalibrierung eines anderen Messwertaufnehmers 2, bekannt, so kann auf die Schritte zur Bestimmung des Winkels ß zwischen den beiden Geraden gl , g2, in denen sich der Messwertaufnehmer in der Position A befindet, verzichtet werden.

Alternativ zu dem beschriebenen Verfahren, bei dem der Winkel ß mit Hilfe eines der Kamerasysteme K1 , K2 des zu kalibrierenden Messwertaufnehmers 2 bestimmt wird, kann die Bestimmung des Winkels ß auch mit einem zusätzlichen, in der Figur 2 nicht gezeigten, Messwertaufnehmer, der in einer Position A, in der eine Kamerasystem des Messwertaufnehmers alle vier Targets 61 , 62, 63, 64 einsehen kann, positioniert ist, oder einem zusätzlichen Kamerasystem, welches allein zur Bestimmung des Winkels ß vorgesehen ist, vorgenommen werden. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Messwertaufnehmers bzw. Kamerasystems kann der Kalibrierungsvorgang beschleunigt werden, da es nicht notwendig ist, den Messwertaufnehmer während des Kalibrierungsvorgangs von der Position A in die Position B zu bewegen.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Targets 61 , wie es an einem Spurlineal 4 angebracht ist, aus einer Blickrichtung L1 die parallel zur Längserstreckung g des Spurlineals 4 (siehe Figur 1 ) ausgerichtet ist.

Das Target 61 weist eine Anordnung von drei Messpunkten 61 1 , 612, 613 auf. Die relative Position der drei Messpunkte 61 1 , 612, 613 der Messpunktanordnung zueinander und in Bezug auf die durch das Spurlineal 4 definierte Gerade g ist vor der Durchführung der Messung bekannt. Mit einem derartigen Spurlineal 4, bei dem die Targets 61 , 62, 63, 64 jeweils als Anordnung von wenigstens drei Messpunkten 61 1 , 612, 613 ausgebildet ist, ist ein genaues Kalibrieren des Messwertaufnehmers 2 auch dann möglich, wenn die räumliche Anordnung der Kamerasysteme K1 , K2 zueinander nicht bekannt ist oder nur eine einzige (Mono-)Kamera verwendet wird. Ein derartiges Spurlineal 4 ermöglicht daher eine genaue Kalibrierung in einer Vielzahl von Anwendungsfällen.