Verfahren zur Bestimmung der Orientierung mindestens einer Fahrschiene eines Messplatzes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Orientierung mindestens einer Fahrschiene eines Messplatzes und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Stand der Technik

Aus der US2006/0126966 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Achsvermessungssystem bekannt, welches zur Bestimmung der Orientierung mindestens einer Oberfläche der Hebebühne genutzt werden kann. Hierbei wird ein Target auf der zu untersuchenden Oberfläche positioniert, das Target mit Hilfe einer Kamera aufgenommen und die Lage und Orientierung des Targets bestimmt.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass keine Targets auf den zu untersuchenden Fahrschienen platziert werden müssen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Bestimmung der Orientierung der Fahrschienen ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie z.B. Targets möglich. Dies ermöglicht eine einfache Durchführung des Verfahrens, da keine zusätzlichen Hilfsmittel auf den Fahrschienen befestigt oder platziert werden müssen.

Mit den Maßnahmen der Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Vorteilhaft ist, strukturiertes Licht, welches durch mindestens eine Beleuchtungseinheit auf die Fahrschiene projiziert wird, nach der Reflektion an der Fahrschiene durch mindestens eine Kamera aufzunehmen, da sich im strukturierten Licht leicht markante Lichtpunkte identifizieren lassen, die zur Abstandmessung genutzt werden können. Durch den Einsatz von strukturiertem Licht kann sicher gewährleistet werden, dass drei Lichtpunkte zur Bestimmung der Orientierung der Fahrschiene zur Verfügung stehen.

Besonders vorteilhaft ist die Nutzung einer TOF-Kamera (Time-of-the-Flight- Kamera) durch welche sich die Lage der Fahrschiene im Bezug zum

Messwertaufnehmer direkt und sehr genau bestimmen lässt. Des Weiteren ist die mindestens eine Beleuchtungseinheit in der mindestens einen TOF-Kamera integriert, so dass ein besonders kompakter Aufbau des Messwertaufnehmers möglich ist.

Die Nutzung von unstrukturiertem Licht zur Erkennung einer Eigentextur der Fahrschiene ist vorteilhaft, da Beleuchtungseinheiten zur Erzeugung des unstrukturierten Lichtes geringe Kosten verursachen.

Ein weiterer Vorteil wird durch die Bestimmung der Orientierung der Fahrschienen zueinander erzielt, indem durch mindestens einen Messwertaufnehmer eine linke Fahrschiene vermessen wird und durch mindestens einen weiteren

Messwertaufnehmer eine rechte Fahrschiene vermessen wird, wobei die

Messwertaufnehmer ein Referenzsystem aufweisen, durch welches Orientierung der Messwertaufnehmer zueinander und der linken Fahrschiene zur rechten Fahrschiene bestimmt wird. Ein weiterer Vorteil wird durch mindestens ein Ausrichtungssensor im

Messwertaufnehmer erreicht, der die Orientierung des Messwertaufnehmers und die Orientierung der Fahrschiene zum Erdschwerefeld bestimmt, da die genaue Orientierung der Fahrschienen für eine Berechnung von Spur und/oder Sturz der Fahrzeugräder benötigt wird.

Vorteilhaft ist die Positionierung der Messwertaufnehmer so im Bezug zu einem Fahrzeug , dass die mindestens eine Kamera gleichzeitig auf ein Fahrzeugrad und eine Fahrschiene blickt und die mindestens eine Beleuchtungseinheit gleichzeitig ein Fahrzeugrad und eine Fahrschiene beleuchtet, so dass gleichzeitige eine Achsvermessung und eine Vermessung der Orientierung der Fahrschienen durchgeführt werden kann. Dies führt zu einem beschleunigten Messablauf.

Vorteilhaft ist eine bewegliche Lagerung der mindestens eine Beleuchtungseinheit und/oder Kamera im Messwertaufnehmer, da dadurch die mindestens eine Beleuchtungseinheit und/oder Kamera vor der Beleuchtung der Fahrschienen und Aufnahme des reflektierten Lichts so gedreht werden können, dass sie in Richtung der Fahrschiene blicken, wodurch eine genauere Bestimmung der Orientierung und/oder Ebenheit der Fahrschienen möglich wird. Die Beleuchtungseinheiten und Kameras können dadurch gezielt Bereiche der Fahrschiene auf denen sich kein Fahrzeugrad befindet beleuchten und aufnehmen.

Durch die Untersuchung der mindestens einen Fahrschiene bezüglich ihrer Ebenheit können mögliche Fehler bei der Achsvermessung zur Bestimmung von Spur und/oder Sturz der Fahrzeugräder sicher ausgeschlossen werden. Wird bei der Vermessung festgestellt, dass die Fahrschienen uneben sind, so müssen Maßnahmen zur Korrektur der Messwerte getroffen werden oder die Fahrschienen müssen neu ausgerichtet werden.

Vorteilhaft ist die Vermessung der Orientierung und/oder Ebenheit während sich ein Fahrzeug auf den Fahrschienen befindet, da dadurch der Einfluss des Gewichtes des Fahrzeuges auf die Fahrschienen berücksichtigt werden kann. Des Weiteren kann die Vermessung der Orientierung und/oder Ebenheit gleichzeitig oder kurz vor oder kurz nach der Achsvermessung zur Bestimmung von Spur- und/oder Sturz der Fahrzeugräder durchgeführt werden, wodurch die Gesamtmesszeit stark reduziert werden kann.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Messplatzes einer Fahrwerksver- messungseinrichtung und

Figur 2 eine Darstellung eines Messwertaufnehmers und einer Fahrschiene.

In Figur 1 ist eine Darstellung eines Messplatzes 2 gezeigt. Der Messplatz 2 weist zwei längliche Fahrschienen 4, 6 auf, die als Aufstandsflächen eines zu vermessenden Fahrzeuges 41 dienen.

Am Messplatz 2 sind vier Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 angeordnet, wobei der vordere rechte Messwertaufnehmer 10 für ein vorderes rechtes Rad 40, der vordere linke Messwertaufnehmer 12 für ein vorderes linkes Rad, 42 der hintere rechte Messwertaufnehmer 14 für ein hinteres rechtes Rad 44 und der hintere linke Messwertaufnehmer 16 für ein hinteres linkes Rad 46 eingesetzt wird. Die Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 verfügen jeweils über mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 und jeweils mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, 32, 34, 36.

Die Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 sind so im Bezug zum zu vermessenden Fahrzeug 41 positioniert, dass die mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 und die mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, 32, 34, 36 auf das jeweils zu vermessende Fahrzeugrad 40, 42, 44, 46 gerichtet sind. Die Beleuchtungseinheiten 30, 32, 34, 36 projiezieren zur Achsvermessung strukturiertes und/oder unstrukturiertes Licht auf die Fahrzeugräder 40, 42, 44, 46 des Fahrzeuges 41. Die re- flektierten Lichtstrahlen des strukturiertes und/oder unstrukturiertes Licht können durch die mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 aufgenommen werden und dienen mit Hilfe von Auswerteroutinen zur Bestimmung von Spur- und Sturz der zu vermessenden Fahrzeugräder 40, 42, 44, 46.

Die Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16, 18 weisen jeweils mindestens einen Ausrichtungssensor 28 auf, durch den die Orientierung des jeweiligen

Messwertaufnehmers 10, 12, 14, 16 im Bezug zum Erdschwerefeld bestimmt wird. Der mindestens eine Ausrichtungssensor 28 kann ein Beschleunigungssensor oder ein Neigungssensor sein.

Die Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 können im Bezug zum Fahrzeug 41 und zur Fahrschiene 4,6 so positioniert sein, dass die mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 gleichzeitig auf das Fahrzeugrad 40, 42, 44, 46 und die Fahrschiene 4, 6 blicken kann und die mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, 32, 34, 36 gleichzeitig eine Fahrzeugrad 40, 42, 44, 46 und eine Fahrschiene 4, 6 beleuchten können.

Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 und/oder die mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, 32, 34, 36 beweglich im Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 gelagert sein. Dadurch können die mindestens eine Kamera 20, 22, 24, 26 und/oder die mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, 32, 34, 36 vor der Bestimmung der Orientierung und/oder Ebenheit der Fahrschiene 4, 6 so gedreht werden, dass sie in Richtung der Fahrschiene 4, 6 blicken. Nach der Bestimmung der Orientierung und/oder Ebenheit der Fahrschiene 4, 6 können sie so gedreht werden, dass sie in Richtung des Fahrzeugrades 40, 42, 44, 46 blicken.

Ein erstens Ausführungsbeispiel wird anhand des vorderen rechten

Messwertaufnehmers 10 und der rechten Fahrschiene 4 beschrieben, die in Figur 2 dargestellt sind. Die nachfolgenden Ausführungen lassen sich aber auch auf die weiteren Messwertaufnehmer 12, 14, 16 und die linke Fahrschiene 6 anwenden. Figur 2 zeigt den vorderen rechten Messwertaufnehmer 10, der zur Vermessung des vorderen rechten Fahrzeugrades 40 dient. Die mindestens eine Beleuchtungseinheit 30, beleuchtet zumindest einen Abschnitt der Fahrschiene 4 mit strukturiertem Licht. Das reflektierte Licht wird durch die mindestens eine Kamera 20 des Messwertaufnehmers 10 aufgenommen und im Messwertaufnehmer 10 durch eine Auswerteeinheit mit Hilfe von Auswerteroutinen ausgewertet.

Durch die Beleuchtung mit strukturiertem Licht lässt sich beispielsweise ein Punktmuster oder eine Linienstruktur auf die Fahrschiene 4 projizieren. Das reflektierte Licht, in dem das strukturierte Lichtmuster erkennbar ist, wird durch die mindestens eine Kamera 20 aufgenommen.

Durch nachfolgende Auswerteroutinen werden in den Aufnahmen des strukturierten Lichtes mindestens drei Lichtpunkte identifiziert und zur Abstandsbestimmung zwischen Fahrschiene 4 und Messwertaufnehmer 10 ausgewertet. Die mindestens drei Lichtpunkte können beispielsweise durch Schnittpunkte einer Linienstruktur mit den Rändern der Fahrschiene gebildet werden. Alternativ kann bereits ein strukturiertes Punktemuster auf die Fahrschiene 4 projiziert werden, aus dem mindestens drei Lichtpunkte für die nachfolgenden Auswerteroutinen identifiziert werden. Ist das Muster des strukturierten Lichtes dem

Messwertaufnehmer 20 bekannt, wird eine Kamera 20 benötigt. Bei einem unbekannten Muster des strukturierten Lichtes werden mindestens zwei Kameras 20 benötigt.

Die Abstandsbestimmung wird mit bekannten Auswertemethoden durchgeführt, die mit Methoden der Triangulation aus der mindestens einen Aufnahme der mindestens drei Lichtpunkte eine Abstandsberechnung durchführen. Aus der Abstandberechnung der mindestens drei Lichtpunkte lässt sich die Orientierung der Fahrschiene 4 im dreidimensionalen Raum im Bezug zum Messwertaufnehmer 10 berechnen. Durch die Bestimmung der Orientierung des Messwertaufnehmers 10 zum Erdschwerefeld durch den Ausrichtungssensor 28 und der Kenntnis der Orientierung der Fahrschiene 4 zum Messwertaufnehmer 10 lässt sich die Orientierung der Fahrschiene 4 zum Erdschwerefeld bestimmen.

Die Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 können eine Referenzsystem 18 aufweisen, durch welches die relative Lage der einzelnen Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 zueinander bestimmt werden kann. Die Funktion eines derartigen Referenzsystems wird bspw. in der EP 1 184 640 beschrieben.

Durch das Referenzsystem 18 kann die Orientierung der linken Fahrschiene 4 zur rechten Fahrschiene 6 bestimmt werden. Dazu wird die Orientierung der linken Fahrschiene 4 zum Messwertaufnehmer 10 bestimmt und die Orientierung der rechten Fahrschiene 6 zum Messwertaufnehmer 12 bestimmt. Des Weiteren wird durch das Referenzsystem 18 die Lage der beiden Messwertaufnehmer 10, 12 zueinander bestimmt, so dass daraus die Lage der linken Fahrschiene 4 zur rechten Fahrschiene 6 bestimmt werden kann. Ist in den beiden

Messwertaufnehmern 10, 12 jeweils ein Ausrichtungssensor 18 enthalten, kann die Lage der linken Fahrschiene 4 und der rechten Fahrschiene 6 zueinander und zum Erdschwerefeld bestimmt werden.

Die Genauigkeit des Verfahrens kann erhöht werden, indem zur Bestimmung der Orientierung einer Fahrschiene 4, 6 mehr als ein Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 eingesetzt werden. Die Orientierung der rechten Fahrschiene 4 kann jeweils durch den rechten vorderen Messwertaufnehmer 10 und den rechten hinteren Messwertaufnehmer 14 bestimmt werden. Durch das Referenzsystem 18 ist die Lage des rechten vorderen Messwertaufnehmers 10 zum rechten hinteren Messwertaufnehmer 14 bekannt. Die durch den rechten vorderen

Messwertaufnehmer 10 bestimmte Orientierung der rechten Fahrschiene 4 und die durch den rechten hinteren Messwertaufnehmer 14 bestimmte Orientierung der rechten Fahrschiene 4 können gemittelt werden oder zum verifizieren der einzelnen Ergebnisse dienen. Ein analoges Verfahren zur Bestimmung der Orientierung der linken Fahrschiene 6 ist mit den linken vorderen Messwertaufnehmer 12 und dem linken hinteren Messwertaufnehmer 16 möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient neben der Bestimmung der Orientierung der Fahrschienen 4, 6 auch zur Bestimmung der Ebenheit der Fahrschienen 4, 6. Hierzu wird analog zum bisher beschrieben Verfahren zur Bestimmung der Orientierung der Fahrschienen 4, 6 vorgegangen.

Anstelle von drei Lichtpunkten, die zur Bestimmung der Orientierung der Fahrschienen 4, 6 hinreichend sind, werden beim Verfahren zur Bestimmung der Ebenheit der Fahrschienen 4, 6 mindestens vier Lichtpunkte benötig. Die mindestens vier Lichtpunkte werden aus den Aufnahmen der mindestens einen Kameras 20 des durch die Fahrschienen reflektierten strukturierten Lichtes gewonnen.

Es erfolgt eine Abstandsbestimmung mit bekannten Auswertemethoden, die mit Methoden der Triangulation aus der mindestens einen Aufnahmen der mindestens vier Lichtpunkte eine Abstandsberechnung. Aus der Abstandberechnung der mindestens vier Lichtpunkte lässt sich die Ebenheit der Fahrschiene 4, 6 beurteilen. Befinden sich die mindestens vier Lichtpunkte auf einer Ebene, so ist eine Ebenheit der Fahrschiene 4 gegeben. Befinden sich die mindestens vier Lichtpunkte nicht auf einer Ebene, so ist keine Ebenheit der Fahrschiene 4,6 gegeben. Werden zur Bestimmung der Ebenheit mehr als vier Lichtpunkte ausgewertet, so kann die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert werden.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich mindestens eine TOF- Kamera 20 (Time-of-the-flight- Kamera) in dem Messwertaufnehmer 10. Die Kamera 20 ist als TOF-Kamera 20 ausgebildet und kann mit einem Laufzeitverfahren Distanzen messen. Hierzu wird zumindest ein Abschnitt der Fahrschiene 4 mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die TOF-Kamera 20 misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zur Fahrschiene 4 und wieder zurück benötigt. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Die TOF-Kamera 20 lie- fert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Die TOF-Kamera 20 liefert eine Vielzahl von Bildpunkten mit bekannter Entfernung, so dass sich die Orientierung und/oder Ebenheit der Fahrschiene 4 daraus bestimmen lässt. Die Beleuchtungseinheit 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der TOF-Kamera 20 integriert.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Fahrschiene 4 nicht mit strukturiertem Licht sondern mit unstrukturiertem Licht durch die Beleuchtungseinheit 30 beleuchtet. Durch die Beleuchtung mit unstrukturiertem Licht wird eine Eigentextur der Fahrschiene 4, 6 erkennbar. Das reflektierte Licht, in dem die Eigentextur der Fahrschiene 4, 6 erkennbar ist, wird durch mindestens zwei Kameras 20 aufgenommen. Die Eigentextur ist in diesem Ausführungsbeispiel den mindestens zwei Kameras 20 nicht bekannt.

Die einzelnen Merkmale der Eigentextur werden im Bezug auf ihren Abstand zum Messwertaufnehmer 10, 12, 14, 16 ausgewertet. Dies wird mit bekannten Auswertemethoden durchgeführt, die mit Methoden der Triangulation aus den Aufnahmen der mindestens zwei Kameras 20 eine Abstandsberechnung durchführen. Sind in der Eigentextur der Fahrschiene 4 mindestens drei markante Merkmale erkennbar, die nicht auf einer Gerade liegen, so lässt sich die Orientierung der Fahrschiene 4 im dreidimensionalen Raum im Bezug zum

Messwertaufnehmer 10 berechnen. Analog lässt sich auch die Ebenheit der Fahrschiene 4 bestimmen, indem mindestens vier markante Merkmale aus der Eigentextur der Fahrschiene 4 gewonnen werden.

Das zweite und dritte Ausführungsbeispiel lässt sich auch auf die weiteren Messwertaufnehmer 12, 14, 16 und die zugehörigen Beleuchtungseinheiten 32, 34, 36 und Kameras 22, 24, 26 und eine beliebige Kombination der genannten Komponenten ausweiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Orientierung und/oder Ebenheit kann ohne oder mit Fahrzeug 41 auf den Fahrschienen 4, 6 durchge- führt werden. Befindet sich ein Fahrzeug 41 auf den Fahrschienen 4,6 werden nur die Bereiche der Fahrschienen 4,6, zur Auswertung genutzt, die nicht durch ein Fahrzeugrad 40, 42, 44, 46 verdeckt werden.