专利名称：用于对汽车进行光学的车轴校调的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及按权利要求1前序部分所述用于对汽车进行光学的车轴校调的方法 和设备。
背景技术：
这类车轴校调系统的特征在于对安置在车轮上的标靶的无接触的光学校调。标靶 具有光学上能记录的标记，这些标记被图像摄取装置摄取以及标记的图像被评估单元用图 像处理器件进行评估。DE 42 16 426 Cl公开了一种方法和一种带有作为图像摄取装置的立体摄像装置 的设备，其中，在车轮的车轴外部，在车轮的端面上安置有光学上能记录的标记。为确定车 轮转动轴线的空间位置，将车轮置于转动，并且在转动运动期间，由图像摄取装置的立体摄 像机依次记录绕车轮轴线转动的标记的图像。由评估单元从标记的被记录的图像中求出车 轮轴线的空间位置。这种车轴校调系统在测量过程中并没有考虑到标记的本地3D坐标系， 因此为实施每一次新的测量，待测量的车轮必须重新置于转动。由DE 197 57 763 Al公开了另一种带立体摄像装置的车轴校调系统。除用于汽 车的车轮的标记外，还附加地使用带参考特征的单独的参考特征装置。借助车轮转动时单 独的校准过程，通过车轮上的标记求出本地的3D坐标系和车轮转动轴线以补偿轮辋偏移。 测量过程在车轮静止时通过对车轮上的标记和参考特征装置的参考特征进行摄像实现。所 摄图像借助评估单元用已知的图像处理方法和三角测量法进行评估。在所述带立体摄像装置的车轴校调系统中，带立体摄像机的测量单元分别在侧向 布置在车轮旁，因此摄像机的视野横向于汽车纵向中心面对准位于那里的光学能记录的标 记或对准安置在车轮端面上的作为标记载体的适配器，亦即所谓的标靶。在一种由WO 94/05969 Al公开的车轴校调系统中，存在一种单眼摄像装置，其视 野在汽车纵向中心面方向上对准安置在车轮上的标靶，其中标靶在车轮的旁侧远远置于工 作空间内并且伸入摄影机的视野。在标靶上安置有多个标记，它们具有为评估单元所知的 公知的几何特征和相互关系。在测量过程中，由图像摄取装置给标记拍摄单个的图像。通 过将所摄取的标记的几何特征和相互关系与标记为评估单元所知的几何特征和相互关系 进行比较，由评估单元确定标靶的导向以及由此求出车轮转动轴线的空间位置。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种带立体摄像装置的车轴校调系统，其提 供测量结果的高度精确性，但对图像摄取装置和评估单元没有更高的技术要求。此外，车轴 校调系统应在服务车间内占尽可能小的空间。本发明所要解决的技术问题通过独立权利要求的特征解决。按本发明的车轴校调系统的特征基本上在于，在用标靶的至少三个标记确定本地 3D坐标系的校准过程中，借助标靶的显著的标记来确定参照平面。此外，在参考过程中用集成在测量单元内的参考装置来确定用于测量单元的测量工位参照系。最后，在顾及到测量 工位参照系的情况下，借助参照平面求出汽车纵向中心面。在接下来的测量过程中，对在校 准过程中摄取的标记的图像进行检测，并且由评估单元求出其在本地3D坐标系中的空间 位置。按本发明的车轴校调系统具有的优点在于，减小了建立测量工位参照系的参考费 用，用于标靶的标记的本地3D坐标系的确定变得更为精确和可靠。标靶的标记足以够测量 过程使用，这些标记也用于校准过程。通过用于确定测量工位参照系的参考过程和用于确定本地3D坐标系的校准过程 的结合，取消了测量过程期间参考特征装置的安放。通过集成在测量单元中的参考装置生 成测量工位参照系。因此通过删去附加的参考特征装置，在参照时只需少许操作来准备测 量过程。由此让车间内的服务人员能更简单地操作以及更快速地实施所述方法。通过将测量单元于侧向固定在升降台的行驶轨道上，使车轴校调装置总体在服务 车间内占据很小的空间，并且在抬升汽车时取消了用于测量的附加的机械式高度调节装 置。此外，车轴校调装置的整体方案通过单个不确定的标记的三维测量实现，使标靶的上设 标记的表面不必是平整的，正如在带单眼摄像装置的车轴校调装置中那样，其需要在标靶 上的预定的标记。由此使得标靶也对温度的变化或能够改变标记彼此间位置的机械影响因 素的变化不敏感。本发明有利的扩展设计通过从属权利要求的措施实现。特别有利的是，考虑限定的车轮中心面作为参照平面。车轮中心面由延伸通过轮 辋的中心面限定得出。在顾及到测量工位参照系的情况下，可以有利地借助参照平面求出汽车纵向中心 面。当显著的标记到确定为参照平面的车轮中心面的间距为评估单元所知时，则实现了汽 车纵向中心面的一种尤为精准的确定。此外，在校准过程中，除显著的标记外，还可以考虑 至少两个不确定的标记来确定本地3D坐标系和车轮转动轴线的空间位置。在校准过程中，汽车从起始位置运动到最终位置，其中，安置在车轮上的标靶以转 角50°至70°绕车轮转动轴线运动。在车轮滚动及标靶转动运动期间，由标靶的不确定的 标记和显著的标记相应采集到20至30张图片/秒的图像序列(Bildfolge)。在用标靶的 至少三个标记(其一为显著的标记)进行校准时，从对图像序列的所有测量的总体评估中， 按公知的均衡方法坚定可靠地确定本地3D坐标系、用于补偿轮辋偏移和标靶支架偏移的 车轮转动轴线以及参照平面。尤其通过在每次测量之前重新确定测量单元的测量工位参照系和本地3D坐标系 来确保车轴校调的高精确性。


附图示出了本发明的一个实施例，并在下文中对此加以详细说明。附图中 图1是车轴校调装置的测量工位的示意性俯视图，以及
图2是带标靶支架的标靶的视图以及轮辋的示意图。
具体实施例方式图1中以俯视图所示的车轴校调装置包括带两个行驶轨道11的升降台10，在这两 个行驶轨道的旁侧分别固定有一个带摄像装置的测量单元12。测量单元12与包含本身公 知的图像处理软件的评估单元13相连。在行驶轨道11上示出了一辆有两个前轮15和两 个后轮16的汽车，这些车轮有分别画出的车轮转动轴线36。前轮15在此位于能转动地支 承着的装配板17上，后轮16则位于能轴向移动地支承着的装配板18上。此外还示出了沿 行驶方向延伸的汽车纵向中心面38以及车轮15、16的车轮中心面35。车轮转动轴线36与 车轮中心面35的交点构成车轮转动中心37。汽车纵向中心面38在此由前轮15和后轮16的 轮距的中心确定。从车轴的车轮15、16的车轮转动中心37的连接得到车轴的轮距的中心。在两个前轮15和两个后轮上分别安置有标靶支架19，在标靶支架旁侧固定着远 远置于工作空间内的桨叶式标靶20。标靶20具有基本上平整的面，其上分别设有能被摄像 装置检测到的、光学上能记录的记号。使用多个不确定的标记21和各一个显著的标记22 作为能记录的光学标记。不确定的标记21在标靶20上没有预定的位置。因此不确定的标 记21不为评估单元13所知。就此而言，在四个用于单个车轮15和16的标靶20上的不确 定的标记21能够互相区分。按照图2，如下文还将详细说明的那样，在本实施例的所有四个标靶20上，至少在 相同车轴的标靶20上，显著的标记22距离标靶支架19上的基准面27有相同的间距d，其 中沿标靶支架19的半轴来测量间距d。显著的标记22的间距d优选为评估单元13所知。两个测量单元12分别具有一个分别检测设在前轮15上的标靶20的第一立体摄 像装置31以及一个分别检测设在后轮16上的标靶20的第二立体摄像装置32作为摄像装 置。此外，每个测量单元12包括参考装置30，其带有分别用于对置的那个测量单元12的 发送/接收单元。用集成在测量单元12内的参考装置30来确定测量单元相对作为车轮外 倾角的基准的重力场的方向以及测量单元12彼此间的取向和间距，以便确定轮辙和轮距 (Spur und Spurweite)0通过参考过程，确定用于测量单元12的测量工位参照系，该参照 系被转送给评估单元13。因此不需要附加的基准装置来确定测量工位参照系。车轴校调 装置对测量期间测量单元12的位置变化不敏感；测量单元12的参照可以在每个测量过程 之前和/或持续地在每个测量过程期间进行。由于不需要附加的机械单元来调整测量单元 12，所以在升降台10或汽车之前、之后或旁边不需要额外的空间。测量单元的参照实现了 测量单元12彼此间绝对的基准，而无需在升降台10或汽车上安置附加的标记。图2示出标靶20的详图。标靶20用螺栓M固定在标靶支架19上的承接座25 中，标靶支架19则用承接螺栓沈张紧在车轮15、16的轮辋28的轮辋边缘上。此外，标靶 支架19在承接座25上具有用于标靶20的螺栓M的止挡面，该止挡面构成基准面27。在 所有的标靶支架19中，至少在相同车轴的标靶支架19中，用于基准面27的止挡到承接螺 栓26的支承面四有相同的间距s，标靶直角1通过所述承接螺栓贴靠在轮辋观的轮辋边 缘上。此外，在轮辋边缘上用于承接螺栓沈的支承面四和车轮中心面35之间的尺寸(间 距？)f是已知的，在汽车的所有车轮15、16中该尺寸也是相同的。车轮中心面35被确定成 这样一个平面，其垂直于车轮15、16的转轴36延伸并通过轮辋28的中心。间距f是车辆 专用的并且为评估单元13所知。显著的标记22直至基准面27的间距d以及间距s同样 为评估单元13所知。由此得出，显著的标记22到车轮中心面35的、为评估单元13所知的总间距a为a=d+s+f。对间距a的认识是必要的，以便在之后说明的校准过程中求出测量工 位参照系中待校调汽车的汽车纵向中心面38。为进行汽车的车轴校调，首先将汽车开到升降台10的行驶轨道11上，从而使车轮 15、16在第一位置中大致定位在装配板17的中心。在这种情形下，标靶20借助标靶支架 19固定在车轮15、16的轮辋观上。在该第一位置，标靶20的位置选择为，使两个测量单元 12的立体摄像装置31、32能够检测各标靶20的标记21、22。为准备校准过程，汽车回退进入构成校准过程的起始位置的第二位置。通过汽车 再次向前朝第一位置方向运动开始校准过程，从而使车轮15、16在装配板17、18上滚动至 第三位置，第三位置即为校准过程的最终位置。为了进一步测量，汽车几乎再次运动到第一 位置，从而使车轮15又大致位于装配板17的中心。在校准过程期间，通过汽车从起始位置运动到最终位置，行驶轨道11上的车轮 15、16例如绕旋转角滚动50°至70°，优选滚动60°，其中标靶20随着车轮15、16—起转 动相同的角度。在车轮15、16向前滚动期间，在校准过程中，由各立体摄像装置31、32由显 著的标记22以及至少两个不确定的标记21相应采集到至少三张图像的图像序列。评估单 元13从标记21、22的图像序列中求出本地3D坐标系、车轮转动轴线36在本地3D坐标系 中的空间位置，以补偿轮辋偏移(Felgenschlag)和标靶支架19的偏移。此外，借助显著的 标记22确定本地3D坐标系中的参照平面。在当前实施例中，借助显著的标记22到车轮中 心面35的所知间距a求出车轮中心面36作为参照平面。数据储存在评估单元13中以便 在接下来的测量过程中使用。在显著的标记22至少在相同车轴的车轮15、16的标靶20上 到基准面27的间距d都相同的前提下，还由评估单元在顾及到已经求出的测量工位参照系 的情况下借助已确定的参照平面来确定汽车纵向中心面38。在这种情况下，评估单元必然 不知道间距d。但按照当前的实施例，借助为评估单元所知的显著的标记22到车轮中心面 36的间距a，考虑将车轮中心面36在本地3D坐标系中的位置作为参照平面也是相宜的。然 后在顾及到之前确定的测量工位参照系的情况下借助车轮中心面36已经确定的位置来求 出汽车纵向中心面38。为提高精度，在当前实施例中，在校准过程和接下来的测量过程中考虑有多于两 个的不确定的标记21，并且由立体摄像装置31、32以25至30张图片/秒的速度对给每个 标记21、22进行拍摄。在校准过程后，其车轮15位于装配板17中心的汽车进行真正的测量过程以进行 车轴校调。然而为此需要提前解锁装配板17、18，从而使车轮15、16能够除去从轮胎作用到 车轮15、16的预应力。由此使每个车轮15、16处于与制造者提供的额定值相关的位置。在测量过程之前或连续地在测量过程的各图像摄取期间，借助参考装置30完成 用于测量单元12的所述参考过程，从而使测量单元12在测量工位参照系内的位置为评估 单元13所知。参考过程对测量过程而言是必要的，因为立体摄像装置31、32在校准过程中 能够彼此独立地工作。但当对图像序列的评估不是按车轮逐个完成，而是按车轴或甚至用 所有四个车轮共同完成时，也存在例外。在这些情况下，参考过程在校准过程之前进行。在 这些例外情况下，测量工位参照系在校准过程中必须是已知的。在测量过程中，为确定车轴几何设置，如轮距和车轮倾角，由各个标靶20分别采 纳在校准过程中考虑到的至少三个标记21、22。一种优选的实施形式为，在测量过程中，不
7考虑显著的标记22。但在这种情况下，有必要在校准过程中除显著的标记22外还考虑至少 三个不确定的标记21以确定本地3D坐标系。然后在接下来的测量过程中摄取至少在校准 过程中考虑到的三个相同的不确定的标记21。由立体摄像装置31、32摄取的至少三个标记 21的图像被图像摄取装置用已知的图像处理器件进行评估，并且用已知的三角测量法来确 定标记21的3D坐标。在顾及到于校准过程中确定的本地3D坐标系的情况下，从求得的3D 坐标中由评估单元13计算车轮几何设置，如在补偿轮辋偏移和标靶支架19偏移时的车轮 转动轴线36的空间位置。此外，还从计算中得到车轮面35在测量工位参照系中的位置，然后由此可以确定 汽车纵向中心面38作为后轮单个轮距的基准。最后由车轮转动轴线36的空间位置中求出用于轮距的角α和垂直于图纸平面且 没有示出的用于各车轮15、16外倾角的角。
权利要求
1.用于对汽车的车轮(15、16)进行光学的车轴校调的方法，在该方法中，在测量过程 中借助测量单元(12)由安置在车轮(15、16)上的标靶(20)的至少三个标签(21、22)进行 至少一次立体观测的摄像，并且从中由评估单元(13)借助图像处理方法求出车轮转动轴线 (36)在之前确定的本地3D坐标系中的空间位置，以及在该方法中，在参考过程中确定用于 测量单元(12)的测量工位参照系，其中，在测量过程之前实施校准过程，在校准过程中，标 靶(20 )绕车轮转动轴线(36 )转动并且在此用标靶(20 )的至少三个标记(21、22 )确定本地 3D坐标系且求出车轮转动轴线(36)的空间位置，以及其中，在接下来的测量过程中，在车 轮(15、16)静止以及标靶(20)不运动的情况下由标靶(20)的至少在校准过程中考虑的至 少三个标记(21、20)求出其在本地3D坐标系中的空间位置，其特征在于，在校准过程中借 助标靶(20)的显著的标记(22)确定参照平面，其中，相同车轴的车轮(15、16)的标靶(20) 上的显著的标记(22)到基准面(27)的间距(d)相同。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在顾及到测量工位参照系的情况下借助所 述参照平面求出车辆纵向中心面(38 )。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，考虑车轮中心面(35)作为参照平面，并 且所述显著的标记(22)到车轮中心面(35)具有为评估单元所知的间距(a)。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在校准过程中汽车从起始位置运动 到最终位置，其中，安置在车轮(15、16)上的标靶(20)以50°到70°的转角绕车轮转动轴 线(36)运动。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在车轮(16、16)滚动期间由标靶 (20)的不确定的标记(21)和显著的标记(22)相应采集到20至30张图片/秒的图像序列。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，参考过程在测量过程之前进行或连 续地在测量过程的每一次图像拍摄期间进行。
7.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，参考过程在校准过程之前进行。
8.用于对汽车的车轮(15、16)进行光学的车轴校调的设备，其带有安置在待校调车轮 (15、16)上的、配备有光学上能记录的标记(21、22)的标靶(20)和测量单元(12)，所述测 量单元为对标记(21、22)摄像而具有至少一个立体摄像装置(31、32)作为图像摄取装置， 其中在测量过程中借助测量单元(12)由标靶(20)的至少三个标签(21、22)进行至少一次 立体观测的摄像，并且由评估单元(13)借助图像处理方法从中求出车轮转动轴线(36)在 本地3D坐标系中的空间位置，其特征在于，测量单元(12)除了立体摄像装置(31、32)以外 还包含参考装置(30)，用该参考装置能够确定测量单元(12)在测量工位参照系中的位置， 并且在标靶(20)上除至少两个不确定的标记(21)外还定位有另外的显著的标记(22)，该显著的标记至少在相同车轴的车轮(15、16)的标靶(20)上到基准面(27)具有相同的间距 ⑷。
9.按权利要求8所述的设备，其特征在于，显著的标记(22)到基准面(27)的间距(d) 为评估单元(13)所知。
10.按权利要求8或9所述的设备，其特征在于，显著的标记(22)到车轮中心面(35) 的间距(a)为评估单元(13)所知，其中车轮中心面(35)用作参照平面。
11.按权利要求10所述的设备，其特征在于，所述间距(a)由显著的标记(22)到基准 面(27)的已知间距(d)、基准面(27)到标靶支架(19)上紧固面(29)的已知间距(s)和紧固面(29 )到车轮中心面(35 )的已知间距(f )组合而成。
12.按权利要求8所述的设备，其特征在于，测量单元(12)在侧向这样布置在行驶导轨 (11)上，以致于各立体摄像装置(31、32 )的视野能检测到各标靶(20 )的标记(21、22 )。
全文摘要
本发明涉及用于对汽车的车轮(15、16)进行光学的车轴校调的方法和设备。在待校调的车轮(15、16)上安置带有光学上能记录的标记(21、22)的标靶(20)，其中标靶(20)能被测量单元(12)用立体摄像装置(31、32)进行检测。在参考过程中，用集成在测量单元(12)中的参考装置(30)来确定用于测量单元(12)的测量工位参照系。在用标靶(20)的至少三个标记(21、22)确定本地3D坐标系的校准过程中，借助标靶(20)的显著的标记(22)来确定参照平面。最后，在顾及到测量工位参照系的情况下，借助参照平面求出汽车纵向中心面(38)。在接下来的测量过程中，检测至少三个在校准过程中摄取的不确定的标记(21)的图像并且由评估单元(13)求出其在本地3D空间坐标系中的空间位置。
文档编号G01B11/275GK102150009SQ200980135611
公开日2011年8月10日 申请日期2009年8月26日 优先权日2008年9月12日
发明者A·马基亚, C·瓦格曼, G·诺比, J·巴克, S·肖默, V·乌芬坎普 申请人:罗伯特·博世有限公司