專利名稱：用于光學測量行走機構(gòu)的方法和裝置的制作方法
用于光學測量行走機構(gòu)的方法和裝置
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于測量行走機構(gòu)和/或用于動態(tài)檢測汽車上的行走機 構(gòu)部件的方法以及一種用于實施該方法的裝置，在這種方法中，借助一照 明裝置用由結(jié)構(gòu)化的光線組成的光圖樣照亮至少一個車輪和/或至少一個車 輛區(qū)段，借助給出圖像的傳感器裝置接收反射回來的光并且在一分析計算 裝置中對其進行分析計算。
在DE103 35 829 Al和平行的EP 1 505 367 A2中已說明了一種該類型 的方法和裝置。在這種用于確定車軸幾何參數(shù)的已知方法中，將一個光圖 樣例如具有可變周期或者具有單色柵格結(jié)構(gòu)或者具有通過彩色編碼實現(xiàn)面 編碼的條紋圖樣在端面?zhèn)韧队暗杰囕喩?，從車輪端面反射的光從不同于?影方向的另一方向被變像器接收，而車輪旋轉(zhuǎn)，以便盡管在通常的車輪上 存在不平度也能盡可能精確并且魯棒地確定車輪的法向矢量或者說參考平 面。然而在這種用于測量行走機構(gòu)的無接觸式光學方法中難以達到高精度 的可靠測量結(jié)果。
在US 4,745,469中也說明了一種方法，用該方法在已求出旋轉(zhuǎn)軸線的 基礎(chǔ)上光學地無接觸地進行車軸測量。在測量中求出前束角和外傾角，在 測量期間，車輛位于滾動試驗臺上。借助投影系統(tǒng)將激光線或者其它圖樣 投影到車輪或者輪胎上。借助攝像機對圖樣成像，通過三角測量法，根據(jù) 攝像機坐標和已知的攝像機相對于投影儀的布置描述表面上的3D坐標且 由此求出車輪位置，然后由此最后確定前束和車輪外傾角。
在DE 10 2005 063 082 Al和DE 10 2005 063 083 Al中也說明了光學測 量行走機構(gòu)的方法，在這些方法中，結(jié)構(gòu)化的光投影到車輪上并且也投影 到車輪周圍的車身區(qū)域上，借助一給出圖像的傳感器裝置接收光。
在用于求出旋轉(zhuǎn)軸并且測量軸幾何參數(shù)的其它方法和裝置中，用一單 目攝像系統(tǒng)或者立體攝像系統(tǒng)觀察車輛，如在EP 0 895 056 A2和DE 29 48 573 Al中所示出的那樣。在攝像機圖像的灰度值圖像中確定顯著特征例如 輪輞邊緣的位置。根據(jù)輪輞邊緣或圖像中其它特征的幾何位置計算出它們在空間的位置并由此計算出前束或者車輪外傾角。在DE 10 2004 013 441 Al 中也介紹了一種這樣的測量方法，其中，為了求出車輪的旋轉(zhuǎn)軸線引入一 個3D模型。在測量時也例如拍照輪輞的立體圖像并確定氣門的角度位置。 在DE 10 2005 017 624中指出，通過求出3D點云來獲取車輪特征和/或車身 特征，以便由此確定車輛的車輪幾何參數(shù)和/或車軸幾何參數(shù)，其中對旋轉(zhuǎn) 車輪的拍攝特別是也在車輛從旁邊駛過的期間進行。
還有一些方法，在這些方法中，代替現(xiàn)有車輪特征借助機械輔助措施 安置特別的標記，如在DE 100 32 356 Al中示出的那樣。雖然這樣的標記 對于測量和分析計算來說得到車輪上的可良好感測的結(jié)構(gòu)，但它們需要附 加費用。
此外在DE 199 49 704 Al和DE 199 49 982 C2中示出了用于檢測其它 行走機構(gòu)部件如減震器、關(guān)節(jié)間隙的光學測量方法，其中，對車輪運動和/ 或車身運動進行光學測量。
在所有這些無接觸式光學測量方法或者裝置中，在沒有特別標記的情 況下難以借助投影光進行精確而可靠、魯棒的行走機構(gòu)測量和/或行走機構(gòu) 部件動態(tài)檢測，特別是在不平的實際測量條件下和在規(guī)定盡可能簡單進行 測量的條件下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于在使用結(jié)構(gòu)化照明的情況下對車輛進 行行走機構(gòu)測量和/或行走機構(gòu)部件動態(tài)檢測的方法，該方法盡可能魯棒地 抗外部干擾影響，并且也提供一種相應(yīng)的裝置。
該任務(wù)通過權(quán)利要求1或者權(quán)利要求11的特征解決。在這里規(guī)定，由 照明裝置在一定的窄的發(fā)射波長范圍內(nèi)窄帶地發(fā)出結(jié)構(gòu)化的光，借助傳感 器裝置在與發(fā)射波長范圍相匹配的接收波長范圍內(nèi)同樣窄帶地感測該光并 且在分析計算裝置中對其進行分析計算，其中，外來光影響被排除。對于 該裝置，該任務(wù)這樣解決照明裝置構(gòu)造得用于產(chǎn)生一定波長范圍的窄帶 光，用于感測該窄波長范圍內(nèi)的光的傳感器裝置具有一成像光具，該成像 光具具有至少一個光譜選擇性的光學元件。通過這些措施，即使在不利的 環(huán)境光線情況下、特別是在環(huán)境光強的情況下也能夠可靠地感測和分析計 算結(jié)構(gòu)化的光圖樣。所述窄帶光由一個產(chǎn)生窄帶光的光源發(fā)出或者借助一個投影光具產(chǎn) 生，由此得到可選擇的有利方案。
在此，由此得到可靠的工作方式所述窄帶光由投影光具借助于光譜 選擇性光學元件產(chǎn)生。
也可以通過借助一個激光器和一個折射的和/或衍射的投影光具或者一 個具有動態(tài)運動的反射鏡的激光投影系統(tǒng)產(chǎn)生窄帶光來支持可靠的功能。 此外，也可通過借助一個窄帶發(fā)射的發(fā)光二極管組件和一個相匹配的投影 光具產(chǎn)生窄帶光來支持可靠的功能。
借助投影光具還產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的光的光圖樣，由此可以得到其它優(yōu)點。
各種不同的其它構(gòu)型可能性在于作為光圖樣，產(chǎn)生一個規(guī)則的或不 規(guī)則的點圖樣、線圖樣或條紋圖樣、 一個隨機圖樣或者這些光圖樣中的至 少兩種的組合。
此外，以下措施有助于可靠測量反射光在探測單元的給出圖像的傳 感器裝置中通過一個成像光具來引導，在該成像光具中成像參數(shù)借助透鏡 系統(tǒng)來預給定或者影響，借助至少一個光譜選擇性光學元件進行與由照明 裝置發(fā)出的窄帶光的光譜適配。
在此有利措施在于，所述至少一個光譜選擇性光學元件被用來影響成 像參數(shù)和/或借助于在成像光具內(nèi)的射線導向來支持光譜適配，其中可以將 不希望的光譜選擇性特性降低到最小。
尤其在使用具有大物鏡視角的成像光具時測量精確度由此改善在該 成像光具內(nèi)相對于光軸傾斜進入的光的角度在其進入所述至少一個光譜選 擇性光學元件之前被減小，或者說由此改善所述至少一個光譜選擇性光 學元件在成像光具內(nèi)布置在這樣一個位置在該位置，相對于光軸傾斜進 入成像光具內(nèi)的光的角度減小。在此，對進入光譜選擇性光學元件的光入 射角度的類似影響也可以僅僅或者附加地通過該光學元件曲率來引起。
測量時的有利做法在于在基于光圖樣、特別是點圖樣分析計算時根 據(jù)反射光確定與車輪相關(guān)的3D點云并使車輪的參數(shù)表面模型適配于3D點 云，通過計算車輪不同旋轉(zhuǎn)位置的車輪法向矢量來確定車輪軸線，根據(jù)車 輪法向矢量的空間運動計算出旋轉(zhuǎn)軸線矢量作為旋轉(zhuǎn)軸線。


下面借助于實施例參考附圖詳細介紹本發(fā)明。 圖中示出
圖1 在行走機構(gòu)測量環(huán)境內(nèi)的測量裝置前視圖， 圖2 —個照明裝置和一個傳感器裝置的示意圖， 圖3 從傳感器裝置左右攝像單元視野看的投影光圖樣。
具體實施例方式
圖1示出了用于行走機構(gòu)測量的測量環(huán)境，例如用于按照在DE 10 2006 048 725/7中詳細介紹的方法或者結(jié)構(gòu)借助測量裝置10來求出車輪2的旋轉(zhuǎn) 軸線，其中，車輛可以從測量裝置10旁邊經(jīng)過。除車輪2外也可以將車身 3 (優(yōu)選在車輪2周圍) 一起引入到在測量之中。
測量裝置10具有用于光圖樣15、例如點狀光圖樣(參見圖3)的投影 裝置11并具有兩個相對于該投影裝置以預給定的空間^L置和方向安置的、 給出圖像的傳感器單元12、 13以及一個控制單元14，該控制單元為了傳遞 數(shù)據(jù)而與投影裝置11和以立體布局定位的、給出圖像的傳感器單元12、 13 相連接，并且具有用于控制投影裝置ll、給出圖像的傳感器單元12、 13和 在需要情況下連接的其它部件的以及用于分析計算數(shù)據(jù)和描述測量結(jié)果的 電子裝置，如同分析計算裝置16那樣。
圖2詳細示出了投影裝置11以及一個給出圖像的傳感器單元12。光源 30通過照明光具31發(fā)出光4，其中照明光具31具有至少一個折射的射線 成形單元32和/或一個或者多個衍射的射線成形單元33。替換所示出的結(jié) 構(gòu)方式，例如可以取代衍射的射線成形單元33而使用一個第二折射單元， 例如一個微透鏡陣列。發(fā)射光4被結(jié)構(gòu)化并且具有所述光圖樣15。此外， 離開照明光具31的發(fā)射光4是窄帶的并且只包括一個窄的波長范圍，例如 一個納米或者多個納米，例如30nm (在最大輻射功率的50%時測量)。在 此，為了可視地監(jiān)控，波長范圍在可見光譜范圍之內(nèi)、例如在紅色光譜范 圍之內(nèi)是有利的。
如圖2所示，從車輪2和/或車身3反射回來的光4'被一個呈成像光具 40形式的接收光具接收并且被輸送給一個探測單元41 ，以便緊接著對接收 的信號進行分析計算。成像光具40具有一具有成像光學元件42、 44的透 鏡系統(tǒng)以及至少一個呈光譜濾光單元43形式的光譜選擇性光學元件，該光譜濾光單元在其光譜透射范圍方面與發(fā)射光4和反射光4'的帶寬相協(xié)調(diào)， 使得特別是要利用的光被透射到達傳感器單元41并且來自周圍環(huán)境的外來 光的影響被抑制。因此，光譜濾光單元43的透射帶寬總是微小的，例如比 要利用的反射光4'的帶寬大幾納米，例如達到30nm或者最高達到50nm(在 最大功率的50%時)，其中有用光的和光譜濾光器的平均波長大致一致。
由照明裝置通過投影裝置11發(fā)射出的光4包含光圖樣，其中該光圖樣 的結(jié)構(gòu)可以是規(guī)則的或者不規(guī)則的點圖樣、線圖樣或者條紋圖樣、可以是 隨機圖樣或者是這些結(jié)構(gòu)的組合。在此，光圖樣的照明或投影的可能的技 術(shù)方案是，照明裝置具有激光器和專門的投影光具，尤其是折射的和/或衍 射的光具、具有動態(tài)運動的反射鏡的激光投影系統(tǒng)、具有特殊的、匹配的 投影光具的窄帶發(fā)射發(fā)光二極管(LED)或者光譜被縮窄的、具有專門的 投影光具的寬帶發(fā)射光源，例如熱輻射器。照明裝置除光源30外還具有折 射的和/或衍射的光學元件或者具有一個具有動態(tài)運動的反射鏡的投影系 統(tǒng)，這些反射鏡用來產(chǎn)生投影的照明結(jié)構(gòu)。在此，發(fā)射光可以在時間上被 節(jié)拍化，例如以lms至10ms范圍內(nèi)的周期持續(xù)時間。
接收光具或者說成像光具40的透鏡系統(tǒng)構(gòu)造得用于達到或者調(diào)節(jié)到最 佳成像參數(shù)構(gòu)成。光譜選擇性光學元件例如有色玻璃濾光片或者干涉濾光 片在光譜方面與發(fā)射光4或者反射光4'的光譜相匹配，其中，光譜選擇性 光學元件可以同時通過合適的造型例如彎曲率和/或在成像光程內(nèi)的位置而 用于成像功能和濾光功能。通過在成像光具40內(nèi)的合適的射線導向可以支 持光譜選擇性元件的特性。通過在成像光具40內(nèi)的合適的射線導向也可以 抑制可能的、不希望的光譜選擇性元件特性例如濾光作用的方向依賴性， 或者使其降低到最小。這些措施有利地有助于通過一個大視角的物鏡將傾 斜于光軸射入成像光具40中的光不失真地、光譜窄帶地過濾，使得在測量 裝置中可以有利地實現(xiàn)例如大于40。或者50°的大物鏡視角，其中與入射 角相關(guān)的濾光特性實際上幾乎保持不變。
給出圖像的傳感器單元12、 13例如是攝像機，其中，成像光具40構(gòu) 造為攝像光具。
形成光圖樣15的光的光譜窄帶性和接收光具的光譜窄帶性使得即使在 強環(huán)境光下、例如在強烈的太陽輻射下也能構(gòu)可靠測量，因為具有光圖樣 的反射光4'能夠被可靠地與環(huán)境光相區(qū)別。在該基礎(chǔ)上得到對由車輪反射的光圖樣15'、 15"的可靠的、確定的分析計算。
除光圖樣15外圖3還示出了從兩個給出圖像的傳感器單元12、 13的 視角看到的由車輪反射的光圖樣15'、 15"，這些傳感器單元呈左、右立體攝 像機的形式，其中，光點的似線一般排列在兩個攝像中不同地彎曲。該光 圖樣例如是激光點圖樣。
根據(jù)沿相對于給出圖像的傳感器單元12、 13的斜線的各個不同傾斜角 度的立體移動矢量中例如可以確定與車輪相關(guān)的3D點云，如在上面提到的 DE 10 2006 048 725.7中詳細解釋的那樣。
測量裝置10構(gòu)造得用于進行精確的、魯棒的行走機構(gòu)測量和/或行走機 構(gòu)部件動態(tài)檢測。通過光圖樣15的投影，該方法不依賴于固定地與車輪表 面或者說車輪構(gòu)造和/或在必要情況下與車身表面相關(guān)聯(lián)并在它們運動時隨 之游移的參考點，因此也不必識別車輪表面或者車身表面上的結(jié)構(gòu)。而是 通過借助光圖樣15的結(jié)構(gòu)化照明產(chǎn)生穩(wěn)定的特征，它們不是位置固定地與 車輪表面或者車身表面連接，因此在運動時不隨之游移。例如在這里介紹 的方法中，特別是在車輛相對于測量裝置IO從旁邊駛過時也能夠以較高的 魯棒性測量車輪2的旋轉(zhuǎn)軸線的位置?？梢匀∠囕喌奈恢霉潭ǖ男D(zhuǎn)(滾 動檢測臺或者抬起車輛)。緊接著例如可以根據(jù)己知的旋轉(zhuǎn)軸線位置計算軸 幾何參數(shù)，如前束和外傾角。在此也可以進行輪輞跳動補償。
替換以立體布局設(shè)置的傳感器單元12、 13，也可以用單攝像機系統(tǒng)或 多攝像機系統(tǒng)進行基于具有光圖樣15的結(jié)構(gòu)化照明的3D測量，其中，與 在立體布局情況下一樣，通過確定3D點云對測量數(shù)據(jù)進行算法上的處理。
在實施該方法時，在車輪2從旁邊駛過或者旋轉(zhuǎn)時，每個時間步驟進 行一次圖樣投影并由此計算出一個3D點云。為了分析計算，例如將車輪2 或者車身的一個參數(shù)表面模型裝入3D點云內(nèi)，如在所提到的R315415中同 樣詳細說明的那樣。作為光圖樣，例如將按照圖3的細目激光點圖樣投影 到輪胎上。為了提高精確度或者魯棒性，對每個激光點根據(jù)攝像機組件的 立體圖像的移動矢量(差距)計算出深度，其中，窄帶照明光和通過窄帶 接收件組件得到的接收光有助于可靠地感測和提高測量精確度。
權(quán)利要求
1、用于車輛(1)上的行走機構(gòu)測量和/或用于車輛(1)上的行走機構(gòu)部件動態(tài)檢測的方法，在這種方法中，借助一個照明裝置(11)用由結(jié)構(gòu)化的光構(gòu)成的一個光圖樣(15)照亮車輛(1)的至少一個車輪(2)和/或至少一個區(qū)段并且借助給出圖像的傳感器裝置(12，13)接收反射回來的光(4′)并在一個分析計算裝置(16)中對反射回來的光(4′)進行分析計算，其特征為，所述結(jié)構(gòu)化的光由該照明裝置在一確定的、窄的發(fā)射波長范圍內(nèi)窄帶地發(fā)出，借助所述傳感器裝置(12，13)同樣窄帶地在與發(fā)射波長范圍相適配的接收波長范圍內(nèi)感測該光并且在所述分析計算裝置(16)中對該光進行分析計算，其中，外來光影響被排除。
2、 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述窄帶光由一個產(chǎn)生窄 帶光的光源發(fā)射或者借助一個投影光具產(chǎn)生。
3、 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征為，所述窄帶光由所述投影光 具借助光譜選擇性光學元件產(chǎn)生。
4、 按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征為，所述窄帶光借助一激 光器和一折射的和/或衍射的投影光具或者一具有動態(tài)運動的反射鏡的激光 投影系統(tǒng)產(chǎn)生。
5、 按照權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征為，所述窄帶光借助一窄 帶發(fā)射的發(fā)光二極管組件和一相匹配的投影光具產(chǎn)生。
6、 按照權(quán)利要求2至5之一所述的方法，其特征為，借助所述投影光 具也產(chǎn)生所述結(jié)構(gòu)化的光的光圖樣。
7、 按照前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為，作為光圖樣，產(chǎn)生 一個規(guī)則的或不規(guī)則的點圖樣、 一個線圖樣或者條紋圖樣、 一個隨機圖樣 或者這些光圖樣中的至少兩種的組合。
8、 按照前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為，反射回來的光(4') 在一個探測單元(41)的給出圖像的傳感器裝置(12， 13)內(nèi)通過一個成 像光具(40)導入，在該成像光具中，成像參數(shù)借助一個透鏡系統(tǒng)來預給 定或者影響，借助至少一個光譜選擇性光學元件進行與由照明裝置(11) 發(fā)出的所述窄帶光的光譜適配。
9、 按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征為，所述至少一個光譜選擇性 光學元件(43)也被用來影響成像參數(shù)和/或借助于所述成像光具(40)中 的射線導向和/或通過光譜選擇性光學元件的曲率來支持光譜適配，其中， 將不希望的光譜選擇性特性降低到最小。
10、 按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征為，在所述成像光具(40) 中，相對于光軸傾斜進入的光的角度在其進入所述至少一個光譜選擇性光 學元件(43)之前被減小。
11、 按照前面權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為，在基于光圖樣(15)、 特別是點圖樣進行分析計算時，根據(jù)反射光(4')確定與車輪相關(guān)的3D點 云(20),使車輪(2)的參數(shù)表面模型適配于所述3D點云，通過對車輪(2) 的不同旋轉(zhuǎn)位置計算出車輪法向矢量來確定車輪軸線，根據(jù)車輪法向矢量 的空間運動中計算出旋轉(zhuǎn)軸線矢量作為旋轉(zhuǎn)軸線。
12、 用于實施按照前面權(quán)利要求之一所述的方法的裝置，具有一個用 于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的光圖樣(15)并用于以該光圖樣(15)照亮車輛(1)的至 少一個車輪(2)和/或至少一個區(qū)段的照明裝置(11)，具有一個給出圖像 的傳感器裝置(12， 13)用于接收反射回來的光(4')，并具有一個分析計 算裝置(16)，其特征為，所述照明裝置(11)構(gòu)造得用于產(chǎn)生確定波長范 圍內(nèi)的窄帶光，用于感測該窄波長范圍內(nèi)的光的所述傳感器裝置(12， 13) 具有一個成像光具(40)，該成像光具(40)具有至少一個光譜選擇性光學 元件(43)。
13、 按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征為，所述至少一個光譜選擇性光學元件(43)在該成像光具(40)內(nèi)部安置在這樣一個位置在該位置，相對于光軸傾斜進入該成像光具(40)內(nèi)的光的角度減小和/或所述至少一個光譜選擇性光學元件為了避免光譜過濾特性的方向依賴性而是彎曲的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于車輛(1)上的行走機構(gòu)測量和/或用于車輛(1)上的行走機構(gòu)部件動態(tài)檢測的方法以及一種用于實施該方法的裝置，在該方法中，借助一個照明裝置(11)用由結(jié)構(gòu)化的光構(gòu)成的一個光圖樣(15)照亮車輛(1)的至少一個車輪(2)和/或至少一個區(qū)段并且借助給出圖像的傳感器裝置(12，13)接收反射回來的光(4′)并在一個分析計算裝置(16)中對反射回來的光(4′)進行分析計算。即使在不利的環(huán)境光情況下也能實現(xiàn)魯棒的測量，其方式是，所述結(jié)構(gòu)化的光由該照明裝置在一確定的、窄的發(fā)射波長范圍內(nèi)窄帶地發(fā)出，借助所述傳感器裝置(12，13)同樣窄帶地在與發(fā)射波長范圍相適配的接收波長范圍內(nèi)感測該光并且在所述分析計算裝置(16)中對該光進行分析計算，其中，外來光影響被排除。
文檔編號G01B11/275GK101680751SQ200880015229
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日
發(fā)明者B·施米特克, C·克諾爾, G·諾比斯, S·亞伯拉罕, U·卡爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司