DE202013000050U1 - Vorrichtung zur Erfassung einer Oberfläche eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen der Oberfläche eines Kraftfahrzeugs.
- Die Überprüfung der Oberflächen eines Kraftfahrzeugs ist zur Feststellung von Schäden oder zur Beurteilung dessen Zustands erforderlich.
- Zur Überprüfung von Oberflächen ist es bekannt Linien- oder Gittermuster auf die Karosserieoberfläche zu projizieren und anhand der Verformungen des Musters Schäden festzustellen.
- Zur automatischen Erfassung von Schäden an der Karosserie werden unter Anderem Portalscanner eingesetzt, die eine oder mehrere Laserscanner zur Erfassung der Oberseite und der Seiten des Kraftfahrzeugs aufweisen. Der Portalscanner wird hierbei über die Längsachse des Kraftfahrzeugs bewegt, wobei die Daten der Laserscanner an ein Bildberarbeitungssystem übertragen und mit Hilfe spezieller Algorithmen zur Feststellung von Schäden ausgewertet werden.
- Mit den bekannten Vorrichtungen zur Überprüfung der Oberflächen eines Kraftfahrzeugs ist es nicht möglich, ohne Zusatzmittel abfallende Oberflächen an der Front und dem Heck vollständig mit zu erfassen.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, die eine dreidimensionale Erfassung der gesamten Oberfläche eines Kraftfahrzeugs sowie eine hohe Erfassungsdichte ermöglicht.
- Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur dreidimensionalen Erfassung einer Oberfläche eines Kraftfahrzeugs weist Mittel zur optischen Bilderfassung auf, deren Bilderfassungsbereich auf die Oberfläche des Kraftfahrzeugs ausrichtbar ist, mit denen Koordinaten von Bildpunkten erfassbar und als Bildkoordinatendaten übertragbar bereitstellbar sind.
- Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuer- und Auswerteeinheit auf. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist mit den Mitteln zur optischen Bilderfassung verbunden. Die von den Mitteln zur optischen Bildverarbeitung erhaltenen Bildkoordinatendaten sind von der Steuer- und Auswerteeinheit erfassbar und weiterverarbeitbar.
- Eine Positioniervorrichtung trägt die Mittel zur optischen Bilderfassung und ist relativ zu der Oberfläche des Kraftfahrzeuges beweglich.
- Die Positioniervorrichtung weist erfindungsgemäß zwei Teileinheiten auf, wobei jede Teileinheit eine Basiseinheit und einen Scannerarm aufweist. Die Basiseinheit ist an einer Linearführung mittels eines translatorischen Antriebsmittels entlang einer Längsachse linear verfahrbar angeordnet.
- An jeder der beiden Basiseinheiten ist jeweils ein Scannerarm angeordnet. Der Scannerarm ist dabei um eine horizontale Querachse, welche quer zu der Längsachse liegt, verschwenkbar angeordnet, wobei der Scannerarm mittels eines rotatorischen Antriebsmittels verschwenkbar ist. Jeder der beiden Scannerarme trägt mindestens ein Mittel zur optischen Bilderfassung.
- Die Teileinheiten sind nach Größe und Lagebeziehung so ausgebildet, dass zwischen Ihnen ein Kraftfahrzeug mit seiner Kraftfahrzeuglängsachse im Wesentichen parallel zu der Längsachse der Basiseinheiten positionierbar ist. Dadurch können die Mittel zur optischen Bilderfassung so ausgerichtet werden, dass – in Abhängigkkeit von der Position von Basiseinheiten und zugehörigen Scannerarmen – die zu vermessende Oberfläche des Kraftfahrzeuges erfassbar ist.
- Mittels der Steuer- und Auswerteeinheit sind die Bewegung der Basiseinheiten und der Scannerarme steuerbar und deren Position festlegbar. Weiterhin ist mittels der Steuer- und Auswerteeinheit die aktuelle Position der Basiseinheiten und der Scannerarme erkennbar. Die von den Mitteln zur optischen Bilderfassung bereitgestellten Bildkoordinatendaten stellen zunächst dreidimensionale Koordinatendaten dar, die relativ zu der Position der Mittel der optischen Bilderfassung im Zeitpunkt der Aufnahme sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit führt die relativen dreidimensionalen Koordinatendaten mit den Daten über die Position der Basiseinheiten und Scannerarme zusammen. Somit sind durch die Steuer- und Auswerteeinheit mittels der Bildkoordinatendaten und der Daten über die Position der Basiseinheiten und der Scannerarme die Raumkoordinatendaten von Punkten der Oberfläche des Kraftfahrzeugs ermittelbar, wobei die Daten beider Teileinheiten in einem einheitlichen Raumkoordinatensystem ermittelbar sind. Im Ergebnis stehen die Raumkoordinatendaten in einem einheitlichen Raumkoordinatensystem in der Steuer- und Auswerteeinheit auswertbar zur Verfügung. Auswertbar zur Verfügung stehen bedeutet insbesondere, dass die Daten visualisierbar, ausgebbar, beispielsweise ausdruckbar, speicherbar oder an andere Computer übertragbar sind. Die Raumkoordinatendaten können auch Grundlage für automatisierte Soll-Ist-Vergleiche und weiterführende Algorithmen sein, welche beispielsweise Schadensberechnungen, Ermittlungen von erforderlichen Ersatzteilen und Ähnliches zum Gegenstand haben können.
- Es ist hierbei vorstellbar, bei geöffneter Motorhaube Stereobilder aus dem Motorbereich an einen speziellen Servicebetrieb zu übertragen, von dem in Echtzeit online Anweisungen zur speziellen Fehlerdiagnose oder Reparatur an einen Servicetechniker vor Ort übermittelt werden.
- Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung besteht in der Möglichkeit einer vollständigen Erfassung der Oberfläche des Kraftfahrzeugs, da die Vorrichtung bei annähernd horizontaler Stellung der Scannerarme die Oberfläche des Kraftfahrzeugs an der Front und an dem Heck vollständig und in einem günstigen Winkel mit erfassen kann.
- Gleichzeitig ist das Kennzeichen des Fahrzeugs automatisch erfassbar, so dass das Scanergebnis unter dessen Zuordnung auswertbar und speicherbar ist.
- Als weiterer Vorteil sind durch die Kombination von Rotations- und Translationsbewegungen zum ersten hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Mittel der optischen Bilderfassung und zum zweiten eine gute Positionierbarkeit der Mittel der optischen Bilderfassung nach Abstand und Winkel in Bezug auf interessierende Bereiche der Oberfläche des Kraftfahrzeuges erreichbar.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung sind beide Teileinheiten der Vorrichtung synchron positionierbar. Dies bedeutet, dass beide Basiseinheiten synchron verfahrbar und deren jeweilige Scannerarme ebenfalls synchron verschwenkbar sind.
- Auf diese Weise ist die Oberfläche des Kraftfahrzeugs vorteilhaft in einem einheitlichen Scanvorgang von der Front bis zum Heck erfassbar.
- In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist jede der Teileinheiten auch separat positionierbar; es sind also die Basiseinheiten separat verfahrbar oder deren Scannerarm separat verschwenkbar.
- Mit dem voneinander separaten Verfahren und separaten Verschwenken des Scannerarms sind einzelne, interessierende Teilbereiche der Oberfläche des Kraftfahrzeugs erfass- und beurteilbarbar, ohne einen Scan der gesamten Oberfläche durchzuführen. Als Vorteil muss bespielsweise eine nicht erforderliche Teileinheit nicht unnötig in Betrieb genommen werden. Einen weiteren Vorteil bildet die Möglichkeit, gleichzeitig unterschiedliche interessierende Teilbereiche der Oberfläche zu scannen, so dass der Zeitaufwand reduziert werden kann.
- In einer weiteren Variante ist der Scannerarm an der Basiseinheit um die horizontale Querachse so weit nach unten verschwenkbar, dass der Erfassungsbereich von mindestens einem Mittel zur optischen Bilderfassung die Fahrzeugunterseite oder Teile hiervon erfasst. Bevorzugt ist der Scannerarm dabei in einem Bereich von 0 bis 360 Grad verschwenkbar.
- Neben der Erfassbarkeit der Front- und Heckpartien ist es hierdurch auch möglich, den Unterboden eines Kraftfahrzeugs zu scannen, wenn sich das Fahrzeug auf einer angehobenen Hebebühne befindet.
- Gemäß einer anderen Weiterbildung weist der Scannerarm einen senkrechten Abschnitt und einen sich daran anschließenden gekröpften Abschnitt auf. Der gekröpfte Abschnitt neigt sich aus der Längserstreckung eines geraden Abschnitts des Scannerarm in Richtung Fahrzeug. Damit können die Mittel zur optischen Bilderfassung in einem günstigeren Winkel zu den Flächen der Oberseite sowie zur Front- und Heckpartie sowie gegebenenfalls auch zu dem Fahrzeugboden positioniert werden. Der gekröpfte Abschnitt des Scannerarms weist bevorzugt eine Länge in der Größenordnung der halben Fahrzeugbreite eines Kraftfahrzeugs auf.
- Mit dieser Ausbildung des Scannerarms sind Verzerrungen bei der optischen Erfassung der Oberfläche gering, da die gesamte Oberfläche nahezu senkrecht von den Mitteln zur optischen Bilderfassung erfassbar ist, wodurch genauere Ergebnisse in der Auswertung von Scans erzielt werden.
- Die Scannerarme der Vorrichtung bestehen in einer Weiterbildung aus kohlefaserverstärkten Kunststoff, wodurch diese bei geringer Eigenmasse sehr stabil sind und zum Verschwenken nur geringe Antriebskräfte erfordern.
- Günstigerweise ist die Positioniervorrichtung gemäß einer weiteren Variante an einer Hebebühne angeordnet, wobei im angehobenen Zustand der Hebebühne der Unterboden eines Kraftfahrzeugs optisch erfassbar ist, so dass dessen Zustand wie auch der der Bauteile der Bodengruppe beurteilbar ist.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Mittel zur optischen Bilderfassung ein Stereokamerasystem benutzt.
- Im Zusammenwirken mit der Steuer- und Auswerteeinheit sind die Raumkoordinatendaten von Punkten der Oberfläche des Fahrzeugs eindeutig erfassbar und ist die darauf beruhende Oberflächentopologie bestimmbar.
- In jedem Scannerarm sind vorteilhafterweise mehrere Stereokamerasysteme angeordnet, so dass eine verzerrungsarme optische Erfassung der Oberfläche des Kraftfahrzeugs durchführbar ist.
- Jedem Stereokamerasystem ist in einer vorteilhaften Weiterbildung jeweils eine Projektionseinheit zugeordnet.
- Dabei ist in einer Variante mittels der Projektionseinheit die Projektion eines Musters auf die Oberfläche des Kraftfahrzeugs realisierbar, das beispielsweise in Form eines Punktmuster vorliegen kann. Hier werden mit dessen Hilfe Punkte gesetzt, die von den beiden Kameras eines Stereokamerasystems erkennbar sind und eine zuverlässige Berechnung der Tiefeninformation ermöglichen. Verformungen oder Beschädigungen der Karosserie sind so genau bestimmbar.
- Alternativ kann in einer weiteren Variante die Projektionseinheit zur Beleuchtung der Oberfläche genutzt werden.
- Es erfolgt in der jeweiligen Position des Scannerarms eine zielgerichtete Ausleuchtung der Oberfläche des Kraftfahrzeugs während der optischen Erfassung mittels Stereokamerasystem.
- Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
-
1 schematische Darstellung der Vorrichtung als Schnitt quer zur Längsachse
und -
2 schematische Darstellung der Vorrichtung in der Seitenansicht
näher erläutert. - Eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Fahrzeugs weist nach
1 eine Positioniervorrichtung mit zwei Teileinheiten1.1 ;1.2 auf, die aus einer Basiseinheit2.1 ;2.2 mit einem an dieser angeordneten Scannerarm3.1 ;3.2 besteht. Der Scannerarm3.1 ;3.2 ist um eine horizontale Querachse4.1 ,4.2 schwenkbar und die Basiseinheit2.1 ;2.2 an einer Linearführung5.1 ,5.2 horizontal verfahrbar. - Der Scannerarm
3.1 ;3.2 trägt als Mittel zur optischen Bilderfassung Stereokamerasysteme6.1 ;6.2 ;6.3 ;6.4 ;6.5 ;6.6 , wobei jedem Stereokamerasystem6.1 bis6.6 eine Projektionseinheit7.1 ;7.2 ;7.3 ;7.4 ;7.5 ;7.6 zur Projektion eines Musters oder zur Beleuchtung der Oberfläche eines Kraftfahrzeugs8 , das nach1 und2 zwischen den Teileinheiten1.1 und1.2 entlang einer Längsachse der Basiseinheiten2.1 ;2.2 an vorgegebener Stelle positioniert ist, zugeordnet ist. - Die Teileinheiten
1.1 ;1.2 sind mit einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden, von der sowohl die Position der Basiseinheiten2.1 ;2.2 und der Scannerarme3.1 ;3.2 erfasst und gesteuert sowie die Projektionseinheit7.1 ;7.2 ;7.3 ;7.4 ;7.5 ;7.6 angesteuert wird als auch die Daten der optischen Bilderfassung mittels der Stereokamerasysteme6.1 ;6.2 ;6.3 ;6.4 ;6.5 ;6.6 erfasst und ausgewertet werden. - Der Scannerarm
3.1 ;3.2 weist einen geraden Abschnitt9.1 ;9.2 und einen sich daran anschließenden gekröpften Abschnitt10.1 ;10.2 auf. - Die Linearführungen
5.1 ;5.2 sind an einer Hebebühne11 montiert. - Zur dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche des Kraftfahrzeugs
8 wird dieses bei senkrecht stehenden Scannerarmen3.1 ;3.2 zwischen den Teileinheiten1.1 ;1.2 auf der Hebebühne11 positioniert. - Aus dem OBD-(Onbord Diagnose)System des Kraftfahrzeugs
8 werden die Fahrzeugdaten ausgelesen und in die Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen. - Alternativ können die Fahrzeugdaten mittels eines mobilen Endgeräts an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden.
- Die Basiseinheiten
2.1 ;2.2 werden entsprechend der in einer Datenbank hinterlegten Daten des Fahrzeugtyps auf den Linearführungen5.1 ;5.2 soweit verfahren, dass die Scannerarme3.1 ;3.2 zur Erfassung der Front des Kraftfahrzeugs8 , in einem erforderlichen Scanvolumen für den jeweiligen Fahrzeugtyp, verschwenkt werden. Alternativ kann die Bewegungssteuerung von Basiseinheiten2.1 ;2.2 sowie Scannerarmen3.1 ;3.2 auch über die durch das Stereokamerasystem gewonnenen Bildkoordinaten erfolgen, mittels derer Informationen über den Abstand zum Fahrzeug stets vorliegen. - Nach dem Verschwenken der Scannerarme
3.1 ;3.2 vor die Front des Kraftfahrzeugs8 beginnt der Scan der Oberfläche, indem die Scannerarme3.1 ;3.2 in die Senkrechte schwenken, die Basiseinheiten2.1 ;2.2 in Richtung des Hecks verfahren werden und zur Erfassung der Oberfläche des Hecks nach Unten verschwenken. - Während des Scans werden die erfassten Daten der Positionen der Basiseinheiten
2.1 ;2.2 und der Scannerarme3.1 ;3.2 sowie die Bilddaten der Stereokamerasysteme6.1 ;6.2 ;6.3 ;6.4 ;6.5 ;6.6 in Echtzeit an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen. - Nach dem Ende des Scanvorgangs werden die Scannerarme
3.1 ;3.2 wieder in eine senkrechte Position verfahren und es erfolgt zeitgleich die Auswertung der erfassten Daten, wobei der allgemeine Zustand der gescannten Oberfläche, deren Topologie mit Beschädigungen und/oder Verformungen bestimmt werden. - Die Ablage der Daten der Auswertung erfolgt unter Zuordnung zum Fahrzeugtyp und dem während des Scans erfassten Kennzeichen des Kraftfahrzeugs
8 . - Diese Daten stehen ausgebbar in der Steuer- und Auswerteeinheit zur Verfügung.
- Diese Daten können zu Dokumentations- und Beweiszwecken auch gespeichert werden.
- Auf Basis dieser Daten ist nachfolgend eine automatische Kalkulation von Reparaturkosten möglich.
- Eine Option zur Nutzung dieser Daten besteht auch in der Bewertung von gebrauchten Fahrzeugen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Teileinheit (
1.1 ;1.2 ) - 2
- Basiseinheit (
2.1 ;2.2 ) - 3
- Scannerarm (
3.1 ;3.2 ) - 4
- horizontale Querachse (
4.1 ;4.2 ) - 5
- Linearführung (
5.1 ;5.2 ) - 6
- Stereokamerasystem (
6.1 ;6.2 ,6.3 ;6.4 ,6.5 ;6.6 ) - 7
- Projektionseinheit (
7.1 ;7.2 ;7.3 ;7.4 ;7.5 ;7.6 ) - 8
- Kraftfahrzeug
- 9
- gerader Abschnitt (
9.1 ;9.2 ) - 10
- gekröpfter Abschnitt (
10.1 ;10.2 ) - 11
- Hebebühne
Claims (11)
- Vorrichtung zur Erfassung einer Oberfläche eines Kraftfahrzeugs, aufweisend Mittel zur optischen Bilderfassung, deren Bilderfassungsbereich auf die Oberfläche des Kraftfahrzeugs ausrichtbar ist, mit denen Koordinaten von Bildpunkten erfassbar und als Bildkoordinatendaten übertragbar bereitstellbar sind, eine Steuer- und Auswerteeinheit, die mit den Mitteln zur optischen Bilderfassung verbunden ist und mittels derer die Bildkoordinatendaten erfassbar und weiterverarbeitbar sind, eine Positioniervorrichtung, die die Mittel zur optischen Bilderfassung trägt und die beweglich relativ zu der Oberfläche des Kraftfahrzeugs ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung zwei Teileinheiten (
1.1 ;1.2 ) aufweist, wobei jede der Teileinheiten (1.1 ;1.2 ) eine Basiseinheit (2.1 ;2.2 ), welche an einer Linearführung (5.1 ;5.2 ) entlang einer Längsachse mittels eines translatorischen Antriebsmittels linear verfahrbar angeordnet ist, und einen Scannerarm (3.1 ;3.2 ) aufweist, welcher an der Basiseinheit (2.1 ;2.2 ) um eine horizontale Querachse (4.1 ;4.2 ), welche quer zu der Längsachse liegt, verschwenkbar angeordnet ist und wobei der Scannerarm (3.1 ;3.2 ) mittels eines rotatorischen Antriebsmittels verschwenkbar ist und mindestens ein Mittel zur optischen Bilderfassung trägt, und wobei ein Kraftfahrzeug (8 ) zwischen den Teileinheiten (1.1 ;1.2 ) mit seiner Kraftfahrzeuglängsachse entlang der Längsachse der Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) positionierbar ist, dass mittels der Steuer- und Auswerteeinheit die Bewegung der Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) und der Scannerarme steuerbar (3.1 ;3.2 ), deren Position festlegbar und die Position der Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) und der Scannerarme (3.1 ;3.2 ) erkennbar ist, sowie aus den Bildkoordinatendaten und den Daten über die Position der Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) und der Scannerarme (3.1 ;3.2 ) Raumkoordinatendaten von Punkten der Oberfläche des Kraftfahrzeugs (8 ) in einem einheitlichen Raumkoordinatensystem ermittelbar sind, wobei die Raumkoordinatendaten auswertbar zur Verfügung stehen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teileinheiten (
1.1 ;1.2 ) synchron positionierbar sind, wobei beide Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) synchron verfahrbar und beide Scannerarme (3.1 ;3.2 ) synchron verschwenkbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Teileinheiten (
1.1 ;1.2 ) separat postionierbar sind, indem jede der Basiseinheiten (2.1 ;2.2 ) separat verfahrbar oder jeder der Scannerarme (3.1 ;3.2 ) separat verschwenkbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scannerarm (
3.1 ;3.2 ) so nach unten verschwenkbar ist, dass der Bilderfassungsbereich von mindestens ein von ihm getragenen Mittel zur optischen Bilderfassung die Fahrzeugunterseite zumindest teilweise erfasst. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scannerarm (
3.1 ;3.2 ) einen geraden Abschnitt (9.1 ;9.2 ) und einen sich daran anschließenden gekröpften Abschnitt (10.1 ;10.2 ) aufweist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scannerarm (
3.1 ;3.2 ) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung an einer Hebebühne (
11 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur optischen Bilderfassung Stereokamerasysteme (
6.1 ;6.2 ;6.3 ;6.4 ;6.5 ;6.6 ) sind. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stereokamerasystem (
6.1 ;6.2 ;6.3 ;6.4 ;6.5 ;6.6 ) eine Projektionseinheit (7.1 ;7.2 ;7.3 ;7 ,4 ;7.5 ;7.6 ) zugeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Projektionseinheit (
7.1 ;7.2 ;7.3 ;7 ,4 ;7.5 ;7.6 ) eine Projektion eines Musters auf die Oberfläche des Kraftfahrzeugs (8 ) bereitstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Projektionseinheit (
7.1 ;7.2 ;7.3 ;7 ,4 ;7.5 ;7.6 ) eine Beleuchtung der Oberfläche des Kraftfahrzeugs (8 ) bereitstellbar ist.
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