Deutschland und das Auto verbindet eine lange Geschichte. Hier meldete 1886 Carl Benz das Patent für ein benzingetriebenes Kraftfahrzeug mit Viertaktmotor an, den „Benz Patent-Motorwagen Nummer 1“. Heute sind Marken wie VW, Porsche, Mercedes und BMW weltberühmt und stehen für beste Qualität und Innovation. Die Automobilindustrie gilt als das Zugpferd der deutschen Wirtschaft und ist Impulsgeber für viele weitere Wirtschaftszweige.

Ein Wirtschaftszweig ist die Messtechnik, in der sich die AICON 3D Systems GmbH als Spezialist etabliert hat. Das 1990 in Braunschweig gegründete Unternehmen entwickelt, fertigt und vertreibt optische kamerabasierte 3D Messsysteme. Mit der Übernahme der Breuckmann GmbH im Jahr 2012 erweiterte es sein Produktportfolio um hochgenaue 3D Scanner. 

Radverhalten untersuchen

Mit ihrem optischen Messsystem WheelWatch hat die AICON 3D Systems GmbH neue Maßstäbe in der Fahrzeugentwicklung gesetzt. Bevor ein Auto Serienreife erlangt, legen Prototypen Millionen an Testkilometern zurück. Dabei wird sorgfältig untersucht, wie sich die Räder bei extremen Fahrmanövern verhalten. Wie meistern sie Bodenwellen oder nasse Straßen? Bleiben sie bei Ausweichmanövern und erhöhten Geschwindigkeiten stabil in der Spur? Bietet der Radkasten auch in scharfen Kurven genügend Platz? Hier geht es um Parameter wie Spur, Sturz, Federweg, Lenkwinkel und Freigang. 

Radbewegung bei 250 km/h erfassen

Die EoSens® Kamera ist in einem robusten Gehäuse untergebracht. Hier wird es auf einen Prüfstand montiert.

Zentrale Komponente von WheelWatch ist eine Hochgeschwindigkeitskamera von Mikrotron. Bei einer Aufnahmefrequenz von fast 500 Bildern pro Sekunde liefert die mit einem CMOS-Sensor ausgestattete EoSens® Kamera eine Auflösung von 1.280 x 1.024 Pixeln. So erfasst sie selbst bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 250 km/h scharfe und detaillierte Bilder. Für die erforderlichen extrem kurzen Belichtungszeiten im Mikrosekundenbereich sorgt der integrierte Hochleistungsblitz. 

Harten Betriebsbedingungen standhalten

Die Kamera wird extremen Kräften ausgesetzt und muss Beschleunigungen, Lenkmanövern und abrupten Bremsvorgängen standhalten. Hinzu kommt, dass sie auch nach langwierigen Tests von mehreren Stunden verlässlich arbeiten muss. Die Ingenieure bei AICON 3D Systems stellen demnach höchste Anforderungen an ihre Robustheit und Langzeitstabilität. „Trotz teilweise harter Betriebsbedingungen arbeitet die Kamera zuverlässig,“ bestätigt Robert Godding, Geschäftsführer der AICON 3D Systems GmbH. „Sie hat bei vielfältigen Einsätzen – nicht nur im Bereich der Radbewegungsmessung - stärkste Herausforderungen gemeistert und liefert immer hochqualitative Bilddaten“.

Messsystem am Fahrzeug montieren

The WheelWatch system and the high-speed camera by Mikrotron is mounted on the car.
Pro Rad wird je eine Kamera angebracht, die das Rad und den Kotflügel vollständig erfasst.

Pro Rad wird jeweils eine Kamera so angebracht, dass sie das Rad und den Kotflügel vollständig erfasst. Am Kotflügel werden speziell kodierte Messmarken befestigt, die das Fahrzeugkoordinatensystem kennzeichnen. Auf das Rad wird ein mit individuellen Punktmustern bedruckter Adapter montiert. Die Kamera erfasst das Rad und orientiert sich gleichzeitig am umgebenden Kotflügel. Sie muss deshalb nicht stabil gehalten werden. Gleichzeitig wirken sich Vibrationen und Stöße nicht auf die Messdaten aus. Das System referenziert sich im Messtakt zum Fahrzeug selbst und erreicht damit höchste Positionsgenauigkeit von ca. ± 0,1 mm und Winkelgenauigkeit von ca. ± 0,015 °.

Es lassen sich vier Kameras untereinander aber auch mit anderen Messaufnehmern synchronisieren. So können beispielsweise mit dem EngineWatch System zusätzlich die Bewegungen im Motorblock erfasst werden. Hier profitiert das System von der kompakten Größe der EoSens® Kamera. Sie misst 63 x 63 x 47 mm und ermöglichte die Entwicklung eines Gehäuses, das auch in engeren Räumen Platz findet. 

Bilder in der Kamera auswerten

Benutzeroberfläche der WheelWatch Software

Die Messbilder werden über einen FPGA-Bildauswerteprozessor direkt im Kamerasensor ausgewertet und über eine GigE Schnittstelle in Echtzeit an den Computer geschickt. Die Ergebnisse stehen bereits kurz nach der Aufnahme zur Verfügung. Herr Godding zählt die integrierte FPGA-Technologie zu den besten Eigenschaften der Kamera: „Die Möglichkeit, das kamerainterne FPGA für unsere Zwecke der Bildverarbeitung zu nutzen, war eine der Gründe, warum wir uns für eine Mikrotron Kamera entschieden haben. Die dafür notwendige Zusammenarbeit hat wirklich gut geklappt.“

Vielseitig anwenden

Das System wird sowohl am Prüfstand als auch bei Fahrversuchen auf der Teststrecke eingesetzt. Es ist jedoch auch für andere Bewegungsanalysen geeignet: 

3D Bewegungs- und Positionsanalyse

  • Türschlagversuche
  • Untersuchung des Schließverhaltens von Klappen, Verdecken, Fenstern
  • Vibrationsanalyse von Bauteilen
  • Bahnvermessung von Robotern
  • Maschinenkontrolle

3D Deformationsanalyse

  • Fehleranalyse in der Produktionslinie (z. B. Schweißvorgänge)
  • Verhalten von Komponenten im Windkanal oder in der Klimakammer
  • Kollisionsuntersuchungen
  • Materialprüfung, Strukturanalyse

6D Positionierung und Ausrichtung von Einzelpunkten und Starrkörpern