Messprinzip

Touchless

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Inhalt 

1. Einleitung 

2. Produktbeschreibung 

3. Varianten 

4. Messprinzip 

5. Referenzsystem 

6. Messbedingungen 

7. Vermessungsprogramm 

8. Bühnenadaption 

9. Produktvorteile 

© Beissbarth GmbH; Version: siehe Dateiname

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Unser Vertriebsprogramm 

� Fahrwerkvermessungssysteme 

� Prüfstände für Bremse, Fahrwerk und Spur 

� Radwuchtmaschinen 

� Reifenmontiergeräte 

� Klimaservicegeräte 

www.Beissbarth.com 

www.Touchless.de 

© Beissbarth GmbH; Version: siehe Dateiname 

Fahrwerkvermessung 

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Geschichte der Firma Beissbarth 

� Firmengründung 14. April 1899 

� Erste Entwicklung: Rad Wuchtmaschine 1950 

� Erstes Reifenmontiergerät 1955 



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Entwicklung der 

Fahrwerkvermessung bei Beissbarth 

Am Anfang waren die optischen Systeme 

1956: Projektus 3 1965: Projektus 5 1972: Projektus P800 


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Entwicklungssprung zum elektronischem System 

1979: E1200, setzte 

vom Meßsystem und 

der Messwertanzeige 

neue technologische 

Maßstäbe. 


1985: Weltneuheit 

E2200, erstes 

System mit 

Monitoranzeige. 

Bayerischer 

Staatspreis 

1987: microline 3000, 

bis heute weltweit 

zigtausendfach 

verkauft.

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CCD-Infrarot-Messsensorik mit PC-Technik 

1991: Weltneuheit microline 4000 in zwei 

Designvarianten, mit CCD-Messsensorik, 

8-Spurgeber, Infrarot-Datenübertragung 


1998: Erstes sprachgesteuertes 

vollautomatisches Fahrwerkvermessungssystem

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Innovation Award für Touchless 

Alle zwei Jahre gehören sie zu den begehrtesten Preisen in der 

automobilen Servicewelt: die Automechanika Innovation Awards. 83 

Firmen aus 15 Ländern hatten sich 2006 mit über 100 Produkten 

beworben - das ist auch ein Beweis für die internationale Bedeutung 

des Awards. Aus diesem Fundus hatte die Jury insgesamt 13 

herausragende Neuentwicklungen in acht Produktkategorien 

prämiert. Die Kriterien für die Vergabe des Awards waren Originalität, 

Funktionalität, Qualität und Umweltverträglichkeit. Alle eingereichten 

Produkte waren natürlich an den Ständen der jeweiligen Aussteller 

zu sehen. Zusätzlich zeigte eine Ausstellung die Preisträger während 

der gesamten Automechanika. 



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Produktbeschreibung 



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Beissbarth entwickelt mit „Touchless“ das berührungslose 

Fahrwerkvermessungssystem. 

Das große Ziel von Beissbarth ist ein Messgerät für eine schnelle und 

genaue Fahrwerkvermessung zu entwickeln. 



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Der größte Zeit- und Fehlerfaktor für die Vermessung ist die Montage 

der Gerätehalter und Messwertaufnehmer. Erstens ist eine 

sorgfältige Montage der Halter notwendig, um falsche 

Messergebnisse und das Beschädigen der Felgen zu verhindern 

und zweitens kann zum Beispiel eine verschmutzte 

Aufstandsfläche der Abstandsbolzen des Gerätehalters zu 

Fehlmessungen führen. 

Mit Touchless entfallen jegliche Halter und Marken. Es wird nichts 

am Rad oder Fahrzeug montiert. 



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Varianten 

Touchless: für die komplette Vermessung und Einstellung 

� Schnell: keine Halter oder Targets, 

� Präzise: minimieren der Toleranzkette Halter-Felge 

� Mobil: integriertes Referenzsystem 



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Varianten 

Flash: für die Direktannahme 

�Schnell: Gesamtspur und Sturz innerhalb von Sekunden 

�Präzise: berührungslos Vermessen 

�Mobil: frei vor dem Rad platzierbar 



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Messprinzip 

Allgemein 

Erkennen 

Vermessen 



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Allgemein 

Natürliche Sichtweise: 

Das Touchless bedient sich einer sehr natürlichen Sichtweise. 

Wie die beiden Augen und das Gehirn zusammen die Art und die 

Lage eines Gegenstandes im Raum bestimmen können, damit man 

diesen z.B. zielgerichtet ergreifen kann, so arbeiten in unserem 

Touchless Messsystem die beiden Kameras im Messwertaufnehmer, 

die Augen des Touchless, mit Recheneinheiten zusammen, die wie 

das Gehirn aus den Bildinformationen der beiden Kameras ein 

räumliches Bild der Radfelge oder zumindest Teilen davon erstellt 

und auswertet. 



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Zwei Kameras 

Das für die Messaufgabe notwendige räumliche Sehen ist nur mit 2 

"Kamera-Augen" möglich. Mit einem Auge kann die räumliche Lage 

eines Gegenstandes nicht bestimmt werden. 

Dies kann jeder in einem kleinen Selbstversuch nachweisen, indem 

er mit nur einem geöffneten Auge versucht einen Gegenstand 

zielgerichtet zu ergreifen. Selbstverständlich ohne ihn dabei zu 

ertasten, dies wäre auch mit geschlossenen Augen möglich. 



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Punkt im Raum 

Mit zwei Kameras wird das Bild dieses Punktes ● aus zwei 

unterschiedlichen Positionen von jeweils einem "Kamera-Auge" 

aufgenommen. Dieser Punkt wird sich auf diesen beiden Bildern für 

gewöhnlich auf einem unterschiedlichen Bildpunkt befinden, d.h. die 

beiden Bilder sind gegeneinander verschoben, sie treffen sich nicht, 

sie "matchen" nicht. 

Auch dies kann man mit einem einfachen Versuch feststellen, indem 

man den Punkt im Text betrachtet und die flache Hand vor den 

Augen hin- und herbewegt, so dass immer nur ein Auge den Punkt 

sehen kann. 

Das Touchless Messsystem wertet nun die Lage des Punktes in 

jedem Bild zusammen mit der bekannten Blickrichtung und dem 

bekannten Abstand der beiden Kameras aus, um daraus die genaue 

Lage dieses Punktes im Raum zu bestimmen. 



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Übrigens, damit der oben beschriebene Versuch mit dem Punkt 

funktioniert, darf man zu keinem Zeitpunkt mit beiden Augen den 

Punkt sehen. Ansonsten tritt ein, was an dieser Stelle das Auge vom 

Touchless unterscheidet. Das Auge versucht immer den zentralen 

Bereich der beiden Bilder zu matchen, indem es die Augen einzeln 

dorthin dreht. Das Touchless hingegen hat Kameras mit fester 

Blickrichtung. 



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Erkennen der Felge 

Nun ist das Gehirn nicht nur in der Lage Punkte zu erkennen, 

sondern auch Formen und Konturen. Ebenso ist auch das Touchless 

in der Lage selbstständig geometrische Formen, bestehend aus 

mehreren Punkten, in beiden Bildern zu erkennen. 

Das Touchless erkennt insbesondere elliptische Formen, wie sie bei 

Betrachtung von Kraftfahrzeugrädern, insbesondere dem Felgenhorn 

sichtbar sind. 

Betrachtet man den Umriss eines Felgenhorns als einfachen Kreis, 

so verändert sich diese Kreisform bei schräger Ansicht in eine 

Ellipse, deren Lage und Gestalt von der Lage des Kreises zur 

Kamera abhängig ist. Man kann somit die Winkellagen des Kreises 

"messen". 



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Der Clou 


Betrachtet man die optischen Verhältnisse an einem Felgenhorn, so 

ist die beschriebene Vereinfachung eines Felgenhorns als ebener 

Kreis nicht zulässig. 

Ersetzt man das Felgenhorn, wie in der Abbildung dargestellt, durch 

einen Ring, so sind bei einer Betrachtung des Umrisses in dem Bild 

der Kamera 1 andere Punkte des Felgenhorns sichtbar als im Bild 

der Kamera 2. 

Schnittpunkt der 

Sichtlinien entlang 

dem Umriss 

Kamera 1 

reale Lage des Rings vermeintliche Lage des Rings 

Kamera 2 

© Abbildung 1: Darstellung eines Felgenhorns als Ring und Schnitt dieses Rings 

Beissbarth GmbH; Version: siehe Dateiname 

Schnittpunkt der 

Sichtlinien entlang dem 

Umriss 


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Somit darf auch die räumliche Lage dieser sichtbaren Umrisspunkte 

nicht gleichgesetzt werden, zumindest nicht ohne Verlust an 

Messgenauigkeit, wie in den unterschiedlichen Winkellagen der 

jeweils resultierenden Lagen des Rings deutlich wird. 

Die Vermeidung dieses systematischen Fehlers ist nun einer der 

innovativen Teile des Touchless. Anstelle der fehlerbehafteten 

zweidimensionalen Berechnung wird aus den beiden Bildern wird ein 

räumliches Modell der Kontur des Felgenrands erstellt und 

anschließend die Lage dieses Modells im Raum bestimmt, womit die 

oben beschriebenen Nachteile bei der Messgenauigkeit beseitigt 

werden. 



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Dieses Modell entspricht einem felgenrandgroßen O-Ring, dem so 

genannten Torus, der wie in der Abbildung dargestellt die Kante des 

Felgenhorns nachbildet. 

Dieser virtuelle Torus ist sozusagen der Platzhalter für die 

Felgenhornkante. Dieses Verfahren wurde zum Patent angemeldet. 



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Das Ergebnis 

Mathematisch gesehen ist die Bestimmung der Felgenrandebene eine 

komplexe, mit unterschiedlichen Ansätzen aus den Bereichen der 

Mathematik und Informatik zu lösende Aufgabenstellung. 

Einen Eindruck davon bekommt man bei einem Überblick über die 

durchzuführenden Prozessschritte bis zum Messergebnis: 

Bevor noch ein einziges Bild einer Felge gemacht werden kann, 

müssen die Kameras einzeln und als Stereoanordnung zusammen 

eine Werkskalibrierung vom Feinsten erfahren. Schließlich sollen 

Winkelminuten gemessen werden, dazu ist eine Auflösung von etwa 

40 µm notwendig. Vergleicht man dazu den Messbereich des 

Touchless mit anderen Bildverarbeitenden Messkamera 

Anordnungen, so kann man durchaus von einer hervorragenden 

Genauigkeit sprechen, die nur durch ein neuartiges Kameramodell bei 

der Kalibrierung und Rückrechnung erreicht werden kann. Bereits hier 

muss selbstverständlich im so genannten Subpixel-Bereich gearbeitet 

werden, einer mathematischen Einbeziehung mehrerer lokaler Pixel in 

die Berechnung. 



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Vermessen der Felge 

Bei der Fahrwerkvermessung vor Ort wird dann von beiden Kameras 

ein Bild der Felge generiert, im Grunde der einfachste Punkt im 

Prozess. 

Als Nächstes werden die Verzerrungen, die durch die Optik der 

Kameras entstehen, mit Hilfe der Kalibrierparameter korrigiert und 

die korrigierten Bilder nach runden/elliptischen Geometrie-Details 

durchsucht. Gleichzeitig werden die Bilder bezüglich Belichtung 

bewertet, ein nur scheinbar einfacher Prozessschritt. Hier muss das 

Felgenhorn, in der Regel nur eine von mehreren runden Konturen, 

sicher gefunden und bestimmt werden, auch das mit Subpixel- 

Genauigkeit. Dazu müssen Bildverarbeitende Methoden angewandt 

werden, die speziell für diesen Anwendungsfall erstellt und optimiert 

wurden. Ergebnis aus diesem Prozessschritt ist je eine Punktmenge, 

die den Umriss der Felgenrandebene im jeweiligen korrigierten Bild 

beschreiben. 



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Die Bestimmung des oben beschriebenen Torusmodells aus diesen 

beiden, die sichtbare Felgenrandebene beschreibenden 

Punktmengen, ist die Lösung eines nicht trivialen, numerischen 

Optimierungsproblems. Ergebnis der Optimierung sind der 

Durchmesser und die Dicke des Torus, sowie dessen Lage im Raum 

in Form eines Normalenvektors dessen Ursprung im Mittelpunkt des 

Torusmodells und senkrecht zur Torus-/Felgenhornebene liegt. 

Torusmodell 


Felgenhornebene 

Normalenvektor 


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Zu guter Letzt muss der Rechenaufwand für diese Berechnungen 

noch in einer Zeit erfolgen, die Messzyklen von weit unter einer 

Sekunde für das gesamte Fahrzeug erlauben. Eine Randbedingung, 

die nur durch Einsatz parallel arbeitender Recheneinheiten zu 

erfüllen ist. So werden in allen Kameraköpfen schnelle 

Signalprozessoren eingesetzt, die die Bildverarbeitung erledigen und 

die Normalenvektoren daraus berechnen. Ein einzelner PC würde für 

die Berechnung eines Messzyklus für das gesamte Fahrzeug mehr 

als 10 Sekunden benötigen. 



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Referenzsystem 



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Die Radstellung bzw. die räumliche Lage eines Felgenhorns ist mit 

dem Stereomesssystem - den beiden "Kamera-Augen" - zwar 

sehr genau, aber nur für exklusiv ein Rad und zu einem genau 

festgelegten Referenzpunkt im Messwertaufnehmer bestimmt. 

Für die Achsvermessung ist es deshalb noch notwendig die 

Radstellung aller Räder des Fahrzeugs in Verbindung zu bringen. 

Diese Aufgabe, die genauso wie die Stereovermessung des 

Felgenhorns, mit höchstmöglicher Präzision ausgeführt werden 

muss, wird durch das in allen Messwertaufnehmern integrierte 

und zum Patent angemeldete Referenzsystem gelöst. 



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Das Referenzsystem enthält neben der Messung horizontaler Winkel 

(Spurebene) und vertikaler Winkel (Sturz-/Spreizungsebene) noch 

eine Abstandsmessung. 

Technische basiert das Referenzsystem auf der vorhandenen 20°- 

Kamera-Technologie, erweitert um jeweils 2 zusätzliche, an jeder 

Seite einer HV-Kamera angeordnete (Spur-) Leuchtdioden. 

Für die Abstandsmessung misst die gegenüberliegende Kamera den 

Winkelunterschied der beiden Leuchtdioden und rechnet diesen 

mit Hilfe des bekannten Diodenabstands auf ein Abstandsmaß der 

beiden Messwertaufnehmer um. 



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Die Wirkungsweise des Referenzsystems stellt man sich am 

einfachsten folgendermaßen vor: 

Zu Beginn liegen die Referenzpunkte aller Messwertaufnehmer 

rechnerisch übereinander, die Messwertaufnehmer wären also 

miteinander verschmolzen. Anschließend wird anhand der Winkel 

und Abstandswerte ein Messwertaufnehmer nach dem anderen 

rechnerisch an seinen Platz gezogen und entsprechend der 

Neigungsgeber gerade gestellt. 

Dabei wandern und neigen sich die Vektoren der Radstellungen 

analog mit ihren Messwertaufnehmern und landen so in einem 

gemeinsamen Koordinatensystem, dem rechnerischen Abbild der 

Verhältnisse am realen Fahrzeug. 



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Neben den translatorischen Rechenoperationen, die in der 

Hauptsache auf den Ergebnissen der Abstandsmessung beruhen, 

kommen rotatorische Rechenoperationen der Vektoralgebra auf 

die Normalenvektoren aus der Torusmodellrechnung zur 

Anwendung. 

Hier angekommen sind es einfache geometrische Zusammenhänge, 

die für die Bestimmung der Radstellungswerte der 

Achsvermessung zum Tragen kommen. 



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Messbedingungen 



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Die in dieser Messanordnung noch nie erreichte Messgenauigkeit 

wird durch Einhaltung einfacher Messbedingungen erreicht. 

Die einfachste Bedingung wird an das Referenzsystem gestellt. Wie 

jedes optische System dieser Art muss es "sehen und gesehen 

werden" können. Selbstverständlich ist bei der Konstruktion den 

bekannten Themen Sonneneinstrahlung und Spiegelungen, 

insbesondere durch die Einbaulage der HV-Kameras, Rechnung 

getragen worden. 



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Diese einfachen Mittel sind aber bei der Dimensionierung des 

Stereomesssystems nicht tauglich, allein dadurch, dass das 

Messobjekt direkter Sonneneinstrahlung unterliegen kann. 

Das speziell entwickelte Beleuchtungs- und Kamerasystem löst das 

Problem durch den kompletten Ausschluss des Sonnenlichts mit 

einem geeigneten Filter vor dem Kameraobjektiv und einer zum 

Patent angemeldeten Regelung der Beleuchtungseinheiten, die 

wie beim Fotoapparat, allerdings im nicht sichtbaren Infrarot- 

Bereich, blitzen. 

Ein Kamerabild ohne die zusätzliche Beleuchtung ist auch bei voller 

Sonnenbestrahlung nahezu schwarz. Erst die Beleuchtung lässt 

die Bilddetails erkennen. Durch dieses Verfahren ist eine saubere 

Belichtung unter allen Umlichtbedingungen gewährleistet. 



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Die in dieser Messanordnung noch nie erreichte Messgenauigkeit 

eines Messwertaufnehmers ist allerdings nur in einem definierten 

Messbereich gewährleistet. 

Die Blickrichtung und der Abstand der Messkameras, sowie die 

Brennweite und Fokuseinstellung der Kameraobjektive geben 

dabei konstruktiv einen Messbereich vor, in dem die 

Messgenauigkeit eingehalten werden kann. 

Die optimale Messentfernung für einen aktuellen Touchless 

Messwertaufnehmer beträgt 700 mm von der Felge. Aber bereits 

ab 500 mm und bis 900 mm Entfernung kann die Genauigkeit 

eingehalten werden. 

Nochmals auf das menschliche Auge bezogen ist dies mit dem 

Bereich zu vergleichen, in dem man ein Dokument lesen kann. Zu 

weit entfernte Elemente verschmelzen und können nicht mehr 

aufgelöst werden. Zu nahe Elemente verschwimmen und verlieren 

damit ihre Kontur. 



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Software 

Vermessungsprogramm 

Solldatenbank 



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Software 

Speziell für Touchless hat Beissbarth ein neues 

Vermessungsprogramm auf Windows-XP-Basis entwickelt – ein 

intelligentes System, das sich intuitiv bedienen lässt. Zentrales 

Steuerelement ist das Touchless Logo, das so genannte Orakel. 

Dieses bietet jeweils den nächsten logischen Vermessungsschritt als 

Standard an. Im Regelfall genügt ein Klick auf die Orakelmitte, und 

die Software führt den Anwender schnell und benutzerfreundlich 

durch alle Schritte der Vermessung. Das spart Zeit und erleichtert die 

Anwendung auch für IT-fremdes Personal. 



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Software 

Serienmäßige Solldatenbank mit über 20.000 verschiedenen 

Fahrzeugmodellen von über 65 Herstellern. 

Die neue Solldatenbank von Beissbarth ist wohl weltweit qualitativ 

die Beste. Weil es Originaldaten sind. Neben allen bekannten 

Automobil-Marken finden Sie in der Datenbank auch seltene 

Fahrzeuge: z.B. Wiesmann, Morgan, Piaggio und Ligier. Sie können 

also endlich auf eine sehr große Fahrzeugauswahl zurückgreifen. 



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Produktvorteile 

Schnell: 

� Keine Halter, targets, dadurch: 

� schnelles Vermessen durch das Minimieren der Rüstzeiten 

� keine Beschädigungen, Verkratzen möglich 

� kein Reinigen des Fahrzeuges notwendig 

Präzise: 

� optimierte Messergebnisse durch Verringerung der Toleranzkette Halter – 

Messwertaufnehmer – Felge 

Mobil: 

� An verschiedenen Bühnen, Gruben einsetzbar 

Messsystem: 

� Automatische Felgenerkennung 

� Automatische Beleuchtung, Vermessen unabhängig vom Umgebungslicht 

� Integriertes Referenzsystem 

� Keine beweglichen Teile (außer Laufrollen) 

Service: 

� Austausch einzelner Messwertaufnehmer ohne Kalibrierung im Servicefall 

möglich 



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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 

www.Beissbarth.com 

www.Touchless.de

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