DE102004004137A1

DE102004004137A1 - Datenerfassungssystem und Verfahren zum Erfassen von Daten

Info

Publication number: DE102004004137A1
Application number: DE102004004137A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Kudlorz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Datenerfassungssystem und ein Verfahren zum Erfassen von Daten, wobei das Datenerfassungssystem mindestens einen Messsensor (2, 4, 6) zum Erfassen einer physikalischen Größe, einen Messdatenspeicher (18) zur Speicherung der von dem Messsensor gelieferten Messsignale als Messdaten, eine optische Einrichtung zur berührungslosen Erfassung von Szenen, einen Szenendatenspeicher zur Speicherung der von der optischen Einrichtung gelieferten Szenendaten und eine Steuereinrichtung (16) zum Steuern des Betriebes des Messdatenspeichers umfasst, wobei eine in dem Signalweg (22) zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher angeordnete, diesen Signalweg (22) wahlweise durchschaltende Schalteinrichtung (26) vorgesehen ist und die Steuereinrichtung (16) derartig ausgebildet ist, dass der Start des Betriebes der Messdatenaufzeichnung die Schalteinrichtung (26) in den den Signalweg (22) durchschaltenden Zustand bringt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenerfassungssystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Erfassen von Daten gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.

Ein Versuchsdatenerfassungs- und Auswertesystem sowie ein Verfahren zum Wahrnehmbarmachen von Messdaten eines Versuchsablaufes sind aus der DE 199 09 516 A1 bekannt. Das bekannte Datenerfassungssystem umfasst dabei mindestens einen Messsensor zum Erfassen einer physikalischen Messgröße, einen Messdatenspeicher zur Speicherung der von dem Messsensor gelieferten Messsignale als Messdaten, eine optische Einrichtung zur berührungslosen Erfassung von Szenen, einen Szenendatenspeicher zur Speicherung der von der optischen Einrichtung gelieferten Szenendaten und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Messdatenspeichers.

Solche und ähnlich ausgebildete andere bekannte Datenerfassungssysteme dienen vorrangig dazu, in realen Systemen physikalische Größen wie bestimmte Systemparameter in ihrem zeitlichen Verlauf zu erfassen, in elektrische Signale zu wandeln und dann aufzuzeichnen. Die Auswertung der so aufgezeichneten Daten wird durch eine parallele Aufzeichnung bestimmter Vorgänge oder Objekte mittels einer Kamera erleichtert, wie dies z. B. in der genannten DE 199 09 516 A1 dargelegt ist. Die Messdaten und die Szenendaten können so beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Betrachtungssoftware zeitgleich auf dem Monitor eines stationären oder portablen Computers visualisiert werden.

Derartige bekannte Systeme sind von komplexem und kostenintensivem Aufbau. Das Speichern der von der Kamera aufgenommenen Daten als Video signal im laufenden Betrieb stellt zudem hohe Anforderung an die verwendete Hardware. Außerdem ist in der Regel der zur Verfügung stehende Speicherplatz für die Videodaten beschränkt. Die erwähnte DE 199 09 516 A1 schlägt daher bereits die Verwendung eines sogenannten Ringspeichers vor, welcher die von einer Kamera aufgenommenen Bilddaten permanent zwischenspeichert und diese Bilddaten nach einer der Speicherkapazität dieses Ringspeichers entsprechenden Zeitdauer wieder löscht. Ein von einer Steuereinrichtung ausgelöstes Triggersignal lädt die Daten des Ringspeichers in den Bilddatenspeicher, aus welchem die Daten anschließend zur zeitgleichen Visualisierung mit den Messdaten ausgelesen werden.

Grundsätzlich gibt es bei Systemen zur Aufzeichnung von Mess- und Videodaten zwei Problemkreise. Während der Messdatenerfassung bekommt jeder Messpunkt einen Zeitstempel, der von der jeweils verwendeten Abtastrate abhängt. Die Zeitbasis für diesen Zeitstempel wird von dem jeweiligen computergesteuerten System, also in der Regel einem PC, bereitgestellt.

Die optische Einrichtung zur Erfassung der Szenendaten, in der Regel also eine Videokamera, legt die Bildaufzeichnungsrate fest. Wird eine Videokamera oder ein Camcorder aus dem kostengünstigen Konsumerbereich verwendet, so werden die Bilder mit einer Frequenz von 50 Hz aufgezeichnet, wobei alle 20 Millisekunden jeweils ein Halbbild erzeugt wird; letztendlich liegen 25 Bilder je Sekunde vor. Es liegt auf der Hand, dass solche voneinander verschiedenen Zeittaktgeber für die Videokamera und die Messdatenerfassung nicht synchron laufen.

Das zweite Problem besteht darin, dass die Messdatenerfassung und die Videoaufzeichnung nicht zum absolut identischen Zeitpunkt gestartet werden können, und sich infolge dessen ein Offset zwischen den beiden Datenströmen einstellt. Zur Lösung dieses Problems werden zum Beispiel Lichtblitze verwendet, die auf den Videodaten optisch eindeutig zu identifizieren sind und über einen Sensor zeitgleich ein korrespondierendes Signal auf einem zusätzlichen Messkanal der Messdatenerfassung auslösen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Datenerfassungsystem und ein Verfahren zum Erfassen von Daten vorzustellen, welches die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und darüber hinaus eine kostensgünstige Datenerfassung ermöglicht sowie gleichzeitig vergleichsweise geringe Anforderungen an die verwendete Hardware stellt.

Die Lösung dieser Aufgabe bezüglich des Datenerfassungsystems ergibt sich aus Patentanspruch 1, die bezüglich des Verfahrens zur Erfassung von Daten aus Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Demgemäss ist bei dem erfindungsgemäßen Datenerfassungsystem mindestens ein Messsensor zum Erfassen einer physikalischen Größe, ein Messdatenspeicher zur Speicherung der von dem Messsensor gelieferten Messsignale in Form von Messdaten, eine optischen Einrichtung zur brühungslosen Erfassung von Szenen, ein Szenendatenspeicher zur Speicherung der von der optischen Einrichtung gelieferten Szenendaten und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Messdatenspeichers vorhanden. Zudem ist eine in dem Signalweg zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher angeordnete, diesen Signalweg wahlweise durchschaltende Schalteinrichtung vorgesehen, sowie die Steuereinrichtung derartig ausgebildet, dass der Start des Betriebes der Messdatenaufzeichnung die Schalteinrichtung in den den Signalweg durchschaltenden Zustand bringt.

Vorteilhafterweise ist es hierdurch in vergleichsweise einfacher Art und Weise möglich, durch Verwendung einer Schalteinrichtung von dem Beginn der Messdatenaufzeichnung gesteuert den Beginn der Szenendatenaufzeichnung auszulösen. Eine spezielle Soft- und Hardware erfordernde Zeittaktvorgabe und Zeittaktsteuerung für die Mess- bzw. Szenendatenaufzeichnung entfällt, da erst der Beginn der Messdatenaufzeichnung den Signalweg in der Szenendatenaufzeichnung freigibt.

Die Komponenten für die Szenendatenaufzeichnung können daher unabhängig von einem exakt einzuhaltenden Zeitpunkt gestartet werden, ohne dass tatsächlich Szenendaten aufgezeichnet werden. Diese Szenendatenaufzeichnung beginnt erst synchron mit dem Start der Messdatenaufzeichnung, so dass sich eine zeitsynchrone Aufzeichnung beider Datenarten ohne Offset einstellt.

Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung die Verwendung von handelsüblichen Speichern bzw. optischen Einrichtungen, da keine speziellen Anschlüsse für beispielsweise Taktratengeber u.ä. vorhanden sein müssen. Einzig der durch die Schalteinrichtung unterbrochene Signalweg muss zur Datenaufzeichnung geschlossen werden, was jedoch mit bekannten Komponenten realisierbar ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Schalteinrichtung lediglich Anschlüsse für die optische Einrichtung und den Szenendatenspeicher auf, sowie einen Steuereingang zur Übermittlung des die Szenendatenspeicherung auslösenden Signals. Diese Schalteinrichtung kann somit zum Beispiel losgelöst von den übrigen Komponenten in einem eigenen, universell verwendbaren Gehäuse untergebracht sein.

Bevorzugt ist es hierbei vorgesehen, dass die optische Einrichtung eine Videokamera ist und der Szenendatenspeicher ein Videodatenrekorder, zum Beispiel mit einem Videoband als Datenspeicher. Solche Komponenten stehen aus dem Konsumerbereich bereits in guter Qualität zu vergleichsweise günstigen Kosten zur Verfügung. Dass Videoband kann dabei vorzugsweise ein DAT (Digital Audio Tape) -Band sein, welches die Daten in digitaler Form speichert.

Alternativ kann die Speicherung auf einem Datenfestspeicher erfolgen. Diese stehen für eine Vielzahl von Anwendungen und mit unterschiedlicher Speicherkapazität ebenfalls im Konsumerbereich als sogenannte Memory-Sticks oder USB-Speicher zur Verfügung.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise als Videorelais ausgestaltet, insbesondere als Relais mit Schutzrohrkontakten (Reedrelais). Diese sind ebenfalls am Markt verfügbar und zeichnen sich durch kürzeste Schaltzeiten, die eine nahezu verzögerungsfreie Zuschaltung der Szenendatenspeicherung zu der Messdatenaufzeichnung ermöglichen, sowie durch Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen aus.

Der Signalweg ist vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass dieser Werte für die Farbe und Helligkeit getrennt überträgt. Dies ermöglicht im Anschluss an die Datenerfassung eine verbesserte Auswertung auf einem Messdatenauswertesystem. Auch hierfür bietet sich ein handelsüblicher Standard an, etwa die Übertragung nach dem S-Video-Standard. Diesen Standard erfüllen viele Videokameras aus dem Konsumerbereich problemlos. Entsprechende S-Videokabel für den Signalweg stehen am Markt zur Verfügung. Da hierbei in der Schalteinrichtung sowohl der Signalpfad für Farbe wie auch für Helligkeit geschaltet werden muss, bieten sich handelsübliche Multireed-Relais an.

Die Steuereinrichtung, die bereits den Betrieb des Messdatenspeichers steuert, muss lediglich über einen digitalen oder analogen Ausgang ein die Schalteinrichtung durchschaltendes Signal zur Verfügung stellen. Üblicherweise sind die Steuereinrichtungen für den Betrieb des Messdatenspeichers Teil eines gesamten Datenerfassungs- und ggf. auch eines Auswertesystems, so dass die Bereitstellung des Kanals für dieses Signal praktisch keinen Mehraufwand bedeutet.

Die vorbeschriebenen Komponenten lassen sich aufgrund ihrer Ausgestaltung mit einer Vielzahl von am Markt befindlichen Datenauswerte- und Visualisierungseinrichtungen kombinieren. Dieses ist durch Verwendung handelsüblicher Komponenten bzw. Standards gewährleistet. Eine spezielle Anpassung des Gesamtsystems ist nicht erforderlich, so dass diesbezügliche Aufwendungen entfallen. Die verwendeten Szenendatenspeicher stehen in guter Qualität preiswert zur Verfügung und die Nutzung spezieller Massenspeicher entfällt. Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eingesetzter Prozessoren ist daher vergleichsweise gering.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen von Daten sieht vor, dass Messdaten aufgenommen und in einem Messdatenspeicher abgelegt werden. Die Szenen werden mittels einer optischen Einrichtung erfasst und in einem Szenendatenspeicher abgelegt, wobei nach dem Starten der Messdatenerfassung, des Betriebes der optischen Einrichtung und des Szenendatenspeichers ein Signalweg zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher durchgeschaltet wird.

Dies hat den Vorteil, dass ohne aufwändige Synchronisierung durch dementsprechenden Hard- und Softwareeinsatz die Aufzeichnung der Szenendaten direkt und ohne nennenswerte Verzögerung durch den Beginn der Messdatenaufzeichnung ausgelöst wird. Die Komponenten für die Szenendatenaufzeichnung können daher unabhängig von einem exakt einzuhaltenden Zeitpunkt zum Beispiel manuell gestartet werden, ohne dass tatsächlich Szenendaten aufgezeichnet werden. Diese Szenendatenaufzeichnung beginnt erst syn chron mit dem Start der Messdatenaufzeichnung, so dass sich eine zeitsynchrone Aufzeichnung beider Datenarten ohne zeitlichen Offset ergibt.

Die Erfindung findet für eine Vielzahl von unterschiedlichen Aufgaben Anwendung, insbesondere bei der Erfassung von Messdaten in Versuchen, insbesondere im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine schematische Zeichnungsfigur beigefügt, anhand derer ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Merkmalen und Vorteilen nachfolgend näher erläutert wird.
Ein Datenerfassungssystem ist für die Erfassung von Daten in einem Versuchsaufbau ausgelegt, so dass die aufzuzeichnenden Daten Messdaten sind. Es sollen dabei physikalische Größen im laufenden Betrieb eines als Stadtbus ausgeführten Kraftfahrzeuges an dessen Achsen erfasst werden. Ein Messsensor 2 ermittelt das Antriebsmoment und ein Messsensor 4 die Drehzahl einer nicht gezeigten Hinterachse des Stadtbusses. Ein dritter Messsensor 6 misst die Beschleunigung an einer nicht gezeigten Vorderachse. Mit Hilfe dieser Daten soll eine Lebensdauerabschätzung der beteiligten mechanischen Komponenten vorgenommen werden.
Damit auch statistisch unregelmäßig verteilte und nicht vorhersehbare Ereignisse als Randbedingungen in die Ermittlung der Lebensdauer einfließen können, wird mittels einer als Videokamera 8 ausgebildeten optischen Einrichtung zur berührungslosen Erfassung von Szenen die Vorderachse beobachtet. Die Messsensoren 2, 4, 6 übergeben ihre Messdaten an ein Interface 10 mittels Datenleitungen 12. Dieses Interface 10 wiederum steht über eine Datenleitung 14 mit einer Steuereinrichtung 16 in Verbindung. Teil dieser Steuereinrichtung 16 und von ihr gesteuert ist ein Messdatenspeicher 18.
Der Videokamera 8 ist zur Speicherung der Szenendaten ein als Videodatenrekorder 20 ausgebildeter Szenendatenspeicher zugeordnet. In einem Signalweg 22 zwischen Videokamera 8 und Videodatenrekorder 20 ist eine nach dem S-Video-Standard ausgebildete Datenleitung 24 angeordnet, welche getrennt Werte für Farbe und Helligkeit der aufgenommenen Szenen überträgt.
In dem Signalweg 22 ist eine als Videorelais 26 ausgebildete Schalteinrichtung angeordnet, welche einen Eingang 28 für die von der Videokamera 8 gelieferten Szenendaten, einen Ausgang 30 zur Weiterleitung dieser Daten an den Videodatenrekorder 20 und einen Steuereingang 32 aufweist. Eingang 28 und Ausgang 30 sind in Anpassung an die Ausbildung des Signalweges 22 als S-Videobuchsen ausgeführt.
Ein digitaler Ausgang 34 der Steuereinrichtung 16 ist als 25-polige SUB-D-Schnittstelle ausgebildet und mit einer dementsprechenden Datenleitung 36 mit dem korrespondierenden Steuereingang 32 verbunden.
In dem Videodatenrekorder 20 ist als Aufzeichnungsmedium ein Videoband 38 nach dem DAT-Standard eingesetzt. Das Videorelais 26 ist als doppelt wirkendes Reedrelais, d. h. als Multireed-Relais für die voneinander getrennte, aber gleichzeitige Schaltung der Farb- und Helligkeitswerte ausgebildet.
Das Videorelais 26 ist hier gemeinsam mit den dem Eingang 28 und dem Ausgang 30 zugeordneten S-Videobuchsen und dem Steuereingang 32 in einem separaten Gehäuse angeordnet. In einem weiteren, nicht gezeigten Gehäuse ist eine Stromversorgung untergebracht, welche eine Eingangsbuchse für eine Stromzufuhr und entsprechende Ausgänge für die Stromversorgung der beteiligten Komponenten, wie der Videokamera 8 und dem Videodatenrekorder 20, aufweist. Die Steuereinrichtung 16 verfügt zudem über eine Schnitt stelle 40 zu einem nicht gezeigten Visualisierungssystem auf, welches auch integraler Bestandteil der Steuereinrichtung 16 sein kann.
Das vorstehend beschriebene Datenerfassungssystem wird wie folgt betrieben.
Zunächst werden die Messsensoren 2, 4, 6 und die Videokamera 8 an den dafür vorgesehenen Anbauorten in dem Stadtbus platziert. Dann werden alle signal- und stromführenden Verbindungen hergestellt. Hierbei ist der modulare und universelle Aufbau des Systems von großem Vorteil.
Vor dem Beginn der Fahrt werden die Videokamera 8 und der Videodatenrekorder 20 manuell eingeschaltet. Das Videorelais 26 befindet sich im ungeschalteten, also geöffneten Zustand. Zu diesem Zeitpunkt wird also lediglich das dann übliche blaue Bild aufgezeichnet.
Ist die auszuwertende Fahrstrecke erreicht, wird über die Steuereinrichtung 16 die Messdatenaufzeichnung gestartet. Dies bedeutet, dass die von den Messsensoren 2, 4, 6 als Messsignale gelieferten Messdaten über das Interface 10 dem Messdatenspeicher 18 zugespielt werden. Die Steuereinrichtung 16 ist derart ausgebildet, dass der Start der Messdatenaufzeichnung dem Ausgang 34 ein Signal aufprägt, welches dieser über den Steuereingang 32 an das Videorelais 26 dieses schließend weitergibt.
Wie Untersuchungen zeigten, liegt die Verzögerungszeit durch die Schaltdauer des Videorelais 26 bei ca. 5 Millisekunden ab dem Start der Messdatenaufzeichnung. Ist das Videorelais 26 durchgeschaltet, werden von dem Videodatenrekorder 20 Bilder der Vorderachse des Stadtbusses aufgezeichnet. Bei einer Bildwiederholrate von vierzig Millisekunden wird der Start der Szenendatenspeicherung somit in zu vernachlässigender Weise beeinflusst.
Die Synchronität der aufgezeichneten Mess- und Szenendaten ist mit der gewählten Anordnung und der beschriebenen Verfahrensweise ohne gesonderte Hilfsmittel so gut, dass nach einer Aufzeichnungsdauer von einer Stunde keine Unterschiede in den aufgezeichneten Zeitspuren feststellbar waren.
Bei jedem gewünschten Stop der Messdatenaufzeichnung wird sofort auch die Szenendatenaufzeichnung unterbrochen. Im Anschluss an die Messfahrt werden die aufgezeichneten Mess- und Szenendaten über das Visualisierungssystem wahrnehmbar gemacht. Hierfür kommt eine Vielzahl von handelsüblichen Systemen in Frage. Diese sind dazu in der Lage, auf einem Monitor in Mehrfenstertechnik sowohl die Videosequenzen wie auch die über die Sensorik ermittelten Größen in ihrem zeitlichen Zusammenhag darzustellen.
Bei einer konkreten Auswertung ergab sich zum Beispiel ein unerwartet hohes Beschleunigungssignal an einem der Vorderräder des Stadtbusses, welches nicht zu erwarten war. Die dazu parallel laufende Videoaufzeichnung ergab, dass zu diesem Zeitpunkt ein Schlagloch durchfahren wurde, welches kurzzeitig den Kontakt zwischen Fahrbahn und Rad aufgehoben hatte.

2: Messsensor
4: Messsensor
6: Messsensor
8: Videokamera
10: Interface
12: Datenleitung
14: Datenleitung
16: Steuereinrichtung
18: Messdatenspeicher
20: Videodatenrekorder
22: Signalweg
24: Datenleitung
26: Videorelais
28: Eingang
30: Ausgang
32: Steuereingang
34: Ausgang
36: Datenleitung
38: Videoband
40: Schnittstelle

Claims

Datenerfassungssystem umfassend mindestens einen Messsensor (2, 4, 6) zum Erfassen einer physikalischen Größe, einen Messdatenspeicher (18) zur Speicherung der von dem Messsensor (2, 4, 6) gelieferten Messsignale als Messdaten, eine optische Einrichtung zur brühungslosen Erfassung von Szenen, einen Szenendatenspeicher zur Speicherung der von der optischen Einrichtung gelieferten Szenendaten und eine Steuereinrichtung (16) zum Steuern des Betriebes des Messdatenspeichers, gekennzeichnet durch eine in dem Signalweg (22) zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher angeordnete, diesen Signalweg (22) wahlweise durchschaltende Schalteinrichtung, und einer Ausbildung der Steuereinrichtung (16) derartig, dass der Start des Betriebes der Messdatenaufzeichnung die Schalteinrichtung in den den Signalweg (22) durchschaltenden Zustand bringt.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Eingang (28) für die von der optischen Einrichtung gelieferten Szenendaten, einen Ausgang (30) zur Weiterleitung dieser Szenendaten an den Szenendatenspeicher und einen Steuereingang (32) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung aufweist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung als Videokamera (8) ausgebildet ist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Szenendatenspeicher als Videodatenrekorder (20) ausgebildet ist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Videodatenrekorder (20) als Speichermedium ein Videoband (38) aufweist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Videodatenrekorder (20) als Speichermedium einen Datenfestspeicher aufweist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung als Videorelais (26) ausgebildet ist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Videorelais (26) als Reedrelais ausgebildet ist.
Datenerfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalweg (22) zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher Werte für Farbe und Helligkeit getrennt überträgt.
Verfahren zum Erfassen von Daten, bei welchem Verfahren Messdaten aufgenommen und in einem Messdatenspeicher abgelegt werden und bei welchem Szenen mittels einer optischen Einrichtung erfasst und in einem Szenendatenspeicher abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Starten der Messdatenerfassung, des Betriebes der optischen Einrichtung und des Szenendatenspeichers ein Signalweg zwischen der optischen Einrichtung und dem Szenendatenspeicher durchgeschaltet wird.