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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Prüfung und räumlichen Vermessung sich drehender
Objekte, insbesondere von Reifen.
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Eine
Vorrichtung zur räumlichen Vermessung von Reifen, die eine
Bilderfassungseinrichtung aufweist, wird in der
DE 100 19 386 C2 beschrieben. Die
Vorrichtung weist eine Kamera und einen Lichtschnittprojektor auf.
Der Reifen ist auf einer Felge montiert, die um eine Achse drehbar
gelagert ist. Zur Prüfung wird der Reifen um die Achse
gedreht. Die Kamera nimmt dabei die sich auf der Reifenoberfläche
ergebenden Abbildungen der projizierten Lichtschnitte auf. Aus den
Lichtschnitten wird schließlich die Formgestalt der Reifenoberfläche
bestimmt. Diese Bestimmung wird bei unterschiedlichen Reifendrücken
wiederholt, und die Formänderung des Reifens wird bei unterschiedlicher
Belastung durch Vergleich der erfassten Formgestalten ermittelt.
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Des
Weiteren ist es aus der
DE
100 19 386 C2 bekannt, steuerbare Kameras, die mittels
eines Triggersignals ausgelöst werden, zu verwenden. Das Triggersignal
legt fest, an welcher Winkelposition des Objekts die Kamera auslöst.
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Außerdem
wird in der
US 6,175,652
B1 ein Verfahren zur Oberflächenanalyse auf Basis
von einer Vielzahl an Bildern eines Objekts offenbart. Das zu analysierende
Objekt wird um eine Achse gedreht, und es werden an ver schiedenen
Drehpositionen Bilder des Objekts aufgenommen. Diese Aufnahmen können
auch als gleichmäßiger Bilderstrom von einer Videokamera
generiert werden. In den Bildern wird anschließend nach
markanten Punkten gesucht, die auf verschiedenen Bildern zu erkennen
sind. Aus den Informationen zur Winkelstellung des Objekts und der
markanten Punkte wird daraufhin auf die Form der Oberfläche
des Objekts geschlossen. Das bekannte Verfahren wird im Zusammenhang
mit der Kristallzüchtung in der Halbleiterherstellung verwendet.
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Weiterhin
sind aus dem Stand der Technik Prüfstände bekannt,
mit denen die Dauerhaltbarkeit von Reifen geprüft wird.
Ein solcher Prüfstand wird in der
DE 10 2005 018 963 A1 beschrieben.
Die Reifen werden bis zu ihrer Zerstörung belastet, um
auf diese Weise die Lebensdauer festzustellen. Die bekannten Prüfstände
geben jedoch keine Auskunft über die Ursachen der Zerstörung
der Reifen.
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Die
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Prüfung und räumlichen Vermessung sich drehender
Objekte zu schaffen, die über einen einfachen und kostengünstigen
Aufbau verfügen beziehungsweise sich einfach und zuverlässig
durchführen lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 21 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Ansprüchen
2 bis 20 und 22 bis 33 definiert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Bilderfassungseinrichtung,
die ein Bild von dem zu vermessenden Objekt erfasst und ein Rahmensignal
erzeugt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Nullpositionsdetektor,
der bei Übereinstimmung einer objektseitigen Referenzposition
mit einer vorrichtungsseitigen Referenzposition ein Nullpositionssignal
erzeugt. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Signalverarbeitungseinrichtung,
die das Rahmensignal und das Nullpositionssignal zu einem Offsetsignal
verknüpft. Das Offsetsignal entspricht der Zeitspanne zwischen
der Übereinstimmung der Referenzpositionen und der Erfassung
eines vorausgegangenen oder nachfolgenden Bildes.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung
und räumlichen Vermessung sich drehender Objekte sieht
folgende Verfahrensschritte vor:
- a) eine Bilderfassungseinrichtung
erfasst ein Bild von dem zu vermessenden Objekt und erzeugt ein
Rahmensignal;
- b) ein Nullpositionsdetektor erzeugt bei Übereinstimmung
einer objektseitigen Referenzposition mit einer vorrichtungsseitigen
Referenzposition ein Nullpositionssignal;
- c) eine Signalverarbeitungsseinrichtung verknüpft das
Rahmensignal und das Nullpositionssignal so zu einem Offsetsignal,
dass das Offsetsignal der Zeitspanne zwischen der Übereinstimmung
der Referenzpositionen und der Erfassung eines vorausgegangenen
oder nachfolgenden Bildes entspricht.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass Prüfstände
zur Prüfung der Dauerhaltbarkeit von Reifen einfach mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerüstet
werden können, um zusätzlich Auskunft über
die Ursachen der Zerstörung der Reifen zu geben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung bietet ferner den
Vorteil, dass als Bilderfassungseinrichtung eine Videokamera mit
kontinuierlichem Bildfluss verwendet werden kann. Eine kostspielige
Auslöseeinrichtung an der Kamera, wie sie bei in der Messtechnik
eingesetzten Kameras im allgemeinen vorgesehen ist, wird somit entbehrlich.
Demnach ist es ebenfalls nicht mehr erforderlich, ein in der Regel
aufwändig zu generierendes Auslösesignal zu erzeugen.
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Vorteilhaft
entspricht das Offsetsignal der Zeitspanne zwischen der Übereinstimmung
der Referenzpositionen und der Erfassung des unmittelbar der Übereinstimmung
der Referenzpositionen folgenden Bildes. Dies ist die am einfachsten
zu realisierende Möglichkeit der Implementation der Erfindung.
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Bevorzugt
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Taktgebereinheit
auf, die geeignet ist, ein Pulssignal zu erzeugen. Das Pulssignal
hat zweckmäßigerweise eine konstante Frequenz,
die vorzugsweise eingestellt werden kann.
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Zur
Zeitmessung ist vorteilhafterweise eine erste Zähleinrichtung
vorgesehen, die durch das Offsetsignal aktiviert werden und bei
Aktivierung die Pulse des Pulssignals zählen kann. Die
Zähleinrichtung weist vorteilhafterweise einen Aktivierungseingang und
einen Takteingang aufweist. Der Aktivierungseingang, mittels dem
die Zähleinrichtung aktiviert wird, empfängt das
Offsetsignal. Der Takteingang empfängt das Pulssignal,
wenn und solange die Zähleinrichtung aktiviert ist. An
dem Takteingang liegt vorteilhaft ein Pulssignal mit konstanter
Frequenz an. So kann aus dem Zählerstand der Zähleinrichtung
auf die Zeitspanne rückgeschlossen werden, während welcher
der Aktivierungseingang durch das Offsetsignal aktiviert war.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine zweite Zähleinrichtung auf, die geeignet
ist, die Periodendauer des Nullpositionssignals zu messen. Die zweite
Zähleinrichtung weist zweckmäßigerweise
einen Aktivierungseingang und einen Takteingang auf. Der Aktivierungseingang
empfängt das Nullpositionssignal, wohingegen der Takteingang
das Pulssignal empfängt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine dritte Zähleinrichtung auf, die geeignet
ist, die Periodendauer des Rahmensignals zu messen. Die dritte Zähleinrichtung
weist zweck mäßigerweise ebenfalls einen Aktivierungseingang
und einen Takteingang auf. Der Aktivierungseingang empfängt
das Rahmensignal, wohingegen der Takteingang das Pulssignal empfängt.
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Die
zweite Zähleinrichtung und die dritte Zähleinrichtung
umfassen zweckmäßigerweise jeweils zwei Zähler,
von denen der eine dann zählt, wenn sich das am Aktivierungseingang
jeweils anliegende Signal, das heißt das Nullpositionssignal
beziehungsweise das Rahmensignal, in der High-Phase befindet, und
der andere dann zählt, wenn sich das Signal am Aktivierungseingang
in der Low-Phase befindet. Die einzelnen Zählerstände
der beiden Zähler werden zu einem Gesamtzählerstand
addiert, der den jeweiligen Zählerstand der Zähleinrichtungen bildet.
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Die
Signalverarbeitungsvorrichtung weist vorteilhaft einen Rücksetzeingang
auf, mittels dem die Signalverarbeitungseinrichtung in einen Bereitschaftszustand
versetzt werden kann. Dies verhindert, dass die Signalverarbeitungseinrichtung
ein Offsetsignal bereitstellt, bevor die Vorrichtung zur Messung
bereit ist.
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Die
Signalverarbeitungseinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet,
dass das Offsetsignal nach jedem Rücksetzen höchstens
einmal erzeugt wird. Dadurch wird einer angeschlossenen Auswertungseinheit,
bei der es sich zweckmäßigerweise um eine Datenverarbeitungsanlage
handelt, ausreichend Zeit gegeben, die Zählerstände
aus der oder den Zähleinrichtungen auszulesen.
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Die
Signalverarbeitungseinrichtung kann TTL- und/oder CMOS-ICs aufweisen.
Solche Bausteine sind Industriestandard und in zuverlässigen Bauformen
erhältlich. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann eine
programmierbare Logikschaltung aufweisen. Solche programmierbaren
Logikschaltungen, wie beispielsweise PALs oder GALs, erlauben die
Realisierung komplexer Signalverarbeitungsvorgänge auf
geringem Raum und können meist auch noch im fertig montierten
Zustand verändert werden, um die Signalverarbeitungseinrichtung
an geänderte Rahmenbedingungen anzupassen. Die Signalverarbeitungseinrichtung
kann außerdem Gatter und/oder Flip-Flops aufweisen, die über
eine vernachlässigbare Latenzzeit verfügen und
keine aufwändige Taktung benötigen.
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Die
Bilderfassungseinrichtung weist zweckmäßigerweise
eine Kamera auf, die vorzugsweise als digitale Kamera ausgebildet
ist. Die Bilderfassungseinrichtung kann eine analoge Kamera und
einen A/D-Wandler und/oder einen Framegrabber aufweisen, der das
Rahmensignal zur Verfügung stellt.
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Vorteilhaft
weist der Nullpositionsdetektor einen optischen Sensor oder einen
Magnetfeldsensor oder einen induktiven Sensor oder einen kapazitiven Sensor
auf, um die Nullposition zu detektieren. Solche Sensoren haben den
Vorteil, dass sie kontakt- und verschleißlos sowie mit äußerst
niedriger Verzögerungszeit arbeiten. Je nach Anwendungsfall
kann auch ein mechanischer Sensor eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, ein Maß für
die Zeitspanne zwischen der Übereinstimmung der Referenzpositionen
und einer Flanke des Rahmensignals, das heißt die sogenannte
Offsetzeit, unmittelbar aus dem Offsetsignal abzuleiten.
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Die
erste Zähleinrichtung empfängt vorteilhafterweise
an dem Aktivierungseingang das Offsetsignal und an dem Takteingang
das Pulssignal. Die erste Zähleinrichtung zählt
die Pulse des Pulssignals, wenn und solange sie durch das Offsetsignal
aktiviert ist. Die Zahl der in der Aktivierungszeitspanne aufgetretenen
Pulse kann also unmittelbar aus der Zähleinrichtung ausgelesen
werden. Wird ein Pulssignal mit konstanter Frequenz verwendet, so
ist die Anzahl an Pulse pro Zeiteinheit festgelegt mit der Folge,
dass aus dem aus der ersten Zähleinrichtung auslesbaren Zählerstand
unmittelbar die Zeitspanne zwischen der Übereinstimmung
der Referenzpositionen und einer Flanke des Rahmensignals errechnet
werden kann.
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Die
erste Zähleinrichtung und die Signalverarbeitungseinrichtung
werden vorteilhafterweise jeweils mittels eines Rücksetzsignals
vor jedem Zählvorgang zurückgesetzt, wobei die
Signalverarbeitungseinrichtung das Offsetsignal nach jedem Rücksetzen
höchstens einmal erzeugt. Dies stellt sicher, dass, wenn
der Zählerstand über einen längeren Zeitraum
nicht ausgelesen wird, er trotzdem einem eindeutig definierten Umlauf
entspricht und nicht durch spätere Ereignisse verfälscht
wird.
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Der
von der oder den Zähleinrichtungen erfasste Zählerstand
kann nach Deaktivierung der Zähleinrichtung durch das Offsetsignal
von einer Datenverarbeitungsanlage ausgelesen werden. Dies eröffnet
die Möglichkeit, die von der Bilderfassungseinrichtung
aufgenommenen Bilder mit Winkelstellungen des sich drehenden Objekts
zu korrelieren.
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Vorteilhaft
setzt die Datenverarbeitungsanlage nach dem Auslesen des Zählerstands
die Zähleinrichtung oder Zähleinrichtungen und/oder
die Signalverarbeitungseinrichtung zurück. Die Vorrichtung kann
somit frühestmöglich den nächsten Messwert aufnehmen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden innerhalb der Periodendauer des Nullpositionssignals
die Zeitpunkte der innerhalb der Umdrehung des zu vermessenden Objekts
folgenden Bilder jeweils durch Addition der Anzahl der Pulssignale,
die zwischen dem ersten Bild und dem aktuellen Bild liegen, multipliziert mit
der konstanten Periodendauer des Rahmensignals, und der Offsetzeit
des ersten Bildes berechnet.
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Einzelheiten
und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. In den
das Ausführungsbeispiel lediglich schematisch darstellenden
Zeichnungen veranschaulichen im Einzelnen:
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1 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 ein
schematisches Blockschaltbild von Signalwegen;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Nullpositionsdetektors;
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5 ein
Signaldiagramm und
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6 einen
Schaltplan einer Signalverarbeitungseinrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Ein
Reifenprüfstand 10, wie er in 1 gezeigt
ist, kann als Vorrichtung zur Prüfung und räumlichen
Vermessung sich drehender Objekte, in diesem Falle Reifen 14,
verwendet werden. An einer Drehachse 12 ist eine Felge 13 befestigt,
auf die ein zu prüfender Reifen 14 aufgezogen
ist. Um den Reifen 14 anzutreiben, ist eine Antriebsrolle 16 vorgesehen,
die mit ihrer Außenumfangsfläche an der Außenumfangsfläche
des Reifens 14 anliegt und den Reifen 14 antreibt.
Die Antriebsrolle 16 weist eine im Vergleich zu Felge 13,
Reifen 14 und Drehachse 12 große Masse
von in der Regel mehreren Tonnen auf, um eine ruhige und gleichmäßige
Drehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit sicherzustellen. Für
simulierte Geschwindigkeiten zwischen 60 km/h und 300 km/h beträgt
die Winkelgeschwindigkeit eines PKW-Reifens je nach Radgröße
beispielsweise 2π·8 rad/s (Radumfang ca. 2,0 m)
bis 2π·56 rad/s (Radumfang ca. 1,5 m).
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Zur
Erfassung der Oberfläche des Reifens 14 ist eine
Bilderfassungsvorrichtung 21, die eine Videokamera 21a aufweist,
vorgesehen, die zusammen mit einem Linienlaser 22 ein 3D-Messsystem 20 bildet.
Der Linienlaser 22 proji ziert auf die zu vermessende Fläche
des Reifens 14 Lichtlinien, die von der Videokamera 21a aufgezeichnet
werden. Aus der Form und Position der Lichtlinien in dem aufgenommenen
Bild V kann auf die Form des Reifens 14 geschlossen werden.
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Die
Drehachse 12 weist, wie in 2 und 4 zu
sehen ist, an ihrem Außenumfang eine objektseitige Referenzposition 51a,
die durch eine Radindexmarke 54 definiert wird, auf. Da
der Reifen 14 seine Winkelposition gegenüber der
Drehachse 12 nicht ändern kann, entspricht die
Winkelposition der Radindexmarke 54 immer derselben Winkelposition an
dem Reifen 14.
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Zur
Erfassung der Radindexmarke 54 ist an einer vorrichtungsseitigen
Referenzposition 51b ein Nullpositionsdetektor 50 vorgesehen,
der ein Nullpositionssignal RI erzeugt, wenn die Radindexmarke 54 sich
an dem Nullpositionsdetektor 50 vorbei bewegt. Der Nullpositionsdetektor 50,
wie er in 4 gezeigt ist, ist in diesem
Ausführungsbeispiel als Lichtschranke 55 ausgebildet,
die von der Radindexmarke 54 bei Übereinstimmung
der Referenzpositionen 51a, 51b unterbrochen wird.
Die Radindexmarke 54 weist eine im Wesentlichen kreisförmige
Scheibe auf, die in einem Winkelbereich 53, der vorliegend
eine Ausdehnung von ca. 135° aufweist, einen reduzierten
Durchmesser hat. An den Rändern des Winkelbereichs 53 ergeben
sich dadurch vorspringende Kanten 52a, 52b. Die
Winkelposition der Kante 52a entspricht der objektseitigen
Referenzposition 51a.
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Der
Nullpositionsdetektor 50 kann auch auf andere Art und Weise
realisiert werden kann. So wäre es beispielsweise möglich,
einen mechanischen Schalter vorzusehen, der von der Radindexmarke 54 gedrückt
wird. Ebenfalls wäre die Markierung mit magnetischen oder
metallischen Materialien denkbar, die mittels induktiver, kapazitiver
oder Metallsensoren detektiert werden.
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Die
Lichtschranke 55 weist einen Basisabschnitt und zwei Schenkel
auf, die voneinander beabstandet sind. Der Basisabschnitt beinhaltet
Ansteuerungseinrichtungen. Die Lichtschranke 55 überwacht den
Bereich zwischen den beiden Schenkeln. Wird der Sichtkontakt zwischen
den Schenkeln unterbrochen, beispielsweise durch die Radindexmarke 54, so
wird ein entsprechendes Nullpositionssignal RI erzeugt.
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Die
Lichtschranke 55 ist so angeordnet, dass die Radindexmarke 54 in
ihrem Abschnitt mit größerem Durchmesser die Lichtschranke 55 unterbricht und
in dem Winkelbereich 53, das heißt, dem Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser, das Licht passieren lässt.
Die Bereiche mit größerem und geringerem Durchmesser
der Radindexmarke 54 sind so ausgebildet, dass sich für
das Nullpositionssignal RI, das ein Rechtecksignal ist, ein Tastverhältnis
zwischen 35% und 65% ergibt. Im vorliegenden Fall beträgt
das Tastverhältnis 37,5%. Grundsätzlich ist jedoch
ein Tastverhältnis von 50% für das Nullpositionssignal
RI anzustreben. Das Nullpositionssignal RI wird zur Weiterverarbeitung
an eine Signalverarbeitungseinrichtung 40 und eine Datenverarbeitungsanlage 60 weitergegeben.
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Wie 3 zu
erkennen gibt, nimmt die Videokamera 21a kontinuierlich
Bilder V auf. Die von der Videokamera 21a erzeugten Bilder
V werden an einen Framegrabber 21b weitergegeben, der diese,
je nach verwendeter Videokamera 21a, digitalisiert, weiterverarbeitet
und/oder aufbereitet. Die aufbereiteten Bilddaten 23 gibt
der Framegrabber 21b als Bilddatenstrom an die Datenverarbeitungsanlage 60 weiter.
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Bei
jeder Aufnahme eines Bildes V erzeugt der Framegrabber 21b ein
Rahmensignal VD, das der Signalverarbeitungseinrichtung 40 zugeleitet wird.
Einer entsprechend ausgestatteten Videokamera 21a kann
das Rahmensignal VD ebenfalls zugeleitet werden, beispielsweise
als Aufforderung, ein wei teres Bild V aufzunehmen. Auf diese Weise
kann eine Synchronisation des Framegrabbers 21b mit der Videokamera 21a erfolgen.
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Die
Signalverarbeitungseinrichtung 40 verknüpft das
Nullpositionssignal RI mit dem Rahmensignal VD zu einem Offsetsignal
RIy, das als Aktivierungssignal an eine
erste Zähleinrichtung 33a übergeben wird.
Die Zähleinrichtung 33a ist Teil einer Zählerkarte 30,
die ferner eine zweite Zähleinrichtung 33b und
eine dritte Zähleinrichtung 33c aufweist. Die Zählerkarte 30 weist
eine Schnittstelle 32 auf, mittels der die Zählerstände 61a, 61b, 61c der
Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c an
die Datenverarbeitungsanlage 60 übertragen werden.
Die Schnittstelle 32 dient außerdem der Zurücksetzung
der Zählerkarte 30 beziehungsweise der Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c durch
die Datenverarbeitungsanlage 60. Die Datenverarbeitungsanlage 60 erzeugt
zu diesem Zweck Rücksetzsignale 34a, 34b, 34c welche
die gewünschten Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c in
einen Ausgangszustand versetzen. Ein weiteres Rücksetzsignal 35 wird
an die Signalverarbeitungseinrichtung 40 weitergegeben.
Die Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c sind
einzeln durch Aktivierungseingänge 39a, 39b, 39c aktivierbar
und Zählen bei Aktivierung die Zahl der Pulse der von einer
Taktgebereinheit 38 erzeugten Pulssignale 36a, 36b, 36c.
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Das
Rahmensignal VD von dem Framegrabber 21b und das Nullpositionssignal
RI von dem Nullpositionsdetektor 50 werden von der Signalverarbeitungseinrichtung 40 empfangen.
Bei Bedarf werden die Signale RI, VD mittels eines Pegelumsetzers 27, der
vorliegend als Spannungsteiler ausgebildet ist, auf das für
die Signalverarbeitungseinrichtung 40 übliche
Spannungsniveau gebracht. In dieser Ausführungsform ist
der Nullpositionsdetektor 50 ein 24-Volt-Bauelement, die
Schaltkreise der Signalverarbeitungseinrichtung 40 sind
jedoch 5-Volt-Bauelemente. Aus diesem Grund ist der Pegelumsetzer 27 zur
Aufbereitung des Nullpositionssignals RI notwendig. Wird als Nullpositionsdetektor 50 ein
Bauelement verwendet, das auf dem Span nungsniveau der Signalverarbeitungseinrichtung 40 arbeitet,
dann kann der Pegelumsetzer 27 entfallen.
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Die
Signalverarbeitungseinrichtung 40 umfasst mehrere integrierte
Schaltungen 41a, 41b, 41c, 41d.
Die integrierten Schaltungen 41a, 41b, 41c, 41d verknüpfen
das Rahmensignal VD und das Nullpositionssignal RI zu dem Offsetsignal
RIy. Das Offsetsignal RIy wird
an den Aktivierungseingang 39a der Zähleinrichtung 33a weitergeleitet.
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Der
Takt- oder Zähleingang 37 der Zählerkarte 30 ist
zur Aufnahme der von der Taktgebereinheit 38 erzeugten
Pulssignalen 36a, 36b, 36c ausgebildet.
Die Taktgebereinheit 38 weist eine quarzgestützte
Taktgeberschaltung auf und ist in der Lage, Pulssignale 36a, 36b, 36c mit
verschiedenen Frequenzen zu erzeugen. Die Taktgeberschaltung weist
vorteilhaft einen einzigen Oszillator auf und erzeugt die verschiedenen
Frequenzen durch Teilung der von dem Oszillator generierten Grundfrequenz.
Dies bietet den Vorteil, dass sich die Pulssignale 36a, 36b, 36c und
damit die von den Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c einfassten
Zählerstände 61a, 61b, 61c auf
eine gemeinsame Zeitbasis beziehen. Die Frequenz jedes einzelnen
Pulssignals 36a, 36b, 36c ist einstellbar,
so dass sich die zeitliche Auflösung der Zähleinrichtungen 33a, 33b, 33c durch
Veränderung der Frequenz des zugehörigen Pulssignals 36a, 36b, 36c festlegen lässt.
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So
wird das Pulssignal 36b, welches die zweite Zählreinrichtung 33b speist,
aufgrund der wesentlich längeren Periodendauer T5 des Nullpositionssignals
RI eine niedrigere Frequenz aufweisen als das Pulssignal 36c der
dritten Zähleinrichtung 33c, welche die gewöhnlich
geringere Periodendauer T4 des Rahmensignals VD bestimmen soll.
Dies ergibt sich daraus, dass die Frequenz des Rahmensignals VD
im Allgemeinen größer sein wird als die Frequenz
des Nullpositionssignals RI.
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Um
eine größtmögliche Auflösung
der ersten Zähleinrichtung 33a zu erreichen, wird
die Frequenz des Pulssignals 36a so eingestellt, dass die
Zähleinrichtung 33a in der Periodendauer T4 nahezu
bis zu ihrem Maximalwert zählt. Aus der bekannten Frequenz
des Pulssignals 36a und dem Zählerstand 61a kann
die Datenverarbeitungsanlage 60 die Zeit bestimmen, während
derer das Offsetsignal RIy aktiv war. Diese
Zeitspanne wird als Offsetzeit T1 bezeichnet. Die Frequenz des Pulssignals 36a bewegt
sich gewöhnlich im Bereich zwischen 100 kHz und 100 MHz.
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Anhand
des in 5 dargestellten Signaldiagramms und des in 6 dargestellten
Schaltplans soll nachfolgend die Funktion der Signalverarbeitungseinrichtung 40 näher
erläutert werden.
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Das
Signaldiagramm gemäß 5 zeigt, dass
das Rahmensignal VD gewöhnlich eine logische 1 ist und
nur bei Erfassung eines Bildes V für eine kurze Zeit auf
0 wechselt. Das Nullpositionssignal RI hingegen ist zunächst
0. Bei Übereinstimmung der Referenzpositionen 51a, 51b zum
Zeitpunkt t2 wechselt es auf eine logische
1 und kehrt erst wesentlich später zu der 0 zurück.
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Das
Offsetsignal RIy soll zum Zeitpunkt t2, in dem die Referenzpositionen 51a, 51b übereinstimmen,
von einer logischen 0 auf eine logische 1 wechseln. Dieser Zustand
soll so lange anhalten, bis im Zeitpunkt t3 die
Videokamera 21a die Aufnahme des ersten Bildes V, das unmittelbar
der Übereinstimmung der Referenzpositionen 51a, 51b folgt,
beendet hat und das Rahmensignal VD zu einer logischen 1 zurückwechselt.
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Eine
mögliche Realisierung einer Schaltung, die aus dem Nullpositionssignal
RI und dem Rahmensignal VD das gewünschte Offsetsignal
RIy erzeugt, ist in 6 dargestellt.
Die abgebildete Signalverarbeitungseinrichtung 40 weist ein
UND-Gatter 42, ein ODER-Gatter 44 sowie zwei Flip-Flops 48a, 48b des
D-Typs mit Setz- und Rücksetzeingängen D, S, R
auf.
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Zum
Beginn eines Messzyklus werden die Zähleinrichtung 33a durch
Anlegen des Rücksetzsignals 34a und die Signalverarbeitungsanlage 40 durch Anlegen
des Rücksetzsignals 35 zurückgesetzt.
Die Ausgänge Q der
Flip-Flops 48a, 48b haben nach dem Rücksetzen
den logischen Wert 1. Ist der logische Wert des Nullpositionssignals
RI gleich 0, so liegt am Ausgang des UND-Gatters 42 jedenfalls
eine 0 an, so dass das Offsetsignal RIy ebenfalls
eine logische 0 ist. Dies ist unabhängig davon, welchen
Wert das Rahmensignal VD annimmt. Sobald das Nullpositionssignal
RI zum Zeitpunkt t2 auf 1 wechselt, wechselt
das Offsetsignal RIy auf 1, da der Ausgang Q des Flip-Flops 48b seit
dem Zurücksetzen den Wert 1 ausgibt. Durch die von dem
Nullpositionssignal RI erzeugte positive Flanke an dem Eingang CLK des
Flip-Flops 48a wechselt dessen Ausgang Q von 1 zu 0. Da das Rahmensignal VD jedoch
gewöhnlich 1 ist, bleibt der Ausgang des ODER-Gatters 44,
der mit dem Eingang CLK des Flip-Flops 48b verbunden ist,
zunächst auf 1.
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Bei
Aufnahme des nächsten Bildes V wechselt das Rahmensignal
VD zunächst auf 0. Diese fallende Flanke wird über
das ODER-Gatter 44 an den Eingang CLK des Flip-Flops 48b weitergegeben. Kurze
Zeit später wechselt das Rahmensignal VD wieder zurück
auf 1 und erzeugt somit eine steigende Flanke an dem Eingang CLK
des Flip-Flops 48b. Durch die steigende Flanke an seinem
Eingang CLK ändert das Flip-Flop 48b den Wert
seines Ausgangs Q von 1 auf
0. In der Folge sperrt das UND-Gatters 42, und das Offsetsignal
RIy nimmt den Wert 0 an. Ein erneutes Auslösen
des Offsetsignals RIy ist nicht möglich,
ohne die Flip-Flops 48a, 48b mittels des Rücksetzsignals 35 zurückzusetzen.
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Aus
dem Zählerstand 61a der Zähleinrichtung 33a kann
die Position des Reifens 14 zum Zeitpunkt der Aufnahme
eines Bildes V durch die Videokamera 21a bestimmt werden.
Hierzu ist zunächst die Offsetzeit T1 zu errechnen. Dazu
wird der Zählerstand 61a mit der Periodendauer
des Pulssignals 36a der Taktgebereinheit 38 multipliziert.
Die Grundfrequenz der Taktgebereinheit 38 beträgt
beispielsweise 10 MHz. Wird für die Erzeugung des Pulssignals 36a die
Grundfrequenz zum Beispiel durch 10 geteilt, dann liegt der Zählerstand 61a,
also die Offsetzeit T1, in Mikrosekunden vor.
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Die
Offsetzeit T1 wird anschließend mit der Winkelgeschwindigkeit
des Reifens 14 multipliziert, um die Winkelposition des
Reifens 14 zu bestimmen. Das Ergebnis ist der Winkel, in
dem der Reifen 14 bei Aufnahme des Bildes V von der Nullposition
gedreht war.
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Alternativ
kann mittels der Zähleinrichtung 33b die Periodendauer
T5 eines Umlaufs des Reifens 14 bestimmt werden. Aus dem
Verhältnis der Offsetzeit T1 zu der Periode T5 ist dann
die Winkelposition des Reifens 14 berechenbar. Dies hat
insbesondere den Vorteil, dass bei jedem Umlauf des Reifens 14 eine
Selbstkalibrierung der Periode T5 durchgeführt wird. Somit
passt sich die Vorrichtung einer Veränderung der Drehgeschwindigkeit,
insbesondere langfristiges Driften derselben, laufend an. Langsam
reagierende und ungenaue zusätzliche Geschwindigkeitsmessvorrichtungen
können damit entfallen. In diesem Zusammenhang kommt zum
Tragen, dass die Taktgebereinheit 38 eine gemeinsame Zeitbasis
schafft, so dass alle zur Berechnung der Winkelposition des Reifens 14 bekannten
Zeitspannen T1, T4, T5 exakt zueinander korreliert sind.
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Die
aus den erfassten Teilbereichen erhaltenen Konturdaten des Reifens 14 werden
in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert und daraus ein
Oberflächenmodell des Reifens 14 erstellt. Dies
erfordert genaue Kenntnis über die Lage aller erfassten
Teilbereiche untereinander und bezüglich des Reifens 14.
Diese Information wird dadurch erhalten, dass zu jeder Aufnahme
von Messdaten durch die Videokamera 21a die jeweilige Momentanposition
des Reifens 14 registriert wird.
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Zur
weiteren Vereinfachung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die
Versorgungsspannung der Signalverarbeitungseinrichtung 40 mit
Hilfe von Spannungsteilern aus der Versorgungsspannung eines anderen
Moduls, hier der Videokamera 21a, gewonnen wird. Für
Logik-ICs der Baureihen 40xx und 74xx, wie sie für die
integrierten Schaltungen 41a, 41b, 41c, 41d verwendet
werden können, kann die Versorgungsspannung von ca. 5 V
beispielsweise durch einen Spannungsteiler erreicht werden, der
einen Widerstand mit 3 kOhm und einen Widerstand mit 1 kOhm aufweist
und damit die Versorgungsspannung der Videokamera 21a von
ca. 24 V auf ca. 6,25 V wandelt.
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Bei
der Ermittlung der Position des Reifens 14 durch die Datenverarbeitungsanlage 60 ergibt sich
häufig das Problem, dass die verwendeten Betriebssysteme,
wie beispielsweise Windows XP, Unix und seine Derivate oder Mac
OS X, gewöhnlich nicht in Echtzeit auf externe Signale
reagieren. Vielmehr ist mit einer Verzögerung im Bereich
von Mikro- bis hin zu Millisekunden zu rechnen. Da dies die Messergebnisse
verfälschen würde, werden die zeitkritischen Aufgaben
an externe Baugruppen, hier den Framegrabber 21b, die Signalverarbeitungseinrichtung 40 und
die Zählerkarte 30 verteilt. Die externen Baugruppen 21b, 40, 30 senden
dann bei Ereignissen, auf die die Datenverarbeitungsanlage 60 reagieren
muss, eine Unterbrechungsanforderung. Solche Unterbrechungsanforderungen
werden von dem Betriebssystem sofort bearbeitet.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jeweils bei Auslösen
des Rahmensignals VD oder des Nullpositionssignals RI eine Unterbrechungsanforderung
erzeugt. In der daraufhin aufgerufenen Behandlungsroutine werden
die Signale RI, RIy und VD überprüft
und je nach deren Status Aktionen ausgeführt, wie beispielsweise
die Rücksetzsignale 34a, 34b, 34c, 35 erzeugt,
Zählerstände 61a, 61b, 61c ausgelesen
oder Bilddaten 23 abgespeichert.
-
Die
zuvor beschriebene Vorrichtung bietet eine einfache Möglichkeit,
die Position des sich drehenden Reifens 14 bei der Aufnahme
eines Bildes zuverlässig festzustellen.
-
- 10
- Reifenprüfstand
- 12
- Drehachse
- 13
- Felge
- 14
- Reifen
- 16
- Antriebsrolle
- 20
- 3D-Messsystem
- 21
- Bilderfassungseinrichtung
- 21a
- Videokamera
- 21b
- Framegrabber
- 22
- Linienlaser
- 23
- Bilddaten
- 27
- Pegelumsetzer
- 30
- Zählerkarte
- 32
- Schnittstelle
- 33a
- Zähleinrichtung
- 33b
- Zähleinrichtung
- 33c
- Zähleinrichtung
- 34a
- Rücksetzsignal
- 34b
- Rücksetzsignal
- 34c
- Rücksetzsignal
- 35
- Rücksetzsignal
- 36a
- Pulssignal
- 36b
- Pulssignal
- 36c
- Pulssignal
- 37
- Takteingänge
- 38
- Taktgebereinheit
- 39a
- Aktivierungseingang
- 39b
- Aktivierungseingang
- 39c
- Aktivierungseingang
- 40
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 41a
- integrierte
Schaltung
- 41b
- integrierte
Schaltung
- 41c
- integrierte
Schaltung
- 41d
- integrierte
Schaltung
- 42
- UND-Gatter
- 44
- ODER-Gatter
- 48a
- Flip-Flop
- 48b
- Flip-Flop
- 50
- Nullpositionsdetektor
- 51a
- objektseitige
Referenzposition
- 51b
- vorrichtungsseitige
Referenzposition
- 52a
- Kante
- 52b
- Kante
- 53
- Winkelbereich
- 54
- Radindexmarke
- 55
- Lichtschranke
- 60
- Datenverarbeitungsanlage
- 61a
- Zählerstand
- 61b
- Zählerstand
- 61c
- Zählerstand
- GND
- Masse
- RI
- Nullpositionssignal
- RIy
- Offsetsignal
- t2
- Zeitpunkt
- t3
- Zeitpunkt
- Vcc
- Versorgungsspannung
- VD
- Rahmensignal
- V
- Bild
-
Q
- Ausgang
- CLK
- Eingang
- D
- Eingang
- S
- Set
- R
- Reset
- T1
- Offsetzeit
- T4
- Periodendauer
des Rahmensignals VD
- T5
- Periodendauer
des Nullpositionssignals RI
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10019386
C2 [0002, 0003]
- - US 6175652 B1 [0004]
- - DE 102005018963 A1 [0005]