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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Radvermessung von Kraftfahrzeugen, insbesondere ein Messsystem zur berührungslosen Bestimmung der Spur in Echtzeit. Erfindungsgemäß werden die in eine Auswerteeinheit parallel einfallenden Lichtstrahlen, z. B. Laserstrahlen, von einer Linse, z. B. einer Sammellinse, in einem einzelnen Brennpunkt gebündelt und beispielsweise auf einem optischen Element mit Messskala oder über einen Spiegel auf einen örtlich separierten Schirm bzw. Messkontur projiziert. So lässt sich eine eindeutige Aussage über den Einfallwinkel der Lichtstrahlen ableiten. Sammellinsen besitzen die physikalische Eigenschaft, parallel einfallende Strahlen in einem gemeinsamen Brennpunkt abzubilden. Fallen die Strahlen jedoch in einem verschiedenartigen Winkel zu einer frei wählbaren Referenzebene ein, so werden die Strahlen in unterschiedlichen Brennpunkten (x-y-Koordinatensystem) abgebildet. Unterscheiden sich nur die Winkel, wird sich auch nur die x-Koordinate verändern, was für die Auswertung des Radstellungswinkels besonders relevant ist. Bei unterschiedlichen Referenzebenen der Strahlen ändert sich auch die y-Koordinate.
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Ein technischer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass eine Messung unabhängig von Ort und Lage einer Lichtquelle der Lichtstrahlen durchgeführt werden kann. Ein bildverarbeitendes System kann die x-y Koordinaten der Lichtstrahlabbildungen auswerten, ohne dass weitere aufwändige trigonometrische Berechnungen notwendig sind. Durch die erfindungsgemäße Konzeption genügt beispielsweise eine einfache Subtraktion der Koordinaten, um auf den Unterschied der Einfallswinkel der Lichtstrahlen schließen zu können. Weiterhin ist das System wenig störungsanfällig. Der wenig komplexe Messsaufbau der Erfindung kann neben dem hier beschriebenen Messsystem eine oder mehrere Lichtquellen beinhalten, z. B. Laser, die an den Radnaben des Fahrzeugs befestigt werden können. Die Lichtquellen der auf einer Linie befindlichen Räder, in der Regel auf einer Seite des Fahrzeugs, können auf eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit leuchten. Zur Auswertung der anderen Fahrzeugseite kann entweder die Auswerteeinheit verschoben werden oder es können bevorzugt weitere Auswerteeinheiten vorhanden sein.
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Das Fahrwerk eines Fahrzeuges stellt die Verbindung zur Straße dar. Das Fahrwerk ist einer enormen Anzahl von unterschiedlich wirkenden Kräften und Momenten ausgesetzt. Es muss daher sichergestellt sein, dass über die Reifenaufstandsflächen die Kräfte und Momente optimal übertragen werden können. Zunehmende Leistung der Fahrzeuge und der gestiegene Anspruch an das Design, den Fahrkomfort wie auch an die Fahrsicherheit führen zu einem deutlichen Anstieg der Anforderungen an moderne Fahrwerke. Die Eigenschaften eines Fahrwerkes werden durch die Radstellungen realisiert. Insbesondere die Spur der Achse(n) und die Radstellungswinkel sind von maßgebender Bedeutung für den einwandfreien Geradeauslauf, für eine gute Haftung der Reifen bei Kurvenfahrt und für minimalen Reifenverschleiß.
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Es sind bereits Achsmessgeräte bekannt, die in Verbindung mit Achsmessgruben, Hebebühnen oder Reparaturständen eingesetzt werden. Die
DE 10 2005 060073 B4 beschreibt Kameras mit Messtechnik am Rad mit umlaufendem Infrarotstrahl, so dass ein geschlossenes Rechteck um das Fahrzeug entsteht. Nachteilig ist bei der Vorrichtung gemäß
DE 10 2005 060073 B4 , dass keine direkte Auswertung der Winkelstellung der Räder möglich ist, sondern die Berechnung aufwendig durch geometrische Auslenkung ermittelt werden muss. Ferner behandelt die Optik lediglich die Lichtstrahlqualität, besitzt aber keine messtechnische Aufgabe. Die Spurbestimmung ist abhängig von Ort und Lage der Lichtquelle. Ferner ist die sensible Messelektronik am Rad angebracht, was zu Messfehlern führen kann. Desweiteren kann der umlaufende Lichtstrahl leicht durch Hebebühnenteile oder andere Werkstattaufbauten oder Personal unterbrochen werden, was die Messungen unterbricht.
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Desweiteren zeigt die
EP 0664436 A2 Lasersysteme am Rad mit vor- und nachgelagerten Skalen, die entweder manuell abgelesen werden oder computerbasiert ausgewertet werden. Hier ist nachteilig, dass keine Unabhängigkeit von Ort und Lage der Lichtquelle gegeben ist und aufwendiges und genaues Einrichten notwendig ist, da immer zwei Skalen mit dem Lichtstrahl getroffen werden müssen. Die Anzahl der Auswerteinheiten ist konzeptbedingt groß.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Achsmessvorrichtung bereitzustellen, die weniger komplex aufgebaut ist, weniger störungsanfällig ist und messgenauer ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Entwicklungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Radvermessung von Kraftfahrzeugen kann zumindest eine optische Auswerteeinheit aufweisen. Es kann zumindest ein Lichterzeugungsmittel vorgesehen sein. Das Lichterzeugungsmittel kann an einem Fahrzeugrad derart anordenbar sein, dass ein Lichtstrahl mit einem Winkel α zur Radachse des Fahrzeugrades abgestrahlt werden kann. Ferner kann ein Abstrahlwinkel β in Höhenrichtung derart einstellbar sein, dass der Lichtstrahl auf eine Linse der Auswerteeinheit trifft. Der auf die Linse treffende Lichtstrahl kann auf ein optisches Element geleitet werden. Außerdem kann die Vorrichtung zumindest ein in der Auswerteeinheit vorgesehenes Messelement umfassen, das den durch die Linse geleiteten (in die Auswerteeinheit einfallenden) Lichtstrahl erfasst. Die Linse und das optische Element können ferner derart ausgebildet und angeordnet sein, dass parallel zueinander auf die Linse treffende Lichtstrahlen in einem Abbildungspunkt auf dem optischen Element projiziert werden können. Weiter kann zumindest eine Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, die Signale des Messelements zur Radvermessung auswerten kann.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass bereits eine Auswerteeinheit (Messbox) zur Durchführung der Achsvermessung ausreichend ist. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weniger störungsanfällig und auch messgenauer, da die empfindliche Messelektronik oder Messsensorik, z. B. Messköpfe, nicht am Fahrzeugrad befestigt ist, sondern sicher und vordefiniert an der Werkstattwand (oder Prüflaborwand oder dgl.). Lediglich die Lichterzeugungsmittel werden in wenig aufwendiger Weise am Fahrzeugrad montiert. Der Aufbau der Vorrichtung ist weniger komplex. Ein um das Fahrzeug umlaufender Lichtstrahl ist bei dem erfindungsgemäßen Aufbau nicht notwendig bzw. nicht vorhanden, so dass Messfehler durch den Lichtstrahl unterbrechende oder ablenkende Prüfstandaufbauten oder sonstige Hindernisse vermieden oder reduziert werden. Ferner ist vorteilhaft, dass Radvermessungsmesswerte, z. B. die Spur, unabhängig von Ort und Lage der Lichtquelle(n) und Auswerteeinheit(en) auswertbar sind. Dies wird insbesondere durch das Merkmal erreicht, dass parallel zueinander auf die Linse treffende Lichtstrahlen in einem Abbildungspunkt auf dem optischen Element projiziert werden können – beispielsweise durch eine direkte Ausnutzung der Eigenschaften der Optik/Linse.
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Desweiteren können die Linse und das optische Element derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der einfallende Lichtstrahl unabhängig von Ort und Lage der Lichtquelle ausgewertet werden kann.
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Die Verarbeitungseinheit ist optional vorgesehen. So kann in einer weniger komplexen erfindungsgemäßen Vorrichtungsausgestaltung auch beispielsweise eine visuelle Auswertung ohne Verarbeitungseinheit vorgenommen werden. Die Verarbeitungseinheit kann separat zur Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Verarbeitungseinheit kann in die Auswerteeinheit integriert sein.
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Ferner kann das zumindest eine Messelement eine Abbildung des einfallenden Lichtstrahls direkt auf dem optischen Element erfassen. Der einfallende Lichtstrahl kann auch auf eine Messkontur umgelenkt werden und das Messelement kann die Abbildung des Lichtstrahls auf der Messkontur erfassen.
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Vorteilhaft ist es hinsichtlich einer reduzierten Komplexität, wenn der Lichtstrahl auf das optische Element fällt und dort direkt erfasst wird, weil weitere Umlenkmittel und Abbildungsflächen bzw. Abbildungselemente, z. B. eine Messkontur, entfallen können. Es kann zur Verbesserung der Messgenauigkeit bzw. der Auswertungsergebnisse eine Messskala auf dem optischen Element vorgesehen sein.
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Im Hinblick auf eine Verbesserung der Messgenauigkeit ist es vorteilhaft, den einfallenden Lichtstrahl vor der Erfassung durch das Messelement umzulenken. So ergibt sich u. a. aufgrund der größeren Weglänge des Lichtstrahls nach der Linse eine höhere Messauflösung.
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Die Umlenkung kann beispielsweise mittels des optischen Elements erfolgen, auf das der Lichtstrahl nach der Linse auftrifft und das den Lichtstrahl auf eine Messkontur umleitet bzw. ablenkt.
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Die Messkontur, auf die der umgelenkte Lichtstrahl fällt, kann eine Messskala aufweisen. Die Messkontur kann z. B. ein rechteckiges plattenförmiges Element sein, auf dessen Oberfläche, auf den der Lichtstrahl fällt, bevorzugt die Messskala angeordnet ist.
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In einer besonders kostengünstigen Ausgestaltung kann das optische Element auch als ein Teil einer Innenwand der Auswerteeinheit vorgesehen sein.
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Das zumindest eine Messelement kann ein Kamerasystem bzw. eine Kamera sein und/oder das Messelement kann zumindest ein CCD- oder CMOS-Element enthalten.
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Das Messelement, z. B. eine Kamera, kann die Abbildung des Lichtstrahls auf dem optischen Element oder auf der Messkontur erfassen. Ein weiteres Messelement kann beispielsweise vorgesehen sein, um einen Linsenfehler zu erfassen, der dann in der Verarbeitungseinheit korrigiert (herausgerechnet) werden kann.
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Das Messelement kann ein Photodetektorarray sein und kann optional zusätzlich zu z. B. der Kamera vorgesehen sein. Ferner kann das optische Element als ein Photodetektorarray ausgebildet sein und gleichzeitig als das Messelement fungieren. Das optische Element, wenn es gleichzeitig das Messelement ist, kann zusätzlich zu einem weiteren Messelement, z. B. einer Kamera, oder anstatt eines weiteren Messelementes, z. B. einer Kamera, vorgesehen sein.
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Ferner kann die Messkontur ein integriertes Messelement aufweisen, d. h. die Messkontur kann z. B. ein Photodetektorarray sein, der anstatt oder zusätzlich zu einem weiteren Messelement, z. B. einer Kamera, vorgesehen ist.
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Desweiteren kann die Linse eine Sammellinse sein – bevorzugt eine Fresnellinse.
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Dadurch kann die Vorrichtung weniger komplex gestaltet werden, da die physikalische Eigenschaft einer Sammellinse, parallele Strahlen in einem Brennpunkt zu bündeln, unmittelbar für die Auswertung der Achsvermessung herangezogen werden kann. Dadurch wird weiterhin ermöglicht, dass die Radvermessungsmesswerte unabhängig von Ort und Lage der Lichtquelle oder der Auswerteeinheit ausgewertet werden können.
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Das optische Element kann als ein teilweise durchlässiger Schirm ausgebildet sein. Weiterhin kann das optische Element auch ein Filterglas, Standardglas, ein Spiegel oder dgl. sein. In einer besonders kostengünstigen und wenig komplexen Variante kann das optische Element auch durch ein Einfärben der Rückseite halbtransparent gestaltet sein.
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Ferner kann der teilweise durchlässige Schirm vorteilhaft ermöglichen, dass Abbildungen der Lichtstrahlen auf der Rückseite und auf der Vorderseite des optischen Elementes dargestellt werden können. Es können zwei Messelemente, z. B. Kameras, in der Auswerteeinheit angeordnet sein – eine, die die Vorderseite des optischen Elementes bzw. Schirms erfasst, und eine, die die Rückseite des optischen Elementes bzw. Schirms erfasst. Bei dieser Anordnung kann beispielsweise ein Messelement zur Aufnahme der Abbildungspunkte für die Auswertung der Radstellungen bzw. Spur eingesetzt werden und das andere Messelement kann zur Korrektur von z. B. Linsenfehlern oder anderen optischen Fehldarstellungen verwendet werden.
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Ferner können nicht-parallel auf die Linse treffende (zwei) Lichtstrahlen zwei unterschiedliche Lichtpunkte auf dem optischen Element bilden. Damit können sich zwei unterschiedliche Abbildungspunkte auf dem optischen Element ergeben.
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Eine einfache und genaue Auswertung einer Spurabweichung wird folglich realisiert.
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Die Verarbeitungseinheit kann auf eine Parallelstellung der erfassten Fahrzeugräder schließen, wenn von dem Messelement ein Abbildungspunkt erfasst wird und auf eine Nicht-Parallelstellung schließen, wenn zwei unterschiedliche (beabstandete) Abbildungspunkte erfasst werden.
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Ein rasches und wenig rechenintensives Auswerten der Spur bei erhöhter Mess-/Auswertegenauigkeit wird ermöglicht, wobei insbesondere die physikalischen Eigenschaften der Sammellinse unmittelbar ausgenutzt werden können.
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Die Verarbeitungseinheit kann abhängig von dem erfassten Abstand der Abbildungspunkte einen Differenzwinkel der vermessenen Achse bzw. deren Räder ermitteln.
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Somit kann die Spurbestimmung bzw. eine Fehlstellung genauer und einfacher ermittelt und leichter behoben werden.
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Der Winkel α kann im Wesentlichen 90° betragen.
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Dieser Winkelwert ist besonders wenig aufwendig einstellbar, so dass kurze Rüstzeiten ermöglicht werden.
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Das optische Element kann eine Messskala aufweisen und die Verarbeitungseinheit kann über die Messskala eine Fehlstellung der Fahrzeugräder ermitteln.
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Die Messskala vereinfacht das Auswerten der Abbildung des oder der Lichtstrahlen und kann somit die Messgenauigkeit erhöhen.
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Weiterhin können zwei Auswerteeinheiten vorgesehen sein oder es können auch vier Auswerteeinheiten vorgesehen sein. Bei vier Auswerteeinheiten können bevorzugt zwei Auswerteeinheiten an einer vorderen und zwei Auswerteeinheiten an einer hinteren Werkstattwand (oder einem Halter) vorgesehen sein.
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„Vordere” und „hintere” bezieht sich dabei auf die Anordnung zum zu prüfenden Kraftfahrzeug.
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Dadurch wird wenig aufwendig eine flexible Einstellung der Vorrichtung auf das jeweilige Messobjekt bzw. Fahrzeug ermöglicht. Zwei bzw. vier Auswerteeinheiten bieten die Möglichkeit einer zeiteffizienteren Durchführung der Messungen.
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Die Anzahl der Lichterzeugungsmittel muss nicht gleich der Anzahl der Auswerteeinheiten sein, d. h. beispielsweise können zwei Auswerteinheiten vorgesehen sein, aber lediglich ein Lichterzeugungsmittel.
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Die Auswerteeinheit(en) können horizontal und/oder vertikal verschiebbar an einer Werkstattwand angeordnet sein. Selbstverständlich können die Auswerteeinheiten auch an gesonderten Aufhängungen oder Haltern angeordnet sein und/oder nicht an einer Wand montiert sein.
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Die Anzahl der Auswerteeinheiten kann auch größer als vier betragen, beispielsweise ist dies vorteilhaft, wenn Fahrzeuge mit mehr als vier Fahrzeugrädern zeiteffizient vermessen werden sollen.
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Zusammenfassend wird durch eine Erhöhung der Anzahl der Auswerteeinheiten eine weitere Reduktion der Mess- und Stellzeiten realisiert.
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Ferner kann das Lichterzeugungsmittel unterschiedlich codierte Lichtstrahlen aussenden. Die zumindest eine Auswerteeinheit kann dazu geeignet sein, unterschiedlich codierte Lichtstrahlen separiert auszuwerten.
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Unterschiedlich codiert bedeutet beispielsweise, dass unterschiedliche Lichtstrahlfarben, d. h. Wellenlängen, von den Lichterzeugungsmittel(n) ausgestrahlt werden. Weiterhin kann eine Codierung auch mittels einer unterschiedlichen Modulationsfrequenz realisiert werden. Desweiteren sind Codierungen mittels serieller Kommunikation oder über unterschiedliche Tastverhältnisse möglich. Alle weiteren zweckdienlichen Codierungsmöglichkeiten können auch zum Einsatz gebracht werden.
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Die Codierung ermöglicht beispielsweise eine zuverlässige, wenig komplexe und wenig auswertungsintensive Zuordnung eines Lichtstrahls bzw. dessen Abbildung zu seiner Lichtstrahlquelle bzw. dem zugehörigen Fahrzeugrad, wenn nicht für jeden Lichtstrahl eines jeden Lichterzeugungsmittel jeweils eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, z. B. im Sinne der Reduktion der Vorrichtungskomplexität und Kosten.
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Eine Halterung der Lichterzeugungsmittel kann parallel zur Radachse ausfahrbar sein.
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Dies erhöht die Flexibilität beim Anpassen der Vorrichtung auf ein jeweiliges Messobjekt bzw. Fahrzeug.
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Zusammenfassend beschreibt die Erfindung eine Messvorrichtung, die weniger komplex aufgebaut ist und die weniger störungsanfällig sowie messgenauer ist, da insbesondere eine Unabhängigkeit der Spurmessung von Ort und Lage der Messoptik und/oder der Lichtquellen erreicht wird. Die sensible Messelektronik wird nicht direkt am Fahrzeugrad befestigt. Es wird kein umlaufender Lichtstrahl benötigt und die vorteilhaften physikalischen Eigenschaften einer Sammellinse werden optimal ausgenutzt.
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Die Erfindung wird im Folgenden exemplarisch mit Bezug auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit,
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2a bis 2c verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit,
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4a bis 4b ein Kraftfahrzeugrad mit einem Lichterzeugungsmittel, und
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5 eine weitere Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit.
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1 zeigt die optische Auswerteeinheit 1a in transparenter Darstellung. Zwei Lichtstrahlen 8 und 8' fallen durch eine Linse 2 in die Auswerteeinheit 1a ein. Die Lichtstrahlen 8, 8' werden mittels einer durchgezogenen Linie (Referenzzeichen 8) und einer Strichpunktlinie (Referenzzeichen 8') dargestellt. Die unterschiedliche Strichelung der beiden Lichtstrahlen 8 und 8' zeigt an, dass die Lichtstrahlen 8, 8' unterschiedlich codiert sein können.
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Die Lichtstrahlen 8, 8' fallen durch eine Öffnung 18 in einer Seitenwand der Auswerteeinheit 1a in die Auswerteeinheit 1a. Die Öffnung 18 kann von beliebiger Formgebung sein, bevorzugt wird eine im Wesentlichen rechteckige Form der Öffnung 18. In der Öffnung 18 ist eine Linse 2 angeordnet. Selbstverständlich kann die Linse 2 auch vor oder hinter der Öffnung 18 angeordnet sein und auch unterschiedlich geformt sein. Die Linse 2 ist bevorzugt eine Sammellinse und insbesondere im Hinblick auf eine kostengünstige Ausführung eine Fresnellinse. 1 zeigt eine rechteckige Fresnellinse. Die Linse 2 kann mittels bekannter Techniken wie Kleben, Einklemmen oder per Schraubverbindung mit der Auswerteeinheit 1a verbunden sein.
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Die durch die Linse 2 tretenden Lichtstrahlen 8, 8' werden von der Linse 2 derart gebrochen, dass sie in einem einzigen Brennpunkt gebündelt werden, wenn die Lichtstrahlen 8, 8' parallel zueinander auf der Linse 2 auftreffen. Für den Fall, dass die Lichtstrahlen 8, 8' nicht parallel auf die Linse 2 treffen, werden die Lichtstrahlen 8, 8' nicht in einem einzigen Brennpunkt gebündelt. 1 zeigt den Fall, dass beide Lichtstrahlen 8, 8' parallel zueinander auf die Linse 2 auftreffen und einen einzigen Abbildungspunkt 10 auf einem optischen Element 3 erzeugen.
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1 zeigt ferner, dass das optische Element 3 im Brennpunkt der Linse 2 innerhalb der Auswerteeinheit 1a angeordnet ist. Selbstverständlich kann das optische Element 3 auch außerhalb der Brennweite der Linse 2 angeordnet sein. Dann können optische Abbildungsfehler während der Auswertung korrigiert bzw. herausgerechnet werden. Der Abbildungspunkt 10 bzw. die Abbildung der beiden Lichtstrahlen 8, 8' auf dem optischen Element 3 ist in 1 mit Referenzzeichen 10 am Schnittpunkt der beiden Lichtstrahlen 8, 8' markiert. Das optische Element 3 kann halbtransparent sein. Ein Messelement 4, beispielsweise ein Kamerasystem, ist innerhalb der Auswerteeinheit 1a angeordnet und derart ausgerichtet, dass das optische Element 3 oder zumindest der Abschnitt des optischen Elementes 3, auf dem der Abbildungspunkt 10 dargestellt wird, erfassbar ist. Wenn das optische Element 3 halbtransparent ist, kann das Messelement 4 auch hinter dem optischen Element 3, d. h. zur Rückseite ausgerichtet, angeordnet sein.
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Die vom Messelement 4 erfassten Daten, z. B. ein Bild oder erfasste Koordinaten z. B. des oder der Abbildungspunkte 10, werden an eine Verarbeitungseinheit 15 weitergeleitet. Die Verarbeitungseinheit 15 kann in die Auswerteeinheit 1a integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit 15 extern zur Auswerteeinheit 1a angeordnet sein, so dass die Daten z. B. per Funk oder Kabel von der Auswerteeinheit 1a an die Verarbeitungseinheit 15 übermittelt werden können. Die Verarbeitungseinheit 15 wertet aus, ob ein einzelner Abbildungspunkt 10 erfasst wurde oder mehrere Abbildungspunkte 10. Wenn ein einzelner Abbildungspunkt 10 erfasst wurde, dann erzeugt die Verarbeitungseinheit 15 das Ergebnis, dass die Lichtstrahlen 8, 8' parallel zueinander auf die Linse 2 getroffen sind und somit kein Differenzwinkel zwischen den vermessenen Fahrzeugrädern 7 vorliegt. Wenn mehrere Abbildungspunkte 10, z. B. zwei bei zwei Lichtstrahlen 8, 8', erfasst wurden, so ermittelt die Verarbeitungseinheit 15 mittels des Abstandes der beiden Lichtpunkte 10 den Winkel zwischen den Lichtstrahlen 8, 8'. Dadurch lässt sich ein Differenzwinkel zwischen den Fahrzeugrädern 7 berechnen.
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Die Ermittlung des Abstandes zwischen den Lichtpunkten 10 wird durch eine bevorzugte Messskala 12 vereinfacht, die auf dem optischen Element 3 angeordnet ist.
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2a–c zeigen mehrere erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Vorrichtung und Durchführungsmethoden zur Spurvermessung eines Kraftfahrzeuges 14. In sehr schematischer Weise ist ein Fahrzeug 14 mit vier Rädern 7 gezeigt. Selbstverständlich kann das Fahrzeug auch mehr oder weniger Räder 7 aufweisen. Beispielhaft ist in 2 an jedem der Räder 7 eine Halterung 11 montiert. Die Halterung 11 dient der Aufnahme bzw. Befestigung von Lichterzeugungsmittel(n) 6. In den in den 2a–c gezeigten Fällen ist jeweils ein Lichterzeugungsmittel 6 je Fahrzeugrad 7 vorgesehen. Im kostengünstigsten Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bereits eine Halterung 11 und ein Lichterzeugungsmittel 6 ausreichend.
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2a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit vier Auswerteeinheiten 1a bis 1d und mit vier Lichterzeugungsmitteln 6. Die Auswerteeinheiten 1a und 1b sind im Bereich vor der Frontpartie des Kraftfahrzeuges 14 an einer Werkstattwand oder an einem Halter aufgehängt bzw. befestigt. Die Lichterzeugungsmittel 6, die an den Halterungen 11 der beiden Vorderräder 7 befestigt sind, strahlen einen Lichtstrahl 8 in eine der Auswerteeinheiten 1a, 1b.
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Die von den Messelementen 4 der Auswerteeinheiten 1a und 1b jeweils erfassten Lichtstrahlen 8 bzw. deren Abbildungspunkte 10 werden beispielsweise als Bilddateien und/oder als Daten von Koordinaten an die Verarbeitungseinheit 15 übermittelt. Dort wird ein überlagertes Bild oder überlagerte Koordinaten der von den beiden Auswerteeinheiten 1a, 1b an die Verarbeitungseinheit 15 übertragen Daten bzw. Signale erstellt und es wird ausgewertet, ob ein einzelner Abbildungspunkt 10 oder mehrere Abbildungspunkte 10 vorliegen. Wie beschrieben wird von der Verarbeitungseinheit 15 ein Auswertungsergebnis ermittelt, ob die Lichtstrahlen 8 parallel eingefallen sind oder nicht. Falls eine Nicht-Parallelität der Lichtstrahlen 8 ermittelt wird, wird z. B. der Spurwinkel ausgegeben.
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Weiterhin weist die Vorrichtung gemäß 2a zwei hintere Auswerteeinheiten 1c und 1d auf, die im Bereich der Hinterkante des Kraftfahrzeuges 14 angeordnet sind. Die Auswerteeinheit 1c und 1d erfassen die Lichtstrahlen 8' der Lichterzeugungsmittel 6 der jeweiligen Hinterräder 7 des Kraftfahrzeuges 14. Die jeweiligen Abbildungspunkte 10, die von den Messelementen 4 jeweils der Auswerteeinheit 1c und 1d erfasst werden, werden ebenfalls an die Verarbeitungseinheit 15 übermittelt und zur Erfassung der Spur ausgewertet. Die Auswertung kann auch in den oder in einer der Auswerteinheiten 1a–1d erfolgen, wenn die Verarbeitungseinheiten 15 in die Auswerteeinheiten 1a–1d integriert sind und die Auswerteeinheiten 1a–1d miteinander vernetzt sind (s. 5). Die Auswertung erfolgt in der gleichen Weise wie für die Vorderräder 7 beschrieben wurde.
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Ferner zeigt 2a einen Winkel α, der zwischen einer Radachse 9 und einer längsaxialen Achse des Lichterzeugungsmittels 6 bzw. dem Lichtstrahl 8, 8' angeordnet ist. Bevorzugt ist der Winkel im Wesentlichen 90°. Ein abweichender Winkel α ist jedoch auch möglich, wenn ein vorbestimmter Winkel α von ungleich 90° mit identischen Werten für die Vorderräder und/oder Hinterräder verwendet wird.
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Zur Zuordnung jedes Lichtstrahls 8, 8' zu einem Lichterzeugungsmittel 6 bzw. dem zugehörigen Fahrzeugrad 7 werden die Lichtstrahlen jedes Lichterzeugungsmittels 6 bevorzugt unterschiedlich codiert. Dies ist besonders vorteilhaft für die in 2b und 2c dargestellten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Nach 2b sind lediglich zwei Auswerteeinheiten 1a und 1b und je ein Lichterzeugungsmittel 6 je Fahrzeugrad 7 vorgesehen, wobei die Halterungen 11 der Hinterräder 7 weiter ausgefahren sind als die Halterungen 11 der Vorderräder 7. Die Lichtstrahlen 8, die von den Lichterzeugungsmitteln 6 der Vorderräder 7 abgestrahlt werden, weisen eine andere Codierung auf als die Lichtstrahlen 8' der Lichterzeugungsmittel 6 der Hinterräder 7. Dies ist schematisch in 2 mittels der unterschiedlichen Linienarten gezeigt. Alle vier Lichtstrahlen 8, 8' fallen in die zwei Auswerteeinheiten 1a und 1b ein. Konkret fallen die beiden Lichtstrahlen 8, 8' der linken Fahrzeugseite in die Auswerteeinheit 1a und die Lichtstrahlen 8, 8' der rechten Fahrzeugseite in die Auswerteeinheit 1b. Wie bereits beschrieben wurde, werden die Lichtstrahlen 8, 8' innerhalb der Auswerteeinheiten 1a und 1b von einem Messelement 4 erfasst bzw. die Abbildungspunkte 10 der Lichtstrahlen 8, 8' werden von dem Messelement 4 erfasst. Die Bilder oder Koordinaten, die das Messelement 4 aufnimmt, werden an die Verarbeitungseinheit 15 übermittelt oder bei einer integrierten Verarbeitungseinheit 15 direkt in der Auswerteeinheit 1a ausgewertet. In der Verarbeitungseinheit 15 werden überlagerte Bilder/Daten jeweils für die Vorderräder 7 und die Hinterräder 7 erstellt, wobei eine Differenzierung der Abbildungspunkte 10 mittels der unterschiedlichen Codierungen der Lichtstrahlen 8, 8' ohne großen Rechenaufwand möglich ist. Wiederum wird die Spurvermessung dadurch durchgeführt, dass ermittelt wird, ob lediglich ein Abbildungspunkt 10 für jeweils Vorder- und Hinterräder 7 vorhanden ist oder es wird der Abstand zwischen den beabstandeten Abbildungspunkten 10 ermittelt. Aus dem Abstand der Abbildungspunkte 10 kann dann ein (Spur-)Winkel berechnet werden.
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Die Vorrichtung kann schnell und kostengünstig auf die gewünschten Fahrzeugmaße eingerichtet werden, z. B. können die Halterungen 11 ausfahrbar, das heißt in der Länge variabel gestaltet sein, und die Auswerteeinheiten 1a bis 1b können vertikal und/oder horizontal verfahrbar gelagert sein. Weiterhin kann ein Winkel β (s. 4a) zwischen der Hochachse und dem Lichtstrahl 8, 8' derart verändert werden, dass der Lichtstrahl durch die Öffnung 18 der Auswerteeinheit 1a bis 1b fällt. Der Winkel β kann beispielsweise durch ein Verdrehen des Lichterzeugungsmittels 6 um die Radachse 9 verändert werden. Ferner kann die Höhe des Lichterzeugungsmittels 6 zum Werkstattboden veränderbar vorgesehen sein, beispielsweise durch eine Linearführung an der das Lichterzeugungsmittel 6 verschiebbar am Fahrzeugrad 7 angeordnet ist.
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Weiterhin zeigt 2c eine besonders kostengünstige Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die lediglich eine einzelne Auswerteeinheit 1a aufweist. Wie für 2b beschrieben wurde weisen alle vier Fahrzeugräder 7 ein Lichterzeugungsmittel 6 auf, wobei die Lichterzeugungsmittel 6 der Vorderräder 7 eine abweichende Codierung von den Lichterzeugungsmittel 6 der Hinterräder 7 aufweisen. Statt einer parallelen Messung, wie für 2b beschrieben wurde, wird bei der Vorrichtung gemäß 2c seriell gemessen. Serielle Messung bedeutet, dass zunächst zum Beispiel die Auswerteeinheit 1a auf der linken Fahrzeugseite angeordnet wird, so dass die Lichtstrahlen 8, 8' der links am Kraftfahrzeug 14 angeordneten Lichterzeugungsmittel 6 in die Auswerteeinheit 1a fallen. Es werden zunächst die Abbildungen der linken Lichtstrahlen 8, 8' vom Messelement 4 aufgenommen und an die Verarbeitungseinheit 15 gesendet. Danach wird die Auswerteeinheit 1a zum Beispiel durch ein horizontales Verschieben vor der rechten Fahrzeugseite positioniert und die rechten Lichterzeugungsmittel 6 aktiviert. Die Abbildungspunkte 10 der rechten Lichterzeugungsmittel 6 werden ebenfalls vom Messelement 4 erfasst und an die Verarbeitungseinheit 15 gesendet. In der Verarbeitungseinheit 15 kann aufgrund der unterschiedlichen Codierung der Lichtstrahlen 8, 8' jeder Abbildungspunkt 10 zum entsprechenden Lichterzeugungsmittel 6 bzw. Fahrzeugrad 7 zugeordnet werden. Durch Überlagerung der durch das Messelement 4 aufgenommenen Bilddaten kann dann jeweils für die Vorderräder 7 und die Hinterräder 7 ermittelt werden, ob eine Spurabweichung vorliegt. Dies erfolgt wie beschrieben über eine Auswertung, ob lediglich ein einziger Abbildungspunkt 10 oder mehrere Abbildungspunkte 10 auf dem optischen Element 3 dargestellt sind (= qualitative Auswertung). Über die exakte Verrechnung der Koordinaten ist auch eine Angabe der Radfehlstellungen möglich und online korrigierbar.
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3 zeigt eine Weiterentwicklung der in 1 gezeigten Auswerteeinheit 1a. Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Elementen weist die Auswerteeinheit 1a nach 3 ein weiteres Messelement 4b auf und eine Messkontur 5. Die Lichtstrahlen 8, 8' fallen auf die Linse 2, werden dort gebrochen und auf ein optisches Element 3 geleitet. Um eine Verlängerung des Lichtweges zu erreichen, dient das optische Element 3 hauptsächlich der Umlenkung der Lichtstrahlen 8, 8' innerhalb der Auswerteeinheit 1a auf die Messkontur 5. Zum Beispiel kann eine Umlenkung mit einem Winkel von ca. 90° vorgesehen sein. Selbstverständlich kann auch ein anderer Winkel zweckdienlich sein. Ein verlängerter Lichtweg erhöht die Messgenauigkeit.
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Abhängig davon, ob die Lichtstrahlen 8, 8' parallel oder nicht parallel auf die Linse 2 auftreffen, ergibt sich nach der Umlenkung der Lichtstrahlen 8, 8' durch das optische Element 3 ein umgelenkter Lichtstrahl oder mehrere. Der oder diese treffen dann auf die Oberfläche der Messkontur 5 auf und erzeugen dort einen oder mehrere Abbildungspunkte 10. Das Messelement 4a ist derart innerhalb der Auswerteeinheit 1a ausgerichtet, dass es die Oberfläche der Messkontur 5 bzw. den Ausschnitt der Oberfläche der Messkontur 5 erfasst, in dem der oder die Abbildungspunkte 10 sichtbar sind. Werden zum Beispiel zwei Abbildungspunkte 10 auf der Oberfläche der Messkontur 5 erfasst, so wird das zugehörige Bild oder Koordinaten, das/die das Messelement 4a aufgenommen hat, an die Verarbeitungseinheit 15 gesendet und dort ein Winkel mittels des Abstandes zwischen den beiden Abbildungspunkten 10 ermittelt. Weiterhin kann die Oberfläche der Messkontur 5 eine Messskala 12 aufweisen, um die Auswertung des Abstandes zwischen den Messpunkten 10 zu vereinfachen.
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Weiterhin zeigt 3 das zweite Messelement 4b, das derart ausgerichtet ist, dass die Oberfläche des optischen Elementes 3 erfasst wird. Ein auf dem optischen Element 3 erzeugter Lichtpunkt 13 der Lichtstrahlen 8, 8' wird mittels des zweiten Messelementes 4b erfasst. Anhand der Daten des zweiten Messelementes 4b kann in der Verarbeitungseinheit 15 ein Linsenfehler bestimmt und zur Korrektur der Messwerte verwendet werden.
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Ein besonders kompakter Aufbau der Auswerteeinheit 1a nach 3 kann erreicht werden, wenn ein Messelement 4a auf der Rückseite des optischen Elementes 3 (der Linse 2 abgewendeten Seite) angeordnet ist und ein weiteres Messelement 4b auf der Vorderseite des optischen Elementes 3. Bei Verwendung eines halbtransparenten optischen Elementes 3 können dann Abbildungspunkte 10 auf beiden Seiten des optischen Elementes 3 erfasst werden.
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Weiterhin wird eine sehr kompakte Auswerteeinheit 1a ermöglicht, wenn das Messelement 4 in das optische Element 3 und/oder die Messkontur 5 integriert ist.
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Die 4a, 4b zeigen eines der Fahrzeugräder 7 mit montiertem Lichterzeugungsmittel 6 in einer perspektivischen Ansicht und in einer Frontansicht. 4a zeigt insbesondere die Anordnung des Lichterzeugungsmittels 6 zur Radachse 9 und den Winkel β. Diese Anordnung wird weiter auch aus 4b ersichtlich.
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Eine weiterhin weniger komplexe Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich, wenn lediglich ein Lichterzeugungsmittel 6 und eine Auswerteeinheit 1a vorgesehen sind. In diesem Fall wird seriell für jedes Fahrzeugrad 7 gemessen, das heißt das Lichterzeugungsmittel 6 wird an einem ersten Fahrzeugrad 7 montiert, ein Lichtstrahl 8, 8' ausgesendet und von der Auswerteeinheit 1a erfasst. Danach wird das Lichterzeugungsmittel 6 an einem weiteren Kraftfahrzeugrad 7 montiert, es wird wiederum ein Lichtstrahl 8, 8' ausgesendet und von der Auswerteeinheit 1a erfasst. Dies wird für alle Fahrzeugräder 7 durchgeführt. Die Daten werden von der Auswerteeinheit 1a an die Verarbeitungseinheit 15 gesendet und dort verarbeitet.
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5 zeigt eine Weiterentwicklung der Auswerteeinheit 1, mit einer integrierten Verarbeitungseinheit 15 anstatt einer externen Verarbeitungseinheit 15. Selbstverständlich können auch die Auswerteeinheiten 1 gemäß den 2 und 3 eine integrierte Verarbeitungseinheit 15 aufweisen. Weiterhin weist die Auswerteeinheit ein Display 16 auf, so dass das Auswertungsergebnis der Verarbeitungseinheit 15 direkt an der Auswerteeinheit 1 angezeigt und abgelesen werden kann. Selbstverständlich können auch die Auswerteeinheiten 1 gemäß den 2 und 3 ein Display 16 aufweisen. Anstatt eines Displays kann z. B. eine externe Verarbeitungseinheit 15 ein Anzeigemittel für die Auswertungsergebnisse aufweisen.
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Weiterhin zeigt 5, dass die Auswerteeinheit 1 ein Vernetzungsmittel 17, z. B. eine Funkantenne oder einen Datenkabelanschluss, aufweist. Dies ermöglicht eine Vernetzung der Auswerteeinheiten 1a–1d, so dass Messdaten zwischen den Auswerteeinheiten 1a–1d ausgetauscht werden können. Besonders vorteilhaft ist eine Vernetzung der Auswerteeinheiten in den Anwendungsfällen bzw. Vorrichtungsanordnungen, die in den 2a und 2b gezeigt sind. Die in den verschiedenen Auswerteeinheiten 1a–1d erfassten Daten können dann über das Vernetzungsmittel 17 unter den Auswerteeinheiten 1a–1d ausgetauscht werden oder an eine beispielsweise Masterauswerteeinheit 1 gesendet werden. Die in den Auswerteeinheiten 1a–1d oder beispielsweise nur in der Masterauswerteeinheit 1 vorgesehene(n) Verarbeitungseinheit(en) 15 werten die Daten aus und zeigen das Ergebnis z. B. mittels des Displays 16 an. Ferner kann das Vernetzungsmittel 17 zusätzlich oder alternativ zum Übermitteln von Daten an eine externe Verarbeitungseinheit 15 geeignet sein.
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Zusammenfassend ergibt sich eine Vorrichtung, die weniger komplex ist. Es kann mit einem minimalen Aufwand ein sehr genaues Messergebnis erzielt werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weniger störungsanfällig, da keine sensible Messelektronik an den Fahrzeugrädern 7 montiert ist und kein umlaufender – das heißt um das gesamte Fahrzeug umlaufender – Lichtstrahl 8, 8' eingesetzt wird, der durch Hindernisse im Werkstattraum unterbrochen werden könnte. Besonders nennenswert ist weiterhin der technische Vorteil, dass die Messergebnisse unabhängig vom Ort und der Lage der Lichterzeugungsmittel 6 sind. Das Messprinzip erlaubt eine verbesserte Messgenauigkeit.
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Die einzelnen Merkmale können soweit für den Fachmann naheliegend beliebig miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a–1d
- Auswerteeinheit
- 2
- Linse
- 3
- Optisches Element
- 4, 4a, 4b
- Messelemente
- 5
- Messkontur
- 6
- Lichterzeugungsmittel
- 7
- Fahrzeugrad
- 8, 8'
- Lichtstrahl
- 9
- Fahrzeugradachse
- 10
- Abbildungspunkt
- 11
- Halterung
- 12
- Messskala
- 13
- Lichtpunkt
- 14
- Kraftfahrzeug
- 15
- Verarbeitungseinheit
- 16
- Display
- 17
- Vernetzungsmittel
- 18
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005060073 B4 [0004, 0004]
- EP 0664436 A2 [0005]
