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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Vermessen des Keilwinkels einer zwei Grenzflächen aufweisenden lichttransparenten Scheibe.
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Es sind gekrümmte (sphärische) Windschutzscheiben für Fahrzeuge bekannt, bei welchen ein störendes Doppelbild dadurch vermieden wird, dass die äußere und innere Oberfläche der Windschutzscheibe einen Keilwinkel miteinander bilden. Der Keilwinkel ist hierzu derart bemessen, dass ein durch die Grenzflächen der Windschutzscheibe bedingtes Doppelbild kompensiert wird. Hierzu ist es erforderlich, den Keilwinkel über die gesamte Fläche einer solchen sphärischen Scheibe zu bestimmen.
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Aus der
WO 2015/052011 A1 ist ein Verfahren zur Vermessen von Scheiben insbesondere von Windschutzscheiben von Fahrzeugen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Lichtstrahl durch die Windschutzscheibe hindurch auf ein Lichtsensor geleitet. Hierbei wird der auf die Windschutzscheibe auftreffende Lichtstrahl in einen Primärstrahl und einen Sekundärstrahl aufgespalten, wobei der Primärstrahl um ein Vielfaches heller ist als der Sekundärstrahl und es daher Probleme bei der Messung des Abstandes zwischen dem Primärstrahl und dem Sekundärstrahl auf dem Lichtsensor auftreten. Zur Lösung dieses Problems schlägt diese
WO 2015/052011 A1 vor, einen Lichtsensor mit einem Dynamikumfang von mehr als
8 Bit bei linearer Auflösung einzusetzen. Mit diesem erhöhten Dynamikumfang soll eine zuverlässige Erfassung sowohl des Primärstrahls als auch des Sekundärstrahls mit dem Lichtsensor erreicht werden.
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Zudem beschreibt auch die
US 3,578,869 ein Verfahren zur Erfassung und Anzeige des Keilwinkels einer Scheibe. Bei diesem Verfahren wird ein Lichtstrahl nach einem Durchtritt durch die Scheibe an einem Spiegel reflektiert und wieder zurück durch die Scheibe auf einen Strahlteiler projiziert, welcher bei einer planparallelen Scheibe diesen reflektierten Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen mit gleicher Intensität teilt, wobei diese Teilstrahlen jeweils auf einen Fotodetektor geführt werden. Weist dagegen die Scheibe einen Keilwinkel auf, führt dies zu zwei Teilstrahlen mit unterschiedlichen Intensitäten, deren Werte zur Bestimmung des Keilwinkels verwendet werden.
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Der Nachteil dieser bekannten Verfahren gemäß der
WO 2015/052011 A1 und
US 3,578,869 liegt darin, dass Scheiben, insbesondere sphärischen Scheiben nur punktuell vermessen werden können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein zum Vermessen des Keilwinkels einer lichttransparenten Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe für ein Fahrzeug anzugeben, mit welchem der Keilwinkel einer Scheibe über deren gesamten Fläche vermessen werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Bei diesem Verfahren zum Vermessen des Keilwinkels einer zwei Grenzflächen aufweisenden lichttransparenten Scheibe ist es vorgesehen, dass
- – mittels einer Lichtquelle ein Lichtstrahl auf die Scheibe derart gerichtet wird, dass dieser durch die Scheibe hindurchtritt und auf einen Lichtsensor trifft,
- – mittels eines Manipulators die Scheibe gegenüber der Lichtquelle in definierte Positionen und Orientierungen ausgerichtet wird,
- – mittels Lagesensoren die Lage der Scheibe relativ zur Richtung des Lichtstrahls erfasst wird,
- – eine Bewegungsbahn für den Manipulator zum Abtasten der Scheibe mittels des Lichtstrahls bereitgestellt wird,
- – mit dem Abfahren der Bewegungsbahn die Scheibe von dem Manipulator in Abhängigkeit der von den Lagesensoren ermittelten Lage der Scheibe derart orientiert wird, dass der Lichtstrahl senkrecht auf eine Grenzfläche der Scheibe auftrifft, und
- – der Keilwinkel aus der Ablenkung des durch die Scheibe hindurchtretenden Lichtstrahls von der Richtung des auf die Scheibe auftreffenden Lichtstrahls bestimmt wird.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die flächige Vermessung der Scheibe dadurch ermöglicht, dass diese mittels des Manipulators, der vorzugsweise als 6-Achs-Manipulator bereitgestellt wird, über die Fläche verfahren und dabei mit einer Grenzfläche lotrecht zum Lichtstrahl ausgerichtet wird. So kann insbesondere auch die Homogenität des Keilwinkels über die Fläche der Scheibe ermittelt werden.
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Ferner kann mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Messgenauigkeit der Messung des Keilwinkels erreicht werden, da mit zunehmendem Abstand des Lichtsensors von der Scheibe die Auflösung zunimmt.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der aus der Scheibe austretende Lichtstrahl vor dem Auftreffen auf den Lichtsensor durch einen Filter und eine Sammellinse geleitet. Mit dem Filter können Fremdlichteinflüsse eliminiert werden. Im Brennpunkt der Sammellinse wird der Lichtsensor angeordnet, wobei mit zunehmender Brennweite der Sammellinse auch der Abstand des Lichtsensors zur Sammellinse größer und damit auch die Auflösung des Keilwinkels zunimmt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vier Lagesensoren verwendet werden, welche auf einer Kreislinie mit der Lichtquelle als Kreismittelpunkt äquidistant angeordnet sind. Vorzugsweise werden hierfür optische Sensoren oder akustische Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, eingesetzt.
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Als Lichtsensor wird ein optischer Sensor verwendet, vorzugsweise ein PSD (Position Sensitive Detector)-Sensor.
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Als Lichtquelle wird ein einen Laserstrahl erzeugender Laser verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Vermessen des Keilwinkels einer sphärischen Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Messanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine schematische Darstellung des Messprinzips der Messanordnung nach 1, und
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3 eine schematische Darstellung einer Teilanordnung der Messanordnung nach 1 mit einem Laser und Lagesensoren.
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Die Messanordnung 10 nach 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zum einen das zu vermessende Objekt, nämlich eine als sphärische Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ausgeführte Scheibe 1, die an einem als 6-Achs-Manipulator ausgeführten Manipulator 2 angeordnet ist, und zum anderen eine Teilanordnung 10.1 mit einer als Laser ausgeführte Lichtquelle 4 und vier jeweils als Ultraschallsensoren ausgeführte Lagesensoren 5 sowie eine weitere Teilanordnung 10.2 mit einem Lichtsensor 7, einem Filter 8 und einer Sammellinse 9.
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Der Manipulator 2 umfasst einen Manipulatorarm 2.1, an dessen Ende eine Aufnahmevorrichtung 2.2 mit Saughaltern zum Halten der Scheibe 1 angeordnet ist. Die Teilanordnung 10.1 der Messanordnung 10 umfasst eine Trägeranordnung 3, an welcher die Lichtquelle 4 und die vier Lagesensoren 5 angeordnet sind. Der Lichtsensor 7 ist zusammen mit dem Filter 8 und der Sammellinse 9 auf einer Trägeranordnung 6 der weiteren Teilanordnung 10.2 angeordnet.
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Mittels des Manipulators 2 wird die Scheibe 1 gegenüber der Lichtquelle 4 in eine definierte Position und in eine definierte Orientierung derart ausgerichtet, dass ein Lichtstrahl 4.1, also der Laserstrahl des Lasers auf die Scheibe 1 trifft und der durch die Scheibe 1 hindurchgetretene Lichtstrahl 4.2 auf die weitere Teilanordnung 10.2 mit dem Lichtsensor 7, dem Filter 8 und der Sammellinse 9 trifft.
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Das zugehörige Messprinzip wird anhand von 2 erläutert. Hiernach trifft der von der Lichtquelle 4 erzeugte Lichtstrahl 4.1 auf die Scheibe 1, der durch die Scheibe 1 hindurchgetretene Lichtstrahl 4.2 wird durch das Filter 8, anschließend durch eine Sammellinse 9 und schließlich auf den Lichtsensor 7, der als PSD-Sensor ausgeführt ist, projiziert. Das Filter 8 dient zur Eliminierung von Fremdlichteinflüssen. Im Brennpunkt der Sammellinse 9 befindet sich der Lichtsensor 7.
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Die Scheibe 1 weist eine Grenzfläche 1.1 als erste Oberfläche und eine gegenüberliegende weitere Grenzfläche 1.2 als zweite Oberfläche auf, wobei die Grenzfläche 1.1 als ebene Fläche in z-Richtung, also senkrecht ausgerichtet ist, so dass der Lichtstrahl 4.1 senkrecht auf diese Grenzfläche 1.1 auftrifft. Die weitere Grenzfläche 1.2 ist als Keilfläche mit einem Keilwinkel α gegenüber der Grenzfläche 1.1 geneigt, wodurch der Abstand der beiden Grenzflächen 1.1 und 1.2 in z-Richtung zunimmt.
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Nachdem der auf die Grenzfläche 1.1 der Scheibe 1 auftreffende Lichtstrahl 4.1 in die Scheibe 1 eintritt, wird er an der Grenzfläche 1.2 aus der Richtung A des Lichtstrahls 4.1 als Lichtstrahl 4.2 abgelenkt und trifft nach Durchtreten des Filters 8 und der Sammellinse 9 auf den Lichtsensor 7. Hierbei wird der Lichtstrahl 4.2 von der Richtung A des auf die Scheibe 1 auftreffenden Lichtstrahls 4.1 um einen Wert b abgelenkt, der ein Maß für den Keilwinkel α darstellt. Die Auflösung des Keilwinkels α hängt von der Brennweite der Sammellinse 9 ab. Je größer die Brennweite der Sammellinse 9 und damit auch der Abstand des Lichtsensor 7 von der Sammellinse 9 ist, desto größer ist auch die Auflösung des Keilwinkels α.
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Zur Durchführung einer flächigen Keilwinkelvermessung wird die Scheibe 1 von dem Manipulator 2 entsprechend einer vorgegebenen Bewegungsbahn so positioniert und orientiert, dass der Lichtstrahl 4.1 während der Bewegung der Scheibe 1 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn des Manipulators 2 ständig senkrecht auf die Grenzfläche 1.1 auftrifft. Hierzu ist es erforderlich, die Orientierung der Grenzfläche 1.1 der Scheibe 1 relativ zur Richtung des Lichtstrahls 4.1 zu kontrollieren und dementsprechend die Bewegung des Manipulators 2 zu steuern. Zur Erfassung der Orientierung der Grenzfläche 1.1 relativ zur Richtung des Lichtstrahls 4.1 erfolgt mittels der vier Lagesensoren 5. Mit den beiden Lagesensoren 5.1 und 5.2, die gemäß 3 in senkrechter Richtung (z-Richtung) angeordnet sind, wird die vertikale Ausrichtung und mit den beiden Lagesensoren 5.3 und 5.4, die gemäß 3 in waagerechter Richtung (y-Richtung) angeordnet sind, wird die horizontale Ausrichtung der Grenzfläche 1.1 der Scheibe 1 ermittelt. Diese vier Lagesensoren 5.1 bis 5.4 sind auf einer Kreislinie mit der Lichtquelle 4 als Kreismittelpunkt äquidistant angeordnet.
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Die Sensorergebnisse werden zur Auswertung einer Steuereinheit des Manipulators 2 zugeführt, die entsprechende Steuersignale erzeugt, so dass während der Ausführung der Bewegungsbahn des Manipulators die Scheibe 1 so orientiert ist, dass der Lichtstrahl 4.1 ständig senkrecht auf die Grenzfläche 1.1 auftrifft.
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Die Bewegungsbahn des Manipulators kann so realisiert werden, dass die Grenzfläche 1.1 von dem Lichtstrahl 4.1 bspw. zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird. Natürlich ist jede andere Bewegungsbahn ebenso möglich, die den Lichtstrahl 4.1 über die Grenzfläche 1.1 führt. Ebenso ist es möglich nur einen Teilbereich der Scheibe 1 zu vermessen, der bspw. für ein HUD (Head-up-Display) vorgesehen ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Keilwinkel über die gesamte Fläche der Scheibe 1 vermessen werden kann, eine hohe Messgenauigkeit aufgrund der beliebigen Einstellbarkeit des Abstandes des Lichtsensors von der Scheibe erzielbar ist, die Scheibendicke der Scheibe 1 während der Messung egalisiert wird und schließlich die Homogenität des Keilwinkels über die gesamte Fläche der Scheibe 1 ermittelt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibe
- 2
- Manipulator
- 2.1
- Manipulatorarm des Manipulators 2
- 2.2
- Aufnahmevorrichtung des Manipulators 2
- 3
- Trägereinrichtung der Teilanordnung 10.1
- 4
- Lichtquelle
- 4.1
- Lichtstrahl der Lichtquelle 4
- 4.2
- durch die Scheibe 1 hindurchgetretener Lichtstrahl
- 5
- Lagesensoren
- 5.1
- Lagesensor
- 5.2
- Lagesensor
- 5.3
- Lagesensor
- 5.4
- Lagesensor
- 6
- Trägereinrichtung der Teilanordnung 10.2
- 7
- Lichtsensor
- 8
- Filter
- 9
- Sammellinse
- 10
- Messanordnung
- 10.1
- Teilanordnung der Messanordnung 10
- 10.2
- Teilanordnung der Messanordnung 10
- A
- Richtung des Lichtstrahls 4.1
- b
- Ablenkung des Lichtstrahls 4.2 von der Richtung A
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/052011 A1 [0003, 0003, 0005]
- US 3578869 [0004, 0005]
