DE19705044A1

DE19705044A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenreduzierung bei der Messung von Profilkörpern

Info

Publication number: DE19705044A1
Application number: DE1997105044
Authority: DE
Inventors: Joachim Buerger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1998-08-06

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Verfahren zur Messung der Profiltiefe von Profilkörpern, wobei

(a) der Profilkörper von einer linienförmigen Laserstrahl beaufschlagt wird,
(b) das von dem Profilkörper reflektierte Laserlicht durch einen bildauflösenden Sensor erfaßt wird und
(c) die Signale des bildauflösenden Sensors zur Erzeugung von Ausgangsdaten nach Maßgabe der Profiltiefe verar beitet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe von Profilkörpern, enthaltend

(a) einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls,
(b) erste optisch abbildende Mittel zur Erzeugung eines linienförmigen Lichtflecks auf der Profiloberfläche des Profilkörpers,
(c) einen bildauflösenden Sensor zum Erfassen des von der Profiloberfläche reflektierten Laserlichtes, und
(d) Bildverarbeitungsmittel, durch welche aus Positions daten des bildauflösenden Sensors Meßwerte für die Profiltiefe des Profilkörpers erzeugbar sind.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die WO 96/37754 ist ein Verfahren und ein Meßgerät zur Messung der Profiltiefe eines Kraftfahrzeugreifens bekannt, wobei ein Laser-Meßkopf verwendet wird, welcher nach dem Triangulationsverfahren arbeitet. Der Laser-Meß kopf wird so bzgl. des Kraftfahrzeugreifens positioniert, daß eine Referenzfläche eine definierte Lage zu dem Reifen einnimmt. Der Laserstrahl des Lasers wird durch die Refe renzfläche hindurch unter einem Winkel auf den Grund des Reifenprofils geleitet, so daß auf dem Grund des Reifen profils ein Lichtfleck erzeugt wird. Durch einen bildauf lösenden Sensor wird die Position des Lichtflecks beobach tet und daraus ein Maß für die Tiefe des Reifenprofils gewonnen. Das Meßgerät ist als mobiles Meßgerät ausgelegt, wobei der Laser-Meßkopf an einem Stab angeordnet ist. In einem separaten Gehäuse sind Auswerteeinheit, Batterie und Drucker angeordnet. Mittels des Stabes wird der Laser-Meß kopf manuell an Reifen von geparkten Kraftfahrzeugen heran geführt. Es wird auch erwähnt, daß das Meßgerät stationär ausgebildet und in einer Bremsprüfanlage oder Waschstraße eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird der Meßkopf in die Fahrbahn eingelassen und mittels Schrittmotoren über das Reifenprofil bewegt, wenn ein Reifen sich über dem Meß kopf befindet.

Die DE-OS 18 09 459 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der Profiltiefe von Kraftfahrzeugreifen im fließenden Verkehr. Das Meßprinzip beruht auf dem sogenannten Lichtschnittverfahren. In der Straßenoberfläche wird eine schlitzförmige Öffnung vorgesehen, unter welchem die Meßanordnung in einer Grube angeordnet ist. Durch den zu messenden Reifen wird ein photoelektrischer Kontakt betätigt, welcher einen Elektronenblitz auslöst. Durch den Elektronenblitz wird ein schmales Lichtband erzeugt. Das Lichtband wird durch die schlitzförmige Öffnung hindurch scharf auf die Reifen oberfläche abgebildet. Durch das Profil der Reifenober fläche wird das Lichtband als Stufenlinie reflektiert, wobei die Stufenhöhe proportional zu der Profiltiefe ist. Das stufenförmige Lichtbandbild wird durch ein Fernrohr und ein Kameraobjektiv vergrößert auf eine Photoschicht abge bildet. Ein Teil des abbildenden Lichtbündels wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel auf eine Platte reflektiert, welche aus einem Raster von photoelektrischen Elementen besteht. Aus den Ausgangssignalen der photo elektrischen Elementen ermittelt ein elektronisches Aus wertegerät die Stufenhöhen und damit die Profiltiefe.

Das in der DE-OS 18 09 459 beschriebenen Verfahren führt zu einer großen Menge an Daten, da das Raster von photo elektrischen Elementen (z. B. einer CCD-Kamera) in der Regel über 512 × 512 Pixel verfügen, welche alle digitalisiert, gespeichert und nachträglich mittels Software ausgewertet werden müssen. Bei der Vermessung des Profils eines Kraft fahrzeugreifens ist jedoch oft nur die Profiltiefe und nicht der genaue Profilverlauf auf der Profiloberfläche von Interesse, so daß ein großer Teil dieser Meßwerte zur Bestimmung der Profiltiefe des Reifens überflüssig ist.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die auszu wertenden Daten bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu reduzieren.

Bezogen auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß

(d) das von dem Profilkörper reflektierte Laserlicht durch optisch abbildende Mittel anamorphotisch auf den bild auflösenden Sensor abgebildet wird.

Bezogen auf die Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungs gemäß gelöst durch

(e) weite optisch abbildende Mittel, welche
(e₁) zwischen der Profiloberfläche des Profilkörpers und dem bildauflösenden Sensor angeordnet sind und
(e₂) das von dem Profilkörper reflektierte Laserlicht anamorphotisch auf den bildauflösenden Sensor abge bildet.

Unter einer "anamorphotischen Abbildung" wird eine optische Abbildung verstanden, bei der der Abbildungsmaßstab in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschieden ist. Das Bild ist gegenüber der Abmessungen des abgebildeten Objekts in der Richtung des größten Bildwinkels kontrahiert. Derartige Abbildungen lassen sich mit einem Anamorphoten, z. B. einer Zylinder- oder Stablinse realisieren.

Das zweidimensionale Bild der Laserlichtlinie auf der Profiloberfläche wird durch die anamorphotische Abbildung optisch im wesentlichen zu einem eindimensionalen Bild reduziert, wodurch die Daten optisch reduziert werden. Dabei kann das von dem Profilkörper reflektierte Laserlicht auf einer einzigen Sensorzeile abgebildet wird. Der Verzicht auf ein zweidimensionales Detektorelement bringt neben einer Kostensenkung auch den Vorteil mit sich, daß der Ausleseprozeß einfacher ist und damit die Kosten für die Ausleseelektronik reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil ist die große Verfügbarkeit von Zeilensensoren mit einer großen Anzahl von Einzelelementen, die entscheidend für die Auflösung des Gesamtsystems ist. Weiterhin kann die Meßgeschwindigkeit erhöht werden.

Besonders vorteilhaft zeigt sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wenn die Messung des Profilkörpers so erfolgt, daß eine Relativ bewegung zwischen dem Profilkörper und dem linienförmigen Laserstrahl während der Messung stattfindet. Es werden dann mehrere Linien an dem Profilkörper abgebildet und ausge wertet, so daß die bei üblichen Verfahren anfallende Daten menge erheblich wird.

Wenn das Profil einer Mantelfläche eines zylinderförmigen Teils vermessen werden soll, kann diese Relativbewegung durch Rotieren des zylinderförmigen Teils erfolgen. Der zylinderförmige Teil kann beispielsweise einen Kraftfahr zeugreifen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung und veran schaulicht die Messung des Profils eines Kraft fahrzeugreifens,

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Verlauf des Laserstrahls auf der Profiloberfläche bei Verwendung einer linienförmigen Beleuchtung,

Fig. 3 veranschaulicht die anamorphotische Abbildung des von der Profiloberfläche reflektierte Laserlicht auf einer einzigen Sensorzeile,

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht einen möglichen Ablauf der Messung der des Profils eines Kraftfahrzeugreifens,

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm und veranschaulicht eine Möglichkeit der Datenauswertung bei der Messung des Profils eines Kraftfahrzeugreifens.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kraftfahrzeugreifen bezeichnet, dessen Profil gemessen werden soll. Die Drehachse des Kraftfahrzeugreifens 10 ist mit 12 bezeichnet. Der Kraft fahrzeugreifen 10 liegt an einer ersten und einer zweiten Rolle 14 bzw. 16 eines (nicht im Einzeln gezeigten) Brems prüfstandes 18 an. Die Rollen 14 und 16 sind um jeweils eine Drehachse 20 bzw. 22 drehbar gelagert.

In einer Ausnehmung in dem Bremsprüfstand 18 unterhalb der beiden Rollen 14 und 16 ist ein Laser 24 und ein bildauf lösender Sensor 26 angeordnet. Der Laser 24 und der bild auflösende Sensor 26 ist als eine Einheit zu einem Laser- Meßkopf zusammengefaßt. Der bildauflösende Sensor 26 ist mit (nicht gezeigten) Bildverarbeitungsmitteln in Form einer elektronischen Signalauswerteeinheit verbunden. Als Laser, Sensor und Signalauswerteeinheit werden handels übliche Komponenten verwendet.

Der Laser 24 ist so angeordnet, daß der Laserstrahl 28 des Lasers 24 mit der Normalen der Profiloberfläche 30 des Kraftfahrzeugreifens 10 einen Winkel bildet.

In Fig. 2 ist der Verlauf des Laserstrahls auf der Profil oberfläche 30 bei Verwendung einer linienförmigen Beleuch tung gezeigt. Verfahren, welche eine linienförmige Beleuch tung verwenden werden Lichtschnittverfahren genannt (s. beispielsweise Firmenpublikation "Strahlformungsoptiken" der Firma Schäfter & Kirchhoff, Celsiusweg 15, 22761 Hamburg). Die Profiloberfläche 30 wird von einem linien förmigen Laserstrahl des Lasers 24 beleuchtet. Der linien förmige Laserstrahl erstreckt sich quer zur Abrollrichtung des Kraftfahrzeugreifens 10 und kann entweder nur einen Teil der Breite oder die gesamte Breite der Profilober fläche 30 erfassen. In Fig. 2 erfaßt der linienförmige Laserstrahl drei Längsrillen 32, 34 und 36 der Profilober fläche 30.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, trifft der linien förmige Laserstrahl auf die Profiloberfläche 30 in einem bestimmten Winkel zur Radialrichtung des Reifens 10 (d. h. zur Normalen der Profiloberfläche 30). (Der linienförmige Laserstrahl kann jedoch auch senkrecht auf die Profilober fläche 30 gerichtet sein.) Dadurch entsteht an der Reifen oberfläche 30 eine gestufte Laserlichtlinie, wobei jede Stufenhöhe einer bestimmten Profiltiefe entspricht. Die drei Längsrillen 32, 34 und 36 der in Fig. 2 und 3 darge stellten Profiloberfläche 30 besitzen die gleiche Profil tiefe. Die gezeigte stufenförmige Laserlichtlinie besteht aus vier der Profiltiefe Null entsprechenden Abschnitten 38, 40, 42 und 44 und drei der Profiltiefe der Längsrillen 32, 34 und 36 entsprechenden Abschnitten 46, 48 und 50.

In Fig. 3 ist eine anamorphotische Abbildung der gestuften Laserlichtlinie 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 schematisch dargestellt. Die gestufte Laserlichtlinie 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 wird durch eine (durch zwei gekreuzte Doppel pfeile dargestellte) Zylinderlinse 52 anamorphotisch auf einen Zeilendetektor 54 (z. B. Diodenzeile) abgebildet. Diese Abb. führt dazu, daß alle einer bestimmten Profiltiefe zugeordneten Laserlichtlinienabschnitte auf einer einzigen Diode in der Diodenzeile 54 abgebildet werden, unabhängig davon, von welcher Profilrille das Laserlicht reflektiert wird. In Fig. 3 werden also die Laserlichtlinienabschnitte 38, 40, 42 und 44 auf die Diode 56 und die Laserlichtlinienabschnitte 46, 48, 50 auf die Diode 58 der Diodenzeile 54 abgebildet. (Dabei geht also die Information verloren, an welcher Stelle der Profilober fläche eine bestimmte Profiltiefe gemessen wurde.) Der Abstand der beiden Dioden 56 und 58 ist Proportional zu der Profiltiefe der Rillen 32, 34 und 36. Jede Diode der Diodenzeile entspricht also einer bestimmten Profiltiefe. Werden nun mehrere Dioden der Diodenzeile 54 von dem Laser licht beaufschlagt, kann aus dem Intensitätsverhältnis des Laserlichtes an den einzelnen Dioden zur Gesamtintensität auf den Flächenanteil der entsprechenden Profiltiefe zur gesamten Profiloberfläche geschlossen werden.

Eine Möglichkeit des Ablaufs der in Fig. 3 dargestellten Messung soll nun anhand von Fig. 4 und 5 beschrieben werden. Bei dieser beschriebenen Messung wird der Reifen 10 konti nuierlich mit konstanter Geschwindigkeit (z. B. 5 km/h) rotiert.

Zunächst wird der Reifen 10 in Position gebracht, indem der Reifen 10 an den zwei Rollen 14 und 16 (Fig. 1) in die in Fig. 1 gezeigten Position gebracht wird. Dies ist durch Block 60 in Fig. 4 dargestellt. Dann wird der Laser-Meßkopf in Position zum Reifen 10 gebracht (Block 62). Dies ist z. B. dann notwendig, wenn der Laser-Meßkopf zwischen den Messungen weggeschwenkt wird oder wenn eine Höhenanpassung an die Größe des Reifens 10 erfolgt. Die Messung wird gestartet (Block 64). Dies kann durch Betätigung einer entsprechenden (nicht dargestellten) Drucktaste erfolgen. Durch die Betätigung der Drucktaste wird der Laser 24 (Fig. 2) eingeschaltet. Dann werden die Meßwerte der Reifen profiltiefe erfaßt (Block 66). Das erfolgt dadurch, daß die lichtempfindlichen Detektoren (z. B. Photodioden) der Zeile 54 (z. B. Diodenarray mit 128 Dioden) die Intensität des von der jeweiligen Diode getroffenen Lichts in einer zu der jeweiligen Lichtintensität proportionalen Spannung umwan delt. Diese Spannungswerte werden seriell mit einer bestimmten Taktfrequenz T ausgelesen und durch einen A/D-Wandler in digitale Werte (8 Bit) umgewandelt. Diese digitalen Werte werden gespeichert. Die Messung wird nach einer oder mehreren Umdrehungen des Reifens 10 beendet (Block 68) und die Meßwerte ausgewertet. Das ist durch Block 70 dargestellt und wird später anhand von Fig. 5 näher beschrieben. Die Ergebnisse der Auswertung werden ge speichert (Block 72) und die Meßergebnisse ausgegeben (Block 74). Die Ausgabe der Meßergebnisse kann automatisch oder durch Betätigung eines (nicht dargestellten) Druck knopfes erfolgen, durch welchen ein (nicht dargestellter) Drucker aktiviert wird.

Die durch Block 70 in Fig. 4 dargestellte Auswertung der Meßwerte ist in Fig. 5 näher beschrieben. Als erstes werden die bei jedem Taktsignal gespeicherten Zeilendaten gelesen (Block 76). Dabei entspricht jedes Element des Datenarrays einer Diode des Diodenarrays, d. h. einem Positionswert des Reifenprofils. Die in der Nähe eines ersten Endes des Diodenarrays 54 befindlichen Dioden (z. B. Diode 56 in Fig. 3) entsprechen dabei Positionswerte, welche der Ober fläche des Reifenprofils zugeordnet sind, und die in der Nähe eines zweiten Endes des Diodenarrays 54 befindlichen Dioden (z. B. Diode 58 in Fig. 3) entsprechen Positionswerte, welche der größten Profiltiefe des Reifenprofils zugeordnet sind. Die Zeilendaten werden aufaddiert (Block 78). Beginnend von dem der Oberfläche des Reifens zugeordneten Ende der Zeile wird nun das erste ausgeprägte Maxima der Zeile ermittelt (Block 80). Dieses Maxima entspricht der Diode 56 in der schematischen Darstellung von Fig. 3. Dieses Maxima wird der Oberfläche des Reifens zugeordnet, d. h. der Profiltiefe Null. Die gemessene Intensität der vor diesem Maximum liegenden Dioden des Diodenarrays (d. h. unterhalb der Diode 56 in Fig. 3) stammt von Verschutzungen an der Profiloberfläche und erzeugen kein ausgeprägtes Maximum. Dann wird das letzte ausgeprägte Maxima der Zeile ermittelt (Block 82). Dieses Maxima entspricht der Diode 58 in der schematischen Darstellung von Fig. 3. Dieses Maxima stellt ein vernünftiges Maß für die zu ermittelnde Reifenprofil tiefe dar. Der Abstand der beiden Maxima ist dann propor tional zu dem Reifenprofilwert.

Es sei ausdrücklich erwähnt, daß dieses Verfahren zur Ermittelung der Reifenprofiltiefe nur ein von vielen Möglichkeiten der Auswertung der Meßdaten darstellt. Die Meßdaten des Datenarrays enthalten mehr Informationen als bei diesem Verfahren verwendet wird. Beispielsweise kann nicht nur ein einziger Wert der Reifenprofiltiefe ermittelt werden, sondern mehrere Werte oder der gesamte Profil tiefenverlauf des Reifens. Es ist also möglich, auch Informationen über die Tiefe und Flächenanteile von Profil nuten zu erhalten, dessen Positionswerte zwischen der Positionswerte der Oberfläche des Reifens und der Posi tionswerte des mit dem oben beschriebenen Verfahren ermittelten Reifenprofilwertes liegen.

Es sei noch erwähnt, daß Bereiche der Profiloberfläche, welche von der Mitte der Profiloberfläche weit entfernt sind, einen relativ kleinen Beitrag zu der Intensität der Dioden liefern. Dies hängt mit der Winkelverteilung sowohl des reflektierten als auch des eingestrahlten Laserlichtes zusammen (Lambertsche Kosinusgesetz). Diese Tatsache beein flußt die Messung in einer günstigen Weise. Die Profilober fläche des Reifens ist nämlich in der Regel leicht gekrümmt, so daß Messungen weit entfernt von der Mitte zu verfälschten Werten führen. Diese Meßwerte werden also "optisch gedämpft".

Vor dem Einsatz der Vorrichtung ist es sinnvoll, die Meß zeit zwischen zwei Auslesungen des Zeilendetektors so eingestellt, daß keine der Dioden während der Messung in die Sättigung geht, weil das Meßergebnis sonst verfälscht wird.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Profiltiefe von Profilkörpern (30), wobei

(a) der Profilkörper (30) von einer linienförmigen Laserstrahl beaufschlagt wird,
(b) das von dem Profilkörper (30) reflektierte Laser licht durch einen bildauflösenden Sensor (54) erfaßt wird und
(c) die Signale des bildauflösenden Sensors (54) zur Erzeugung von Ausgangsdaten nach Maßgabe der Profiltiefe verarbeitet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) das von dem Profilkörper (30) reflektierte Laser licht durch optisch abbildende Mittel (52) anamor photisch auf den bildauflösenden Sensor (54) abge bildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Profilkörper (30) reflektierte Laserlicht auf einer Sensorzeile (54) abgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen dem Profil körper (30) und dem linienförmigen Laserstrahl während der Messung stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (30) die Mantelfläche eines zylinder förmigen Teils (10) ist und der zylinderförmige Teil (10) während der Messung rotiert wird.

5. Vorrichtung zur Messung der Profiltiefe von Profil körpern (30), enthaltend

(a) einen Laser (24) zur Erzeugung eines Laserstrahls,
(b) erste optisch abbildende Mittel zur Erzeugung eines linienförmigen Lichtflecks auf der Profiloberfläche (30) des Profilkörpers,
(c) einen bildauflösenden Sensor (54) zum Erfassen des von der Profiloberfläche (30) reflektierten Laser lichtes, und
(d) Bildverarbeitungsmittel, durch welche aus Posi tionsdaten des bildauflösenden Sensors (54) Meß werte für die Profiltiefe des Profilkörpers (30) erzeugbar sind,
gekennzeichnet durch
(e) zweite optisch abbildende Mittel (52), welche
(e₁) zwischen der Profiloberfläche (30) des Profil körpers und dem bildauflösenden Sensor (52) angeordnet sind und
(e₂) das von dem Profilkörper reflektierte Laser licht anamorphotisch auf den bildauflösenden Sensor (54) abgebildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite optisch abbildende Mittel (52) eine Zylinder- oder Stablinse enthalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen dem Profil körper (30) und dem linienförmigen Laserstrahl während der Messung stattfindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (30) die Mantelfläche eines zylinderförmigen Teils (10) ist und der zylinderförmige Teil (10) während der Messung rotiert wird.