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Meßanordnung zur Ortsvermessung ortsvariabler Punkte auf einer
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Fahrzeugkarosserie Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung
zur Ortsvermessung von bezüglich eines Koordinatensystems ortsvariablen Meßpunkten
mit Hilfe von zwischen einer der Anzahl der Koordinaten des Systems mindestens gleichen
Anzahl bezüglich des Koordinatensystems ortsfester Ultraschallwellensender bzw.
-empfänger und den ortsvariablen Meßpunkten zugeordneten Ultraschallwellenempfängern
bzw. -sendern zu messenden Ultraschallwellenlaufzeiten, mit einem Gerät zur Umwandlung
der Laufzeiten in Entfernungen und einem Rechner zur Errechnung der Ortskoordinaten
der ortsvariablen Meßpunkte aus den Koordinaten der ortsfesten Sender bzw. Empfänger
und den Entfernungen zwischen ihnen und den Meßpunkten.
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Eine derartige Meßanordnung ist in der DT-AS 24 22 837 beschrieben.
Die bekannte Meßanordnung macht Gebrauch von dem Umstand, daß mit Hilfe trigonometrischer
Sätze die Koordinaten eines Punktes in einem ebenen Koordinatensystem aus den bekannten
Koordinaten zweier ortsfester Punkte dieses Systems und seiner Entfernung von diesen
Punkten errechnet werden können.
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Die bekannte Meßanordnung dient dazu, Konstruktionseinzelheiten in
einem gegebenen Raum koordinatenmäßig auf einem Modell zu vermessen. Diese Aufgabe
stellt sich z. B. bei der Planung von mit Apparaten und Maschinen sehr dicht besetzten
Räumen auf Schiffen.
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Dem Bekannten gegenüber befaßt sich die vorliegende Erfindung mit
der Vermessung von Kraftfahrzeugkarosserien. Bei Unfällen sind Kraftfahrzeugkarosserien
oft Verformungen ausgesetzt, die, wenn sie nicht zur Zerstörung der Karosserie geführt
haben, wieder rückgängig gemacht werden können. Dazu müssen die Karosserien genau
vermessen und danach mit Hilfe von Winden oder dergleichen in ihre ursprüngliche
Form zurückgebracht werden.
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Als Bezugsbasis für diese Vorgänge diente bisher eine Richtbank, auf
die als äußeres Koordinatensystem sowohl Referenzpunkte der Karosserie als auch
einzelne Meßpunkte bezogen wurden. Die Karosserie wird meist nach Ausbau des Fahrwerks
und des Antriebsaggregats auf die Richtbank gesetzt. Dort befinden sich Aufnahmestücke,
die in gegebene Bezugspunkte an der Karosserie eingreifen und damit eine feste Beziehung
zwischen Richtbank und der Karosserie gewährleisten. Für Vermessung und Ausrichtarbeiten
werden dann Lehren verwendet, die für Jeden Fahrzeugtyp speziell gefertigt sind.
Nach der Richtarbeit muß an der Karosserie Motor und Fahrwerk wieder montiert werden.
Die eigentliche Richtarbeit benötigt nur einen Bruchteil der für die Zurüstung benötigten
Zeit.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es nicht erforderlich
ist, die Referenzpunkte auf einer Karosserie einem äußeren Koordinatensystem (Richtbank)
fest zuzuordnen, denn die bekannten Regeln der Koordinatentransformation gestatten
auch, nach dem eventuellen Verschieben der Karosserie deren ortsveränderliche Punkte
gegenüber Referenzpunkten auf der Karosserie von dem äußeren Koordinatensystem aus
zu vermessen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die eingangs
beschriebene Meßanordnung derart abzuwandeln, daß bei der Karosserievermessung und
-ausrichtung die bisher übliche Richtbank überflüssig wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer eingangs beschriebenen Meßanordnung gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens zwei der.Meßpunkte Referenzpunkte auf
einer Fahrzeugkarosserie sind und die übrigen Meßpunkte bezüglich der Referenzpunkte
zu vermessende Punkte auf der Fahrzeugkarosserie sind und der Rechner unter Berücksichtigung
eventueller Verschiebungen der Referenzpunkte
bezüglich des Koordinatensystems
die Lage der zu vermessenden Punkte gegenüber den Referenzpunkten errechnet.
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Das durch die Erfindung angebotene elektroakustische Karosserievermessungsgerät
bietet mannigfache Vorteile. Es werden die vor und nach der Messung und Ausrichtung
erforderlichen Rüstzeiten stark verringert. Bei Modellwechseln müssen keine neuen
Lehren angefertigt werden. Die typenspezifischen Daten können vielmehr auf einem
Datenträger festgehalten werden, über den sie dem Rechner der Meßanordnung eingegeben
werden.
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Zweckmäßig werden die Koordinaten der zu vermessenden Punkte der Karosserie
als Differenzwerte zwischen ihren Sollkoordinaten bezüglich der Referenzpunkte und
ihren gemessenen Istkoordinaten im Rechner errechnet und auf einem Sichtgerät angezeigt.
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Als Ultraschallsender und -empfänger dienen vorzugsweise piezokeramische
Elemente. Um mit einem derartigen Element eine Ultraschallwelle mit steiler, leicht
meßbarer Stirnflanke zu erzeugen, wird das piezokeramische Element von einem Hochspannungsgenerator
über einen Widerstand auf eine hohe Spannung aufgeladen. Hat das Element, das sich
wie ein Kondensator verhält, genügend Ladung aufgenommen, wird es durch einen schnellen
elektronischen Schalter, z. B. einen Thyristor, plötzlich entladen. Diese schlagartige
Entladung führt zu einer Ultraschallstoßwelle.
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Für die Entfernungsmessung mit Hilfe derartiger Wellen ist es zweckmäßig,
die piezokeramischen Elemente als sphärische Strahler auszubilden, von denen eine
einen definierten Mittelpunkt aufweisende kugelförmige Schallabstrahlung erfolgt.
Zu der gemessenen, aus einer Laufzeitmessung abgeleiteten Entfernung muß dann noch
der Radius des sphärischen Strahlungselementes hinzugerechnet werden. Die Daten
der Elemente sind zu diesem Zweck in entsprechenden Speichern des Rechners gespeichert.
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Die piezokeramischen Elemente können während des Meßvorgangs sowohl
als Sender als auch Empfänger geschaltet werden.
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Die Erfindung wird anhand von drei Figuren näher erläutert.
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Figur 1 stellt eine zum Teil perspektivische Ansicht einer Meßanordnung
nach der Erfindung dar.
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Figur 2 zeigt eine Karosserie in perspektivischer Ansicht mit eingezeichneten
Referenzpunkten für die Karosserievermessung.
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Figur 3 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung einer Ultraschallwelle
mit steiler Stirnfront.
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In Figur 1 ist das Koordinatensystem als eine leichte, quaderförmige
Rahmenkonstruktion dargestellt. In dieses Rahmensystem wird für die Vermessung und
Ausrichtung eine Karosserie eingebracht, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Die
Stelle des durch acht Ecken 1 ... 8 festgelegten Rahmensystems kann natürlich auch
ein Werkstattraum einnehmen. In den acht Ecken sind acht Ultraschallsender S1 ...
S8 ortsfest angeordnet. Ihre gegenseitigen Abstände sind im Speicher eines Rechners
R abgespeichert. Die Sender S1 ... S8 sind an ein Gerät G angeschlossen, von dem
aus sie mit Hochspannungsenergie versorgt werden. In diesem Gerät sind außerdem
Zeitmeßeinrichtungen untergebracht, mit deren Hilfe die vom Aussenden einer Wellenfront
bis zu deren Empfang durch Eichmikrofone EM1, EM2 und EM3 bzw. einem Meßmikrofon
MM verstrichenen Zeitintervalle gemessen werden. Die Eichmikrofone EM1 ... EM3 werden
mit den in der Figur 2 erkennbaren Referenzpunkten auf der Karosserie fest verbunden.
Das Meßmikrofon wird auf einem Punkt der Karosserie befestigt, dessen Sollage gegenüber
den Referenzpunkten ebenfalls dem Speicher des Rechners eingegeben ist und der möglicherweise
durch einen Unfall oder dergleichen nicht mehr die vorgeschriebene Sollage hat.
Das Gerät G enthält auch einen Anzeigeteil A, auf dem die Differenz der Sollkoordinaten
des mit dem Meßmikrofon MM besetzten Meßpunktes mit den Istkoordinaten dargestellt
wird. Weiterhin ist das Gerät G mit Wahlschaltern W zur Wahl der Sender S1 ... S8
und einer Eichtaste E sowie einer Meßtaste M ausgerüstet.
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Mit Hilfe der von an den Referenzpunkten angebrachten Eichmikrofonen
empfangenen Schallwellen läßt sich also die Lage der Karosserie im Raum berechnen.
Die Referenzpunkte legen ein "inneres" Koordinatensystem auf der Karosserie fest.
Das innere Koordinatensystem kann eine beliebige Lage zum äußeren Koordinatensystem
(der Rahmenkonstruktion mit den Sendern) aufweisen. Es läßt sich immer mit Hilfe
der Regeln der Koordinatentranstormation berech-
nen. Nachdem das
innere Koordinatensystem gegenüber dem äußeren System bestimmt ist, kann über das
Meßmikrofon die Vermessung der verzogenen Teile der Karosserie vorgenommen werden.
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Die Ausrichtarbeit geht so vonstatten, daß das Meßmikrofon auf einen
in seiner Sollage definierten Punkt des deformierten Teils der Karosserie gesetzt
wird. Die Sollkoordinaten dieses Punktes werden aus dem Speicher abgerufen, und
während des Ausrichtens wird laufend die Abweichung der Jeweiligen Istkoordinaten
von den Sollkoordinaten auf dem Sichtgerät angezeigt. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher
Ausrichtvorgang möglich. Die Karosserie muß dabei nur so festgehalten werden, daß
die Ausrichtzugkräfte der Winden oder dergleichen genügend Widerlager finden. Während
des Ausrichtvorgangs darf sich die Karosserie also durchaus verschieben, weil laufend
mit den Eichmikrofonen die Lage des inneren Koordinatensystems (Referenzpunkte der
Karosserie) neu bestimmt wird.
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Die Anwendungen der neuen Meßanordnung sind sehr vielfältig. Sie kann
für ein-, zwei- und dreidimensionale Meßprobleme verwendet werden. Beispielsweise
ist sie auch geeignet, das Ausrichten von Kraftfahrzeugen zur Achsvermessung vorzunehmen.
Ferner kann auch die Scheinwerfervermessung mit Hilfe der neuen Meßanordnung sehr
erleichtert werden. Mit den bisherigen Methoden der Scheinwerfervermessung waren
Einflüsse, die sich durch Parallelverschieben der Karosseriefronten (match-boxing)
ergaben, nicht erfaßbar.
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Ebensowenig waren die Einflüsse nicht erfaßbar, die sich aus einem
Winkel zwischen der Geradeaus-Fahrrichtung und der Karosseriemittellinie (dog-tracking)
ergaben.
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In Figur 2 ist eine Rohkarosserie 10 dargestellt, an der vier Referenzpunkte
11 ... 14 eingezeichnet sind.
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Im Schaltbild der Figur 3 ist ein piezokeramisches Element 21 einerseits
an Masse angeschlossen, andererseits über einen Widerstand 22 mit dem positiven
Pol einer Hochspannungsquelle 23 verbunden. Die negative Klemme der Hochspannungsquelle
23 liegt ebenfalls an Masse. Parallel zum piezokeramischen Element 21 liegt die
Schaltstrecke eines Thyratrons 24. Eine Zündelektrode 25 ist über eine Klemme 26
an eine nicht dargestellte Quelle für
einen Startimpuls anschließbar.
Diese Quelle befindet sich im Gerät G nach Figur 1. Das piezokeramische Element
21 wird über den Widerstand 22 entsprechend seiner Kapazität von der Hochspannungsquelle
23 aufgeladen. Ein Startimpuls an der Klemme 26 zündet das Thyratron 24 und schließt
damit die Beläge des piezokeramischen Elementes 21 kurz. Die schlagartige spannungsmäßige
Entlastung des piezokeramischen Elementes bewirkt das Entstehen und die Abstrahlung
einer stoßartigen Ultraschallwelle, die durch einen Pfeil 27 dargestellt ist.
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5 Patentansprüche 3 Figuren