DE2838555A1

DE2838555A1 - Winkelmessvorrichtung

Info

Publication number: DE2838555A1
Application number: DE19782838555
Authority: DE
Inventors: Andrew Kin Chang
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-04
Publication date: 1979-03-29
Also published as: AU3900378A; IT1099108B; JPS5454667A; FR2403540A1; DK408978A; FR2403540B1; AR216689A1; IL55527A0; JPS6329203B2; IT7827843A0; MX145259A; DE2838555C2; BR7806121A; DD138361A5; GB2004365B; GB2004365A; US4180326A; IL55527A; CA1097500A; AU522359B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. EVfickmahn, Dipl.-?hys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A."Weιckmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska -

8 MÜNCHEN 86, DEN - ^ Cop |Q

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

D20/cb

- FMC CORPORATION

200 E. Randolph Drive
USA- Chicago, Illinois

Winkelmeßvorrichtung.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Winkexrr.eiS-vorrichtung zur Bestimmung des Winkels zwischen zwei Teilen, wobei auf einem der Teile ein Detektor fest angebracht ist.

Solche Winkelmeßvorrichtungen können beispielsweise zur Messung des Spurwinkels eines Fahrzeugrades verwendet werden. Eine Methode, die bei der Einstellung von Spurwinkeln von Vorderrädern eines Fahrzeuges benutzt wird, basiert auf der Ableitung des Spurwinkels aus einem bekannten Abstand von einem Schirm und einer gegebenen Verschiebung eines auf den Schirm projizierten Lichtstrahles, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 3 953 134 gezeigt ist. Eine direktere Methode zur Messung des Spurwinkels benutzt die Projektion einer Skala auf einen Zielschirm, welcher eine Bezugslinie aufweist. In einem System dieses Typs ist der Abstand des Schirms vom Projektor (welcher auf dem Rad befestigt ist) nicht kritisch, weil das Bild auf einem entfernteren Schirm größer und auf einem näheren Schirm kleiner wird. Mit anderen Worten, obwohl der Raum zwischen zwei Indizien auf der Skala mit dem Abstand der Skala vom Projektor sich verändert, ändert sich der zwischen Linien vom Projektor zu den Indizien gebildete Winkel nicht. Die Bewegung des Strahlenbündels \'om Projektor ist, wegen der Einstellung der Spur des Rades, von einem Indizium zum anderen eine Bewegung durch denselben Winkel ungeachtet des genauen Abstandes vom Projektor zum Schirm.

Das Problem mit Skalen auf Schirmen, ob sie nun projiziert sind oder nicht, stammt aus der Schwierigkeit, die Skala genau abzulesen. Häufig ist die Bedienungsperson einen beachtlichen Abstand von dem Schirm entfernt und umgebendes Licht macht die Aufgabe noch schwieriger. Es ist deshalb im allgemeinen die Anwendung einer elektronischen Auslesung des projizierten Strahlenbündels und Zieles vorzuziehen. Manche elektronischen Spurlesevorrichtungen, wie

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sie beispielsweise im US-Patent 3 865 492 gezeigt istr benutzen ein fixiertes Ziel, welches vom projizierten Ziel sich unterscheidet und das elektronische Auslesen muß in Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen dem Projektor und dem Ziel geeicht werden.

Ein anderes System, welches ein elektronisches Auslesen der Radspur anwendet, ist im US-Patent 3 782 831 gezeigt. In diesem System weist eine Einheit, welche auf dem zu messenden Rad befestigt ist, einen Projektor auf. Der Projektor wird vor-und zurückgeschwungen, so daß ein Lichtstrahlbündel über einem Detektor, welcher von der Einheit räumlich getrennt angeordnet ist, streicht. Eine augenblickliche Analogspannung wird während des Auslenkens des Projektors, welches zu jedem gegebenen Augenblick proportional dem Winkel des Strahlenbündels ist, erzeugt. Wenn das Lichtstrahlbündel den Detektor trifft, wird eine Ablesung erhalten, welche die Spur des Rades, an welcher die Einheit befestigt ist, angibt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Winkelmeßvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus Unteransprüchen hervor.

Aus weiteren Ansprüchen gehen auch Verfahren zum Betrieb einer vorgeschlagenen Winkelmeßvorrichtung hervor.

In Zusammenfassung wird mit der vorliegenden Erfindung eine direkte Winkelmessung zwischen zwei Teilen, wie beispielsweise zwischen den Rädern eines Fahrzeuges, elektronisch,

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aber ohne irgendein mechanisches Schwingen eines Projektors oder anderen mechanischen Teils erhalten.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Anzahl von Lichtquellen oder Quellen für Energiestrahlbündel fest an einem Teil befestigt, um Strahlenbündel in einem divergierenden Muster nach einem gegenüberliegenden Teil, auf dem ein Detektor fest angebracht ist, auszusenden. Durch aufeinanderfolgendes Anregen der Lichtquellen treffen eine oder mehrere benachbarte Lichtquellen den Detektor,um den Winkel zwischen den Teilen anzuzeigen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Projektorteil fest auf der Ebene eines Rades des Fahrzeuges für die Winkelorientierung (wenn die Lenkung feststeht) in Übereinstimmung mit der Spur des Fahrzeugrades und für eine Winkelverschiebung (bei noch feststehender Lenkung) entsprechend einer Veränderung in der Spur des Rades befestigbar. Eine Anzahl von Lichtquellen ist in dem Teil befestigt und jede ist bei Anregung so betreibbar, daß sie ein Lichtstrahlbündel aussendet. Die Quellen sind im Teil angeordnet, um die Strahlenbündel in einem divergierenden Muster und in vorbestimmter Winkelbeziehung auszusenden. Ein lichtempfindlicher Detektor ist so betreibbar, daß er ein Signal erzeugt, wenn er von einem der Strahlenbündel getroffen . wird. Wenn das Rad des Fahrzeuges nach vorne gerade ausgerichtet wird und das Rad Mullspur besitzt, schneidet eine Bezugslinie, die von dem Teil ausgeht, den Detektor. Wenn danach das Teil in der gleichen Weise am Rad des Fahrzeuges mit unbekannter Spur befestigt wird, werden die Quellen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten angeregt (um jeweils ein Teilstrahlbündel zu einem Zeitpunkt auszusenden), bis der Detektor von einem Strahlenbündel getroffen wird. Der Winkel zwischen dem Strahl,welcher den Detektor trifft, ist der Spurwinkel und es sind Mittel vorgesehen, die eine Anzeige

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dieses Winkels auf elektronische Weise geben. Die aufeinanderfolgende Anregung der Lichtquellen wird fortgesetzt und wenn die Spur des Rades von der Bedienungsperson beim Einstellen der Spur verändert wird, treffen Strahlenbündel von verschiedenen Lichtquellen den Detektor. Der Spuranzeiger gibt elektronisch laufend den Stand der Spur des Rades an, um der Bedienungsperson zu erlauben, den gewünschten Spurwinkel zu bekommen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, daß eine verbesserte Vorrichtung und eine Methode zur direkten Messung des Winkels zwischen zwei Teilen geschaffen wurde.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein elektronischer Spuranzeigemechanismus vorgesehen ist, welcher den Spurwinkel direkt abfühlt.

Ein noch anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein elektronischer Spuranzeigemechanismus geschaffen worden ist, welcher den Spurwinkel ohne Bewegung von Teilen oder Schwingungselementen abfühlen kann.

Außerdem wird der Spurwinkel zwischen zwei Teilen direkt, ohne Vertrauen auf die Messung anderer Parameter, gemessen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

•Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Spuranzeigevorrichtung, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich wie die Ansicht nach Fig. 1 mit Ausnahme einer verschiedenen relativen Orientierung zxvischen Teilen der Vorrichtung,

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-tr-

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungs-form einer Spuranzeigevorrichtung, welche gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wie sie an den Vorderrädern eines Fahrzeuges befestigt ist,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 3 nit weggebrochenen Teilen,

Fig. 6 einen längs der Linie 6-6 in Fig. 4 genommenen Schnitt,

Fig. 7 eine schematische Darstellung in Draufsicht von der Optik der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 8 eine schematische Darstellung in Seitenansicht von der Optik der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Feldes von Lichtquellen, wie sie in der vorliegenden Erfindung benutzt werden,

Fig. Io eine schematische Darstellung der vom Feld nach Fig. 9 ausgesandten Strahlenbündel,

Fig. 11 einen Schaltplan, durch welchen die Lichtquellen nacheinander angeregt werden,

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines Betriebssystems der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 13 ein Flußdiagramm, welches den Programmablauf im Mikroprozessor des Betriebssystems nach Fig. 12 zeigt und

Fig. 14 ein Schaltbild eines Detektor- und Verstärkerschaltkreises.

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In der Fig. 1 ist in Draufsicht eine sehematische Darstellung einer Winkelmeßvorrichtung Io, die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, dargestellt. Ein Körperteil 12 ist mittels Befestigungsmitteln (nicht dargestellt) an einem Teil 13 befestigt. Eine Längsachse A durch das Körperteil 12 fällt mit einer Achse A¹ räumlich zusammen, v;enn das Körperteil 12 wie in der Fig. 1 orientiert ist. Eine Querachse B durch das Körperteils 12 fällt mit einer Achse B' räumlich zusammen (wenn das Körperteil 12 wie in der Fig. 1 orientiert ist) und ist senkrecht zur Achse A angeordnet. Es ist nur notwendig, daß das Körperteil 12 relativ zum Teil 13 fixiert und in einer einigermaßen fixierten vorbestimmten Winkelbeziehung zum Teil 13 steht.

Eine Vielzahl von Energie- oder Lichtquellen IL, 2L, 3L, 4L und 5L ist im Körperteil befestigt und jede wirft einen Strahl durch die Linse 14' um ein divergierendes Feld von Strahlen (IB, 2B, 3B, 4B bzw. 5B) zu bilden, welches vom Körperteil 12 in einer vorbestimmten Winkelbeziehung projiziert wird. Die Strahlen sind so dargestellt, daß sie voneinander unter Winkeln οζ divergieren.

Die Querachse B (welche wie die Achse A bezüglich des Teiles 12 fixiert ist) kann als Referenzlinie betrachtet werden. Eine der Lichtquellen (wie beispielsweise die Quelle 3L) .kann so angeordnet sein, daß sie einen Strahl 3B längs der Linie B projiziert.

Ein fotoempfindlicher Detektor 16 ist auf einem Körper 17 .befestigt (mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln), welcher vom Teil 13 räumlich getrennt ist. Wenn das Teil 13 sich in einer gewissen vorbestimmten Orientierung befindet (was beim Körperteil 12 zur Folge hat, daß es sich in der dargestellten vorbestimmten Stellung befindet), welche der Bequem-

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lichkeit halber als Bezugslage bezeichnet sei, schneidet die Bezugslinie B den Detektor 16 und der Strahl 3B trifft den Detektor 16. Mit anderen Worten, die Winkelmeßvorrichtung ist so angeordnet, daß, wenn sie auf dem Teil 13 befestigt ist, der Detektor 16 von der Bezugslinie B geschnitten und vom Bezugsstrahl 3B getroffen wird, wenn das Teil 13 sich in einer Bezugslage befindet. Alle Winkelablesungen werden bezüglich dieser Bezugslage gegeben, welche als Winkel-Null-Lage bezüglich des Teils 17 betrachtet wird.

Wenn die Winkelmeßvorrichtung Io auf einem Teil 13 befestigt ist, dessen Winkellage bezüglich dem Teil 17 unbekannt ist, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, ist der Körper 12 unter einem gewissen Winkel ß bezüglich seiner Winkel-Null-Lage (Fig. 1) geneigt. Um den Wert des unbekannten Winkels S zu bestimmen, werden die Lichtquellen nacheinander eingeschaltet, bis ein Strahl von einer der Quellen den Detektor trifft. Wenn die Lichtquelle, von welcher der Strahl- emittiert wird, identifiziert ist (die Lichtquelle 4L in Fig. 2) ist der Winkel bezüglich der Null-Lage bekannt, da er der gleiche ((X) ist wie der Winkel zwischen der Bezugslinie B und dem Strahl (4B), welcher den Detektor trifft. Dieser Winkel ist bekannt, weil die Lichtquellen so angeordnet sind, daß sie Strahlen in einem divergierenden Muster und in einer vorbestimmten Winkelbeziehung projizieren.

In der Fig. 3 ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, in welcher der Spurwinkel eines jeden der Vorderräder eines Fahrzeugs gemessen wird.

Spur ist definiert worden aus der Differenz im Abstand zwischen der äußersten Vorderseite und der äußersten Rückseite der Reifen eines Fahrzeuges bei Achsenhöhe. Der Spurwinkel eines Vorderrades kann als der Winkel definiert werden, den das Rad mit der Längsmittellinie des Fahrzeuges einnimmt,

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wenn es von oben betrachtet wird. Der totale Spurwinkel ist der Winkel der Ebene eines Rades zur Ebene des anderen Rades, gemessen in einer waagerechten Ebene. Dieser totale Spurwinkel ist gleich der algebraischen Summe der Winkel, die die Ebenen der Räder mit der longitudinalen Mittellinie des Fahrzeuges einnehmen (wobei eine Vorspur an jedem Rad positiv und eine Nachspur negativ gerechnet wird). Vorspur liegt vor, wenn die Vorderseite der beiden Vorderräder näher zusammen sind als die Rückseiten der Vorderräder und Nachspur liegt vor, wenn die Vorderseite der beiden Vorderräder weiter auseinander sind als die Rückseiten der Vorderräder.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine schematische Ansicht des vorderen Endes eines herkömmlichen Fahrzeuges (wobei der Pfeil E in Richtung Vorderseite zeigt). Das Fahrzeug wird nur so weit beschrieben, als es für ein besseres Verständnis des in Fig. 3 gezeigten Spurmeßsystems für notwendig angesehen wurde. Das linke Vorderrad 5OL bzw. das rechte Vorderrad 5OR sind auf Radachsen 5OL bzw. 5OR befestigt. Die Achsen sind drehbar an Teilen 53L bzw. 53R befestigt, welche am Fahrzeugrahmen um Drehachsen PL und PR schwenkbar angebracht sind. Ein Lenkstockhebel 54L bzw. 54R ist fest an jeder Achse angebracht, um mit ihr um die Drehachse PL bzw. PR eine Drehbewegung auszuführen. Spurstangen 56L bzw. 56R sind mit je einem Ende mit den Enden der Lenkstockhebel . drehbar verbunden. Die gegenüberliegenden Enden der Spurstangen sind mit der Steuerung 58 verbunden, welche vom Lenkrad 6o des Fahrzeugs betätigt wird. Die Einstellung von Spannvorrichtungen 62L bzw. 62R an den Spurstangen (welche die .Spurstangen verkürzen oder verlängern) schwenkt die Räder um die Drehachsen PL bzw. PR, um die Spur des Rades zu verändern, bis die inneren Enden der Spurstangen, da die inneren Enden der Spurstangen im wesentlichen durch die Steuerung festgehalten werden. Die Spur der Räder 5OL und 5OR

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ist jeweils Null, wenn ihre zentralen Ebenen 64L bzw. 64R parallel zu einer mittleren longitudinalen Bezugsebene 5 6 durch das Fahrzeug angeordnet sind.

Eine Spuranzeigevorrichtung 68 enthält einen linksseitigen Projektor 7OL, der am linken Rad 5OL befestigt ist,und einen rechtsseitigen Projektor 7OR, der am rechten Rad 5OR befestigt ist. Da die Projektoren 7OL und 7OR mit der Ausnahme, daß sie auf gegenüberliegenden Seiten sich befinden, identisch sind, wird nur der linksseitige Projektor 7OL in den Einzelheiten beschrieben.

Der am Rad befestigte Haltemechanismus 72 zur Befestigung des Projektors am Rad ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Dieser Mechanismus ist von der Art, wie er in der US-Patentschrift 3 709 451 gezeigt ist, und enthält Querstäbe 74 bzw. 76, wovon jeder mit Zähnen 78 versehen ist, um in die Felge des Rades einzugreifen. Parallelstäbe 80 sind in den Querstäben mittels einer Einspannbacke 81 klemmend verbunden und halten einen Block 82 mit einer nach außen stehenden Welle 84, die mit der Mitte des Rades ausgerichtet ist. Die Welle 84 ist in der Basis 86 des Projektors drehbar befestigt und besitzt einen daran angebrachten Knopf 87, welcher angezogen werden kann, um den Projektor am Rad zu befestigen. In der Basis 86 des Projektors 7OL ist eine Zylinderbüchse 88 fest aufgenommen. In der Zylinderbüchse 88 ist ein Feld 9o von Leuchtdioden (oder lichtemittierenden Dioden oder LED) enthalten, welches eine Vielzahl von Lichtquellen darstellt, die eine Vielzahl von Lichtstrahlen projizieren. Eine Zylinderlinse ■92 ist vor dem LED-Feld in der Zylinderbüchse befestigt.

Wie es am besten in der Fig. 5 dargestellt ist, besitzt die Zylinderbüchse 88 ein Kopfteil 94 mit einem darin im Strahlengang der vom LED-Feld 9o projizierten Strahlen befestigten

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Spiegel 96. Der Spiegel, welcher in einem Windel von 45 zum Strahlengang der Strahlen ausgerichtet ist, ist auf einer Basis 98 befestigt. Die Basis 98 ist an der Vorderseite des Kopfteils 94 gleitend aufgenommen und kann daran mittels einer Schraube loo, die in der Basis durch einen Schlitz Io2 aufgenommen ist, festgeklemmt werden. Die Basis und der Spiegel können relativ zum Strahlengang der Strahlen mittels einer Schraube Io4, die im Kopfteil gelagert und in die Basis 98 geschraubt ist, seitlich bewegt werden.

Der Spiegel 96 lenkt die Lichtstrahlen vom LED-Feld um einen 90 -Winkel ab, um durch eine Linse Io6 in das Kopfteil zu gelangen. Die Lichtstrahlen werden dadurch von der Linse Io6 fokussiert und in Richtung des Kopfteils 94 des rechtsseitigen Projektors gelenkt.

Eine sphärische Linse 114 (Fig. 6) ist über der Linse Ic6 im Kopfteil befestigt, um die Lichtstrahlen vom rechtsseitigen Projektor zu empfangen. Eine Blende 112 (siehe Projektor 7OR, Fig. 8) mit einer vertikalen Schlitzöffnung, deren Breite gleich der eines einzigen Lichtstrahls ist, ist auf der Vorderseite der Linse 114 befestigt. Eine hyperhemisphärische Linse Ho ist hinter der Linse 114 befestigt, um das erhaltene Licht zu bündeln und ein Detektor Io8 ist auf der flachen Oberfläche der Linse Ho befestigt, um das gebündelte Licht zu absorbieren.

Die Geometrie eines bevorzugten Systems kann am besten verstanden werden, wenn Bezug auf die schematische Darstellung von Fig. 3 genommen wird. Eine Linie M ist eine Achse zwischen der Mitte der Vorderräder 5OL und 5OR (wenn die Räder gerade ausgerichtet sind) und steht senkrecht auf der Ebene 66. Linien N sind Achsen durch den Projektor, welcher senkrecht zur Achse M liegt, wenn die Räder gerade ausgerichtet sind und die Spur Null haben. Linien 0 sind zwei Linien, wo-

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von jede von einem Kopfteil der Projektoren senkrecht-zu den Linien N ausgeht und diese Linien fallen mit einer Linie K im Raum (welche immer parallel zur Linie M liegt) zusammen, wenn die Räder gerade ausgerichtet sind und die Spuren Null aufweisen. Die Linien 0 können als Bezugslinien (die mit den Bezugsstrahlen zusammenfallen) vom rechten und linken Projektor betrachtet werden.

Wie vorstehend dargelegt, verlaufen die Linien 0 (welche immer senkrecht zu den Linien N angeordnet sind) parallel zu der Linie M und fallen mit der Linie K zusammen, wenn die Spurwinkel beider Räder 5OL und 50R Null sind und die Räder nach vorne gerade ausgerichtet sind. Wenn ein oder beide Räder unter einem etwas anderen Spurwinkel (wie das in strichpunktierten Linien in Fig. 3 gezeigte Rad 50L) ausgerichtet sind, schwenkt die Bezugslinie 0 von der Linie K um denselben Winkel V weg, wie die Ebene 64L des Rades 5OL zur Ebene 66 (welcher Winkel der Spurwinkel des Rades ist).

Der Detektor Io8 des Projektors auf dem gegenüberliegenden rechten Rad bleibt im wesentlichen auf der Linie K bei verschiedenen Spurwinkeln des rechten Rades 5OR und der Strahl einer anderen Lichtquelle des Projektors 7OL (ein anderer als der Bezugsstrahl) pflanzt sich im wesentlichen auf der Linie K fort, wenn die Spur des linken Rades anders als Mull ist', um den Detektor zu treffen. Auf diese Weise ist der Winkel Y zwischen dem Lichtstrahl, welcher den Detektor trifft und der Bezugslinie 0 (welche die Linie ist, längs welcher ein Strahl sich fortpflanzt, um den Detektor zu treffen, wenn der Spurwinkel Null ist) gleich dem Xiinkel y zwischen der Ebene des Rades bei Spur Null (welche parallel zur Ebene 66 ist) und der Ebene des Rades, wie es in strichpunktierten Linien gezeigt ist (welcher Winkel der Spurwinkel des Rades ist) .

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Die Optik eines jeden Projektors ist schematisch in der. Fig. 7 und 8 dargestellt. Aus Darstellungsgründen ist angenoirjnen, daß die augenblickliche Lichtquelle eine Diode 9oR ist (da nur ein Lichtstrahl in einem Augenblick projiziert wird) und daß die Diode.Licht auf die Zylinderlinse 92 wirft. Wie in der Seitenansicht (Fig. 7) veranschaulicht, wird der Strahl durch die Linse 92 gebündelt und auf den Spiegel 96 gelenkt. Der Spiegel lenkt den Strahl um 9o° aus der Papierebene heraus, so daß der Klarheit wegen der Strahl um 9o° aus seiner wirklichen Lage gedreht dargestellt ist. Der Strahl von der Lichtquelle 9or trifft dann die Projektionslinse Io6, welche den Strahl in Richtung Detektor Io8 im rechtsseitigen Projektor 7oR wirft.

Wenn das Bild den rechtsseitigen Projektor erreicht, hat es eine große vertikale Spannweite, wovon nur ein kleiner Teil in den Kopfteil des Projektors eintritt, um auf die sphärische Linse 114 zu treffen. Diese Linse bündelt das Licht, damit es die Linse Ho trifft, welche ihrerseits das Licht für den Detektor Io8 sammelt.

Wie in Draufsicht gezeigt (Fig. 8) geht der Strahl 9orb aus der eingeschalteten Lichtquelle 9or durch die Zylinderlinse 92 und trifft den Spiegel 96- Der Strahl wird vom Spiegel 96 um 9o° abgelenkt und ein Teil davon geht durch eine enge vertikale schlitzförmige Öffnung, die durch Blenden 113 gebildet ist, um auf die Linse Io6 zu treffen. Da nur ein sehr schmaler Lichtstrahl die Linse Io6 trifft, bleibt der gebündelte Strahl schmal, wenn er durch den rechtsseitigen Projektor hindurchgeht, um die sphärische Linse 114 zu treffen, unbeeinflußt vom Projektionsabstand, welcher entsprechend der Größe des zu bedienenden Fahrzeuges variiert.

Wenn eine andere Lichtquelle, wie die Lichtquelle 9ow,ein-

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geschaltet wird (zu welchem Zeitpunkt alle anderen Lichtquellen einschließlich der Lichtquelle 9or abgeschaltet sind), geht der Strahl 9owb durch die Zylinderlinse 92, um den Spiegel 96 zu treffen. Der Strahl wird in einem Winkel von 9o° durch den Spiegel auf die Linse Io6 umgelenkt. Wegen des besonderen Winkels des Rades jedoch trifft der Strahl 9owb den Detektor Io8 der Projektoreinheit 7OR nicht.

Die Fig. 7 und 8 zeigen nur die Projektionsvorrichtung (LED 9o, Linse 92, Spiegel 96 und Linse Io6) des Projektors 7OL und nur die Lichtempfangsvorrichtung (Linse 114, Linse Ho und Detektor Io8) des Projektors 7oR. Es sei angemerkt, daß jeder Projektor 7oL und 7oR beides, die Projektionsvorrichtung für Licht und die Lichtempfangsvorrichtung, besitzt. Folglich wirkt die Lichterapfangsvorrichtung des Projekters 7oL als Ziel für die Lichtprojektionsvorrichtung des Projektors 7oR und die Lichtempfangsvorrichtung des Projektors 7oR wirkt als Ziel für die Lichtprojektionsvorrichtung des Projektors 7oL.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 ist der Strahl von nur einer Lichtquelle angedeutet worden, da nur eine Lichtquelle zu einem Zeitpunkt eingeschaltet ist, obwohl- in Fig. 8 zwei Strahlen dargestellt worden sind. Obwohl es aus Erklärungsgründen bequem ist, sich vorzustellen, daß zu jedem gegebenen Spurwinkel eine und nur eine Lichtquelle den Detektor trifft, ist dies in Wirklichkeit nicht der Fall. In Wirklichkeit treffen mehrere Lichtquellen (beispielsweise zwei, drei oder vier) den Detektor bei jedem gegebenen Spurwinkel. Wie es nachfolgend eingehender beschrieben wird, bestimmt der zentralen Strahl den Cpurwinkel, wenn eine ungerade Anzahl von Lichtstrahlen den Detektor trifft und wenn eine gerade Anzahl von Lichtstrahlen den Detektor trifft, bestimmt ein Punkt zwischen den beiden mittleren Lichtstrahlen den Spurwinkel. Wenn in der hier gegebenen Erläuterung

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auf eine einzelne Lichtquelle in Verbindung mit dem Spurwinkel Bezug genommen ist, ist das so zu verstehen, daß auf die mittlere Lichtquelle oder eine imaginäre Lichtquelle in der Mitte zwischen den beiden mittleren Lichtquellen Bezug genommen ist.

Die Lichtquelle 9or des Projektors 7oL ist die Lichtquelle, welche den Detektor I08 des Projektors 7oR trifft, wenn die Spur des Rades 5oR Null ist. Umgekehrt gibt es eine Lichtquelle im Projektor 7oR (die der Lichtquelle 9or im Projektor 7oL entspricht), welche den Detektor I08 des Projektors 7oL trifft, wenn die Spur des Rades 5oR Null ist.

Wenn das Rad 5oL auf Vor- oder Nachspur gestellt wird, wird eine andere Lichtquelle vom Projektor 7oL den Detektor I08 des Projektors 7oR treffen (welche besondere Quelle von der Größe der Vor- oder Nachspur des Rades 5qL abhängt). Wenn auf ähnliche Weise das Rad SoR auf Vor- oder Nachspur gestellt wird, wird eine andere Lichtquelle vom Projektor 7oR den Detektor I08 des Projektors 7oL treffen, wobei die besondere Lichtquelle von der Größe der Vor- oder Nachspur abhängt. Folglich gibt die Identifizierung der Lichtquelle eines Projektors, welcher den Detektor I08 des anderen Projektors trifft, den Spurwinkel des Rades, an welchem der Projektor angebracht ist, an.

Wenn die Leuchtdioden in einer Folge ein- und ausgeschaltet werden, jede ζμ einem Zeitpunkt, trifft eine Reihe von Lichtstrahlen den gegenüberliegenden Projektor, wovon wenigstens einer den gegenüberliegenden Detektor I08 bei einem gegebenen Spurwinkel des Rades, an welchem der Projektor befestigt ist, trifft. Da die Strahlen in einem divergierenden Muster projiziert werden, ist jeder projizierte Strahl unter einem eigenen Winkel zur Radebene angeordnet. Wenn

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folglich ein elektronischer Schaltkreis mit der lichtempfindlichen Zelle Io8 und mit jeder der Leuchtdioden 9oa bis 9on verbunden wird, können Signale, die von der lichtempfindlichen Zelle und von den Leuchtdioden erzeugt werden, benutzt werden, um die Winkellage des Rades, an welcher die nacheinander eingeschalteten Leuchtdioden befestigt sind, festzustellen.

In den Fig. 7 und 8 wurde gezeigt, wie jede LED einen langen schmalen Lichtstrahl projiziert. In der Fig. 9 ist ein im Handel erhältliches Feld von Leuchtdioden gezeigt, in welchen die einzelnen Leuchtdioden räumlich voneinander getrennt in einer rechteckförmigen Matrix angeordnet sind (wegen der bequemeren Herstellbarkeit). Wenn diese Matrix um einen Winkel θ (Fig. 9) bezüglich der Zylinderlinse 92 (Fig. 7) gedreht wird, projiziert sie vertikal ausgerichtete Lichtstrahlen (siehe Fig. lo), welche eng beieinander liegen, um eine empfindliche Spurmessung zu erlauben. Andere Felder von Leuchtdioden, die zusammen mit einer geeigneten Linse eine Reihe von divergierenden Strahlen erzeugen, können benutzt werden, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Drehung eines rechtwinkeligen Feldes um sich selbst bildet nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung. Die vertikalen strichpunktierten Linien durch jede Leuchtdiode in Fig. 9 repräsentieren eine Mittellinie 124 für einen einzelnen Lichtstrahl 126a bis 126n. Die vertikale Länge H (Fig. lo) repräsentiert die benutzbare Höhe des ganzen Feldes von projizierten Lichtstrahlen.

Ein Schaltkreis 125, welcher jede der lichtemittierenden Dioden 9oa bis 9on nacheinander einschaltet, jede zu einem bestimmten Zeitpunkt, ist in der Fig. 11 gezeigt. Obwohl der veranschaulichte Schaltkreis so arbeitet, daß er die lichtemittierenden Dioden in einer Ordnung einschaltet, die den Lagen der Lichtstrahlen entspricht, können die Dioden

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anstelle dessen in einer zufälligen Folge eingeschaltet werden. Das LED-Feld 9o ist dargestellt und enthält insgesamt 35 lichtemittierende Elemente, die in fünf Reihen (IRw, 2Rw, 3Rw, 4Rw und 5Rw) und in sieben Spalten (IC, 2C, 3C, 4C,- 5C, 6C und 7C) angeordnet sind. Fünf Transistoren 128a, 128c, 128c, 128d und 128e (die eine Gruppe TR enthalten) steuern die Erregung je einer der fünf Reihen IRw bis 5Rw. Sieben Transistoren 13oa, 13ob, 13oc, 13od, 13oe, 13of und 13cg (die eine Gruppe TC enthalten) steuern die Erregung je einer der sieben Spalten IC bis IC. Während des Betriebs des Schaltkreises (wie es im folgenden eingehender beschrieben wird) , sind genau zwei Transistoren (einer aus jeder der Gruppen TR und TC) in einem Augenblick auf Durchgang geschaltet, irr. genau eine LED anzuregen. Jeder der anderen Transistoren der Gruppen TR und TC sperren, so daß keine andere LED in diesem Augenblick angeregt wird.

Um dies zu erreichen, sind zwei Zähler 132, 134 vorgesehen. Jeder der beiden Zähler 132 und 134 besitzt einen Rückse-czeingang (132a, 134a), welcher Impulse periodisch durch die Leitungen 136a bzw. 136b erhält. Jeder Zähler besitzt auch einen Takteingang (138a, 138b), welcher Impulse periodisch über die Leitungen 14oa, 14ob erhält. Nachdem ein Impuls am Rücksetzeingang 132a bzw. 134a (welcher die Zähler auf den Anfang eines Zyklus zurücksetzt) angekommen ist, erscheint an einem ersten Ausgang 142a bzw. 142b des Zählers eine Spannung. Diese Spannung schließt die durch die Transistoren 128a, 13oa definierten Schalter, so daß ein Strom von der Spannungsquelle 144 durch den Schalter 128a, durch die LED 9oa, durch den Schalter 13oa und durch den Schalter 146 (wenn dieser Schalter geschlossen ist) nach Grundpotential, vorzugsweise Masse, fließt. Der Strom regt genau die LED 9oa zur Abgabe eines Strahls 126a (Fig. lo) von dem an einem Rad befestigten Projektor zu dem am gegenüberliegenden Rad befestigten Detektor an.

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Der durch den Transistor 146 definierte Schalter wird -einer hohen Frequenz (beispielsweise 15 kHz) durch eine hochfrequente Impulsfolge aus dem Ausgang 148 ein- und ausgeschaltet. Folglich ist das Licht aus der LED 9oa periodisch und es können Filter zum Ausfiltern von verfälschenden Signalen von Umgebungslicht vorgesehen werden, um eine bessere Registrierung der Hochfrequenzlichtquelle zu erreichen.

Beim nächsten Impuls aus dem Anschluß 15o durch die Leitung 14oa zum Takteingang 138a (welcher dem Anfangsimpuls nach beispielsweise 3 msec folgt) wird die Spannung vom Anschluß 142a des Zählers 132 weggenommen und zum Anschluß 152a verschoben. Die Spannung am Anschluß 142b des Zählers 134 bleibt. Folglich ist genau LED 9ob angeregt, um einen hochfrequenten Lichtstrahl zu projizieren. Nachfolgende Impulse am Anschluß 138a schieben die Spannung im Zähler 132 nacheinander zu den Anschlüssen 154a, 156a und 158a, um nacheinander Strahlen von den Lichtquellen 9oc, 9od und 9oe zu projizieren.

Der nächste Impuls am Anschluß 138a schiebt die Spannung zum Anschluß 16oa des Zählers 132, so daß eine Spannung an einem Eingang eines O-Gliedes 162 erscheint, um ein Signal durch die Leitung 136a zum Rücksetzeingang 132a des Zählers 132 zu übertragen. Auf diese Weise wird wieder eine Spannung .am Anschluß 142a dieses Zählers erzeugt. Gleichzeitig wird das Signal aus dem Anschluß 16oa dem Zählereingang 138b des Zählers 134 aufgeprägt, um die Spannung vom ersten Anschluß 142b zum nächsten Anschluß 152b zu verschieben. Als Folge davon wird die erste Lichtquelle 9of in der nächsten Spalte angeregt. So wie die Impulse fortfahren, periodisch dem Anschluß 15o aufgeprägt zu werden, schieben die beiden Zähler synchron weiter, wobei ein Zähler 132 nacheinander eine Spannung an die Leitungen zu einer jeden Reihe und der andere Zähler 134 nacheinander eine Spannung an die Leitungen zu

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einer jeden Zeile anlegt (nachdem alle Lichtquellen der vorhergehenden Spalten angeregt worden sind). Eine genauere Ansicht der Fig. 9 und Io zeigt, daß die Lichtbündel nacheinander von links nach rechts jeweils zu einem Zeitpunkt angeregt werden*

Nach einem Zeitintervall, welches ausreicht, um die aufeinanderfolgende Anregung aller lichtemittierenden Dioden zu vollenden, wird dem Anschluß 164 ein Signal aufgeprägt, welches den Zähler 132 (durch ein Signal am Rücksetzanschlufs 132a) und den Zähler 134 (durch ein Signal am Rücksetzanschluß 134a) zurückzusetzen. Danach wird das ganze Feld wieder nacheinander Zeitpunkt um Zeitpunkt angeregt. Die Zähler können im Handel erhältliche Zähler CD 4o22 sein.

Die abtastenden Taktimpulse (Anschluß 15o), abtastenden Synchronisationsimpulse (Anschluß 164) und Modulationsfrequenzimpulse (Anschluß 148) werden von einem Mikroprozessor und einem Frequenzteiler 168, wie sie in der Fig. 12 gezeigt sind, erzeugt. Der Frequenzteiler ist durch eine Leitung mit dem Mikroprozessor verbunden, um daraus Hochfrequenzirapulse zu erhalten.

Wenn das modulierte Licht aus einer der Leuchtdioden des Feldes 9o im linksseitigen Projektor 7oL auf den Detektor Io8 des rechtsseitigen Projektors 7oR fällt, erzeugt der Detektor ein moduliertes Signal, welches von einem Verstärker 17o verstärkt und vom Ausgangsanschluß 172a auf einen Eingangsanschluß 174a des Mikroprozessors 166 gegeben wird. Der Verstärker 17o kann einen Resonanzkreis enthalten, welcher auf die Modulationsfrequenz abgestimmt ist, um die Einwirkung von umgebendem Licht, welches ebenfalls vom lichtempfinclichen Detektor Io8 empfangen werden kann, zu verringern. Das Signal aus dem Anschluß 172a des Verstärkers (welches erscheint, wenn ein Lichtstrahl den Detektor trifft) und die

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vom Mikroprozessor und dem Frequenzteiler (bei den Anschlüssen 15o, 164, 148) erzeugten Abtastsignale werden benutzt, um zu bestimmen, welche der Leuchtdioden des linksseitigen Projektors Licht für den lichtempfindlichen Detektor des rechtsseitigen Projektors liefern und um den Spurwinkel des zu prüfenden Fahrzeuges zu bestimmen. Eine ähnliche Anordnung (welche das LED-Feld des rechtsseitigen Projektors 7oR, den Detektor Io8 und den Verstärker für den linksseitigen Projektor enthält) erzeugt ein Signal am Ausgangsanschluß 172b, welches auf den Anschluß 174b des Mikroprozessors übertragen wird, um den Spurwinkel des rechten Vorderrades zu bestimmen.

Diese bei den Anschlüssen 174a und 174b erhaltenen Zielsignale werden vom Mikroprozessor verarbeitet und zur Erzeugung von digitalen Spursignalen benutzt, welche auf Endgeräte 175a gegeben werden. Diese Endgeräte sind über eine aus acht Leitungen bestehende Eingangs-ZAusgangs-Datenschiene 177a an einen Digital-/Analog-Wandler 176 gekoppelt. Der Wandler wandelt die digitalen Signale in analoge Spursignale um, welche an den Signaleingangsanschluß 178 des Multiplexers 18o gegeben werden. Zu dieser gleichen Zeit erzeugt der Mikroprozessor Steuersignale bei den Endgeräten 175b, welche durch einen mit drei Leitungen gebildeten Kanalselektor 177b an die Steuerleitung 182 des Multiplexers gekoppelt sind.

Die Spursignale und Steuersignale bewirken, daß der Multiplexer 18o Anzeigesignale an eine Anzeigeeinheit 184L bzw. 184R liefert, welche den Wert der Spur für die Räder des Fahrzeuges anzeigt. Die Anzeigeeinheit kann zwei Meßgeräte enthalten, x^elche direkt geeicht sind, um den Spurwinkel der Räder des Fahrzeuges abzulesen. Eines der Meßgeräte 184L zeigt den Spurwinkel des linken Vorderrades und ein zweites Meßgerät 184R zeigt die Spur des rechten Vorderrades an. Als Multiplexer kann der Multiplexer 34o51, der von Fairchild Semiconductor hergestellt wird, benutzt werden. Ein Mikroprozessor 166, welcher zur Steuerung der logischen Schaltung

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nach Fig. 12 benutzt werden kann, ist der F-8, der von ± chiild Semiconductor, Mountain View, California, hergestellt wird.

Der Detektor I08 und der Verstärkerschaltkreis 17o, welche in der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind in Fig. 14 offenbart. Der Schaltkreis enthält die Fotodiode Io8, eine Anzahl von Verstärkern Al bis A7, ein Paar Feldeffekttransistor-(FET) -Schalter Fl, F2 und einen Spannur.gswertvergleicher A8. Die Fotodiode Io8 ist direkt über die Eingangsleitungen des Verstärkers Al angeschlossen, welcher aufgrund des Rückkoppelungswiderstandes Rl, der zwischen der negativen Eingangsleitung des Verstärkers Al und der Ausgangsleitung des Verstärkers Al geschaltet ist, eine niedrige Impedanz aufweist. Die niedrige Impedanz veranlaßt die Diode Io8 zur Erzeugung eines Ausgangsstromes, welcher zur Größe der Lichtabnahme an der Fotodiode direkt proportional ist. Dieser Strom wird auf die Eingangsleitungen des Verstärkers Al gegeben, viel eher eine lineare Stromänderung in eine lineare Spannungsänderung umwandelt.

Der modulierte Lichtstrahl LB (Fig. 12) aus dem LED-Feld 9o bewirkt, daß die Fotodiode Io8 (Fig. 14) Stromimpulse erzeugt, welche durch die an der negativen Eingangsleitung des Verstärkers Al gezeigte Wellenform repräsentiert wird·. Dieser Strom wird verstärkt und an der Ausgangsleitung des Verstärkers Al in eine ähnliche Spannungswelle umgewandelt. Das Ausgangssignal des Verstärkers Al wird auf ein zweistufiges Verstärkungsfilter gegeben, welches die Verstärker A2, ■A3 und die Filternetzwerke R2, R3, R4, Cl, C2 und R5, R6, R7, C3, C4 enthält. Die Verstärker A2, A3 und die Filternetzwerke liefern ein schmalbandiges Bandpaßfilter, welches dem 15 kHz-Signal, welches vom modulierten Licht aus den Leuchtdioden erzeugt wird, hindurchzugehen erlaubt. Rauschsignale anderer Frequenzen werden von diesen Filtern· gedämpft, um

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mögliche Fehler bei der Spuranzeige aufgrund von Rauschsignalen zu verhindern. Die Filter verändern die im wesentlichen rechteckförmigen Signale an der Ausgangsleitung des Verstärkers Al im wesentlichen in Sinussignale an der Ausgangsleitung des Verstärkers A3 durch Dämpfung der in den Rechteckimpulsen enthaltenen harmonischen.

Das Sinussignal aus der Ausgangsleitung des Verstärkers A3 vtxrd weiter verstärkt und das Bezugsniveau von O Volt nach + 6 Volt durch den Verstärker A4 und durch die + 6 Volt Vorspannung an der positiven Eingangsleitung des Verstärkers umgewandelt. Das Signal an der Ausgangsleitung des Verstärkers A4 wird in der Phase durch den Inversionsverstärker A5 invertiert, welcher auch ein Bezugsniveau von + 6 Volt für das Signal liefert. Die Signale aus den Ausgangsleitungen der Verstärker A4 bzw. A5 sind an die Eingangsleitungen der FET-Schalter Fl bzw. F2 gekoppelt.

Die Schalter Fl, F2 werden durch die gleichen Modulationsfrequenzimpulse geöffnet und geschlossen,welche zur Modulation des Lichtes auf den Leuchtdioden benutzt werden. Diese Modulationsfrequenz wird auf eine Schaltsteuerleitung Sl des Schalters Fl angegeben und wird durch einen Inverter Il invertiert und auf eine Schaltsteuerleitung S2 des Schalters F2 gegeben, so daß die Signale in den Leitungen Sl und S2-um 18o° phasenverschoben sind. Dies bewirkt, daß die Schalter Fl und F2 in einem Gang geöffnet und geschlossen werden, welcher gleich und in Phase mit den Signalen aus den Ausgangsleitungen der Verstärker A4 und A5 ist und bewirkt, daß die positive Hälfte eines jeden Signalzyklus aus den Verstärkern A4 und A5 auf die Eingangsleitung des Integrationsverstärkers A6 gegeben wird. Die Eingangswelle ist in der Nähe der Eingangsleitung des Integrationsverstärkers A6 (Fig. 14) dargestellt. Andererseits würde irgendeine Rauschspannung, die nicht dieselbe Frequenz und dieselbe Phase wie die Modu-

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lationsfrequenz besitzt, negative und positive Teile besitzen, welche durch die Schalter Rl und F2 übertragen würden, was eine Aufhebung des Rauschens bedeuten würde.

Der Integrationsverstärker A6 ist ein herkömmlicher Integrator, welcher einen Widerstand R9 und einen Kondensator C6 besitzt, welche zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung geschaltet sind. Im Integrator R9, C6 heben sich die positiven und negativen Teile von Rauschspannungen gegenseitig auf, während nur die positiven Teile des Signals durch die Schalter Fl und F2 auf den Integrator übertragen werden. Wenn die Fotodioden Lichtsignale empfangen, bewirken die resultierenden positiven Impulse aus. der Ausgangsleitung des Integrationsverstärkers A6, daß der Kondensator C7 auf die in Fig. 14 dargestellte Polarität aufgeladen wird. Die resultierende Spannung am Kondensator C7 wird durch die Amplitude und die Zeitdauer des Signals an der Ausgangsleitung des Verstärkers A6 bestimmt.

Die Spannung am Kondensator C7 bewirkt, daß der Verstärker A7 eine entsprechende Vorspannung an der negativen Eingangsleitung des Spannungswertvergleichers A8 liefert. Das Eingangssignal an der + Eingangsleitung des Vergleichers A8 wird mit der Vorspannung an der negativen Eingangsleitung des Vergleichers A8 verglichen, was ein positives Ausgangssignal immer dann liefert, wenn das Eingangssignal größer als die Vorspannung ist und ein Ausgangssignal liefert, welches immer dann einen Wert in der Nähe von Null liefert, wenn das Eingangssignal kleiner als die Vorspannung ist. Ein positives Ausgangssignal aus dem Verstärker A8 wird auf die Endgeräte 172a oder 172b (Fig. 12) übertragen.

Die Programmierung und Arbeitsweise des Mikroprozessors kann am besten aus dem in Fig. 13 dargestellten Flußdiagramm

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verstanden werden, in welchem die rautenförmigen Kästchen Entscheidungskästchen und die rechteckförmigen Kästchen Befehlskästchen darstellen. Das Diagramm nach Fig. 13 repräsentiert die Betriebsweise des Projektors an einem Rad und des Detektors an dem anderen Rad. Obwohl nicht dargestellt, steuert der Mikroprozessor 166 auch den Betrieb des Projektors auf dem anderen Rad und des Detektors am einen Rad in einer ähnlichen Weise.

Der Mikroprozessor wird von selbst gestartet, wie es bei MPl angezeigt ist, wenn die Leistung eingeschaltet wird. Zu Beginn sind, wie bei MP2 angezeigt, die Werte von X, A, B, F und E Null, wobei

X = einen Wert (von 1 bis 35), welcher die einzelne Lichtquelle, welche angeregt ist, repräsentiert,

A = die Summe der Werte von X (beispielsweise 15 + 16 - 17 = 48) , welcher die Lichtquellen, die ein Signal aus der. Detektor Io8 erzeugen, repräsentiert,

B = die Anzahl der unterschiedlichen Lichtquellen X (beispielsweise 3), die ein Signal aus dem Detektor erzeugen,

F = ein Flaggenregister zum Speichern der Spur der Detektorsignale, wo Ziffer 0 kein Signal und Ziffer 1 ein vorhergehendes Signal anzeigt, und

E = ein Fehlerflaggenregister zum Speichern der Spur von Zwischenbedingungen, wo E = 0 keine Zwischenbedingung und E=I eine registrierte Zwischenbedingung anzeigen,

bedeuten.

Während jeder Abtastung werden den Lichtquellen 9oa bis 9on

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Werte zwischen 1 und η gegeben (oder 1 bis 35 in der veranschaulichten Ausführungsform). Die erste Lichtquelle (9ca), welche angeregt wird, ist bei MP3 durch den Wert 1 angezeigt (da der vorhergehende Wert von X 0 war). Da, wie es bei MP4 angezeigt ist, dieser Wert nicht größer als N (welcher gleich 35, also gleich der Anzahl der Lichtquellen ist) und gleich Ziffer 1 (MP5) ist, wird der Anschluß 164 (MP6) (siehe auch Fig. 11, 12) angeregt, um die erste Lichtquelle einzuschalten. Nach 2 bis 3 msec Verzögerung (MP8) wird ein Rücksprung auf das Kästchen MP3 gemacht, wenn kein Energiestrahl auf den Detektor Io8 (MP9) einwirkt. Vor dem Zurückkehren
nach MP3 wird das Flaggenregister·F auf Null (MPIo) gesetzt, wenn es nicht schon auf Null war.

Bei MP3 wird der Wert von X um 1 erhöht und die durch die
Kästchen MP4, MP 5, MP7, MP8, MP9 und MPIo repräsentierten
Operationen werden wiederholt, wobei angenommen ist, daß
kein Detektor anspricht.

Es sei angemerkt, daß,da X nicht gleich 1 in der Schleife
ist, der Anschluß 164 (MP6) nicht angeregt ist, obwohl dies für den Anschluß 15o (MP7) der Fall ist. Dieses Operationsmuster wird wiederholt (der Wert von X wird um 1 erhöht bei jeder Schleife), bis eine besondere Lichtquelle (beispielsweise die Lichtquelle, die durch X = 15 repräsentiert ist)
den Detektor anregt.

Zu dieser Zeit ist F nicht gleich 1 (MPIl) und A = O (MPl2) , so daß F=I gesetzt wird (MP13). Danach (MP14) wird der
Wert von A (welcher die Summe der Werte von X, die die
Lichtquellen, die auf den Detektor Io8 einwirken, repräsentiert) von Null auf 15 erhöht und B (welcher gleich der Anzahl der Lichtquellen, die auf den Detektor einwirken, ist) wird von Null auf 1 erhöht.

.Danach erhöht ein Rücksprung auf Kästchen MP3 den Wert von X

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auf 16 und die Schritte MP4 bis MPlI (welche MP6 und MPIo ausschließen) werden wiederholt, wobei angenommen ist, daß die Lichtquelle 16 den Detektor Io8 trifft. Zu dieser Zeit gilt jedoch F=I (MPlI) und die Werte von A und B werden auf 31 bzw. 2 (MP14) erhöht.

Ein Rücksprung nach MP3 erhöht wiederum den Wert X auf 17 und, wenn die Lichtquelle 17 den Detektor ebenfalls trifft, werden die Schritte MP4 bis MPIl (ausschließlich MP6 und MPIo) wiederholt. Wiederum werden zu dieser Zeit die Werte von A und B auf 48 bzw. 3 erhöht.

Wenn angenommen wird, daß keine andere Lichtquelle den detektor Io8 trifft, werden die Schritte MP3 bis MP9 (ausschließlich MP6) wiederholt und bei MPIo wird F auf O zurückgesetzt. Danach wird diese Schleife (MP3, MP4, MP5, MP7, MP8, MP9, MPIo bis MP3) wiederholt, bis der Wert von X bei MP3 auf 36 erhöht ist, welcher Wert um 1 größer als die Anzahl N der Lichtquellen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Zahl ΤΟΞ erreichnet (MP15), welche die Spur des Fahrzeugrades repräsentiert.

Es sei angemerkt, daß, wenn genau zwei Lichtquellen den Detektor anregen (beispielsweise die Quellen 15 und 16) eine imaginäre Lichtqulle zwischen den beiden Quellen 15 und 16 die wahre Spur des Rades anzeigen würde. Der Α-Wert würde in diesem Beispiel 15 + 16 = 31 und der B-Wert = 2 sein. Wenn A durch B. (31/2) dividiert würde, wäre das Ergebnis 15 1/2, ein Wert, welcher einen Punkt zwischen der Lichtquelle 15 und der Lichtquelle 16 darstellen würde. In dem Schritt jedoch, welcher durch MP15 dargestellt wird, wird der Wert von A mit 2 multipliziert, so daß der Quotient von A dividiert durch B immer eine ganze Zahl ist, aber immer noch geeignet ist, um Punkte zwischen Lichtquellen anzuzeigen.

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Nachdem ein Quotient errechnet ist (MP15) werden irgendwelche anderen Berechnungen, welche im Zusammenhang mit der Berechnung von TOE gewünscht sind, ausgeführt (MP16). Diese können eine Aus lauf kompensation, eine Meßbereichsänderur.g, eine Querspurkompensation, eine Spurweitenkompensation, eine Vorder- und Rückseitenkompensation oder andere Rechenoperationen enthalten, welche Faktoren zur Modifizierung des durch die Winkelmeßvorrichtung der vorstehend offenbarten Erfindung erhaltenen Spurwinkels erzeugen- Danach wird das Ergebnis der SPÜR (TOE) und anderer Berechnungen angezeigt (MPl7) und die Werte von X, A, B, F und E werden auf Null gesetzt (MP2).

Eine andere, vom Mikroprozessor ausgeführte Funktion ist die Feststellung einer Lücke bei der Anregung der Lichtquellen wegen einer Störung. Wenn beispielsweise die Lichtquellen und 17 den Detektor Io8 anregen, liegt es auf der Hand, daß die Lichtquelle 16 ihn ebenfalls anregen hätte müssen, -!-renn sie sauber arbeitete. Es sei angemerkt, daß die Anregung der Lichtquelle 15 (wenn sie die erste Lichtquelle ist, die den Detektor Io8 trifft, wie es in MPlI angezeigt ist) ? = 1 (MP13) setzt. Wenn die Lichtquelle 16 defekt ist, trifft sie den Detektor (MP9) nicht, jedoch anstelle dessen wird F = O (MPlo) gesetzt. Wenn danach die Lichtquelle 17 der. Detektor trifft (MP9), wenn F nicht gleich 1 ist (MPlI) und wenn A nicht gleich Null ist (MP12), wird E auf 1 gesetzt (MP18). Wenn E=I ist, zeigt die Anzeige (wenn sie am Ende der Abtastung der Lichtquellen 1 bis 35 eingeschaltet wird) einen Fehler durch ein geeignetes Lichtsignal an.

Es dürfte einem Fachmann durchschnittlichen Könnens offensichtlich sein, daß die Winkelmeßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung nicht auf ihre Anwendung für Systems zur Ausrichtung der Querspur von Rädern, wie -ein solches in der Fig. 3 dargestellt ist, begrenzt ist. Das System zur Ausrichtung von Rädern nach der vorliegenden Erfindung ist

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auch für Systeme zur Ausrichtung der Querspur anwendbar, in welchen der Projektor und der Detektor auf dem gleichen Rad des Fahrzeuges angeordnet sind und in welchen ein Reflexionsspiegel auf dem gegenüberliegenden Rad angeordnet ist. Obwohl sie physikalisch aneinander befestigt sind, sind der Projektor und der Detektor optisch um einen Abstand voneinander getrennt, welcher gleich dem Weg eines Lichtstrahles vom Projektor zum Detektor ist. Das System zur Radausrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist auch auf andere Systeme zur Ausrichtung von Rädern anwendbar, in welchen entweder

1) der Projektor und Detektor auf einem Rad des Fahrzeuges in einer im wesentlichen parallel zum Rad verlaufenden Ebene angeordnet sind und ein zugeordneter Reflexionsspiegel vom Fahrzeug weg angeordnet ist, oder

2) der Projektor und Detektor vom Rad des Fahrzeuges weg angeordnet sind und der zugeordnete Reflexionsspiegel a-uf dem Rad des Fahrzeuges in einer im wesentlichen parallel ζ irr* Rad verlaufenden Ebene angeordnet ist.

Beim Verfahren der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Projektor auf dem Rad eines Fahrzeuges befestigt. Ein Detektor ist vom Projektor räumlich getrennt befestigt. Eine Vielzahl von Energiestrahlenbündeln, xtfelche beispielsweise Lichtstrahlbündel sein können, \tfird vom Projektor in Richtung Detektor projiziert, jedes Bündel zu einem bestimmten Zeitpunkt und in einem divergierenden Muster. Der Winkel zwischen dem Strahlenbündel, welcher den Detektor trifft und das Strahlenbündel, welches den Detektor treffen würde, wenn das Rad auf Spur Null wäre, ist der Spurwinkel des Rades.

Beim Betrieb der vorliegenden Erfindung als eine Vorrichtung

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zur Messung des Spurwinkels eines Rades ist eine Vielzahl von Lichtquellen, welche Lichtstrahlbündel in einem divergierenden Feld abgeben, auf dem Fahrzeugrad befestigt, dessen Spur zu messen ist. Der Detektor kann räumlich fixiert oder auf dem Projektor auf dem gegenüberliegenden Rad befestigt sein. In jedem Fall muß bekannt sein, welche Lichtquelle den Detektor trifft, wenn das Rad auf Null-Spur ist (oder welche Lichtquelle den Detektor bei einem anderen Referenzspurwinkel trifft). Diese Information kann durch Anwendung der Vorrichtung bei einem Rad von bekannter Null-Spur bestimmt werden. In jedem Fall ist der Spurwinkel gleich dem Winkel zwischen dem Strahlenbündel, welches den Detektor trifft und dem Referenzstrahlenbündel (das ist das Strahlenbündel, welches den Detektor bei Null-Spur trifft).

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das LED-Feld in fortlaufenden Zyklen angeregt (jede LED wird einmal in jedem Zyklus angeregt), so daß die Quelle des Strahlenbündels, welches den Detektor trifft, wiederholt den laufenden Spurwinkel des Rades anzeigt.

Wenn die Bedienungsperson die Spur des Rades auf einen gewünschten Wert einstellt, zeigen die Leuchten auf dem Anzeigegerät den Wechsel an und zeigen der Bedienungsperson den augenblicklichen Spurwert, um ihn zu leiten, den gewünschten Wert zu erreichen. Speziell bei der Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 wird das Lenkrad 6o in einer Mittelstellung gehalten, um die Räder nach vorne gerade auszurichten. Die Spur eines jeden Rades wird auf getrennten Anzeigeeinheiten 184L bzw. 184R aufgezeichnet und die Bedienungsperson stellt die Spannvorrichtungen 62L und 62R ein, um den gewünschten Spurwinkel zu erhalten.

Durch die vorliegende Erfindung ist eine verbesserte Methode

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und Vorrichtung zur Messung des Winkels zwischen zwei -Teilen geschaffen worden. Diese Vorrichtung und Methode kann zur Ausrichtung verschiedener Arten von Teilen, wie Bauteiler, oder Maschinenteilen, verwendet werden. Die Vorrichtung ist beim Messen des Winkels zwischen den Teilen am wirksamsten dann, wenn Energiestrahlenbündel von einem der Teile projiziert und wenn die Energiestrahlenbündel vom anderen Teil empfangen werden. In vielen Anwendungen kann der Wert für den Winkel zwischen den Teilen, wie er mittels der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestimmt worden ist, als genauer oder gut angenäherter Wert des Winkels zwischen den Teilen bei anderen Punkten benutzt werden. In anderen Fällen können die tatsächlich gesuchten Werte von anderen Faktoren abhängen, denen Rechnung getragen werden muß, m einen vorgegebenen gewünschten Wert zu erreichen. Wenn andere Vorrichtungen und Rechenoperationen erforderlich sind, wie es durch das Kästchen MP16 in Fig. 13 veranschaulicht ist, werden die durch die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestimmten Werte durch Werte abgewandelt oder korrigiert, die von der oder einer der anderen Vorrichtungen bestimmt worden sind.

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eerse

it

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1.) Winkelmeßvorrichtung zur Bestimmung des Winkels zwischen zwei Teilen, wobei auf einem der Teile ein Detektor fest angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf de~ anderen Teil eine Anzahl von Energiequellen (IL bis 5L bzw. 9oa bis 9on) zum Aussenden von Strahlenbündeln in Richtung des einen Teils in einem divergierenden Muster fest ange- bracht ist und daß Erregermittel (125) vorgesehen sind, mittels welchen die Quellen aufeinanderfolgend anregbar sind, bis das Strahlenbündel wenigstens einer der Quellen den Detektor trifft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bestimmungsmittel zum Bestimmen, welche Strahlenbündel den Detektor treffen, um den Winkel zwischen äen Teilen festzustellen, vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlenbündel in eirem eigenen Winkel zu einer Bezugsachse (B) ausgerichtet ist, daß der Detektor in dieser Bezugsachse liegt, wenn die beiden Teile in einem vorbestimmten Winkel zueinander stehen und daß die Bestimmungsmittel den Winkel zwischen dem Zentrum des den Detektor treffenden Strahlenbündels und der Bezugsachse feststellt, um den Winkel der beiden Teile von dem vorbestimmten Winkel anzugeben.

■4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequellen mit Lichtquellen gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Lichtstrahlbündeln aus der An-

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zahl von Lichtquellen durch eine Linse (14) geht, um unter verschiedenen Winkeln auf das andere Teil ausgesandt zu *.-.*erden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Lichtquellen mit einem Feld aus lichtemittierenden Dioden (9oa bis 9In) gebildet ist.

7. Spurmeßvorrichtung mit einer Winkelmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektor (7oL bzw. 7oR) vorgesehen ist, welcher an einem Fahrzeugrad (5oL bzw. 5oR) befestigbar ist, so daß er in fester Lage zur Radebene angebracht ist, daß im Projektor eine Anzahl von Lichtquellen vorgesehen ist, wovon jede ein Lichtstrahlbündel aus dem Projektor sendet, wenn sie angeregt wird, daß die Strahlenbündel ir. einem divergierenden Muster ausgesandt werden und jedes Strahlenbündel einen eigenen vorbestimmten Winkel mit einer relativ zum Projektor fest angeordneten Bezugslinie bildet, daß ein fotoempfindlicher Detektor (Io8) vorgesehen ist, welcher ein Signal erzeugt, wenn er von einem der Strahlenbündel getroffen wird und daß Bestimmungsmittel vorgesehen sind, um festzustellen, welches der divergierenden Lichtstrahlenbündel den Detektor trifft, wenn der Projektor auf dem Rad eines Fahrzeuges befestigt ist, um die Spur des Rades aus dem bekannten Winkel zwischen den Strahlen, die den Detektor treffen,und der Bezugslinie anzuzeigen.

8. Spurmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündel auf den fotoempfindlichen Detektor gerichtet sind, daß die Bezugslinie den Detektor schneidet, wenn der Projektor auf einem Rad befestigt ist und das Rad die Spur Null besitzt, daß Erregungsmittel zum aufeinanderfolgenden Erregen der Strahlenbündel zu einer

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Zeit, wenn der Projektor auf einem Rad unbekannter Spur befestigt ist, vorgesehen sind, daß eines der Strahlenbündel den Detektor trifft, wenn eine besondere Lichtquelle erregt ist, und daß ein Schaltkreis vorgesehen ist, der auf die Erregung einer Lichtquelle und die gleichzeitige Erzeugung des Signals anspricht, um das besondere Lichtstrahlbür.cel, das den Detektor trifft,und den Winkel zwischen dem Strahlenbündel und der Bezugslinie festzustellen.

9. Spurmeßvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor und der Detektor räumlich voneinander getrennt sind.

10. Verfahren zum Messen des Winkels zwischen zwei Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß von einem der Teile eine Vielzahl von Lichtstrahlbündeln in Richtung des anderen Teiles ausgesandt wird, wobei ein Lichtstrahlbündel zu einem Zeitpunkt in einem divergierenden Muster ausgesandt wird, und daß die Lichtstrahlbündel, welche einen vorbestimmten Punkt auf dem anderen Teil treffen, bestimmt werden, um den Winkel zwischen den Teilen festzustellen.

11. Verfahren zum Vermessen der Spur eines Fahrzeugrades relativ zu einer Spur Null unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Energiestrahlbündeln in einem divergierenden Muster auf" einen Detektor gerichtet wird, daß das Muster von Strahlenbündeln relativ zum Rad fixiert wird, daß die Lage des Detektors so fixiert wird, daß ein besonderes erstes Strahlenbündel den Detektor trifft, wenn die Spur des Rades auf die Spur Null eingestellt ist, daß die Energiestrahlbündel zeitlich nacheinander angeregt werden, wenn die Spur des Rades zu bestimmen ist, daß das Strahlenbündel, welches den Detektor trifft, notiert wird und daß der Winkel zwischen dem ersten Strahlenbündel und dem Strahlenbündel, welches

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den Detektor trifft, notiert wird, um den Spurwinkel des Fahrzeugrades zu erhalten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit in einer vorbestimmten fixierten Winkelrelation zum Rad befestigt wird, daß eine Anzahl von Lichtstrahlbündeln, die ein Referenzstrahlbündel enthalten, ir. einem divergierenden Muster und in fixierter Winkelbeziehung aus der Einheit in Richtung eines Detektors gerichtet werden, daß das Muster von Lichtstrahlbündeln in der Einheit so fixiert wird, daß das Referenzstrahlbündel den Detektor trifft, wenn das Fahrzeugrad in einer Stellung mit der Spur Null sich befindet, daß die Einheit- auf einem Fahrzeugrad von unbekannter Spur befestigt wird, daß die Lichtstrahlbündel einzeln nacheinander erregt werden, bis der Detektor getroffen wird, und daß der Winkel zwischen der. Lichtstrahlbündel, welches den Detektor trifft und dem ?.eferenzstrahlbündel gemessen wird.

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