DE3143173A1

DE3143173A1 - Messanordnung zur messung der winkelstellung eines messobjekts nach dem reflektionsverfahren

Info

Publication number: DE3143173A1
Application number: DE19813143173
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Guter; David Dr. Retallick; Albin Dipl.-Ing. 8000 München Weingartner
Original assignee: Automation W and R GmbH; AUTOMATION W+R GmbH
Current assignee: Automation W and R GmbH; AUTOMATION W+R GmbH
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3143173C2

Description

Meßanordnung zur Messung der Winkelstellung eines
Meßobjekts nach dem Reflektionsverfahren Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Messung der Winkelstellung eines Meßobjekts nach dem Reflektionsverfahren, mit einem Bildschirm und wenigstens einer Strahlenquelle, deren ausgesandter Meßstrahl von einem an dem Meßobjekt angebrachten Planspiegel in die Bildschirmebene reflektiert wird, insbesondere auf eine Anordnung zur Messung von Sturz und Spur an den Rädern eines Kraftfahrzeuges.
Derartige Meßanordnungen müssen vor Durchführung der Messung in einem genauen vorgegebenen Abstand zu dem Meßobjekt eingerichtet werden. Dies bedeutet beispielsweise bei einer Anordnung zur Messung von Sturz und Spur an den Rädern eines Kraftfahrzeuges, daß bei jedem Kraftfahrzeugtyp aufgrund der unterschiedlichen Spurweiten die Meßanordnungen mechanisch verstellt werden müssen, und daß selbst bei gleichbleibendem Kraftfahrzeugtyp das Kraftfahrzeug genau in der Achsenmeßgrube justiert werden muß.
Außerdem ist bei bekannten Meßanordnungen eine mechanische Verstellung in der Höhe erforderlich, damit eine Messung für verschiedene Raddurchmesser möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher eine genaue Einstellung des Abstands zwischen P-lanspiegel und Bildschirm erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei kohärentes Licht aussendende Strahlenquellen an gegenüberliegenden Rändern des Bildschirms derart angeordnet sind, daß sich die von dem parallel zur Bildschirmebene in einem Grundabstand stehenden Planspiegel reflektierten Meßstrahlen im Mittelpunkt der Bildschirmebene treffen. Mit diesem Aufbau ist es nicht erforderlich, vor jeder Messung den Bildschirm genau auf den Grundabstand zum Planspiegel zu bringen. Vielmehr fallen die auf dem Bildschirm auftreffenden Meßpunkte bei einer Abweichung vom Grundabstand bewußt auseinander, und der Abstand des Mittelpunktes der beiden Meßpunkte auf dem Bildschirm von dem Mittelpunkt des Bildschirms stellt unmittelbar ein Maß für die Winkelstellung des Meßobjekts sowohl in senkrechter als auch in waagrechter Richtung - Sturz und Spur eines Kraftfahrzeuges - dar. Der Abstand zwischen den Meßpunkten selbst läßt sich zur Bestimmung des genauen Abstands zwischen Bildschirm und Planspiegel und darüberhinaus zu einer Korrektur des Meßergebnisses verwenden. Mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung ist eine Messung bei allen gängigen Radgrößen von Kraftfahrzeugen ohne genaue Voreinstellung der Höhe senkrecht über der Bodenfläche möglich.
Vorteilhaft sind die Strahlenquellen vertikal nach oben bzw. unten gegenüber dem Mittelpunkt der Bildschirmebene versetzt angeordnet.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlenquellen horizontal gegenüberliegend angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Höhe des Meßobjekts, in speziellen Fällen des Kraftfahrzeugrades, nicht in das Meßergebnis eingeht.
Vorteilhaft ist die Bildschirmebene quadratisch und die Strahlenquellen sind an zwei diagonal-gegenüberliegenden Ecken der Bildschirmebene angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer maximalen und gleichen Verschiebung der Meßpunkte in X- und Y-Richtung bei gleicher Winkelstellung des Meßobjekts in diesen beiden Richtungen.
Die Strahlenquellen sind zweckmäßig Laserlichtquellen.
Dabei können die Laserlichtquellen aus einem Lasersystem mit <5. lO 6Watt/cm2/Quelle und einem Prisma zur Strahlverdoppelung aufgebaut sein.
Zur Grundeinstellung der Meßanordnung ist die Strahlenrichtung der Strahlenquellen zweckmäßig verstellbar.
Zur automatischen Meßwerterfassung ist zweckmäßig eine optoelektronische Abtast- und Wandlereinrichtung mit dem Bildschirm und die optoelektronische Abtast- und Wandlereinrichtung mit einem Prozessor zur Verarbeitung der Abtastsignale und Ausgabe von Meßwertsignalen verbunden.
Die Abtast- und Wandlereinrichtung ist vorteilhaft eine Halbleiterkamera, der Prozessor zweckmäßig ein Mikroprozessor.
Der Prozessor enthält nach einer Weiterbildung der Erfindung Korrekturwerttabellen, welche empirisch aufgestellt sein können und eine automatische Korrektur der Meßwertsignale bezüglich der zwangsläufig auftretenden, wenn auch geringfügigen Fehler ergeben, welche dadurch entstehen, daß Abstand und Winkelstellung gegenseitig das Abstandsmaß und das Winkelmaß beeinflussen.
Für die Messung von Sturz und Spur eines Kraftfahrzeuges sind vorteilhaft vier Meßanordnungen i,n einem optischen Viereck entsprechend den Rädern des Kraftfahrzeugs um eine Achsenmeßgrube fest angeordnet.
-In diesem Falle kann vorteilhaft ein gemeinsamer Prozessor für alle vier Meßanordnungen vorgesehen sein.
Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher beschreiben. In den Zeichnungen zeigen Fig 1 eine schematische Darstellung der Meßanordnung gemäß der Erfindung in axiometrischer Darstellung, Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung unterschiedlicher Abstände und Winkelstellungen des Planspiegels in Bezug auf die Bildschirmebene, Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Verschiebung der Meßpunkte beim Messen mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung, und Fig. 4 eine schematische Darstellung von vier erfindungsgemäßen Meßanordnungen um eine Achsenmeßgrube zur Messung von Sturz und Spur an den Rändern eines Kraftfahrzeuges.
Bei dem in den Figuren l und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung M ist ein an dem nicht dargestellten Meßobjekt angebrachter Planspiegel S in einem Grundabstand e zu einem Bildschirm B und zunächst parallel zu diesem angeordnet.
Der Spiegel S ist mit dem daran angebrachten Meßobjekt um eine vertikale Achse in Richtung des Pfeiles x und um eine horizontale Achse in Richtung des Pfeiles y schwenkbar. Die Bildschirmebene des Bildschirms B ist zweckmäßig quadratisch mit einer Seitenlänge b . An zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken der Bildschirmebene sind zwei in ihrer Strahlenrichtung einstellbare, kohärentes Licht aussendende Strahlenquellen L1 und L2 vorzugsweise Laserlichtquellen angeordnet. Die Strahlenrichtung der: Strahlenquellen L1 und L2 ist unter einem Winkel OC/2 gegenüber der Horizontalen derart geneigt, daß sich die von dem parallel zur Bildschirmebene im Grundabstand e stehenden Planspiegel S reflektierten Meßstrahlen im Mittelpunkt 0 der Bildschirmebene treffen.
Der Bildschirm B kann eine Mattscheibe mit einem Raster zur Auswertung des Bildes sein. Vorteilhaft erfolgt eine automatische Auswertung des Bildes mittels einer an der Rückseite des Bildschirms B angeordneten optoelektronischen Abtast- und Wandlereinrichtung in Form einer Halbleiterkamera H . Die Halbleiterkamera H ist ihrerseits zur Verarbeitung der Abtastsignale und Ausgabe von Meßwertsignalen mit einem Prozessor MP verbunden, welcher vorzugsweise ein Mikroprozessor ist.
Der horizontale und vertikale Abstand der Strahlenquellen L1 und L2 zueinander ist b . Bewegt sich das Meßobjekt mit dem daran angebrachten Planspiegel S um einen Abstand aus ,,, seiner Grundstellung (Planspiegelstellung S' in Figur 2) so verschieben sich die Meßpunkte auf dem Bildschirm B um den Abstand e zueinander. Der Zusammenhang zwischen dem Abstand e und dem Verschiebungsabstand oe ist gegeben durch die Beziehung: Wird der Planspiegel S um einen Winkeln aus seiner Grundstellung verdreht (Planspiegelstellung S" in Fig. 2) so verschiebt sich der gemeinsame Meßpunkt auf dem Bildschirm B um den Abstand a aus dem Mittelpunkt 0 des Bildschirms. Der Abstand a ist ein Maß für den,Winkel gegeben durch die folgende Beziehung: Erfolgt sowohl eine Verschiebung des Planspiegels S um den Abstand #l als auch. eine Schwenkung des Planspiegels S um den Winkels3 , so ist der Abstand a zwischen der Mitte zweischen den beiden um den Abstand e auseinandergeschobenen Meßpunkten auf dem Bildschirm b zum Mittelpunkt 0 des Bildschirms B das Maß für den Winkel.
Die Winkelverdrehung um den WinkelS läßt sich in eine solche zur Achse ßx (Spurwinkel) und zur Achse (Sturzwinkel) zerlegen. Ensprechend ergeben sich die in Figur 3 dargestellten Lagen der Meßpunkte auf dem Bildschirm B e ey, ax, und ay.
Damit ergeben sich die Größen der Winkel unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) und (2) durch folgende Beziehungen: Da der Abstand e auch abhängig vom Verdrehungswinkel ß und der Abstand a auch abhängig von den Abständen C und de e ist, wobei die auftretenden Fehler beim Verdrehungswinkel und beim Abstand gering sind, erfolgt eine diesbezügliche Korrektur mit Hilfe zweckmäßigerweise empirisch ermittelter Korrekturwerttabellen. Bei der automatischen Meßwerterfassung über eine Abtast- und Wandlereinrichtung und einen Prozessor sind derartige Korrekturwerttabellen zweckmäßig im Programm des Prozessors enthalten, um so die unvermeidbaren Meßwertfehler erforderlichenfalls zu korrigieren.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung ein über einer Achsenmeßgrube angeordnetes Kraftfahrzeug K , an dessen Rädern R Planspiegel S angebracht sind, In einem optischen Viereck entsprechend den Rädern R des Kraftfahrzeuges K sind vier Meßanordnungen M1, M2, M3, M4 fest verankert um die Achsenmeßgrube angeordnet. Für alle vier Meßanordnungen ist ein gemeinsamer Prozessor MP vorgesehen. Mit dieser Anordnung können Kraftfahrzeugtypen unterschiedlicher Spur weiten sowie gleichbleibende Kraftfahrzeugtypen ohne genaue Justierung über der Meßgrube, auch wenn das Fahrzeug unter einem Winkel t zur Normalstellung steht, und ohne Verschiebung der vier Meßanordnungen bezüglich Spur und Sturz vermessen und eingestellt werden. Der Winkels kann über die Entfernungsmessung ermittelt und dann von der Spur- und Sturzmessung eliminiert werden.
Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Meßanordnung nicht nur zur Erfassung der Winkelstellung eines Meßobjekts, sondern erforderlichenfalls auch zur Messung des Abstands zwischen Meßobjekt und Bildschirm Verwendung finden kann.
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Claims

Meßanordnung zur Messung der Winkelstellung eines Meßobjekts nach dem Reflektionsverfahren PATENTANSPRUCHE: < 4 Meßanordnung zur Messung der Winkelstellung eines Meßobjekts nach dem Reflektionsverfahren, mit einem Bildschirm und wenigstens einer Strahlenquelle, deren ausgesandter Meßstrahl von einem an dem Meßobjekt angebrachten Planspiegel in die Bildschirmebene reflektiert wird, insbesondere Anordnung zur Messung von Sturz und Spur an den Rädern eines Kraftfahrzeuges, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß zwei kohärentes Licht aussendende Strahlenquellen (L1, L2) an gegenüberliegenden Rändern des Bildschirms (B) derart angeordnet sind, daß sich die von dem parallel zur Bildschirmebene in einem Grundabstand (e) stehenden Planspiegel (S) reflektierten Meßstrahlen im Mittelpunkt der Bildschirmebene treffen.
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Strahlenquellen (L1, L2) vertikal nach oben bzw. unten gegenüber dem Mittelpunkt der Bildschirmebene-versetzt angeordnet sind.
3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Strahlenquellen (L1, L2) horizontal gegenüberliegend angeordnet sind.
4. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Bildschirmebene quadratisch ist und die Strahlenquellen (L1, L2) an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken der Bildschirmebene angeordnet sind.
5. Meßanordnung nach einem der- vorhergehenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Strahlenquellen (L1, L2) Laserlichtquellen sind.
6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Laserlichtquellen (L1, L2) aus einem Lasersystem mit < 5^10 6 Watt/cm2/Quelle und einem Prisma zur Strahlenverdoppelung aufgebaut sind.
7. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Strahlenrichtung (ob/2} der Strahlenquellen (L1, L2) verstellbar ist.
8. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß eine optoelektronische Abtast- und Wandlereinrichtung (H) mit dem Bildschirm verbunden ist, und daß die optoelektronische Abtast- und Wandlereinrichtung (H) mit einem Prozessor (MP) zur Verarbeitung der Abtastsignale und Ausgabe von Meßwertsignalen verbunden ist.
9. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Abtast- und Wandlereinrichtung (H) eine Halbleiterkamera ist.
10. Meßanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Prozessor (MP) ein Mikroprozessor ist.
11. Meßanordnung nach Anspruch 8, 9 oder lQ, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Prozessor (MP) Korrekturwerttabellen enthält.
12. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß vier Meßanordnungen (Mi, M2, M3, M4) in einem optischen Viereck entspechend den Rädern (R) eines Kraftfahrzeuges (K) um eine Achsenmeßgrube fest angeordnet sind.
13. Meßanordnung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein gemeinsamer Prozessor (MP) für alle vier Meßanordnungen (Mi, M2, M3, M4) vorgesehen ist.