DE3216098A1

DE3216098A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der raeumlichen winkellage eines gegenstandes

Info

Publication number: DE3216098A1
Application number: DE19823216098
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 8524 Neunkirchen Pfeiffer; Wilhelm Dr. 8552 Höchstadt Seifert
Original assignee: Gossen GmbH
Current assignee: Gossen GmbH
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1983-11-03

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen
Winkellage eines Gegenstandes" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der räumlichen Winkellage eines Gegenstandes, z. B. Spur und cturz eines Kraftfahrzeugrades.
Es besteht oft die Aufgabe, die Winkel zwischen bestimmten Teilen eines Gegenstandes und vorgegebenen Bezugslinien bzw. Bezugsflächen festzustellen. Bei bekannten Verfahren werden dazu mechanische oder elektromechanische Vorrichtungen, z.B. Tauchspulen, Drehpotentiometer, Magnetsensoren oder dergleichen verwendet.
Insbesondere besteht das Bedürfnis, Spur und Sturz von Kraftfahrzeugrädern in einfacher Weise zu messen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen der räumlichen Winkellage eines Gegenstandes anzugeben, mit dem die entsprechenden Winkel in einfacher Weise, ortsunabhängig und berührungslos schnell und mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß von einem Meßkopf längs einer Reihe zeitlich und örtlich nacheinander Lichtimpulse ausgesandt werden, diese Lichtimpulse von dem in einer bestimmten Entfernung angeordneten Gegenstand auf eine Reihe von Lichtempfängern reflektiert werden und aus der Zuordnung der Lichtimpuls-Sendequelle zu einem Lichtimpuls-Empfänger durch einen Rechner die relative Winkellage des Gegenstandes zu einer (oder mehreren) Bezugslinie(n) berechnet und angezeigt wird.
Durch die aufeinanderfolgende Anregung der einzelnen lichtemittierenden Lichtimpulsendequellen wird, je nach dem Wert des zu messenden Winkels, über die Reflektoreinrichtung jeweils nur eine Lichtimpulsquelle mit maximaler Intensität von einem Lichtempfänger empfangen. Eine der jeweils empfange- nen Lichtquelle zugeordnete Zahl ist somit ein Maß für den zu messenden Winkel.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Reihe der Lichtimpulse aussendenden Elemente als Zeile und die Reihe der Lichtimpulse empfangenden Elemente als zur Zeile senkrechtstehende Spalte ausgebildet. Durch diese Ausbildung ist es möglich, sowohl Spurwinkel als auch Sturzwinkel eines Kraftfahrzeug rades gleichzeitig festzustellen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Entfernung des Gegenstandes vom Meßkopf mittels Ultraschallentfernungsmessung bestimmt wird.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in zweckmäßiger Weise zur Spurmessung der Ort der emittierenden Lichtimpulsquelle festgelegt, deren Impulse aufgefangen werden.
Zur Sturzwinkelmessung wird der Ort des empfangenden Lichtempfänger festgestellt, von dem diese Lichtimpulse aufgefangen werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Winkellage eines Gegen standes, insbesondere Spur und Sturz eines Kraftfahrzeugrades, welche vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Gemäß der Erfindung besteht eine Vorrichtung der vorstehend erläuterten Art darin, daß ein Meßkopf mit mindestens einer Reihe lichtemittierender Elemente und einer Reihe lichtempfangerider Elemente mit einer Sammeloptik vorgesehen sind, sowie eine mit dem zu vermessenden Gegenstand verbindbare Reflektoreinrichtung, wobei die Sammeloptik die vom Reflektor gespiegelten Lichtimpulse der lichtemittierenden Elemente auf die lichtempfangenden Elemente fokusiert, ferner eine Sende-Empfangseinrichtung zur Messung des Abstandes zwischen Gegenstand bzw. Reflektor und Meßkopf bzw. der Optik, ferner durch einen Rechner zur Auswertung der Beziehungen zwischen Sendeort und Empfangsort des emittierten Lichtimpulses und zur Anzeige des gemessenen Winkel dient.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn als lichtemittierende Elemente Lumineszenzdioden (LED) vorgesehen sind.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn als lichtempfangende Elemente eine CCD-Sensor-Zeile vorgesehen ist.
In vorteilhafter Weise sind die Lumineszenzdioden in einer Zeile und der CCD-Sensor in einer zu dieser Zeile senkrechten Spalte angeordnet.
Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel dienen als lichtempfangende Elemente positionsempfindliche, analog arbeitende Sensoren.
Die Sende-Empfangs-Einrichtung zur Abstandsmessung besteht vorteilhafterweise aus einem Ultraschall-Sender und einem zugeordneten Ultraschall-Empfänger.
Eine, insbesondere zum Vermessen der Räder eines Kraftfahrzeuges dienende, erfindungsgemäße, Vorrichtung ist dadurch vorteilhaft, daß jedem Rad ein Meßkopf und ein Reflektor zugeordnet ist, daß die den beiden Rädern einer Seite des Kraftfahrzeuges zugeordneten Meßköpfe längs mindestens einer (vorzugsweise zwei) Führungsschiene(n) parallel zum Kraftfahrzeug verschiebbar angeordnet sind und daß den Meßköpfen ein gemeinsam mit den Meßköpfen verbundener Rechner zugeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Führungsschienen relativ zueinander verstellbar angeordnet.
Eine besonders einfache Messung ist ferner möglich, wenn, nach einer Weiterbildung der Erfindung, Fern steuermittel zur wahlweisen Aktivierung eines oder mehrerer der Meßköpfe vorgesehen sind.
Zweckmäßigerweise bestehen die Fernsteuermittel aus an sich bekannten Infrarot- bzw. Ultraschall-Sender- und -Empfangseinheilten .
In noch weiterer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels sind die Fernsteuermittel mit Anzeigemittel für die jeweils gemessenen Winkel bzw. Winkellagen versehen.
Für besondere Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, wenn mehrere Zeilen von Lumineszenzdioden und mehrere Spalten von CCD-Sensoren bzw. positionsempfindliche Analog-Sensoren matrixartig angeordnet sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 schematisch eine Meßvorrichtung, nämlich Meßkopf und Reflektor, und Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung eines Kraftfahrzeuges.
In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Winkeln bzw. der räumlichen Lage eines (nicht dargestellten) Gegenstandes gezeigt, die aus einem Meßkopf 6 und einer Reflektoreinrichtung, beispielsweise einem Spiegel 11 besteht, wobei die Reflektoreinrichtung 11 mit dem zu vermessenden Gegenstand, beispielsweise einem Rad eines Kraftfahrzeug es, verbindbar ist.
Im Meßkopf 6 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Reihe 9 von lichtemittierenden Elementen 7, beispielsweise Lumineszenzdioden (LED) angeordnet. Diese einzelnen Lumineszenzdioden werden von einem (in Fig. 2 dargestellten) Rechner 14 nacheinander angesteuert, so daß der Ort der jeweils Lichtimpulse aussendenden Quelle längs der Reihe 9 wandert.
Die jeweils abgestrahlten Lichtimpulse werden von der Reflektoreinrichtung 11 reflektiert und von einer im Meßkopf 6 angeordneten Optik 10 fokusiert und einem oder mehreren licht-.
empfangenden- Elemente 8, z.B. einer CCD-Sensor-Zeile zugeleitet-Die lichtempfindlichen Elemente 8 sind dabei- vorzugsweise in einer zur Reihe 9 senkrechten Spalte 15 angeordnet.
Als lichtempfangende bzw. lichtempfindliche Elemente können auch- positionsempfindliche, analog arbeitende Sensoren oder Sensor-Zeilen Verwendung finden.
Zur Messung des Abstandes zwischen Reflektor 11 und Meßkopf 6 bzw. Optik 10 kann im Meßkopf 6 eine an sich bekannte Ultraschall-Entfernungsmeßeinrichtung 12 untergebracht sein.
Zur später noch zu erläuternden Fernbedienung kann außerdem im Meßkopf 6 ein Infrarot-Empfänger 19 oder ein Ultraschall-Empfänger oder dergleichen angebracht sein.
Unter den ausgesandten bzw. empfangenen "Lichtimpulsen" ist nicht ausschließlich sichtbares Licht zu verstehen, vielmehr können diese Lichtimpulse auch aus nicht sichtbaren elektromagnetischen Wellen bestehen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung eignet sich insbesondere, zur Messung des Spurwinkels eines Kraftfahrzeugrades und/ oder des Sturzwinkels ß.
Der Meßkopf 6 ist über einen Meßkopfanschluß 23 entweder mit einer Versorgungsleitung 22 (Fig. 2) oder direkt mit dem Rechner 14 verbunden. Es ist auch .möglich,- den Rechner' 14 im Meßkopf 6 direkt anzuordnen.
In Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung der (aller) Räder eines Kraftfahrzeuges 1 dargestellt. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß die Meßköpfe 6, die den einzelnen Rädern zugeordnet sind, auf seitlich zum Kraftfahrzeug 1 angebrachten Führungsschienen 16 . in Längsrichtung des Fahrzeuges verstellbar angeordnet -stand. Dabei- kann die Ausbildung derart getroffen sein, daß jedem Meßkopf 6 ein Stück einer Führungsschiene 16 zugeordnet ist; die Führungsschienen 16 können jedoch auch, wie strichliert dargestellt, als durchgehende Schienen. beid--seits des Kraftfahrzeuges 1 bzw. einer Arbeitsgrube 20 oder an einer Hebebühne oder dergleichen angeordnet sein.
Die Versorgung der Meßgeräte mit Spannung bzw. die Weiterleitung der Meßwerte der. Meßköpfe 6 erfolgt über Versorgungsleitungen- 22, die an einen mit dem Netz 21 verbindbaren,.
Rechner 14 angegeschlossen sind.
Die Vorderräder 2 bzw. 3 und die Hinterräder 4 bzw. 5 des Kraftfahrzeuges 1 werden mit Reflektoren 11 versehen, denen.
jeweils ein Meßkopf 6 gegenübersteht. Die Räder 2, 3 sindin bekannter Weise auf einzelnen Radachsen 24 angeordnet, während die Hinterräder 4 bzw. -5 auf einer durchgehende.n Achse 25 oder auf getrennten Achsstücken 25 angeordnet sein können.
Die Bedienungsperson kann mit einem Fernsteuergerät, beispielsweise einem Infrarotsender 18 versehen sein und kann dadurch die einzelnen Meßköpfe 6 aktivieren. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, von den Meßköpfen 6 (Infrarot-)Signale an den als Sender und Empfänger ausgebildeten Fernsteuerteil 17 zurückzusenden, die im Empfänger zur Anzeige der Winkellagen, . des jeweils aktivierten Meßkopfes und ähnlicher Größen dienen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung- arbeiten in folgender Weise: Auf die zu vermessenden Räder 2 bis 5 eines Kraftfahrzeuges 1 werden senkrecht zur Radachse 24 bzw. 25 Spiegel 11 angebracht. Die Meßköpfe 6 sind in einem Abstand von etwa 50 bis 100 cm von den Reflektoren 11 angeordnet.
Die horizontale Lumineszenzdioden-Emitterzeile 9, wird mit der vorzugsweise mittig über diese Emitterzeile 9 angebrachten Optik 13 auf die senkrecht zu der Emitterzeile 9 stehende Empfängerzeile 15 abgebildet. Der Abstand zwischen Emitterzeile 9 bzw. Reflektor 11 und Meßkopf 6 bzw. Empfangsoptik 10 wird z.B.mit einem Ultraschall-Sende-Empfänger 12 mit schmaler Sendekeule gemessen.
Werden nun die einzelnen Lumineszenzdioden der Emitterzeile 9 nacheinander angeregt, so wird je nach Spurwinkel dL der Spiegel 11 und die Optik 10 jeweils nur eine Emitterdiode mit maximaler Intensität von der Empfängerzeile 15 empfangen. Die Ordnungszahl der empfangenen Lumineszenzdiode 7 ist ein Maß für den Spurwinkel db.
Um einen eventuell vorhandenen zusätzlichen Sturzwinkel festzustellen, empfängt jeweils nur eine Empfängerdiode 8 der Empfängerzeile 12 Lichtimpulse einer Lumineszenzdiode 7 der Emitterzeile 9 mit maximaler Intensität. Die Ordnungszahl der empfangenden Empfängerdiode der Empfängerzeile 15 ist somit ein Maß für den Sturzwinkel Die Umrechnung der Ordnungszahlen der empfangenen Lumineszenzdiode 7 in Spurwinkel ( und der Ordnungszahl der empfangenden Empfängerdiode 8 in Sturzwinkel /S erfolgt im Rechner 14. Die Anzeige der Winkel ¼ bzw. ß im Rechner 14 oder einem getrennten Anzeige-Display kann in an sich bekannter Weise mit Flüssigkristallen (LCD), Leuchtdioden oder anderen Anzeigemitteln erfolgen. Neben den gemessenen Winkeln können im Rechner 14, beispielsweise einem Mikroprozessor, noch weitere Meßgrößen verarbeitet werden, beispielsweise die Differenz der Spurwinkel der Vorderräder, der Vergleich der Spurwinkel gegenüber der Längsachse des Fahrzeuges 1, usw.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann in einer Werkstatt längs einer Arbeitsgrube 20 oder an einer (nicht dargestellten) Hebebühne angeordnet sein, oder aber auch in Form einer leicht zu transportierenden Gesamtheit von Meßköpfen 6 und Reflektoren 11 ausgebildet sein.
Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen. Die Erfindung läßt sich ganz allgemein zum Festellen der räumlichen Winkellage eines beliebigen Gegenstandes anwenden.
Bezugszeichenliste 1 Kraftfahrzeug 2 Rad (links vorne) 3 Rad (rechts vorne) 4 Rad (links hinten) 5 Rad (rechts hinten) 6 Meßkopf 7 lichtemittierendes Element (Lumineszenzdiode-LED) 8 8 lichtempfangendes Element 9 CCD-Sensor-Zeile Reihe von 7 lo Optik 11 Reflektor(-Einrichtung;Spiegel) 12 Ultraschall -Sende-Empfangs-Einrichtung 13 Abstand zwischen 11 und 6 14 Rechner (Mikroprozessor) 15 Spalte 16 Führungsschiene(n) 17 Fernsteuermittel 18 (Infrarot-)Sender 19 (lnfrarot-)Empfänger 20 Arbeitsgrube 21 Netzanschluß 22 Versorgungsleitung 23 Meßkopfanschluß 24 Radachse von 2 bzw. 3 25 Hinterradachse(n) 26 27 28 29 3° # = Spurwinkel 31 = Sturzwinkel 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 Leerseite

Claims

Ansprüche I 1. Verfahren zum Bestimmen der räumlichen Winkellage eines oegenstandes, z.B. Spur und Sturz eines Kraftfahrzeugrades, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Meßkopf längs einer Reihe zeitlich und örtlich nacheinander Lichtimpulse ausgesandt, diese Lichtimpulse von dem in einem bestimmten Abstand angeordneten Gegenstand auf eine Reihe von Lichtempfängern reflektiert werden und aus der Zuordnung der Lichtimpuls-Sendequelle zu einem Lichtimpuls-Empfänger durch einen Rechner die relative Winkellage des Gegenstandes zu einer oder zwei Bezugslinien berechnet und angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe der Lichtimpulse aus sendenden Elemente als Zeile und die Reihe der lichtempfangenden Elemente als zur Zeile senkrechtstehende Spalte ausgebildet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des Gegenstandes vom Meßkopf mittels Ultraschallentfernungsmessung bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spurmessung der Ort der emittierenden Lichtimpulsquelle festgelegt wird, deren Impulse aufgefangen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sturzmessung der Ort des empfangen- den Lichtempfängers festgestellt wird, von dem die Lichtimpulse aufgefangen werden.
6. Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Winkellage eines Gegenstandes, insbesondere Spur und Sturz eines Kraftfahrzeugrades, vorzugsweise zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Meßkopf (6) mit mindestens einer Reihe (9) lichtemittierender Elemente (7) und einer Reihe (15) lichtempfangender Elemente (8) mit einer Sammeloptik (10), durch eine mit dem zu vermessenden Gegenstand verbindbare Reflektoreinrichtung (11), wobei die Sammeloptik (10) die vom Reflektor (11) gespiegelten Lichtimpulse der lichtemittierenden Elemente (7) auf die lichtempfangenden Elemente (8) fokusiert, durch eine Sende-Empfangseinrichtung (12) zur Messung des Abstandes (13) zwischen dem Gegenstand bzw. Reflektor (11) und dem Meßkopf (6) bzw. der Optik (10), durch einen Rechner (14) zur Auswertung der Beziehungen zwischen Sendeort und Empfangsort des (der) emittierten Lichtimpulses (Lichtimpulse) und zur Anzeige der gemessenen Winkel , (3 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtemittierende Elemente (
7) Lumineszenzdioden (LED) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 bzw. 7, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfangendes Element (8) eine CCD-Sensorzeile (15) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfangendes Element positionsempfindliche Analog-Sensoren dienen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzdioden (7) in einer Zeile (9) und der CCD-Sensor in einer zu dieser Zeile (9) senkrechten Spalte (15) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Empfangs-Einrichtung (12) zur Abstandsmessung aus einem Ultraschallsender und einem zugeordneten Ultraschallempfänger besteht.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, zum Vermessen der Räder eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rad (2 bis 5) eines Kraftfahrzeuges (1) ein Meßkopf (6) und ein Reflektor (11) zugeordnet ist, daß die den beiden Rädern einer Seite des Kraftfahrzeuges (1) zugeordneten Meßköpfe (6) längs mindestens einer (vorzugsweise zwei) Führungsschiene (n) (16) parallel zum Kraftfahrzeug (1) verschiebbar angeordnet sind und daß den Meßköpfen (6) ein gemeinsam mit den Meßköpfen (6) verbundener Rechner (14) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (16) relativ zueinander verstellbar angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch Fernsteuermittel (17) zur wahlweisen Aktivierung eines oder mehrerer der Meßköpfe (6).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuermittel (17) als an sich bekannte Infrarot- bzw. Ultraschall-Sender- (18) und -Empfangseinheiten (19) ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuer-Empfangseinheit (19) mit Anzeige- mittel für die jeweils gemessenen Winkel bzw. Winkellagen versehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zeilen (9) von Lumineszenzdioden (7) und mehrere Spalten (15) von CCD-Sensoren (8) bzw.

positionsempfindliche Analog-Sensoren matrixartig angeordnet sind.