DE4019694A1

DE4019694A1 - Lichtwellenleiter-sensor

Info

Publication number: DE4019694A1
Application number: DE19904019694
Authority: DE
Inventors: Thomas Wais
Original assignee: MESSGERAETEBAU HUGO MESSERSCHM
Current assignee: MESSGERAETEBAU HUGO MESSERSCHM
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-01-09

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter-Sensor zum Aufnehmen von Lichtstrahlen, insbesondere von Laser strahlen, und zum Weiterleiten der Signale zu einem und Verarbeiten durch einen elektronischen Rechner.

Aus der DE-OS 24 58 559 ist bereits eine selbsttätige Vorrichtung zur Kontrolle der Ausrichtung der Räder von Fahrzeugen bekannt, bei der von einem Projektor ein Licht strahl auf eine am zu vermessenden Rad senkrecht zur Radachse befestigten Reflektorplatte geworfen wird. Bei Vorliegen von Orthogonalitätsbedingungen fällt der Lichtstrahl in einen am Projektor angebrachten Sensor, durch den das Signal an den Rechner weitergegeben wird. Durch Registrieren der bis dahin gemachten Schritte durch einen Schrittmotor, welche von dem Rechner aufgenommen und gespeichert sind, kann der charakte ristische Winkel des Rades zu den senkrecht und parallel zur Bodenfläche verlaufenden Ebenen festgestellt werden. Das Ab tasten erfolgt von einem vorgegebenen Punkt aus in vertikaler und waagerechter Richtung, und zwar zunächst blind, bis der Lichtstrahl auf den Sensor trifft. Erst dann erhält der Rech ner das erste Signal und kann in Tätigkeit treten. Das anfäng liche blinde Suchen des Sensors erfordert erheblich Zeit, die den Meßvorgang unerwünscht verlängert. Dies ergibt in den Werkstätten Wartezeiten, die zu unliebsamen Verzögerungen und Kosten führen. Dies gilt auch für entsprechende Messungen auf anderen Einsatzgebieten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Meßzeit bei hoher Meßgenauigkeit zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß mehrere Lichtwellenleiter zu einem Band nebeneinander angeordnet und über Verbindungselemente mit Fotodioden ver bunden sind, die mit dem Rechner in Verbindung stehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß durch die lineare Ausbildung des Sensors erreicht wird, daß der Suchstrahl bereits vor dem Auftreffen auf den zentralen Lichtwellenleiter auf von diesem entfernt angeordnete Lichtwellenleiter trifft, durch deren Signal der Rechner die Position ermittelt, um dann den Suchstrahl gezielt auf den Mittelpunkt des Sensors zu führen. Der Zeitaufwand zum Finden des Mittelpunktes und somit zum Erstellen des Meß ergebnisses wird somit erheblich verkürzt. Der gesamte Meß vorgang wird daher mit einfachen Mitteln merklich reduziert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Frontansicht des Lichtwellenleiter-Sensors;

Fig. 2 die Draufsicht auf den Sensor gem. Fig. 1;

Fig. 3 die Frontansicht einer weiteren Ausführungsform des Sensors;

Fig. 4 die Frontansicht einer anderen Ausführungsform des Sensors;

Fig. 5 die Draufsicht auf den Sensor gem. Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht des Sensors gem. Fig. 4;

Fig. 7 die Frontansicht auf eine Achsmeßvorrichtung mit dem Lichtwellenleiter-Sensor;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gem. Fig. 7. Der Lichtwellenleiter-Sensor gem. den Fig. 1 und 2 besteht aus mehreren Lichtwellenleitern 1, die linienförmig nebenein ander zu einem Band 2 angeordnet sind. Zur eindeutigen Posi tionierung sind die Lichtwellenleiter 1 auf einer Trägerfolie 3 o. dgl. angebracht, die wiederum in einen Tragkörper 4 ein gebettet ist. Die Lichtwellenleiter 1 enden an der Frontseite bündig mit der Trägerfolie 3 und dem Tragkörper 4. An der Rück seite sind die Lichtwellenleiter 1 aus dem Tragkörper 4 heraus geführt und an Verbindungselemente 5, z. B. Steckverbinder, an geschlossen. Es kann für jeden Lichtwellenleiter 1 ein Verbin dungselement 5 vorgesehen sein, das jeweils mit einer Foto diode 6, welcher ein Verstärker und ein Komparator nachgeschal tet ist, in Verbindung steht. Durch einen Leiter 7 werden die Signale dann einem elektronischen Rechner zugeführt.

Zweckmäßigerweise sind mehrere Lichtwellenleiter 1 ge meinsam einer Fotodiode 6 zugeordnet. Der Sensor ist somit in mehrere Bereiche unterteilt, vorzugsweise in drei Bereiche, und zwar in einen mittleren Innenbereich 8, an den sich bei derseits ein Außenbereich 9 anschließt. Selbstverständlich können beiderseits auch mehrere Außenbereiche 9 vorgesehen sein. Der Innenbereich 8 weist eine geringere Breite auf als die Außenbereiche 9, z. B. 1 mm, während die Außenbereiche 9 eine Breite von z. B. 20 mm besitzen. Die jeweils einander zu geordneten Außenbereiche 9 sind gleichbreit ausgeführt. Für viele Anwendungsbereiche dürften die in dargestellter Weise drei Bereiche ausreichend sein, nämlich mit einem Innenbereich 8 und beiderseits je einem Außenbereich 9, um den erforderli chen Aufwand in Grenzen zu halten.

Es ist ersichtlich, daß der abtastende Lichtstrahl, der vorzugsweise als Laserstrahl ausgebildet ist, bereits im Ab stand vom Zentrum des Sensors auf einen Lichtwellenleiter 1 eines der Außenbereiche 9 des vorzugsweise in einer Bewegungs ebene des Lichtstrahls liegenden Bandes 2 trifft. Durch das dadurch ausgelöste Signal wird dem Rechner mitgeteilt, wo sich die Auftreffstelle befindet und in welche Richtung der Ab taststrahl gelenkt werden muß, um in das Zentrum des Sensors zu gelangen. Um zusätzlich Zeit einzusparen, sind die Abtast schritte in den Außenbereichen 9 größer als im Innenbereich 8. Damit werden diese Außenbereiche 9 in kürzester Zeit abgetastet, um erst im Innenbereich 8 mit kleinen Schritten das Zentrum anzusteuern. Damit ist minimale Abtastzeit bei maximaler Meß genauigkeit gewährleistet.

Selbstverständlich können gem. Fig. 3 auch zwei kreuzweise zueinander angeordnete Bänder 2 und 2′ vorgesehen sein, die, wie beschrieben, in einer Trägerfolie 3 eingebettet sind, die wiederum in einer Trägerplatte 4′ gelagert ist. Der Anschluß und das Suchverfahren entsprechen dem des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und 2, lediglich mit dem Unterschied, daß die Früh erfassung auch bei vertikaler Abtastung bereits in den Außen bereichen des vertikalen Bandes 2′ erfolgt. Grundsätzlich sind die vertikale Mittenebene und die waagerechte Mittenebene gleichberechtigt.

In weiterer Ausgestaltung des Sensors können gem. den Fig. 4 bis 6 auch zwei parallele Bänder 2 vorgesehen sein, bei denen in beschriebener Weise die Lichtwellenleiter 1 ne beneinander in Trägerfolien 3 eingebracht sind, die wiederum gemeinsam in einem Tragkörper 4′′ eingelagert sind. Beide Bän der 2 sind wiederum in einen Innenbereich 8 und beiderseits in einen oder mehrere Außenbereiche 9 unterteilt. Für jeden Bereich ist ein Verbindungselement 5 mit einer Fotodiode 6 vorgesehen. Bei Anordnung von je drei Bereichen 8 und 9 sind somit sechs Fotodioden 6 vorgesehen. Das Abtasten erfolgt in beschriebener Weise, wobei je nach Auftreffen des Abtaststrahls auf einen der Lichtwellenleiter 1 des oberen oder unteren Bandes 2 sowohl die Richtung in der waagerechten als auch in der vertikalen Richtung auf das Zentrum der Bänder 2 signali siert wird. In der Regel ist die Anordnung von zwei parallelen Bändern 2 ausreichend. Natürlich könnte auch eine kreuzweise Anordnung erfolgen, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Lichtwellenleiter-Sensor kann überall dort angewendet werden, wo es darum geht, auf schnelle Weise eine bestimmte Position eines Gegenstandes festzustellen und maßlich, z. B. in Winkelgraden, genau anzugeben. Als Anwendungsbeispiel des Lichtwellensensors ist in den Fig. 7 und 8 eine Vorrichtung (18) zum Feststellen der Achswinkel von Rädern an Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, angedeutet, die im folgenden näher beschrieben wird. In einem nicht dargestellten Rahmen ist ein an der Frontseite offenes Gehäuse 10 um die vertikale und die waagerechte Achse drehbar gelagert. Zum Drehen um die vertikale Achse dient ein an der Decke 10′ am Gehäuse 10 be festigter Schrittmotor 11. Koaxial zu diesem ragt durch den Boden 10′′ des Gehäuses 10 der Austrittstubus 12′ eines Strahl erzeugers 12, vorzugsweise eines Laserstrahl-Erzeugers. In der quer durch das Gehäuse 10 führenden waagerechten, die vertikale Achse kreuzenden Achse ist eine Welle 13 drehbar gelagert, die mit einem Ende an einen Schrittmotor 19 angeschlossen ist. In der Mitte der Welle 13 ist ein im Schnittpunkt der vertikalen und waagerechten Drehachse mit seiner Reflektionsebene liegen der Spiegel 14 vorgesehen.

In der Nähe des Spiegels 14 ist dicht oberhalb oder auch unterhalb, jedoch symmetrisch zur vertikalen Mittenebene, der Lichtwellenleiter-Sensor 15 angeordnet, der in beschriebener Weise ausgebildet und über Verbindungselemente 5 mit Foto dioden 6 verbunden ist, die wiederum durch flexible Leiter 7 an den Rechner angeschlossen sind. Der vom Strahlerzeuger 12 ausgesandte Licht- bzw. Laserstrahl 16 wird so vom Spiegel 14 umgelenkt und trifft auf einen am Rad des zu vermessenden Fahrzeugs senkrecht zur Radachse angebrachten Radspiegel 17, von dem er wieder zurückgeworfen wird, um nach entsprechendem Abtastvorgang durch Drehen des Spiegels 14 um die waagerechte und die vertikale Achse auf den Sensor 15 bzw. dessen Zentrum zu treffen. Mit Hilfe der vom Rechner festgestellten Schritt zahl der Schrittmotoren 11 und 19 kann so der Abweichungswin kel von der jeweiligen Sollstellung festgestellt und der ver messenden Person angezeigt werden. Der durch den Versatz des Sensors 15 von der Mittenachse entstehende Versatzwinkel wird im Rechner berücksichtigt, so daß ein korrektes Meßergebnis abgegeben wird.

Vorzugsweise ist das Band 2 in bzw. parallel zu einer Bewegungsebene des Spiegels 14, also der waagerechten, wie dargestellt, oder der vertikalen Bewegungsebene angeordnet. Natürlich kann auch ein kreuzförmig gem. Fig. 3 ausgebildeter Sensor 15 vorgesehen sein, der dann sowohl in bzw. parallel zu der waagerechten als auch der vertikalen Bewegungsebene des Spiegels 14 gelagert ist. Durch eine derartige Anordnung des Sensors 15 kann die Auswertung der Signale vereinfacht werden.

Um die Suchzeit noch weiter zu reduzieren, können die Ab tastschritte außerhalb des Bandes 2 in ihrer Länge etwas kürzer als die Breite des Bandes 2 ausgebildet sein, um nach Auftref fen auf irgendeinen Lichtwellenleiter 1 des Bandes 2 auf eine erheblich kleinere Schrittlänge verkürzt zu werden. Auf diese Weise wird der Suchstrahl in kürzester Zeit auf das Band 2 ge führt und dort auf dessen Zentrum gelenkt.

Claims

1. Lichtwellenleiter-Sensor zum Aufnehmen von Lichtstrahlen, insbesondere von Laserstrahlen, und zum Weiterleiten der Signale zu einem und Verarbeiten durch einen elektroni schen Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Licht wellenleiter (1) zu einem Band (2) nebeneinander angeord net und über Verbindungselemente (5) mit Fotodioden (6) verbunden sind, die mit dem Rechner in Verbindung stehen.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei Bänder (2) vorgesehen sind, die parallel und in geringem Abstand zueinander ange ordnet sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Bänder (2, 2′) von Lichtwellenleitern (1) kreuzförmig zueinander angeordnet sind.

4. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von mehreren parallelen Bändern (2) der Abstand zwischen den Bändern (2) etwa 1 mm beträgt.

5. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Band (2) in mehrere, vorzugsweise drei Bereiche (8, 9) unterteilt ist und jeder Bereich (8, 9) mit einer Fotodiode (6) verbunden ist.

6. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer Innenbereich (8) vorgesehen ist, an den sich beiderseits mindestens ein Außenbereich (9) anschließt.

7. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbereich (8) eine geringere Breite aufweist als die Außenbereiche (9).

8. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an beiden Seiten des Innenbereichs (8) angeordneten, einander zugeordneten Außenbereiche (9) die gleiche Breite aufweisen.

9. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbereich (8) etwa die Breite von 1 mm und die Außenbereiche (9) etwa die Breite von 20 mm aufweisen.

10. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschritte zum Er fassen des Bandes (2) im Bereich außerhalb des Bandes (2) in ihrer Länge etwas kleiner als die Breite des Bandes (2) und innerhalb des Bandes (2) vorzugsweise erheblich kleiner ausgebildet sind.

11. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (1) jedes Bandes (2) auf einer Trägerfolie (3) fixiert sind und die Bänder (2) mittels Tragkörper (4) in parallelem und dichtem Abstand zueinander positioniert sind.

12. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Anordnung in einer Vorrichtung (18) zum Messen der Achswinkel an Rädern von Kraftfahr zeugen.

13. Sensor nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Anord nung in einem um die vertikale Achse durch einen Schritt motor (11) drehbaren Gehäuse (10), in dem ein um eine waagerechte Achse durch einen Schrittmotor (19) drehbarer und im Schnittpunkt der vertikalen und waagerechten Achse mit seiner Reflektionsebene liegender Spiegel (14) vorge sehen ist, wobei in der vertikalen Achse der Strahler zeuger (12) und in der zur waagerechten und vertikalen Achse senkrechten Achse der Sensor (15) angeordnet ist.

14. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 12 und 13, gekennzeichnet durch die Anordnung in der Nähe des Spiegels (14).

15. Sensor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Anord nung des Sensors (15) dicht oberhalb oder unterhalb in vertikalen Mittenebene des Spiegels (14).

16. Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch die Anordnung des Bandes (2) in bzw. parallel zu einer Bewegungsebene des Spiegels (14).