DE4134148A1 - Verfahren und vorrichtung zur lageerkennung licht reflektierender gegenstaende - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft grundsätzlich ein Verfahren zur Lageer­ kennung Licht reflektierender Objekte, wobei von einem Licht­ sender ausgesandtes und am Objekt zumindest teilweise reflek­ tiertes Licht von einem Lichtdetektor detektiert wird.

Verfahren der in Rede stehenden Art sind auf den unterschied­ lichsten Gebieten in zahlreichen Variationen bekannt. So han­ delt es sich beispielsweise beim Lesen sogenannter Barcodes um ein solches Verfahren. Allerdings wird hier weniger die Lage eines Objekts als vielmehr die Anordnung bzw. Reihenfolge der Strichcodierungen detektiert.

So ist weiter aus der europäischen Patentschrift 00 39 143 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der dreidimensiona­ len Form eines Objekts bekannt. Bei diesem Verfahren ist we­ sentlich, daß ein Lichtstrahl von einem Lichtsender zu einem Lichtempfänger geleitet wird und daß die Detektion des Lichtes gegenüber einer durch das Objekt hervorgerufenen Lichtstrahlun­ terbrechung registriert wird. Auf diese Weise wird bei raster­ förmigem Abtasten eines Meßfeldes das Objekt hinsichtlich sei­ ner Kontur definiert. Jedenfalls wird nach dem bekannten Ver­ fahren lediglich festgestellt, ob das zu ermittelnde Objekt den Strahlengang im Verlaufe des Abtastrasters unterbricht oder den Strahl zum Detektor durchläßt.

Desweiteren ist aus der internationalen Veröffentlichung WO 89/12 811 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem an dem zu prüfenden Kraftfahrzeug Lichtdetektoren angebracht sind. Vom Lichtsender aus wird dann das Licht in Richtung des Kraftfahr­ zeugs ausgesendet, so daß beim Auftreffen des Lichts auf die Lichtdetektoren eine Treffermeldung an einen Prozessor erfolgt.

Die Lage der Lichtdetektoren bzw. eine Veränderung der Lage der Lichtdetektoren läßt sich somit feststellen.

Die aus der Praxis bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Lageerkennung von Objekten jeglicher Art, sind jedoch insoweit problematisch, als sie einen erheblichen apparativen Aufwand sowie erhebliche Rüstzeit erfordern. Zur Erkennung der Lage des Objektes ist es nämlich nach den bekannten Verfahren zwingend erforderlich, entweder auf der dem Lichtsender gegenüberliegen­ den Seite des Objekts einen gesonderten Lichtempfänger anzuord­ nen oder das Objekt selbst mit einem entsprechenden Lichtemp­ fänger auszustatten. Einerseits der sich dadurch ergebende er­ hebliche Raumbedarf zur Durchführung des Verfahrens, anderer­ seits der zwingend erforderliche apparative Aufwand lassen die bekannten Verfahren insbesondere zur schnellen und kostengün­ stigen Anwendung als ungeeignet erscheinen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung Licht re­ flektierender Objekte anzugeben, wobei zur Durchführung des Verfahrens nur ein geringer apparativer Aufwand sowie ein nicht allzu großer Raumbedarf erforderlich ist. Darüberhinaus soll das Verfahren sowie die Vorrichtung insbesondere zur Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs geeignet sein, wobei hier die zeitabhängige Lage der Kraftfahrzeugkarosserie zu detektie­ ren ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruches 1. Danach weist das Verfahren zur Lageerkennung Licht reflektierender Objekte, wo­ bei von einem Lichtsender ausgesandtes und am Objekt zumindest teilweise reflektiertes Licht von einem Lichtdetektor detek­ tiert wird, im wesentlichen folgende Verfahrensschritte auf:

Zunächst wird Licht durch einen Lichtsender ausgesendet, wobei es sich hier vorzugsweise um gebündelte Lichtstrahlen handelt. Das Licht wird durch einen drehbeweglichen Spiegel in Richtung des hinsichtlich der Lage zu erkennenden Objekts abgelenkt und auf eine vorgegebene Meßstrecke aufgefächert, so daß an der Oberfläche des Objekts ein entsprechend der Winkelstellung des Spiegels über die Meßstrecke mit vorgebbarer Frequenz, vorzugs­ weise linear abtastender Lichtpunkt entsteht. Gegebenenfalls wird das Licht durch eine sogenannte Sendeoptik vor oder nach dem Spiegel gebündelt bzw. fokussiert. Am Objekt selbst wird dann das auftreffende Licht direkt durch die Oberfläche des hinsichtlich der Lage zu erkennenden Objekts reflektiert und gegebenenfalls mittels einer Empfangsoptik gebündelt und fokus­ siert. Danach wird das reflektierte Licht mittels des Lichtde­ tektors detektiert bzw. gegebenenfalls analysiert.

Erfindungsgemäß ist demnach erkannt worden, daß die Lage eines Objektes durch Reflexion des ausgesandten Lichtes direkt an der Oberfläche des Objekts erkannt werden kann. Je nach Oberflä­ chenstruktur wird nämlich das Licht mit unterschiedlicher In­ tensität, d. h. stärker oder schwächer, reflektiert. Diese In­ tensitätsunterschiede können bei bekannter Oberflächenstruktur zur eindeutigen Identifizierung der Lage des Objekts dienen. Wesentlich ist jedenfalls, daß das Licht direkt an der Oberflä­ che des hinsichtlich der Lage zu erkennenden Objekts reflek­ tiert wird und daß keine zusätzlichen Reflektoren oder dgl. am Objekt angebracht werden müssen. Auch geringe Reflexionen las­ sen sich durch entsprechende Lichtdetektoren mühelos und repro­ duzierbar detektieren. Folglich lassen sich nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren Lichtsender und Lichtdetektor eng bei­ einander, d. h. in einer einzigen apparativen Einrichtung, an­ ordnen. Der zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Raum ist somit recht gering. Auch ist der apparative Aufwand insoweit erheblich reduziert, als am Objekt selbst keine Lichtde­ tektoren anzubringen sind.

In besonders vorteilhafter Weise wird das direkt durch die Oberfläche des Objekts reflektierte Licht über die gesamte Meß­ strecke hinweg hinsichtlich der Lichtintensität detektiert. Sprünge im Signalverlauf des Lichtdetektors werden dann als Übergänge in der Oberflächenstruktur des Objekts oder als Ob­ jektanfang oder Objektende erkannt. Mit anderen Worten läßt sich das Objekt sowohl hinsichtlich seiner durch unterschiedli­ ches Reflexionsvermögen gestalteten Oberfläche als auch hin­ sichtlich des jeweiligen Objektanfangs und Objektendes detek­ tieren. Folglich läßt sich über die Meßstrecke hinweg ein In­ tensitätsprofil des reflektierten Lichts festlegen, so daß zur Lageerkennung nicht nur einzelne Punkte, sondern vielmehr das gesamte Intensitätsprofil der Meßstrecke herangezogen werden kann.

Alternativ oder ergänzend zu der Detektion der Lichtintensität des reflektierten Lichts kann auch das von der Lichtquelle aus­ gesandte Licht phasenmoduliert und das vom Objekt reflektierte Licht hinsichtlich der über die Meßstrecke durch unterschiedli­ che Distanzen zwischen Objekt und Detektor auftretenden Phasen­ verschiebung detektiert werden. Mit anderen Worten werden un­ terschiedliche Laufzeiten des Lichts zwischen der die Reflexion bewirkenden Oberfläche des Objekts und dem Detektor berücksich­ tigt. Dies bedeutet wiederum, daß ein Oberflächenrelief des Ob­ jekts aufgrund unterschiedlicher Distanzen einzelner Punkte am Objekt zu dem Lichtsensor in besonders vorteilhafter Weise er­ kannt werden können. Insoweit spielen Streustrahlungen bzw. Lichteinflüsse aus der Umgebung eine nur untergeordnete Rolle. Die detektierten Phasenverschiebungen werden demnach - wie bei der Detektion der Lichtintensität - als Übergänge in der Ober­ flächenstruktur des Objekts oder als Objektanfang oder Objekt­ ende erkannt.

In weiter vorteilhafter Weise wird die Meßstrecke bzw. die Ab­ taststrecke, d. h. der Bereich, in dem der Lichtpunkt am Objekt vorzugsweise linear wandert, bei vorgegebener Entfernung des Lichtsenders zum Objekt durch eine dem Lichtsender nachgeord­ nete Blende oder dgl. begrenzt. Diese Blende bewirkt, daß das Auffächern des Lichts durch den drehbeweglichen Spiegel ledig­ lich in einem bestimmten Winkelbereich zum Objekt gelangen kann, wodurch in Abhängigkeit von der Distanz zwischen Spiegel und Blende bzw. Blende und Objekt die Meßstrecke bzw. Abtast­ strecke definiert wird.

Hinsichtlich der Weiterverarbeitung bzw. Auswertung des am Aus­ gang des Lichtdetektors anliegenden Signals ist es von Vorteil, wenn dieses einer Auswerteelektronik zugeführt wird. Dort kann dieses Signal moduliert verstärkt und mit Referenzwerten verg­ lichen werden, wobei es sich hier vorzugsweise um das gleiche Objekt betreffende Referenzwerte handelt, so daß die Lage des Objekts durch Vergleichen des gesamten "Meßmusters" erfolgt.

Damit nun der Abtastung über die Meßstrecke hinweg auch eine bestimmte Strecke am Objekt zugeordnet werden kann, wird in be­ sonders vorteilhafter Weise die Zeit eines von einem im Strah­ lengang angeordneten weiteren Detektor ausgelösten Startimpul­ ses bis zum definierten Sprung des Ausgangssignals im Signal­ verlauf über eine Zähllogik ermittelt. Dieser weitere Lichtde­ tektor detektiert also - wie der originär zur Lageerkennung dienende Lichtdetektor - direkt vom Objekt reflektiertes Licht. Sobald dieser Detektor reflektiertes Licht feststellt, oder nach einer vorgebbaren zeitlichen Verzögerung des ersten Emp­ fangens reflektierten Lichts löst dieser Detektor den Startim­ puls zum Beginn der Messung bzw. des Abtastens über die Meß­ strecke hinweg aus. Jeder definierte Sprung des Ausgangssi­ gnals, d. h. jede Änderung entweder in der Intensität des re­ flektierten Lichts oder jede ermittelte Phasenverschiebung im Signalverlauf läßt sich über die Zähllogik zeitlich definieren, so daß im zeitlichen Signalverlauf diese Intensitätssprünge bzw. Änderungen in der Phasenverschiebung lokalisierbar sind. Der über die Zähllogik ermittelten Zeit wird dann über einen entsprechenden Kalibrierfaktor eine - abgetastete - Strecke zu­ geordnet. Folglich wird bei gegebener Meßanordnung vorgegeben, in welcher Zeit eine bestimmte Strecke der Meßstrecke abgeta­ stet wird und welcher Distanz dies am Objekt entspricht. Der Kalibrierfaktor wird durch Abtasten des um eine vorgegebene Strecke linear bewegten Objekts ermittelt und in einem Daten­ speicher abrufbar abgelegt. Dieser Kalibrierfaktor ist jeden­ falls am Objekt selbst zu ermitteln, so daß bei gegebener Meßanordnung der Signalverlauf den vom Lichtpunkt zurückgeleg­ ten Strecken zugeordnet werden kann. Ebenso ist es denkbar, daß zur Kalibrierung ein Referenzobjekt verwendet wird, wobei die­ ses Referenzobjekt gleichermaßen zur Meßeinrichtung beabstandet sein muß.

In weiter vorteilhafter Weise können die über die Meßstrecke erhaltenen Ausgangssignale mit in einem Datenspeicher abgeleg­ ten, dem Oberflächenmuster eines Referenzobjektes entsprechen­ den Ausgangssignalen des Lichtdetektors verglichen werden. Die Lage des Objekts würde dann aufgrund eines Vergleichs der die Meßstrecke insgesamt betreffenden Ausgangssignale ermittelt werden. Anstelle des Referenzobjekts könnte es sich hierbei auch um das Objekt selbst handeln, das im Rahmen eines Kali­ briervorgangs bzw. einer sogenannten Nullmessung "aufgenommen" bzw. vermessen wird. Wie bereits zuvor erwähnt, würde die La­ geerkennung dann aufgrund der Ausgangssignale über die gesamte Meßstrecke hinweg erfolgen, wodurch die Fehlerwahrscheinlich­ keit aufgrund eines jeweils typischen Abtastmusters wesentlich verringert ist.

Bei dem ausgesandten Licht handelt es sich insbesondere zur Re­ alisierung eines abtastenden Lichtpunktes mit sehr kleinem Durchmesser um einen Laserstrahl, d. h. um monochromatisches, kohärentes Licht mit hoher Energiedichte, das stark gebündelt ist und nur wenig divergiert. Die direkte Abtastung des Objek­ tes erfolgt dann entsprechend nach dem für sich bekannten La­ serscannerprinzip. Auch hier ist - reflektiert an den voranste­ hend erörterten Merkmalen - wesentlich, daß der Laserstrahl bzw. der auf der Meßstrecke wandernde Laser-Lichtpunkt direkt durch die Oberfläche des Objekts reflektiert wird, so daß keine weiteren apparativen Ausrüstungen bzw. keine Manipulationen am Objekt erforderlich sind.

Weiter erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Prüfung von Stoß­ dämpfern eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei die Eintauch­ tiefe bzw. das Einschwingen des Kraftfahrzeugs nach einem Fall aus vorgegebener Höhe nach Eindrücken der Stoßdämpfer oder nach Anheben der Karosserie ermittelt und mit der Qualität der Stoß­ dämpfer korreliert wird. In erfindungsgemäßer Weise wird zur zeitabhängigen Lageerkennung der Karosserie während des Ein­ schwingens ein über eine definierte Meßstrecke am Kraftfahrzeug reflektierter Lichtstrahl gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 detektiert.

In besonders vorteilhafter Weise erstreckt sich die gemäß vor­ anstehender Erörterung definierte bzw. gebildete Meßstrecke im wesentlichen parallel zur Stoßdämpferachse zumindest teilweise über den Kotflügel und das Rad. Dies hat zur Folge, daß der ab­ tastende Lichtpunkt im Bereich der Meßstrecke sowohl den Kot­ flügel als auch das Rad abtastet. Insbesondere der Übergang zwischen Kotflügel und Rad ergibt eine gänzlich andere Reflexion oder gar Absorption des Lichts. Gleiches gilt für den Rei­ fen. Der Übergang zwischen Reifen und Felge liefert dann wieder einen erheblichen Signalsprung, so daß zumindest bei intensi­ tätsmäßiger Detektion dieser Übergang eindeutig feststellbar ist. Anhand der sich so ergebenden Fixpunkte auf der Meßstrecke läßt sich die Lage des Kraftfahrzeugs insgesamt eindeutig nach­ weisen.

Zum Kalibrieren bzw. zur Ermittlung eines von einem Referenz­ punkt am Kraftfahrzeug zurückgelegten Weges entsprechend unter­ schiedlicher Lokalisierungen von identischen Ausgangssignalen wird das zu prüfende Fahrzeug um eine definierte Strecke ange­ hoben oder heruntergedrückt. Dabei wird der Bereich der Meß­ strecke insgesamt abgetastet und somit der Zeitverlauf der Aus­ gangssignale ermittelt. Über den zeitlichen Signalverlauf läßt sich somit unter Berücksichtigung des gewonnenen Kalibrierungs­ faktors entsprechend voranstehender Erörterung eine zwischen zwei markanten Punkten bzw. Fixpunkten abgetastete Strecke und somit auch eine von einem Fixpunkt durch die Bewegung des Kraftfahrzeugs zurückgelegte Strecke eindeutig bestimmen.

In weiter vorteilhafter Weise wird das lichtoptische Abtaster­ gebnis eines Kraftfahrzeugtyps, insbesondere eines Kraftfahr­ zeugtyps mit ordnungsgemäßen neuen Stoßdämpfern, bzw. werden die entsprechenden Ausgangssignale des Lichtdetektors im Sinne eines Meßmusters zum steten Vergleich mit Ausgangssignalen des Lichtdetektors aus jeweiligen Prüfungen in einem Datenspeicher abgelegt. Die Lage des Kraftfahrzeugs wird dann anhand eines Vergleichs des aus der Prüfung fließenden Abtastmusters mit dem Meßmuster erkannt. Hier dienen dann nicht nur bestimmte mar­ kante Intensitätsübergänge, d. h. Fixpunkte, zur Lageerkennung, sondern wird vielmehr das komplette Abtastmuster hinzugezogen, wodurch sich die Lageunterschiede bzw. die Lageänderungen in der Ausschwingphase eindeutig erkennen lassen.

Hinsichtlich einer optischen Überprüfung der Messung bzw. des Ausschwingens des Kraftfahrzeuges ist es von besonderem Vor­ teil, wenn das als Referenz dienende Meßmuster dem aus der je­ weiligen Prüfung fließenden Abtastmuster in graphischer Dar­ stellung der Ausgangssignale auf einem Monitor, einem Plotter oder Drucker zum Vergleich überlagerbar ist. Auch könnte der zeitliche Ablauf des Einschwingverhaltens in bestimmten Zeitab­ ständen durch Überlagerung der sich jeweils ergebenden Abtast­ muster erfolgen, so daß die im Zeitablauf erfolgende Lageände­ rung stets überwacht werden kann. Zur vereinfachten Darstellung könnte ein besonders markanter Punkt eines Intensitätsunter­ schieds des reflektierten Lichts, beispielsweise der Übergang zwischen Kotflügel und Radkasten, im Bewegungsablauf darge­ stellt werden, so daß dadurch das Ausschwingverhalten durch je­ weils nur einen Meßpunkt zu einer Ausschwingkurve zusammenge­ setzt und so dargestellt wird.

Insbesondere hinsichtlich eines automatischen Prüfens von Stoß­ dämpfern ist es von besonderem Vorteil, wenn der Meßvorgang nach Anheben oder Niederdrücken des Kraftfahrzeugs zur Kali­ brierung des Meßsystems mit dem Fallenlassen des Kraftfahrzeugs automatisch erfolgt. Dieser Meßvorgang kann dann beispielsweise die gesamte Ausschwingphase des Kraftfahrzeugs umfassen, wobei die Messung bzw. Lichtdetektion entsprechend voranstehender Ausführungen erfolgt.

Nun werden beispielsweise beim TÜV oder in Autowerkstätten täg­ lich zahlreiche Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Funktionsfähig­ keit ihrer Stoßdämpfer überprüft. Folglich wäre es insbesondere im Hinblick auf eine eindeutige Zuordnung der Meßergebnisse zu den jeweils geprüften Kraftfahrzeugen von besonderem Vorteil, wenn diese gleich bei der Messung bzw. Prüfung identifiziert werden könnten. Dazu könnte vorzugsweise am Rand der Meß­ strecke, insbesondere am Kotflügel des Kraftfahrzeugs, ein lichtlesbares Identifizierungsmerkmal angebracht sein. Dabei könnte es sich in weiter vorteilhafter Weise um einen sogenann­ ten Barcode handeln, der beispielsweise auf der Vorderseite ei­ ner Magnetfolie aufgedruckt sein könnte, die wiederum einfach am Kotflügel lösbar angeheftet werden kann. Das Lesen des Bar­ codes würde dann über den gleichen Lichtdetektor erfolgen, der auch sonstige unterschiedlich reflektierende Bereiche hinsicht­ lich der reflektierten Lichtintensität oder hinsichtlich der auftretenden Phasenverschiebung detektiert.

Zur Durchführung des zuvor erörterten Verfahrens wird die hier zugrundeliegende Aufgabe des weiteren durch die Merkmale des Patentanspruches 18 gelöst. Danach ist eine Vorrichtung zur La­ geerkennung Licht reflektierender Objekte, insbesondere zur La­ geerkennung der Kraftfahrzeugkarosserie bei der Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit ei­ nem Lichtsender zum Aussenden von Licht zu dem Objekt, einem drehbeweglichen Spiegel zum Ablenken und Auffächern des Lichts zum Objekt hin, gegebenenfalls einer dem Lichtsender und Spiegel nachgeordneten Sendeoptik zum Bündeln bzw. Fokussieren des aus­ gesandten Lichts zur Vorgabe der Meßstrecke, gegebenenfalls einer Empfangsoptik zum Bündeln und Fokussieren des reflektierten Lichts und einem Lichtdetektor zum Detektieren des reflektier­ ten Lichts ausgestattet.

In erfindungsgemäßer Weise wird das Licht direkt an der Ober­ fläche des Objekts reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann über die gesamte Meßstrecke hinweg hinsichtlich der Licht­ intensität und/oder hinsichtlich auftretender Phasenunter­ schiede detektiert, so daß Sprünge im Signalverlauf des Licht­ detektors als Übergänge in der Oberflächenstruktur des Objekts oder als Objektanfang bzw. Objektende erkennbar sind. Wesent­ lich ist hier jedenfalls, daß einerseits das vom Lichtsender ausgesandte Licht direkt von der Oberfläche des Objekts reflek­ tiert wird, daß also keine weiteren Vorkehrungen zur Reflexion des Lichts vorgesehen sind, und daß die gesamte Meßstrecke hin­ sichtlich der Lichtintensität oder auftretender Phasenunter­ schiede detektierbar ist, so daß nicht nur einzelne Meßpunkte, sondern das gesamte Meßmuster zur Beurteilung der Lage des Ob­ jekts herangezogen werden.

Zur Vorgabe bzw. Begrenzung der Meßstrecke, d. h. zum Definieren der am Objekt abzutastenden Strecke, ist dem Lichtsender und gegebenenfalls dem Spiegel eine Blende nachgeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine einfache Lochblende handeln.

Des weiteren ist dem Lichtdetektor in vorteilhafter Weise eine Auswerteelektronik nachgeschaltet, so daß das am Ausgang des Lichtdetektors anliegende Signal in der Auswerteelektronik ge­ gebenenfalls moduliert, verstärkt und mit Referenzwerten ver­ glichen werden kann. Diese Auswerteelektronik enthält entspre­ chend mindestens einen den Vergleich durchführenden Prozessor.

In weiter vorteilhafter Weise ist im Strahlengang des Lichts ein zweiter Lichtdetektor vorgesehen, der zur Auslösung eines Startimpulses dient. Ober eine in der in der Auswerteelektronik implizierte Zähllogik ist dann die Zeit vom Auslösen des Start­ impulses bis hin zu einem definierten Sprung des Ausgangssi­ gnals des Lichtdetektors - ungeachtet welcher Natur - ermittel­ bar. Auch insoweit wird auf die das Verfahren betreffenden Aus­ führungen verwiesen.

Des weiteren ist ein Datenspeicher zum Speichern und Lesen von Kalibrierungsfaktoren vorgesehen. Die Kalibrierungsfaktoren dienen zur Berechnung einer abgetasteten Strecke aus der über die Zähllogik ermittelten Zeit. Folglich wird mittels der Kali­ brierungsfaktoren von der vom Lichtpunkt zurückgelegten Zeit auf die entsprechende Strecke geschlossen. Entsprechend läßt sich auch der von der Kraftfahrzeugkarosserie während des Aus­ schwingens zurückgelegte Weg ermitteln.

In besonders vorteilhafter Weise dient der für den Kalibrie­ rungsfaktor zur Verfügung gestellte Datenspeicher auch zur Speicherung von Referenzmessungen betreffend Ausgangsdaten des Lichtdetektors. Diese Ausgangsdaten sind dann mittels eines Prozessors mit Ausgangsdaten aktueller Abtastmuster vergleich­ bar, so daß die Lageerkennung aufgrund eines Vergleichs kom­ pletter Abtastmuster erfolgt.

Insbesondere und in insoweit vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem hinsichtlich seiner Lage zu erkennenden Objekt um ein Kraftfahrzeug. Entsprechend sind der Lichtsender, der Spie­ gel, die Sendeoptik und gegebenenfalls die Blende derart zum Kraftfahrzeug ausgerichtet und zum Kraftfahrzeug entsprechend beabstandet, daß sich die Meßstrecke im wesentlichen parallel zur Stoßdämpferachse und zumindest teilweise über den Kotflügel und das Rad erstreckt. Insoweit ist ein direkter Bezug zu dem zu prüfenden Stoßdämpfer hergestellt und die Relativbewegung zwischen Karosserie und Rad bzw. Felge dient zur Beurteilung der Stoßdämpferqualität, indem nämlich dadurch das Ausschwing­ verhalten der Karosserie überprüft werden kann.

Schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein zur Identifizierung des zu prüfenden Kraftfahrzeugs dienendes Zube­ hör auf, nämlich ein Identifizierungsmerkmal zur Anbringung an den Kotflügel des Kraftfahrzeugs. Dieses Identifizierungsmerk­ mal dient zur lichtoptischen Identifizierung des Kraftfahrzeugs und wird in weiter vorteilhafter Weise von dem gleichen Licht­ sensor gelesen, der auch die voranstehend erläuterte Messung über die Meßstrecke hinweg durchführt. Entsprechend ist das Identifizierungsmerkmal irgendwo im Bereich der Meßstrecke an­ zuordnen, vorzugsweise am oberen oder unteren Ende der Meß­ strecke.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 11 und 17 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfin­ dung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lageerkennung Licht reflektierender Objekte am Bei­ spiel der Lageerkennung der Kraftfahrzeugkarosserie bei der Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahr­ zeugs,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein zweites Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lageerkennung Licht reflektierender Objekte am Beispiel der Lageerkennung der Kraftfahrzeugkarosse­ rie bei der Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahr­ zeugs,

Fig. 3 in einem Blockschaltbild, schematisch, die funktio­ nelle Verknüpfung der einzelnen Funktionselemente der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen und

Fig. 4 in einem Diagramm die lichtoptisch ermittelte Verschiebung von Fixpunkten beim Niederdrücken des Kraftfahrzeugs bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils für sich eine Vorrichtung zur Lageerkennung Licht reflektierender Objekte, wobei es sich hier um die Lageerkennung einer Kraftfahrzeugkarosserie 1 bei der Prüfung von in den Figuren nicht gezeigten Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs handelt. Die in Rede stehenden Figuren zeigen deut­ lich einen Lichtsender 2 zum Aussenden von Licht bzw. Licht­ strahlen 3 zu dem Objekt bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie 1. Bei dem Lichtsender 2 handelt es sich im hier gewählten Ausfüh­ rungsbeispiel um einen Laser. Zum Ablenken und Auffächern des Lichts zur Kraftfahrzeugkarosserie 1 hin ist ein drehbewegli­ cher Spiegel 4 vorgesehen. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ist zwischen dem Lichtsender 2 und dem Spiegel 4 eine als Kollimator bezeichnete Sendeoptik 5 zum Bündeln bzw. Fokussieren des ausgesandten Lichts vorgesehen. Wäre die Sende­ optik 5 dem Spiegel 4 nachgeordnet, so diente die Sendeoptik 5 auch zur Vorgabe der als Meßstrecke 6 bezeichneten Abtast­ strecke. Des weiteren ist eine Empfangsoptik 7 zum Bündeln und fokussieren des reflektierten Lichts vorgesehen, wobei diese Empfangsoptik 7 nicht zwingend erforderlich ist. Schließlich dient ein Lichtdetektor 8 zum Detektieren des reflektierten Lichts.

Darüber hinaus ist in Fig. 2 angedeutet, daß der Spiegel 4 durch einen Motor 9 drehangetrieben ist. Sowohl die Drehzahl des Motors 9 als auch die Anzahl der im hier gewählten Ausfüh­ rungsbeispiel in etwa ringförmig angeordneten Spiegelflächen 10 sind für die Wiederholfrequenz der Abtastung im Bereich der Meßstrecke 6 verantwortlich.

Erfindungsgemäß wird das Licht bzw. werden die Lichtstrahlen 3 direkt an der Oberfläche 11 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 bzw. der Felge 12 reflektiert. Das reflektierte Licht wird über die gesamte Meßstrecke 6 hinweg entweder hinsichtlich der Lichtin­ tensität und/oder hinsichtlich auftretender Phasenunterschiede detektiert. Sprünge im Signalverlauf des Lichtdetektors 8 wer­ den entsprechend als Übergänge der Oberflächenstruktur, der Kraftfahrzeugkarosserie 1 bzw. der Felge 12 oder als Anfang bzw. Ende der Kraftfahrzeugkarosserie 1 bzw. der Felge 12 er­ kannt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen des weiteren, daß dem Lichtsender 2 und dem Spiegel 4 eine Blende 13 zur Vorgabe bzw. Begrenzung der Meßstrecke 6 nachgeordnet ist.

Fig. 3 zeigt im Rahmen eines möglichen Schaltprinzips, daß das am Ausgang des Lichtdetektors 8 anliegende Signal einer Auswer­ teelektronik 14 zugeführt wird. Dort wird das Ausgangssignal gegebenenfalls moduliert, verstärkt und - falls erwünscht - mit Referenzwerten verglichen.

Des weiteren ist im Strahlengang des Lichts ein weiterer Licht­ detektor 15 angeordnet, der zur Auslösung eines Startimpulses dient. Über eine in der Auswerteelektronik 14 implizierte oder gesondert vorgesehene Zähllogik 16 wird die Zeit vom Auslösen des Startimpulses bis hin zu einem definierten Sprung des Aus­ gangssignals, d. h. bis hin zu einer definierten Minderung der Lichtintensität oder bis hin zum Auftreten einer definierten Phasenverschiebung, ermittelt. Ebenso kann - wie in Fig. 2 dar­ gestellt - ein dritter Lichtdetektor 17 vorgesehen sein, der ein Endesignal zur Begrenzung der Meßstrecke auslöst. Ein Da­ tenspeicher 18 dient zum Speichern und Lesen von Kalibrierungs­ faktoren, wobei die Kalibrierungsfaktoren zur Berechnung einer abgetasteten Strecke aus der über die Zähllogik 16 ermittelten Zeit dient. Der Datenspeicher 18 könnte auch zur Speicherung von Referenzmessungen betreffenden Ausgangsdaten des Lichtde­ tektors 15 dienen. Diese Ausgangsdaten könnten dann mittels ei­ nes Prozessors mit Ausgangsdaten aktueller Abtastmuster ver­ gleichbar sein.

Schließlich könnte an den Kotflügel 19, an den Reifen 20 oder an die Felge 12 ein Identifizierungsmerkmal 21 angebracht wer­ den, das zur lichtoptischen Identifizierung des Kraftfahrzeugs dient. Im hier gewählten Ausführungsbeispiel ist das Identifi­ zierungsmerkmal 21 am Kotflügel 19 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angebracht.

Fig. 4 zeigt geplottete Meßergebnisse an einer Kraftfahrzeugka­ rosserie in zwei Positionen, d. h. zwei Serien von Ausgangsspan­ nungen des Lichtdetektors 8 über die gesamte Meßstrecke hinweg, wobei die Kotflügelkante bzw. der Übergang vom Kotflügel zum Reifen als besonders markanter Intensitätssprung erkennbar ist. Der Abstand zwischen den entsprechenden Peaks entspricht dem von der Kraftfahrzeugkarosserie durchgeführten Hub.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Aus­ führungen im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, daß die voranste­ hende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die gewählten Ausführungsbeispiele einschränkt.

Bezugszeichen

 1 Objekt/Kraftfahrzeugkarosserie
 2 Lichtsender
 3 Lichtstrahl
 4 Spiegel
 5 Sendeoptik
 6 Meßstrecke
 7 Empfangsoptik
 8 Lichtdetektor
 9 Motor (des Spiegels)
10 Spiegelfläche
11 Oberfläche (des Objekts)
12 Felge
13 Blende
14 Auswerteelektronik
15 Lichtdetektor (für den Startimpuls)
16 Zähllogik
17 Lichtdetektor (für den Endimpuls)
18 Datenspeicher
19 Kotflügel
20 Reifen
21 Identifizierungsmerkmal

Claims (25)

1. Verfahren zur Lageerkennung Licht reflektierender Objekte, wobei von einem Lichtsender (2) ausgesandtes und am Objekt (1) zumindest teilweise reflektiertes Licht von einem Lichtdetektor (8) detektiert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Aussenden des Lichts durch den Lichtsender (2);
Ablenken des Lichts durch einen drehbeweglichen Spiegel (4) in Richtung des Objekts (1) und Auffächern des Lichts auf eine vorgegebene Meßstrecke (6), so daß an der Oberfläche (11) des Objekts (1) ein entsprechend der Winkelstellung des Spie­ gels (4) über die Meßstrecke (6) mit vorgebbarer Frequenz vor­ zugsweise linear abtastender Lichtpunkt entsteht;
ggf. Bündeln bzw. Fokussieren des Lichts durch eine Sen­ deoptik (5) vor oder nach dem Spiegel (4);
zumindest teilweises Reflektieren des Lichts direkt durch die Oberfläche (11) des hinsichtlich der Lage zu erken­ nenden Objekts (1);
ggf. Bündeln bzw. Fokussieren des durch die Oberfläche (11) des Objekts (1) reflektierten Lichts mittels einer Emp­ fangsoptik (7);
Detektieren des reflektierten Lichts mittels des Lichtde­ tektors (8).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierte Licht über die gesamte Meßstrecke (6) hinweg hin­ sichtlich der Lichtintensität detektiert wird, wobei Sprünge im Signalverlauf des Lichtdetektors (8) als Übergänge in der Ober­ flächenstruktur des Objekts (1) oder als Objektanfang oder Ob­ jektende erkannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und ggf. nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das von dem Lichtsender (2) ausge­ sandte Licht phasenmoduliert ist und daß das reflektierte Licht hinsichtlich der über die Meßstrecke (6) durch unterschiedliche Distanzen zwischen Objekt (1) und Lichtdetektor (8), d. h. durch unterschiedliche Laufzeiten des Lichts, auftretenden Phasenver­ schiebung detektiert wird, wobei die detektierten Phasenver­ schiebungen als Übergänge in der Oberflächenstruktur des Ob­ jekts (1) oder als Objektanfang oder Objektende erkannt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßstrecke (6) bzw. Abtaststrecke bei vorgegebener Entfernung zum Objekt (1) durch eine dem Lichtsen­ der (2) nachgeordnete Blende (13) oder dgl. begrenzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das am Ausgang des Lichtdetektors (8) anlie­ gende Signal einer Auswerteelektronik (14) zugeführt und dort ggf. moduliert, verstärkt und mit Referenzwerten verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit eines von einem im Strahlengang angeordneten weiteren Lichtdetektor (15) ausgelösten Startimpulses bis zum definier­ ten Sprung des Ausgangssignals im Signalverlauf über eine Zähl­ logik (16) ermittelt wird und daß über einen entsprechenden Ka­ librierfaktor der ermittelten Zeit eine abgetastete Strecke zu­ geordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalibrierfaktor durch Abtasten des um eine vorgegebene Strecke linear bewegten Objekts (1) ermittelt und in einem Datenspei­ cher (18) abrufbar abgelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung ein Referenzobjekt verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die über die Meßstrecke (6) erhaltenen Aus­ gangssignale mit in einem Datenspeicher (18) abgelegten, dem Oberflächenmuster eines Referenzobjekts entsprechenden Aus­ gangssignalen des Lichtdetektors (8) verglichen werden und daß die Lage des Objekts (1) aufgrund eines Vergleichs der die Meß­ strecke (6) insgesamt betreffenden Ausgangssignale ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei dem ausgesandten Licht um einen Laserstrahl handelt und daß die direkte Abtastung des Objekts (1) nach dem Laserscannerprinzip erfolgt.

11. Verfahren zur Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahr­ zeugs, wobei die Eintauchtiefe bzw. das Ausschwingen des Kraft­ fahrzeugs nach einem Fall aus einer vorgegebenen Höhe, nach Eindrücken der Stoßdämpfer oder nach Anheben der Karosserie (1) ermittelt und mit der Qualität der Stoßdämpfer korreliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitabhän­ gigen Lageerkennung der Karosserie (1) während des Ausschwin­ gens ein über eine definierte Meßstrecke (6) am Kraftfahrzeug reflektierter Lichtstrahl (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 detektiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Meßstrecke (6) im wesentlichen parallel zur Stoßdämp­ ferachse zumindest teilweise über den Kotflügel (19) und das Rad (20) erstreckt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Kalibrieren das zu prüfende Fahrzeug um eine defi­ nierte Strecke angehoben oder heruntergedrückt wird und daß da­ bei die Meßstrecke (6) abgetastet und somit der Zeitverlauf der Ausgangssignale ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das lichtoptische Abtastergebnis eines Kraft­ fahrzeugtyps, insbesondere eines Kraftfahrzeugtyps mit ord­ nungsgemäßen neuen Stoßdämpfern, bzw. die entsprechenden Aus­ gangssignale des Lichtdetektors (8), im Sinne eines Meßmusters zum steten Vergleich mit Ausgangssignalen des Lichtdetektors (8) aus jeweiligen Prüfungen in einem Datenspeicher (18) abge­ legt ist bzw. sind und daß die Lage des Kraftfahrzeugs anhand eines Vergleichs des aus der Prüfung fließenden Abtastmusters mit dem Meßmuster erkannt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmuster dem aus der Prüfung fließenden Abtastmuster in graphischer Darstellung der Ausgangssignale auf einem Monitor, einem Plotter oder Drucker zum Vergleich überlagerbar ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßvorgang nach Anheben oder Nieder­ drücken des Kraftfahrzeugs zur Kalibrierung des Meßsystems mit dem Fallenlassen des Kraftfahrzeugs automatisch erfolgt und vorzugsweise die gesamte Ausschwingphase umfaßt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Identifizierung des jeweils zu prüfenden Kraftfahrzeugs vorzugsweise am Rand der Meßstrecke (6), insbe­ sondere am Kotflügel (19), ein lichtlesbares Identifizierungs­ merkmal (21), vorzugsweise ein Barcode, angebracht wird.

18. Vorrichtung zur Lageerkennung Licht reflektierender Ob­ jekte, insbesondere zur Lageerkennung der Kraftfahrzeugkarosse­ rie (1) bei der Prüfung von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 17, mit einem Lichtsender (2) zum Aussenden von Licht zu dem Objekt, einem drehbeweglichen Spiegel (4) zum Ab­ lenken und Auffächern des Lichts zum Objekt hin, ggf. einer dem Lichtsender (2) und Spiegel (4) nachgeordneten Sendeoptik (5) zum Bündeln bzw. Fokussieren des ausgesandten Lichts zur Vor­ gabe der Meßstrecke (6), ggf. einer Empfangsoptik (7) zum Bündeln und Fokussieren des reflektierten Lichts und einem Licht­ detektor (8) zum Detektieren des reflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht di­ rekt an der Oberfläche (11) des Objekts reflektiert wird, daß das reflektierte Licht über die gesamte Meßstrecke (6) hinweg hinsichtlich der Lichtintensität und/oder hinsichtlich auftre­ tender Phasenunterschiede detektierbar ist und daß Sprünge im Signalverlauf des Lichtdetektors (8) als Übergänge in der Ober­ flächenstruktur des Objekts oder als Objektanfang bzw. Objekt­ ende erkennbar sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtsender (2) und ggf. Spiegel (4) eine Blende (13) zur Vorgabe bzw. Begrenzung der Meßstrecke (6) nachgeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Lichtdetektor (8) eine Auswerteelektronik (14) nachgeschaltet ist und daß das am Ausgang des Lichtdetektors (8) anliegende Signal in der Auswerteelektronik (14) ggf. modu­ lierbar, verstärkbar und mit Referenzwerten vergleichbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Lichts ein Lichtdetektor (15) zur Auslösung eines Startimpulses vorgesehen ist und daß die Zeit vom Auslö­ sen des Startimpulses bis hin zu einem definierten Sprung des Ausgangssignals des Lichtdetektors (8) über eine in der Auswer­ teelektronik (14) implizierte Zähllogik (16) ermittelbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenspeicher (18) zum Speichern und Lesen von Kalibrie­ rungsfaktoren vorgesehen ist und daß die Kalibrierungsfaktoren zur Berechnung einer abgetasteten Strecke aus der über die Zähllogik (16) ermittelten Zeit dient.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher (18) auch zur Speicherung von Referenzmessun­ gen betreffenden Ausgangsdaten des Lichtdetektors (8) dient und daß diese Ausgangsdaten mittels eines Prozessors mit Ausgangs­ daten aktueller Abtastmuster vergleichbar sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei es sich bei dem Objekt um ein Kraftfahrzeug handelt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichtsender (2), der Spiegel (4), die Sendeoptik (5) und ggf. die Blende (13) derart zum Kraftfahr­ zeug ausgerichtet und entsprechend beabstandet sind, daß sich die Meßstrecke (6) im wesentlichen parallel zur Stoßdämpfer­ achse und zumindest teilweise über den Kotflügel (19) und das Rad (20) erstreckt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Identifizierungsmerkmal (21) zur An­ bringung an den Kotflügel (19) vorgesehen ist und daß das Iden­ tifizierungsmerkmal (21) zur lichtoptischen Identifizierung des Kraftfahrzeugs dient.