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HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Messsysteme für Fahrzeuge.
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Viele
Messvorrichtungen wurden in der Vergangenheit an Fahrzeugen verwendet,
um zu versuchen, festzustellen, wie sehr ein Fahrzeugrahmen nach
einem Unfall begradigt werden muss oder um festzustellen, wie die
Räder oder
andere Abschnitte des Fahrzeugs auszurichten sind. Mechanische Messvorrichtungen
waren schwierig zu verwenden. Sie erfordern einen Benutzer, der
gut ausgebildet ist, verlangen für
ihre Verwendung viel Zeit und sind nicht so exakt, wie es erwünscht ist.
Andere Vorrichtungen verwenden Schallwellen und messen den Zeitablauf von
dem Zeitpunkt, zu dem der Schall ausgesendet wird, bis zu dem Zeitpunkt,
in dem er eine Mehrzahl von Sensoren erreicht, um die Lage der Punkte
an dem Fahrzeug festzulegen. Diese Systeme haben viele Probleme
mit äußeren Geräuschen von
Luftschläuchen
und anderen Vorrichtungen in einer Werkstätte, die mit den Ablesungen
der Sensoren interferieren. Sie haben auch Genauigkeitsprobleme, weil
die Geschwindigkeit, mit der der Schall sich ausbreitet, von dem
Wetter und von der Geschwindigkeit abhängt, mit der Luft sich durch
die Werkstatt bewegt. Andere Vorrichtungen verwenden Ziele, die
an dem Fahrzeug angebracht sind und tasten das Fahrzeug mit Lasern
oder anderem Licht ab, um die Lage der Ziele festzulegen. Diese
Systeme erfordern, dass alle die Ziele auf derselben Ebene angeordnet
sind, was wiederum sehr beschwerlich und zeitverbrauchend ist. Bis
jetzt gab es kein System zum Messen einer Fehlausrichtung oder des
Ausmaßes,
in dem eine Messung von einem Standard abweicht, die sowohl genau
als auch leicht zu verwenden ist.
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Das
an Schulz ausgegebene US-Patent 5,622,170 beschreibt ein Messsystem,
das in dem medizinischen Bereich verwendet wird, um den Ort eines
Tastkopfs in einem Patienten während
invasiver Chirurgie nachzuverfolgen. Während dieses System nicht geeignet
ist, Abweichungen von Fahrzeugen von einem Standard zu messen, hat
es verschiedene Merkmale, die denen der vorliegenden Erfindung ähneln.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Messen des Orts zumindest eines Punkts an einem Fahrzeug bereitgestellt
mit einer Mehrzahl von Referenzsendern für elektromagnetische Strahlung,
die daran angepasst sind, relativ zu dem Fahrzeug fest zu sein und Referenzsendeenergie
zu liefern; zumindest einem Messkopf, der zu dem zumindest einen
Punkt des Fahrzeugs hin bewegbar ist und zumindest zwei Messsender
für elektromagnetische
Strahlung zum Liefern von Messsendeenergie enthält; einer Kamera, die zumindest
drei Sensoren enthält
zum Empfangen der Referenzsendeenergie und der Messsendeenergie
und zum Liefern von Referenz- und Messsendeortdaten; und einem Computer
zum Empfangen der Referenz- und Messsendeortdaten, der Zugriff auf
Standardfahrzeugdaten hast, zum Berechnen des Orts des zumindest
einen Punkts um zu vergleichen des Orts dieses Punkts mit den Standardfahrzeugdaten.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Messen des Orts eines Punkts an einem Fahrzeug relativ zu einem Standardkoordinatensystem
bereitgestellt mit den Schritten: Bereitstellen einer Mehrzahl von
Referenzsendern für
elektromagnetische Strahlung in einer festen Beziehung zu dem Fahrzeug;
Zugreifen auf gespeicherte Standarddaten für das Fahrzeug; Anordnen eines
elektromagnetische Strahlung abstrahlenden Messkopfs an dem zu messenden
Punkt an dem Fahrzeug; Erfassen der elektromagnetischen Strahlung
von den Refe renzsendern und von dem Messkopf; Berechnen des Orts
des Messkopfs aus der erfassten elektromagnetischen Strahlung; und Beziehen
des Orts des Messkopfs auf die gespeicherten Standarddaten.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, das viele der Probleme
der Fahrzeugmesssysteme des Stands der Technik löst. Es ist schnell und einfach
zu verwenden, erfordert sehr wenig Ausbildung auf Seiten des Benutzers
und ist sehr genau. Das System liefert dem Benutzer auch Information wesentlich
in Echtzeit, so dass der Benutzer, wenn er den Rahmen begradigt
oder Räder
oder andere Teile eines Fahrzeugs ausrichtet, beobachten kann, wie die
Abweichung von dem Standard abnimmt, bis die Fahrzeugmessung mit
dem Standard ausgerichtet ist.
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Ein
wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung über andere Fahrzeugmesssysteme
besteht darin, dass der Benutzer einen beliebigen Punkt an dem Fahrzeug
messen kann einschließlich
eines Punkts auf dem oberen Körper
des Fahrzeugs einfach durch Berühren
dieses Punkts mit einem Messkopf. Es ist nicht erforderlich, ausgefeilte
Gestelle aufzubauen, um den gemessenen Punkt wie bei den Systemen
nach dem Stand der Technik in eine Datenebene hinunterzubringen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet Sender elektromagnetischer Strahlung,
die relativ zu dem Fahrzeug fest sind, eine beweglichen Messkopf,
der Sender für
elektromagnetische Strahlung aufweist, und eine Kamera, die eine
Mehrzahl von Sensoren für
elektromagnetische Strahlung aufweist, um das Fahrzeug zu vermessen.
Ein Computer steuert die Sender, empfängt Daten von den Sensoren,
berechnet die Orte der Sender relativ zu den Sensoren und bezieht
diese Orte auf ein gespeichertes Standardkoordinatensystem für das Fahrzeug,
wobei er die gemessenen Punkte mit gespeicherten Standarddaten für das Fahrzeug
vergleicht.
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Die
Kamera kann um das Fahrzeug herum bewegt werden, um Punkte an verschiedenen
Stellen des Fahrzeugs zu messen. Das ist eine große Verbesserung
gegenüber
früheren
Systemen, bei dem alle zu messenden Punkte von dem Sensor aus an einer
einzigen Position abgefühlt
werden müssen. Wenn
die Kamera sich zu einer neuen Stelle bewegt, muss sie in der Lage
sein, einige Punkte bekannter Position von demselben Ort aus zu "sehen", von dem aus sie
neue Punkte misst, so dass der Computer die Orte der neuen Punkte
auf das bekannte Koordinatensystem zurückbeziehen kann.
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Die
Sensoren sind vorzugsweise an einem einzigen Ausleger bzw. einer
einzigen Kamera angebracht, so dass ihre Relativpositionen konstant
bleiben. Es gibt Schlitze vor den Sensoren, so dass jeder Sensor
eine Ebene elektromagnetischer Strahlung empfängt, woraus der Winkel von
dem Sender zu dem Sensor bestimmt werden kann. Wenn drei Sensoren
drei sich schneidende Ebenen bestimmen, ist der Schnittpunkt der
drei Ebenen der Ort des Senders relativ zu der Kamera. Dieser Vorgang
kann als Triangulation bezeichnet werden.
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Die
Sender sind vorzugsweise abgetastet oder zeitmultiplext, so dass
zu einem Zeitpunkt nur ein Sender ein ist und erfasst wird. Der
Computer steuert das Abtasten und empfängt Daten von den Sensoren,
und da es den Zeitablauf der Abtastung kennt, weiß er, von
welchem Sender Daten empfangen werden. Das Abtasten tritt sehr schnell
auf, so dass der Benutzer in der Tat Echtzeitdaten gewinnt, während das
Fahrzeug begradigt oder ausgerichtet wird.
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Der
Computer enthält
eine Benutzerschnittstelle mit Berührungsbildschirm (Touchscreen),
und wenn Messungen aufgenommen werden, zeigt der Bildschirm die
Abweichungen der gemessenen Punkte von dem Standard an. Die Abweichungen werden
sowohl graphisch als auch numerisch dargestellt mit einer Vektorlinie,
die sich von einer Zeichnung aus erstreckt, die jeden Standardpunkt
zeigt, der gemessen wird. Der Vektor erstreckt sich in der Richtung
der Abweichung und hat eine Länge,
die der Größe der Abweichung
entspricht. Somit kann der Benutzer einfach auf den Bildschirm schauen,
um die genaue Richtung zu sehen, in der sich der Punkt bewegen muss,
um eine saubere Ausrichtung zu erzielen, und der Benutzer hat eine
visuelle Anzeige des Ausmaßes
der Bewegung, die zum Erzielen einer Ausrichtung erforderlich ist.
Die Vektorlinien bewegen sich, wenn das Fahrzeug begradigt wird,
so dass der Benutzer beobachten kann, wie die Vektorlinien schrumpfen
und verschwinden, wenn das Fahrzeug ausgerichtet wird.
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Die
Referenzsender sollten in verschiedene Richtungen zeigen, so dass
die Kamera immer eine Mehrzahl von Referenzsendern "sehen" kann, wenn sie um
das Fahrzeug herum bewegt wird, um verschiedene Punkte an dem Fahrzeug
zu messen. Die Referenzsender können
an Messköpfen
angeordnet sein, die an dem Fahrzeug angebracht sind, sie können direkt
an dem Fahrzeug angebracht sein, oder sie können auf einem Gestell angebracht
sein, das relativ zu dem Fahrzeug fest ist. In einer alternativen Ausführungsform
ist die Kamera relativ zu dem Fahrzeug fest in einer Stellung, von
der aus sie alle zu messenden Punkte "sehen" kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Standardkoordinatensystems für ein Fahrzeug,
entnommen aus SAE J1828;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A ist
eine Seitenansicht der Ausführungsform
von 1, die die Verbindung der einzelnen Komponenten
des Messsystems mit dem Zentralcomputer zeigt;
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2B ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten alternativen Ausführungsform
eines Messsystems, das gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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2C ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform
eines Messsystems, das gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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2D ist
eine perspektivische Ansicht einer dritten alternativen Ausführungsform
eines Messsystems, das gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
eines Referenzrahmens zur Verwendung in der Ausführungsform von 2;
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3A ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
eines Referenzrahmens zur Verwendung in der Ausführungsform von 2;
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3B ist
eine abgebrochene perspektivische Ansicht eines magnetischen Befestigungselements 13A,
auf das die Referenzrahmen von 3 und 3A aufgeklemmt
werden können;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kamera zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung;
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4A ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kamera zur
Verwendung in der vorliegenden Erfindung;
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4B ist
eine perspektivische Ansicht einer dritten Aus führungsform einer Kamera zur
Verwendung in der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Messkopfs mit einer an seinem
Ende angebrachten Spange, eingesetzt in ein Referenzloch eines Fahrzeugs;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Messkopfs, der in
ein Referenzloch eines Fahrzeugs eingeführt wird;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Messkopfs, der mit dem Messkopf
in 5 identisch, aber länger ist;
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8 ist
eine Ansicht eines alternativen Typs eines Messkopfs mit Sendern,
die in eine Mehrzahl von Richtungen zeigen;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht des Messkopfs von 7 mit
einer Zeigerspitze, die das Spangenende ersetzt, wobei der Messkopf
in Phantomdarstellung in verschiedenen Stellungen gezeigt ist;
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10 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Messkopfs von 7,
die verschiedene Anschlüsse
zeigt, die zu dem Messkopf hinzugefügt werden können;
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11 ist
eine Ansicht des Messkopfs von 6, nachdem
er in ein Referenzloch eines Fahrzeugs eingeführt wurde;
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12 ist
eine abgebrochene Schnittansicht des Messkopfs von 11;
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13 ist
eine abgebrochene Schnittansicht des Messkopfs von 12,
der in ein Loch mit kleinerem Durchmesser eingeführt ist;
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14 zeigt
einen Kasten mit Aufsätzen,
die den Messköpfen
hinzugefügt
werden können;
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15 ist
eine schematische Ansicht der Kamera von 4A, die
Strahlung von einem Sender empfängt;
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16 ist
eine abgebrochene Schnittansicht von oben des linken Endes der der
Kamera von 15;
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16A ist eine Rückansicht
des beschichteten Bandpassfilters von 16;
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17 ist
ein Graph, der ein Signal zeigt, das von der Kamera erzeugt wird,
wenn ein Sender eingeschaltet ist, ein Signal, das von der Kamera
erzeugt wird, wenn alle Sender ausgeschaltet sind, und das Signal,
das durch Subtrahieren der beiden Signale gebildet wird, wodurch
die meisten Umgebungsstörungen
beseitigt werden;
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18 ist
eine Ansicht des Berührungsbildschirms
von 2, die ein Benutzer zu Beginn einer Messung sehen
würde;
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19 ist
eine Ansicht des Berührungsbildschirms
von 2, die ein Benutzer nach dem Auswählen eines
Fahrzeugs sehen würde;
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20 ist
eine Ansicht des Berührungsbildschirms
von 2 nachdem anfängliche
Messungen durchgeführt
wurden, die das Ausmaß der
Abweichung zeigt;
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21 ist
eine Ansicht des Berührungsbildschirms
von 2 nachdem das Fahrzeug begradigt wurde, die sehr
geringe Abweichung zeigt;
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22 ist
eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugmotorraums und eines
Fahrgastraums, die unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung vermessen werden; und
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23 ist
eine Tabelle, die die Vergleichsmessungen zeigt, die von dem Benutzer
in 22 durchgeführt
werden.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN:
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1 zeigt
ein Standardreferenzkoordinatensystem 5 für ein Fahrzeug
in Übereinstimmung
mit SAE J1828. Dieses Koordinatensystem 5 ist in der Technik
wohl bekannt und wird von Fahrzeugherstellern und anderen verwendet,
die Standardmessdaten für
Fahrzeuge bereitstellen. Das Koordinatensystem enthält drei
orthogonale Datenebenen X, Y und Z. Die Y-Ebene ist eine senkrechte
Ebene, die das Automobil von vorne nach hinten zweiteilt. Die X-Ebene ist
eine senkrechte Ebene das angenäherte
Zentrum des Fahrzeugs, und die Z-Ebene ist eine horizontale Ebene
durch das angenäherte
Zentrum des Fahrzeugs.
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Gespeicherte
Daten für
das Fahrzeug zeigen X-, Y- und Z-Koordinaten
für viele
bekannte Punkte an dem Fahrzeug an. Da das Fahrzeug symmetrisch ist,
haben entsprechende Punkte auf der linken und der rechten Seite
des Fahrzeugs identische Koordinaten, außer dass die Y-Koordinate des
Punktes auf der linken Seite das Negative des entsprechenden Punkts
auf der rechten Seite ist. Fahrzeuge haben verschiedene Referenzlöcher, Referenzbolzen
und andere Referenzpunkte, an denen Standardkoordinatendaten bereitgestellt
und in dem System gespeichert werden können. Diese Standarddaten werden vorzugsweise
von dem Fahrzeughersteller oder einem Dritten geliefert. Alternativ
kann der Benutzer seine eigenen Standarddaten aufstellen durch Messen
eines unbeschädigten
oder genau ausgerichteten Fahrzeugs mit dem System der vorliegenden
Erfindung oder durch ein anderes Mittel und Speichern der Daten,
bevor ein beschädigtes
oder fehlausgerichtetes Fahrzeug gemessen wird.
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Um
das Messsystem der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, werden
zunächst
die Teile des Systems und ihre einzelnen Funktionen beschrieben, und
dann wird erklärt,
wie das System als Ganzes zum Messen eines Fahrzeugs verwendet wird.
Das Grundsystem enthält
einen Computer, einen Berührungsbildschirm,
der als Benutzerschnittstelle dient, eine Tastatur, die ebenfalls
als Benutzerschnittstelle dient, eine Kamera und eine Mehrzahl von
Sendern für
elektromagnetische Strahlungen, die von der Kamera erfasst werden.
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2 und 2A zeigen
eine bevorzugte Ausführungsform
des Grundmesssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Ein
Referenzrahmen 12 ist relativ zu einem Abschnitt des Fahrzeugs
befestigt, der sich während
des Ausrichtungsvorgangs nicht bewegen wird. Der Referenzrahmen 12 muss
nicht an einer besonderen Stelle oder in einer besonderen Orientierung
befestigt werden. Er wird vorzugsweise mittels (in 3 und 3A)
gezeigter Klemmen 13 an der Klemmschweißung (Pinchweld) des Fahrzeugs
angebracht, aber er könnte
einfach auf der Haube des Fahrzeugs ruhen, auf das Fahrzeug aufgesteckt
oder aufgeschraubt sein oder durch andere bekannte Verfahren relativ
zu dem Fahrzeug fixiert sein. 3B zeigt
einen Adapter 13A, der für ein Fahrzeug verwendet werden
kann, das keine Klemmschweißung
aufweist. Dieser Adapter ist magnetisch und wird magnetisch an dem
Rahmen oder einen anderen Teil des Fahrzeugs befestigt. Die Klemmen 13 können dann
verwendet werden, um auf zwei dieser Adapter aufzuklemmen.
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Der
Referenzrahmen 12 enthält
eine Mehrzahl von Sendern für
elektromagnetische Strahlungen, die in verschiedene unterschiedliche
Richtungen zeigen, so dass er von der Kamera 16 "gesehen" werden kann, wenn
sie um das Fahrzeug herum bewegt wird, um Messwerte aufzunehmen.
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Die
Kamera 16 (detaillierter in 4 dargestellt)
enthält
drei Sensoren 28, 30, 32, die die von den
Sendern 14 empfangene elektromagnetische Strahlung erfassen.
Es gibt eine Mehrzahl von Messköpfen 18,
die an dem Fahrzeug 24 angebracht sind, wobei jeder Messkopf 18 zumindest
zwei Sender 14 enthält.
(Es wäre
möglich,
in dieser Ausführungsform lediglich
einen einzelnen Messkopf 18 anstelle einer Mehrzahl von
Messköpfen
zu verwenden und Messungen mit diesem einzelnen Messkopf an verschiedenen
Stellen aufzunehmen).
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Es
gibt einen Computer 20, der Standarddaten für Fahrzeuge
speichert, einen Berührungsbildschirm 22 enthält und mit
den Sendern 14 und mit der Kamera 16 kommuniziert.
Es gibt auch eine Tastatur 25 und einen Drucker 26,
die mit dem Computer 20 verbunden sind. Es können auch
andere Benutzerschnittstellen verwendet werden. Der Computer 20 ist
bedienbar mit jedem Sender 14 verbunden, sowohl mit den
Sendern 14 auf dem Referenzrahmen 12 als auch
mit den Sendern 14 auf den Messköpfen 18. Jeder der
Messköpfe 18 hat
eine elektrische Leitung 36, die in einen Kasten 27 auf
dem Referenzrahmen 12 eingesteckt ist, und ein elektrischer
Bus 38 erstreckt sich von dem Referenzrahmen 12 zu
dem Computer 20. Der Computer 20 ist auch mit
den Sendern 14 des Referenzrahmens 12 über den
Bus 38 verbunden, und er ist über einen dritten elektrischen Bus 40 mit
den Sensoren 28, 30 und 32 und elektromagnetische
Strahlung der Kamera 16 verbunden.
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In
der folgenden Beschreibung werden die Sender 14 und die
Sensoren 28, 30, 32 ausführlich diskutiert.
Auch wenn die beschriebenen Ausführungsformen
die Verwendung von Infrarotlicht beinhalten, ist klar, dass eine
beliebige Wellenlänge
elektromagnetischer Strahlung, ob sie für das Auge sichtbar ist oder
nicht, verwendet werden kann. Während die
bevorzugte Ausfüh rungsform
Abtasten verwendet, um einen Sender von einem anderen zu unterscheiden,
können
auch andere Verfahren wie z.B. das Verwenden verschiedener Frequenzen
elektromagnetischer Strahlung oder das Verwenden verschiedener Trägerfrequenzen
für jeden
Sender 14 verwendet werden, um die Sender 14 voneinander
zu unterscheiden.
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3 und 3A zeigen
zwei Ausführungsformen
von Referenzrahmen 12, 12A, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Jeder Referenzrahmen 12, 12A enthält Klemmen
zum Klemmen des Rahmens 12, 12A an der Klemmschweißung des
Fahrzeugs oder an einen Adapter und eine Mehrzahl von Sendern 14,
die in verschiedene Richtungen zeigen. Es ist wichtig, dass die
Sender 14 in verschiedene Richtungen zeigen, so dass die
Kamera 16 zumindest drei der Sender 14 auf den
Referenzrahmen 12, 12A aus einer beliebigen Position
sehen kann, von der aus sie eine Messung aufnimmt. Der Referenzrahmen 12 ermöglicht es
dem Computer 20, die neue Messung auf das bekannte Koordinatensystem 5 zurückzubeziehen, selbst
wenn die Kamera 16 relativ zu dem Referenzrahmen 12 bewegt
wird. Sender 14 auf dem Referenzrahmen 12 sind
in einer bekannten, festen Raumbeziehung zu allen anderen Sendern 14 auf dem
Referenzrahmen 12, und der Computer 20 wurde so
programmiert, dass er diese feste Raumbeziehung zwischen den Sendern 14 des
Referenzrahmens 12 kennt.
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5 bis 14 zeigen
verschiedene Ansichten der Messköpfe 18 und
Messaufsätze.
Während
es möglich
wäre, eine
große
Vielfalt verschiedener Formen und Größen von Messköpfen zu
verwenden, wurde herausgefunden, dass es am wirkungsvollsten ist,
Standardmessköpfe
mit zwei verschiedenen Längen
zu verwenden. Der längere
Messkopf 18A hat drei Sender 14, und der kürzere Messkopf 18 hat
zwei Sender 14, die im Hinblick auf das Ende des kurzen
Messkopfs 18 an identischen Stellen sitzen wie die ersten
zwei Sender mit Bezug auf das Ende des langen Messkopfs 18A.
Wie in 10 dargestellt haben die Messköpfe 18A ein Gewindeloch 19 an
einem Ende, an dem Aufsätze 41, 44,
Adapter 46 oder Zeigespitzen 42 angebracht werden
können.
Das Verbindungsende des kurzen Messkopfs 18 ist identisch
und nimmt dieselben Aufsätze
auf.
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9 zeigt
einen Messkopf 18A mit einer Nadel oder einer Zeigespitze 42,
die in das Loch 19 (das in 10 gezeigt
ist) hineingeschraubt ist. Jeder Messkopf 18, 18A weist
eine elektrische Buchse 35 auf, die einen elektrischen
Stecker 35A an dem Ende des Kabels 36 aufnimmt.
Das andere Ende der Leitung 36 ist in einen Kasten 27 eingesteckt,
die in 2–2D, 3 und 3A gezeigt
ist. Die Zeigespitze 42 berührt den Mittelpunkt eines Bolzens.
Diese Spitze 42 macht aus dem Messkopf 18A einen
handgehaltenen Messkopf, weil er nicht leicht an einer Stelle des
Fahrzeugs angeordnet und gelassen werden kann. Der Vorteil dieser
Art von Messkopf besteht jedoch darin, dass er irgendwo an dem Fahrzeug
angesetzt werden kann einschließlich
eines beliebigen Punkts an dem oberen Körper des Fahrzeugs, und der
Messkopf 18A kann eine beliebige Orientierung haben. 2A zeigt
eine Person, die einen handgehaltenen Messkopf dieses Typs verwendet,
um einen Punkt in dem Türrahmen
zu vermessen. 22 zeigt eine Person, die einen
handgehaltenen Messkopfs dieses Typs verwendet, um Punkte in der
Kabine und dem Motorraum zu messen, was sehr schwierig oder unmöglich mit
anderen Arten von Fahrzeugmesssystemen zu messen wäre, die
mechanische Rahmen verwenden, um Messpunkte zum Gemessenwerden auf
eine Ebene herunterzubringen.
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Da
es eine feste Beziehung zwischen den Orten der Sender 14 und
dem Ende 47 des Messkopfs 18 gibt, kann der Computer,
sobald er die Orte der Sender 14 bestimmt hat, den Ort
des Punkts 47 bestimmen, der von dem Messkopf 18A gemessen wird.
Die Zeigespitze 42 wird für gewöhnlich mit dem längeren Messkopf 18A verwendet,
so dass, wenn ein beliebiger der Sender 14 des Messkopfs 18 nicht gesehen
werden kann, der Computer noch den Ort des von dem Messkopf 18A gemessenen
Punkts bestimmen kann durch "Sehen" der anderen zwei
Sender an dem Messkopf 18A. Eine Leitung 36 mit
einem Auslöser 43,
der in 14 gezeigt ist, ersetzt für gewöhnlich die
reguläre
Leitung 36, wenn der Zeiger 42 verwendet wird,
um es dem Benutzer zu ermöglichen,
die Messungen, die aufgenommen werden, fernzusteuern.
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Wenn
die Relativpositionen der Sender 14 zu dem von dem Messkopf 18A gemessenen
Punkt bei verschiedenen Arten von Messköpfen oder Endanschlüssen verschieden
wäre, dann
würde der
Computer 20 den Bediener anweisen, welcher Typ von Messkopf
oder Endanschluss verwendet werden soll, um einen bestimmten Punkt
zu messen, und der Computer würde
dann beim Durchführen
seiner Berechnungen die verschiedenen Typen von Messköpfen oder
Endanschlüssen
kompensieren.
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10 zeigt
einen Federspangenverbinder 44, der mittels einer Imbusschraube
auf dem Ende des Messkopfs 18A gehalten wird. Die Federspangenverbinder 44 kommen
wie in 14 dargestellt in einer großen Verschiedenheit
von Größen, die
den Größen der
Referenzlöcher
an Fahrzeugen entsprechen. Jeder Verbinder 44 ist mit einem
Buchstaben wie z.B. A, B, C, usw. bezeichnet, und der Computer 20 weist
den Benutzer an, welcher Aufsatz 44 verwendet werden soll,
um welches Referenzloch an dem Fahrzeug zu messen. Alle Spangenaufsätze 44 sind
vorzugsweise so dimensioniert, dass der gemessene Punkt immer dieselbe
Position mit Bezug auf die Sender 14 des Messkopfs 18 hat.
(Das ist nicht erforderlich, aber es verringert die Anzahl der erforderlichen
Berechnungen). Der Spangenaufsatz 44 von 5 und 10 weist
flexible Klauen mit gekrümmten
Enden 77 auf. Die Spange 44 dient dazu, den Messkopf 18A in
dem Loch 78 zu zentrieren. Die nach außen gekrümmten Enden 77 gehen
plötzlich
von den Klauen 76 der Spange 44 von den Schultern 79 aus
ab, und die Schultern 79 sind immer an der Oberfläche des
Fahrzeugs angeordnet, so dass, wenn die Abmessungen des Messkopfs 18A bekannt ist,
der Computer leicht den Ort der Mitte des Lochs 78 bestimmen
kann, in dem der Messkopf 18A angeordnet ist.
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Einige
der Federspangenaufsätze
44 im unteren rechten Abschnitt des Kastens von 14 weisen
Enden auf, die nach innen gerichtet sind, was ihnen ermöglicht,
auf eine Mutter oder eine Schraube aufzugreifen.
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10 zeigt
auch einen rechtwinkligen Aufsatz 46, der an dem Loch 19 in
dem Messkopf 18A angebracht wird und ein Gewindeloch 19A rechtwinklig
zu dem Gewindeloch 19 aufweist, was es einem Spangenaufsatz 44 oder
einem Zeigerende 42 erlaubt, rechtwinklig an dem Messkopf 18 angebracht
zu werden. Wenn der rechtwinklige Aufsatz 46 verwendet
wird, ist es erforderlich, dass der Computer kompensiert, weil dieser
Aufsatz den gemessenen Punkt mit Bezug auf die Sender 14 leicht
verschiebt. Der Computer weiß,
wann er diese Kompensation oder irgendeine andere erforderliche
Kompensation durchführen
muss, weil er Informationen über alle
Messköpfe
und Aufsätze
in einer "Werkzeugdatei" in seiner Software
gespeichert hat und weil der Computer den Benutzer anweist, welche
Art von Aufsatz und Spange für
jeden zu messenden Punkt zu verwenden ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist
der Abstand von dem am meisten am Ende liegenden Sender 14 zu
dem zu messenden Punkt für
alle Messköpfe
und die meisten Aufsätze
derselbe, und die Sender 14 liegen direkt in einer Linie
mit dem gemessenen Punkt.
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6, 11, 12 und 13 zeigen
einen magnetischen Aufsatz 41, der ebenfalls in das Gewindeloch 19 in
den Messköpfen 18, 18A eingeschraubt
werden kann. Dieser magnetische Aufsatz 41 weist einen
hohlen Magnetkörper 82 mit
einem flachen Ende 84 auf. Ein konisches Element 86 ist
innerhalb des Magnetkörpers 82 angebracht
und springt aus einer Öffnung 83 in
dem flachen Ende 84 vor. Das konische Element 86 ist
mittels einer Feder 88 gefedert. Wenn dieser magnetische
Aufsatz 41 in einem Loch 78 eines Fahrzeugs 24 angebracht
wird, ruht das flache Ende 84 immer gegen die Oberfläche des
Fahrzeugs 24, und der Konus 86 springt weit genug
in das Loch vor, dass es den Messkopf 18A mit Bezug auf
das Loch zentriert. 12 zeigt den Konus, wie er in
ein großes
Loch weit vorspringt, und 13 zeigt
den Konus, wie er in ein kleines Loch über einen kurzen Abstand vorspringt.
Da der gemessene Punkt relativ zu der flachen Oberfläche 84 immer
fest ist, egal wie weit der Konus 8b in das Loch vorspringt,
weiß der
Computer immer, wo der gemessene Punkt relativ zu den Sendern 14 auf
dem Messkopf 18A (oder 18) angeordnet ist und
kann dadurch den von dem Messkopf 18A gemessenen Punkt
berechnen.
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2, 2A, 2B, 2C, 2D, 4, 4A und 4B zeigen
verschiedene Kameras 16, 16A, 16B, 16C,
die in dem vorliegenden System 10 verwendet werden können. Jede
Kamera 16, 16A, 16B, 16C weist
vorzugsweise zumindest drei Sensoren 28, 30, 32 auf,
die in fester Beziehung zueinander angebracht sind. Die Sensoreinheiten 28, 30, 32 bestehen
vorzugsweise aus einer Mehrzahl eindimensionaler Sensoren für elektromagnetische Strahlung
wie z.B. ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD = Charge Coupled Device).
Die Kamera 16 von 4 ist allgemein
ein horizontaler Ausleger 48 mit zwei Enden 49,
die um etwa 45° nach
innen gebogen wurden. Der Ausleger 48 ist wie in 2 dargestellt vorzugsweise
auf einem Ständer 50 mit
Rädern 52 angebracht.
(Jede der Kameras 16–16C könnte in ähnlicher
Weise an dem Ständer 50 angebracht
und verwendet werden). Der Ständer 50 weist
verschiedene Einstellknöpfe 54 auf,
die es der Kamera 16 ermöglichen, auf einer beliebigen
gewünschten
Höhe oder
Winkel angeordnet zu werden, und der Ständer 50 kann durch
die Werkstatt gerollt werden, um das Fahrzeug von jeder gewünschten
Position aus zu betrachten.
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In
der Kamera von 4 ist einer der Sensoren 30 in
der Mitte des Auslegers 48 hinter einem horizontalen Schlitz
angeordnet, und die zwei anderen Sensoren 28, 32 sind
an den Enden 49 des Auslegers 48 hinter vertikalen
Schlitzen angeordnet. (Die Begriffe "vertikal" und "horizontal" sind relative Begriffe und sind hier
lediglich zur Vereinfachung des Verständnisses verwendet). Es ist
nicht erforderlich, dass der Ausleger 48 wie hier gezeigt
horizontal ausgerichtet ist, so dass die Schlitze abhängig von
der Orientierung des Auslegers 48 verschiedene Orientierungen
haben könnten.
Wie bei den Kameras 16B und 16C ist es auch nicht
erforderlich, dass die Schlitze senkrecht zueinander sind. Erforderlich
ist, dass die Schlitze nicht alle koaxial sind, weil sie drei sich schneidende
Ebenen festlegen müssen,
um die Position des gemessenen Punkts festzulegen.
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In
der Kamera 16A von 4A ist
der Ausleger 48A gradlinig, anstatt an den Enden gebogen zu
sein. Das hilft es der Kamera, über
einen größeren Abstand
zu messen, und ist daher zu bevorzugen. Bei der Kamera 16B von 4B haben
die äußeren Schlitze
einen Winkel von 45° relativ
zu dem mittleren Schlitz. In der in 2D gezeigten
Kamera 16C hat die Kamera 16C einen pyramidenförmigen Körper, und
die Schlitze sind in Winkeln von 60° zueinander auf jeder Fläche der
Pyramide angeordnet.
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Die
drei Sensoreinheiten 28, 30, 32 an der Kamera 16 von 4 sind
identisch zueinander außer
ihrer Lage innerhalb der Kamera 16, wobei die Sensoren 28, 32 horizontal
hinter vertikalen Schlitzen angeordnet sind und der mittlere Sensor 30 vertikal hinter
einem horizontalen Schlitz angeordnet ist. Alle Sensoren 28, 30, 32 in
allen Kameras 16–16C sollten senkrecht
zu der Richtung ihrer jeweiligen Schlitze sein. Der Sensor 28 wird
hier im Detail beschrieben, und es ist klar, dass die anderen Sensoren 30, 32 auf dieselbe
Weise funktionieren, während
sie senkrecht zu ihren jeweiligen Schlitzen liegen.
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Wie
in 15 und 16 dargestellt,
ist der Sensor 28 entlang der Hauptachse der Kamera 16A angeordnet.
Zum Erleichtern der Beschreibung wird diese Richtung als Horizontalrichtung
be zeichnet. Eine Glasplatte 64 liegt auf der Innenfläche der
Vorderseite des Kameragehäuses 16A und
vor dem Fotodetektor 62 und dient als Bandpassfilter, das
nur einem schmalen Band elektromagnetischer Strahlung den Durchtritt
ermöglicht,
wodurch viele der Umgebungsstörungen
beseitigt werden. Da die bevorzugte elektromagnetische Strahlung,
die von den Sendern ausgestrahlt wird, Infrarotlicht ist, lässt das
Bandpassfilter in diesem Fall nur Infrarotlicht durch. Die Sender 14 sind
vorzugsweise Leuchtdioden, die Infrarotlicht abstrahlen. Wenn die
Sender 14 eine andere Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung
ausstrahlen würden,
würde das
Bandpassfilter 64 so gewählt, dass es diese gewünschte Wellenlänge durchtreten
lässt.
Ein vertikaler Längsschlitz 60 ist
definiert durch eine vertikale Längsdiskontinuität in der
Beschichtung 64A auf der Rückfläche des Bandpassfilters 64 und
ist aus 16 und 16A ersichtlich. Dieser
vertikale Schlitz 60 ermöglicht es lediglich einer vertikalen
Ebene 61 der von dem Sender 14 kommenden elektromagnetischen
Strahlung, den linearen Fotodetektor 62 des Sensors 28 zu
erreichen. Wiederum sei angemerkt, dass die Kamera 16A in
einer beliebigen Position angeordnet sein kann, von der aus sie
die gemessenen Sender 14"sehen" kann, so dass die
Ebene der elektromagnetischen Strahlen 61, die durch den
Schlitz 60 eintritt, auch nicht vertikal sein kann, aber
mit dem Schlitz 60 ausgerichtet sein wird, welche Stellung
auch immer der Schlitz 60 annimmt. Der lineare Fotodetektor 62 ist
vorzugsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) etwa mit einer
Breite von einem Pixel und einer Länge von 3.700 Pixel, die das
Vorhandensein und die Intensität der
elektromagnetischen Strahlung abfühlt, die auf sie auftrifft.
Der lineare Fotodetektor 62 ist so angeordnet, dass seine
Längsachse
senkrecht zu dem Schlitz 60 ist.
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Wenn
die Ebene 61 der elektromagnetischen Strahlung von dem
Sender 14 durch den Schlitz 60 und durch das Bandpassfilter 64 hindurchtritt
und auf dem Fotodetektor 62 auftrifft, bildet sie eine
reale Bildlinie 58 auf der Oberfläche 70 des linearen Fotodetektors 62.
Der Fotodetektor 62 erzeugt dann eine Ausgabe, die auf
die Position und Intensität
der an seiner Oberfläche
empfangenen elektromagnetischen Energie bezogen ist, was zum Lokalisieren
der realen Bildlinie 58 dient. Diejenigen Elemente oder Pixel
des Detektors 62, die durch die reale Bildlinie 58 beleuchtet
werden, erzeugen ein starkes Signal, während die nichtbeleuchteten
ein sehr schwaches oder kein Signal erzeugen. Ein Graph der Bildintensität oder Signalstärke ist
eine Signalspitzenkurve 66, wie sie in 17 gezeigt
ist. Die Kurve 72 zeigt das Signal, das von dem Fotodetektor 62 kommt,
wenn ein Sender 14 eingeschaltet ist. Die Kurve 68 zeigt das
Signal, das von dem Fotodetektor 62 kommt, wenn alle Sender 14 ausgeschaltet
sind. Die Kurve 74 zeigt die Resultierende, wenn die Kurve 68 von der
Kurve 72 abgezogen wird, wodurch die meisten Umgebungsstörungen beseitigt
werden. Die Linie 80 stellt einen Schwellenpegel dar, unterhalb
dessen Signale ignoriert werden.
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Es
sei angemerkt, dass der Signalpegel 68, wenn alle Sender
aus sind, aufgrund der Wirkungen elektronischer Umgebungsstörungen nie
ganz Null erreicht. Wenn es wenige Störungen gibt, kann die Position
der realen Linie 58 auf dem Fotodetektor 62 aus
dem Signal 72 bestimmt werden. Es ist jedoch vorzuziehen,
die Hintergrundstörungen
wie hier gezeigt abzuziehen und die Position der realen Linie 58 unter
Verwendung der resultierenden Kurve 74 zu bestimmen, von
der die meisten Hintergrundstörungen
entfernt wurden. Um die Hintergrundstörung zu subtrahieren, wird
das Ausgangssignal vorzugsweise in einem Digitalspeicher gespeichert.
Die Messwerte, wenn alle Sender momentan ausgeschaltet sind, werden
dann von den laufenden Daten abgezogen, um die von dem derzeit erleuchteten
Sender 14 erzeugten Daten zu gewinnen. Die zwei Messungen 72, 68 unterscheiden
sich wesentlich nur an dem Ort des realen Bilds 58, und
dieser Unterschied überschreitet
den Schwellenpegel 80. Somit kann die Position des Bilds 58 leicht
bestimmt werden. Eine verwendbare Messung, die aus der Kurve 74 aufgenommen
wird, könn te
eine Beliebige der folgenden sein: (1) die Position des einzelnen
Fotodetektorelements mit der Spitzenintensität, (2) der intensitätsgewichtete
Mittelwert aller Elemente über
der Schwelle, oder (3) der Mittelwert der Minimal- und Maximal-Elemente, bei denen
die Intensität über einer
gewissen Schwelle ist.
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Wenn
der Abstand d von der Oberfläche 70 des
Fotodetektors 62 zu dem Schlitz 60 und der Versetzungsabstand
der Linie 58 von der Mitte c des Fotodetektors 62,
die direkt hinter dem Schlitz 60 liegt, bekannt sind, kann
der Computer 20 den Winkel α berechnen, in dem die Ebene 61 auf
dem Sensor 28 auftritt. Nachdem der Punkt 58 einmal
bestimmt ist, kann der Winkel α leicht
berechnet werden. Somit kennt der Computer an diesem Punkt den Winkel α, der die
Ebene 61 von dem Sender 14 zu der Mitte des ersten
Schlitzes 60 definiert. Da die anderen Sensoren 30, 32 der
Kamera 16 ähnliche
Messungen durchführen
und der Computer 20 die Relativpositionen der Sensoren 28, 30, 32 in
der Kamera 16 kennt, kennt der Computer 20 drei
Ebenen, in denen der Sender 14 liegt. Die Schnittstelle
dieser drei Ebenen legt einen einzelnen Punkt im Raum fest, der
der Ort des Senders 14 relativ zu der Kamera 16 ist.
Wenn der Computer 20 den Ort der Kamera 16 relativ
zu dem festen Koordinatensystem 5 kennt oder wenn die Kamera 16 auch
die Orte von Referenzsendern 14 erfasst, deren Lage in
dem festen Koordinatensystem 5 bekannt ist, kann der Computer 20 dann
die berechnete Position des Senders 14 in das feste Koordinatensystem 5 übertragen.
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Die
drei Sensoren 28, 30, 32 sind vorzugsweise
entlang einer Linie oder einem Bogen angeordnet, so dass jeder Sensor
im wesentlichen denselben Abstand von dem beleuchteten Sender 14 aufweist, der
im Raum genau zu lokalisieren ist. Wenn die Sensoren 28, 30, 32 wie
bei den Kameras 16 und 16A entlang einem horizontalen
Bogen angeordnet sind, ist der mittlere Sensor 30 so orientiert,
dass er die Winkelerhebung des beleuchteten Sensors 14 misst. Die
zwei äußeren Sensoren 28, 32 messen
den Horizontalwinkel. (Wieder wird die Verwendung von horizontal
und vertikal zur Erleichterung des Verstehens, und es ist klar,
dass die Kamera in einer beliebigen Stellung angeordnet sein kann,
in der sie die zu erfassenden Sender "sehen" kann). Alle drei Sensoren 28, 30, 32 müssen so
angeordnet sein, dass die zu messenden beleuchteten Sender 14 vollständig in ihrem
Gesichtsfeld liegen. Zusätzliche
Sensoren wie in der Kamera 16C von 2D könnten verwendet werden,
um die Abdeckung des Gesichtsfelds zu verbreitern oder Messauflösung und
Genauigkeit zu verbessern. Es wurde jedoch herausgefunden, dass
drei Sensoren hinreichend sind, um gute Messungen zu erzielen, wenn
die Kamera in der Lage ist, sich zur Aufnahme der Ablesungen herumzubewegen.
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Die
Details des Aufbaus und des Betriebs des Computers 20 und
insbesondere seines Steuersystems sind wie folgt: Das Steuersystem
des Computers liefert Leistung an die Sender 14, indem
er sie einzeln in bekannten Abständen
abtastet. Es versorgt auch die Sensoren 28, 30, 32 für elektromagnetische
Strahlung mit Leistung. Die Winkeldatensignale von den Sensoren 28, 30, 32 werden
von dem Computer 20 empfangen, und der Computer 20 subtrahiert
die Hintergrundstörungsdaten 68,
die aufgenommen wurden, wenn alle Sender 14 aus waren, von
den Daten 72, die aufgenommen wurden, als der Sender 14 an
war, wodurch das Ergebnis 74 gewonnen wird, von dem die
meisten Störungen
entfernt sind. Diese Daten werden verwendet, um die Winkel α von den
Kameraschlitzen zu dem Sender 14 zu bestimmen, und dann
wird durch Triangulation die Position des Senders 14 relativ
zu der Kamera 16 berechnet. In dem Fall der Messköpfe 18 verwendet
der Computer die Positionen der Sender 14 des Messkopfs
und die bekannten Aufbauten der Messköpfe 18, um die Position
des von dem Messkopf gemessenen Punkts (d.h. des Mittelpunkts des
Lochs, in dem die Spange 44 oder der magnetische Aufsatz 41 angeordnet
ist oder der Spitze des Nadelmesskopfs 42) rela tiv zu der
Kamera 16 zu berechnen. Diese Position wird dann auf das
feste Standardkoordinatensystem 5 zurückbezogen.
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Referenzpunkte,
von denen aus der Computer die Daten auf das feste Koordinatensystem 5 zurückbeziehen
kann, können
in verschiedenen Arten bereitgestellt werden. Das bevorzugte Verfahren,
das in 2 und 2A dargestellt ist, besteht
darin, einen Referenzrahmen 12 relativ zu einem Abschnitt des
Fahrzeugs zu befestigen, der sich während des Ausrichtungsvorgangs
nicht ändert,
und zumindest drei Messköpfe 18 mit
Aufsätzen 41 oder 44 auf
unbeschädigte
Abschnitte des Fahrzeugs aufzusetzen, für die Standardmessdaten erhältlich sind.
Die Messungen werden dann aufgenommen, und durch Kenntnis der Beziehung
zwischen den Orten der Sender 14 auf dem Referenzrahmen 12 und
der Orte der Sender 14 auf den Messköpfen 18 an bekannten, unbeschädigten Punkten
des Fahrzeugs wird die Lage des Referenzrahmens 12 relativ
zu dem gespeicherten festen Koordinatensystem 5 des Fahrzeugs
aufgestellt. Dann bezieht der Computer 20, solange Sender
des Referenzrahmens 12 gesehen werden können, wenn eine neue Messung
aufgenommen werden soll, diese neu gemessenen Punkte zurück auf das
feste Koordinatensystem 5. Wenn der Computer keine Daten
von zumindest drei Referenzpunkten empfängt, kann er die neu gemessenen Punkte
nicht auf das feste Koordinatensystem 5 zurückbeziehen,
so dass keine Daten zurückgegeben werden,
und auf dem Bildschirm 22 erscheinen rote Anzeigen, die
dem Benutzer mitteilen, dass die Kamera 16 in eine bessere
Stellung bewegt werden muss. Wenn die Sensoren 28, 30, 32 nicht
Signale von zumindest zwei Sendern 14 an einem Messkopf 18 erfassen
können,
werden für
diesen Messkopf keine Daten zurückgegeben,
und auf dem Bildschirm 22 erscheinen rote Anzeigen, die
dem Benutzer mitteilen, dass der Messkopf nicht zu sehen ist.
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Ein
anderes Verfahren zum Liefern von Referenzpunkten besteht darin,
feste Messköpfe
an unbeschädigten
Abschnitten des Fahrzeugs bereitzustellen, die sich während des
Ausrichtvorgangs nicht bewegen, wie in 2C dargestellt.
Diese festen Messköpfe 18 bleiben
während
des Gesamtmessvorgangs an ihrer Position, und da sie relativ zu
dem Fahrzeug fest sind, definieren sie gemeinsam einen Bezugsrahmen 12C.
Die festen Proben 18 haben vorzugsweise Referenzsender 14,
die in verschiedene Richtungen gerichtet sind, so dass die Kamera 16, 16A oder 16B die
Sender 14"sehen" kann, wenn sie beim
Aufnehmen von Messungen um das Fahrzeug herum bewegt wird. Ein Beispiel
eines bevorzugten festen Messkopfs 18B zur Verwendung in
dieser Art von Referenzrahmen 12C ist in 8 dargestellt. Dieser
Messkopf 18B hat Sender 14 auf zumindest zwei
Seiten und vorzugsweise auf allen vier Seiten. Nachdem die Positionen
der Referenzsender 14 einmal mit Bezug auf das feste Koordinatensystem 5 aufgestellt
sind, kann der Computer 20 neu gemessene Punkte auf das
feste Koordinatensystem 5 zurückbeziehen, solange drei der
Referenzsender 14 von derselben Kameraposition aus zu sehen
sind, aus der die neuen Punkte gemessen werden sollen.
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Ein
anderes Verfahren zum Bereitstellen von Referenzsendern 14 besteht
darin, einfach einzelne Sender 14 um das Fahrzeug herum
anzubringen, wodurch, wie in 2B gezeigt,
ein Referenzrahmen 12B definiert wird. Die Kamera 16 wird
dann um das Fahrzeug herumbewegt, wobei die verschiedenen festen
Referenzsender 14 erfasst und die Relativpositionen zwischen
den Sendern 14 aufgestellt werden. Dann wird ein Messkopf
oder Messköpfe 18 verwendet,
um bekannte Punkte aus derselben Kameraposition zu messen, in der
einige der Referenzsender 14 gemessen worden sind, wodurch
die Beziehung zwischen den Referenzsendern 14 und dem festen Koordinatensystem 5 aufgestellt
wird. Nachdem diese Beziehung einmal aufgestellt ist, kann die Kamera 16 um
das Fahrzeug herum bewegt werden, um Messungen aufzunehmen, solange
einige der Referenzsender 14 von denselben Kamerapositionen
aus gemessen werden wie die neuen Punkte gemessen werden, und die
neuen Punkte werden dann von dem Computer 20 auf das Standardkoordinatensystem 5 zurückbezogen.
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Eine
vierte Alternative besteht darin, die Kamera wie in 2D dargestellt
relativ zu einem Abschnitt des Fahrzeugs zu befestigen, das sich
während
des Ausrichtvorgangs nicht bewegen wird. In diesem Fall wird die
Position der Kamera relativ zu dem festen Koordinatensystem aufgestellt,
nachdem einmal die Positionen bekannter, unbeschädigter Punkte an dem Fahrzeug
relativ zu der Kamera aufgestellt wurden, und die neuen von der
Kamera aufgenommenen Messungen können
dann von dem Computer 20 auf das feste Koordinatensystem
zurückbezogen
werden. In dieser Ausführungsform wird
die pyramidische Kamera 16C bevorzugt, weil sie einen breiteren
Sichtbereich aufweist, auch wenn eine beliebige der Kameras verwendet
werden könnte,
solang sie die von ihrer festen Position aus die zu messenden Punkte "sehen" kann.
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Wenn
die Vorrichtung verwendet wird, um ein Fahrzeug zu vermessen, unternimmt
der Benutzer die folgenden Schritte:
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Zunächst findet
der Benutzer einen Berührungsbildschirm 22 ähnlich dem
in 18 gezeigten vor, der ihn einlädt, mit dem Messvorgang zu
beginnen. Der Computer 20 fragt den Benutzer über den Berührungsbildschirm 22,
welche Art von Fahrzeug gemessen wird. Der Benutzer berührt den
Bildschirm 22 oder verwendet die Tastatur 23 oder
eine andere Benutzerschnittstelle, um die Marke und das Modell des
zu messenden Fahrzeugs auszuwählen,
und der Computer 20 greift dann auf gespeicherte Standardmessdaten
für diesen
Typ des Fahrzeugs 24 zu und zeigt wie in 19 dargestellt
einen Standardsatz von Zeichnungen für diesen Fahrzeugtyp. Wenn
der Benutzer die Ausführungsform
von 2 und 2A verwendet, wird dann der
Referenzrahmen 12 oder 12A relativ zu einem Abschnitt
des Fahrzeugs befestigt, der sich während des Ausrichtvorgangs
nicht bewegt, vorzugsweise durch Klemmen des Rahmens 12 an
die Klemmschweißung
des Fahrzeugs.
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Dann
berührt
der Benutzer den Berührungsbildschirm
von 19, um einen bekannten Punkt anzuzeigen, der einem
unbeschädigten
Abschnitt des Fahrzeugs entspricht, und der Computer 20 weist
den Benutzer an, welche Aufsätze
oder Adapter mit dem Messkopf 18 zu verbinden sind, der
an diesen bekannten Punkt angeschlossen werden soll. Der Benutzer
folgt den Anweisungen des Computers und setzt den Messkopf 18 in
das ausgewählte
Referenzloch ein oder verbindet den Messkopf 18 auf andere
Weise mit dem gewählten
Referenzpunkt. Dieser Vorgang wird wiederholt, wenn der Benutzer Schritt
für Schritt
den Messkopf 18 an eine Mehrzahl von Referenzpunkten an
dem Fahrzeug anschließt.
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Dann
nimmt die Kamera 16 Messungen der Sender 14 an
dem Referenzrahmen 12 und der Sender 14 an den
Tastköpfen 18 auf,
die an bekannten, unbeschädigten
Referenzpunkten angeordnet sind. Durch Festlegen der Raumbeziehung
zwischen den Referenzrahmensendern 14 und den Messkopfsendern 14 und
unter Kenntnis der Beziehung zwischen den Messkopfsendern 14 und
dem festen Koordinatensystem 5 für das Fahrzeug, bezieht der
Computer 20 die Orte der Sender 14 des Referenzrahmens 12 auf
das feste Koordinatensystem 5 für das Fahrzeug. Anschließend können die
Messköpfe 18 an
ihrem Ort verbleiben oder an andere zu messende Positionen bewegt
werden. Der Benutzer kann dann auf den Berührungsschirm 22 zeigen,
um andere zu messende Punkte zu wählen, oder er kann den handgehaltenen Messkopf 18 mit
dem Nadelpunkt 42 und dem angeschlossenen Auslöser 43 verwenden,
um Messungen einer beliebigen Stelle an dem Fahrzeug aufzunehmen,
für die
nicht einmal Standarddaten verfügbar
sein müssen.
Der Auslöser 43 ist
vorzugsweise mit dem Messkopf 18 verbunden, auf den die
Nadelspitze 42 aufgesetzt ist. Der Auslöser 43 befindet sich
in der Leitung 36 von dem Messkopf 18 zu dem Kasten 27,
und der Benutzer kann den Auslöser 43 drücken, wann
immer er will, dass unter Verwendung des Nadelspitzenmesskopfs 18 eine
Messung aufgenommen wird. Auch wenn Standarddaten nicht verfügbar sind,
wird der Benutzer eine Anzeige der drei Koordinaten in dem festen
Koordinatensystem 5 für jeden
gemes senen Punkt bekommen, und durch Vergleichen der Positionen
an entsprechenden Punkten auf der linken und der rechten Seite des
Fahrzeugs, die symmetrisch sein sollten, kann er feststellen, wie viel
die beschädigte
Seite bewegt werden muss, um in Ausrichtung zu kommen.
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Wenn
der Benutzer bekannte Punkte an dem Fahrzeug misst, zeigt der Bildschirm 22 wie
in 20 dargestellt das Ausmaß der Abweichung des gemessenen
Punkts von den Standarddaten sowohl durch einen Vektor an, der die
Richtung und das Ausmaß der
Abweichung zeigt, als auch durch numerische Daten, die das Ausmaß und die
Richtung der Abweichung angeben. Die Länge des Vektors ist vorzugsweise
proportional zu dem Logarithmus der Abweichung des gemessenen Punkts
von dem gespeicherten Datenpunkt, wodurch sowohl große als auch
kleine Abweichungen graphisch dargestellt werden können. Das
ist für
den Benutzer sehr hilfreich, weil es ihm genau die Richtung mitteilt,
in der eine Bewegung stattfinden muss, damit das Fahrzeug in Ausrichtung
kommt, und es teilt ihm das erforderliche Ausmaß der Bewegung mit. Die Vektoren
für die
Fahrerseite des Fahrzeugs werden in einer anderen Farbe angezeigt
als die Vektoren der Fahrgastseite, um die Graphik für den Benutzer
klarer zu machen.
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Dieser
Originalsatz von Messwerten kann in dem Computer 20 gespeichert
werden und von dem Drucker 26 ausgedruckt werden, um eine
Anzeige des Ausmaßes
des Schadens oder der Fehlausrichtung zu liefern, bevor eine Arbeit
an dem Fahrzeug ausgeführt
wird.
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Wenn
wie in 2C dargestellt feste Messköpfe 18 verwendet
werden, um einen Referenzrahmen 12C aufzustellen, ist das
Verfahren dasselbe, außer
dass die festen Tastköpfe 18 oder 18C an
bekannten, unbeschädigten
Orten an dem Fahrzeug angeordnet sind, die sich während des
Ausrichtvorgangs nicht bewegen werden. Dann stellt die Kamera jedes
Mal, wenn sie eine Messung aufnimmt, eine Beziehung zwischen den
neu gemessenen Punkten und den bekannten Orten der Sender 14 der
festen Messköpfe 18 auf,
was es dem Computer 20 ermöglicht, die neu gemessenen
Punkte auf das feste Koordinatensystem 5 zu beziehen.
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Wenn
wie in 2B gezeigt einzelne Sender 14 verwendet
werden, um den Referenzrahmen 12B zu bilden, werden die
Sender 14 mit Band oder Kleber oder Klettverschluss oder
anderen Befestigungsmitteln an dem Fahrzeug befestigt, die Kamera 16 wird
um das Fahrzeug herum bewegt und nimmt Messungen auf, um die Positionen
der Sender 14 aufeinander zu beziehen; bekannte Punkte
werden mit Messköpfen 18 gemessen
und auf die an dem Fahrzeug befestigten Sender 14 bezogen;
und die Positionen der festen Sender 14 werden dann relativ zu
dem festen Standardkoordinatensystem 5 aufgestellt. Wenn
anschließend
neue Messungen aufgenommen werden, misst die Kamera 16 bekannte
feste Sender 14 von derselben Kamerastellung aus wie sie
neue Punkte misst, wodurch sie es dem Computer 20 ermöglicht,
die neuen Punkte auf das feste Koordinatensystem 5 zurückzubeziehen.
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Wenn
wie in 2D die Kamera 16 relativ
zu einem unbeschädigten
Abschnitt des Fahrzeugs fest ist, ist es lediglich erforderlich,
Messköpfe 18 zu
verwenden, um einige bekannte Punkte an dem Fahrzeug zu messen,
wodurch die Beziehung zwischen der festen Kamera 16C und
dem festen Standardkoordinatensystem 5 aufgestellt wird,
und wann auch immer dann eine weitere Messung von der festen Kamera 16C aus
aufgenommen wird, bezieht der Computer 20 die Position
des neuen Punkts auf das feste Koordinatensystem 5. Die
feste Kamera 16–16C kann
an einer beliebigen festen Stellung angebracht sein, von der aus
sie die aufzunehmenden Messungen "sehen" kann.
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Die
Abtastrate ist schnell genug, damit die Sensoren 28, 30, 32 für alle praktischen
Zwecke die Position und Richtung der gemessenen Punkte augenblicklich
feststellen und diese Information dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 22 mittei len kann.
Wiederum müssen
die Sensoren 28, 30, 32 nur unterscheiden,
welcher der Sender 14 zu einem beliebigen Zeitpunkt beleuchtet
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird diese Funktion erzielt durch Abtasten
oder Versorgen der Sender 14 einer nach dem anderen mit
Energie. Es könnten
jedoch andere Verfahren verwendet werden, um es den Sensoren 28, 30, 32 zu
ermöglichen, die
jeweiligen Sender 14 voneinander zu unterscheiden. Es könnten beispielsweise
von jedem Sender unterschiedliche Wellenlängen elektromagnetischer Energie
abgestrahlt werden, und Fotodetektoren, die in der Lage sind, diese
bestimmten Frequenzen zu unterscheiden, könnten verwendet werden. Alternativ
könnten
die jeweiligen Sender mit einem eindeutigen Wellenmuster für jeden
Sender 14 moduliert sein. Der Computer 20 könnte dann
programmiert sein, das eindeutige Wellenmuster zu demodulieren um
festzustellen, zu welchem bestimmten Sender 14 das Positionssignal
gehört.
Andere Verfahren zum Unterscheiden einer Abstrahlquelle von einer
anderen sind ebenfalls möglich
und können
auf die vorliegende Erfindung angewendet werden. Das hier beschriebene
einfache optische Infrarotsystem liefert jedoch ein geeignetes Niveau
der Leistungsfähigkeit. Auch
wenn das reale Bild eines Senders 14 etwas defokussiert
ist, ist die Winkelmessung des Bilds noch verwendbar.
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Dann
beginnt der Benutzer, das Fahrzeug auszurichten, wobei Messköpfe 18 zusätzlich zu
festen Referenzpunkten an dem Fahrzeug an Punkten angebracht sind,
die bewegt werden. Wenn das Fahrzeug in Ausrichtung gelangt, schrumpfen
und verschwinden die Vektoren, und die Zahlen auf dem Bildschirm 22,
die das Ausmaß der
Fehlausrichtung anzeigen, sinken, bis der Benutzer eine Position ähnlich der
in 21 dargestellten erreicht. Das ist die "Nachmessung", die wieder in dem
Computer gespeichert und als Beweismittel für das Ausmaß, in dem das Fahrzeug ausgerichtet
oder begradigt wurde, ausgedruckt werden kann.
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22 zeigt
nützliche
Arten von Messungen, die mit dem vorliegenden System aufgenommen
werden können,
die schwierig oder unmöglich mit
anderen System aufzunehmen sind, und die selbst dann aufgenommen
werden können,
wenn es für
die gemessenen Punkte keine Standarddaten gibt. In diesem Fall richtet
der Benutzer den handgehaltenen Messkopf 18 mit der Zeigespitze 42 auf
vier Punkte 1–4 in
dem Motorraum und zwei Punkte 5–6 in der Kabine des
Fahrzeugs. Die Punkte 1 und 3, die einander gegenüberliegen,
werden etwa identische Breite-, Länge- und Höhenmessungen relativ zu dem Koordinatensystem 5 aufweisen,
sowie es die Punkte 2 und 4 werden, die ebenfalls
einander gegenüberliegen.
Auch ist der Diagonalabstand a zwischen den Punkten 3 und 4 identisch
zu dem Diagonalabstand b zwischen den Punkten 1 und 2. Ähnlich haben
die Punkte 5 und 6, die einander gegenüberliegen,
annähernd
identische Messwerte. Mit Standardverfahren wäre es schwierig, den Abstand
zwischen den Punkten 5 und 6 zu messen, weil das
Fahrzeug in den Weg der Messung gelangen würde, aber diese Art von Messung
ist mit der vorliegenden Erfindung sehr leicht. 23 zeigt
die Vergleichsmessungen, die in 22 aufgenommen
wurden, und in der Tat sind die Abstände "a" und "b" identisch und die Punkte, die einander
direkt gegenüberliegen,
haben annähernd identische
Messungen.
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Es
wird Fachleuten nahe liegen, dass Abwandlungen an den oben beschriebenen
Ausführungsformen
der Erfindung durchgeführt
werden können,
ohne dass von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er beansprucht
ist, abgewichen wird.