EP1646839A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der lenkgeometrie von fahrzeugen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung der lenkgeometrie von fahrzeugen

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Publication number
EP1646839A1
EP1646839A1 EP03739929A EP03739929A EP1646839A1 EP 1646839 A1 EP1646839 A1 EP 1646839A1 EP 03739929 A EP03739929 A EP 03739929A EP 03739929 A EP03739929 A EP 03739929A EP 1646839 A1 EP1646839 A1 EP 1646839A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
carrier
distance
distance sensor
rotation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03739929A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich RÖTHLISBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lasatron AG
Original Assignee
Lasatron AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lasatron AG filed Critical Lasatron AG
Publication of EP1646839A1 publication Critical patent/EP1646839A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B21/26—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/275—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
    • G01B11/2755—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/24—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B5/255—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing wheel alignment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/10—Wheel alignment
    • G01B2210/22—Wheels in a state of motion supported on rollers, rotating platform or other structure substantially capable of only one degree of rotational freedom

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 11.
  • the steering enables a wheeled vehicle to make defined changes in the direction of travel of the wheeled vehicle.
  • the steering of vehicles with four or more wheels should be designed or be set so that an optimal geometric rolling of all wheels is guaranteed, especially when cornering.
  • the steering is conventionally implemented in the form of an Ashen steering of the front wheels.
  • Each steered wheel usually the two front wheels, has its own pivot point.
  • the geometry of this steering is often designed to be adjustable so that the above requirements can be met as far as possible.
  • the steering geometry is then set via the adjusting elements in accordance with the designer's specifications with regard to toe, camber, caster, spread, etc. The same applies to the generally unguided rear wheels. These settings respectively.
  • the values of the steering geometry are measured for practical reasons via the wheels attached to the chassis.
  • adapters are attached to the wheel by means of clamps or hooks and their relative movements with respect to a fixed base are recorded and evaluated.
  • non-contact measuring devices are also used.
  • the sensors of the measuring devices are no longer attached directly to the wheel, but are arranged outside of them in a measuring frame.
  • These non-contact measuring devices conventionally work by means of laser triangulation modules, three modules of this type spaced apart from one another having to be used for each wheel in order to record the angle values of toe and camber. In the case of a four-wheel vehicle, in which this data must be acquired from all wheels, this means the use of 12 such modules.
  • Such measuring devices are very expensive to buy and, due to the system, only have a limited measuring range with regard to toe and camber. So only one can reduced accuracy can be achieved when determining indirect values such as caster, spread and toe difference.
  • the object of the present invention was to find a method and device which enables a quick, simple and reliable measurement of the steering geometry with the simplest possible means.
  • At least one measuring carrier is arranged on the measuring frame, which can move linearly in three mutually perpendicular axes and can be pivoted about these axes.
  • the measuring carrier can thus be roughly aligned with the body to be measured, which is also arranged on the measuring frame for the purpose of measurement.
  • the plane of rotation of the measuring carrier is now aligned exactly parallel with respect to the plane of rotation of the body to be measured. This takes place with contactless measurement of the distance between the measuring carrier and the body to be measured, a distance sensor being attached for this purpose at least at a point radially distant from the axis of rotation of the measuring carrier.
  • the distance between the sensor and the corresponding circumferential line of the body to be measured is now measured and fed to an evaluation unit.
  • the absolute distance is not of interest here, but only the deviation from the starting value during one revolution.
  • the measuring carrier can be aligned by linear and / or pivoting movements until the distance remains constant during one revolution.
  • An absolute parallel alignment of the measurement carrier with respect to the body to be measured is thus achieved.
  • the geometric values, in particular angular values can now be determined and displayed and / or stored relative to the measuring frame. Since advantageously only the deviation of the distance and not the distance is used as an absolute value, sensors that are much simpler and cheaper can be used in comparison to the conventional optical triangulation method, and in particular a single sensor is generally sufficient for the measurement per body.
  • laser infrared or
  • Ultrasonic sensors used for distance measurement. Since only the change in the distance is of interest to the alignment of the measuring carrier, differential sensors are preferably used, which advantageously provide an analog output signal.
  • the phase position between the transmitted signal and the received signal ie between the transmitter oscillation and the receiver oscillation, can be electronically recorded and registered as a measure of the distance.
  • a A change in this phase position indicates a different distance and the evaluation unit can move the measuring carrier accordingly based on these values, i.e. move or rotate it linearly until almost no changes occur, i.e. only changes caused by irregularities in the surface of the body along the measuring range be recorded.
  • the measurement carrier can be moved by means of conventional servo drives, which can be easily controlled by means of the evaluation unit and also allow the finest movements.
  • these movements can preferably be measured by means of appropriate sensors, advantageously by means of incremental encoders and analog or incremental angle sensors. This makes it possible to determine the absolute angle values of the measurement carrier relative to the measurement frame in a simple manner, these angle values corresponding to the values of the body to be measured.
  • the distance sensor is preferably arranged in the measuring carrier so as to be radially displaceable with respect to the axis of rotation of the measuring carrier.
  • Displacement is preferably effected by means of a cam disk which is also controlled via the evaluation unit.
  • an additional body is attached to the distance sensor as a counterweight.
  • This counterweight advantageously has the same radial distance from the axis of rotation of the measuring carrier and the same weight.
  • the counterweight is also advantageously arranged radially displaceably on the measuring carrier.
  • Measuring speed several distance sensors can also be arranged on the measuring carrier.
  • a second distance sensor can preferably be used as a counterweight.
  • the measuring speed can thus be increased with the same rotational movement of the measuring carrier.
  • the distance sensor is arranged on the carrier plate so as to be radially displaceable in order to be adjusted to an ideal circumferential area of the body to be measured.
  • the distance sensor is advantageously set, for example, to the area of the greatest width of the tire (rubber bead), i.e. the smallest distance axially in the direction of the measuring carrier.
  • FIG. 1 schematically shows the arrangement of a wheel with the virtual measuring plane of the measuring device according to the invention
  • 2 shows the top view of a measuring device designed according to the invention
  • 3 shows the side view of the measuring device according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a further top view of the measuring device according to FIG. 2 with alternative positions of the measuring probe
  • FIG. 5 shows the top view of an alternative embodiment of a measuring device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a wheel 20 as the measuring body with wheel axis 21.
  • This wheel 20 now spans a plane AI perpendicular to the wheel axis 21.
  • This level AI can, for example, by a concentric circumferential line 22 of the wheel 20 or. of the tire.
  • a measuring plane A2 should now be spanned, which should run parallel to the plane AI.
  • this measurement plane A2 is shifted linearly along the three axes x, y and z and also rotated about these axes x, y and z.
  • a sensor is arranged on the measurement plane A2, which detects the distance between the plane AI and the measurement plane A2.
  • the movements of the measuring plane A2 can be carried out precisely for a rough alignment in a known manner, for example by means of optical detection of the edges of the wheel 20, by means of servo controls, for example electrical servomotors.
  • the corresponding linear movements can be recorded and measured with incremental encoders, the rotary movements with analog or incremental angle sensors. This process is carried out in such a way until the axis of rotation x of the two planes AI and A2 are centered on one another.
  • the distance a is also recorded for an exact, parallel alignment of the plane A2.
  • the distance is required to control the servo control in order to align plane A2 exactly parallel to plane AI.
  • a differential sensor on an optical or acoustic basis is preferably used for this purpose. Since no large measuring range is necessary, and in particular not the absolute distance value is of interest, only deviations or Distance changes have to be recorded, relatively inexpensive sensors for the execution come into question for this. These sensors only have to be set to a specific target dimension, for example a zero value Start the measurement and then during the positioning process record the deviations from this target dimension and transmit them to the control.
  • the distance between the measurement plane A2 and the plane AI of the wheel 20 is determined by emitting a continuous surface wave.
  • the distance sensor has an arrangement of at least two elements, namely a transmitter and a receiver.
  • the phase position between transmitter and receiver oscillation also changes periodically.
  • the distance sensor can also have a plurality of receivers and a transmitter in order to perform a more precise positioning. For example, the exact position. Displacement of the position can be found on a tire bead, which forms a torus and not a flat surface.
  • FIG. 2 schematically shows the top view of a measuring device for a wheel designed according to the invention, and FIG. 3 also shows the side view for the sake of a better overview.
  • This measuring device has a round carrier plate 1, which can be rotated about its axis of rotation by the motor 2.
  • a sensor 5a is arranged radially displaceably on the carrier plate 1, and diametrically opposite a counterweight 5b which is also displaceable.
  • the sensor 5a, respectively. of the counterweight 5b are each attached to sliding plates 4, which are mounted radially displaceably in guide rails 3 arranged on the carrier plate 1.
  • the radial movement of the sliding plates 4 is effected via a pin 11 arranged parallel to the carrier plate 1 and also rotatable about the axis of the cam plate 6.
  • the pins 11 engage in a groove 12 of the sliding plate 4 which is formed parallel to the guide rails.
  • Counterweight 5b causes inside or outside.
  • the cam 6 can be rotated via a drive motor 7, which engages, for example, via a pinion 8 in a toothing formed on the circumference of the cam 6.
  • the counterweight 5b should have the same weight as possible as the sensor 5a. So that the rotation of the support plate 1 can be done without a large torque requirement, since the moving part of the device is advantageously practically balanced with respect to the axis.
  • FIG. 4 schematically shows the top view of a measuring device corresponding to FIG. 1, with the sensor 5a and the counterweight 5b in the respective ax. radial end position. This position is achieved by driving the drive motor 7 in the direction of the arrow, which ultimately leads to a relative rotary movement of the cam 6 relative to the carrier plate 1.
  • the measuring device can thus be used for a large number of different bodies, for example different wheel dimensions.
  • FIG. 5 also shows the top view of a further embodiment of a measuring device according to the invention.
  • further sensors 5c resp. Counterweights 5d arranged on the carrier plate 1. All sensors 5a, 5c and. Counterweights 5b resp. 5d radially positioned together via a cam 6.
  • Such measuring devices are now particularly suitable for measuring the steering geometry of motor vehicles.
  • two such measuring devices are arranged on both sides of a measuring frame, on which the vehicle to be measured is driven. The two wheels on each side of the vehicle are measured by a measuring device which is arranged in the longitudinal direction along a fixed guide from one wheel to the other wheel.

Abstract

Das vorliegende Verfahren und Vorrichtung dienen zur Messung der geometrischen Daten eines um eine Achse rotierbaren rotationssymmetrischen Körpers (20), wie einer Scheibe oder eines Rades, in Bezug auf einen Messrahmen. Dabei wird ein in Bezug auf den Messrahmen in drei Achsen (x,y,z) linear bewegbar und schwenkbar sowie um eine Rotationsachse (x) rotierbar angeordneter Messträger (1) frontal zum Körper (20) hin gerichtet angeordnet. Der Messträgers (1) wird dabei zuerst gegenüber dem Körper (20) in Bezug auf die Rotationsachse (x) grob zentriert ausgerichtet und danach unter Messung des Abstandes (a) zwischen Messträger (1) und Körper (20) von mindestens einem radial von der Rotationsachse (x) des Messträgers (1) entfernten Punkt mittels eines Abstandssensors (5a) gegenüber dem Körper (20) parallel durch lineare und/oder schwenkende Bewegung exakt ausgerichtet. Hierfür wird der Messträger (1) um seine Rotationsachse (x) rotierend angetrieben und die relativen Bewegungen des Messträgers (1) gegenüber dem Messrahmen werden mittels Sensoren erfasst und an eine Auswertungseinheit übertragen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Lenkgeometrie von Fahrzeugen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Durch die Lenkung wird einem Radfahrzeug überhaupt ermöglicht, definierte Änderungen der Fahrtrichtung des Radfahrzeuges auszuführen. Die Lenkungen von Fahrzeugen mit vier oder ggf. mehr Rädern sollen derart ausgestaltet resp. eingestellt sein, dass ein optimales geometrisches Abrollen sämtlicher Räder gewährleistet ist, insbesondere bei Kurvenfahrten .
Bei den in der Regel als vierrädrige Fahrzeuge aufgebauten Personenkraftwagen wird die Lenkung herkömmlicherweise in Form einer Aschsschenkellenkung der Vorderräder realisiert. Dabei weist jedes gelenkte Rad, in der Regel die beiden Vorderräder, einen eigenen Drehpunkt auf. Die Geometrie dieser Lenkung ist häufig einstellbar ausgestaltet, damit die obigen Anforderungen so weit als möglich erfüllt werden können. Über die Einstellorgane wird dann die Lenkgeometrie entsprechend den Vorgaben des Konstrukteurs in Bezug auf Spur, Sturz, Nachlauf, Spreizung etc. eingestellt. Dasselbe gilt auch für die in der Regel ungelenkten Hinterräder. Diese Einstellungen resp. die Werte der Lenkgeometrie werden aus praktischen Gründen über die am Fahrwerk angebrachten Räder gemessen. Hierfür werden beispielsweise Adapter mittels Klammern oder Haken am Rad befestigt und deren relative Bewegungen bezüglich einer fest eingerichteten Basis erfasst und ausgewertet. Diese Systeme haben den grossen Nachteil, dass die Montage und Demontage der Adapter am Rad einen grossen Aufwand, insbesondere einen grossen zeitlichen Aufwand, darstellt und ebenso hohe Anforderungen in Bezug auf die genaue Handhabung dieser Adapter und Messgeräte stellt. Da die elektronischen Adapter im Innern hochempfindliche Sensoren für die Messung von kleinsten Bewegungen aufweisen, können diese leicht durch unsorgfältige Handhabung beschädigt werden, was schliesslich zu fehlerhaften Resultaten führt.
Um diese Probleme zu vermindern und insbesondere im Rahmen der Produktion von neuen Fahrzeugen einfache, schnelle aber zuverlässige Messungen durchführen zu können, werden auch berührungslose Messgeräte eingesetzt. Dabei werden die Sensoren der Messgeräte nicht mehr direkt am Rad angebracht, sondern ausserhalb davon in einem Messrahmen angeordnet. Diese berührungslosen Messgeräte arbeiten herkömmlicherweise mittels Laser-Triangulationsmodulen, wobei für jedes Rad drei voneinander beabstandete derartige Module eingesetzt werden müssen, um die Winkelwerte von Spur und Sturz zu erfassen. Bei einem vierrädrigen Fahrzeug, bei welchem diese Daten von sämtlichen Rädern erfasst werden müssen, bedeutet dies die Verwendung von 12 derartigen Modulen. Damit sind derartige Messeinrichtungen in der Anschaffung sehr teuer und weisen zudem systembedingt lediglich einen eingeschränkten Messbereich in Bezug auf Spur und Sturz auf. Damit kann auch nur eine reduzierte Genauigkeit bei der Ermittlung von indirekten Werten wie Nachlauf, Spreizung und Spurdifferenzwinkel erreicht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag nun darin, ein Verfahren und Vorrichtung zu finden, welche eine schnelle, einfache und zuverlässige Messung der Lenkgeometrie mit möglichst einfachen Mitteln ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich erfindungsgemäss durch die Merkmale der weiteren Ansprüche 2 bis 10.
Erfindungsgemäss wird am Messrahmen mindestens ein Messträger angeordnet, welcher in drei senkrecht zueinander stehenden Achsen linear bewegt und um diese Achsen verschwenkt werden kann. Damit kann der Messträger sehr schnell grob gegenüber dem zu messenden Körper, welcher zum Zweck der Messung ebenfalls auf dem Messrahmen angeordnet wird, ausgerichtet werden. Um nun exakte Werte zu erhalten, wird nun die Rotationsebene des Messträgers exakt parallel in Bezug auf die Rotationsebene des zu messenden Körpers ausgerichtet. Dies erfolgt unter berührungsloser Messung des Abstandes zwischen dem Messträger und dem zu messenden Körper, wobei hierfür mindestens an einem von der Rotationsachse des Messträgers radial entfernten Punkt ein Abstandssensor angebracht ist. Durch Rotation des
Messträgers wird nun der Abstand des Sensors von der entsprechenden Umfangslinie des zu messenden Körpers erfasst und einer Auswertungseinheit zugeführt. Als Messgrösse interessiert hier nicht der absolute Abstand, sondern lediglich die Abweichung vom Startwert während einer Umdrehung. Aufgrund der Auswertung dieser Abweichungen kann der Messträger durch lineare und/oder verschwenkende Bewegungen derart ausgerichtet werden, bis der Abstand während einer Umdrehung konstant bleibt. Damit ist eine absolute parallele Ausrichtung des Messträgers gegenüber dem zu messenden Körper erreicht. Aufgrund der Erfassung der erwähnten Ausrichtbewegungen können nun die geometrischen Werte, insbesondere Winkelwerte, gegenüber dem Messrahmen ermittelt und angezeigt und/oder gespeichert werden. Da vorteilhaft insbesondere nur die Abweichung des Abstandes und nicht der Abstand als absoluter Wert verwendet wird, können im Vergleich zur herkömmlichen optischen Triangulationsmethode wesentlich einfachere und günstigere Sensoren eingesetzt werden und insbesondere genügt grundsätzlich ein einziger Sensor für die Messung pro Körper.
Vorzugsweise werden Laser-, Infrarot- oder
Ultraschallsensoren für die Abstandsmessung eingesetzt. Da für die Ausrichtung des Messträgers nur die Veränderung des Abstandes interessiert, werden vorzugsweise Differentialsensoren eingesetzt, welche vorteilhaft ein analoges Ausgangssignal liefern.
Wenn nun als Messsignal vorzugsweise ein kontinuierliches Signal, vorzugsweise in Form einer Oberflächenwelle ausgesendet wird, so kann die Phasenlage zwischen Sendesignal und Empfangssignal, d.h. zwischen Senderschwingung und Empfängerschwingung als Mass für den Abstand elektronisch erfasst und registriert werden. Eine Änderung dieser Phasenlage zeigt dann jeweils einen unterschiedlichen Abstand an und die Auswertungseinheit kann aufgrund dieser Werte den Messträger entsprechend bewegen, d.h. linear verschieben oder rotieren, bis nahezu keine Änderungen mehr auftreten, d.h. lediglich noch durch Unregelmässigkeiten in der Oberfläche des Körpers entlang des Messbereiches hervorgerufene Änderungen erfasst werden. Die Bewegung des Messträgers kann mittels herkömmlicher Servoantriebe erfolgen, welche einfach mittels der Auswertungseinheit angesteuert werden können und auch feinste Bewegungen erlauben.
Diese Bewegungen können ausgehend von einer definierten Ausgangslage gegenüber dem Messrahmen vorzugsweise mittels entsprechenden Sensoren gemessen werden, vorteilhaft mittels Inkremental-Encodern und analogen oder inkrementalen Winkelsensoren. Damit ist eine Ermittlung der absoluten Winkelwerte des Messträgers gegenüber dem Messrahmen auf einfach Weise möglich, wobei diese Winkelwerte den Werten des zu messenden Körpers entsprechen.
Um den Messträger entsprechend dem zu messenden Körper anzupassen, beispielsweise auf die unterschiedlichen Dimensionen bei Fahrzeugrädern, ist der Abstandssensor vorzugsweise radial in Bezug auf die Rotationsachse des Messträgers verschiebbar im Messträger angeordnet. Diese
Verschiebung wird vorzugsweise mittels einer ebenfalls über die Auswertungseinheit angesteuerte Kurvenscheibe bewirkt.
Damit bei der Rotation des Messträgers keine hohen Kräfte auftreten, ist vorzugsweise achsialsymmetrisch gegenüber dem Abstandssensor ein zusätzlicher Körper als Gegengewicht angebracht. Dieses Gegengewicht weist vorteilhaft denselben radialen Abstand zur Rotationsachse des Messträgers und dasselbe Gewicht auf. Vorteilhaft ist das Gegengewicht ebenfalls radial verschiebbar am Messträger angeordnet.
Abhängig von der Anforderung in Bezug auf
Messgeschwindigkeit können auch mehrere Abstandssensoren am Messträger angeordnet werden. Vorzugsweise kann beispielsweise als Gegengewicht ein zweiter Abstandssensor eingesetzt werden. Damit kann die Messgeschwindigkeit bei gleicher Rotationsbewegung des Messträgers erhöht werden.
Weiter wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich erfindungsgemäss durch die Merkmale der weiteren Ansprüche 12 bis 20.
Auf der Trägerplatte ist der Abstandssensor erfindungsgemäss radial verschiebbar angeordnet, um auf einen idealen Umfangsbereich des zu messenden Körpers eingestellt zu werden. Bei der Messung von Rädern von Kraftfahrzeugen wird der Abstandssensor beispielsweise vorteilhaft auf den Bereich der grössten Breite des Reifens (Gummiwulst) eingestellt, d.h. des kleinsten Abstandes axial in Richtung des Messträgers.
Die Trägerplatte ist vorteilhaft in Form einer kreisförmigen Scheibe aufgebaut, in welcher der
Abstandssensor auf einer Platte angeordnet ist, welche entlang von Führungsschienen radial verschiebbar geführt ist. Obwohl sich das Verfahren wie auch die Vorrichtung erfindungsgemäss entsprechend Anspruch 21 resp. 22 für die Messung der Lenkgeometrie eignen, sollen auch andere Anwendungsgebiete nicht ausgeschlossen sein. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindungen werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch die Anordnung eines Rades mit der virtuellen Messebene der erfindungsgemässen Messvorrichtung; Fig. 2 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäss ausgestaltete Messvorrichtung; Fig. 3 die Seitenansicht der Messvorrichtung nach Figur 2 ; Figur 4, eine weitere Aufsicht auf die Messvorrichtung nach Figur 2 mit alternativen Positionen der Messsonde; und Figur 5 die Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemässen Messvorrichtung.
In der Figur 1 ist ein Rad 20 als der messende Körper mit Radachse 21 dargestellt. Dieses Rad 20 spannt nun eine Ebene AI senkrecht zur Radachse 21 auf. Diese Ebene AI kann beispielsweise durch eine konzentrische Umfanglinie 22 des Rades 20 resp. des Reifens aufgespannt werden. Im Abstand a vor dieser Ebene AI soll nun eine Messebene A2 aufgespannt werden, welche parallel zur Ebene AI verlaufen soll. Um diese Position zu erreichen, wird diese Messebene A2 linear entlang der drei Achsen x, y und z verschoben sowie auch um diese Achsen x, y und z rotiert. Auf der Messebene A2 wird hierfür ein Sensor angeordnet, welcher den Abstand zwischen der Ebene AI und der Messebene A2 erfasst.
Die Bewegungen der Messebene A2 können für eine Grobausrichtung in bekannter Art, z.B mittels optischer Erfassung der Ränder des Rades 20, mittels Servosteuerungen, beispielsweise elektrischen Servomotoren, präzise ausgeführt werden. Die entsprechenden linearen Bewegungen können mit inkremental-Encordern, die Drehbewegungen mittels analogen oder inkrementalen Winkelsensoren erfasst und gemessen werden. Dieser Vorgang wird derart durchgeführt, bis die Rotationsachse x der beiden Ebenen AI und A2 zentriert zueinander ausgerichtet sind.
Für eine exakte, parallele Ausrichtung der Ebene A2 wird noch der Abstand a erfasst. Das Mass des Abstandes wird für die Ansteuerung der Servosteuerung benötigt, um die Ebene A2 exakt parallel zur Ebene AI auszurichten.
Vorzugsweise wird hierfür nun ein Differentialsensor auf optischer oder akustischer Basis eingesetzt. Da kein grosser Messbereich notwendig ist, und insbesondere nicht der absolute Abstandswert von Interesse ist sondern lediglich Abweichungen resp. Abstandsänderungen erfasst werden müssen, kommen hierfür verhältnismässig preisgünstige Sensoren für die Ausführung in Frage. Diese Sensoren müssen nur auf ein bestimmtes Soll-Mass eingestellt werden, beispielsweise einen Null-Wert zu Beginn der Messung und anschliessend beim Positionierungsvorgang die auftretenden Abweichungen von diesem Soll-Mass erfassen und der Steuerung übermitteln.
Es kommen damit also bekannte Sensoren auf der Basis von Laser-, Infrarot- oder Ultraschalltechnik zur Anwendung.
Als Ausgangssignal wird vorteilhaft ein bipolarer, analoger Ausgang eingesetzt, welcher auf einfachste Weise über die Auswertungseinheit die Servoantriebe ansteuern kann, beispielsweise Schrittmotoren oder Gleichstromantriebe. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Abstand zwischen der Messebene A2 und der Ebene AI des Rades 20 durch Aussenden einer kontinuierlichen Oberflächenwelle ermittelt. Hierfür weist der Abstandssensor eine Anordnung aus mindestens zwei Elementen, nämlich einem Sender und einem Empfänger auf. Bei einer Änderung der Distanz zwischen einem solchen Abstandssensor und dem Rad 20, resp. der Reifenoberfläche, ändert sich auch periodisch die Phasenlage zwischen Sender- und Empfängerschwingung. Indem diese Phasenverschiebung registriert und die auftretenden Differenzen ausgewertet werden, werden Unterschiede des Abstandes mit hoher Genauigkeit erfasst, wodurch eine exakte Ausrichtung der Messebene A2 gegenüber der Ebene AI möglich ist.
Der Abstandssensor kann auch mehrere Empfänger und einen Sender aufweisen, um eine exaktere Positionierung durchzuführen. Damit kann beispielsweise die exakte Position resp. Verschiebung der Position auf einem Reifenwulst festgestellt werden, der einen Torus bildet und nicht eine ebene Fläche darstellt. In Figur 2 ist schematisch die Aufsicht auf eine erfindungsgemäss ausgestaltete Messvorrichtung für ein Rad dargestellt, sowie in Figur 3 der besseren Übersicht halber auch die Seitenachsicht. Diese Messeinrichtung weist eine runde Trägerplatte 1 auf, welche um ihre Rotationsachse mit dem Motor 2 rotiert werden kann.
Auf der Trägerplatte 1 ist radial verschiebbar ein Sensor 5a angeordnet, sowie diametral gegenüber ein ebenfalls verschiebbares Gegengewicht 5b. Der Sensor 5a resp. des Gegengewicht 5b sind jeweils auf Schiebeplatten 4 befestigt, welche in auf der Trägerplatte 1 angeordneten Führungsschienen 3 radial verschiebbar gelagert sind.
Die radiale Bewegung der Schiebeplatten 4 wird über auf einer parallel zur Trägerplatte 1 angeordneten und ebenfalls um die Achse rotierbaren Kurvenscheibe 6 angeordneten Zapfen 11 bewirkt. Die Zapfen 11 greifen dabei in eine parallel zu den Führungsschienen ausgebildete Nut 12 der Schiebeplatte 4. Durch eine relative Verdrehung zwischen Trägerplatte 1 und Kurvenscheibe 6 wird damit eine radiale Verschiebung des Sensors 5a resp. des
Gegengewichtes 5b nach Innen oder Aussen bewirkt.
Die Verdrehung der Kurvenscheibe 6 kann über einen Antriebsmotor 7 erfolgen, der beispielsweise über ein Ritzel 8 in eine am Umfang der Kurvenscheibe 6 ausgebildete Verzahnung eingreift.
Das Gegengewicht 5b soll möglichst dasselbe Gewicht wie der Sensor 5a aufweisen. Damit kann die Verdrehung der Trägerplatte 1 ohne grossen Drehmomentbedarf erfolgen, da der bewegte Teil der Vorrichtung vorteilhaft in Bezug auf die Achse praktisch ausgewuchtet ist.
In Figur 4 ist schematisch noch einmal die Aufsicht auf eine Messvorrichtung entsprechend Figur 1 dargestellt, mit dem Sensor 5a sowie dem Gegengewicht 5b in der jeweiligen ax. radialen Endposition. Erreicht wird diese Position durch Antrieb des Antriebsmotors 7 in Pfeilrichtung, was schliesslich zu einer relativen Drehbewegung der Kurvenscheibe 6 gegenüber der Trägerplatte 1 führt. Damit lässt sich die Messvorrichtung für eine grosse Anzahl unterschiedlicher Körper, beispielsweise unterschiedlicher Raddimensionen, einsetzen.
In Figur 5 ist noch die Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Messvorrichtung dargestellt. Hier sind nun weitere Sensoren 5c resp. Gegengewichte 5d auf der Trägerplatte 1 angeordnet. Vorteilhaft werden alle Sensoren 5a, 5c resp. Gegengewichte 5b resp. 5d gemeinsam über eine Kurvenscheibe 6 radial positioniert. Derartige Messvorrichtungen eignen sich nun insbesondere für die Vermessung der Lenkgeometrie von Kraftfahrzeugen. In einer kleinen Ausstattung werden zwei derartige Messvorrichtungen beidseits eines Messrahmens angeordnet, auf welchen das zu messende Fahrzeug aufgefahren wird. Die beiden Räder jeweils einer Fahrzeugseite werden dabei durch eine Messvorrichtung ausgemessen, welche in Längsrichtung entlang einer festen Führung von einem Rad zum anderen Rad verschiebbar angeordnet ist. Nach der Messung aller vier Räder können neben den direkten Werten für Spur und Sturz auch die weiteren Werte wie Nachlauf, Spreizung und Spurdifferenzwinkel berechnet werden. Für eine besonders rationelle und schnelle Messung werden vorteilhaft beidseitig des Fahrzeuges jeweils zwei Messvorrichtungen, d.h. für jedes Rad eine eigene Messvorrichtung, eingesetzt. Damit können sehr schnell, einfach und präzise die Werte erfasst und registriert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung der geometrischen Daten eines um eine Achse rotierbaren rotatJonssymmetrischen Körpers (20), wie einer Scheibe oder eines Rades, in Bezug auf einen Messrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Bezug auf den Messrahmen in drei Achsen (x,y,z) linear bewegbar und schwenkbar sowie um eine Rotationsachse (x) rotierbar angeordneter Messträger (1) frontal zum Körper (20) hin gerichtet angeordnet wird, der Messträger (1) gegenüber dem Körper (20) in Bezug auf die Rotationsachse (x) zentriert ausgerichtet wird und danach unter Messung des Abstandes (a) zwischen Messträger (1) und Körper (20) von mindestens einem radial von der Rotationsachse (x) des Messträgers (1) entfernten Punkt mittels eines Abstandssensors (5a) der Messträger (1) gegenüber dem Körper (20) parallel durch lineare und/oder schwenkende Bewegung ausgerichtet wird, wobei hierfür der Messträger (1) um seine Rotationsachse (x) rotierend angetrieben wird und die relativen Bewegungen des Messträgers (1) gegenüber dem Messrahmen mittels
Sensoren erfasst und an eine Auswertungseinheit übertragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandssensor (5a) mindestens ein Laser-, Infrarot oder Ultraschallsensor eingesetzt wird, vorzugsweise ein Differenzialsensor, und als Ausgangssignal des Sensors ein bipolares, analoges Ausgangssignal verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessung mit einer durch einen Erreger ausgesendeten kontinuierlichen Oberflächenwelle durchgeführt wird, welche nach der Reflektion am Körper (20) über einen Empfänger erfasst wird, wobei die Phasenlage zwischen Erreger- und Empfängerschwingung ermittelt und registriert wird und als Mass für den Abstand resp. die Änderung des Abstandes ausgewertet und zur Ansteuerung der Bewegung des Messträgers (1) eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearbewegungen des Messträgers (1) mittels Inkremental-Encodern gemessen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegungen resp. Verdrehwinkel des Messträgers (1) um die drei Achsen (x,y,z) mittels analogen oder inkrementalen Winkelsensoren gemessen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5a) radial in Bezug auf die Rotationsachse (x) des Messträgers (1) verschiebbar im Messträger (1) angeordnet wird, vorzugsweise mittels einer über einen Servoantrieb gesteuerten Kurvenscheibe (6) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5a) im Messträger (1) auf den Radius mit dem kleinsten axialen Abstand zwischen Abstandssensor (5a) und Körper (20) eingestellt wird, vorzugsweise automatisch unter Verwendung der Resultate der Abstandsmessung, eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass axialsymmetrisch gegenüber dem Abstandssensor (5a) ein Gegengewicht (5b) am Messträger (1) angeordnet wird, welcher vorzugsweise dasselbe Gewicht wie der Abstandssensor (5a) aufweist, und dessen Abstand gegenüber der Rotationsachse (x) des Messträgers (1) identisch zum Abstand des Abstandssensors (5a) eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Messträgers (1) entsprechend der verlangten resp. benötigten Regelzeit und/oder Anzeigegeschwindigkeit festgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der parallelen Ausrichtung des Messträgers (1) dieser für weitere Messungen am gleichen
Körper (20) nicht mehr rotiert wird, wobei mindestens drei voneinander beabstandete Abstandssensoren (5a) für die Abstandsmessungen eingesetzt werden, und der Messträger (1) anschliessend aufgrund der Auswertung der Messung dieser mindestens drei Abstandssensoren (5a) parallel eingestellt wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine um eine Rotationsachse (x) rotierbar angetriebene Trägerplatte (1) als Messträger aufweist, auf welcher mindestens ein radial zur Rotationsachse verschiebbar angeordneter Abstandssensor (5a) angeordnet ist, der einen im wesentlichen senkrecht von der Trägerplatte (1) wegweisend gerichteten Erfassungsbereich aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Rotationsachse (x) der Trägerplatte
(1) axialsymmetrisch gegenüber jedem Abstandssensor (5a; 5c) entweder ein Gegengewicht (5b; 5d) oder ein weiterer Abstandssensor auf der Trägerplatte (1) derart verschiebbar angeordnet ist, dass sowohl der Abstandssensor (5a; 5c) wie das Gegengewicht (5b; 5d) resp. der weitere Abstandssensor jeweils denselben radialen Abstand zur Rotationsachse (x) der Trägerplatte (1) aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5a; 5c) als Laser-, Infrarot- oder Ultraschallsensor ausgebildet ist und vorzugsweise ein bipolares, analoges Ausgangssignal erzeugt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5a; 5c) einen Emitter zur Aussendung eines kontinuierlichen Oberflächenwellensignals und einen Empfänger zum Empfangen des vom Körper (20) reflektierten Signals aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (1) über Servomotoren, vorzugsweise Schrittmotoren, mit dem
Messrahmen in drei Achsen verschiebbar verbunden ist und dass Sensoren für die Erfassung dieser Verschiebungen angeordnet sind, vorzugsweise in Form von Inkremental- Encodern.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Servomotoren für die Verdrehung der Trägerplatte (1) um mindestens zwei Achsen vorhanden sind und dass Sensoren für die Erfassung dieser Verdrehungen angeordnet sind, vorzugsweise in Form von analogen oder digitalen Winkelsensoren.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5a; 5c) über eine Kurvenscheibe (6), die vorzugsweise koaxial zur Trägerplatte (1) angeordnet und gegenüber dieser mittels einem separaten Antrieb (7), vorzugsweise einem Schritt- oder Servomotor, verdrehbar ausgebildet ist, radial verschiebbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zum Abstandssensor (5a; 5c) ein Gegengewicht (5b; 5d) an der Trägerplatte (1) ebenfalls radial verschiebbar angeordnet ist, vorzugsweise dasselbe Gewicht wie der Abstandssensor (5a; 5c) aufweisend.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (5b; 5d) durch einen weiteren Abstandssensor gebildet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (1) mit einem
Rotationsantrieb (2) , vorzugsweise einem elektrischen Antriebsmotor, koaxial verbunden ist.
21. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die Messung der Lenkgeometrie von Fahrzeugen, vorzugsweise von Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen.
22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20 für die Messung der Lenkgeometrie von Fahrzeugen, vorzugsweise von Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen.
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