DE19748239A1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung von Sturz und Vorlauf eines Fahrzeugrads - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung von Sturz und Vorlauf eines FahrzeugradsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Maschinen zur Ausrichtung von Kraft
fahrzeugrädern und insbesondere optische Sensoren und Radaus
richt- bzw. -ausfluchttechniken, die in berührungslosen Rad
ausrichtmaschinen Anwendung finden.
Es ist bekannt, daß der Sturz eines Fahrzeugrads unter Verwen
dung eines Sensors ermittelt werden kann, der die Position
eines Meßpunkts an einer oberen mittleren Stelle auf der Rei
fenseitenwand bestimmt. Der Sturz kann dann aufgrund bekannter
trigonometrischer Beziehungen zwischen dem Meßpunkt und we
nigstens einem anderen Punkt (beispielsweise der Reifenmitte)
bestimmt werden. Es ist ebenso bekannt, daß der Vorlauf einem
lenkbaren Fahrzeugrads aufgrund der gemessenen Sturzwerte für
jede von zwei Längsstellungen bestimmt werden kann. Diese
Technik wird von D.B. January in "Steering Axis Geometry and
Caster Measurement" in SAE-Veröffentlichung Nr. 850219 be
schrieben.
In vielen Radausrichtmaschinen wird der Sturz unter Verwendung
des horizontalen Abstands zwischen dem oberen Meßpunkt und der
Reifenmitte oder eines anderen solchen Meßpunkts berechnet.
Diese Sturzberechnung setzt voraus, daß diese beiden Meßpunkte
innerhalb in einer vertikalen Ebene angeordnet sind, die
rechtwinklig zu der Rollebene des Rades verläuft (d. h. recht
winklig zu der Ebene in welcher jeder beliebige Punkt auf dem
Rad sich bewegt, wenn dieses sich dreht). Diese vertikale
Ebene wird nachstehend als vertikale Meßebene bezeichnet.
Ausgehend von dieser Annahme wird allgemein akzeptiert, daß
der tatsächliche obere Meßpunkt so nah wie möglich zu dieser
vertikalen Meßebene gelegen sein muß. Anderenfalls würde die
Position des Meßpunkts durch die Spur des Rades beeinflußt und
der berechnete Sturz wäre inkorrekt. Aus diesem Grund sind die
in Radausrichtmaschinen verwendeten Meßsensoren typischerweise
so konstruiert und oft sogar so kalibriert, daß, für ein Rad
bei Spur 0 der obere Meßpunkt so nahe wie möglich an der obe
ren mittleren Position des Rades angeordnet ist (d. h. so nahe
wie möglich an der vertikalen Meßebene).
Ein Problem bei der Bestimmung des Vorlaufs aufgrund von
Sturzwerten ist, daß die gemessenen Versetzungen klein sind
und typischerweise nicht die Auflösung der Messung überschrei
ten. Außerdem wird der Einfluß des Spurwinkels auf die Ver
setzungen der Meßpunkte durch das absichtliche Einführen von
spezifischen Spurwinkeln während des Meßvorgangs vergrößert.
Folglich sind die Vorlaufmessungen weniger genau und weniger
wiederholbar als dies wünschenswert wäre.
Bei manchen berührungslosen Meßsensoren wird dieses Problem
noch dadurch verstärkt, daß das ausgerichtete und geformte
Licht in eine bestimmte Richtung projiziert wird, die sich
nicht ändert, wenn das Rad nach links oder rechts gelenkt
wird. Deshalb wird, wenn der Sturz zum Zwecke der Vorlauf
messung bestimmt wird, der Auftreffpunkt des geformten Lichts
(d. h. der Meßpunkt) sich verändern, wenn das Rad zwischen den
beiden Links- und Rechtspositionen gelenkt wird. Dies führt zu
weiteren Ungenauigkeiten bei der Sturzmessung und damit auch
bei der Vorlaufmessung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach
stehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläu
tert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen.
Es zeigen:
Fig. A eine schematische Ansicht eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels eines optischen Radaus
richtsensors (Radvermessungssensors) gemäß der
Erfindung;
Fig. B eine perspektivische Ansicht, die die Stellung
des in Fig. A gezeigten Sensors bezüglich des
linken Vorderrads eines Kraftfahrzeugs sowie
die zum Definieren der räumlichen Positionen
von Sensor und Rad zur Vermessung der Radein
stellkenngrößen verwendeten Konventionen
zeigt;
Fig. C eine Seitenansicht des linken Kraftfahrzeug
vorderrads, die schematisch veranschaulicht,
wie Laser innerhalb des in Fig. A gezeigten
Sensors verwendet werden, um geformtes Laser
licht auf die Seitenwand eines auf dem Rad
montierten Reifens zu projizieren;
Fig. D eine Draufsicht auf das Rad und den Sensor aus
Fig. A, die das sensoroptische System veran
schaulicht;
Fig. E eine Ansicht des Montagesockels, der sowohl
für einen der Laser des in Fig. A gezeigten
Sensors als auch für andere Laser nach einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ver
wendet wird;
Fig. F die Konventionen zur Definition der Ausrich
tung eines Fahrzeugs, welches einer Vermessung
in einer Radausrichtmaschine gemäß der Erfin
dung unterzogen wird;
Fig. G und H Draufsichten, die die Projektion des von dem
Sensor aus Fig. A limitierten Laserlichts
darstellen;
Fig. I eine Ansicht eines Kraftfahrzeugrads, welche
die Beziehung zwischen Sturz und Scheitelra
dius des Rads veranschaulicht;
Fig. J eine Seitenansicht des in Fig. B dargestellten
Rads, die veranschaulicht, wie der Spurwinkel
des Rads den Ort beeinflußt, an dem das geform
te Laserlicht auf die Seitenwand des Reifens
auftrifft;
Fig. K die Wirkung der Spur auf die relativen und
absoluten Orte des reflektierten geformten
Lichts innerhalb des durch die Sensorkamera
erzeugten Bildes;
Fig. L den Einfluß des Spurwinkels auf den Ort des
Meßpunkts bezüglich des in Fig. B gezeigten
Scheitelpunkts des Reifens;
Fig. M eine Teilansicht des Profils und der Seiten
wand des in Fig. B gezeigten Reifens;
Fig. N wie das Abtragen von Pixeln in Millimeter
durch den Winkel zwischen der Projektionsachse
und der Achse des Laserlichts und der Achse
des durch die Kamera gesehenen reflektierten
Laserlichts beeinflußt wird; und
Fig. O eine schematische Draufsicht auf eine Radaus
richtmaschine, die vier der optischen Radaus
richtsensoren aus Fig. A umfaßt.
Das Meß- und Radausrichtverfahren sowie die Vorrichtung hierzu
gemäß der Erfindung stellt eine Verbesserung des in dem
US-Patent Nr. 5,600,435 (veröffentlicht am 04. Februar 1997)
offenbarten Verfahrens und der dort offenbarten Vorrichtung
dar, auf dessen Offenbarung hiermit zurückgegriffen wird und
dessen Offenbarung in diese Anmeldung einbezogen sein soll.
Viele der Bezugszeichen, die in den Fig. A bis O verwendet
werden, stimmen mit denjenigen der Figuren des US-Patents Nr. 5,600,435
überein. Identische Bezugszeichen bezeichnen Bautei
le, die mit denjenigen Bauteilen übereinstimmen können, die in
dem vorbezeichneten US-Patent offenbart sind. Mit Hochkomma
versehene Bezugszeichen bezeichnen Bauteile, die ähnlich zu
gleich bezeichneten Bauteilen in diesem Patent sind. Neue
Bezugszeichen bezeichnen Bauteile, die bei der in diesem Pa
tent beschriebenen Vorrichtung nicht vorgesehen sind. Die
Verbesserungen der Vorrichtung dieses Patents, die erforder
lich sind, die nachstehend beschriebene Erfindung dort zu
implementieren sind für den Fachmann ersichtlich.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen bekannte Meßtechniken zur
Bestimmung des Vorlaufs, die sich auf gemessene Veränderungen
des Sturzes zwischen verschiedenen Lenkpositionen verlassen,
nicht den gewünschten Grad an Genauigkeit und Wiederholbar
keit, da die gemessenen Versetzungen nicht viel größer sind
als die erzielbare Auflösung bei der Messung. Dieser Nachteil
des Standes der Technik wird durch die vorliegende Erfindung
überwunden, die auf der Erkenntnis aufbaut, daß der Sturz bei
einer gegebenen Meßauflösung mit größerer Genauigkeit durch
Erkennen der Versetzung von einem oder mehreren Punkten vor
oder hinter der vertikalen Meßebene und anschließendes Kor
rigieren dieser Versetzungen, um dem Einfluß des Spurwinkels
gerecht zu werden, bestimmt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird der Sturz berührungslos unter Verwen
dung eines Lasers bestimmt, der geformtes Licht auf die Sei
tenwand eines Reifens an einen versetzt von der normalen obe
ren Meßposition angeordneten Ort projiziert. Das geformte
Licht beleuchtet einen Offset-Meßpunkt auf der Reifenseiten
wand und ein optischer Sensor nimmt das reflektierte Bild auf.
Anschließend bestimmt ein Computer den Ort des Meßpunktes
innerhalb des zweidimensionalen Bildraums des optischen Sen
sors. Dann werden trigonometrische Gleichungen unter Verwen
dung des Spurwinkels benutzt, um die horizontale Versetzung
dieses Offset-Meßpunkts von dem Reifenmittelpunkt oder einem
anderen Bezugspunkt innerhalb der Meßebene zu bestimmen. Wenn
diese horizontale Versetzung einmal bekannt ist, kann der
Sturz mathematisch anhand einer bekannten trigonometrischen
Beziehung ermittelt werden, wie dies nachstehend noch erläu
tert wird.
Die Bestimmung des Sturzes in dieser Art und Weise kann vor
zugsweise als Teil des Vorlaufmeßverfahrens verwendet werden.
Bei der Bestimmung des Vorlaufs wird das Rad in zwei Steuerpo
sitionen gedreht (linke und rechte), um einen vorbestimmten
Spurwinkel aufzubringen. Das geformte Licht beleuchtet einen
Meßpunkt auf der Seitenwand des Reifens an jeder dieser beiden
Steuerpositionen. Für jede angesteuerte Position wird der
Sturz wie vorstehend beschrieben bestimmt, wieder unter Be
rücksichtigung des vorgewählten Spurwinkels. Wenn einmal die
Sturzwinkel in dieser Art und Weise in der rechten und linken
Steuerposition bestimmt worden sind, wird der Vorlauf dann
unter Verwendung der bekannten Gleichungen von D.B. January
veröffentlicht in "Steering Axis Geometry and Caster Measure
ment" SAE-Veröffentlichung 850219, bestimmt.
Die gemessenen Versetzungen des Offset-Meßpunkts werden unter
Berücksichtigung folgender Punkte korrigiert:
- 1. der tatsächlichen Versetzung des Reifenmittelpunkts von einer kalibrierten Stellung und
- 2. des Einflusses des Spurwinkels.
Die erste dieser Korrekturen kann in bekannter Art und Weise
erzielt werden, wie nachstehend noch beschrieben wird. Die
zweite dieser Korrekturen ist eine Spurkorrektur, die aus dem
Spurwinkel und der Versetzung der Meßpunkte aus der Reifen
mitte in der Fahrzeuglängsachse (Y-Achse) berechnet wird. Wenn
die gemessene Versetzung korrigiert worden ist, wird diese
verwendet, um die horizontale Versetzung in der vertikalen
Meßebene zu bestimmen, wieder unter Verwendung des Spur
winkels. Wenn diese horizontale Versetzung einmal bekannt ist,
kann der Sturz unter Verwendung der bekannten trigonometri
schen Beziehung zwischen der horizontalen Versetzung und dem
Scheitelradius des Reifens ermittelt werden.
Ein Sensor 10' gemäß der Erfindung ist in Fig. A gezeigt. Der
in Fig. A gezeigte Sensor kann der gleiche Sensor sein, wie er
in US-Patent Nr. 5,600,435 im Zusammenhang mit der dortigen
Fig. 1 beschrieben ist, mit Ausnahme der nachstehend beschrie
benen Unterschiede. Einer der wesentlichen Unterschiede ist
die Neuanordnung und Neuausrichtung des Lasers 13, der bei der
Bestimmung des Sturzes verwendet wird. Der Laser 13 ist so
ausgerichtet, daß er eine Ebene von Laserlicht erzeugt, die
parallel zu und abweichend von einer vertikalen Referenzebene
ausgerichtet ist, die wie hier verwendet als vertikale Meß
ebene des Rades bezeichnet wird, wenn dieses sich bei Spur
winkel 0 befindet. Das Auftreffen dieser Ebene aus Laserlicht
auf die Seitenwand 32a ist in den Fig. B und C gezeigt.
Insbesondere Fig. B veranschaulicht, wie für ein Rad, das bei
Spurwinkel und Sturz 0 ausgerichtet ist, das Licht von dem
Laser 13 eine Linie auf der Seitenwand 32 an einem Ort der von
der Schnittlinie der Reifenseitenwand mit der vertikalen Meß
ebene abweicht, erleuchtet. Fig. C zeigt weitere Einzelheiten
und zeigt wie die Offset-Sturz-Laserlinie wenigstens einen
Meßpunkt an dem Offset-Ort beleuchtet. Wie in Fig. C gezeigt
und nachstehend noch erläutert wird, ist dieser Meßpunkt be
vorzugt der Scheitelpunkt der reflektierten Laserlinie und
wird nachstehend als der Offset-Meßpunkt oder Sturzmeßpunkt
bezeichnet. Selbstverständlich kann der Laser 13 jedes andere
geeignete geformte Licht anstelle einer Linie erzeugen (wie
dies in US-PS Nr. 5,600,435 beschrieben ist), solange die
Position eines geeigneten Offset-Meßpunktes aus dem reflek
tierten Bild ermittelt werden kann. Fig. C zeigt dies im De
tail und zeigt ebenso wie die Position des Offset-Meßpunkts
von der des oberen mittleren Meßpunkts, wie er bei den vor
beschriebenen im Stand der Technik bekannten Sturzmeßtechniken
bekannt ist, abweicht. Da das in den Fig. B und C gezeigte Rad
mit einem Spurwinkel von 0 ausgerichtet ist, ist die vertikale
Meßebene koinzident mit der vertikalen Referenzebene.
Um die genaue Erkennung von Punkten auf der Laserlinie zu
ermöglichen, wird die Kamera um 90° in die entgegengesetzte
Richtung zu der in dem US-Patent Nr. 5,600,435 beschriebenen
Richtung gedreht. D. h., die Kamera wird auf ihre Seite ge
dreht, so daß die horizontale Achse ihrer Bildebene vertikal
ausgerichtet ist und die linke Kante ihrer Bildebene sich am
nächsten zum Boden befindet. Dies erlaubt die Erkennung von
Laserlinien anhand der konvexen Kante der Laserlinie, die
einen schärferen Übergang erzeugt. Als Ergebnis dessen sind
die reflektierten Laserlinien, die in den Videobilddaten ent
halten sind, umgekehrt zu diesen, die von den in dem Patent
beschriebenen Sensoren erzeugt werden.
In Fig. E ist ein Montagesockel für den Laser 13 gezeigt. Der
Montagesockel trägt den Laser 13 und erlaubt dessen mecha
nische Kalibrierung in Hinblick auf eine Prüflehre. Der Mon
tagesockel 120 umfaßt eine zylindrische Bohrung 122, in die
der Laser 13 eingesetzt ist. Der Laser 13 wird innerhalb sei
ner zugehörigen Bohrung durch drei Einstellschrauben 124 ge
halten, die zur Justierung der Richtung und Ausrichtung der
Laserprojektionsachse verwendet werden können. Die Mitte der
Bohrung 122 ist von der vertikalen Bezugsebene um die Laser-
Offset-Entfernung YLOff versetzt, wobei diese Entfernung ab
hängig davon gewählt ist, wie weit der Abstand des Offset-
Meßpunkts von der vertikalen Referenzebene gewählt ist. Da der
Laser 13 mechanisch kalibriert ist, um Licht in einer parallel
zu der vertikalen Referenzebene ausgerichteten Achse zu proji
zieren, wird der Abstand des Offset-Meßpunkts auf der Reifen
seitenwand von der vertikalen Meßebene für ein mit Spurwinkel
0 eingestelltes Rad ebenso YLOff betragen. Dies ist in Fig. D
angedeutet. Vorzugsweise beträgt der Laser-Offset-Abstand YLOff
innerhalb einer Größenordnung von einem 3/4 Inch bis zu 1 1/4
Inch und höchst vorzugsweise 1 Inch. Wie ebenso in Fig. D
gezeigt ist, sind der Offset-Meßpunkt und das optische System
im Sichtfeld des Meßpunkts vorzugsweise auf gegenüberliegenden
Seiten der vertikalen Referenzebene angeordnet, so daß das
Bild der reflektierten Sturz-Laser-Linie, welches von der
Kamera 18 gesehen wird, die vertikale Referenzebene durch
dringt.
Fig. E zeigt ebenso einen anderen Laser 130, der sein Laser
licht in die vertikale Referenzebene projiziert und auf diese
zentriert ist. Dieser projiziert folglich sein Licht auf den
oberen mittleren Meßpunkt, wie er bei aus dem Stand der Tech
nik bekannten Sensoren verwendet wird. Der Laser 130 wird nur
in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung
verwendet, wie dies später noch erläutert wird.
Fig. F veranschaulicht die hier verwendeten räumlichen Konven
tionen. Abweichend von den in dem US-Patent Nr. 5,600,435
verwendeten Konventionen ist die Längsrichtung (vor und zu
rück), hier als Y-Achse bezeichnet, die seitliche Richtung als
X-Achse und die vertikale Richtung als Z-Achse. Die vertikale
Referenzebene ist daher die X-Z-Ebene und für ein einzelnes
Rad schneidet die vertikale Meßebene die vertikale Referenz
ebene in einem Winkel, der dem Spurwinkel des Rads entspricht.
Die folgende Beschreibung der Spurmessung erfolgt mit Bezug
auf das vordere linke Rad des Fahrzeugs. Wie dies für den
Fachmann ersichtlich ist, sind die Spurwerte, die bei dem
Sturz-Meßverfahren verwendet werden, tatsächliche Spurwerte,
die in einer bekannten Art und Weise eingestellt wurden, um
dem Schubwinkel Rechnung zu tragen und das Ausmaß zu berück
sichtigen, mit welchem das Fahrzeug in dem Testgestell gekippt
ist.
Wie vorstehend erwähnt, können durch die Projektion geformten
Lichts auf die Reifenseitenwand an einem von der oberen Mit
telposition, die normalerweise für die Sturzbestimmung verwen
det wird, abweichenden Punkt, größere Versetzungen des Meß
punkts an jeder der beiden Steuerpositionen bzw. Lenkpositio
nen erzielt werden, wodurch genauere Sturzmessungen ermöglicht
werden. Der Einfluß dieses Offset-Orts wird anhand der Fig. G
und H verständlich. Die Fig. G und H zeigen Draufsichten der
Projektion von geformtem Licht durch den Offset-Laser 13 im
Vergleich mit Licht, das durch den Laser 130 auf den in dem
bekannten Meßverfahren verwendeten oberen mittleren Meßpunkt
projiziert wird. Es sei angemerkt, daß diese beiden Figuren
nur zur Darstellung der Betriebsweise des Sensors 10' vor
gesehen sind. Der Sensor 10' sollte deshalb vorzugsweise nicht
den Laser 130 umfassen und das reflektierte geformte Licht von
dem Laser 13 wird durch das optische System 16 anstelle auf
direktem Weg durch die Kamera 18 aufgenommen, wie dies in den
Fig. G und H angedeutet ist.
Fig. G zeigt das Fahrzeugrad bei einem Spurwinkel von 0. In
Fig. H wurde das Rad nach links und rechts zu zwei Spurwinkeln
gesteuert, die nur zu Zwecken der Darstellung übertrieben groß
sind. Wie die kleinen Pfeile anzeigen, ist die Positionsände
rung des reflektierten Laserlichts innerhalb der Bildebene der
Kamera größer für den Offset-Laser 13 als für den Laser 130.
Durch Messen solcher größeren Versetzungen kann der Meßfehler
verringert werden und die Wiederholbarkeit der Messung wird
gesteigert.
Die Herleitung der für das dargestellte Ausführungsbeispiel
verwendeten Gleichung zur Berechnung des Sturzes ist anhand
von Fig. I zu verstehen. Das vordere linke Rad ist in dieser
Figur mit einem positiven Sturzwinkel dargestellt. Wie aus der
Figur ersichtlich ist, ist:
Sturz = θcm = sin⁻1 (Dcm/R)
wobei:
Dcm = der horizontale Abstand in der vertikalen Meß ebene zwischen dem oberen mittleren Meßpunkt und der Reifenmitte und
R = der Scheitelradius in mm (d. h. der Abstand von der Reifenmitte zum Reifenscheitel).
Dcm = der horizontale Abstand in der vertikalen Meß ebene zwischen dem oberen mittleren Meßpunkt und der Reifenmitte und
R = der Scheitelradius in mm (d. h. der Abstand von der Reifenmitte zum Reifenscheitel).
Der Scheitelradius ist eine Konstante und, falls nicht durch
Meßdaten bestimmt, von dem Reifenhersteller erhältlich. Bei
Bestimmung des Sturzes anhand des oberen mittleren Meßpunktes
ist die Bestimmung von D in cm relativ einfach, dies ist ein
fach die Versetzung des Meßpunkts von dem Kalibrierpunkt in
der X-Richtung zuzüglich einer Korrektur zur Berücksichtigung
dessen, daß die Reifenmitte sich nicht in der kalibrierten
Stellung in der X-Richtung befindet. Diese Korrektur ist
gleichzusetzen mit der durchschnittlichen Versetzung der Spur-
Laserlinien aus deren Kalibrierpunkten in der X-Richtung. Dies
wird durch die Fig. 13a und 13b des US-Patents Nr. 5,600,435
gezeigt, wo XC gleich der Versetzung des Meßpunkts von dem
Kalibrierpunkt und YD die durchschnittliche X-Achsenversetzung
der Meßpunkte aus ihren kalibrierten Positionen ist.
Bei der Bestimmung des Sturzes unter Verwendung des Offset-
Lasers 13 erfordert die genaue Bestimmung von Dcm, daß die
gemessene Versetzung in der X-Richtung korrigiert wird, nicht
nur um der Versetzung der Reifenmitte von der angenommenen
Kalibrierten Position Rechnung zu tragen, sondern auch um dem
Einfluß des Spurwinkels Rechnung zu tragen. Anschließend wer
den die korrigierte X-Achsenversetzung und der Spurwinkel
verwendet, um die horizontale Versetzung Dcm zu bestimmen, wie
dies nachstehend genauer erläutert wird.
Die Berechnung des Spurwinkels kann anhand der Fig. J und K
nachvollzogen werden. Fig. J veranschaulicht den Einfluß eines
positiven Spurwinkels auf die reflektierten Vorwärts- und
Rückwärts-Spur-Laserlinien (FTOE und RTOE). Die daraus resul
tierenden Versetzungen der Spur-Laserlinien innerhalb der
Bildebene der Kamera sind in Fig. K gezeigt. Diese Figur zeigt
ebenso den Einfluß eines positiven Sturzes auf die Offset-
Laserlinie. Wie dies in Fig. K angedeutet ist, wird die Bewe
gung der Spur-Laserlinien nach links und nach rechts in der
Bildebene der Kamera in der Software als Bewegung der Laserli
nien in seitlicher Richtung (X-Achse) des Fahrzeugs behandelt.
Die Bewegung der Spur-Laserlinien in Aufwärts- und Abwärts
richtung innerhalb der Bildebene der Kamera wird in der Soft
ware als Bewegung in der Fahrzeuglängsachse (Y-Achse) behan
delt. Für den Offset-Laser 13 wird die Bewegung der Spur-La
serlinie nach links und nach rechts innerhalb der Bildebene
der Kamera in der Software als Bewegung der Laserlinie in der
Fahrzeugquerrichtung (X-Achse) behandelt, wohingegen eine
Bewegung dieser Laserlinie nach oben und nach unten in der
Software als Bewegung der Laserlinien in vertikaler Richtung
(Z-Achse) behandelt wird.
Demzufolge kann der Spurwinkel in ähnlicher Art und Weise
berechnet werden, wie dies zuvor für den Sturz beschrieben
wurde, nämlich:
Spur = θT = tan⁻1 (ST ΔXT/2R)
wobei:
ΔXT = der Abstand (in Pixeln) entlang der X-Achse zwischen den durch die FTOE- und RTOE-Laserli nien beleuchteten Scheitelpunkten ist und
ST = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem von der Kamera empfangenen Laserlicht abhängt.
ΔXT = der Abstand (in Pixeln) entlang der X-Achse zwischen den durch die FTOE- und RTOE-Laserli nien beleuchteten Scheitelpunkten ist und
ST = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem von der Kamera empfangenen Laserlicht abhängt.
Obwohl sich die reflektierten Spur-Laserlinien beide innerhalb
der Bildebene der Kamera befinden, kommen diese aus verschie
denen Sichtfeldern, die mittels des optischen Systems 16 zu
sammengeführt wurden. Folglich müssen diese räumlich zuein
ander in bezug gesetzt werden. Dies wird mechanisch durch eine
Einstellehre bzw. Prüflehre erreicht, wie dies in dem US-Pa
tent Nr. 5,600,435 beschrieben ist. Obwohl die Laser 12 bis 14,
das optische System 16 und die Kamera 18 so eingestellt
werden können, so daß sie auf einen einzigen gemeinsamen Bezug
kalibriert sind, wie dies in diesem Patent beschrieben ist,
ist eine solche Einstellung der Vorrichtungen nicht notwendig.
Vielmehr ist es ausreichend, wenn die einzelnen Kalibrier
punkte für jede der Laserlinien ermittelt und während des
Kalibrierens aufgenommen werden und mit deren zugehörigen
Laserlinien während der Messung verwendet werden. Dies ist in
Fig. K gezeigt.
Durch Beziehen der gemessenen FTOE- und RTOE-Laserlinien auf
einzelne Kalibrierpunkte, die mechanisch aufeinander bezogen
sind, ergibt sich die Bestimmung von ΔXT einfach durch:
ΔXT = (XF - XCF) - (XA - XCA).
Wenn der Spurwert einmal berechnet worden ist, wird eine Sym
metriekorrektur in bekannter Art und Weise angewendet, um die
Neigung zu berücksichtigen, mit der das Fahrzeug in dem Test
gestell gekippt ist. Der Spurwert wird in an sich bekannter
Art und Weise weiterkorrigiert, um den Schubwinkel des Fahr
zeugs zu berücksichtigen.
Wie vorstehend beschrieben, werden Spur und Sturz aufgrund der
X-Achsenversetzung von ausgewählten Scheitelpunkten auf dem
Reifen bestimmt. Wie hier verwendet, bezieht sich der "Schei
telpunkt" einer bestimmten Laserlinie auf den erleuchteten
Punkt auf der Reifenseitenwand, der am weitesten von der Roll
ebene des Reifens entfernt ist (wobei die Rollebene als mittig
zwischen den beiden Seitenwänden der Reifen angenommen wird).
Wie dies in Fig. L gezeigt ist, ist der Scheitelpunkt typi
scherweise verschieden von dem bei dem Verfahren und der Vor
richtung des US-Patents Nr. 5,600,435 verwendeten Hochpunkt.
Für die reflektierte Offset-Laserlinie sind diese Punkte nur
identisch, wenn das Rad bei einer Spur und einem Sturz von 0
eingestellt ist.
Weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. L wird die Bestimmung der
Anordnung des Scheitelpunkts in der Bildebene der Kamera unter
Verwendung des Spurwinkels erzielt. Der Spurwinkel wird ver
wendet, um eine schräge Linie L bezüglich einer beliebigen
Referenz parallel zur Y-Achse zu definieren. Diese Linie kann
einfach durch folgende Gleichung bestimmt werden:
X = Y tan θT
wobei:
θT = der Spurwinkel.
θT = der Spurwinkel.
Der Scheitelpunkt ist derjenige Punkt auf der Laserlinie, der
der Linie L am nächsten kommt. Der nächste Punkt kann durch
Berechnung des Abstands d für jeden Punkt auf der Laserlinie
wie folgt bestimmt werden. Für jede Abtastlinie der Kamera,
wenn ein Punkt auf der Laserlinie aufgenommen wird, wird die
Y-Koordinate (YP) dieses Punkts innerhalb der Bildebene in die
vorstehende Gleichung für die Linie L eingesetzt, woraus die
X-Koordinate (XL) des Schnittpunkts mit der Abtastlinie mit
der Linie L resultiert. Der Abstand d kann dann einfach durch
die folgende Gleichung berechnet werden:
d = (XP - XL) cos θT
wobei:
XP = die X-Koordinate des Punktes (XP, YP), der auf der Abtastlinie untersucht wird.
XP = die X-Koordinate des Punktes (XP, YP), der auf der Abtastlinie untersucht wird.
Der Punkt auf der Laserlinie, für welchen der Abstand d am
geringsten ist, ist der Scheitelpunkt auf dem Reifen.
Da die Scheitelpunkte zur Berechnung des Spurwinkels verwendet
werden und der Spurwinkel zur Bestimmung der Anordnung der
Scheitelpunkte verwendet wird, werden diese Berechnungen itte
rativ durchgeführt, wobei die Scheitelpunkte anfänglich durch
Annahme eines Spurwinkels von 0 bestimmt werden. Diese Be
rechnungen werden für jeden neuen Rahmen von Videodaten durch
geführt, wobei die Scheitelpunkte jeweils anhand des für den
vorhergehenden Videorahmen berechneten Spurwinkels bestimmt
werden und ein neuer Spurwinkel berechnet wird, wenn ein ak
tualisierter Satz von Scheitelpunkten ermittelt wurde.
Die Herleitung der Gleichungen zur Berechnung des Sturzes
anhand des Offset-Meßpunktes wird nun mit Bezug auf Fig. M
beschrieben. Fig. M zeigt eine Teiloberansicht des Profils und
der Seitenwand des linken vorderen Rads, das einen positiven
Sturz- und Vorlauf- sowie Spurwinkel hat (entweder als tat
sächliche Spur des Reifens oder als Ergebnis eines Lenkein
schlags zu dem Spurwinkel zum Zwecke der Sturzmessung). Der
Offset-Laser 13 projiziert in seitliche (X-Achse) Richtung,
wobei er eine vertikal ausgerichtete Linie von Laserlicht auf
der Seitenwand des Reifens erzeugt. Diese Laserlinie beleuch
tet den Offset-(Sturz)-Meßpunkt (Pcm). Wie vorstehend bereits
ausgeführt wurde, berechnet sich der Sturz nach folgender
Gleichung:
Sturz = θcm = sin⁻1 (Dcm/R)
Der horizontale Abstand (Dcm) ist der horizontale Abstand in
der vertikalen Meßebene zwischen der Reifenmitte und dem
Sturzmeßpunkt. Da die vertikale Meßebene in bezug auf die
X-Achse durch den Spurwinkel schräg verläuft, kann Dcm wie folgt
berechnet werden:
Dcm = Scm ΔXcm cos θT
wobei:
Scm = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem reflektierten durch die Kame ra aufgenommenen Laserlicht beeinflußt ist und
ΔXcm = die X-Achsenversetzung des Sturzmeßpunkts von der Reifenmitte.
Scm = ein Pixel zu Millimeter Umrechnungsfaktor, der von dem Winkel zwischen dem projizierten La serlicht und dem reflektierten durch die Kame ra aufgenommenen Laserlicht beeinflußt ist und
ΔXcm = die X-Achsenversetzung des Sturzmeßpunkts von der Reifenmitte.
Durch Betrachtung von Fig. M ergibt sich:
ΔXcm = Xcm - XCCm - ΔXToe - ΔXTC
wobei:
Xcm = die X-Achsen Pixelkoordinate des Sturzmeß punkts Pcm innerhalb der Bildebene der Kamera;
XCCm = die X-Achsen Pixelkoordinate des kalibrierten Punkts PCCm für die Offset-Sturz-Laserlinie;
ΔXToe = eine Spurkorrektur entsprechend dem Versatz des Spurmeßpunkts entlang der X-Achse aufgrund der Einflüsse des Spurwinkels; und
ΔXTC = die X-Achsenversetzung der Reifenmitte von der angenommenen kalibrierten Position.
Xcm = die X-Achsen Pixelkoordinate des Sturzmeß punkts Pcm innerhalb der Bildebene der Kamera;
XCCm = die X-Achsen Pixelkoordinate des kalibrierten Punkts PCCm für die Offset-Sturz-Laserlinie;
ΔXToe = eine Spurkorrektur entsprechend dem Versatz des Spurmeßpunkts entlang der X-Achse aufgrund der Einflüsse des Spurwinkels; und
ΔXTC = die X-Achsenversetzung der Reifenmitte von der angenommenen kalibrierten Position.
Mit kurzem Bezug zu Fig. K wird bevorzugt, daß XCCm ein bekann
ter Wert ist (als Ergebnis der Kalibrierung mit der Prüflehre)
und daß XCm unter Verwendung der vorstehend beschriebene Schei
telpunkt Bestimmungstechnik ermittelt wurde.
Weiterhin mit Bezug auf Fig. M wird bevorzugt, daß die Spur
korrektur ΔXToe unter Verwendung des vorhergehend bestimmten
Spurwerts und des Y-Achsen-Offsets YcmOff ermittelt werden kann,
der dem Y-Achsen-(längs)-Abstand zwischen dem Offset-Meßpunkt
und der Reifenmitte nach folgender Gleichung entspricht:
ΔXToe = YcmOff tan θt
Die Bestimmung des Y-Achsen-Offset wird wie folgt erreicht.
Bei der Prüflehre sind die vorderen und hinteren Spurkalibrie
rungspunkte exakt mit dem gleichen Abstand in Y-Richtung von
der vertikalen Referenzebene angeordnet. Während der ursprüng
lichen Einstellung und Kalibrierung des Sensors wird der Off
set-Laser 13 so angeordnet, daß er in der Y-Richtung Licht in
einer Ebene projiziert, die einen bekannten Laser-Offset-Ab
stand (YLOff) von der vertikalen Bezugsebene hat. Da der Offset
YLOff der Spur-Laserprojektionsachse von der vertikalen Refe
renzebene bekannt ist, kann der Y-Achsen-Offset-Abstand YCmOff
bezüglich der vertikalen Referenzebene wie folgt bestimmt
werden:
YcmOff = YLOff + ΔYTC
wobei:
ΔYTC = die Y-Achsenversetzung der Reifenmitte von der vertikalen Referenzebene ist.
ΔYTC = die Y-Achsenversetzung der Reifenmitte von der vertikalen Referenzebene ist.
Wieder mit Bezug auf Fig. K wird bevorzugt, daß ΔYTC gleich der
durchschnittlichen Y-Achsenversetzung der gemessenen Spur
scheitelpunkte von deren kalibrierten Positionen ist.
D. h.:
ΔYTC = [(YF - YCP) + (YA - YCA)]/2,
was im vorliegenden Fall ein negatives Ergebnis ergibt, woraus
resultiert, daß YCMOff kleiner ist als YLOff.
Die Bestimmung von ΔXCm erfordert auch die Bestimmung der
X-Achsenversetzung ΔXTC der Reifenmitte von ihrer angenommenen
kalibrierten Position. Wie bei der Bestimmung der Y-Achsen
versetzung der Reifenmitte kann ΔXTC einfach als Mittel der
X-Achsenversetzungen der Spurscheitelpunkte von ihren kalibrier
ten Positionen wie folgt berechnet werden:
ΔXTC = [(XP - XCF) + (XA - XCA)]/2
Nun nachdem die Spurkorrektur ΔXToe und der Offset der Reifen
mitte ΔXTC bestimmt wurden, kann die X-Achsenversetzung ΔXCM
einfach berechnet werden und hiervon der horizontale Abstand
DCM unter Verwendung der vorstehenden Gleichung. Wenn der hori
zontale Abstand einmal bekannt ist, kann dieser in der vor
stehenden Gleichung zusammen mit dem bekannten Scheitelradius
R des Reifens verwendet werden, um den Sturzwinkel des Rads zu
berechnen.
Wie in dem vorstehend zitierten Artikel von D.B. January be
schrieben, kann der Vorlauf unter Verwendung des Sturzwerts
für jede der zwei angesteuerten Spurwinkel bestimmt werden.
Die gerade beschriebene Sturzberechnung kann verwendet werden,
um den Sturz bei gleichen rechts und links angesteuerten Spur
winkeln zu bestimmen, um daraufhin den Vorlauf unter Verwen
dung dieser Sturzwerte in an sich bekannter Art und Weise zu
errechnen.
Die Übertragung von Pixelentfernungen in der Bildebene der
Kamera zu tatsächlichen Entfernungen (beispielsweise mm) kann
über den Umrechnungsfaktor (S), der vorstehend in Verbindung
mit den Gleichungen erläutert wurde, erzielt werden. Wie dies
jedoch anhand von Fig. N erläutert wurde, verändert sich die
tatsächliche Umrechnung von Pixeln in Millimeter mit dem
Winkel zwischen der Projektionsachse des Laserlichts und der
von der Kamera aufgenommenen Achse des reflektierten Lichts.
Die tatsächliche Versetzung entlang der X-Achse von Punkt P1
ist deshalb geringer als die Versetzung von Punkt P2 zu P3,
obwohl die Versetzung (bNom/2), die durch die Kamera 18 gesehen
wird, die gleiche ist. Der einzelne Umrechnungsfaktor, der in
den Gleichungen Anwendung findet, kann deshalb die Ver
setzungen in X-Richtung nicht richtig wiedergeben.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird anstelle
der Verwendung eines Umrechnungsfaktors in den oben beschrie
benen Gleichungen die Pixelkoordinate eines jeden gemessenen
Punkts (d. h. sowohl der Kalibrierung als auch der Scheitel
punkte) in eine tatsächliche Versetzung im Verhältnis zu einer
nominalen (Mitte des Sichtfelds) Position P2 unter Verwendung
des bekannten Winkels zwischen der Projektionsachse des Laser
lichts und der Achse der nominalen Position konvertiert. Dann
werden die vorstehenden Gleichungen (ohne den Umrechnungs
faktor S) zur Berechnung des Sturzes und erforderlichenfalls
des Vorlaufs verwendet.
Anhang A zeigt die Herleitung der Gleichungen, die zur Be
stimmung der tatsächlichen X-Achsenversetzung eines gemessenen
Punkts PM bezüglich eines Punkts P2 am Schnittpunkt der Projek
tionsachse des Lasers und der Mitte des Kameragesichtsfelds
verwendet werden. Diese Berechnungen gehen davon aus, daß: (1)
RXNom in die Mitte des Kameragesichtfelds fällt; (2) daß bXNom
das Ausmaß des Kameragesichtsfelds gemessen rechtwinklig zu
RXNom an Punkt P2 ist; (3) daß b3 rechtwinklig zu RXNom an Punkt
P3 ist, was eine bekannte (gemessene) Entfernung ΔXN entlang
der Ebene des Laserlichts ist; und (4) der Aufstellwinkel αXNom
bekannt ist. Diese Werte können als ein Teil der Kalibrierung
und Aufstellung des Meßsensors 10' gemessen werden.
Wie durch die Schlußgleichung von Anhang A ausgedrückt ist,
können die X-Achsenversetzungen in Millimeter oder in anderen
Einheiten ausgedrückt als eine Funktion der Pixelversetzung
(ΔPixelx) und verschiedene andere Konstanten als Teil der
ursprünglichen Maschinenkalibrierung und Einrichtung bestimmt
werden. Diese Gleichungen können in ähnlicher Art und Weise
zur Berechnung der tatsächlichen Versetzungen in den Y- und
Z-Achsen verwendet werden.
In Fig. O ist eine Radausrichtmaschine gemäß der Erfindung
gezeigt. Diese Radausrichtmaschine kann grundsätzlich die
gleiche sein wie die in Verbindung mit Fig. 2 des
US-Patents Nr. 5,600,435 beschriebene, mit Ausnahme dessen, daß die Be
arbeitung der Videokameradaten nicht von der in Fig. 14 des
Patents beschriebenen Schaltungsanordnung durchgeführt werden
muß. Vielmehr können die Videodaten von der Kamera 18 direkt
zu dem Computer 24 und insbesondere zu den Einzelbildbearbei
tungseinrichtungen (processing boards) A, B, C und D geschickt
werden, die in einem Bereich 24c des Computers installiert
sind. Ein geeignetes Bildbearbeitungsboard für diese Anwendung
ist z. B. das 4MEG-VIDEO Modell 12, das mit einem 4M12 COC-
Board ausgestattet ist, bei erhältlich von Epix, Inc., Buffalo
Grove, Illinois.
Die Schaltungsanordnung 20' umfaßt eine gesteuerte Schnitt
stellenschaltungsanordnung, die die Schnittstelle zwischen
Kamera 18 und Computer 24 bildet. Diese Schnittstelle umfaßt
die erforderlichen Schaltungen zur Konvertierung der elek
trischen Signale, die von dem Computer 24 ausgesendet werden
(zur Einstellung der Kameraparameter, wie beispielsweise Ver
stärkung, Helligkeit und Videoabtastmodus), so wie dies von
der Kameraschnittstellenschaltungsanordnung benötigt wird.
Vorzugsweise verwenden die Bildbearbeitungsboards bekannte
Techniken zur Bestimmung der Position der verschiedenen
Punkte, innerhalb der Bildebene der Kamera, wie sie in den
vorstehend gegebenen Gleichungen verwendet werden. Die ver
schiedenen Berechnungen zur Bestimmung der Spur, des Sturzes
und des Vorlaufwinkels werden von dem Computer unter Verwen
dung der von den Sensoren empfangenen Daten durchgeführt.
Die Konfiguration von Laser, Kamera und optischen Bauteilen
des rechten, vorderen Sensors ist vorzugsweise spiegelbildlich
zu der zuvor für das linke Vorderrad beschriebenen Konfigura
tion. D. h., daß für den rechten vorderen Sensor 10b' der
Laser in rückwärtige Richtung versetzt ist und daß das reflek
tierte Laserlicht, das von der Kamera empfangen wird, in das
optische System in der Nähe des vorderen Endes des Meßsensors
eintritt.
Bei einem anderen Ausführungsbespiel wird der Laser 13 nur zur
Vorlaufmessung verwendet und ein vierter Laser wird zur Be
stimmung des Sturzwinkels nach der oben beschriebenen, im
Stand der Technik bekannten Sturzmeßtechnik verwendet. Wie
dies in Fig. E gezeigt ist, würde deshalb ein vierter Laser
innerhalb einer zweiten zylindrischen Bohrung 126 angeordnet
und mechanisch so ausgerichtet, daß er Laserlicht innerhalb
der vertikalen Referenzebene projiziert.
In dieser Ausführungsform würden nur die Laser 13 und 130
gleichzeitig zur Projektion von Laserlicht betrieben, da, wie
dies in Fig. D gezeigt ist, die beiden reflektierten Sturz-
Laserlinien durch das optische System 16 in den gleichen Be
reich der Kamera 18 reflektiert würden. Da die normale Be
triebsreihenfolge einer Reifenausrichtmaschine die separate
Messung von Sturz und Vorlauf umfaßt (d. h. zunächst eines
messen und dann mit einer separaten Anzahl von Schritten das
andere messen) muß nur eine dieser Laserlinien zu einer Zeit
projiziert werden. Hierdurch wird die Notwendigkeit vermieden,
zwei reflektierte, geformte Lichtbilder, die den gleichen
Bereich innerhalb der Bildebene der Kamera in Anspruch nehmen,
voneinander unterscheiden zu müssen. Folglich umfaßt bei die
sem Ausführungsbeispiel die Schaltungsanordnung 20' einen
Schaltkreis, der mit einem Festkörper gesteuerten oder elek
tronisch gesteuerten mechanischen Relais die Betriebsspannung
so schaltet, daß nur einer der Laser 13 und 130 zu einer Zeit
eingeschaltet ist. Bei der Spurmeßmethode wird deshalb der
Schaltkreis verwendet, um Betriebsspannung nur auf den Laser
130 und nicht auf den Laser 13 zu geben. Umgekehrt, bei der
Vorlaufmeßmethode wird Betriebsspannung nur auf den Laser 13
und nicht auf den Laser 130 gegeben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Sturz (entweder
zwecks Vorlaufbestimmung oder auch so) unter Verwendung zweier
Offset-Laser bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der
zweite Offset-Laser zum Messen von Versetzungen eines zweiten
Meßpunktes verwendet werden, um die Genauigkeit der Sturz
messung weiter zu steigern. Beispielsweise könnte ein zweiter
Offset-Laser 132 auf der gegenüberliegenden Seite der vertika
len Referenzebene angeordnet sein, wie dies durch die Phantom
linien in Fig. E angedeutet ist.
m = Steigung von R3
in Bezug auf
Ferner ist
ist.
Einsetzen von Gleichung (1) in Gleichung (2) ergibt:
Da ΔRN = ΔXNcos (αXNOM) (4) ist, kann dieses in Gleichung (3) eingesetzt werden, um
zu erhalten.
Für einen Meßpunkt Pm wird der von der Kamera erfaßte Pixelversatz von dem dem
Mittelpunkt der Betrachtung entsprechenden Pixel wiedergegeben durch:
ΔPixelX = PixelXm - PixelXNOM (6)
Für eine Kamera mit 1024 Pixeln pro Erfassungseinheit und mit einem Blickfeld von bXNOM bei
einer Entfernung von RXNOM kann auch Fig. N entnommen werden, daß
sind.
Einsetzen von Gleichung (7) in (8) ergibt:
Da αXm = αXNOM ist, kann Formel (9) ersetzt werden, um
zu erhalten.
Unter nochmaligem Bezug auf Fig. N ist:
Z = RXNOM . sin(αXNOM) und Z = RXm . sin(αXm)
Durch Einsetzen von Z in den beiden Gleichungen und nach Auflösen für RXm ergibt sich:
In gleicher Weise sind:
XNOM = RXNOM . cos(αXNOM) (12) und
Xm = RXm . cos(αXm) (13)
Da ΔXm = Xm - XNOM ist, erhält man durch Einsetzen von Gleichung (12) und (13)
ΔXm = RXm . cos(αXm) - RXNOM . cos(αXNOM)
Durch Einsetzen der Gleichung (11) für RXm erhält man:
Nach Vereinfachung und Einsetzen in Gleichung (10) erhält man:
Claims (24)
1. Berührungslose Radausrichtmaschine zur Bestimmung einer
oder mehrerer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugs, mit
einem Computer und einer Vielzahl von berührungslosen
Meßsensoren, die elektrisch mit dem Computer verbunden
sind, wobei wenigstens einer der Meßsensoren folgendes
umfaßt:
- - erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens einer der Fahr zeugräder an jeweils einem ersten und einem zweiten Ort projizieren,
- - eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an einem dritten Ort proji ziert und
- - ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, das diesen ersten, zweiten und dritten Ort erfaßt, und wobei der Computer unter Steuerung eines Programms und unter Verwendung der Daten von dem optischen Sensorsystem den Spurwinkel und den Sturz winkel des Reifens bestimmt, wobei der Sturzwinkel unter Verwendung des Spurwinkels bestimmbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Computer unter Steuerung des
Programms den Spurwinkel zur Bestimmung einer horizontalen
Versetzung innerhalb einer vertikalen Meßebene verwendet,
die sich durch die Radmitte senkrecht zur Rollebene des
Rades erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens zwei der genannten Licht
quellen einen einzelnen Laser zur Erzeugung eines geform
ten Lichts verwenden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Licht als Lichtebene geformt ist,
die eine Linie auf dem Rad beleuchtet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das optische Sensorsystem eine ein
zelne elektronische Kamera umfaßt, die ein Sichtfeld hat,
das den ersten, zweiten und dritten Ort erfaßt, wobei
Teile des geformten Lichts, die von dem Reifen an jedem
der genannten Orte reflektiert werden, von der Kamera als
einzelnes Bild empfangen werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das optische Sensorsystem optische
Elemente umfaßt, die bezüglich der Kamera ausgerichtet
sind, um der Kamera das Sichtfeld zu verschaffen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das optische Sensorsystem eine Viel
zahl von elektronischen Kameras umfaßt, die jeweils so
ausgerichtet sind, daß sie wenigstens einen der genannten
Orte des Rades erfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquellen und das optische
System zusammen drei Sensormodule umfassen, wobei jedes
Sensormodul mit einem Laser und einer elektronischen Kame
ra ausgestattet ist.
9. Berührungslose Radausrichtmaschine zur Bestimmung einer
oder mehrerer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugs, mit
einem Computer und einer Vielzahl von berührungslosen
Meßsensoren, die elektrisch mit dem Computer verbunden
sind, wobei wenigstens einer der Meßsensoren folgendes
umfaßt:
wobei der dritte Ort versetzt von einer vertikalen Meß ebene angeordnet ist, die sich durch die Mitte des Reifens und senkrecht zur Rollebene des Rades erstreckt,
mit dem Computer unter Steuerung durch das Programm eine Offset-Entfernung bezogen auf den Abstand zwischen dem dritten Ort und der Mitte des Rades bestimmbar ist, und
mit dem Computer unter Verwendung der Offset-Entfernung der Spurwinkel bestimmbar ist.
- - erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens eines Kraft fahrzeugrads an jeweils einem ersten und zweiten Ort projizieren,
- - eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an einem dritten Ort proji ziert, und
- - ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, das den ersten, zweiten und dritten Ort umfaßt, und
wobei der dritte Ort versetzt von einer vertikalen Meß ebene angeordnet ist, die sich durch die Mitte des Reifens und senkrecht zur Rollebene des Rades erstreckt,
mit dem Computer unter Steuerung durch das Programm eine Offset-Entfernung bezogen auf den Abstand zwischen dem dritten Ort und der Mitte des Rades bestimmbar ist, und
mit dem Computer unter Verwendung der Offset-Entfernung der Spurwinkel bestimmbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Meßsensor eine Längs-Referenz
achse besitzt, die sich parallel zur Längsachse des Fahr
zeugs erstreckt, und daß die Offset-Entfernung der Entfer
nung zwischen dem dritten Ort und der Mitte des Rades
entlang der Referenzachse entspricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des
Programms der Vorlaufwinkel unter Verwendung der Offset-
Entfernung und des Spurwinkels bestimmbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des
Programms und unter Verwendung des Spurwinkels eine hori
zontale Versetzung innerhalb der vertikalen Meßebene be
stimmbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit dem Computer unter Steuerung des
Programms eine oder mehrere Abstände bezüglich der verti
kalen Referenzebene des Meßsensors bestimmbar sind, wobei
der dritte Ort um eine vorgewählte Entfernung von der
vertikalen Referenzebene beabstandet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß mit dem Computer unter Steue
rung des Programms die Versetzung zwischen der Reifenmitte
und der vertikalen Referenzebene bestimmbar ist und daß
unter Verwendung der vorgewählten Entfernung und der Ver
setzung die Offset-Distanz bestimmbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vorgewählte Entfernung
zwischen 3/4 Inch und 1 1/4 Inch beträgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vorgewählte Entfernung in
etwa 1 Inch beträgt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der dritte Ort auf einer
Seite der vertikalen Referenzebene gelegen ist und daß das
geformte Licht, das von dem Offset-Ort reflektiert wird
und von dem optischen Sensorsystem aufgenommen wird, durch
diese vertikale Referenzebene hindurchgeführt wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie eine vierte Lichtquelle
umfaßt, die geformtes Licht auf das Rad an einem Ort pro
jiziert, der versetzt von der vertikalen Meßebene angeord
net ist, und daß sich die vertikale Meßebene zwischen dem
dritten und vierten Ort erstreckt.
19. Berührungsloser Meßsensor zur Bestimmung einer oder mehre
rer Radausrichtkenngrößen eines Fahrzeugreifens umfassend:
- - erste und zweite Spur-Lichtquellen, die geformtes Licht auf die Seitenwand eines Reifens an jeweils einer vorwärtigen und rückwärtigen Stellung projizie ren,
- - eine dritte Lichtquelle, die geformtes Licht auf das Rad an einer oberen Stelle projiziert;
- - eine vierte Lichtquelle, die geformtes Licht auf das Rad an einem Offset-Ort in der Nähe dieses oberen Orts projiziert, und
- - ein optisches Sensorsystem mit einem oder mehreren Sichtfeldern, die die vorwärtigen, rückwärtigen, obe ren und Offset-Orte erfassen.
20. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritten und vierten Laserlicht
quellen in einem ersten und in einem zweiten Betriebsmodus
betreibbar sind,
- - daß der obere Ort durch das geformte Licht beleuchtet wird und der Offset-Ort in dem ersten Betriebsmodus unbeleuchtet bleibt, und
- - daß der Offset-Ort durch das geformte Licht erleuchtet wird und der obere Ort in dem zweiten Betriebsmodus unbeleuchtet bleibt.
21. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sensor einen ersten und einen
zweiten Betriebsmodus aufweist,
- - daß die Kamera Daten erzeugt, die das geformte von den vorwärtigen, rückwärtigen und oberen Orten reflektier te Licht repräsentieren, wenn sich der Meßsensor in dem ersten Betriebsmodus befindet, und
- - daß die Kamera Daten erzeugt, die das von den vorde ren, rückwärtigen und Offset-Orten reflektierte Licht reflektieren, wenn sich der Meßsensor in dem zweiten Betriebsmodus befindet.
22. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritten und vierten Lichtquellen
jeweils einen separaten Laser mit einer eigenen Strom
versorgung aufweisen,
- - daß der Meßsensor weiterhin einen mit der Stromzufuhr verbundenen Schaltkreis umfaßt, der in einem ersten Betriebsmodus nur eine der Stromversorgungen mit Strom beaufschlagt und in einem zweiten Betriebsmodus nur die jeweils andere Stromzufuhr beaufschlagt.
23. Verfahren zur Berechnung des Sturzwinkels eines Fahrzeug
rads unter Verwendung eines Meßsensors, der einen opti
schen Sensor mit einem Sichtfeld und einer oder mehreren
Lichtquellen zur Projektion von geformtem Licht auf ein
Rad umfaßt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
- - das Beleuchten eines Meßpunktes auf dem Rad unter Verwendung geformten Lichts, das an einem ersten Ort auf das Rad projiziert wird, der versetzt zu einer Seite der vertikalen Meßebene angeordnet ist, die sich durch die Mitte des Rades und rechtwinklig zur Roll ebene des Rades erstreckt,
- - Aufnehmen des von dem ersten Ort reflektierten geform ten Lichts und Erzeugen von Daten, die den Ort des Meßpunktes repräsentieren,
- - Bestimmen des Spurwinkels des Rades, Bestimmen der Position des Sturzreferenzpunkts in wenigstens einer Dimension,
- - Bestimmen des Spurwinkels zur Bestimmung der horizon talen Versetzung innerhalb der vertikalen Meßebene des Meßpunkts von dem Sturzreferenzpunkt und
- - Berechnen des Sturzwinkels des Rades unter Verwendung der horizontalen Versetzung.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sturzreferenzpunkt die Mitte des
Rades ist.
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