DE69015365T2

DE69015365T2 - Laserradausrichtungssystem.

Info

Publication number: DE69015365T2
Application number: DE69015365T
Authority: DE
Inventors: John M.J. Durham Nc 27713 Madey; Julius M.J. Hillsdale Ny 12529 Madey
Original assignee: Miradco
Current assignee: Miradco
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2010-06-22
Also published as: WO1991000982A2; CA2063383A1; EP0493393A4; CA2063383C; EP0493393A1; EP0493393B1; US5425523A; US5048954A; DE69015365D1; WO1991000982A3; JPH05503769A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Radausrichtungssysteme und im besonderen lasergestützte Radausrichtungssysteme.
Die Achsen, um welche sich die Vorderräder eines Automobils oder eines Lastwagens beim Fahren auf einer Straße drehen, müssen sorgfältig eingestellt werden, um Verschleiß zu verhindern und sichere und stabile Fahreigenschaften zu gewährleisten. Die Ausrichtung dieser Achsen ist durch drei Winkel bestimmt: (1) den Vorspurwinkel, der den Winkel zwischen der Räderfelge und einer Linie angibt, die parallel zur Richtung verläuft, in welche das Fahrzeug gerichtet ist: (2) den Sturzwinkel, der den Winkel zwischen der Felge der Räder und der Vertikalen angibt; und (3) den Nachlautwinkel, der den Winkel zwischen der Vertikalen und der Achse angibt, um welche sich die einzelnen Räder beim Richtungswechsel drehen. Diese Winkel werden typischerweise für jedes Rad und für jede Automarke bzw. für jedes Automodeil einzeln angegeben und müssen mit steigendem Lebensalter des Fahrzeugs und der Reifen regelmäßig überprüft und neueingestellt werden, um eine kontinuierliche wirtschaftliche und sichere Fahrzeugleistung zu gewährleisten.
Die Messung dieser Winkel ist mittlerweile für die auf Ausrichtungen spezialisierte Werkstätten und Tankstellen zu einer schwierigen Aufgabe geworden. Während in der Vergangenheit zur Überprüfung und Einstellung des Vorspurwinkels erfolgreich Verschiebungsmeßgeräte eingesetzt wurden, hängen die mit diesen Meßgeräten erzielten Ablesungen von der Reifenart des Fahrzeugs ab. Insbesondere scheinen die Rutschmeßgeräte stark divergierende und fehlerhafte Ablesungen für Gürtelreifen zu ergeben.
Derzeit verwendete mechanische Ausrichtungsgeräte können zwar die Vorspur-, Sturz - und Nachlaufwinkel messen, doch sind die für den Betrieb erforderlichen speziellen Rampen, Meßgeräte und die elektronische Hard- und Software für viele Tankstellen, die diese Arbeiten durchführen möchten, zu kompliziert und kostspielig.
Die US PS 2.700.319 offenbart eine optische Vorrichtung zum Messen der Radausrichtung, worin Lichtstrahlen auf ein Spiegelpaar gerichtet sind, das auf jeweiligen Rädern eines Radpaares montiert ist. Nach der zweckmäßigen Ausrichtung der Vorrichtung und des Fahrzeugs relativ zur Vorrichtung wird der von jedem Spiegel reflektierte Strahl so angeordnet, um auf einen jeweiligen mit Gradeinteilung versehenen Schirm in der Vorrichtung zu fallen. Jeder Schirm ist so positioniert, daß die horizontalen und vertikalen Stellen des reflektierten Bildes von seinem zugehörigen Spiegel den Vorspur- bzw. Nachlaufwinkel des Rades anzeigen, auf dem der Spiegel montiert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Einstellen gewünschter Sturz und Vorspurwinkel auf einem Rad paar eines Fahrzeugs bereit, umfassend einen Planspiegel, der mit jedem Rad verbunden ist, Mittel zum Montieren der Spiegel auf ihre jeweiligen Räder, wobei jeder Spiegel in einer Winkelausrichtung relativ zu seinem Rad montiert ist, sodaß beim Einstellen der Räder auf die gewünschten Sturz und Vorspurwinkel die Spiegel vertikal und parallel zueinander und nach außen gerichtet sind, Mittel zum Erzeugen erster und zweiter Strahlen, erste Übertragungsmittel zum Richten der optischen Strahlen zu jeweiligen Außenflächen der Räder, die so auszurichten sind, daß sie auf die Spiegel auftreffen, wobei die Strahlen parallel zueinander und in einer Bezugsebene angeordnet sind, wenn sie auf die Spiegel auftreffen, und zweite Übertragungsmittel zum Richten der von den Spiegeln reflektierten Strahlen auf einen gemeinsamen Bereich, und so funktionierend, daß die Rückstrahlen von den Spiegeln einander im gemeinsamen Bereich überlappen, wenn die Sturz- und Vorspurwinkel korrekt sind.
Mit einer solchen Vorrichtung kann man ein kompaktes, genaues und wirtschaftliches Ausrichtungssystem bereitstellen, das die Sturz-, Vorspur- und Nachlaufwinkel der Räder straßentauglicher Kraftfahrzeuge mißt. Man kann ein einfaches optisches System verwenden, das sowohl die Gerätekosten als auch den Raumbedarf zur Durchführung der Radausrichtung deutlich verringert. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann ein einzelner, genau parallel gerichteter Lichtstrahl aus einem sichtbaren Laser niedriger Leistung in mehrere Teile aufgespalten werden, die dann durch eine Planspiegelfolge (vorzugsweise Vorderflächenspiegel) geleitet werden, um die Bezugsstrahlen in einer zur Oberfläche parallelen Ebene zu bilden, auf der das gerade überprüfte Fahrzeug abgestellt ist. Die Planspiegel können im Bedarfsfall fixe Spiegel zum Leiten der Strahlen zu den Vorderrädern und bewegliche Spiegel zum Leiten der Strahlen zu den Hinterrädern umfassen.
Diese Bezugsstrahlen sind eingestellt, um auf die Oberflächen einer Gruppe von planaren Retroreflektoren zu treffen, die auf den gerade überprüften Rädern montiert sind. Die Ausrichtung der Retroreflektoren ist so eingestellt, daß bei einer korrekten Ausrichtung der Räder die reflektierten Laserstrahlen die Wege der anfänglichen Bezugsstrahlen genau nachzeichnen. Die reflektierten Strahlen werden dann unter Verwendung eines teilweise lichtdurchlässigen Spiegels mit großer Öffnung kombiniert. Die Positionen der reflektierten Strahlen werden auf einem trüben oder geschliffenen Glasschirm visuell beobachtet.
Dieses System setze einen Strahlenspalter (z.B. einen dielektrischen Mehrschichten - oder häutchenartigen Strahlenspalter) ein, um den Laserstrahl in zwei im allgemeinen parallele Strahlen aufzuteilen, die nach unten gerichtet sind und von den am Rad montierten Retroreflektoren reflektiert werden. Die Ausrichtung jeder der Retroreflektoren wird durch den Wartungstechniker eingestellt, um die vertikalen und horizontalen Winkelversetzungen wettzumachen, die man bei korrekter Einstellung der Vorspur- und Sturzwinkel erwarten kann. Die von diesen Retroreflektoren widergespiegelten Strahlen werden entweder im gleichen oder einem zweiten unabhängigen Strahlenspalter kombiniert, um ein visuelles Bild der Konfiguration der reflektierten Strahlen auf einem Beobachtungsschirm zu bilden. Ein Strahlenkombinierer mit großer Öffnung dient dazu, die Strahlen von sehr schlecht ausgerichteten Rädern zu erfassen und die Wartung von Fahrzeugen vorzunehmen, die zur Mittellinie des Systems schräg geparkt sind.
Die Position der reflektierten Laserstrahlen auf dem Schirm relativ zum Mittelpunkt des Schirms und/oder zueinander zeigt das Abweichen von der korrekten Ausrichtung an. Die perfekte Ausrichtung ist erreicht, wenn die Laserstrahlen einander auf dem Beobachtungsschirm überlappen, um einen einzelnen Punkt zu bilden, der auf dem Beobachtungsschirm vertikal zentriert ist. Zwar bewirkt eine Winkelversetzung des Fahrzeugs das horizontale Bewegen der fusionierten Punkte über den Schirm, sie bewirkt aber keine Trennung der fusionierten Punkte. Somit kann die Radausrichtung selbst dann gemessen werden, wenn das Fahrzeug mit der Achse des Ausrichtungssystems nicht perfekt ausgerichtet ist.
Die Planspiegel, die zum Lenken der auftreffenden und reflektierten Laserstrahlen zu und von den am Rad montierten Retroreflektoren verwendet werden, definieren ein gefaltetes optisches Übertragungssystem für die auftreffenden und reflektierten Laserstrahlen, das die Links/Rechtsausrichtung der auftreffenden und reflektierten Strahlen am Beobachtungsschirm entweder bewahrt oder umkehrt, je nachdem ob die Zahl der reflektieren den Oberflächen gerade oder ungerade ist. Die Anzahl an Spiegeln in den linken und rechten Teilen des Systems muß in beiden Fällen entweder gerade oder ungerade sein, sodaß die von den linken und rechten sowie von den vorderen und hinteren Rädern des Fahrzeugs refiektierten Strahlen auf dem Beobachtungsschirm verglichen werden können.
Die Weglängen der Strahlen zum Beobachtungsschirm, die von den linken und rechten an den Vorderrädern montierten Spiegeln reflektiert werden, müssen im wesentlichen gleich sein, sodaß die Punkte auf dem Beobachtungsschirm einander weiterhin überlappen, wenn sich die Achse des Fahrzeugs im Winkel von der Mittellinie des Ausrichtungssystems verschiebt. Es ist auch erforderlich, eine oder mehrere Linsen entlang des optischen Weg von den an den Hinterrädern montierten Spiegeln zu den Beobachtungsschirmen zu verwenden, sodaß die Punkte, die auf den Beobachtungsschirmen durch die von den Vorder- und Hinterrädern reflektierten Strahlen gebildet werden, überlappt bleiben, wenn sich die Achse des Fahrzeugs im Winkel verschiebt.
Die Ausrichtung der Spiegel muß so eingestellt sein, daß die auftreffenden Strahlen vom Laser und Strahlenspalter zu den an den Rädern montierten Spiegeln so nah wie möglich in einer einzelnen Ebene parallel zur Oberfläche des Bodens liegen, auf dem das Fahrzeug geparkt ist; sie stehen vorzugsweise alle entweder parallel oder normal zum anfänglichen Laserstrahl.
Die Verwendung einer Reihe von Strahlspaltern und Spiegeln zur Schaffung eines Systems von Laserbezugsstrahlen, die Verwendung neigbarer und an den Rädern montierter Retroreflektoren, um die Winkelabweichung der reflektierten Strahlen auf Null abzusenken, die durch die erwünschten Werte der Sturz- und Vorspurwinkel entsteht, sowie die Verwendung eines Strahlenkombinierers, um die Winkelausrichtung der von den gewarteten Rädern reflektierten Strahlen zu vergleichen bietet ein einfaches und genaues Verfahren zur Ausrichtung der Räder des gerade gewarteten Fahrzeugs, wobei es hier nicht mehr wie bei Ausrichtungssystemen des Stands der Technik erforderlich ist, die Ausrichtung jedes Rads einzeln zu messen. Weiters wird dieses System durch Fehler bei der Positionierung oder Ausrichtung des gerade gewarteten Fahrzeugs nicht beeinträchtigt.
In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der gleiche Strahlspalter zur Teilung und Wiedervereinigung der Laserstrahlen verwendet. Ein geschliffener Glasschirm dient dazu, die reflektierten und kombinierten Strahlen direkt ersichtlich zu machen, während eine angeschlossene Fernsehkamera das Bild der kombinierten Strahlen auf eine oder mehrere entfernte Stellen überträgt, von wo es das Wartungs- und Aufsichtspersonal oder der Kunde betrachten kann. Die aus diesem vereinfachten System gewonnenen ausgelesenen Informationen werden besonders unkompliziert präsentiert und können durch das unter dem Auto oder an anderen unzulänglichen Stellen arbeitende Wartungspersonal oder über eine angeschlossene Fernsehübertragung in einem Abstand vom Fahrzeug zur Verwendung eingestellt werden. Weiters werden die ausgelesenen Informationen auch von ungeschultem Personal oder Kunden verstanden, die das Ausrichtungsverfahren beobachten oder den anfänglichen und endgültigen Ausrichtungszustand ihres Fahrzeugs kontrollieren wollen. Die Möglichkeit der Beobachtung des Ausrichtungsverfahrens durch die Kunden ist ein bedeutendes verkaufsförderndes Merkmal, insbesondere für Kunden, die am Zustand oder der Leistung ihres Fahrzeugs ein persönliches Interesse besitzen.
Die Retroreflektoren können durch Vorrichtungen montiert sein, die jeweils eine flache Bezugsplatte umfassen, die zumindest drei Stifte zum Ausrichten der Platte mit dem Radrand parallel zur Radebene aufweist. Eine Vielzahl an Dauermagnetanordnungen greift an den Radbolzen oder Radmuttern an, um die Bezugsplatte festzuhalten. Der Retroreflektor wird durch ein kinematisches Gestell getragen, das drehbar an der Bezugsplatte montiert ist. Das kinematische Gestell kann ausgeglichen und seine Winkel eingestellt sein, sodaß der Retroreflektor vertikal und parallel zum Retroreflektor auf dem gegenüberliegenden Rad steht, wenn die Radwinkel korrekt eingestellt sind.
Jede am Bolzen angreifende Magnetanordnung kann einen Dauermagneten umfassen, der axial relativ zur Radmutter magnetisiert ist. Ein zylindrisches Schirmblech aus einem Material hoher Permeabilität umgibt den Dauermagneten und erstreckt sich darüber hinaus, um den Bolzen zu umgeben. Dadurch wird ein Rückweg für den Fluß gebildet und die Anziehungskraft zwischen der Magnetanordnung und dem Bolzen maximiert.
Ein bevorzugtes Spiegelgestell zum Einstellen der Position und Ausrichtung von Planspiegeln gegenüber den Rädern des überprüften Fahrzeugs, um die Strahlen zu und von den Retroreflektoren zu leiten, umfaßt eine Montageplattform für jeden Spiegel, welche Plattform sich relativ zu einem Zwischenelement wie einem Ring dreht. Das Zwischenelement selbst dreht sich relativ zu einer Platte.
Die Plattform und das Zwischenelement sind mit Anschlagbolzen versehen, um erwünschte relative Ausrichtungen festzulegen, z.B. 0º und ± 45º. Das Zwischenelement kann an jeder beliebigen Position relativ zur Platte verriegelt sein. Bei der Verwendung wird die Plattform zum 0º-Anschlagbolzen gedreht, und das Zwischenelement wird gedreht, um den senkrecht zur Strahlachse angeordneten Spiegel einzustellen. Das Zwischenelement ist verriegelt, und die Plattform wird dann gedreht, um je nach Bedarf in den Anschlagbolzen bei +45º oder -45º einzugreifen.
Während beliebige fixierte Spiegel im System durch herkömmliche Vermessungsverfahren eingestellt werden können, bietet das einstellbare Gestell eine einfache und wirkungsvolle Art, bewegliche Spiegel im System bei 45º zur Nennachse einzustellen. Dies erleichtert die Einstellung des Ausrichtungssystems, insbesondere wenn eine Überprüfung des Fluchtens oder der Ausrichtung der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgenommen wird.
Die Beschaffenheit und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem verbleibenden Teil der Beschreibung und den beigelegten Zeichnungen, worin:
Fig.1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen lasergestützten Radausrichtungssystems ist;
Figuren 2A und 2B eine Draufsicht bzw. Seitenansicht der Laser-, Strahlspalter- und Beobachtungsschirmanordnung sind;
Figuren 3A und 3B eine Draufsicht bzw. Seitenansicht des Spiegel- und Linsengestells sind;
Figuren 4A und 4B eine Vorder- bzw. Seitenansicht der Vorrichtung zum Montieren der Retroreflektoren an den Rädern sind;
Figuren 5A und 5B eine isometrische bzw. im Querschnitt abgebildete Explosionsansicht des kinematischen Gestells zum Halten und Ausrichten des Retroreflektors sind;
Figuren 6A und 6B eine isometrische bzw. im Querschnitt dargestellte Explosionsansicht der Magnetanordnung zum Halten der Retroreflektormontage- Vorrichtung gegen die Räder sind;
Figuren 7A, 7B, 7C und 7D eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht und zwei Schnittansichten eines bevorzugten Gestells für die beweglichen 45º- Abweichungsspiegel sind; und
Fig.8 die durch die Strahlenpunkte beim Drehen des Rades auf dem Schirm gezeichneten Wege darstellt.

Überblick über das optische System

Fig.1 ist eine schematische Draufsicht eines lasergestützten Ausrichtungssystems 10 zum Ausrichten der Räder eines Fahrzeugs. Das System ist durch eine Achse 11 gekennzeichnet, entlang der das Fahrzeug so nahe wie möglich aufgestellt wird. Das Fahrzeug selbst ist nicht dargestellt, doch seine linken und rechten Vorderräder 12L und 12R und seine linken und rechten Hinterräder 13L und 13R sind dargestellt. Der Zugang zu Aufhängungsbestandteilen des überprüften Fahrzeugs kann, obwohl dies nicht dargestellt ist, mittels einer Grube unterhalb des Fahrzeugs im Boden erfolgen, auf dem das Fahrzeug geparkt ist. Zur Sicherung des Zugangs zum Aufhängungssystems des Fahrzeugs sollte sich die Grube entweder teilweise oder vollständige entlang der Länge des Fahrzeugs erstrecken. Die Gestaltung solcher Gruben ist in der Autowerkstättenbranche wohlbekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
Jedes Rad trägt einen Retroreflektor 15, der so montiert ist, daß er vollkommen vertikal ist, wenn die Vorspur- und Sturzwinkel korrekt eingestellt sind. Ein Laser 20 erzeugt einen geraden Strahl aus sichtbarem Licht, der durch einen Strahlspalter 22 in zwei Strahlen gleicher Intensität geteilt wird. Einer der Strahlen (gekennzeichnet als 25) wird durch den Strahlspalter reflektiert, während der andere Strahl (gekennzeichnet als 27) durch ihn hindurchgelangt. Der Strahl 25 trifft auf die Planspiegel 30 und 31, die ihn entlang der linken Seite des Fahrzeugs nach hinten lenken. Die Planspiegel 32 und 33 leiten einen Abschnitt des Strahls 25 zu den linken Rädern des Fahrzeugs. In ähnlicher Weise leitet ein Planspiegel 41 den Strahl 27 entlang der rechten Seite des Fahrzeugs. Die Planspiegel 42 und 43 leiten die Laserstrahlen zu den rechten Rädern. Die Spiegel 33 und 43 sind wahlweise angeordnet und sind nur dann erforderlich, wenn die Hinterräder des Fahrzeugs auszurichten sind. In einem solchen Fall sind die Spiegel 32 und 42 teilweise lichtdurchlässig.
Ein erstes Paar Linsen 45 ist in den Strahlenwegen von den hinteren Retroreflektoren angeordnet, um die Möglichkeit zu berücksichtigen, daß das Fahrzeug nicht völlig parallel zur Achse 11 positioniert ist. Ein zweites Paar Linsen 46 ist in den Strahlenwegen von den vorderen Retroreflektoren plaziert. Diese Linsen sind wahlweise angeordnet und dienen dazu, den Bereich jener Winkel zu vergrößern, die abgebildet werden können (Beschreibung siehe unten).
Wie bereits erwähnt werden die zwei Strahlen entlang jeweiliger Wege auf beiden Seiten des Fahrzeugs durch Spiegel 31 und 41 geleitet, die ausgerichtet sind, die Strahlen entlang im allgemeinen paralleler Wege zu leiten, die in einer Ebene parallel zur Oberfläche liegen, auf der das Fahrzeug abgestellt ist. Alle oder einige Strahlen werden dann durch die Spiegel 32 und 42 zu den hinteren Retroreflektoren geleitet. Die Spiegel 32 und 42 werden auf 45º eingestellt, sodaß die Wege zu den Retroreflektoren parallel sind. Wenn sowohl die Vorder- als auch die Hinterräder des Fahrzeugs auszurichten sind, müssen die Spiegel teilweise lichtdurchlässig sein, um das Hindurchgelangen eines Teils der Strahlen durch die Spiegel 33 und 43 und zu den an den Hinterräder montierten Retroreflektoren zu ermöglichen. Die Spiegel 33 und 43 werden auf 45º eingestellt, sodaß die Wege der hinteren Retroreflektoren parallel sind. Die von den an den Rädern montierten Retroreflektoren reflektierten Laserstrahlen setzen sich entlang der in Phantomlinien dargestellten Wegen zum Strahlspalter 22 (der nun als Strahlkombinierer agiert) und dann zu einem Schirm 47 und einem wahlweise vorgesehenen zweiten Schirm fort, der weiter unten beschrieben wird. Die Laser/Strahlspalteranordnung ist zwischen den Spiegeln 31 und 41 angeordnet, um die Weglängen von den linken und rechten Retroreflektoren zum Beobachtungsschirm 47 auszugleichen.
Wenn das Fahrzeug genau parallel zur Achse 11 stehen würde und die Räder korrekt ausgerichtet wären, wäre jeder Retroreflektor vertikal, ihre Ebenen wären parallel zur Achse 11 und die Rückstrahlen würden die Vorwärtswege nachzeichnen und konvergieren, um einen einzelnen Punkt im Mittelpunkt des Schirms 47 zu bilden. Ausrichtungs- und Positionierungsfehler zwingen die Rückstrahlen, den in Phantomlinien gezeichneten Abweichungswegen zu folgen, was zum Erscheinen von mehreren beabstandeten Punkten auf dem Schirm führt, die vom Mittelpunkt des Schirms versetzt sein können. Demzufolge müssen der strahlkombinierende Strahlspalter und der Beobachtungsschirm eine Höhe und Breite aufweisen, die ausreicht, um die von den Retroreflektoren reflektierten Strahlen in einem vorgesehenen Bereich anfänglicher Ausrichtungs- und Fahrzeugpositionierungsfehler abzubilden. Strahlenkombinierer, die eine Größe von bis zu 152 mm x 304 mm aufweisen, können unter Verwendung von dielektrischen Mehrfachschichtfolien hergestellt werden, die auf geschliffenen oder gegossenen Plattenglassubstraten hoher Qualität abgelagert werden.
Die für den Vorgang erforderliche Laserquelle kann bei jeder Wellenlänge im sichtbaren Bereich des Spektrums eingesetzt werden, solange ihre Leistung die Grenzen der Betriebssicherheit nicht überschreitet, die durch das Bureau of Radiological Safety und OSHA vorgeschrieben sind. Typischerweise würde man als Quelle einen 2 Milliwatt Helium-Neonlaser verwenden. Da das Teilungsverhältnis der Strahlspalter zum Teilen und Wiedervereinigen der Strahlen, die durch den Laser erzeugt und von den gewarteten Rädern reflektiert werden, je nach Polarisierung dieser Strahlen variiert, ist es zur Erreichung eines fixen Teilungsverhältnisses erforderlich, einen Laser mit fixer linearer Polarisierung zu verwenden, die entweder normal zur Ebene des Strahlspalters oder in derselben ausgerichtet ist.
Die an den Rädern montierten Retroreflektoren sollten den größtmöglichen Durchmesser aufweisen, wobei dieser Wert den durch die Gestellstruktur auferlegten Grenzen gerecht wird, um den Bereich von Raddurchmessern zu maximieren, bei denen bei einer bestimmten Laserhöhe oberhalb der Platte, auf der das Fahrzeug geparkt ist, eine Wartung möglich ist. Ein Durchmesser von 76 mm oder mehr ist zu empfehlen, da damit Fahrzeuge mit Reifendurchmessern gewartet werden können, die über einen Bereich von 152 mm variieren.
Figuren 2A und 2B sind eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht der Laser/Strahlspalteranordnung. Es ist auch der zweite Schirm 60 dargestellt, der oben angeführt, aber in Fig.1 nicht gezeigt ist. Der Laser 20, der Strahlspalter 22, der Spiegel 30 und die Schirme 47 und 60 sind auf einer starren Platte 62 montiert. Die Platte 62 wird ihrerseits durch einen Wandarm 63 o.dgl. getragen, der an eine starre Mauerwand oder -stütze angeschraubt ist. Die Platte 62 wird mittels dreier kinematischer Stellschrauben 65 ausgeglichen. Die Höhe des Arms und somit des Lasers wird mittels geschlitzter Montagelöcher 67 eingestellt; Stellschrauben 68 gewährleisten, daß die Laserbezugsstrahlen auf die reflektierenden Oberflächen der an die Räder montierten Retroreflektoren auftreffen.
Der Beobachtungsschirm 47 kann aus geschliffenem Glas oder Kunststoff bestehen. Die kombinierten, reflektierten Laserstrahlen werden auf der geschliffenen Oberfläche des Schirms abgebildet und durch den Schirm vom Benutzer beobachtet. Dier Schirm wird am besten auf der Seite des Strahlspalters 22 gegenüber dem Laser 20 montiert. Der Schirm 60 besitzt eine nichtspiegelnde Oberfläche und kann zwischen dem Strahlspalter und dem Laser angebracht sein, soferne ein kleines Loch 70 durch den Schirm gebohrt ist, um das Hindurchgehen des Strahls vom Laser zu ermöglichen. Dieser zweite Schirm muß typischerweise in einem Winkel geneigt sein, um das Beobachten des Schirems von oben und von der Seite zu ermöglichen. Eine angeschlossene Fernsehkamera 71 überträgt das Bild der Strahlenpunkte auf dem Schirm 60 zu einem entfernten Fernsehmonitor 72, wo der Wartungstechniker oder andere Personen den Vorgang beobachten können.
Wie bereits erwähnt sind die Linsen 45 angeordnet, um sicherzustellen, daß die Verschiebung der Laserstrahlen, die von den Hinterrädern des Fahrzeugs reflektiert werden, wie dies auf dem oder den Beobachtungsschirm(en) ersichtlich ist, mit der Verschiebung der von den Vorderrädern des Fahrzeugs reflektierten Strahlen übereinstimmt, wenn die Fahrzeugachse nicht parallel zur Achse 11 verläuft.
Figuren 3A und 3B stellen eine Draufsicht bzw. Seitenansicht des Gestells für eine der Linsen 45 und ihren benachbarten Spiegel (z.B. Spiegel 42) dar. Die Linse ist in Phantomform dargestellt, da sie in einem Ring 75 montiert ist. Die Linse und der Spiegel sind an einer Platte 77 montiert, die in der Höhe ausgeglichen sein kann und in der gleichen Weise getragen wird wie die Platte 62 in der Laser/Strahlspalteranordnung. Die Linsen 45 müssen so angebracht sein, daß ihre optischen Achsen auf den Strahlwegen vom Laser zentriert sind, um das Abweichen der Laserstrahlen vom Laser zu verhindern, der sich entlang dieser Wege ausbreitet.
Die Linsen 46 sind wahlweise in den Wegen positioniert, um den Winkelbereich zu erhöhen, in dem die Rückstrahlen durch Strahlspalter 22 auf den Schirmen abgebildet werden können. Die Linsen 46 müssen auch sorgfältig eingebaut werden, sodaß ihre optischen Achsen auf den Wegen zentriert sind, um die Abweichung der sich entlang dieser Wege ausbreitenden Laserstrahlen vom Laser zu vermeiden.
Die Linsen 45 und 46 können entweder herkömmliche brechende oder Fresnellinsen oder holographische Phasengitter sein, welche für die erforderliche Fokallänge bei der Betriebswellenlänge der Laserquelle sorgen. Die Linsen sollten entweder Antireflexionsbeschichtet oder aus geeigneten optischen Materialien mit niedrigem Index gefertigt sein, um Reflexionsverluste zu minimieren.

Linsenparameter

Die Fokallänge der Linsen 45 wird durch die optische Weglänge von den vorderen Retroreflektoren zu den Beobachtungsschirmen, von den hinteren Retroreflektoren zu den Schirmen und von den hinteren Retroreflektoren zu den Linsen gemäß der nachstehenden Gleichung bestimmt:
f = L&sub3;.(L&sub2;-L&sub3;)/(L&sub2;-L&sub1;)
worin
L&sub1; = optische Weglänge von vorderen Retroreflektoren zum oder zu den Beobachtungsschirm(en),
L&sub2; = optische Weglänge von den hinteren Retroreflektoren zum oder zu den Beobachtungsschirm(en),
L&sub3; = optische Weglänge von hinteren Retroreflektoren zur Linse 45.
Man nimmt an, daß in dieser Gleichung der Abstand von den Linsen zu den Schirmen 47 und 60 auf der linken und rechten Seite des geprüften Fahrzeugs der gleiche ist. Obwohl die für die Linsen 45 errechnete Fokallänge vom Radstand des gewarteten Fahrzeugs abhängt, ist es möglich, bei den meisten Personenkraftwagen und leichten Lastautos eine Einzellinse zu verwenden, die auf der Grundlage des durchschnittlichen Radstands des zu prüfenden Fahrzeugs errechnet wird. Die Linsen müssen dann beim Prüfen eines Fahrzeugs mit außergewöhnlich langem oder kurzem Radstand lediglich ausgewechselt werden. Natürlich ist es nicht erforderlich, solche Linsen überhaupt zu verwenden, wenn nur die Vorderräder des Fahrzeugs auszurichten sind.
Wahlweise ist ein zusätzliches Paar Linsen 46 zwischen den vorderen Retroreflektoren und den Beobachtungsschirmen angeordnet, um die wirksame Öffnung der Beobachtungsschirme zu erhöhen. Bei Nichtverwendung dieser Linsen verfehlen reflektierte Strahlen, die von den auftreffenden Strahlen durch einen Winkel φ abweichen, der größer als der Arkustangens (A/L) ist, den Beobachtungsschirm, worin A die halbe Breite oder Höhe des Beobachtungsschirms und L die Weglänge vom Retroreflektor zum Beobachtungsschirm ist. Wenn die Räder des gewarteten Fahrzeugs beträchtlich fehlausgerichtet sind, ist es mitunter unmöglich, die reflektierten Strahlen auf dem Beobachtungsschirm abzubilden, und daher auch unmöglich zu sagen, in welche Richtung die Sturz- und Vorspureinstellungen bewegt werden müssen, um die gewarteten Räder auszurichten.
Der Bereich anfänglicher Ausrichtungsfehler, die man durch die Erfindung ausgleichen kann, kann durch das Anbringen zusätzlicher Linsen 46 zwischen den vorderen Retroreflektoren und den Beobachtungsschirmen vergrößert werden. Die Fokallänge deser Linsen wird durch ihre Anordnung und durch die Größe der erwünschten Erweiterung der Winkelöffnung des Beobachtungsschirms bestimmt. Unter der Annahme, daß es erwünscht ist, die Öffnung um Faktor M zu erweitern, kann die Fokallänge der Linsen 59 aus der folgenden Gleichung errechnet werden:
f = (M/(M-1)).(1-(L&sub4;/L&sub1;)).L&sub4;
worin L&sub4; = der Abstand vom vorderen Retroreflektor zur Linse 46.
Die Fokallänge der Linsen 45 muß in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ebenfalls geändert werden, um die Funktionalität der Linsen 45 zu bewahren. Die Fokallänge der Linsen 45, die bei Verwendung der Linsen 46 erforderlich ist, kann aus der nachstehenden Gleichung errechnet werden:

An den Rädern montierte Spiegel

Figuren 4A und 4B sind eine Vorder- bzw. Seitenansicht einer Vorrichtung 80 zum Montieren eines der Retroreflektoren 15 an einem der Räder. Die Vorrichtung 80 umfaßt eine flache Bezugsplatte 81, die durch drei Stifte 82, die sich von drei dreiecksförmig angeordneten Montagepunkten senkrecht zur Platte erstrecken, mit dem Radrand ausgerichtet sind. Abschnitte der Radfelge sind in Fig.4B strichliert dargestellt. Die Platte wird durch eine Gruppe von Magnetanordnungen 85, welche an den Radbolzen oder Radmuttern angreifen, gegen das Rad gehalten. Die Magnetanordnungen sind auf Gewindestangen 86 mit Druckfedern 87 und Gegenmuttern 88 montiert, die durch den Bediener eingestellt werden, um die durch die Magnete erzeugte Kraft zu adjustieren und die variierenden Höhen der Bolzen auf verschiedenen Fahrzeugen auszugleichen.
Ein Planretoreflektor 15 ist in einem kinematischen Gestell 90 mit einer Wasserwaage 92 montiert. Das kinematische Gestell 90 wird zur Drehung um eine Spindel 95 montiert, die sich senkrecht zur Platte erstreckt. Die vertikale und horizontale Achse des Gestells wird durch das Drehen des Gestells auf der Spindel 95 festgesetzt, um die Blase in der Wasserwaage 92 zu zentrieren. Das kinematische Gestell umfaßt Verstellschrauben 97 und 98 mit Rändelknopf, um für die Einstellung des vertikalen und horizontalen Winkels des Spiegels relativ zur Platte zu sorgen. Die die Verstellschrauben betätigenden Knöpfe sind in einem Ausmaß kalibriert, das es dem Bediener ermöglicht, den vertikalen und horizontalen Winkel der Spiegel so einzustellen, daß sie mit den Winkeln übereinstimmen, die in den Herstellerangaben bezüglich des Sturz- und Vorspurwinkels jedes Rades aufgelistet sind.
Die Referenzplatte 81 ist vorzugsweise mit vier Schlitzen, einem Paar längsseitig gegenüberliegender Schlitze 100 und 102 und einem Paar von Schlitzen 105 und 107 versehen, die bei ± 36º vom Schlitz 102 angeordnet sind. Während zur Aufnahme der Stifte nur drei Schlitze erforderlich sind, sind vier Schlitze notwendig, um variierende Anzahlen an Radbolzen auf verschiedenen Fahrzeugen zu berücksichtigen. Die Konfiguration der Schlitze 100, 102, 105 und 207 in Fig.4A ist für die mit vier, fünf und sechs Bolzen versehenen Räder erforderlich, die auf Personenkraftwagen und leichten Lastautos am häufigsten anzutreffen sind. In dieser Anordnung sollten die Stifte 82 permanent (doch gleitbar) in Schlitzen an 100, 105 und 107 positioniert sein, während die Magnetanordnungen je nach Bedarf von Schlitz zu Schlitz bewegt werden können, um die Positionsänderungen der Montagebolzen auf verschiedenen Fahrzeugen zu berücksichtigen.
Figuren 5A und 5B sind eine isometrische Explosionsansicht und eine Querschnittsansicht des kinematischen Gestells 80 und des Retroreflektors 15. Die grundlegenden Elemente des kinematischen Aufhängungssystems für das Gestell umfassen eine Hinterplatte 120 und eine Vorderplatte 122, Spannungsfedern 125, Verstellschrauben 97 und 98 und eine Einstellschraube 127. Wie bei kinematsichen Gestellen des Stands der Technik ist das Ende der Einstellschraube 127 zur Form einer Halbkugel maschinell bearbeitet, die in einer in die Hinterplatte 120 geschnittene halbkugelförmigen Schale 128 sitzt. Die Drehung der Stellschraube in den in die Vorderplatte 122 geschnittenen Gewinden bestimmt die nominelle Trennung der angeordneten Vorder- und Hinterplatten. Das Ende einer der Verstellschrauben ist auch zur Form einer Halbkugel geschnitten, die in einer in die Hinterplatte geschnittenen zylindrischen Nut 129 sitzt. Es ist wichtig, daß diese Nut entlang einer geraden Linie geschnitten ist, die den Mittelpunkt der die Stellschraube positionierenden Schale schneidet, und daß die zwei Verstellschrauben relativ zueinander und zur Einstellschraube in einem Winkel von 90º angeordnet sind. Das Ende der zweiten Verstellschrauben gleitet ungehindert entlang der planaren Vorderfläche der Hinterplatte. Die Drehung der zwei Verstellschrauben in den in die Vorderplatte geschnittenen Gewinden bestimmt den vertikalen und horizontalen Winkel der Vorderplatte relativ zu der vorderen und hinteren Oberfläche der Hinterplatte in eindeutiger und zuverlässiger Weise. Die Vorder- und Hinterplatte werden durch die Spannungsfedern 125, deren freie Enden durch Spanlöcher hindurchragen, die in die Vorder- und Hinterplatte geschnitten sind, in juxtaposition gehalten. Die Enden der Federn sind mittels Stiften fixiert, die sich durch die Enden der Federn erstrecken, und befinden sich in Ausnehmungen, die in die hintere Fläche der Hinterplatte und die vordere Fläche der Vorderplatte geschnitten sind.
Die Spindel 95, die zur Einstellung der Winkelausrichtung des kinematischen Gestells dient, wird an einem Ende in die hintere Fläche des Gestells geschraubt und am anderen Ende mittels einer flachen Unterlagscheibe 130, die reibungslos entlang der zylindrischen Oberfläche der Spindel gleitet, einer Federscheibe 132 vom Belville-Typ und einer Gegenmutter 133 gegen die hintere Fläche der Bezugsplatte 81 gehalten. Die Länge der Spindel, die Dicke der flachen Unterlagscheibe und die Federkonstante der Belville-Unterlagscheibe sind ausgewählt, um die hintere Fläche der Hinterplatte des kinematischen Gestells gegen die vordere Fläche der Referenzplatte 81 zu halten, während die ungehinderte Drehung des kinematischen Gestells um die Achse der Spindel ermöglicht wird. Die Gleitflächen der Referenzplatte 81, der Hinterplatte 120 und der Spindel 95 müssen genau maschinell bearbeitet, poliert und geschmiert oder auf andere Weise behandelt werden, um während des Betriebs Reibung und Verschleiß zu verringern.
Der Retroreflektor 15 ist mittels eines Klemmrings 135 und Maschinenschrauben 137 in einer konformen Schale eingeklemmt, die in die vordere Fläche der Vorderplatte 122 des Aufhängungssystems eingearbeitet ist. In dieser Anordnung wird die Winkelausrichtung der Vorderfläche des Spiegels und die Hinterfläche der hinteren Aufhängungsplatte durch die Planarität der vorderen und hinteren Fläche des Spiegels und der Aufhängungsplatten und durch den Spalt zwischen den Platten eingestellt, der durch die Einstellschrauben 127 und die vertikalen und horizontalen Verstellschrauben 97 und 98 bestimmt ist. Es bereitet keine Schwierigkeit, die Planheit der Vorder- und Hinterfläche des Spiegels und der Aufhängungsplatten auf besser als eine Bogenminute zu halten. Unter diesen Umständen wird die Winkelausrichtung der Vorderfläche des Spiegels aus praktischen Gründen vollständig durch den Spalt zwischen der vorderen und hinteren Aufhängungsplatte bestimmt, die zum Zwecke der Kalibrierung durch herkömmliche Meßblöcke, Fühllehren oder Mikrometermeßschieber geprüft werden können.
Das für den Retroreflektor 15 ausgewählte Material muß eine Anzahl strenger Kriterien erfüllen, z.B. dimensionale Stabilität, hohes Reflexionsvermögen, sowie Abrieb- und Schlagbeständigkeit. Das bevorzugte Material für diesen Spiegel ist Chromkarbid, eine harte und stabile Metallegierung, die zur Verwendung in Präzisionsmetrologie- Laboratorien in Form optisch polierter zylindrischer Rohlinge mit großem Durchmesser im Handel erhältlich ist.
Das Auslesen der Winkelposition des Retroreflektors wird in diesem Gestell durch das Beobachten der Winkelpositionen der Knöpfe für die vertikalen und horizontalen Verstellschrauben sichergestellt. Wie aus Figuren 4A und 5A ersichtlich ist, sind die Knöpfe vorgezeichnet, um die visuelle Beobachtung des Winkels, um den die Knöpfe gedreht wurden, und somit der Änderung des Spalt zwischen der vorderen und hinteren Aufhängungsplatte zu ermöglichen. Die eigentliche Kalibrierung der Knöpfe wird durch den Abstand der Verstellschrauben und ihre lineare Trennung bestimmt, welche Eigenschaften ausgewählt sein müssen, um mit dem für den Betrieb erforderlichen Winkelbereich übereinzustimmen. Das Gewinde und der Abstand der Verstellschrauben und das Muster der Vorzeichnungsmarkierungen sollten so ausgewählt sein, daß die Winkel des Spiegels auf ± 0,05º oder besser eingestellt werden können. Die Drehrichtung der Verstellschrauben und somit die Zeichen der horizontalen und vertikalen Winkelverschiebungen des Spiegels werden durch Beobachtung der relativen Höhen der oberen Fläche der Knöpfe für die Verstellschrauben und die erhabenen Bossen der Vorderseite des Klemmrings 135 bestimmt. Die Bossen dienen auch dazu, die Knöpfe vor Schlagbeschädigung zu schützen.
Die Winkelausrichtung des kinematischen Gestells um die Spindel 95 wird mittels der Wasserwaage 92 gemessen, die in eine maschinell ausgebildete Ausnehmung der Vorderfläche des Klemmrings 135 eingesetzt ist. Bei der Verwendung wird das kinematische Gestell als ganzes um die Achse der Spindel 95 gedreht, bis die Blase in der Wasserwaage zentriert ist.

Radhaltende Magnetanordnungen

Figuren 6A und 6B sind eine isometrische Explosionsansicht bzw. Querschnittsansicht einer der Magnetanordnungen 85. Die Magnetanordnung schafft ein System, worin die im Magnetfeld gespeicherte Energie mit der Trennung der Anordnung und des Bolzens rasch variiert, auf den es wirkt, wodurch die Anziehungskraft zwischen der Anordnung und dem Bolzen maximiert wird.
Das Magnetfeld in der Anordnung wird durch ein Stück 140 von dauermagnetisiertem Material wie Samariumkobalt oder Neodymineisen erzeugt. Das Stück ist entlang der Symmetrieachse der Magnetanordnung magnetisiert. Es ist wichtig, ein Material für diese Anwendung auszuwählen, das durch eine hohe Koerzitivkraft und ein großes Energieprodukt charakterisiert ist. Falls ein sprödes Material wie Samariumkobalt ausgewählt wird, muß das Stück in eine stoßfeste Kapsel eingehüllt sein. Die Kapsel enthält eine nichtmagnetische zylindrische Hülle 142 und Endkappen 145 und 147. Die Endkappen 145 und 147, welche den Nord- und Südpol des Stücks begrenzen, müssen aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder einem gleichwertigen Material hoher Permeabilität bestehen, um die Reluktanz des magnetischen Kreises und das Volumen zu reduzieren, in dem die magnetische Energie im System gespeichert werden kann.
Eine zylindrische Hülle 150 aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in der Anordnung leitet das Feld von der Rückseite des Stücks zur Außenfläche der Radmutter, die auf den Bolzen aufgeschraubt ist, um das Rad am Bolzen zu befestigen. Die im System gespeicherte magnetische Energie wird dann im wesentlichen auf den Zwischenraum zwischen dem Ende des Bolzens und dem Vorderpol des Stücks und auf das Volumen des Stücks beschränkt. Wenn man die Sättigung und den Luftspalt zwischen dem Inneren der Hülle und der Oberfläche der Radmutter nicht berücksichtigte, würde die gespeicherte Energie auf Null absinken, wenn der Vorderpol des Stücks das Ende des Bolzens kontaktiert. Die gespeicherte Energie nimmt rasch zu, wenn der Bolzen und der Pol aufgrund der Zunahme des Volumens, das zur Energiespeicherung im Spalt zwischen dem Bolzen und dem Pol zur Verfügung steht, und der Zunahme der H- Komponente des Magnetfelds innerhalb des Stücks getrennt werden.
Da die Kraft zwischen der Magnetanordnung und dem Bolzen durch die Änderungsrate der gespeicherten Energie mit dem Trennungsabstand bestimmt wird, führt die Verwendung der Hülle 150 in der Anordnung zu einer deutlichen Steigerung der Kraft, die man aus einem bestimmten Volumen von dauermagnetisiertem Material erhält. Dies senkt die Kosten des für das System erforderlichen magnetischen Materials und ermöglicht es auch, große Anziehungskräfte zu bilden, die für ein zuverlässiges Befestigen der Referenzplatte, des Spiegels und des kinematischen Gestells an der Felge des Rads notwendig sind.
Neben ihrer Rolle bei der Erhöhung der Anziehungskraft zwischen der Magnetanordnung und dem Bolzen erfüllt die Hülle auch die nützliche Aufgabe der Verringerung des äußeren Magnetfelds der Anordnung und somit der im allgemeinen unerwünschten Anziehungskraft zwischen der Magnetanordnung und anderen Geräten oder Stahlgegenständen, die zufällig in der Nähe der Anordnung vorhanden sein können.

45º - Selbstindexierender Spiegel

Figuren 7A, 7B, 7C und 7D sind eine perspektivische Ansicht bzw. Draufsicht und zwei Schnittansichten einer Spiegelanordnung 160 zum raschen Festlegen der richtigen 45º- Winkel für die Spiegel 33 und 43. Die Spiegelanordnung umfaßt eine Platte 162, deren Neigung relativ zu einer Stützplatte 163 eingestellt werden kann, die starr an der Spitze eines Dreibeins 165 montiert ist. Die Winkelausrichtung der einstellbaren Platte 162 wird durch Verstellschrauben 170 und 172 und einer Wasserwaage 175 eingestellt, um mit der echten Vertikalen übereinzustimmen. Die Konstruktions- und Anordnungsdetails des kinematischen Trägersystems, wodurch die Platte 162 ausgeglichen werden kann, sind von herkömmlicher Art und entsprechen den Prinzipien, die oben in Verbindung mit dem Höhenausgleich der Platte 62 für die Laser/Strahlspalteranordnung und dem Ausrichten des Retroreflektors 15 relativ zur Bezugsplatte 81 beschrieben wurden.
Der Spiegel 33 wird durch ein Pfeilerpaar 180 gehalten, das starr an einer Plattform 182 befestigt ist. Die Plattform 182 wird durch eine zweistufige Drehanordnung zur Drehung relativ zur Platte 162 getragen. Genauer gesagt ist die Plattform 182 zur Drehung relativ zu einem Ring 185 montiert, der selbst zur Drehung relativ zu einer einstellbaren Platte 162 montiert ist. Die relative Drehung um eine gemeinsame Achse wird durch Drucklager 187 und 190 erreicht. Pfeiler 180 werden während der Fertigung eingestellt, um zu gewährleisten, daß die Vorderfläche des Spiegels 33 parallel zur Drenachse der Drucklager 187 und 190 ist. Eine Riemenantriebsanordnung mit einem Riemen 195, einer Riemenscheibe 197 und einem Knopf 198 sorgt für die Drehung des Rings 185 relativ zur Platte 162.
Die Winkelausrichtung des Spiegels 33 in der horizontalen Ebene wird durch den Ring 185 und die Plattform 182 eingestellt. Die Plattform 182 ist relativ zum Ring 185 durch ein federngeladenes Kugellager 192 indexiert, das in jeder der drei konformen halbkreisförmigen Schalen untergebracht sein kann, die in relativen Winkeln von 0º, +45º und -45º in die Unterseite der Plattform geschnitten sind. Im Betrieb wird die Plattform 182 relativ zum Ring 185 gedreht, bis das Kugellager 192 in der Schale bei 0º sitzt; der Ring 185 wird mittels der Riemenantriebsanordnung gedreht, um den auftreffenden Laserstrahl auf sich selbst zurück zu reflektieren. Sobald diese Einstellung festgelegt ist, wird der Ring in einer Position relativ zur einstellbaren Platte 162 mittels einer Reibungsverriegelung 200 verriegelt, und die Plattform wird in die Richtung gedreht, die erforderlich ist, um in den 45º-Anschlagbolzen einzugreifen. In der Praxis kann die maschinelle Bearbeitungsgenauigkeit für das Indexierungssystem deutlich unterhalb einer Bogenminute gehalten werden, ein Wert, der im allgemeinen für den Zweck des Radausrichtungssystems ausreichend ist.

Betriebsvorgangsweise

Zur Verwendung dieser Vorrichtung muß das zu prüfende Fahrzeug auf der Bodenplatte geparkt werden, wobei die Vorderräder zwischen den Spiegeln 32 und 42 zu einer Position gelangen, bei der die Laserstrahlen 29 und 30 die an den Vorderrädern des Fahrzeugs montierten Retroreflektoren 15L und 15R treffen. Das Fahrzeug muß weiters so geparkt sein, daß es zwischen den Spiegeln 32 und 42 etwa zentriert abgestellt ist, sodaß die Längsachse des Fahrzeugs etwa parallel zu Achse 11 ist, die durch die Laserstrahlen definiert ist. Man sollte darauf achten, das Fahrzeug nahe dieser idealen Position parallel zur Längsachse des Ausrichtungssystems abzustellen. Zur Überwachung der genauen Positionierung des Fahrzeugs sollten Hinweismarkierungen oder -linien auf dem Boden aufgemalt oder eingeprägt sind, um das Fahrzeug zu jenem Bereich zu leiten, in dem man es parken soll.
Erfolgt nur die Ausrichtung der Vorderräder werden die vertikale und horizontale Achse der an den Vorderrädern montierten Retroreflektoren wie oben unter Verwendung von Verstellschrauben eingestellt und adjustiert und das Lenkrad gedreht, bis das Bild der reflektierten Punkte auf dem Beobachtungsschirm in der Nähe des Mittelpunkts des Schirms erscheint. Die Sturz- und Vorspurwinkel werden für jedes Rad eingestellt, bis die zwei reflektierten Strahlen im Mittelpunkt des Schirms fusionieren, wenn das Lenkrad zentriert ist.
Sobald die Sturz- und Vorspurwinkel eingestellt sind, können die Nachlaufwinkel für jedes Rad eingestellt werden. Fig.8 zeigt die Auswirkung des Nachlauf auf die Spuren, die auf den Beobachtungsschirmen durch die Punkte entstehen, die von den linken und rechten vorderen Retroreflektoren reflektiert werden, wenn das Lenkrad von seinem Anschlag gegen den Uhrzeigersinn zu jenem im Uhrzeigersinn gedreht wird. Während die Punkte im vertikalen Mittelpunkt des Schirms fusionieren, wenn das Lenkrad zentriert ist, neigen sich die durch die zwei Punkte gebildeten Spuren zur horizontalen Achse. Der Nachlaufwinkel für jedes Rad entspricht dem Winkel zwischen der Linie 210 oder 212, die durch den Punkt gezeichnet wird, der von diesem Rad auf dem Schirm und der horizontalen Achse des Schirms reflektiert wird. Aufgrund der Messung des Nachlaufwinkels können Korrekturen des Nachlaufs vorgenommen werden, wobei dies notwendig ist, um den Angaben des Herstellers gerecht zu werden.
Falls die Sturzwinkel auf dem geprüften Fahrzeug nicht für eine Neueinstellung konstruiert sind, müssen die reflektierten Strahlen vertikal zentriert werden, indem die Verstellschrauben für die vertikale Achse der am Rad montierten kinematischen Retroreflektorgestelle bewegt werden, um einen vertikalen Retroreflektorwinkel sicherzustellen, der dem tatsächlichen Sturz der Räder entspricht. Die Positionen, auf die man die Verstellschrauben einstellen muß, um die reflektierten Punkte in der vertikalen Ebene zu zentrieren, zeigen dann die tatsächlichen Sturzwinkel auf den linken und rechten Rädern an.
Falls es notwendig ist, sowohl die Vorder- als auch Hinterräder des gewarteten Fahrzeugs auszurichten, müssen die Spiegel 32 und 42 teilweise lichtdurchlässig sein. Die Linsen 45 sollten wie oben beschrieben eingebaut werden, um die Verschiebungen der Punkte, die von den vorderen und hinteren Retroreflektoren zurückgestrahlt werden, aufgrund einer fehlerhaften Ausrichtung der Längsachse des Fahrzeugs auszugleichen. Typischerweise ist es aufgrund der Variationen des Radstandes von Fahrzeug zu Fahrzeug erforderlich, die Spiegel 33 und 43 händisch zu einer Position gegenüber den hinten montierten Retroreflektoren zu bewegen. Die Spiegel 33 und 43 können leicht zur Verwendung eingestellt werden, wenn die Spiegel unter Verwendung von in der Höhe ausgeglichenen, indexierten Drehgestellen auf starken Dreibeinen geeigneter Höhe eingestellt werden, wie dies oben in Bezug auf Figuren 7A-D beschrieben ist.
Mit diesen Anordnungen kann man die Hinterräder des Fahrzeugs unter Verwendung der gleichen Vorgangsweise wie bei den Vorderrädern ausrichten. Falls die Sturz - und/oder Vorspurwinkel der Hinterräder nicht für eine Nachstellung konstruiert sind, kann man die bestehenden Sturz- und Vorspurwinkel messen, indem die Verstellschrauben-Einstellungen beobachtet werden, bei denen die von den Hinterrädern reflektierten Strahlen auf dem Beobachtungsschirm zentriert sind.
Im Falle von Fahrzeugen mit geraden Hinterachsen sind die Sturz und Vorspurwinkel der Hinterräder gleichermaßen null. In diesem Fall sollten die von den Hinterrädern reflektierten Strahlen fusionieren, wenn die vertikalen und horizontalen Verstellschrauben auf null eingestellt sind. Man beachte jedoch, daß die fusionierten Punkte in der horizontalen Ebene vom Zentrum des Beobachtungsschirms aufgrund der Winkelverschiebung der Längsachse des Fahrzeugs versetzt sein können. Solche Verschiebungen können entweder durch Fehler beim Parken des Fahrzeugs oder durch eine Beschädigung des Chassis oder des hinteren Aufhängungssystems des Fahrzeugs entstehen. Wenn es erwünscht ist, diese Auswirkungen auszugleichen, kann man die Ausrichtungsvorgangsweise modifizieren, indem man dafür sorgt, daß die von den Vorderrädern reflektierten Strahlen mit den von den Hinterrädern reflektierten Strahlen und nicht im horizontalen Mittelpunkt des Beobachtungsschirms fusionieren.

Schlußbemerkungen

Jedes der grundlegenden in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bestandteile, einschließlich des sichtbaren Lasers niedriger Leistung, der dielektrischen oder häutchenartigen Strahlenspalter, der Brechungs- und Fresnellinsen oder holographischer Phasengitter, der Vorderflächenspiegel und des Spiegels, der Linse und der Strahlenspaltergestelle, sind entweder im Handel erhältlich oder können gemäß den Prinzipien hergestellt werden, mit denen die mit optischen Geräten und Präzisionsmechaniken Beschäftigten vertraut sind.
Wie in der obigen Beschreibung angemerkt sind die zentralen Elemente der Erfindung die folgenden: (1) die Verwendung einer Laserquelle, eines Strahlspalters und einer Gruppe von Planspiegeln zur Bildung eines Systems von Laserbezugsstrahlen, die auf die gerade geprüften Räder auftreffen, (2) eine Gruppe kalibrierter, neigbarer und an den Rädern montierter Retroreflektoren, die eingestellt sind, die Winkelverschiebungen auf Null zu setzen, die durch die angegebenen Sturz und Vorspurwinkel für jedes Rad entstehen, und (3) ein strahlenkombinierendes und abbildendes System, das einen Vergleich der Winkelausrichtung der reflektierten Strahlen auf einem einzigen Beobachtungsschirm ermöglicht.
Die Ausrichtung wird in diesem System sichergestellt, wenn die kombinierten Strahlen fusionieren, um einen einzigen, vertikel zentrierten Punkt auf dem Beobachtungsschirm zu bilden. Zwar bewirken Fehler bei der Positionierung des Fahrzeugs auf der Bodenplatte ein horizontales Bewegen der Punkte über den Beobachtungsschirm, sie führen aber zu keiner Trennung der fusionierten Punkte.
Wenn das vorliegende System wie oben beschrieben zusammengesetzt und verwendet wird, ist es nicht mehr erforderlich, so wie bei den Ausrichtungssystemen des Stands der Technik zwei oder mehr unabhängige Meßgeräte zur Messung der Ausrichtung der einzelnen Räder während der Überprüfung vorzusehen. Darüber hinaus ermöglicht das oben beschriebene System das Durchführen der Ausrichtung, selbst wenn sich die Achse des Fahrzeugs aufgrund eines Positionierungsfehlers verschoben hat.
Dies war eine vollständige Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform; verschiedene Modifizierungen, alternative Konstruktionen und äquivalente Ausführungsformen sind möglich. Daher sind die obige Beschreibung und die Veranschaulichungen nicht so auszulegen, daß sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken, der in den beigelegten Patentansprüchen definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Einstellen gewünschter Sturz und Vorspurwinkel auf einem Radpaar eines Fahrzeugs, umfassend:

einen Planspiegel (15), der mit jedem Rad verbunden ist;

Mittel (80) zum Montieren der genannten Spiegel auf ihre jeweiligen Räder;

Mittel (20, 22) zum Erzeugen erster und zweiter Strahlen (20, 22);

erste Übertragungsmittel (30-33, 41-43) zum Leiten der genannten Strahlen zu jeweiligen Außenflächen der Räder, um auf die genannten Spiegel aufzutreffen;

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Spiegel (15) in einer Winkelausrichtung relativ zu seinem Rad montiert ist, sodaß beim Einstellen der Räder auf die gewünschten Sturz und Vorspurwinkel die Spiegel vertikal und parallel zueinander angeordnet und nach außen gerichtet sind;

die genannten ersten Übertragungsmittel (30-33, 41-43) angeordnet sind, die Strahlen parallel zueinander zu leiten und die genannten Strahlen des oder jedes Radpaares in einer Bezugsebene zu lokalisieren, wenn sie auf die genannten Spiegel auftreffen;

zweite Übertragungsmittel (30-33, 41-43) angeordnet sind, die von den genannten Spiegeln reflektierten Strahlen auf einen gemeinsamen Bereich zu leiten, sodaß die Rückstrahlen von den Spiegeln einander im gemeinsamen Bereich überlappen, wenn die Sturz- und Vorspurwinkel korrekt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das genannte Mittel zum Erzeugen erster und zweiter Strahlen folgendes umfaßt:

einen Laser (20) zum Erzeugen eines Einzelstrahls; und

einen Strahlspalter (22), der im Weg des genannten Einzelstrahls angeordnet ist, um den genannten ersten und zweiten Strahl zu bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das genannte erste Übertragungsmittel erste und zweite Gruppen von Planspiegeln (32, 33; 42, 43) umfaßt, die in den Wegen des ersten bzw. zweiten Strahls angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das genannte zweite Übertragungsmittel die gleichen ersten und zweiten Gruppen von Spiegeln (32, 33; 42, 43) wie das genannte erste Übertragungsmittel umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das genannte Mittel zum Montieren folgendes umfaßt:

eine Bezugsplatte (81);

Mittel (82) zum Einrichten der genannten Bezugsplatte mit dem dazugehörigen, auszurichtenden Rad;

Mittel (85) zum Halten der genannten Bezugsplatte in der genannten eingerlchteten Position; und

ein kinematisches Gestell (90) zum Montieren des zugehörigen Spiegels auf der genannten Bezugsplatte, während vertikale und horizontale Winkelverschiebungen dazwischen ermöglicht werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das genannte Mittel zum Halten der Bezugsplatte (81) in der genannten eingerichteten Position eine Magnetanordnung (85) enthält, die ausgebildet ist, von einem Radbolzen oder einer Radmutter angezogen zu werden und den Kontakt damit aufrechtzuerhalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die genannte Magnetanordnung (85) einen Dauermagneten (140) aufweist, der entlang einer Achse polarisiert ist und zwei Polflächen und ein Schirmblech (150) hoher Permeabilität umfaßt, das den genannten Dauermagneten umgibt und eine Aufnahme in der Nähe einer Polfläche des Magneten definiert, um den Magnetkreis abzuschließen, wenn sich ein Radbolzen oder eine Radmutter in der Nähe der genannten Polfläche befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, weiters umfassend:

erste und zweite Polstücke (145, 147) hoher Permeabilität, die an den ersten und zweiten Polflächen befestigt sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das erste Übertragungsmittel einen Spiegel und eine Versetzungsvorrichtung umfaßt, um es dem Spiegel zu ermöglichen, eine von zwei ersten und zweiten erwünschten Winkelausrichtungen einzunehmen, die durch einen vorbestimmten Winkel getrennt sind, wobei die genannte Versetzungsvorrichtung folgendes umfaßt:

ein Bezugselement (162);

ein Zwischenelement (185);

Mittel (187) zum drehbaren Montieren des genannten Spiegels zur Drehung um eine Achse relativ zum genannten Zwischenelement;

Mittel (190) zum Montieren des genannten Zwischenelements (185) zur Drehung um die genannte Achse relativ zum genannten Bezugselement (162);

Mittel (170, 172) zum Ausgleichen des genannten Bezugselements (162) relativ zu einer befestigten Struktur;

Mittel (200) zum Aufrechterhalten des genannten Zwischenelements in jeder beliebigen relativen Winkelposition relativ zum genannten Bezugselement; und

ein erstes und zweites Halterungsmittel (192) zum Halten des genannten Spiegels in der jeweiligen ersten und zweiten Winkelausrichtung relativ zum genannten Zwischenelement, wobei die genannten Winkelausrichtungen durch einen vorbestimmten Winkel relativ zum genannten Zwischenelement getrennt sind;

wodurch, wenn das genannte Halterungsmittel den Spiegel in der genannten ersten Winkelausrichtung relativ zum genannten Zwischenelement hält und das genannte Zwischenelement gedreht wird, sodaß der Spiegel die erste erwünschte Winkelausrichtung einnimmt, das genannte Mittel zum Aufrechterhalten der Winkelposition in Eingriff gebracht werden kann, um das genannte Zwischenelement fixiert zu halten, wodurch die Drehung des durch das genannte zweite Halterungsmittel zu haltenden Spiegels den Spiegel in die zweite erwünschte Winkelausrichtung versetzt.