„GEOEMETRIA NIEKONIECZNIE 3D JAKO NOWE  STANOWISKO W SERWISIE OGUMIENIA I MECHANIKI”

Nie zawsze chodzi o to, by być pierwszym, najlepszym, bo to dużo kosztuje, ale oto by również być…

Poziom rozumiany jako wielkość fizyczna można mierzyć na różne sposoby: za pomocą tzw. wagi wodnej (węża z wodą), poziomicy, niwelatora czy przyrządów laserowych… Niezależnie od rodzaju dobranego narzędzia wyznaczona wartość będzie prawidłowa. Podobnie jest w pomiarach geometrii zawieszenia kół i osi, gdzie  parametry w zdecydowanej większości są od lat takie same, a zmieniają się jedynie  przyrządy.

Analogicznie można powiedzieć, że poziom pojmowany jako jakość wykonanej usługi nie zależy tylko od metody pomiarowej czy rodzaju przyrządu. Jakość to przede wszystkim wiedza o tym, co mierzymy,  jaki jest model pomiarowy i jakie są pomiędzy parametrami wzajemne zależności.  Nie zawsze chodzi o to, by być pierwszym, najlepszym, bo to dużo kosztuje. Ważne, by orientować się w branżowych trendach technologicznych  i nie przegapić momentu, kiedy nowe rozwiązania zepchną stare – nawet jeśli dobre i sprawdzone – do lamusa.

Na przestrzeni kilkudziesięciu lat w warsztatach samochodowych do ustawiania geometrii były wykorzystywane urządzenia mechaniczno-optyczne i komputerowe.   W tych ostatnich nośnikiem informacji były linki, wiązka laserowa (wirujący laser) i obecnie kamery CCD. Nadal produkowane i bardzo popularne szczególnie w wersji bezprzewodowej skutecznie bronią się przed najnowocześniejszymi urządzeniami systemu 3D nie tylko ceną!  Na (fot.1) pokazane jest urządzenie CCD z głowicami pomiarowymi, w których zabudowane są zespoły pomiarowe (fot.2) składające się z  kamer CCD i diod emitujących światło podczerwone.

Fot.1. Urządzenie CCD Ecoliner 4BL best products

Urządzenia tej generacji są popularnie określane tylko skrótem CCD. Stosowane w autoryzowanych serwisach różnych marek posiadają stosowne –  ciągle aktualizowane –  aprobaty i dopuszczenia. Podobnie sytuacja wygląda w Stacjach Kontroli Pojazdów, które potrzebują urządzeń z odpowiednimi certyfikatami zgodności, a takie urządzenia CCD również posiadają. Są przyrządy pomiarowe, diagnostyczne,  które znikają z rynku warsztatowego, ponieważ nowoczesna technika stosowana w samochodach wymusiła wprowadzenie innych. Tak się stało np: z lampą stroboskopową. Kto dzisiaj w warsztacie na szeroką skalę stosuje lampę stroboskopową, ustawiając zapłon, mierząc kąt zwarcia czy rozwarcia styków przerywacza…?. Z pewnością urządzenia CCD do tej grupy nie należą i długo jeszcze będą wiodącym przyrządem w pomiarach geometrii zawieszenia kół i osi.

Ten artykuł ma pomóc w podjęciu decyzji wszystkim tym, którzy chcą zająć się ustawianiem geometrii, ale nie posiadają dużych środków na zakup urządzeń najnowszej generacji pracujących w systemie 3D i obawiających się o przyszłość możliwości pomiarowych urządzeń CCD. Praktycznie dzisiaj liczą się dwa systemy: pierwszy, tak zwany 3D (rys.2), i drugi CCD (rys.1). Odwołując się do wymienionych na wstępie przyrządów pomiarowych –  z pewnością   system CCD nie jest w klasie urządzeń z poziomu „węża wodnego”, ale spokojnie może pretendować do miejsca na „pudle”. Na którym miejscu? Po przeczytaniu tego artykułu odpowiedź będzie jasna.

System pomiarowy 3D

Model takiego stanowiska przedstawia (rys.2)

Urządzenia 3D (fot.3)  dzięki systemowi  wykorzystującemu technologię cyfrowej obróbki obrazu opartej na kamerach sprawiają, że pomiar jest szybki, w pewnym zakresie niewrażliwy na krzywizny stanowiska i łatwy w obsłudze. Jest to najnowocześniejszy, obecnie szeroko stosowany system pomiarowy np.: w urządzeniach Hofmann, Hunter i Bosch.

KAMERY

„Oczami” wizyjnego urządzenia 3D do pomiaru i ustawiania geometrii są kamery zamontowane na końcach belki nośnej, która może się również przesuwać w pionie na słupie. Są to kamery wideo CCD o dużej rozdzielczości. Ktoś, kto używał kamery czy teleskopu soczewkowego, wie, że to, co się widzi, jest mniej więcej tym, co istnieje. Kamery w urządzeniu 3D nie są inne. Pole widzenia (Rys.2) znajduje się wzdłuż każdej strony stanowiska do regulacji i  jest „tunelem” w kształcie stożka, który rozszerza się w miarę oddalania się od kamer. Kamery otoczone są płytą  świetlną składającą się z diod LED dających jasne światło odbijające się od tarcz pomiarowych,

zamocowanych na kołach samochodu, umożliwiając uchwycenie obrazów z tarcz.

TARCZE POMIAROWE

Powierzchnia widziana tarcz pomiarowych składa się z ciągu kółek lub „kropek” wykonanych z materiału odblaskowego. Materiał ten odbija dowolne światło, które pada na jego powierzchnię pod kątem 90 stopni bezpośrednio ze źródła światła (Rys 3.).

Na każdej tarczy pomiarowej znajduje się określona ilość kropek (Rys.4) rozłożonych w ściśle określony sposób.

TEORIA DOTYCZĄCA OBRAZU 3D

Wiemy już, jakie są elementy składowe urządzenia 3D i jakie są podstawowe informacje na temat sposobu ich działania. Ale jak oprogramowanie pobiera z kamery obrazy kropek na tarczy pomiarowej i interpretuje je jako kąty regulacyjne geometrii kół?

PERSPEKTYWA

Jednym z parametrów, który musi określić urządzenie 3D, jest odległość, w jakiej poszczególna tarcza pomiarowa znajduje się w danym momencie od kamery.

Jeżeli patrzymy na wkrętak znajdujący się w odległości 60 centymetrów, to wydaje się on być o wiele większy, niż gdyby znajdował się w odległości 6 metrów (Rys.5). Opisywany efekt to tzw. perspektywa. Wykorzystując proste wzory matematyczne, urządzenie 3D  może zmierzyć odległość każdej kropki na dowolnej tarczy pomiarowej od kamery i może to wykonać z bardzo dużą z dokładnością mniejszą niż 1 mm.

POMNIEJSZANIE, SKARACANIE PERSPEKTYWICZNE

Wcześniejsze rozważania  o perspektywie oraz przykład z wkrętakiem zakładał, że wkrętak (lub cel) znajdował się pod katem prostym do oka (Rys.6).

Spójrzmy, co się stanie z obserwowaną wielkością wkrętaka, kiedy zostanie on obrócony od kąta 90 stopni względem linii widzenia oka – wydaje się być mniejszym (Rys.7).

Obserwowana wielkość wkrętaka uległa skróceniu. Im bardziej jest on obrócony, tym wydaje się być mniejszym. Zjawisko to nazywane jest pomniejszaniem, skracaniem  perspektywicznym. Tak jak poprzednio, jeżeli wiemy, że faktyczna wielkość wkrętaka to 15(6”) centymetrów, to mierząc jego obserwowaną wielkość i stosując wzory matematyczne, możliwe jest określenie kąta ustawienia wkrętaka w stosunku do normalnego widoku.

OKRĄG

Zatem jasne jest już jak urządzenie 3D może wyznaczyć odległość i kąt ułożenia tarcz pomiarowych. Oczywiście, kiedy zostaną one umieszczone na pojeździe, kropki będą miały różną odległość od kamer i będą pod różnym kątem, czy też miały różne położenie w danym momencie. Wykorzystując okrąg jako wzorcowy kształt geometryczny dla tarcz pomiarowych ze względu na istniejące w nim zależności matematyczne, urządzenie potrafi obliczyć odległość i kąt. Okrąg posiada pewne charakterystyczne cechy, które są użyteczne dla urządzenia 3D do pomiaru i ustawiania geometrii. Kiedy patrzy się na okrąg w normalnej pozycji (na wprost lub pod kątem 90 stopni), średnica poprzeczna w dowolnym miejscu pomiaru jest taka sama. Jeżeli okrąg będzie się oddalać, średnice będą wydawały się być mniejsze, zgodnie z efektem perspektywy omówionym wcześniej.

Ale co się stanie, jeśli okrąg zostanie obrócony w osi X – przy dwóch wymiarach będzie się wydawało, że ma kształt eliptyczny (Rys. 8 ).

Im bardziej będzie się okrąg obracać w osi X, tym mniejsza będzie średnica Y. W rzeczywistości istnieje matematyczna zależność, która stanowi, że jeżeli można zmierzyć długość średnicy w osi Y i w osi X (prawdziwa średnica okręgu), to można określić jego kąt obrotu. Uwzględniając powyższe, bez względu na to, jak zostanie obrócony okrąg w dowolnym wymiarze (X, Y, Z) – prawdziwa średnica okręgu będzie zawsze widoczna. Ta średnica nazywana jest dłuższą osią elipsy. Urządzenie 3D mierzy każdą średnicę kropki na tarczy pomiarowej i wykorzystuje znalezioną dłuższą oś elipsy jako prawdziwą średnicę okręgu, aby wyznaczyć, jak daleko w perspektywie znajdują się tarcze pomiarowe. Sposób widzenia przykładowych tarcz pomiarowych obróconych w różnych kierunkach przedstawia Rys.9.

Ostateczny obraz modelu pomiarowego 3D wymaga jeszcze określenia osi obrotu kół. Ten parametr urządzenie pozyskuje poprzez obrót koła z przemieszczeniem podczas pozycjonowania (Rys.10 i 11)

Pojedynczy punkt na kole czy oponie zobrazowany jest za pomocą gwiazdki. Jeżeli obracamy koło lub oponę (Rys. 10) i śledzimy położenie gwiazdki w różnych punktach, to poruszająca się gwiazdka zakreśla okrąg. Jeżeli określimy środek okręgu, to również wyznaczyliśmy oś obrotu koła czy opony. W rzeczywistości nie jest wymagany pełny obrót koła, a jedynie przetoczenie o ok. 15 – 20 cm w zależności od obwodu koła. Tak małą odległość obecnie potrzebują urządzenia Snap-on Hofmann.

System pomiarowy kamer CCD zabudowanych w głowicach pomiarowych

Zasada działania tych systemów sprowadza się do współpracy nadajników podczerwieni z kamerami CCD. Zespoły pomiarowe usytułowane w głowicach pomiarowych (fot.2)  zamocowanych na kołach pojazdu oświetlają promieniami podczerwieni na przemian kamery CCD. W kamerach zabudowane są  paski z fotoelementami (fot.4), na które pada skupiona w soczewce wiązka światła podczerwieni (Rys.12). Ilość i intensywność oświetlonych fotoelementów jest przetwarzana przez komputer na kąt.

Według tego schematu następuje pomiar kątów w płaszczyźnie poziomej (zbieżność) i w niektórych przyrządach również kątów w płaszczyźnie pionowej (pochylenie koła itp.). W starszych konstrukcjach kąty w płaszczyźnie pionowej były mierzone przez tzw. inklinometry (fot.5), w których znajdowała się ciecz i wykorzystywano grawitację. Obecnie stosuje się pomiar elektroniczny z modułów innej konstrukcji pokazanych na fot. 6.

Prawidłowy pomiar geometrii powinien być przeprowadzony względem geometrycznej osi jazdy (rys.13). Taki sposób pomiaru zapewnia jedynie urządzenie z czterema głowicami pomiarowymi i ośmioma czujnikami. Rozpoznać je można po tym, że wszystkie głowice mają taki sam wygląd. Samochód podczas pomiaru wpisany jest w prostokąt utworzony z wiązki podczerwieni emitowanej z głowic pomiarowych (rys.1) i (fot.7).

Znany jest wszystkim problem numer 1 związany z geometrią  kół i osi,  mianowicie krzywo ustawione ramiona kierownicy. Bardzo często powodem takiej sytuacji jest ustawianie geometrii względem osi symetrii samochodu, co w przypadku niepokrywania się jej z osią geometryczną jazdy powoduje błędne ustawienie zbieżności połówkowej, która, jak wiadomo, nie jest połową zbieżności całkowitej (Rys.14).

Ustawianie geometrii, jeżeli jest to możliwe ze względów konstrukcyjnych samochodu, należy w większości przypadków rozpoczynać od ustawienia kół osi tylnej –  po to, aby wyznaczyć geometryczną oś jazdy, która jest bazą do dalszych działań. Jak wspomniano, taki pomiar umożliwiają właśnie urządzenia CCD w układzie 4 x 8.

Podsumowanie

W tabeli nr. 1 zestawiono w pięciu blokach kryteria porównania urządzeń CCD i 3D. Tabela została opracowana w oparciu o wybrane urządzenia obu systemów i może nie być reprezentatywna dla wszystkich marek i producentów.  Jak widać w bloku pomiarów najważniejszych parametrów  oba systemy są identyczne. W codziennej praktyce warsztatowej właśnie te pomiary są najpopularniejsze i przynoszą warsztatom najwięcej profitów.

Tabela. Nr.1       TABELA RÓŻNIC I MOŻLIWOŚCI systemu CCD i 3D

+

(*) Pomiar rozstawu osi i kół w systemie 3D odniesiony do danych fabrycznych w przypadku odstępstwa jest tylko informacją orientacyjną dla diagnosty, że samochód może mieć odkształconą płytę podłogową po wypadku lub z innych przyczyn. Jednak  ta informacja nie może być wykorzystana do „ciągnięcia” płyty na ramie blacharskiej. Prostowanie podwozia, jak wiadomo, należy wykonywać tylko przy użyciu specjalnych przyrządów pomiarowych mierzących stałe – bazowe punkty płyty podłogowej według danych fabrycznych, współpracując z ramą do prostowania. Tak więc ta przewaga z tabeli w praktyce nie ma większego znaczenia ponieważ urządzenia CCD mierząc różnice rozstawu kół i osi pozwalają na wyciagnięcie takich samych wniosków.

Ryszard Kłos

best products

W artykule wykorzystano materiały szkoleniowe firmy Snap-on Equipment Hofmann.