Najnowsze rozwiązania konstrukcyjne urządzeń kontrolno-pomiarowych do geometrii kół.
Najnowsze przyrządy do pomiaru i kontroli parametrów geometrii ustawienia kół konstruowane są obecnie przede wszystkim w kierunku maksymalnego skrócenia czasu wykonania wszystkich czynności kontrolno-pomiarowych oraz zwiększenia prostoty i wygody posługiwania się nimi. Równie istotnym kryterium przy opracowywaniu nowych rozwiązań jest ograniczenie wpływu przeróżnych czynników zewnętrznych oraz błędów obsługowych na jakość i dokładność wykonywanych pomiarów. Możliwe jest to dzięki ogromnemu postępowi technologicznemu w zakresie dostępnych podzespołów oraz zaawansowanych technik komputerowych oraz wykorzystywania bardzo skomplikowanych algorytmów obliczeniowych.
We wcześniejszych rozwiązaniach konstrukcyjnych tego typu urządzeń, o jakości przeprowadzanego pomiaru i dokładności otrzymywanych wyników poszczególnych parametrów geometrii ustawienia kół i osi decydowały w znacznym stopniu różne, czasochłonne czynności wykonywane przez obsługującego pomiar, w praktyce nie zawsze wykonywane z należytą rzetelnością i starannością, co powodowało uzyskiwanie mało dokładnych, a w wielu przypadkach nawet błędnych pomiarów.
Kolejną niedogodnością dotychczasowych wersji urządzeń kontrolno-pomiarowych do geometrii kół było zapewnienie odpowiednio płaskiego i należycie wypoziomowanego stanowiska pomiarowego, gwarantującego poprawność otrzymywanych wyników mierzonych parametrów. Większość dotychczasowych konstrukcji urządzeń pomiarowych do geometrii wymagało także w trakcie przeprowadzania pomiaru wykonania czasochłonnej, wpływającej znacząco, na jakość pomiaru, czynności kompensacji bicia obręczy kół, związanej z uniesieniem pojazdu i obracaniem kół.
Istotną niedogodnością urządzeń poprzednich generacji posiadających w głowicach pomiarowych różnego rodzaju czujniki i układy elektroniczne, dosyć czułe na warunki otoczenia (drgania, wilgoć itp.) i podatne na uszkodzenie, a w najlepszym przypadku na rozkalibrowanie przy uderzeniu głowicy pomiarowej lub jej upadku w trakcie użytkowania. Warunkiem koniecznym do uzyskiwaniem prawidłowych i wiarygodnych wyników pomiarów przy eksploatacji dotychczasowych wersji przyrządów kontrolno-pomiarowych ustawienia geometrii kół z głowicami tzw. aktywnymi jest, więc ich okresowa kalibracja na odpowiednim stanowisku (wzorcowej ramie pomiarowej).
Właśnie z tych względów opracowane zostały najnowszej generacji przyrządy, wykorzystujące zjawisko trójwymiarowego modelowania parametrów podwozia określane mianem 3D. Istotą całego systemu pomiarowego urządzenia tego typu są dwie (rzadziej cztery) kamery o dużej rozdzielczości obrazu, umieszczone na stanowisku wykonanym w formie dwóch pionowych słupów lub tzw. krzyża usytuowanych z przodu stanowiska pomiarowego, w sposób umożliwiający objęcie swoim polem widzenia tarcze refleksyjne (odbijające) tzw. głowic pasywnych po obu stronach kontrolowanego pojazdu. Wokół każdej z kamer urządzenia umieszczone są diody emitujące promieniowanie światła podczerwonego, skierowane na poszczególne głowice refleksyjne. Powierzchnie tarcz refleksyjnych posiadają określoną liczbę większych i mniejszych znaków (najczęściej kropek) o bardzo dokładnie ustalonych wielkościach i wzajemnym położeniu względem siebie, wykonane z materiału odblaskowego. Ich zadaniem jest odbijanie w kierunku kamer błysków promieniowania podczerwonego emitowanego przez diody.
Istota pomiaru parametrów geometrii ustawienia kół i osi pojazdów oparta jest na tzw. efekcie perspektywy, polegającym na względnej zmianie wielkości obserwowanego obiektu w zależności od odległości jego obserwacji. Niezbędne jest to do określenia odległości poszczególnych tarcz refleksyjnych od odbierającej odbite promieniowanie kamery. Przy dokonywaniu pomiaru wykorzystywany jest fakt, iż każda z kamer umieszczonych na stanowisku ma stałe miejsce w przestrzeni oraz, że stała jest również ogniskowa obiektywu kamery, a także wielkość poszczególnych plamek na tarczy refleksyjnej. Dzięki temu możliwe jest określenie odległości kamery od tarczy refleksyjnej z dokładnością poniżej 1 mm na długości 6 metrów (rozstawu osi pojazdu). Z wykorzystaniem odpowiednich algorytmów obliczeniowych możliwe jest dzięki temu również określenie kątów pochylenia poszczególnych tarcz refleksyjnych, a tym samym parametrów geometrii ustawienia kół i osi pojazdu.
Jest to możliwe, dzięki nadaniu plamkom na tarczach refleksyjnych kształtu okręgów. To właśnie one posiadają właściwości geometryczne bardzo przydatne dla pomiaru w systemie 3D. Wynika to z faktu, iż pozwalają one zinterpretować właściwie, czy zmniejszony obraz widzenia przez kamerę wynika z efektu perspektywy, czy pomniejszenia. Przyrząd pomiarowy jest w stanie zmierzyć każdą średnicę wszystkich plamek umieszczonych na tarczach refleksyjnych i wykorzystać znalezione dłuższe osie elips powstających po przechyleniu tarcz pomiarowych, jako prawdziwe średnice poszczególnych okręgów w celu wyznaczenia w perspektywie odległości tarcz pomiarowych od kamer. Zastosowanie odpowiednich algorytmów obliczeniowych umożliwia również określenie średnic w innych wymiarach usytuowanych pod kątem 900 w stosunku do normalnej średnicy, dzięki czemu można określić również krótsze osi i obliczyć kąty przesunięć od położenia normalnego przy pomniejszeniu (skróceniu perspektywicznym).
Dzięki wykorzystaniu tych zależności przyrząd jest w stanie określić, w jakim miejscu w przestrzeni trójwymiarowej względem kamer znajdują się poszczególne plamki na ekranach głowic refleksyjnych. Przyrządy kontrolno-pomiarowe pracujące w systemie 3D znajdują oś obrotu koła bezpośrednio, czyli poprzez wykorzystanie procedury zwanej pozycjonowaniem koła. Realizowane jest to poprzez przetoczenie pojazdu do tyłu, w trakcie, którego kamery śledzą położenie i ustawienie plamek na tarczach refleksyjnych. Plamki na tarczach obracających się wokół osi, umożliwiają zastosowanemu oprogramowaniu i wykorzystanym w nich algorytmom określenie położenia każdej z czterech osi obrotu kół w trzech wymiarach względem kamery. Urządzenia pracujące w technologii pomiaru 3D nie wymuszają wykonania pełnego obrotu, kół, lecz tylko w pewnych jego wartościach kątowych. Po przeprowadzeniu pełnego procesu pozycjonowania oprogramowanie wykorzystuje te punkty i tworzy trójwymiarowy model płaszczyzny pojazdu.
Dzięki temu, w przeciwieństwie do urządzeń pomiarowych poprzednich generacji, w których, jako płaszczyzna odniesienia wykorzystywana jest płaszczyzna stanowiska pomiarowego, wszystkie mierzone kąty odnoszą się do płaszczyzny pojazdu, co powoduje, że powierzchnia stanowiska pomiarowego nie musi być, aż tak dokładnie wypoziomowana. Kontrola poszczególnych parametrów geometrii ustawienia kół i osi pojazdów przy użyciu urządzeń pracujących w systemie 3D polega na wykorzystaniu odchyłek kształtu kołowego okręgów z ekranów refleksyjnych, wywołanych pochyleniem tarczy w trakcie obrotu koła.
Zdecydowanie największą zaletą przyrządów do kontroli i pomiaru geometrii ustawienia kół i osi pojazdów wykorzystujących technologię pomiaru 3D jest bardzo krótki czas pomiaru wszystkich parametrów, nieprzekraczający kilku minut. Pełen pomiar parametrów wymaga, bowiem wyłącznie przetoczenia pojazdu o 20 cm do tyłu i do przodu, a proces kompensacji bicia obręczy realizowany jest w trakcie przetaczania.
Urządzenia tego typu w zależności od wersji konstrukcyjnej mogą być wykorzystywane zarówno na stanowisku kanałowym, jak również i przy zastosowaniu podnośnika diagnostycznego. W przypadku stanowiska kanałowego kamery pomiarowe umieszczone mogą być w sposób tradycyjny, czyli na słupie z kamerami na belce poziomej lub na dwóch słupkach umieszczonych po obu stronach ławy pomiarowej. Przy stanowiskach kontrolno-pomiarowych z zastosowaniem podnośnika diagnostycznego (czterokolumnowego lub nożycowego) kamery umieszczone są na słupie umieszczonym centralnie w osi ławy pomiarowej. Przy tym rozwiązaniu rozróżnić można dodatkowo wersję z belką poziomą, na której końcach ulokowane są kamery pomiarowe na stałej wysokości oraz z ruchomą belką poziomą, podążającą za ruchem tarcz refleksyjnych, wynikającym z unoszenia pojazdu na podnośniku.
W przypadku stałej wysokości belki poziomej utrudnieniem w trakcie wykonywania czynności kontrolno-pomiarowych jest konieczność wykonywania przetaczania pojazdu na podnośniku z uniesionymi najazdami na wysokości około 1,2 m. Przy wersji przyrządu z ruchomą belką poziomą podążającą automatycznie za ruchem w kierunku pionowym tarcz refleksyjnych, przetoczenie pojazdu wykonywane może być w najniższym położeniu najazdów podnośnika. Jest to zdecydowanie wygodniejsze w warunkach praktyki warsztatowej. Dlatego też, te wersje urządzeń są obecnie najbardziej pożądane przez warsztaty zajmujące się kontrolą i pomiarem parametrów geometrii ustawienia kół i osi pojazdów.