Urządzenia do pomiaru geometrii nadwozia konstruuje się od dawna, jednak kupowane są one dość rzadko (przynajmniej w Niemczech). Powodem tego jest z jednej strony względnie wysoka cena, a z drugiej fakt, że konwencjonalnie skonstruowane pojazdy nie wymagały do tej pory żadnych pomiarów nadwozia. Struktury materiałów były jednorodne, a wszystkie części dobrze widoczne. Ten stan rzeczy uległ jednak znacznym zmianom.

Dokładna naprawa

Za pomocą przymiaru elektronicznego, po odpowiedniej kalibracji, możliwe jest przeprowadzenie także pomiarów trójwymiarowych.

Pomiar karoserii w strefie podłogowej oraz w punktach wyższych.

Oznaczenia elementów mechanicznego systemu pomiarowego.

Trójwymiarowa przestrzeń pomiarowa. W przestrzeni określa się odległości od punktu zerowego. Odległości mierzone są w trzech kierunkach. Przykład: szerokość = 2, wysokość = 3, długość = 2.

Struktura systemów naprawczo-pomiarowych.

Podczas prostowania system Laserlock umożliwia stałą kontrolę osiągniętych efektów we wszystkich punktach pomiarowych.

System Car-O-Tronic-Vision z przedłużonym ramieniem do pomiaru nadwozia.

System Shark określa położenia punktów pomiarowych za pomocą czujników ultradźwiękowych.

System Shark określa położenia punktów pomiarowych za pomocą czujników ultradźwiękowych.

Podniesione wymagania w zakresie bezpieczeństwa pasażerów (testy zderzeniowe Euro NCAP) i wymagane jednocześnie przez rynek i politykę ograniczenia emisji i zużycia paliwa zmuszają producentów samochodów do stosowania coraz lżejszych konstrukcji nośnych. Przy redukcji masy konieczne jest zachowanie lub nawet podwyższenie wytrzymałości na zginanie i skręcanie, co przekłada się bezpośrednio na zwiększenie możliwości przenoszenia obciążeń powstających podczas wypadków drogowych. Obecnie auta są konstruowane z dokładnością do jednego czy dwóch milimetrów, tak więc naprawa musi być równie dokładna. Elementy z kompozytów, tzw. tailored blanks, przewodzą siły działające szkodliwie na konstrukcję z okolicy, gdzie doszło do uderzenia, nawet w znacznie oddalone miejsca pojazdu, mimo że nie widać na nich zniekształceń. Ramy szkieletowe są obecnie stosowane już w samochodach klasy średniej – takie konstrukcje jak w Audi TT i w klasie C Mercedesa stają się standardem. Ograniczenie zużycia paliwa udaje się osiągnąć częściowo przez poprawę aerodynamiki podwozia i zderzaków. Aby sprostać wymaganiom w zakresie ochrony pieszych, producenci stosują amortyzujące elementy ulegające zniekształceniu i miękkie zderzaki z tworzywa o dużej tolerancji na odkształcenia.

Niewidoczne uszkodzenia konstrukcji

Elementy nadwozia ukrywają ważne miejsca w konstrukcji, dlatego też w przypadku samochodów o konstrukcji szkieletowej nie można stwierdzić rozkładu obciążenia bez demontażu części. Klient w takim przypadku oczekuje, że po naprawie samochód będzie w takim samym stanie technicznym, jak przed wypadkiem. Nie ma tutaj więc miejsca na niedociągnięcia i interpretacje podczas oceny szkody. Jeżeli podczas ogólnych oględzin z zewnątrz nie można wykluczyć uszkodzeń konstrukcji, to należy przeprowadzić pomiar geometrii nadwozia, co będzie stanowiło podstawę do określenia zakresu naprawy.

Zasady pomiaru geometrii nadwozia

Pomiar geometrii karoserii polega na zmierzeniu odległości między wyznaczonymi przez producenta samochodu punktami kontrolnymi (referencyjnymi). Karoserię pojazdu można w tym przypadku porównać do sześcianu złożonego z mniejszych kostek o boku długości 1 mm. Aby określić położenie dowolnego punktu w tej przestrzeni, trzeba określić jego odległość od podłogi i 2 boków, co oznacza, że od punktu bazowego konieczne jest określenie 3 wymiarów w 3 różnych kierunkach (długość, szerokość, wysokość).

Producenci urządzeń pomiarowych tworzą na potrzeby użytkowników bazy danych z prawidłowymi parametrami. Dokonują tego, mierząc nowe pojazdy albo nadwozia wzorcowe. Zasada pomiaru jest w każdym urządzeniu podobna. Użytkownik wprowadza do systemu bieżącą pozycję kilku punktów odniesienia, które tworzą podstawę do dalszych pomiarów. Najlepiej wybrać w tym celu miejsca w okolicy podłogi, które nie ucierpiały na skutek wypadku. Następnie sprawdza się położenie punktów odniesienia na nadwoziu. Oprogramowanie urządzenia tworzy na podstawie tych wartości protokół pomiarowy i dokumentuje ewentualne odchylenia. Pomiar przygotowanego pojazdu trwa zwykle 30–45 minut.

W przypadku uszkodzeń powypadkowych w zakresie osi pojazdu ciężko jest jednoznacznie określić, czy uszkodzeniu uległy elementy zawieszenia odpowiedzialne za prawidłową jego geometrię, elementy nadwozia, od których zawieszenie jest zależne, czy oba wspomniane podzespoły. Sam pomiar geometrii zawieszenia nie przyniesie dokładnych informacji o uszkodzeniu. Dopiero po pomiarze geometrii punktów bazowych karoserii możliwe jest dokładne określenie jej deformacji oraz zakresu naprawy.

Punkty pomiarowe

Określenie punktów położenia różni się jednak znacznie w zależności od urządzenia, podobnie jak liczba jednocześnie kontrolowanych punktów pomiarowych. Zasadniczo punkty pomiarowe są rejestrowane za pomocą ramienia pomiarowego albo przy użyciu tarczek optycznych czy nadajników ultradźwiękowych. Systemy optyczne i akustyczne umożliwiają jednoczesne kontrolowanie wszystkich punktów pomiarowych. Każdy system umożliwia pomiary porównawcze nadwozi, jednak w zależności od urządzenia wymagane mogą być dodatkowe uchwyty lub przedłużki. Wspólną zaletą wszystkich urządzeń jest to, że warsztat może od razu stwierdzić ewentualne uszkodzenia konstrukcji i udokumentować wynik naprawy. Systemy pozwalają też stwierdzić wcześniejsze naprawy powypadkowe.

Przymiar

Do mierzenia odległości liniowej między konkretnymi punktami często stosuje się przymiar liniowy. Działa on na zasadzie dużej suwmiarki i służy do określania odległości w przestrzeni dwuwymiarowej. Pomiar w trzecim wymiarze możliwy jest tutaj tylko w przybliżeniu, ponieważ wbudowana w przymiar poziomica nie jest dokładnym urządzeniem wyznaczającym poziom. Przymiar więc najlepiej nadaje się do określania odległości liniowych między danymi punktami, a nie do zależności w przestrzeni. W związku z tym doskonale nadaje się do pomiarów na dużych i płaskich powierzchniach, takich jak podłoga pojazdu. Także za pomocą przymiaru można kontrolować odległości we wnękach drzwi, szyb czy pokryw.

Pierwszym pomiarem, jaki się wykonuje na podłodze pojazdu, jest pomiar wykonywany od spodu między mocowaniem przedniego prawego i tylnego lewego wahacza oraz pomiar między przednim lewym a tylnym prawym mocowaniem. Pomiar przekątnych pozwala z dużym prawdopodobieństwem określić, czy karoseria ma swoją geometrię, czy ją straciła (doszło do skręcenia). Pomiar ten wykonuje się na podnośniku. W trakcie pomiaru płyty podłogowej konieczne jest przeprowadzenie pomiarów dodatkowych. Wykonuje się je symetrycznie z wykorzystaniem punktów bazowych, które są opisane w instrukcji naprawczej każdego pojazdu. Punkty te są równomiernie oddalone na lewo i prawo w stosunku do osi pojazdu, więc ich pomiar pozwoli określić, czy w zakresie płyty podłogowej nastąpiła deformacja.
Pomiar 3D, czyli w przestrzeni trójwymiarowej, nie może być zastąpiony pomiarem za pomocą przymiaru. Ma to szczególne znaczenie w przypadku określenia zależności przestrzennych od punktów bazowych, które nie są ze sobą skorelowane jednym wymiarem liniowym. Takim pomiarem może być na przykład pomiar odległości górnego mocowania kolumny MacPhersona w stosunku do punktu bazowego znajdującego się na płycie podłogowej pojazdu. Ze względu na tolerancje rozmieszczenia względem siebie elementów bazowych podwozia (+/- 2, +/-3 mm) konieczne jest użycie systemu trójwymiarowego, ponieważ przy pomiarze liniałem elektronicznym bardzo łatwo o pomyłkę.

Kąty w nadwoziu

Pomiar trójwymiarowy polegający na określeniu przestrzeni jako sześcianu z wymiarami liniowymi długości, szerokości i wysokości możliwy jest do przeprowadzenia w praktyce za pomocą ramy pomiarowej oraz pionu. Wtedy za pomocą łączników do ramy tworzy się trwałe połączenie punktu pomiarowego z płaszczyzną pomiarową. Po jej umocowaniu mamy określoną płaszczyzną dwuwymiarową. Następnie z wymiaru wysokości prowadzimy na płaszczyznę pomiarową rzut punktu. Wykonuje się go za pomocą na przykład pionu, co pozwala na określenie położenia jego zaczepu w przestrzeni trójwymiarowej. Płaszczyzna pomiarowa w tym przypadku jest tworzona przez powierzchnię ramy pomiarowej, do której przykręcane są stojaki, na których opierają się punkty pomiarowe nadwozia. Podczas prac naprawczych konieczne jest dodatkowe zakotwiczenie nadwozia, aby nie doprowadzić do nadwyrężenia punktów pomiarowych lub ich przesunięcia w przestrzeni na skutek przykładania siły podczas prostowania elementów uszkodzonych. Punkty bazowe podczas prac blacharskich powinny być unieruchomione za pomocą połączeń śrubowych z elementami kotwiącymi.

Praca z podstawkami

Punkty pomiarowe na karoserii muszą charakteryzować się dobrym dostępem. Często konieczne do tego jest wymontowanie podzespołów, takich jak kolumna MacPhersona czy całe zawieszenie. Podstawki przejmują całą masę karoserii i przenoszą ją na ramę pomiarową. W związku z tym muszą odznaczać się odpowiednią wytrzymałością i stabilnością wymiarową.

Elektroniczny pomiar karoserii

Pomiar trójwymiarowy karoserii możliwy jest także w sposób elektroniczny. W tym przypadku mierzone są również odstępy punktów referencyjnych na karoserii od pewnych punktów zerowych na ramie pomiarowej. Zaletą elektronicznego pomiaru geometrii nadwozia jest to, że automatycznie kompensuje ona nierównoległość podłogi pojazdu względem ramy pomiarowej, co oznacza, że system przenosi układ współrzędnych z ramy pomiarowej na płaszczyznę wyznaczoną na podstawie odczytów z podłogi lub innych punktów referencyjnych pojazdu. W tym celu konieczne jest odczytanie pozycji trzech różnych punktów bazowych na podłodze pojazdu. Warunek jest jeden – punkty te muszą znajdować się w oryginalnych miejscach, czyli nie mogą być zniszczone, ponieważ to na nich zbudowana zostanie płaszczyzna odniesienia do dalszych pomiarów. Elektronika dalej z łatwością sobie przeliczy równoległość i położenie kolejnych punktów pomiarowych względem tej płaszczyzny odniesienia. Elektroniczne systemy pomiarowe występują w wielu wersjach. Mogą to być systemy optyczne lub mechaniczne z wykorzystaniem ramion pomiarowych. Spotykane są także systemy ultradźwiękowe.

Ruchome podstawki z ławą pomiarową

Dwuczęściowe podstawki składają się z części bazowej oraz wysuwanej z niej końcówki. Element bazowy jest powiązany z ramą, natomiast element na niego nakładany (wysuwany) jest regulowany. Oznacza to, że podstawka regulowana może być w zależności od rodzaju pojazdu i nie jest na stałe powiązana z jednym konkretnym modelem. Oznacza to także, że długość i pozycja danej podstawki musi być dokładnie zdefiniowana względem ramy pomiarowej tak, aby możliwe było dokładne posadowienie nadwozia oraz określenie jego ewentualnej deformacji.

Mechaniczny system pomiarowy

Aby za pomocą systemu pomiarowego sprawdzić geometrię nadwozia więcej niż jednego modelu pojazdu, stworzono mechaniczny system pomiarowy, który jest wyposażony we własną ramę pomiarową. Na tej ramie pojazd jest mocowany za pomocą uniwersalnych zacisków. Belki pomiarowe (mostki) znajdują się na ramie i są równoległe do płaszczyzny podwozia (płaszczyzny wyznaczanej przez ramę). Na mostkach montowane są końcówki pomiarowe, które mogą być przesuwane względem płaszczyzny podłogi. Konieczne jest ich ustawienie dokładnie w miejscu, w którym występuje punkt referencyjny na karoserii. Końcówki pomiarowe pracują teleskopowo. Po ich ustaleniu końcówka wysuwa się aż do napotkania oporu, jakim jest dotknięcie jej do punktu pomiarowego. Końcówki wyposażone są w czujniki indukcyjne pozwalające dokładnie odczytać odległość, na jaką zostały one wysunięte. Po odczytaniu pomiarów ze wszystkich czujników nie jest już trudne określenie płaszczyzny bazowej oraz odchyłki od niej punktów pomiarowych.

Przed przystąpieniem do pomiarów konieczne jest dokładne zgranie osi ramy pomiarowej oraz osi pojazdu. W tym celu konieczne jest, aby dostępne były przynajmniej 3 niezniszczone punkty pomiarowe, na których można będzie „oprzeć” końcówki pomiarowe i zgrać karoserię z ramą. W przypadku systemów mechanicznych dostęp do punktów pomiarowych jest możliwy bez demontażu podzespołów z pojazdu. Do każdego pojazdu dostosowana jest karta pomiarowa mówiąca o dokładnym wymiarze i miejscu pomiaru. Pomiary porównawcze (lewy do prawego od osi pojazdu) mogą być wykonywane bez użycia karty pomiarowej, ponieważ te wymiary powinny być takie same. Rama pomiarowa jest dostępna także bez ramy do prostowania. System taki jest lekki i nie wymaga dodatkowego kotwienia pojazdu do pomiaru.

Optyczny system pomiarowy

Płaszczyzna pomiarowa może być też wyznaczona przez promienie świetlne, które są wysyłane z dwóch kolumn umieszczonych prostopadle do płaszczyzny podłoża. Promienie są wysyłane równolegle do płaszczyzny bazowej pod podłogą pojazdu. Ich odbicie na liniałach umieszczonych w punktach pomiarowych mówi o konkretnym wymiarze lub odchyłce od niego. Aby z jednego lub dwóch promieni laserowych stworzyć siatkę, stosuje się obrotowe pryzmaty rozszczepiające światło w taki sposób, że podczas jednego pomiaru możliwy jest odczyt wartości z wielu punktów bazowych na podłodze pojazdu. W tym przypadku pomiarowym konieczne jest także ustalenie pojazdu względem ramy. Oś wzdłużna pojazdu musi pokrywać się z osią wzdłużną ramy, natomiast oś poprzeczna jest do wyznaczenia na zasadzie pomiarowej.

W przypadku systemów optycznych możliwy jest pomiar punktów bazowych bez demontażu ważniejszych podzespołów. System ten w porównaniu do pozostałych systemów pomiarowych ma najmniejszą wagę, co znacznie ułatwia jego stosowanie. Wadą jest to, że jego elementy nie mogą służyć jako na przykład podpórki spawalnicze, jak w niektórych systemach mechanicznych.