JP2752476B2 - ワークピースの振れ測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、自動車用ホイール付タイヤその他のワー
クピースの振れを測定する振れ測定方法および装置に関
するものである。

＜従来の技術＞ ホイール付タイヤの特性が自動車の振動特性に大きく
関わることはよく知られている。弾性体としてのタイヤ
の反力が均一であるか否かや、ホイール付タイヤにおけ
る質量分布が一様であるか否か等は、それぞれ、ユニフ
ォーミティ試験機および動釣合い試験機で計測される。

さらに、ホイール付タイヤの特性において基本的でか
つ重要な要素として、仕上り寸法に関する要件がある。
この要件は、ホイール付タイヤのラジアル方向の振れお
よびラジアル方向と直角なラテラル方向（タイヤの側壁
面）の振れに分けることができる。ここで言う「振れ」
とは、ホイール付タイヤの表面に生じている単なる凹凸
の程度を言うのではなく、ホイール付タイヤ１周全体に
おいて存在するうねりのようなもののことである。この
振れは、もちろん少ないほど好ましく、理想的には振れ
がないのがよい。

ホイール付タイヤにおける振れを測定するための測定
方法や測定装置として、従来より次のようなものが提案
されている。

実開昭62−1790544号公報には、ディスクホイールの
振れを接触方式の検出手段で検出し、検出された振れを
マーキングするようにしたディスクホイール振れ検査マ
ーキング装置が開示されている。

また、特開昭63−140902号公報には、自動車用ホイー
ルの横振れおよび縦振れをレーザを利用した非接触検査
装置で測定するようにした非接触振れ測定装置および方
法が開示されている。

さらに、特開昭56−122931号公報には、タイヤ側壁の
凹凸を検査するための検査装置が開示されている。この
装置は静電容量の変化を利用した非接触検査装置によっ
てタイヤ側壁の凹凸検査をするものである。

また、実開平１−104540号公報には、動釣合い試験機
においてワークの面振れを測定するようにした装置が開
示されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 従来の振れ測定方法または装置は、いずれも、ワーク
ピース（ホイール付タイヤ等）を比較的ゆっくりと回転
させる（たとえば30rpm程度で回転させる）ことにより
ワークピース表面の凹凸を検出し、それを電気信号に変
換している。変換された電気信号には、ワークピース表
面の部分的な凹凸（たとえばタイヤ外周面に形成された
トレードマーク、製品番号、トレッドパターン等）に対
応する変化成分も含まれているので、それを除去するた
めに、ローパスフィルタを通して、ワークピースの回転
に同期した信号のみを取出して、振れを測定する仕組み
になっている。

ところが、ローパスフィルタにより信号のノイズを取
除き、ワークピースの回転に同期した信号成分だけを取
出そうとしても、必要な条件を満足する性能のローパス
フィルタを作ることが難しく、ノイズを完全に除去でき
ないという欠点があった。

また、振れ測定時間を短縮するためには、ワークピー
スを従来のように低速回転ではなく、もっと高速回転さ
せるのが好ましいが、従来技術ではそれが困難であっ
た。

そこでこの発明は、ワークピスの凹凸検出信号からノ
イズ成分を完全に除くことができ、ワークピースの回転
に同期した信号成分だけを取出すことができ、ワークピ
ースの振れを正確に測定できる振れ測定方法および装置
を提供することを主たる目的とする。

また、この発明の他の目的は、ワークピースを高速回
転させて振れの測定が可能な振れ測定方法および装置を
提供することである。

この発明のさらに他の目的は、釣合い試験機におい
て、釣合い試験のためにワークピースを回転させる際
に、ワークピースの振れを同時に検出することができる
振れ測定装置を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ この発明は、ワークピースの振れを測定するための方
法であって、ワークピースを回転させ、回転するワーク
ピース表面の凹凸を信号として検出し、該凹凸検出信号
をワークピースの回転と同期して生じる基準信号と掛算
して、掛算結果に基づいて振れを測定することを特徴と
するワークピースの振れ測定方法である。

また、この発明は、ワークピースの振れを測定するた
めの装置であって、ワークピースを回転させるためのワ
ークピース保持回転手段、回転されるワークピース表面
の凹凸を信号として検出するための凹凸検出信号出力手
段、ワークピースの回転と同期した基準回転信号を出力
する手段、凹凸検出信号を基準回転信号と掛算する掛算
手段、および掛算結果に基づいて振れを算出する振れ算
出手段、を含むことを特徴とするワークピースの振れ測
定装置である。

上述のワークピースの振れ測定装置は、凹凸検出信号
出力手段が非接触状態で凹凸を検出できるものであり、
ワークピース保持回転手段は、ワークピースを任意の回
転数で回転させるものであることを特徴とする。

この発明は、また、上述のワークピースの振れ測定装
置に、さらに、ワークピースの不釣合いを測定するため
の構成を含め、振れ測定が釣合い試験と同一の回転数で
行われることを特徴とするものである。

＜作用＞ この発明によれば、ワークピースを回転させ、回転す
るワークピース表面の凹凸を信号として検出し、凹凸検
出信号をワークピースの回転と同期して生じる基準信号
と掛算して、掛算結果に基づいて振れを測定する。

また、この発明は、ワークピース保持回転手段でワー
クピースを回転させ、回転されるワークピース表面の凹
凸を信号として検出し、その信号をワークピースの回転
と同期した基準回転信号と掛算する掛算手段を含み、掛
算結果に基づいて振れを算出することを特徴とするワー
クピースの振れ測定装置である。さらに、凹凸検出信号
を回転に同期した基準信号と掛算するので、回転数は任
意の回転数を選択することができる。

上述のワークピースの振れ測定装置において、凹凸検
出信号出力手段を非接触タイプとすれば、測定時にワー
クピースを比較的高速で回転させることができる。

また、この発明によれば、振れ測定および釣合い試験
を同時に行うことができる。

＜実施例＞ 以下には、図面を参照して、この発明の実施例につい
て詳細に説明をする。

第２図は、この発明の一実施例に係るホイール付タイ
ヤ等のワークピースの振れを測定するための振れ測定装
置の機械的な構成を示す図解図である。この振れ測定装
置は、動釣合い試験機と兼用されており、ワークピース
の振れと同時に、不釣合いの測定が可能にされている。

第２図を参照して説明すると、下端が固定された保持
フレーム１には一対の板ばね２を介してスピンドル３が
垂直方向に取付けられている。スピンドル３は回転自在
な回転軸3aを備えており、また、スピンドル３は一対の
板ばね２によって紙面に対して垂直方向に振動可能に設
けられている。

保持フレーム１には、また、駆動モータ５が取付られ
ており、駆動モータ５の回転力はベルト６によってスピ
ンドル３の回転軸3aへ伝達されるようにされている。

スピンドル３の回転軸3a上部には、ワークピースとし
てのたとえばホイール付タイヤ７が取付けられるように
されている。そして、取付けられたホイール付タイヤ７
のラジアル方向の凹凸を、非接触状態で、光学的に検出
するための第１凹凸検出センサ８およびラテラル方向の
凹凸を、非接触状態で、光学的に検出するための第２凹
凸検出センサ９が設けられている。第１および第２の凹
凸検出センサ８および９は、この実施例では、それぞ
れ、レーザ出力素子8a,9aおよび受光素子8b,9bを含んだ
ものにされている。なお、出力素子および受光素子の寸
法（長さ）は、たとえば20mm程度である。この寸法で不
十分な場合は、出力素子および受光素子の位置を移動さ
せることのできる機構を設ければよい。

なお、第１凹凸検出センサ８および第２凹凸検出セン
サ９は、図示しない保持部材によって保持されており、
その保持部材は保持フレーム１と同様に、その一部が固
定されている。

スピンドル３の回転軸3a下方部には、回転軸3aの基準
回転信号を出力するための基準回転信号出力器10が連結
されている。この出力器10から出力される基準回転信号
には、後述するように、位相が90度ずれた等しい振幅の
２種類の信号が含まれている。

さらに、この装置は動釣合い試験機としても機能する
ため、スピンドル３が振動可能な状態において、スピン
ドル３の振動成分を検出するための上面用ピックアップ
11および下面用ピックアップ12が設けられている。

第1A図は、上述の第２図を参照して説明したこの装置
における振れ測定のための電気的な構成を示す回路ブロ
ック図である。また、第1B図は、第２図の装置における
例えばラジアル方向の振れを測定するための電気的な回
路構成を示すブロック図であり、第３図は、第1B図の回
路における種々の段階の出力信号の波形を表わす波形図
である。

第３図の各波形〜は、第1B図に記入された〜
の出力波形と対応している。

第1A図において、ワークピース７のラジアル方向の凹
凸を検出するための第１凹凸検出センサ８の検出出力は
第１掛算回路20へ与えられ、この第１掛算回路20におい
て基準回転信号出力器10から与えられる基準回転信号と
掛算される。そして、その出力は演算回路21へ与えられ
て演算され、振れの角度および量が求められる。

また、ワークピース７のラテラル方向の凹凸を検出す
るための第２凹凸検出センサ９の出力は第２掛算回路22
において基準回転信号出力器10の出力と掛算され、演算
回路21へ与えられる。そして、演算回路21において演算
がなされ、ワークピース７のラテラル方向の振れの角度
および量が出力される。

第1A図におけるラジアル方向の振れの測定およびラテ
ラル方向の振れの測定は、実質的に等しい処理回路およ
び処理手順によって行われるため、以下に説明する詳細
な振れの測定回路および振れ測定処理手順の説明につい
ては、ラジアル方向の振れ測定を取上げて説明する。

次に、第1B図および第３図を参照して説明すると、第
１凹凸検出センサ８の検出出力は、たとえば第３図の
ような波形である。すなわち、第１凹凸検出センサ８に
はレーザ出力素子および受光素子が含まれているので、
受光素子が受光した受光量の変化が第１凹凸検出センサ
８の出力波形となる。の波形における周期の短い細か
な振幅は、ワークピース７表面の凹凸に対応するノイズ
成分であり、の波形における全体のうねりが検出すべ
き振れであるから、以下に説明するように、掛算処理に
よって、このノイズ成分が除去される。

第１掛算回路20には、オフセット電圧変更機能付増幅
回路201、ならびに、それぞれ２つずつ設けられた掛算
器202,204および平滑器203,205が含まれている。オフセ
ット電圧変更機能付増幅器201では、第１凹凸検出セン
サ８から与えられる第３図の信号のオフセット電圧を
変えると共に、の信号を適当な増幅率で増幅して、第
３図の信号にする。そしてこの増幅器201の出力は掛
算器202の一方入力端子に与えられる。掛算器202の他方
入力端子には、基準回転信号出力器10から第３図に示
す基準回転信号が与えられる。よって、掛算器202にお
いての信号との信号とが掛算され、掛算器202から
はに示す波形の信号が出力される。

つまり、掛算器202で、第１凹凸検出センサ８の増幅
出力と基準回転信号出力器10の出力とが掛算されること
によってワークピース７の回転に同期したワークピース
７の振れを検出することができる。そして、この場合に
おいて、ワークピース７の表面にランダムに生じている
細かな凹凸に対応するノイズ成分（第３図に含まれ
ている小さな振幅波形）は、ワークピース７の回転に同
期していないため、換言すれば基準回転信号出力器10の
基準回転信号と同期していないために、全て除去される
のである。

このように、凹凸検出センサの出力を基準回転信号と
掛算する処理を含むことが、この実施例における特徴の
１つである。

また、凹凸検出信号を回転に同期した基準信号と掛算
するので、回転数は任意の回転数を選択することができ
ることも、この実施例における特徴の１つである。

平滑器203はの信号を平滑するので、その出力は一
定の電圧信号となる。

また、オフセット機能付増幅器201の出力信号はも
う１つの掛算器204の一方入力端子にも与えられる。こ
の掛算器204の他方入力端子には基準回転信号出力器10
から第３図に示す基準回転信号が与えられる。基準回
転信号と基準回転信号とは、振幅が等しく位相が互
いに90度ずれた信号である。掛算器204ではの信号と
の信号とが掛算されるので、その出力信号の波形は
に示すようになり、それが平滑器205で平滑されると、
に示す一定レベルの電圧信号が得られる。

演算回路21では、平滑器203から与えられるの電圧
信号と平滑器205から与えられるの電圧信号とに基づ
いてベクトル演算が行われる。すなわち、第４図に示す
ように、平滑器203の出力信号および平滑器205の出力
信号を、互いに90度の角度差を有する信号としてベク
トル演算が行われ、振れの角度θおよび量が算出され
る。

演算回路21で算出された振れの量は量メータ23へ与え
られてオペレータに認識可能な状態で表示されると共
に、比較器24へ与えられ、予め定められた振れ基準量と
比較されて、ワークピース（ホイール付タイヤ）７が検
査に合格したか否かが判定される。

また、演算回路21で算出された振れの角度θは、角度
メータ25へ与えられてオペレータに認識可能な状態で表
示されると共に、位置決め制御装置26へ与えられる。位
置決めと制御装置26では、与えられる角度信号に基づい
て図示しないマーキング装置を作動させて、ホイール付
タイヤ７における振れの存在する角度の所定のマークを
付させたり、あるいは、ホイール付タイヤ７の停止角度
が制御される。

なお、上述の説明におけるアナログ信号とアナログ信
号とを掛算する掛算器202,204は、たとえば特公昭58−3
9355号公報の第１図に記載のものを利用することができ
る。

ラテラル方向の振れも同様の回路および信号処理によ
って測定される。

上述の実施例においては、掛算回路20において、第１
凹凸検出センサ８の出力信号（第３図）のオフセット
電圧が変更されることによって第３図のようにされて
いるが、第１凹凸検出センサ８の出力がそのまま直接掛
算器202へ与えられるようにして、基準回転信号発生器1
0の出力信号と掛算されるようにしてもよい。

あるいは、第１凹凸検出センサ８の検出出力が所定の
増幅率で増幅された後、すなわちオフセット電圧は変更
されることなく増幅だけが行われ、その信号が掛算器20
2および204へ与えられるようにしてもよい。

また、第１凹凸検出センサ８の出力が、まず、アナロ
グ信号からディジタル信号に変換されるようにし、か
つ、基準回転信号出力器10の出力もアナログ信号からデ
ィジタル信号に変換されるようにし、ディジタル信号同
士を掛算器202で掛算するようにしてもよい。このよう
な掛算器としては、たとえば特公昭56−49292号公報の
第１図のものを利用することができる。

さらに上述の場合において、基準回転信号出力器10の
構成を、たとえば特公昭56−49292号公報の第３図に記
載のようなものとすれば、基準回転信号出力器10からは
ディジタル信号が直接出力されるので、基準回転信号出
力器10の出力をアナログ信号からディジタル信号に変換
するための変換回路を省略することができる。

第５図は、第２図に示す装置全体の電気的な回路構成
を示すブロック図である。

前述したように、この装置はワークピース７の振れお
よび動釣合いの測定が可能な装置とされている。そのた
めに、上述した振れ測定のための電気的な回路構成に加
えて、動釣合い測定のための電気的な回路が設けられて
いる。

具体的には、ピックアップ11の検出信号を基準回転信
号と掛算するための掛算回路41、ピックアップ12の検出
信号を基準回転信号と掛算するための掛算回路42ならび
に両掛算回路41,42の出力を演算するための演算回路4
3、演算回路43の出力に基づいてベクトル演算を行い、
ワークピース７の上面不釣合いの量および角度を算出す
るための上面不釣合い算出回路44ならびにワークピース
７の下面不釣合いを算出するための下面不釣合い算出回
路45が含まれている。

掛算回路41,42の基本的な構成については、先に説明
した振れ測定回路の掛算回路と同等である。

なお、この回路ブロック図では、動釣合い測定のため
の演算回路43ならびに算出回路44および45が振れ測定の
ための演算回路と別個の構成とされているが、たとえば
マイクロコンピュータを用いてこの演算回路を構成する
場合においては、各処理を時分割のサブルーチン処理等
で並列処理できるようにすれば、演算回路を共通の回路
とすることができる。

以上の実施例においてワークピースを比較的高速回転
させるようにした振れ測定装置を例にとって説明した
が、この発明の技術的思想は、ワークピースを比較的低
速回転（たとえば30rpm）で回転させるような場合にも
利用することができる。

係る場合においては、ワークピース７の表面の凹凸を
検出するための検出センサとして、第６図に示すような
接触タイプのものを用いることもできる。つまり、支持
部材61によって揺動自在に保持されたローラ62をワーク
ピースの表面に当接させる。すると、測定時において、
ローラ62によってワークピースの表面の凹凸が検出さ
れ、それが支持部材61の揺動に変換されるので、それを
差動トランス63によって検出できるうな構成にしてもよ
い。

上述の実施例および説明では、ワークピースとしてホ
イール付タイヤを例にとって主として説明したが、ワー
クピースとしては、ディスクホイール、ホイール単体、
クランクシャフト、スピンドルその他であっても構わな
い。また、釣合い試験試験機としては、ハードタイプ、
ソフトタイプ、横型等いずれの形式であっても構わな
い。

＜発明の効果＞ この発明は、以上のように構成されているので、信号
号の掛算処理によって検出信号からノイズ成分を確実に
除去でき、ワークピースの振れを正確に検出できる振れ
測定方法および装置とすることができる。

また、検出センサに非接触方式のセンサを用いた場
合、ワークピースを高速回転させながら振れの測定がで
きるので、振れ測定を短時間で行うことができる。

さらに、釣合い試験機におけるワークピースの不釣合
い測定回転と同時にワークピースの振れを検出できるの
で、両者を組合わせることによって合理的でかつ全体と
して部品点数の少ない不釣合いおよび振れ測定装置を作
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図および第1B図は、この発明の一実施例に係る振れ
測定装置の電気的な回路構成を示すブロック図である。 第２図は、この発明の一実施例に係る振れ測定装置の機
械的な概略構成を示す図解図であり、動釣合い試験機と
兼用された装置の例が示されている。 第３図は、振れ測定装置の電気的な回路図の各段階で出
力される信号波形を表わす波形図である。 第４図は、演算回路において行われるベクトル演算の内
容を説明するための図である。 第５図は、この発明の一実施例に係る装置全体の電気的
な構成を示すブロック図である。 第６図は、凹凸検出センサの他の例であり、接触型セン
サの一例を示す図である。 図において、７……ワークピースとしてのタイヤ付ホイ
ール、８……第１凹凸検出センサ、９……第２凹凸検出
センサ、10……基準回転信号出力器、11,12……ピック
アップ、20……第１掛算回路、21……演算回路、22……
第２掛算回路、202,204……掛算器を示す。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークピースの振れを測定するための方法
   であって、 ワークピースを回転させ、回転するワークピース表面の
   凹凸を信号として検出し、該凹凸検出信号をワークピー
   スの回転と同期して生じる基準信号と掛算して、掛算結
   果に基づいて振れを測定することを特徴とするワークピ
   ースの振れ測定方法。
2. 【請求項２】ワークピースの振れを測定するための装置
   であって、 ワークピースを回転させるためのワークピース保持回転
   手段、 回転されるワークピース表面の凹凸を信号として検出す
   るための凹凸検出信号出力手段 ワークピースの回転と同期した基準回転信号を出力する
   手段、 凹凸検出信号を基準回転信号と掛算する掛算手段、およ
   び 掛算結果に基づいて振れを算出する振れ算出手段、 を含むことを特徴とするワークピースの振れ測定装置。
3. 【請求項３】請求項第２項記載のワークピースの振れ測
   定装置であって、 凹凸検出信号出力手段は、非接触状態で凹凸を検出でき
   るものであり、 ワークピース保持回転手段は、ワークピースを任意の回
   転数で回転させるものであることを特徴とする。
4. 【請求項４】請求項第２項または第３項記載のワークピ
   ースの振れ測定装置は、さらに、 ワークピースの不釣合いを試験するための構成を含み、 振れ測定が不釣合い試験と同一の回転数で行われること
   を特徴とするものである。