JP2752967B2 - 偏差測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、全体として、非接触測定手段によつて、物
体上における１組の点の三次元位置を測定する技術に関
する。より具体的には、本発明は、三次元のデカルト座
標系において、１組の基準点に対する１対の点の偏差を
測定するシステムに関する。これら位置の測定後、測定
位置は、数値または図表によつて１組の基準点と比較す
る。より具体的には、このシステムは、例えば、車体ま
たは車枠の修正および修理、もしくは車輪の整列といつ
た、自動車の修理、保守に使用し、自動車の特定点が実
際にある位置をその自動車のメーカ仕様による位置と照
合するためのものである。 従来の技術 物体のある点が、所望の位置に対して実際には如何な
る位置にあるのか知ることが必要となるある場合が多
い。これは、自動車の修理および保守の場合、特に必要
である。自動車の車体または車枠要素上の様々な組の点
を検出し、かかる点の実際の位置をその所望位置と比較
できるシステムは、車体の修理、車枠の修正および車輪
の整列といつた作業に効果的である。 特に、自動車の車枠の欠陥を検出し且つ匡正する場
合、修正用ラツクを使用することが多い。例えば、かか
るラツクは、油圧シリンダおよび自動車の車枠に取付け
られ、適正位置に対して、車枠を押したり、引いたりす
るチエーン、ケーブル、その他の手段を備えている。か
かる装置の例は、1971年７月６日、ハニカツト（Hunnic
utt）等に付与された米国特許第3,590,623号および1982
年７月27日、レグランド（LeGrand）等に再付与された
米国特許第Re.31,000号に示されている。 本システムを具備することにより利益を得ることので
きる車輪整列システムの例は、1974年２月26日にカフリ
ニ（Cufrini）に付与された米国特許第3,793,736号、19
78年６月27日にリル（Lill）に付与された米国特許第4,
097,157号および1982年８月17日にリル等に付与された
米国特許第4,344,234号に開示されている。 測定データの収集手段に関し、自動車の車体および車
輪整列の技術分野においては、音響測定技術を利用した
システムはいまだ存在しないと考えられる。しかし、距
離測定技術分野では、多数の特許が存在し、様々な方法
および手段が開示されている。かかる装置のほとんど
は、測定手段と被測定点同志を物理的に直接接触させな
ければならない。これら装置の幾つかは、1985年８月27
日にヘンス（Hense）等に付与された米国特許第4,536,9
62号および1985年10月29日にヘンス等に付与された米国
特許第4,549,359号に開示されているように、測定子が
接触した位置を機械的に測定するものである。その他の
装置は、物理的に接触させて、伝送信号の伝導路を提供
し得るようにする必要がある。1977年７月12日にチヤミ
ユエル（Chamuel）に付与された米国特許第4,035,762号
および1980年11月４日にチヤミユエルに付与された米国
特許第4,231,260号の場合、遅延要素が、測定信号に対
する媒体として作用する。測定点の位置は、伝送信号の
相変化を測定することによつて求められる。 発明が解決しようとする問題点 上記の如き装置の全てに共通する欠点がある。例え
ば、自動車の車枠を修正するときのように、１回以上測
定値を読取る場合、遅延要素、その他の位置センサは何
回も同一位置に位置決めしなければならない。従つて、
測定誤差を生じる可能性があることに加えて、新たに読
取る毎に各測定点に対して、遅延要素またはセンサを繰
返して位置決めしなければならないため時間がかかる。
従つて、こうした問題点解消し得る測定装置が開発でき
れば、測定技術の発展に大きく寄与することができる。 非接触式測定手段を具備する装置は開発されている。
かかる装置の１つは、1965年３月30日にダグラス（Doug
las）に付与された米国特許第3,176,263号に記載されて
いる。この米国特許は、被測定物上に少量の爆薬を設け
たものである。この被測定物の周囲には、多数のマイク
ロフオンが設けられる。少量の爆薬を爆裂させ、その応
答時間をマイクロフオンで測定する。マイクロフオンで
測定した時間を収集し、且つ処理することによつて、被
測定物の全体形状およびその比率を測定し記録すること
ができる。しかし、上記米国特許第3,176,263号に開示
されたシステムは、爆薬が当然、車体の塗料および構造
体に悪影響を与えるため、自動車の車体または車枠上の
位置を測定し、記録するという目的には不適当である。
さらに、測定値を読取る毎に、爆薬を補充しなければな
らず、とても実用化し得るものではない。 別の非接触式測定装置が、1973年５月１日にハント
（Hunt）に付与された米国特許第3,731,273号に記載さ
れている。この米国特許の第５図には、測定子に内臓さ
れた機械的に発火される火花ギヤツプが示されている。
所定の位置を測定するためには、被測定点にて、測定子
の先端に火花ギヤツプを置く。測定子を押圧することに
よつて、導線同志は物理的に接触し、よつて、火花が発
生する。音響波の伝搬時間を２つのマイクロフオンで測
定し、位置を計算する。しかし、上記ハントの装置に
は、幾つかの問題点がある。第１に、火花ギヤツプを機
械的且つ物理的に発火させなければならないが、このた
めには、測定子を押圧しなければならず、これによつ
て、測定子は若干変位する結果となる。本システムの如
く、僅少距離の測定システムにおいて、かかる変位は、
容易に、装置自体の精度を上廻ることになる。次に、ハ
ントの特許に示された測定装置は、火花ギヤツプを、被
測定点に位置決めしなければならないことが問題であ
る。測定子の火花ギヤツプが接近できない点、即ち、か
かる手段で正確に測定することのできない点は、ハント
の測定装置で測定することはできない。最後に、ハント
の測定装置には、さらに、別の欠点があらる。被測定物
が移動中、または形状を変化する間に、同一点を何回も
測定しなければならない場合、ハントの測定装置では、
同一の点を何回も安定的に測定し得る精密な測定手段が
得られない。 1974年６月28日、ウエトストーン（Whetstone）等に
付与された米国特許第3,821,469号は、空間における点
の位置を測定する別型式の装置を開示している。この米
国特許は、ハントの特許におけると同様の検出子および
直交状態に配設した一連の受容体を備えている。このウ
エトストーンの特許に示された測定装置は、受容体によ
つて、検出子の移動する全スペースを画成する必要があ
るが、これでは、自動車、トラツクの車体または車枠の
長さ、幅および奥行きを測定する場合、不都合となる。 1975年12月９日にウチヤマ（Uchiyama）等に付与され
た米国特許第3,924,450号は、三次元座標の測定装置を
開示している。この測定装置は、超音波発振器を使用し
て、時限信号を発生させるものである。この信号は、点
Ｐにて発生され、少なくとも３つの点A,BおよびＣで受
信する。ウチヤマの特許は、連続的な超音波を変換し、
またはこの音波の伝搬時間の測定手段または方法を開示
していない。これを実現するための公知の方法には、共
通の欠点がある。かかる測定システムの精度は、本発明
の測定装置に使用するデジタルシステムと比較すると、
極めて劣る。上記米国特許に開示された測定装置は、船
舶のエンジン室および陸上のプラント施設等の大規模な
オペレーシヨンモデルの測定を目的としているため、測
定精度は重要でなく、従つて、本発明の測定装置に必要
とされる高分解能は、ウチヤマが対象とする技術分野で
は不要と考えられる。 1976年２月10日、フランバード（Flambard）等に付与
された米国特許第3,937,067号においては、変位角の測
定装置が開示されている。フランバードは、超音波の反
射特性を利用して、変位角を測定するものである。この
技術は、本発明のシステムの場合、超音波の反射は、音
波の伝搬の測定に誤差が生ずるため、望ましくなく、適
用することはできない。 距離測定技術に関する別の特許としては、1981年６月
30日に、ダメイヤー（Dammeyer）に付与された米国特許
第4,276,622号がある。ダメイヤーは、全体として、超
音波発信機と超音波受信機間の距離の測定回路を示して
いる。この発信機は、励起信号に応答して、超音波エネ
ルギを発生させる。受信機は、超音波エネルギを受信
し、これに応答して、検出信号を発生する。超音波信号
の伝搬中、ランプ発生機が起動され、コンデンサは、一
定時間、直線的に充電することができる。従つて、信号
の伝搬距離は、コンデンサ（この場合、第４図のコンデ
ンサC₅）の蓄積された電圧に正比例する。電位の増加率
は、抵抗器R₁₀を調節することによつて、制御できる。
ダメイヤーの方法では、距離を正確に測定できない一
方、ウチヤマの特許の場合と同様、アナログ信号は、デ
ジタル回路による信号と比較した場合、おおよその近似
値しか示すことができず、時間および温度に左右される
という欠点がある。故に、コンデンサC₅の電位を測定す
れば、超音波信号が伝搬したおおよその距離を知ること
ができるが、本発明に採用するデジタル回路およびソフ
トウエアによる測定精度および分解能を提供することは
できない。 最後に、1982年11月２日にハウエルズ（Howells）等
に付与された米国特許第4,357,672号は、音響的信号を
使用する別の距離測定技術を開示している。音響的信号
の伝搬時間中、マイクロプロセツサが、実行する命令サ
イクルの数を数え、計数値を出す。この計数値は、音響
的信号が検出子からクロフオンまで伝搬するのに要する
時間を略表示する。しかし、明細書および特許請求の範
囲において、ハウエルズは、限時機構は、マイクロプロ
セツサの内部命令計数手段であることを明記している。
ハウエルズは、測定システムの作動上、クロツクまたは
スケーラを追加する必要はないとしている。このよう
に、この特許では、限時周期は命令サイクルの実行タイ
ミングに制限されているため、測定システムの精度およ
び分解能は制限されている。 幾多の物体の欠陥を検出するための上記以外の多数の
音響的測定装置がある。これら測定装置は、物体の欠陥
によつて反射された信号の到着時間の差を基にして演算
するものである。故に、かかる測定装置を構成し且つ使
用する基本的考えは、反射が全く生じないことが望まし
く、また、均質な伝搬媒体を必要とする測定システムに
は適用することができない。かかる測定装置の例は、19
75年４月１日にウイングフイールド（Wingfield）等に
付与された米国特許第3,875,381号、1978年６月27日に
ハウス（Hause）等に付与された米国特許第4,096,755号
および1985年６月18日にデルカス（Derkacs）等に付与
された米国特許第4,523,468号に開示されている。 本発明の主な目的は、物体上または内部の多数の点の
位置を正確に測定する測定システムを提供することであ
る。 本発明の別の目的は、自動車の車台または車枠上また
は内部の１組の点の位置を測定し、この測定位置を１組
の基準位置と比較する測定システムを提供することであ
る。 本発明のさらに別の目的は、リアルタイムに作動し、
且つ反復的に作動させて、何れかの被測定点が位置変化
した場合、システムのオペレータにフイードバツクする
ことのできる測定システムを提供することである。 本発明の別の目的は、関係技術分野における測定シス
テムと比べて、分解能および測定精度に優れた、１組の
点の位置の測定システムを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、点の位置または点の移動
に関係なく、物体上または内部の同一点に関する多数の
正確な読取値を安定的に提供する、１組の点の測定シス
テムを提供することである。 本発明の別の目的は、測定した組の点の基準点に対す
る偏差をオペレータに図表または数値で表示し、比較す
る測定システムを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、車体または車枠の修正や
車輪の整列のため、自動車の修理および保守手順に組込
むことのできる測定システムを提供することである。故
に、この測定システムは、自動車の修理工場の環境に適
合し得るものでなければならない。 本発明の別の目的は、音波が測定媒体を伝搬する速度
の差を考慮して、測定値を較正する必要のない測定シス
テムを提供することである。 本発明の別の目的は、本体、車輪または車枠の実際の
状態を測定し、モデル仕様と比較し得るようにした測定
システムを提供することである。 実施例 本発明の上記および他の目的を如何にして達成するか
は、添付図面を参照しながら、好適実施態様に関し、以
下詳細に説明する。しかし、全体として、上記目的は、
自動車の車体上の１組の点の位置を測定し、これら測定
点を、自動車メーカ等が供給した１組の基準点と比較す
る測定システムによつて達成できる。この測定システム
は、エミツタ、受信機およびマイクロプロセツサ制御手
段を有するデータ収集装置を備えている。エミツタは、
自動車の車体または車枠上の幾多の所定位置に取付けら
れ、マイクロプロセツサによつて、最適な方法で起動さ
れる。起動されると、各エミツタには火花が生じ、この
火花によつて、明確な波頭を有する単一の音響エネルギ
が発生する。列状に配設したマイクロフオンが受信機と
して作用する。火花およびこれに伴なう音響波頭の発生
後、マイクロプロセツサは、パルス波頭がエミツタポス
トからマイクロフオン受信機まで伝搬する時間を測定す
る外部クロツクを起動させる。この手順を何回も反復す
ることにより、マイクロプロセツサで処理すると、空間
における所定の点の三次元座標を形成するデータが得ら
れる。マイクロプロセツサは、さらに、このデータを全
体的なシステムの使用可能な形式に変換し、自動車の車
体または車枠上で測定した全ての点の位置を測定するこ
とができる。このデータは、オペレータ用の表示装置に
伝送し、この表示装置にて、オペレータに対し、図でプ
ロツトするか、または、表形式の数値で表示される。メ
ーカの仕様書に基づくか、または、独自に決定した基準
データも、光学式解読器、その他のデータ入力装置を介
して、オペレータ用表示装置に入力する。このデータ
は、測定データと共に、図表または数値の何れかによつ
て、表示され、２組のデータが比較される。この図また
は表形式のデータ比較によつて、オペレータは、自動車
の車体または車枠に対し、どの程度の修理または保守が
必要かを知ることができる。当業者なら、以下の説明か
ら、他の変形例、応用例を案出することができるであろ
うが、これら実施態様は、特許請求の範囲内にあるなら
ば、本発明の範囲に属するものと考えられる。 本発明の好適実施態様は、第1A図に示してある。自動
車20は、車体または車枠修正ラツク22に位置決めされ、
ピンチクランプ23によつて、ラツク22に保持されてい
る。本発明に使用するラツクの型式は、本発明にとつて
重要でないため、略図的にのみ示してある。自動車20の
直下には、コレクタブリツジ24が設けられている。コレ
クタブリツジ24は、全体として、中央ビーム26および調
節式アーム28を備えている。調節式アーム28に加えて、
本システムは、第1A図において１つのみ示した、多数の
列状のタワー27を備えることができる。この列状のタワ
ー27によつて、システムは、自動車の上方位置または自
動車20の下方に位置するアームに接近不能な位置を測定
する能力を備えることができる。タワー27の作用は、ア
ーム28の作用と略同一である。従つて、アーム28に関す
る説明は、そのまま、タワー27にもあてはまる。ケーブ
ル30によつて、アーム28は、多数のエミツタポスト32に
接続される。エミツタポスト32は、第1A図では、自動車
の車枠34に取付けられている。ここに開示したシステム
を使用して、自動車の車体、車枠、ユニボデイあるいは
車台に関する測定を行ない、車体の上側および下側を測
定することができるため、自動車の車枠に関して記載し
ても、この車枠にのみ限定されるものではない。各アー
ム28には、マイクロフオン36が列状に配設されている。
コレクタブリツジ24は、ケーブル38によつて、オペレー
タ用表示装置40に接続されている。 オペレータ用表示装置40は、中央処理装置（CPU）42
と、陰極線管ビデオスクリーン（CPU）44と、プリンタ4
6と、および光学式コード読取装置48とを備えている。
システム全体の電気は、CPU42を介して、電源コード50
によつて供給される。システムの基準データおよび自動
車の所定の型式および年式は、光学式コード読取装置48
を介して、データシート52によつて、CPUに入力され
る。 先ず、自動車20を、コレクタブリツジ24の上方に取付
ける。自動車20は、いかなる時点でも、コレクタブリツ
ジ24と直接接触しないようにすることが重要である。以
下に説明する別の実施態様のコレクタブリツジ24の場
合、コレクタブリツジ24の形状は、第1B図に示すよう
に、１組の小型の可搬式列状コレクタ29とすることがで
きる。第1B図に示した別の形態の場合、アーム28の代わ
りに、可搬式列状コレクタ29を使用して、多数のマイク
ロフオン36を保持する。アーム28と同様、可搬式列状コ
レクタは、ケーブル30を嵌入させるソケツト31を備えて
いる。列状コレクタ29は、恒久的、即ち、固着したブリ
ツジ24を使用できない場合に利用することができる。各
可搬式列状コレクタ29は、ケーブル38a、接続箱39およ
びケーブル38を介して、オペレータ用表示装置40に接続
される。自動車20を適正に取付けたならば、光学式コー
ド読取装置48によつて、基準データを読取り、CPU42に
入力する。自動車に関するデータは、データシート52上
に、光学式コード54にて表示されている。オペレータ
は、自動車20上の１組の被制御点を選択する。この被制
御点は、自動車20上の測定点位置の軌跡中心として作用
する。 エミツタポスト32は、被測定位置に近接して位置決め
する。エミツタポスト32は、多数の火花を発生させ、こ
の火花によつて音響信号が生ずる。こうした音響信号
は、マイクロフオン36を利用して、時間を測定し、その
結果、エミツタポスト32を取付ける各点の三次元座標が
得られる。時間測定値を以下に説明するマイクロプロセ
ツサによつて処理すれば、上記三次元座標はCPU42によ
つて発生できる。測定値は、ケーブル38を介して、CPU4
2に伝送される。ここで、測定値はさらに処理され、デ
ータシート52によつて得た１組の基準点と比較される。
この比較は、グラフまたは数値表形式の何れかで行なわ
れ、CRT44に表示し、または、プリンタ46によつて、ハ
ードコピーを得ることもできる。 例えば、オペレータが、第1A図に示すように、損傷し
た自動車の車枠を修正する場合、表示された比較結果か
ら、オペレータは、車枠34に対する次の調整を為すのに
必要な情報を得ることができる。頻繁に比較することに
より、オペレータは、修理作業の現状に関する継続した
リアルタイムなフイードバツク情報を受けることができ
る。実際の修理作業は、通常の方法にてラツク22を使用
して行なう。即ち、車枠の修正に関する上記各特許に記
載され、当技術分野にて周知のように、自動車の特定部
品を押しまたは引くことによつて修理、修正する。 データ収集手段は、全体として、コレクタブリツジ24
およびその付属品で構成される。コレクタブリツジ24お
よびそのアーム28の詳細は第2A図および第2B図に示す通
りである。中央ビーム26の長さは、自動車の車体の長さ
に対応させ、好適実施態様の場合、約3mとする。第2A図
から明らかなように、コレクタブリツジ24は、好適実施
態様において、アーム28を備えている。各アーム28は、
ビーム26から直角に伸長し、ビーム26に沿つて摺動する
ことができる。アーム28内に設けた単一のデータ収集チ
ヤネルを示す第3B図から明らかなように、各アーム28に
は、中央制御装置56がある。この中央制御装置56は、マ
イクロプロセツサ58および外部クロツク発生装置64を備
えている。各アーム28は、かかる中央制御装置56を１つ
備えている。好適実施態様において、各アーム28は、ま
た、埋込んだマイクロフオン36を備えている。所定のマ
イクロフオン36が、アーム28の制御装置56に接続され
る。マイクロフオン36は信号チヤネル66を介してアーム
28内に位置決めされている。チヤネル66は、マイクロフ
オン励起源68、騒音フイルタ69、電圧増幅器70、高速比
較器72、計数制御フリツプフロツプ60および16ビツトカ
ウンタ62を備えている。各チヤネル66のカウンタ62およ
び制御装置56のクロツク64は、同期操作状態で使用され
る。上記要素の作用について以下説明する。好適実施態
様の場合、各アーム28には、６つのチヤネル66および１
つの制御装置56が設けられる。騒音フイルタ69は、シヨ
ツク波と共に受信した周囲の暗騒音を選別する作用をす
る。騒音フイルタ69は、好適実施態様において、帯域フ
イルタとして作用し、従つて、ギヤツプ80によつて発生
されたシヨツク波の周波数輪郭に全体として適合しない
音響波エネルギは、騒音フイルタ69を通過しない。一
方、ケーブル38を介して、各マイクロプロセツサ58をオ
ペレータ用表示装置40に接続する連通孔74がある。 ケーブル30は、マイクロプロセツサ58の起動出力をエ
ミツタポスト32に取付けた２つのエミツタポツドの１方
のポツド76に接続する。上記システムの好適実施態様に
おいて、エミツタポツド76は、高電圧電源（図示せず）
および容量性−放電回路（図示せず）で構成される。エ
ミツタポツド76は、好適実施態様において、変圧比1:30
の変圧器である一次火花コイル78に連結されている。別
の態様として、火花コイル78は、高電圧の交差火花ギヤ
ツプ80を発生させる他の手段に代えてもよい。 本発明の好適実施態様において、マイクロプロセツサ
58の起動出力に接続した２つのエミツタポツド76および
信号調整器66を有する６つのマイクロフオン36がある。
制御装置56は、どのエミツタポツド76を起動させるか制
御し、また、どのマイクロフオン36の信号を受信したか
知ることができる。 データ収集手段が適確に作動するためには、面状マイ
クロフオン36の位置を正確に知らなければならない。マ
イクロフオンの位置を求め、知らせるための手段を採用
することができる。好適実施態様において、１連の位置
センサがマイクロプロセツサ58に対して、各アーム28の
正確な二次元座標を提供する。好適実施態様において、
マイクロフオン36は全て、同一の座標面に設けられてい
る。別の実施態様においては、このシステムは、垂直に
配設するため、この平面状の形態とする必要はない。好
適実施態様において、コレクタブリツジ24のビーム26に
は、縦方向に間隔を置いて配設した多数の光学式位置セ
ンサ82が設けられている。また、この位置センサ82間に
は対応する穴84が設けられている。各アーム28には、セ
ツトピン86が貫通し、このセツトピン86の端部は、穴84
内に嵌入している。好適実施態様において、位置センサ
82は、50mmの間隔を置いて配設する。このように、アー
ム28が縦方向に動くと、各アーム28の光学式読取装置88
（第2A図に図示）が、各アーム28のマイクロプロセツサ
58に縦方向の位置データを供給する。同様に、第2C図に
示すように、アーム28の上部23には、横方向位置センサ
90がある。ビーム26と同様、アームの下部25には穴が設
けられており、この穴にピン92を嵌入させ、アームの上
部23を所定位置に固定することができる。上記各穴に近
接して、マイクロプロセツサ58に横方向位置データを提
供する位置センサ93が設けられている。好適実施態様に
おいて、位置データは、光学式システムを使用して発生
される。横方向の固定位置は、好適実施態様において、
第2C図に示すように、100mmの間隔となるようにしてあ
る。 好適実施態様において、マイクロフオン36間の間隔
は、180mmとする。故に、静止アーム26に対するアーム
の位置および各アーム28上のマイクロフオンの位置を知
ることによつて、各マイクロフオンの位置を正確に知る
ことができる。 エミツタポスト32は、データ収集手段の別の主要構成
要素である。好適実施態様におけるエミツタポスト32の
異なる取付け具が第4A図乃至第4E図に示されている。第
4A図は、エミツタポスト32をナツト94に取付ける１手段
を示している。取付具96は、１組の歯98によつてナツト
94に取付けられる。取付具96は、ねじ等の適当な機械的
手段によつて、歯98をナツト94に締付けて固着する。端
板102は、以下に説明する理由のため、表面104と接触状
態に維持しなければならない。取付具96、およびその他
の関係する取付け要素97によつて、システムがある位置
を検出する毎に、エミツタ32は、その同一の点から信号
を発生させることができる。エミツタポスト32自体は、
適当な手段によつて、取付具にパチツと嵌合する。第4A
図乃至第4E図において、エミツタポスト32は、間に同一
の火花ギヤツプ80が形成される２つの支持体で構成され
ている。火花ギヤツプ80は、全体として、ギヤツプ80の
２つの中心が、被測定点を通る線109を画成し得るよう
に位置決めする。この理由は以下に説明する。 第4B図乃至第4G図は、エミツタポストの別の形態を示
す。第4B図において、エミツタポスト32は、このポスト
を取付具96に接続する回り継手要素110を備えている。
この回り継手要素110によつて、火花ギヤツプ80の回転
を調節し、ギヤツプ80と受信機マイクロフオン36間に障
害物のない通路を提供することができる。第4C図は、ギ
ヤツプ80の画成する線100が、表面104に対して、垂直で
はなく、平行となるように、ギヤツプ80を取付けること
のできるニー要素112を示している。この線100は、線10
5に対して垂直であり、一方、線105は、表面104に対し
て垂直で、点108を通る。回り継手110と同様、ニー要素
112を使用して、各火花ギヤツプ80から、適当なマイク
ロフオン36に至る障害物のない通路を形成することがで
きる。 第4D図および第4E図は、取付具96と同様の取付具97を
示している。但し、この取付具97は、ナツト等の突起体
ではなく、自動車の穴118にエミツタポスト32を定着し
得るようにしてある。歯114が、外方に締付け、穴118に
嵌合する。この定着手段によつても、火花ギヤツプ80
は、点108が開放スペースである場合でも、被測定点108
を通る線109を画成することができる。第4D図は、小径
穴118に定着させたエミツタポスト32を示す一方、第4E
図は、エミツタポスト32を大径穴118に定着する方法を
示している。 エミツタポストの２つの支持形態の別の実施態様が第
4F図および第4G図に示してある。第4F図のエミツタポス
ト32aは、ギヤツプ80を取付けるための単一の支持体107
aを使用する。この場合にも、ギヤツプの中心は、被測
定点108を通る線109を画成する。第4F図において、ギヤ
ツプ80は、垂直状態に取付けられ、支持体107aは、取付
具96に取付けられる。第4G図において、ギヤツプ80は、
支持体107bに水平に取付けられ、ポスト32bを形成す
る。 上述したように、オペレータ制御装置40は、CPU42、C
TR表示装置44、プリンタ46および光学式解読器48によつ
て構成されている。好適実施態様において、CPU42は、1
6ビツトの内部レジスタおよび少なくとも256Kの記憶能
力を備えている。CPUは、プリンタ端子および連続する
３つの接続端子を備えている。これら連続する３つの接
続端子によつて、プリンタ46、ケーブル38および光学式
解読器48をCPUに接続することができる。ケーブル38
は、各アーム28の制御装置56からCPU42にデータを伝送
する。 各自動車の基準データは、一連のデータシート52によ
つて提供される。かかるデータシートの一般的な例は、
第５図に示してある。好適実施態様における各データシ
ート52は、オペレータに対し、自動車の光学式に暗号化
した１組の仕様データ54、端面図120、側面図122および
底面図124を提供する。第５図から明らかなように、各
図面によつて、オペレータは、各基準点108の高さ（Ｚ
座標）および平面（X,Y座標）位置のグラフ化した斜視
図を得ることができる。光学式暗号54は、CPU42に対し
て、データを手で入力するよりも迅速にコンピュータに
入力することのできる形式にて、同一のデータを提供す
る。本発明の別の実施態様において、光学式に暗号化し
たデータを備えたレーザカード等の他のデータ手段を使
用して、基準データを入力することができる。サービス
エンジニア等のオペレータは、自分がサービス対象とす
るあらゆるメーカおよび型式をカバーするデータシート
またはレーザカードの大規模なライブラリを保有するこ
とができる。 好適実施態様のシステムは、オペレータが、データシ
ート52の基準データを光学式解読器48を介してCPUに入
力すると、作動を開始する。この入力によつて、システ
ムは、基準データと比較すべき点を何処で測定すべきか
知ることができる。上述したように、第3B図に示した回
路は、システム全体を通じて対になつている。かかる１
方の回路を作用について、１例として以下に説明する
が、かかる回路の作用は全て同様であり、制御装置56お
よびCPU42によつて、これら回路の協働関係を制御す
る。 第3A図および第3B図を参照すると、マイクロプロセツ
サ58は、CPU42から起動信号を受信した後、カウンタ62
を作動させるのが分かる。次いで、マイクロプロセツサ
58は、エミツタポツド76およびゲートフリツプフロツプ
60の双方に「開始」信号を発信する。エミツタポツド76
は、相当なDCを帯電することが望ましいコンデンサを変
圧器78に放電させる。この変圧器78は、火花ギヤツプ80
全体に火花220を発生させる。火花220が発生することに
より、略球状の波頭を有するシヨツク波が生ずる。この
波頭は、マイクロフオン36によつて拾い上げられ、電気
信号230に変換される。この電気信号230は、「停止」信
号240に変換され、ゲートフリツプフロツプ60に供給さ
れる。マイクロプロセツサ58によつて供給された「開
始」信号210は、カウンタ62のカウントゲート250を開放
し、このカウントゲート250は、フリツプフロツプ60に
よる「停止」信号240を受理すると閉じる。ゲート信号2
50の開放中（即ち、シヨツク波が火花ギヤツプ80からマ
イクロフオン36まで伝搬中）、少なくとも4MHzの周波数
で作動することが望ましい外部クロツク64は、カウンタ
62によつて同期状態に合計されたカウントパルス列260
を発生させる。一般に、外部クロツクまたはパルス発生
装置64は、マイクロプロセツサ58の命令サイクルの実行
速度より著るしく大きい周波数にて作動する。これによ
つて、システム全体は、マイクロプロセツサ58のみを使
用する場合と比べて、分解能および測定精度が向上す
る。好適実施態様のクロツク64およびカウンタ62の個々
の計数値は、約0.086mmの空間的単位に分解する。ゲー
ト250を閉じることによつて計数を停止させた後、デー
タ読取り信号280が発生させると、カウンタ270の計数値
がマイクロプロセツサ58に供給される。次に、マイクロ
プロセツサ58によつて、多数の演算が行われる。 信号を出力するマイクロフオンは、マイクロプロセツ
サ58によつて選択される。この選択は、火花ギヤツプ80
によつて発生されたシヨツク波の到着時間を基にして行
なう。マイクロプロセツサ58は、シヨツク波を受信する
非平行な最初の３つのマイクロフオン36から信号を受信
し、後から受信した信号は拒否する。以下に説明し、第
6D図に示した別の方程式を用いた場合、マイクロプロセ
ツサ58は、マイクロフオンが平行となり、４番目のマイ
クロフオンが平行線より外れるように配設されているな
らば、最初の４つのマイクロフオンからの信号を受信
し、シヨツク波を受信する。 好適実施態様において、さらに特徴を備えることによ
つて、システムの測定精度が向上する。各シヨツク波
は、任意の所定のギヤツプと個々のマイクロフオン36間
の伝搬距離は、最小となる。シヨツク波がこの最小距離
を伝搬するのに要する時間中、抑止期間290が存在す
る。この抑止期間290中、「停止」信号は全く発生され
ない。従つて、例えば、修理工場等における暗騒音に起
因して発生する可能性のある「停止」信号を防止するこ
とができる。 第6A図乃至第6C図によれば、カウンタ62の提供する原
始データを処理するため、マイクロプロセツサ58が行な
う基本的な演算を理解することができる。第6A図および
第6B図において、火花ギヤツプ80の位置111は、非平行
状態に位置決めした３つのマイクロフオンを使用するこ
とにより、点座標X,Y,Zにて求めることができる。これ
らギヤツプ位置の座標（X_p，Y_p，Z_p）は、火花ギヤツプ
80の正確な位置111を画成する。このようにして測定し
た点の位置は、ピタゴラスの定理から、方程式Ｉに掲げ
た次式から求められる。 各エミツタポスト32は、上記の如きギヤツプ80を２つ
備えている。第6C図に示すように、エミツタポスト32
は、被測定点P₃（または108）から第１火花ギヤツプ中
心P₂までの距離がK₂、また、第１ギヤツプP₂から第２ギ
ヤツプP₁までの距離がK₁となるように設計されている。
このポスト32のエンドピース102は、表面104と接触する
状態を保ち、点を補外法で測定する際の均一性と精度が
得られるようにする。第6C図の表および方程式IIの方程
式を使用することにより、被測定自動車の実際の点を求
めることができる。このため、被測定点は、開放空間や
固体内において、表面上に存在し、本システムによつ
て、正確に測定することができる。別個の火花ギヤツプ
およびマイクロフオン受信機は、各アーム28に存在し、
較正手段126として作用し（第2B図の切欠け図に示すよ
うに）、音速に影響を与え、よつて、システムの距離測
定に誤差を生じさせる可能性のある周囲状態の偏差を補
正することができる。マイクロプロセツサ58は、座標を
求める際に、かかる周囲状態および第3B図の回路の遅延
時間を補正する。さらに、マイクロプロセツサ58は、第
4C図に示した如きニー要素112の使用を考慮に入れ、統
計的処理および平均化演算を行ない、均一なデータを提
供する。被測定点（P₃）の位置は、次の方程式で求めら
れる。 方程式II X₃＝X₂＋（K₂／K₁）（X₂−X₁） Y₃＝Y₂＋（K₂／K₁）（Y₂−Y₁） Z₃＝Z₂＋（K₂／K₁）（Z₂−Z₁） 別の実施態様において、マイクロプロセツサ58のソフ
トウエアは、第6D図に示した表に示した原理を使用す
る。この形態の場合、データを較正する必要はなくな
る。位置データは、カウンタ62によつて測定した伝搬時
間を基にするだけで、マイクロプロセツサ58によつて発
生される。第6D図の表に示すように、この実施態様は、
別のマイクロフオン36を設け、直線状に位置決めした３
つのマイクロフオン36とし、間隔は公知の距離とし、第
４マイクロフオンは最初の３つのマイクロフオンの中心
線から外れるようにする。この点の位置111は、発生さ
せるが、音（ｖ）の速度は、次式によつて解消すること
ができる。 ここで、r_m＝t_mxV，t_mは測定時間である。 マイクロフオン58が、上記形式にてデータを発生させ
たならば、データは、接続端子74に伝送され、ケーブル
38を介して、CPU42に供給される。次いで、CPU42は、測
定データを自動車の所定モデルに対して、光学式解読器
48に入力された基準データと比較する。CPU42は、個々
の制御装置56に命令信号を出し、幾多の位置を拾い上
げ、最適な測定が為し得るようにする。 CPU42は、測定データおよび基準データを表形式また
は図によつて、数値的に比較する。グラフは、端面図、
側面図および底面図とすることが望ましい３つの斜視図
にて表示し、基準データからの偏差を真の三次元の図で
表現することができる。本システムの精度および分解能
は、極めて優れているため、測定点と基準点間の偏差を
精しく検査し、これらが一致しているか否か判定する必
要がある。故に、「ズーム」および画像回転の機能がソ
フトウエアに組込まれており、これによつて、被測定点
をより詳しく検査することができる。CPU42は、また、
モデム、その他の連結手段を介して、別のコンピユータ
とデータ、または測定結果の送受信をすることができ
る。CPUのソフトウエアは、さらに、始動時および運転
中、定期的に、欠点検出、誤差点検および診断を行な
い、結果をオペレータに報告する構成にしてある。オペ
レータが、表およびグラフ、またはその何れか１方の形
式にて、比較データを保存したい場合には、プリンタ46
によつて、そのデータの「ハード」コピーを入手するこ
とができる。 別の実施態様において、本発明の偏差測定システムを
使用して、自動車20の車輪の整列化を図ることができ
る。第７図および第８図に示すように、各車輪300の各
リム314には、３つのエミツタポスト32を使用する。リ
ム314には、３つの取付け位置310がある。エミツタポス
ト32の２つは、リム314の中心316を直交する線312を画
成し得るように取付ける。このように、上記ポスト32間
の線312部分は、リム314の直径となる。３番目のポスト
32は、リム314に取付けられるが、線312上にはない。各
隣接車輪300は、形態および作用共、アーム28、タワー2
7およびモジユール29と同様の列状受信機33である。こ
の列状受信機33は、ケーブル38を介して、CPU（図示せ
ず）にデータを伝送する。 ポスト32から、システムは、車輪リムの中心316の位
置およびリム314によつて画成した位相の方向を得るこ
とができる。好適実施態様と同様、ポスト32は除去する
必要がないため、各点を多数回、均一且つ正確に測定す
ることができる。次いで、データを使用して、車輪整列
の７つの要素、即ち、キヤスタ、キヤンバ、トウイン、
かじ取り軸の傾き、回転半径、輪距および車輪の心振れ
の計算を行なう。 当業者なら、基本的な測定システムの他の適用分野が
存在し、また、本発明の精神および範囲を逸脱すること
なく、多数の変形例および応用例が可能であることが容
易に了知できよう。例えば、CPUは規則的な間隔にて測
定位置を拾い上げ、オペレータに対して、自動車の車体
の現況を常時、均一にフイードバツクするようにプログ
ラムを組むことができる。この閉ループのリアルタイム
のフイードバツク情報は、修理および車輪整列作業にお
いて有用であろう。本発明の別の実施態様の場合、マイ
クロフオン36および火花プラグ80は互換性をもたせ、同
一の装置および方程式を利用するシステムが、測定精度
または、分解能を損うことがないようにする。故に、上
述した好適実施態様は、本発明の範囲を制限するのでは
なく、説明のためにのみ掲げたものであり、本発明の範
囲は、特許請求の範囲によつてのみ制限されるのであ
る。 以上のように本願発明によれば、エミッタ手段（32）
を、取付け部材（96）と２つのエネルギー信号発生装置
（80）とから構成し、取付け部材を、被測定点（108）
に対して既知の空間関係で物体に取り付け、２つのエネ
ルギー信号発生装置（80）と被測定点（108）とを、同
一直線上に設けるようにしたので、２つのエネルギー信
号発生装置80により線109を画定でき、この線109上にあ
る、あらゆる点を被測定点とすることができる。すなわ
ち、被測定点が線109上に位置することにより、物体上
の部分や物体に隣接した部分を被測定点にできることは
もちろん、物体内、開放空間内あるいは物体を越えたと
ころも被測定点とすることができ、さらに、このような
被測定点を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】 第1A図は、本発明の好適実施態様を具備する車枠修正ラ
ツクに取付けた自動車の斜視図、 第1B図は、本発明のデータ収集手段の別の実施態様を示
す斜視図、 第2A図は、本発明の好適実施態様のコレクタブリツジを
示す、平面図、 第2B図は、第2A図のコレクタブリツジのアームの分解斜
視図、 第2C図は、第2B図の線2C−2Cに関するコレクタブリツジ
の断面図、 第3A図は、第3B図に示した回路の限時表、 第3B図は、本発明の１つの制御回路を示すブロツクダイ
アグラム、 第4A図は、ナツトに取付けた取付具を利用する、本発明
の好適実施態様の標準的なエミツタポストを示す、側面
図、 第4B図は、回り継手要素を追加した第4A図のエミツタポ
ストの側面図、 第4C図は、ニー要素を追加した第4A図のエミツタポスト
の側面図、 第4D図および第4E図は、直径の異なる穴に取付けた標準
的なエミツタポストの側面図、 第4F図は、単一の支持体および垂直に取付けた火花ギヤ
ツプを備えるエミツタポストの別の実施態様を示す側面
図、 第4G図は、単一の支持体および水平に取付けた火花ギヤ
ツプを備えるエミツタポストの別の実施態様を示す側面
図、 第５図は、本発明の基準データシートの一例を示す説明
図、 第6A図は、本発明に依つて測定した量および上記量の相
対方向を示す、幾何学的説明図、 第6B図は、第6A図の平面図、 第6C図は、第4A図乃至第4G図のエミツタポストが採用す
る測定形態の幾何学的な説明図、 第6D図は、本発明の別の実施態様によつて測定した量お
よび上記量の相対方向を示す、幾何学的な説明図、 第７図は、自動車の車輪の整列化に使用した本発明に依
るシステムの側斜視図、および 第８図は、使用状態の第７図に示したシステムの平面図
である。 （主要符号の説明） 20…自動車、22…ラツク 23…ピンチクランプ、24…コレクタブリツジ 26…中央ビーム、27…列状タワー 28…調整式アーム、29…列状コレクタ 30…ケーブル、31…ソケツト 32…エミツタポスト、34…車枠 36…マイクロフオン、38…ケーブル 40…オペレータ表示装置 42…中央処理装置（CPU） 44…陰極線管ビニオスクリーン（CRT） 46…プリンタ 48…光学式暗号読取器 50…ケーブル、54…光学式暗号 56…中央制御装置 58…マイクロプロセツサ 60…フリツプフロツプ 62…カウンタ、64…クロツク 66…チヤネル、69…騒音フイルタ 74…連通穴、76…エミツタポツド 78…一次火花コイル、80…火花ギヤツプ 82…センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−242381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−63401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−78165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−54903（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．物体に対するある点の空間の位置を決定するための
   システムであって、 前記システムは、エネルギー信号を放出可能なエミッタ
   手段（32）を備えており、 前記エミッタ手段（32）は、被測定点（108）を含んで
   いる前記物体に取り付け可能であり、 前記エミッタ手段（32）は、２より多くない数のエネル
   ギー信号発生装置（80）を有しており、 前記エネルギー信号発生装置（80）は、お互いに対して
   既知の同一直線上の空間関係にあり、また、前記エネル
   ギー信号発生装置（80）は、前記物体に対して既知の同
   一直線上の空間関係にあり、 前記システムは、前記エミッタ手段（32）によって発生
   されたエネルギー信号を検出するための受信手段（27;2
   8;29）を備えており、 前記受信手段は、少なくとも３つの受信機（36）を備え
   ており、 前記受信機（36）は、お互いに対して非同一直線上の関
   係にあり、 前記受信機（36）は、また、前記物体から間隔をあけて
   設けられ、前記エネルギー信号発生装置と光学的、電気
   的且つ音響的に連絡しており、 前記システムは、前記エミッタ手段（32）によって送出
   されるエネルギー信号を引き起こすための手段（42,5
   8）と、タイミング手段（58,62,64）と、処理手段（4
   2）とを備えており、 前記タイミング手段（58,62,64）は、信号が前記エミッ
   タ手段によって発生された時から、前記受信手段によっ
   てその信号が検出されるまで経過した時間を測定して、
   その時間測定値を出力することができ、 前記処理手段（42）は、前記時間測定値を被測定点の座
   標に変えることができるようにしたシステムにおいて、 前記エミッタ手段（32）は、取付け部材（96）と、２つ
   のエネルギー信号発生装置（80）とを備えており、 前記取付け部材は、前記被測定点（108）に対して既知
   の空間関係で、前記物体に取り付けられており、 前記２つのエネルギー信号発生装置（80）と前記被測定
   点（108）は、同一直線上にあることを特徴とするシス
   テム。 ２．特許請求の範囲第１項に記載したシステムにおい
   て、 前記システムは、さらに、オペレータ表示装置（40）を
   備えており、該オペレータ表示装置（40）は、前記処理
   手段（42）に連絡して、前記測定位置を基準位置と比較
   できることを特徴とするシステム。 ３．特許請求の範囲第２項に記載したシステムにおい
   て、 前記システムは、さらに、基準データ手段（48,52）を
   備えており、 前記基準データ手段は、前記オペレータ表示装置（40）
   に、前記測定位置と比較される前記基準位置を提供する
   ように設計されていることを特徴とするシステム。 ４．特許請求の範囲第１項，第２項あるいは第３項のい
   ずれかに記載したシステムにおいて、 前記エネルギー信号発生装置は、火花ギャップ（80）と
   して形成されており、 前記火花ギャップは、前記受信手段（27;28;29）によっ
   て検出可能な音響的な衝撃波を発生することができ、 前記各火花ギャップは、前記被測定点（108）から既知
   の距離にあることを特徴とするシステム。 ５．特許請求の範囲第２項に記載したシステムにおい
   て、 前記オペレータ表示装置（40）は、前記測定座標と前記
   基準座標との比較を視覚可能に表示する手段（44）を、
   さらに備えたことを特徴とするシステム。 ６．特許請求の範囲第３項に記載したシステムにおい
   て、 前記基準データ手段は、光学的に記号化された一式の基
   準座標（52）であり、 前記オペレータ表示装置（40）は、光学的デコーダー
   （48）を備えており、 前記光学的デコーダーは、前記光学的に記号化された一
   式の基準座標を読み且つ解読できるように設計されてい
   ることを特徴とするシステム。