JP3770505B2 - 車両車輪の非接触式アライメント測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車輪アライメント測定に係わり、特に４輪車両の車輪のアライメント測定に際し、物理的接触を伴うことなく、所要のアライメント測定を可能とした車両車輪の非接触式アライメント測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両車輪のアライメントの測定には接触式が従来一般に使用され、キャンバ角、キャスタ角（キングピンの傾斜角）の測定用として、磁石等を利用して測定用ゲージを前輪のハブに取り付けるか、又はリム部に取り付け、内蔵する水準器によりホール回転面に直角に取り付け、キャンバ角の測定をキャンバ角測定用水準器で読取り、キャスタ角の測定をキングピン傾斜角測定用水準器、キャスタ角測定用水準器によりそれぞれの値を読み取るようにしている。
また、車輪のトーイン測定には、予め前輪のタイヤトレッドの中央にトースカン等で「けがき線」を引き、タイヤの前後のＡ寸法及びＢ寸法をトーインゲージで測定し、「Ｂ寸法−Ａ寸法」をマイクロメータの目盛りより読み取るようにしている。
【０００３】
上記接触手動方式の従来の方法では、厄介な作業が要求され、且つ、ゲージを取り付ける相手側にはタイヤ及び車輪の寸法の変動、タイヤの形式の変化、ホイールベースの変動があり、また検査ステーションにおける車両の駆動方法の違い、配置の変化が測定の都度起こり測定の正確を期すことは困難であった。
更に、被測定側の新旧タイヤの輪郭の相違及び磨耗による外形の歪みバラツキ、また測定具の直接接触測定による磨耗破損に起因する測定値の不正確さが加算される状況にある。
【０００４】
然し、車両製造工程の高効率化に伴い車輪のアライメント設定及び調整の合理化及び精度確立は高く要求されている。
また、車輪アライメントは車両の運転中や車両の遭遇する事故等により正常な状態が崩されるため、周期的なアライメントの検査と調整が必要とされ且つそれぞれ高い精度が求められている状態である。
【０００５】
一方、上記接触式従来の車輪アライメント測定方法に代わる非接触式アライメント測定方法及び装置が、特開昭６３−２４７６０６号公報に開示提案されている。
上記装置は、図１０、図１１に示すように、タイヤ５０の側面に予め定められた幾何学的パターンを形成する構造光を照射する光源で、この場合には光学的に扇状に広げることにより形成された水平平坦レーザビーム面５１を形成させ、タイヤ側面に形成させたパターン５２のセンサ５３を斜め下方に設ける構成とし、前記水平平坦レーザ面５１は前輪タイヤ５０、５０の左右の側面を別々に照射するようにし、それぞれのパターン５２、５２、５２、５２を個別に検出するセンサ５３、５３、５３、５３が設けてある。即ち上記センサ５３、５３、５３、５３は前記パターンを斜め下方より検出するようにしてある。
なお、光源とセンサは同一収納部５４に収納されている。
上記して検出された電子画像をＣＰＵにより画像分析してアライメント測定を可能としたものである。
【０００６】
上記従来の非接触方式では、各車輪のアライメント測定には左右の前輪のそれぞれが形成する車輪／タイヤ面の、車両進行方向に対する傾斜角（トーイン角）及び鉛直面に対する傾斜の度合い（キャンバ角）の検出により決定される。且つキャスタ角の測定にしても、左右の前輪の旋回により、それぞれの車輪が形成する面の交差線と鉛直線とのなす角により決定される。
ところが、上記非接触の方式はタイヤの左右側面を個別にレーザビームを照射し、個別にセンサ（ＣＣＤカメラ）により前記レーザビームにより形成されたパターンを検出する構成とし、各パターンごとに光源とセンサとを分散設置し、１個の被測定車輪面に対し３組の個別に設定された光源とセンサとを必要とする構成である。
そのため、装置の構造は複雑となりそれ自身の調整も煩雑で、タイヤ左右の検出値にバラツキが介在し、延いては各アライメント測定値も不正確になる問題点、及び画像分析用制御部を含む装置全体の構成の煩雑、使用部品数の過大、コスト高に連なる問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の請求項１記載の発明は、
上記レーザビームとＣＣＤカメラによる電子画像をＣＰＵにより画像分析する非接触方式のアライメント測定装置において、簡単にしてコンパクトな構成とし、しかも正確な測定を可能とする車両車輪の非接触式アライメント装置の提供を目的としたものである。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１の発明の目的に加え、傾斜平坦レーザビーム面により形成された水平方向パターンの電子画像撮像用ＣＣＤカメラの単一化を図った、車両車輪の非接触式アライメント装置の提供を目的としたものである。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の目的に加え、３個のＣＣＤカメラにより得られた電子画像から設定される３個の特定点の位置から当該車輪のアライメントの計算を可能とした車両車輪の非接触式アライメント装置の提供を目的としたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明は、
車両車輪の非接触式アライメント測定装置において、車両外の適当点より投射して車輪中心付近を過り車両軸芯に平行の傾斜平坦レーザビーム面を形成するスリット光と、車輪中心付近を過る鉛直方向平坦レーザビーム面を形成するスリット光とを投射するクロススリットレーザ光源と、前記スリット光により車輪のタイヤ側面上に形成された輝線パターンを含む電子画像を得べく、該パターン面にそれぞれ直面させて前記車輪中心を過り車両軸芯に垂直の水平軸芯に沿い設けた３個のＣＣＤカメラと、前記電子画像を画像分析して車輪アライメントの演算をするアライメント制御部とを備え、前記アライメント制御部は、前記タイヤの上部側面および左右側面上に形成されたそれぞれの輝線パターンの電子画像から前記カメラに最近接する３個の特定点を抽出し、該３個の特定点間の距離関係から車輪のトーイン角及びキャンバ角を計算し、該３個の特定点を有する面関係によりキャスタ角の計算を可能とする画像処理機能を有したことを特徴とするものである。
【００１４】
上記車両外の適当位置に設定されたレーザビーム光源によりアライメント測定に必要なパターンを当該タイヤの左右両側面及び上部側面に一括形成してその面構成を形成するようにした構成と、前記各パターンに対する撮像用ＣＣＤカメラをそれぞれのパターン面に直面する位置に設けるようにした構成は、従来の非接触式のアライメント測定装置の各パターンごとに光源及びＣＣＤカメラを個別に分散設置により惹起される前記問題点を全面的に解決したものである。
【００１５】
上記傾斜平坦レーザビーム面を形成するスリット光と鉛直方向平坦レーザビーム面を形成するスリット光とにより、距離情報の直接抽出を可能とすべく、距離情報の媒体であるスリット光を投射し光切断法による輝線パターンをタイヤ側面に形成し、投射位置に対し視差分だけ離れた位置にＣＣＤカメラを配設して、撮像により得られた画面の中に、前記距離情報を組み込まれるようにしたものである。
なお、前記輝線パターンの電子画像即ち輝線画像は容易に２値化可能の画像である。
また、前記アライメント制御部は、前記タイヤ側面の上部及び左右側面上に形成された輝線パターンを含むそれぞれの電子画像上での特定点を抽出し、該特定点の３次元空間位置及びそれらの３個の特定点により形成される車輪のタイヤ面を設定し、その位置関係及び面関係により車輪のトーイン角及びキャンバ角及びキャスタ角の計算を可能とする画像処理を持つ構成としたことを特徴としたものである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、前記傾斜平坦レーザビーム面によりタイヤ側面の左右に形成された水平方向輝線パターンよりの反射光軸を、前記水平軸芯を含む水平面に設けられた左右二組の対向ミラーにより水平軸芯の近傍空間に平行収束させ、水平軸芯上に設けた円筒凹レンズを介して１個のＣＣＤカメラにより左右のパターンの電子画像を一括撮像するようにしたことを特徴としたものである。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記アライメント制御部は、前記タイヤの左右側面における前記特定点間の車両軸芯方向の距離ａ、前記タイヤの左右側面上における前記特定点間の鉛直線方向の距離ｂ、前記タイヤの上部側面における前記特定点と前記左右側面における前記特定点を結ぶ線との交点との距離ｃ、前記タイヤの上部側面における前記特定点と鉛直線との距離ｄを用いて、トーイン角αを、α＝Ａｒｃｔａｎ ｂ／ａによって、キャンバ角βが、β＝Ａｒｃｔａｎ ｄ／ｃによって求めることを特徴としたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置の右前輪についての概略の構成を示す斜視図で、図２は図１の前輪を進行方向より見た正面図で、図３は図２のIII−III視図で、図４は図１に示す本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置のＣＣＤカメラにより得られた画面とそれらに示された輝線画像より得られた特定点の位置関係より車輪アライメントを算出する状況を示す摸式図で、図５はステアリング操作により第１の位置より第２の位置に旋回させて得られた面関係よりキャスタ角を算出する状況を示す図で、図６はアライメント制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１、図２、図３に示すように、本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置は、フローティング式駆動ローラテーブル１４、１４上に載置した前輪１１、１１の前縁の左右外側の斜め上方に投射位置を持つレーザ光源１５、１５を配設するとともに、該光源は前輪の中心１１ａ、１１ａ付近を過り車両軸芯に平行な傾斜平坦レーザビーム面２０、２０を形成するスリット光と、また同じように前記前輪の中心１１ａ、１１ａ付近を過る鉛直方向平坦レーザビーム面１９、１９を形成するスリット光とよりなる、クロススリット光を投射するようにしてある。
また、前記傾斜平坦レーザビーム面２０、２０よりなるスリット光により、タイヤ１２、１２の外側の左右側面に形成された水平方向輝線パターン２０ａ、２０ｂ、２０ａ、２０ｂに直面するＣＣＤカメラ１６、１７、１６、１７を車輪中心を過り車両軸芯に垂直の水平軸芯を含む水平面上に設け、前記水平方向輝線パターンを撮像して電子画像である輝線画像２０ａａ、２０ｂｂ、２０ａａ、２０ｂｂを得るようにしてある。
また、前記鉛直方向平坦レーザビーム面１９、１９よりなるスリット光により、タイヤ１２、１２の上部側面に形成された鉛直方向輝線パターン１９ａ、１９ａに直面するＣＣＤカメラ１８、１８を設け、前記鉛直方向輝線パターンを撮像して電子画像である輝線画像１９ａａ、１９ａａを得るようにしてある。
なお、前記ＣＣＤカメラの設置位置は、前記前輪の中心１１ａ、１１ａを過り車両軸芯に平行な鉛直面に対し所定同一距離のもとに設定されたものである。
【００２５】
上記ＣＣＤカメラ１６、１７、１８により、図４に示すように、該カメラの設置位置により、互いに左右の距離（Ｘ方向）及び高さ（Ｙ方向）について所定の距離に設定された画面Ａ、Ｂ、Ｃが得られる。
なお、以後の説明には煩雑を避けるため、右側前輪について説明する。
該画面Ａ、Ｂより、前記レーザ光源１５より投射される距離媒体であるクロススリット光の傾斜平坦レーザビーム面２０により、距離情報の直接抽出を可能とする水平方向輝線パターン２０ａ、２０ｂの水平方向輝線画像２０ａａ、２０ｂｂが得られ、 画面Ｃからは、上記レーザ光源１５より投射されるクロススリット光の鉛直方向平坦レーザビーム面１９により、距離情報の直接抽出を可能とする鉛直方向輝線パターン１９ａの鉛直方向輝線画像１９ａａが得られるようにしてある。
【００２６】
上記輝線画像２０ａａ、２０ｂｂ及び１９ａａは、ＣＣＤカメラの電子画像としてアライメント制御部に入力される。該制御部において特定点である各パターンに直面するカメラに対し最近接点２１ａ、２１ｂ、２１ｃを抽出して、特定点間の距離ａ、ｂ、ｃ、ｄを算出して、その位置関係よりトーイン角及びキャンバ角が下記計算式により算出できるようにしてある。
即ち、トーイン角 ； α＝Ａｒｃｔａｎ ｂ／ａ （１）
キャンバ角 ； β＝Ａｒｃｔａｎ ｄ／ｃ （２）
【００２７】
次に、キャスタ角は下記手順により算出する。
当該前輪をステアリング操作による旋回により得られた、車輪の第１の位置、第２の位置について、タイヤ側面に投射されたクロススリット光により得られた前記輝線画像を介して前記３個の特定点を、それぞれ抽出し図５に示すように、第１の位置で形成される車輪（タイヤ）の面Ｑａと第２の位置で形成される車輪（タイヤ）の面Ｑｂとを得て、ついで面ＱａとＱｂとの交差線ＰａＰｂを求め、ついで求められた該交差線と鉛直線ｖとのなす角θがその面関係よりキャスタ角として算出求めることができる。
【００２８】
図６のブロック図には、アライメント制御部の概略の構成が示してある。
図に示すように上記制御部は、ＣＤＤカメラの電子画像が入力する電子信号入力部３１と、前記電子画像（輝線画像）の２値化する２値化回路３２と、輝線画像の特定点を抽出する特徴抽出回路３３と、抽出した特定点を収納するメモリ部３４と、メモリ部に収納された特定点よりアライメント計算をする演算部３５と、演算結果を表示する表示部３６とより構成する。
【００２９】
図７には図１に示す車両車輪の非接触式アライメント測定装置の簡略化を図った車両車輪のアライメント測定装置の概略の構成を示す斜視図である。
図に示すように、水平方向輝線画像の撮像用のＣＣＤカメラを車輪中心を過り車両軸芯に垂直の水平軸芯上に１個設ける構成としたもので、タイヤ１２の左右両側面に投影された水平方向輝線パターン２０ａ、２０ｂよりの反射光軸４５、４６を左右に設けたそれぞれ一対の対向ミラー４０、４０により「じぐざぐ」状に曲折させ、前記水平軸芯上に平行収束させ、円筒レンズ４１を介して左右の画面を中央に並置しＣＣＤカメラ４２により一括撮像出来るようにしたものである。 左右の水平輝線画像はトーイン角及びキャンバ角の測定に使用されるもので、Ｘ方向の精度はさほど必要としない。
【００３０】
図８には、図７に示す非接触式アライメント測定装置による車輪アライメント算出の状況を示してある。
図に見るように、画面Ａ、ＢはＣＣＤカメラ４２により撮像されたタイヤ１２の左右側面上に投影された水平方向輝線パターン２０ａ、２０ｂの輝線画像２０ａａ、２０ｂｂを示す画面である。
また、画面ＣはＣＣＤカメラ１８により撮像されたタイヤ１２の上部側面に投影された鉛直方向パターン１９ａの輝線画像１９ａａを示す図である。
図において、Ｘａは図４におけるａと同一値である。また、２１ａ、２１ｂ、２１ｃは前記同様輝線画像上の特定点である。
かくして、車輪アライメントは前記算式（１）、（２）より計算でき、またキャスタ角は図５で説明した手法により求めることが出来る。
【００３１】
【発明の効果】
上記構成により、本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置は、従来の非接触式に比較した場合、構成部品数が少なく、簡単且つコンパクトな構成で、そのため調整手間もなくなり、低コスト且つ能率的で、正確にアライメント計算を迅速行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置の右前輪についての概略の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１の前輪を進行方向より見た正面図である。
【図３】 図２のIII−III視図である。
【図４】 図１に示す本発明の車両車輪の非接触式アライメント測定装置のＣＣＤカメラにより得られた画面とそれらに示された輝線画像より得られた特定点の位置関係より、車輪アライメントを算出する状況を示す摸式図である。
【図５】 ステアリング操作により第１の位置より第２の位置に旋回させて、その面関係キャスタ角を算出する状況を示す図である。
【図６】 本発明のアライメント制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【図７】 図１の構成を簡略化した車両車輪のアライメント測定装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図８】 図７に示す車両車輪の非接触式アライメント測定装置のＣＣＤカメラにより得られた画面とそれらに示された輝線画像より車輪アライメントを算出する状況を示す摸式図である。
【図９】 従来の非接触式の車輪アライメント測定装置の平面図である。
【図１０】 図９の側面図である。
【符号の説明】
１１…前輪
１２…タイヤ
１４…フローティング式駆動ローラテーブル
１５…レーザ光源
１６、１７、１８…ＣＣＤカメラ
１９…斜行鉛直平坦レーザビーム面
２０…斜行水平平坦レーザビーム面
１９ａ…鉛直状輝線画像
２０ａ…水平状輝線画像

Claims (3)

1. 車両車輪の非接触式アライメント測定装置において、車両外の適当点より投射して車輪中心付近を過り車両軸芯に平行の傾斜平坦レーザビーム面を形成するスリット光と、車輪中心付近を過る鉛直方向平坦レーザビーム面を形成するスリット光とを投射するクロススリットレーザ光源と、前記スリット光により車輪のタイヤ側面上に形成された輝線パターンを含む電子画像を得べく、該パターン面にそれぞれ直面させて前記車輪中心を過り車両軸芯に垂直の水平軸芯に沿い設けた３個のＣＣＤカメラと、前記電子画像を画像分析して車輪アライメントの演算をするアライメント制御部とを備え、前記アライメント制御部は、前記タイヤの上部側面および左右側面上に形成されたそれぞれの輝線パターンの電子画像から前記カメラに最近接する３個の特定点を抽出し、該３個の特定点間の距離関係から車輪のトーイン角及びキャンバ角を計算し、該３個の特定点を有する面関係によりキャスタ角の計算を可能とする画像処理機能を有したことを特徴とする車両車輪の非接触式アライメント測定装置。
2. 前記傾斜平坦レーザビーム面によりタイヤの左右側面に形成された水平方向輝線パターンよりの反射光軸は、前記水平軸芯を含む水平面に設けられた左右二組の対向ミラーにより水平軸芯の近傍空間に平行収束させ、水平軸芯上に設けた円筒凹レンズを介して１個のＣＣＤカメラによって一括撮像することによって、前記タイヤの左右側面に形成された水平方向輝線パターンの電子画像を得るべくパターン面にそれぞれ直面させて設けられた上記ＣＣＤが一個のＣＣＤカメラによって構成されることを特徴とする請求項１記載の車両車輪の非接触式アライメント測定装置。
3. 前記アライメント制御部は、前記タイヤの左右側面における前記特定点間の車両軸芯方向の距離ａ、前記タイヤの左右側面上における前記特定点間の鉛直線方向の距離ｂ、前記タイヤの上部側面における前記特定点と前記左右側面における前記特定点を結ぶ線との交点との距離ｃ、前記タイヤの上部側面における前記特定点と鉛直線との距離ｄを用いて、トーイン角αを、α＝Ａｒｃｔａｎ ｂ／ａによって、キャンバ角βが、β＝Ａｒｃｔａｎ ｄ／ｃによって求めることを特徴とする請求項１記載の車両車輪の非接触式アライメント測定装置。

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