JP4335625B2 - 回転軸周囲に回転自在に設置された自動車用ホイールの幾何学的データを測定する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、クレーム１の分類部に記載された、回転軸周囲に回転自在に設置された自動車用ホイールの幾何学的データを測定する方法、及び、クレーム１１の分類部に記載された、この方法を実施する装置に関するものである。

この種類の公知の方法及び装置においては、ホイールバランス調整装置のメインシャフト上に回転自在に固定される自動車用ホイールが、例えばレーザービームにより非接触様式で走査される（例えば、特許文献１参照。）。参照ビームは、位置感知レシーバーにより受信され、走査された測定点の間隔が測定される。複数の測定点間の間隔は、バランス調整操作の最適化に関する乗用車のプロファイルを測定するために用いられる。

例えばホイールバランス調整装置のメインシャフトへ回転自在なホイールの載置のため、又は、自動車用ホイールの回転自在なホイールの固定若しくは他のホイールの固定のために、自動車用ホイールを固定する場合、ホイールが例えば不釣り合い測定操作において回転する、又は、自動車が走行する回転軸とホイールの幾何学上の軸が一致しないおそれがある。ホイールの幾何学上の軸は、回転軸に対して偏心しており、及び／又は、回転軸に対してそれぞれ傾斜角を有している。

欧州特許第１１７４６９８Ａ２号明細書

本発明の目的は、簡易な様式により自動車用ホイールの位置を測定することができる、本明細書の冒頭部に記載された種類の方法及び装置を提供することである。

本発明によれば、方法に関しては、クレーム１の態様により上記目的が達成され、装置に関しては、クレーム６の態様により達成される。

本願発明は、参照位置から複数の測定点までの間隔を測定することを提供する。これらの測定点は、自動車用ホイールが回転する回転軸に垂直な２つの平面内に存在する少なくとも２つの外縁上に配置されている。各測定点の回転角度位置も測定される。回転軸に対する自動車用ホイールの位置は、測定点の各距離及び関連する回転角度位置の測定値から測定される。自動車用ホイールの位置の測定操作は、特に偏心及び／又は自動車用ホイールが回転する回転角度に対するホイールの幾何学上の軸傾斜角度を測定することができる。

また、ホイールの半径方向のぐらつき又は横揺れは、特に、ホイールの軸にほぼ平行な表面上にある測定点の測定値から確定される。ホイールの横のぐらつき又は横揺れを測定する情報は、ホイールの軸に対して傾斜して又は垂直に配置されるホイールの表面上にある測定点の測定値から得られる。

このようにして得られる幾何学上のデータは、特に、バランス調整パラメータ（バランス調整重量及び角度位置）の正確な値を測定するために、不釣り合い測定工程に用いられる。また、測定値は、自動車に取り付けられた場合に、自動車についてのホイール位置測定に利用される。

自動車用ホイールのタイヤ及びリムの第１位置関係において得られた自動車用ホイールの測定中の不釣り合い測定データ及び横揺れデータは、ホイールの横揺れの効果が最小となる第２位置において、リム上のタイヤを整合及び載置するために、計算により分析される。第１回転位置から第２回転位置にリム上のタイヤを回転（整合）することによって、位置関係が調整され、不釣り合いにより生じた力が、振動を最小とするために、リムの横揺れの効果に対して相殺する。自動車用ホイールの円滑な走行の最適化は、横揺れの高位置をタイヤの低位置と整列させることにより実施される（ＥＰ０２４７３５０）。

異なるタイヤ空気圧での、参照位置に対する、自動車用ホイールのタイヤ上の測定点の距離を測定することもできる。各測定点の測定距離の差異から、自動車用ホイール上の空気タイヤのタイヤ剛性の相違度についての情報が得られる。測定点は、空気タイヤの側壁又は接地面における、回転軸に対して異なる外縁の線上に存在する。ホイールの円滑な走行の最適化は、リムの横揺れの低位置をタイヤの剛性の最硬点と整列させることにより達成される。

ＥＰ１１７４６９８Ａ２に開示された三角測量測定装置は、走査及び距離測定に好適に用いられる。三角測量測定装置は、バランス調整操作の最適化に用いるような、ディスクホイール及び特にホイールリムのプロファイルを測定することができるだけでなく、回転自在に支持された自動車用ホイールの位置、特に回転軸に対するホイールの幾何学上の軸の位置を測定することもできる。特に、自動車用ホイールの不釣り合いの測定に関しては、正確なバランス調整パラメータにより、ホイールバランス調整装置のメインシャフト上の自動車用ホイールの偏心した取り付けの補正が達成される。横からの及び半径方向のぐらつき又は横揺れのようなホイールの幾何学的なひずみを測定することもできる。また、上記で説明したように、空気タイヤの異常、特にタイヤ剛性の異常を測定することができる。したがって、これにより、自動車ホイールの品質の包括的な分析が提供される。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
例示された実施形態において、自動車用ホイール２は、公知の様式、例えばWO００／１４５０３に示された様式により、ホイールバランス調整装置（図示しない）のフレーム構造上の回転軸１周囲に回転自在に支持されたメインシャフト１５に固定されている。不釣り合い測定工程においては、自動車用ホイール２が回転軸１周囲に回転され、ホイールの不釣り合いから生じる力が力測定センサ１４により測定され、不釣り合い評価装置１７において評価される。評価工程において、バランス調整おもり及び回転角度位置についての不釣り合いパラメータが計算される。バランス調整質量は、ホイールの不釣り合いを補正するために、公知の様式により、バランス調整おもりの形態として計算された回転角度位置でホイールに固定される。

一般的な狭持手段により自動車用ホイール２がメインシャフト１に固定されている場合には、ホイールの幾何学上の軸８が回転軸１と完全に一致しないということが連続して生じる。これにより、ホイールの実際の不釣り合いを打ち消すための不釣り合い測定結果を生じさせる。

例示された実施形態においては、回転軸１に対する自動車用ホイール２の正確な位置及び回転軸１に対するホイールの幾何学上の軸８の位置が測定される。説明のための図において、ホイールの幾何学上は、偏心的にかつメインシャフト１５の回転軸１に対して傾斜角を有して配置されている。

例示された実施形態は、走査光ビーム２１、例えばレーザービームをホイールの表面上にある複数の測定点に向ける走査装置３の使用を含んでいる。間隔測定装置４は、各反射ビーム２２を受け、参照位置５から測定点までの間隔に比例する測定信号を発生する。走査装置３及び間隔測定装置４は、それぞれ間隔測定ユニット１０，１１または１２を形成するように組み合わせることができ、旋回角度センサ１３を備え、参照位置５を形成する装置フレーム構造上で通常の旋回軸周囲に旋回自在に取り付けることができる。しかしながら、装置に対して固定された他の参照位置５を選択することもできる。

間隔測定ユニット１０は、ＥＰ１１７４６９８Ａ２により公知とされたように、三角測量の測定装置の形態であることが好ましい。公知の三角測量の測定装置は、光源の形態である走査装置３及び間隔測定装置４であるＣＣＤセンサを備えている。走査された測定点から反射されたビーム２２は、レシーバー光学手段１８により、間隔測定装置４のＣＣＤセンサ上の所定位置に集中される。ＣＣＤセンサは、光源強度機能の複数の極大をそれぞれから分離的に検知することをができる。測定点から反射されたビーム２２の方向は、走査装置３に対する測定点の距離によって決まる。したがって、反射ビームは、レシーバー光学手段１８により、そこから生じる間隔依存測定信号を発生するＣＣＤセンサ上の所定位置に向けられる。

例示された実施形態においては、回転軸１に対する自動車用ホイール２の位置は、回転軸１周囲の少なくとも２つの外縁に配置された複数の測定点の走査を含む工程によって、測定される。これらの外縁は、回転軸１に垂直な平面１９及び２０内のホイールの一部、好ましくはホイールリム９上に存在する。位置測定工程を実行するために、装置上の反射位置５に対する２つの平面１９及び２０内の少なくとも２つの外縁に存在する２つの測定点の間隔が測定される。

図１に示された実施形態において、走査光ビーム２１は、平面１９内の測定点に向けられる。ホイールの走査された部分の外縁が、例えば複数の光パルス、特に好ましくはレーザーパルスに対応する複数の測定点を提供するように、メインシャフト１５上に狭持される自動車用ホイール２が回転される。各反射光ビーム２２は、間隔測定装置４に受け入れられ、既に説明したように、対応する間隔測定信号に変換される。

平面１９内に存在する測定点の間隔の測定操作の後、走査光ビーム２１は、平面２０内のホイールの外縁部（ホイールリム９）に向けられる。上述したように、ホイールが回転する間に、平面内のホイールの外縁上に存在する測定点の間隔が測定される。

測定点がホイールリム９の対応内面外縁上に存在するように、回転軸１に垂直である平面１９及び２０が配置される。回転軸１にほぼ平行に延在するホイールリム９の表面部と交差するように、少なくとも２つの平面１９及び２０が配置される。例えば平面２０を有する場合である。また、平面１９を有する場合のように、回転軸１に対して傾斜して又はほぼ垂直に延在してリムの一部に交差するように各平面が配置される。

走査装置３及び間隔測定装置４が旋回自在である参照位置５の通常の旋回軸が装置のフレーム構造上に固定的に設けられ、回転軸１に対する装置のフレーム構造上の走査装置３及び間隔測定装置４の正確な位置決めが、ホイールの軸１に対する２つの平面１９及び２０内の測定点について正確な間隔測定を提供する旋回角度センサ１３により測定される。上記で既に述べたように、装置のフレーム構造上に固定的に設けられた他の参照位置を採用することもできる。

各測定点における各回転角度位置は、回転角度センサ６により測定される。間隔測定装置４のみならず、回転角度センサ６及び旋回角度センサ１３は、電子評価システム７に連結されている。走査される測定点の各回転角度位置を測定するために、パルス様式で走査光ビーム２１を照射する走査装置３も、電子評価システム７に連結されている。

評価装置７は、回転軸１に対する２つの平面１９及び２０内におけるホイールリムの内面上に配置された測定点の位置決めを、各測定点に関する間隔測定値及び回転角度センサ６の回転角度測定値から計算するコンピューターを含んでいる。回転軸１に対する自動車用ホイールの位置は、そこから直接得られる。位置情報は、力測定センサ１４により確認されるように、ホイールの不釣り合いの測定値を打ち消す、回転軸１に対するホイールの幾何学上の軸８の偏心した及び／又は傾斜した位置を含むことができる。

回転軸１からのホイールの幾何学上の軸８の位置、言い換えると、回転軸１に対する自動車用ホイール２の正確な位置の逸脱は、誤差補正装置１６に修正値として送られる。誤差補正装置１６は、不釣り合い評価装置１７内で計算されるバランス調整パラメータ（バランス調整質量及び角度位置）の好適な修正を提供する。

図１に示された実施形態の場合、間隔測定操作は、ホイールリムの内部の内側の外縁表面の領域で達成される。しかしながら、間隔測定ユニット１０と同様の構造である間隔測定ユニット１１によって、リムの外側に配置された部分で間隔測定操作を実行することもできる（図２参照）。２つの間隔測定ユニット１０及び１１により確認された間隔値の評価を行うこともできる。そのため、間隔測定ユニット１１も、電気評価システム７に連結されている。

図１に関して上記した様式と同様に、自動車に取り付けられたホイールの位置測定の操作を実行するためにホイールリムの外側に配置された部分上で間隔測定工程を実施する、間隔測定ユニット１１を用いることもできる。この場合、回転軸１は、自動車上のそれぞれに回転自在なホイールの固定により決定される。

間隔測定ユニット１０若しくは１１又は両間隔ユニット１０及び１１は、ＥＰ１１７４６９８Ａ２により公知とされているように、ホイールのプロファイル、特にホイールの内側及び／又は外側でのホイールリム９のプロファイルを確認するために用いることもできる。ホイールリム９上のバランス調整おもりの最適な位置を決定することは、それに依存している。

横向きのぐらつき若しくは横揺れ、又は半径方向のぐらつき若しくは横揺れのような幾何学的異常について、自動車用ホイールの空気タイヤ２３を走査するために、間隔測定ユニット１０及び１１を用いることもできる。このため、空気タイヤ２３の接地面に向けられる付加的な間隔測定ユニット１２を備えることもできる。このため、間隔測定ユニット１２は、回転軸１に平行に配置され、旋回軸周囲に回転自在に取り付けられる。

異なった度合いの空気タイヤの膨張を有する空気タイヤ２３を走査する場合、特にホイールが回転している場合には、空気タイヤ２３の側壁及び／又は空気タイヤ２３の接地面の異なった外縁上の測定点における間隔測定によって、タイヤの異常、特にタイヤ剛性の差異について検出することができる。

このように、本発明は、非接触走査により自動車用ホイール及び自動車用タイヤの品質の包括的な分析を提供する。

本発明の第１実施形態の一例を示す。 本発明の第２実施形態の一例を示す。

符号の説明

１：回転軸
２：自動車用ホイール
３：走査装置
４：間隔測定装置
５：参照位置
６：回転角度センサ
７：ホイール位置評価装置
８：ホイールの幾何学上の軸
９：ホイールリム
１０：間隔測定ユニット
１１：間隔測定ユニット
１２：間隔測定ユニット
１３：旋回角度センサ
１４：力測定装置
１５：ホイールバランス調整装置のメインシャフト
１６：誤差補正装置
１７：不釣り合い評価装置
１８：光学受容手段
１９：平面
２０：平面
２１：走査光ビーム
２２：参照光ビーム
２３：空気タイヤ

Claims (13)

1. 回転するホイール上の複数の測定点が非接触様式で回転方向に走査され、
   回転軸に垂直な少なくとも２つの平面内において、上記平面内に対応するホイールの各外縁上の複数の測定点から各測定点の参照位置までの間隔及び回転角度位置が測定され、
   回転軸に対する自動車用ホイールの幾何学上の軸の偏心及び／又は傾斜角度が上記測定値から決定され、これらを用いて、不釣り合い測定操作において決定されるバランス調整パラメータ（バランス調整質量、角度位置）を補正することを特徴とする回転軸周囲に回転自在に取り付けられた自動車用ホイールの幾何学的データを測定する方法。
2. 測定点が、ホイールの軸にほぼ垂直であるホイール表面上、及び／又は、ほぼ傾斜又は垂直であるホイール表面上で回転方向に走査されることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
3. ホイール上の横方向のぐらつき（横揺れ）は、ホイールの軸にほぼ平行なホイール表面上にある測定点の測定値から決定され、また、半径方向のぐらつき（横揺れ）は、ホイールの軸に対して傾斜して又は垂直に配置されるホイールの表面上にある測定点の測定値から決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
4. 測定点がホイールの内側及び／又はホイールの外側のホイール上、及び／又は、ホイールの外縁で回転方向に走査されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測定方法。
5. タイヤ及びリムの第１位置関係において、自動車用ホイールのリムの横揺れデータ及び不釣り合いデータを確認し、自動車用ホイールのリムの横揺れ及び不釣り合いの効果を最小にする第２位置関係において、リム及びタイヤを組み合わせることを特徴とする請求項３または４に記載の測定方法。
6. 参照位置（５）からホイール（２）上で回転方向に走査された測定点までの間隔を測定する間隔測定装置（４）に連結された非接触走査装置（３）と、
   その測定値を評価する評価装置（７）とを備え、
   回転軸（１）周囲でのホイールの回転の間に、走査された測定点の各回転角度位置を測定するための回転角度センサ（６）が、評価装置（７）に連結され、
   評価装置（７）には、参照位置（５）から測定点までの間隔、及び、回転軸（１）に垂直な平面（１９及び２０）内に存在する、ホイールの少なくとも２つの外縁上に存在する測定点の各回転角度位置によって、回転軸（１）に対するホイールの幾何学上の軸（８）の位置を決定するコンピュータが備えられていることを特徴とする、回転軸（１）周囲に回転自在に取り付けられた自動車用ホイール（２）の幾何学的データを測定する装置。
7. 回転方向の走査装置（３）及び間隔測定装置（４）が可動式間隔測定ユニット（１０，１１及び１２）を形成することを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
8. 間隔測定ユニット（１０，１１及び１２）が三角測量の測定装置の形態であることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
9. ３つの間隔測定ユニット（１０，１１及び１２）が設けられ、これらの間隔測定ユニットは、各間隔測定ユニットがホイールの内側、ホイールの外側、及び、ホイールの外縁面に向けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の測定装置。
10. ホイールの内側及びホイールの外側に向けられた間隔測定ユニット（１０及び１１）が、旋回自在に取り付けられていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の測定装置。
11. ホイールの外縁面に向けられた間隔測定ユニット（１２）が、回転軸（１）に平行に移動自在に取り付けられていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の測定装置。
12. 走査光ビーム（２１）の方向が、少なくともホイールの一回転の間は変化しないことを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の測定装置。
13. 回転角度センサ（６）が自動車用ホイール（２）に回転不可に連結されていることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の測定装置。

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