JP4727853B2 - 車両用ホイールの光学的走査装置および走査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ホールの光学的走査装置および走査方法に関する。本発明が適用される車両の典型的な例は自動車である。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ホイールのような車両用ホイールを光学的に走査する方法の一つの形態によれば、光源から投射された光線によってホイール上の位置が検出され、光線は位置検出用受光器に反射される。参照位置に対する検出された位置の相対位置は、投射されて反射された光線の方向から測定される。この方法は、たとえば測定すべき車両用ホイールが軸線回りに回転自在に装着される軸と、ホイールの所定の位置に光線を向かわせる光源と、反射された光線を受光する位置検出用受光器とを備えた適当な装置により実施することができる。光源と受光器は、適当な駆動機構により共通の回動軸の回りに同期的に回動させられ、受光器による測定値は、電子的評価システムに出力され、参照位置に対する車両用ホイール上の当該箇所の位置が確定される。そのような方法および装置はＷＯ９８／１０２６１公報に開示されている。光源は、レーザ発生器とすることができ、光線が向けられるホイール上の位置は、ホイールのリムの内側に固定されるバランスウエイトの近傍とされる。ホイール上の検出された位置は、三角測量法などの適宜な手段によって確定される。
【０００３】
上記のような構造の装置では、光源および受光器は手動で回動可能な共通のキャリアに配置され、これにより、投射される光線は、ホールのリムに固定されたバランスウエイトの箇所へ向けることができる。また、上記装置は、バランス調整する車両用ホイールに対してアンバランスな箇所が検出された後に、光源だけを回動させるステッピングモータを備えている。ステッピングモータは、光源から投射される光線を、ホイールのリムのバランス調整する箇所、つまりバランスウエイトを固定するといったバランス調整の操作を行う位置へ向ける。
【０００４】
ＷＯ９６／０７８８０号公報には、ホイールの輪郭、特にホイールリムの内側の輪郭を測定する走査部を備えた車両用ホイールのバランス調整装置および方法が開示されている。そして、測定された輪郭と、車両用ホイールのアンバランスを測定する機構による測定値をもとに、バランスウエイトの最適な位置と寸法が確定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ホイールの傾斜した縁部や弧状部といった複雑な輪郭形状を簡単に測定することができる自動車用ホイールなどの車両用ホイールを光学的に走査する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、測定結果の信頼性を保持しつつ操作を簡略化することができる自動車用ホイールを光学的に走査する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、バランス調整する車両用ホイールに対して、装置を複雑化することなく正確な測定結果を得ることができる光学的走査装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、装置の構成部材を正確に動作させるとの要求に容易に応えることができる車両用ホイールの光学的走査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用ホイールの光学的走査方法は、上記した目的および他の目的を達成するためになされたもので、光源から光線を投射するとともに位置検出用受光部へ反射させることによって、自動車用ホイールのような車両用ホイール上の位置を検出する。参照位置に対する第２の位置の相対位置は、投射された光線および反射した光線の方向に基づいて測定される。投射された光線と位置検出用受光部は、共通の軸線回りに互いに同期して回動可能であるとともに、上記軸線はホイールのリム表面とほぼ直角または鈍角の角度で交差する測定平面上に存在することにより、連続的な測定工程を得ている。
【０００７】
また、本発明の車両用ホイールの光学的走査装置は、上記した目的および他の目的を達成するためになされたもので、バランス調整する車両用ホイールをその軸線回りに回動自在に装着する測定軸と、ホイール上の位置に光線を投射するようになされた光源と、ホイール上の第２の位置で反射した上記光線を受光するようになされた位置検出用受光部とを備えている。回転駆動機構は、光源と受光部とを共通の軸線回りに互いに同期して回動させ、電子的評価機構は、位置検出用受光部の測定値を評価することにより、光源により検出された車両用ホイール上での相対位置を参照位置に基づいて同定する。回転駆動機構は、ステッピングモータを備えている。ステッピングモータの回転角度位置に比例した信号を電子的評価機構に出力する回転角度センサが電子的評価機構に接続されている。
【０００８】
本発明の好適な実施形態において詳細に記載されているように、レーザがより好ましい形態である光源により投射された光線と、車両用ホイール上の感知された位置から反射されたビームを受ける位置検出受光部は、連続測定ステップ間に、車両用ホイールのリム表面に概ね垂直な測定面内の共通軸に対して同期回動され、連続測定ステップにおいて、ホイール上の連続的に感知された位置の各間隔は、アンバランス測定工程およびバランス調整操作が行われるバランス調整装置上に固定された参照位置に対して測定される。好ましくは、参照位置に対する車両用ホイールの感知された位置の各間隔は、一次元有効三角測定方法に基づいて、投射された光線と反射された光線のそれぞれの方向から測定する。これにより、車両用ホイール上の感知された位置の、装置に固定された参照位置に対する明確な位置測定が提供される。相互に隣接した複数のホイール上の感知および測定位置は、車両用ホイール、特にその内側の輪郭を極めて正確に確認するために用いられる。
【０００９】
上記のように、光源および受光部を上記階動軸に対して同期回動する、装置の回転駆動装置を形成するステッピングモータによって、感知移動がなされる。これに加えて、光源および受光部は、回動軸に対して回動自在である共通取付台上に固定することができる。
【００１０】
ステッピングモータ内に組み込み可能であり、または分離して配置可能である、装置の角度位置センサは、ステッピングモータ、光源および受光部の各回転角位置を検出するために用いられる。この回転角位置は、受光部からの測定信号とともに評価システムに送られる。なお、バランス調整装置上に設けられ、装置と固定関係にある上記参照位置に対して確固として予定された位置内に、光源および受光部が装置の作動中に回動される回動軸がある。
【００１１】
本発明の好適な態様によれば、光源および受光部すなわち投射された光線および反射した光線が移動する測定平面は、ホイールの軸線に対して少なくともほぼ平行である。ホイールの軸線が水平に配置される場合には、測定平面は、ホイールの軸線の下方で延在させることができる。ただし、測定平面は水平方向に対して傾斜して延在させることもできる。たとえば、ホイールが装着される装置の測定軸またはホイールの軸線に対して半径方向に延在させることもできる。
【００１２】
本発明の他の好適な態様によれば、投射された光線は、ホイールのディスクの中央部からリムまでの半径方向に延在する部分の検出にも用いることができる。この場合には、ホイールディスクの中央部から半径方向に延在するスポークないしアームの基点における傾斜部を検出ないし同定することができる。それらの測定値は、たとえば米国特許第５５９１９０９号に開示された操作手順に示されているように、適当なアームないしスポークの後側においてバランスウエイトの位置決めを行うために用いることができる。
【００１３】
光源と受光部の共通の軸線回りの回動は以下のように行われることが望ましい。すなわち、検出のために投射された光線と、ホイール上の検出した箇所で反射して受光部で受光された光線の成分は、ホイールのほぼ中心から回動を開始し、ホイールディスクを半径方向へ延在し、車両用ホイールのリムおよびタイヤビードの内側の表面に達する。
【００１４】
本発明の他の好適な態様によれば、ホイール上で検出された箇所のホイールの軸線方向に沿った横方向の相対位置は、適当な手段により同定することができる。
車両用ホイールのアンバランスな箇所を検出する操作の後に、たとえばＷＯ９８／１０２６１号公報に開示された公知の手段により、投射された光線をホイール上のバランス調整する箇所（アンバランスを調整する箇所）へ向けることができる。
本発明の目的、構成および利点は、以下の好適な実施の形態の記載により明かとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、バランス調整すべき自動車両用ホイール１を光学的に走査する本発明の装置の一実施形態を線図で示した図１を参照すると、ホイール１は放射線状に延在するホイールディスク部２３とリム２２からなる。
【００１６】
装置には、光源を投射するレーザ光源のような光源６と、位置検出受光部７とが含まれている。光源６と受光部７は、共通の取付台１８に配置されている。共通取付台１８は、光源６と受光部７がその各端部に配置されるアングルレバーの形態とすることができる。取付台１８と、そこに取り付けられた光源６と受光部７とは、共通の回動軸に回動自在に支持されている。
【００１７】
次に、図２および３を参照すると、バランス調整すべき自動車両用ホイール１は、符号１６で示された荷重測定手段の領域を示す図２および３のバランス調整装置の、図２および３において符号２で示された測定軸上に、通常の様式で好適な取付手段（図示無し）によって固定されている。車両用ホイールがアンバランス測定操作用の測定軸２に固定された際に、図１において符号３で示されたホイール軸と、図２および３において符号１１で示された測定軸２の軸とが、共軸に延在するように、バランス調整すべき車両用ホイール１が中央位置に固定される。
【００１８】
荷重測定手段１６は、WO 00/14503 (DE 198 44 975 A1)に開示されているように、公知の構造である。これに加えて、荷重測定手段は、蝶番状に連結され、かつ概ね垂直方向に延在する支持板１２〜１５を有している。その測定部は、バランス調整装置の、符号１７で示されたフレーム構造上に、測定軸２用の仮想取付位置を形成している。装置には、バランス調整すべきホイールのアンバランスに対応する遠心力の測定用の荷重センサや読み取り手段（図示無し）がさらに含まれ、図１において符号８で図式的に示されたアンバランス補正用の電子評価システムにおける通常の評価工程によって、荷重センサや読み取り手段からの測定値を評価する。
【００１９】
ホイールの軸３に面するホイールリム２２の内側の輪郭および放射線状のホイールディスク部２３の輪郭を正確に確かめるための説明された装置により、アンバランス補正工程の適正化がなされる。放射状ホイールディスク部２３においては、スポークや放射状に延在するアームの部分、特にホイールの軸領域における結合基点の角位置が確認される。
【００２０】
図１を参照すると、車両用ホイール上、特に車両ホイールの内側の各位置は、光源６により投射された光源によって走査される。次いで、車両用ホイール上の走査された位置から反射されたビームは、位置検出受光部７によって受けられる。これに加えて、受光部７は、荷電結合素子（ＣＣＤ）センサ２５に反射ビームを集束させる光学受光システムを有することができる。ＣＣＤセンサ２５は、光度機能の複数の極大をそれぞれ分離して検出することができる。反射ビームの方向は、光源６に対応する車両ホイール上の感知位置の距離に依存する。したがって、反射ビームは、その距離に依存して、光学受光システム２４を介し、電子評価システム８に位置検出または位置依存信号を供給するＣＣＤセンサ２５上の一定の位置に向けられる。
【００２１】
ホイール１の輪郭を検知する工程において、光源６と受光部７の所望の回動は、ここに詳細に示していない中間伝達ユニットとともに共通取付台１８および図３における符号１０で示されたステッピングモータを含む、図２および３において符号５で図式的に示された回転駆動装置により発生される。このように、回転駆動装置は、連続測定ステップ間に、車両用ホイール１のリム表面に鈍角または概ね直角に交差する測定面内の共通軸４に対する、光源６および受光部７により投射されるビームの同期回動を発生する。
【００２２】
したがって、装置の操作において、取付台１８は、ステッピングモータ１０により測定面内で僅かな角距離を回動する。そのようにして、車両用ホイール１上の連続点または位置が走査され、ＣＣＤセンサ２５により発せられた測定信号によって、光源６からの各間隔が確認される。
【００２３】
光源６およびＣＣＤセンサ２５が回動される回動軸４が装置フレーム構造１７に固定的に配置されているので、それにより、荷重測定装置１６、特にその測定値センサに関して、車両用ホイール１上で走査された各位置の正確な測定が提供される。その結果、確認された測定値は、DE 41 22 844 A1に記載されたような、光学的バランス調整効果を提供する車両用ホイール１のアンバランス測定操作において確認される荷重測定手段１６からの測定値とともに評価される。
【００２４】
光源６および位置検出センサ７またはそのＣＣＤセンサ２５の各角位置は、ステッピングモータ１０に組み込むことができ、またはそこから分離して配置することができる角度位置センサ９により検出される。このように、センサ９がステッピングモータの各回転角位置に比例する信号を供給し、これらの信号が電子評価システム８に供給される。
【００２５】
特に図３を参照すると、光源６および受光部７が配置され、回動される測定面は、バランス調整装置の荷重測定手段１６の下方に配置される。
【００２６】
これに加えて、さらに図４を参照すると、上記のアングルレバーの形態で構成される取付台１８は、取付板１９上において、コイルスプリング２０の付勢力に対抗して回動軸４に回動自在に支持されている。取付板１９は、例えば好適なねじ込み式接続方式によって、屈曲固定板２１を介してバランス調整装置のフレーム構造１７に固定されている。空間を節約してステッピングモータ１０を配置するために、これを支持板１２〜１５により形成された荷重測定手段１６の組立品内に配置することができる。
【００２７】
なお、図３においては、切り取られた支持板を通してステッピングモータ１０の配置が示されている。
【００２８】
光源６および位置検出受光部７は、それぞれ取付板１９および取付台１８に支持されるスプリング脚２６および２７を有するスプリング２０によって、停止位置に付勢されている。この停止位置においては、光源６またはこれにより投射される光源がホイール軸３近傍の車両用ホイール１の中心領域に向けられる。その結果、装置が車両用ホイール１の内面の走査に用いられる際に、光源６から投射される感知光源は、スプリング２０の付勢力に対抗して、内側つまりホイール軸３近傍の位置から、外側つまりホイール１の外縁の方向に、ステッピングモータ１０によって回動される。
【００２９】
説明された装置は、ホイール上の走査位置、特に走査される半径上のホイール位置の、ホイールの軸方向の側方偏位の検出にも用いることができる。
上記した本発明の方法および装置は、本発明の原理の実例および解説として単に説明したものであり、本発明の趣旨および目的から逸脱しない範囲で様々な修飾および変更がなされてもよいことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バランス調整すべき車両用ホイールを光学的に走査する走査装置の一実施形態の平面図である。
【図２】 バランス調整装置の荷重測定手段の下側部に設置された、図１で説明された走査装置の底面図である。
【図３】 バランス調整装置の測定軸の軸方向前方からの、図１および２で説明された構造を示す図である。
【図４】 走査装置の各部材を示す分解組立透視図である。
【符号の説明】
１ 車両用ホイール
６ 光源

Claims (13)

1. バランス測定装置において軸線が水平に配置されるように取り付けられた車両用ホイールの光学的走査方法であって、
   光源から光線を投射するとともに位置検出用受光部へ反射させることによってホイール上の位置を検出し、
   参照位置に対する第２の位置の相対位置を投射された光線および反射した光線の方向に基づいて測定し、
   上記投射された光線と前記位置検出用受光部は、共通の軸線回りに互いに同期して回動可能であるとともに、
   上記光源及び上記位置検出用受光部すなわち投射された光線及び反射された光線が移動する平面が測定平面であり、
   上記測定平面は、上記ホイールの軸線の下方に延在し、連続的な走査工程の際の上記リム表面の内側と上記測定平面とがなす角度がほぼ直角または鈍角となるように上記ホイールのリム表面の内側と交差し、
   上記連続的な走査工程は、上記測定平面上で行われることを特徴とする車両用ホイールの光学的走査方法。
2. 前記連続的な走査工程は、前記ホイールの軸線の外側でかつホイールの軸線と平行に延在する測定平面内で行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
3. 前記連続的な走査工程は、水平方向に延在する測定面上で行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
4. 前記投射された光線は、前記ホイールのディスクの半径方向に延在する部分の検出にも用いられることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
5. 前記投射された光線は、前記ホイールの前記ディスクの中央部から半径方向に延在するスポークの基点における傾斜部を同定するためにも用いられることを特徴とする請求項４に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
6. 所定の半径上に存在する前記ホイールが回転させられたときに、上記ホイールの前記第２の位置の前記軸線方向へ向かう横方向への変位が決定され、前記光線は、上記所定の半径に向けて上記ホイールが少なくとも１回転する間投射されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
7. 前記走査手順において、先ず、前記ホイールの軸線に近接した部分が投射された光線により検出され、次いで、光線は上記ホイールの周縁部へ回動させられることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
8. 前記参照位置に対する前記第２の位置の相対位置は、前記位置検出用受光部の１次元三角測量法による測定信号と、前記投射された光線と上記第２の位置で反射した光線のそれぞれの回転角度位置とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
9. 前記ホイールに対してアンバランスな箇所の検出が行われた後に、前記投射された光線は、アンバランスを調整してバランス調整するべき上記ホイールの位置に向けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールの光学的走査方法。
10. バランス測定装置における車両用ホイールの光学的走査装置であって、
    測定軸と、
    上記ホイールをその軸線回りに回動自在に上記測定軸に装着するための装着手段と、
    上記ホイール上の位置に光線を投射するようになされた光源と、
    上記ホイール上の第２の位置で反射した上記光線を受光するようになされた位置検出用受光部と、
    上記光源と受光部とを共通の軸線回りに互いに同期して回動させるステッピングモータを備えた回転駆動機構と、
    上記位置検出用受光部の測定値を評価することにより、上記光源により検出された車両用ホイール上での相対位置を参照位置に基づいて同定する電子的評価機構と、
    上記ステッピングモータの回転角度位置に比例した信号を上記電子的評価機構に出力する回転角度センサとを備え、
    上記測定軸は水平に配置され、平面内で上記投射光と上記反射光が投射及び反射されるように、上記共通の軸線回りに回動自在に上記光源と前記受光部とを上記測定軸の下方に移動させる手段をさらに備えたことを特徴とする車両用ホイールの光学的走査装置。
11. 前記回動のための回動軸は、前記測定軸の軸線と直交するように延在していることを特徴とする請求項１０に記載の車両用ホイールの光学的走査装置。
12. 荷重測定機構の支持板がフレームに回動自在に連結され、前記測定軸は、上記支持板により上記フレームに支持され、前記ステッピングモータは、上記支持板と前記光源との間に配置され、前記受光部は上記支持板の下方に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の車両用ホイールの光学的走査装置。
13. 前記光源と前記受光部とを待機位置に付勢する手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の車両用ホイールの光学的走査装置。

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