JPH08501155A

JPH08501155A - モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法および装置

Info

Publication number: JPH08501155A
Application number: JP6507475A
Authority: JP
Inventors: ジャクソン，バーニー・ファーガス
Original assignee: バルコ・インコーポレイテッド
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1996-02-06
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: CA2143844A1; EP0674759A1; AU669211B2; US5535522A; CA2143844C; EP0674759B1; DE69330466D1; EP0674759A4; JP2936114B2; WO1994005969A1; ATE203320T1; DE69330466T2; AU4846993A

Abstract

(57)【要約】モータ車の車輪のアライメントを決定し、車輪の一部を形成するかまたはそれに取付けられるターゲット（２２Ｌ、２２Ｒ、２４Ｌ、２４Ｒ）と、テレビカメラ（３０）のようなターゲットを見るための光学的感知手段と、ターゲットの像を処理するために光学的感知手段に接続され車輪のアライメントを決定する電子処理手段（３２）と、アライメント情報を表示するためのディスプレイ手段（３４、３６）とを含む装置を提供する。光学的感知手段（３０）は各車輪上に位置するターゲットを見て各ターゲットの像を形成する。像の各々に対応する電子信号が電子処理手段（３２）に転送され、それは各ターゲットの透視像を各ターゲットの真の形状と相関させて車両の車輪のアライメントを計算する。

Description

【発明の詳細な説明】モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法および装置発明の背景発明の分野この発明はモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法および装置に関する。より特定的には、この発明は、車輪の向きを検出して車輪を表わす電子的な像データまたはそれにマウントされる基準を生ずるためのオプトエレクトロニクス像検出器と、車輪のアライメントを決定するための計算手段と、電子的像またはそれに対応するデータを以前に記憶されたアライメントデータと比較して車両に対する必要な調整を行なうのに用いることのできる情報を発生する手段とを含む、方法および装置に関する。用語および定義車両の車輪アライメント業界においては、以下の用語が、対応する定義とともに広く用いられる。キャンバは車輪の真の垂直方向からの内方または外方への傾斜を表わす角であり、車輪の頂部が外方に傾斜する場合それは正である。キャスタは操舵軸の真の垂直方向からの前方または後方への傾斜を表わす角である。車輪を側面から見た場合、上方の玉継手（もしくはキングピンの頂部、またはマクファーソン支柱（McPherson Strut）の上方マウント）が下方の玉継手（もしくはキングピンの底部、またはマクファーソン支柱の下方マウント）の後方にある場合はこの角は正である。推力線（Ｔ／Ｌ）は後方のトウラインによって形成される角を二分する線である。１２時の軸から時計回りに測定される線および角は正である。幾何学的中心線は、後輪間の中間に位置する後方車軸上の点から、前輪間の中間に位置する前方車軸上の点へと走る線である。個別トウは、幾何学的中心線に対照して、車輪を通る前から後への線によって形成される角である。推力線の時計回りでは左側に関係する角が正であり、推力線の反時計回りでは右側に関係する角が正である。オフセットは前輪およびその対応する後輪が互いに一致していない量である。オフセットが全くない場合、後輪は前輪の真っ直ぐ後ろにある。セットバックは、車両の一方の側の１つの車輪が車両の他方の側の対応する車輪から後方に変位する量である。操舵軸は、上方の玉継手もしくはキングピンの頂部またはマクファーソン支柱の上方のピボット点から下方の玉継手を通って射影された線である。操舵軸傾斜（ＳＡＩ）は操舵軸と真の垂直方向との間の角である。（運転手の位置から見て）操舵軸が車輪底部で内方に傾斜しているように見える場合は、ＳＡＩは正である。ＳＡＩはさらにキングピン傾斜（ＫＰＩ）としても知られる。推力角（Ｔ／Ａ）は推力線と幾何学的中心線との間の角である。幾何学的中心線から時計回りに測定される角は正である。トータルトウは個別トウと並んでいるトウとの測定値の和である。車輪の主平面に並行して射影される線が並列する車輪の前方の点で交差する場合は、この角は正である（トーイン）。線が並列する車輪の後ろで交差する場合は、この角は負である（トーアウト）。射影された線が並行である場合は、トウは０である。伝統的に、車両の各車輪に対するキャンバおよびトウの測定値は相対的な測定値であり、つまり垂直面または別の車輪に対するものであり、これらの測定はゆえに車輪が静止しているときになされる。一方、キャスタおよびＳＡＩの計算は動的な手順であり、前輪のキャンバが舵取り角の変化に関してどのように変化するかを決定することを必要とする。これは通常は、前輪を左から右へ１０゜と３０゜との間の角を通して、またはその逆に、スイングさせて、その間に舵取り角の変更とともに車輪のキャンバが結果的にどのように変化するかを決定することによってなされる。これらの決定から、キャスタおよびＳＡＩは車輪アライメント業界において周知の方法によって決定される。同様に、キャンバ、トウ、キャスタおよびＳＡＩが測定されると、すべての他の関連する車輪アライメントパラメータが業界において周知の方法および公式化によって計算可能である。先行技術の簡単な説明モータ車の車輪は互いにアライメントにあるか否かを決定するために定期的に検査される必要がある。というのも、車輪のどれかがアライメントから外れていると、それは結果的に車両のタイヤを過度にまたは不均一に摩耗させ、および／または車両のハンドリングおよび安定性に悪影響を与え得るからである。車両の車輪のアライメントを決定し補正する典型的なステップは以下のようになる。１．車両は、車両のための平滑なベースを確保するよう前もって平滑にされた試験ベッドまたはラックの上に駆動される。２．アライメント決定装置のいくつかの成分は車両の車輪上にマウントされる。これらの成分は車輪軸に対して必ずしも正確に置かれる必要はない。これらの成分がマウントされる不正確さの程度は「マウンティングエラー」と呼ばれる。３．「振れ」計算は、車両をジャッキで上げて各車輪を回転させ、異なる位置での車輪の向きの測定値を取ることによってなされる。これらの測定値はそれから、「マウンティングエラー」および実際のリムの振れを補償するために、補正因子を計算するのに用いられる。４．各車輪のアライメントの決定がなされる。これらの決定の結果は試験中の車両のためのアライメントパラメータの仕様と比較される。５．車輪のミスアライメントがもしあれば、オペレータは各車輪のさまざまなリンケージを調整して、ミスアライメントに対して補正を行なう。６．ステップ４および５は、アライメントが規格に達するまで、および／または製造業者の仕様の範囲になるまで繰返される。モータ車の車輪のアライメントを測定するための非常にさまざまな装置が存在する。これらの多くは光学器機および／または光線を用いて車輪のアライメントを決定する。米国特許第３，９５１，５５１号（マクファーソン（Macpherson））；第４，１５０，８９７号（ロバーツ（Roberts））；第４，１５４，５３１号（ロバーツ）；第４，２４９，８２４号（ワイデルリッヒ（Weiderrich））；第４，３０２，１０４号（ハンター（Hunter））；第４，３１１，３８６号（クウェットシアー（Coetsier））：第４，３３８，０２７号（エック（Eck））；第４，３４９，９６５号（アルシナ（Alsina））；第４，８０３，７８５号（ライリー（Reilly））および第５，０４８，９５４号（メイディー（Madey））に例が見られる。これらの装置すべては、車両の車輪上にマウントされ、参照グリッドのような何らかの形の基準の上にある領域を照明するよう光線を発しまたは反射する、装置を有して動作する。光線によって基準上に照明される領域の位置は光線の偏向の関数であり、それは車輪の向きの関数となるため、車輪のアライメントは基準上の照明された領域の位置付けから計算可能である。他の装置では車両の各車輪上にマウントされる測定用ヘッドを利用する。これらのヘッドは典型的には、緊張状態のコードまたはワイヤによって近接のヘッドに接続されるか、または代替的に、近接するヘッド間で光る光線を有して構成される、重力ゲージを含む。測定用ヘッドは水平に維持されなければならず、それで、近接するコード／光線間の相対角および各車輪とその近接するコード／光線との間の角が測定でき、それらの測定値から、車輪のアライメントを計算する。別のタイプのアライメント装置が米国特許第４，８９９，２１８号（ウォルディッカー（Waldecker ））および第４，７４５，４６９号（ウォルディッカーら）に示される。この装置は、車輪表面の少なくとも２つの輪郭線が照明されるように構造光をモータ車の車輪上に射影することによって動作する。これらの輪郭線はそれから、構造光の光の平面からずれた位置に置かれ、かつ三角分割によって輪郭線の空間位置（および、ゆえに車輪の空間位置）を計算するプロセッサに接続される、ビデオカメラによって読取られる。一般的に、上述の車輪アライメント装置で用いられるヘッドは精巧かつ高価で、使用が複雑であり、慎重に調整しなければならない。さらに、これらのデバイスの若干数は、光学的または他の測定用装置を車両の車輪に対しての設定位置上にまたは設定位置内に正確に置くことに依存する。これはアライメント決定装置を操作する技術者にとって時間がかかりかつ複雑であり得る。このような器機はさらに、車両を試験エリアから移動させた際に不注意から車輪に固定されたままになっている成分が非常に容易に損傷を受け得るという不利な点を有する。このような損傷は、複雑な器機の例では特に費用がかかり得る。ジーメンス・アクチアンゲゼルシャフト（Siemens Aktiengesellschaft）のドイツ特許出願ＤＥ２９４８５７３は、モータ車の車輪の面の向きおよび空間位置と、この車輪の操舵軸の三次元位置との両方を決定するのに利用可能な装置を開示する。この出願は、テレビカメラが２つの異なる既知の高さの位置から車輪のリムの像を撮る方法を開示する。これらの像はプロセッサに与えられ、プロセッサはそれらの像を既知の座標および２つの高さの位置にあるカメラの観察角度に関連させて、リムの三次元位置を決定する。同様の方法で、異なる操舵位置における各車輪の数多くの像を撮って、車輪の三次元回転立体を決定する。この回転立体の軸から、調査中の車輪の操舵軸が決定できる。その結果、操舵軸と、車輪のリムによって定義される面の中心点との両方の三次元位置が決定される。上記の値がどのように決定されるかについてはほとんど示されていないという事実に加えて、この記載される出願の方法および装置は、三角分割手法が用いられるため、車輪の（異なるカメラからの、または異なる軸に沿って見る単一のカメラからの）少なくとも２つの像が撮られなければならないという不利な点を有する。さらに、車輪の像が撮られるところからの各点のための配位された三次元位置と、各観察経路の向きとの両方を正確に知らなければならない。これは、三次元位置および観察経路の向きの正確な決定が温度変化、振動、地盤移動などによって較正から容易に外れ得る複雑な器機を必要とするため、この発明の大きな不利な点である。さらなる不利な点は、この出願の方法では、それが車輪のリムの像の透視上の歪みをどのように酌量するかが示されていないことである。この透視上の歪みは、リムの像が、テレビカメラに最も近い端縁がより大きく見えかつカメラから最も遠い端縁の像がより小さく見える、歪んだ楕円になる原因となる。この歪みに対する酌量がなされなければ、不正確な結果が起こり得る。ゆえに、単純かつ使用が容易で、精巧なアライメント検出成分をモータ車の車輪から離れたところに有し、かつリム直径、トラック幅およびホイールベースの広範囲にわたって信頼に足るほど正確なアライメント測定値を与えることのできる、車輪アライメント装置に対する要求が以前として存在する。発明の概要発明の目的このように、この発明の目的は、単純、容易かつ素早く使える車輪アライメント装置を提供することである。この発明のさらなる目的は、その精密成分がモータ車から離された状態で動作可能な車輪アライメント装置を提供することである。この発明のさらに別の目的は、車輪のアライメントを決定するのにオプトエレクトロニクス像検出装置を用いる車輪アライメント装置を提供することである。この発明のさらなる目的は、車輪に取付けられた既知のターゲットの向きおよびそれによって車輪のアライメントを決定するのにターゲットの透視上の像を用いる車輪アライメント装置を提供することである。概要手短にいうと、この発明の現在の好ましい実施例は、モータ車の車輪のアライメントを決定するための装置を含み、テレビカメラのような光感知手段と、光感知手段に接続される電子処理手段と、車輪の一部を形成するかまたはそれに取付けられる少なくとも１つの予め定められるターゲットと、検出されたアライメントを表示するためのディスプレイとを含む。光感知手段は各車輪に取付けられたターゲットを見て、各ターゲットの透視上の像を形成する。各像に対応する電子信号は電子処理手段に転送され、それは各ターゲットの透視上の像を各ターゲットの真の形状と相関させる。そうする際に、プロセッサはターゲットのある既知の幾何学的な要素の寸法を透視上の像における対応する要素の寸法と関連させ、ある一定の三角法による計算を行なうことによって（または任意の他の適当な数学的もしくは数値的方法によって）、車両の車輪のアライメントを計算する。この発明はさらに、車輪の回転軸（車輪軸）の三次元位置および向きを計算するのに用いることができる。検出されたアライメントはその後、車両に対するアライメント調整を行なうのに用いるためにディスプレイされる。好ましくは、光センサ手段は車両の同じ車軸上にマウントされる少なくとも２つの車輪の各々に取付けられるターゲットの像を形成し、電子処理手段はその２つの車輪間の相対角を計算する。より好ましくは、光センサ手段は車輪上のすべてのターゲットの像を形成し、相対的アライメントの計算は電子プロセッサ手段によってすべてのこれらの像に対して計算される。図面の説明添付の図面において、図１（ａ）−（ｃ）は、異なる軸についてのさまざまな回転度から生ずる円の３つの異なる像を示す。図２は、この発明の装置および方法を示す概略図である。図２ａは、検出されたアライメントを報告して適当な車両調整を行なうのに技術者を誘導するために、システムディスプレイスクリーン上に現れるであろうタイプの擬似三次元表現を示す図である。図２ｂは、この発明の１つの実施例に用いられるパン・アンド・ティルト・ミラーを通る断面図である。図３は、図２の装置とともに用いることのできるターゲットの例を示す図である。図４は、この発明の装置の好ましい実施例の概略図である。図５は、車両の車輪上にマウントされる代替的ターゲットの斜視図である。図６は、図４の光学システムを用いて形成された、図５に示されるターゲットの像の概略図である。図７は、装置による車輪の振れ因子の計算の１つの方法を示す図である。図８ａ−８ｃは、この発明の方法および装置において行なわれる数学的計算のある局面を示す図である。好ましい実施例の説明この発明の基本理論この発明は、物体の像はその物体が見られる透視によって変化し、像の変化は物体が見られる観察経路の透視角に直接関連しかつ決定できるという事実に基づく。さらに、物体の透視像をその真の非透視像と単に関連させることによって、物体が見られる透視角を決定することができるということは公知である。逆にいうと、物体の透視像をその非透視像と比較することによって、物体が観察経路（またはそれに垂直な面）に対して方向付けられる角を決定することが可能である。このことは、図１（ａ）−（ｃ）で円１０を参照して示され、円１０は３つの異なる透視から見られた場合に見えるように示されている。図１（ａ）において、円１０はこの例においては紙の平面である主平面に対して垂直な軸に沿って見られた場合に見えるように示されている。この円がｙ軸１２について９０゜より小さい角θを通して回転し、かつ同じ観察経路で見られた場合には、円１０の像は図１（ｂ）に示されるような楕円の像となる。同様に、円がｘ軸１２およびｙ軸１４の両方について、それぞれ角θおよびφを通して回転した場合には、円の像（楕円）は図１（ｃ）に示されるようになり、楕円の長径１６はｘ軸およびｙ軸の両方に対して角度を付けられるように示される。しかしながら、ここでの楕円は透視角から見られた際に像となる歪みに対する酌量を全くしないという点で理想化されるということが認識される。この歪みは図１（ｂ）および（ｃ）において破線１１で示される。これらの図からわかるように、観察者により近い楕円１１の端縁はより大きく見える一方で、観察者からより遠い端縁１１はより小さく見える。結果的に生ずる像１１はこうして歪んだ楕円となる。これらの図面に示される理想化された状態に戻り、かつ角θおよびφは既知ではないと仮定すると、楕円の像を図１（ａ）の円１０と関連させることによって、図１（ｃ）に示される楕円の主平面の向きを決定することが可能である。このことは通常、楕円の少なくとも１つの要素（たとえばその長径１６および短径１８）の幾何学的特性（たとえば寸法）を、図１（ａ）の円の対応する要素（直径）の特性と関連させることによってなされる。理想化された状態では、これらの向きの計算は、三角関数または任意の他の数学的／数値的方法を短径および／または長径と直径との間の比に適用することによってなされる。加えて、短径および長径の水平（ｘ−）軸または垂直（ｙ−）軸に対する角が計算できる。これらのすべての角が決定されると、楕円の主平面の広がりにおける向きが決定される。図示されてはいないが、円１０の広がりにおける位置を決定することがさらに可能である。しかしながら、これは以下に図８を参照して示す。上に示された計算を行なうことは、破線１１によって示されるように、像の現実の透視上の歪みによって複雑となっている。この遠近がどのように酌量されるかを今一度図８に示される数学的計算を参照して論ずる。この発明のアライメント装置の１つの実施例の簡単な説明この発明においてこの理論が適用される装置が図２の概略図で示される。この図では、車輪アライメントが行なわれるモータ車２０がそのシャーシの概略図で示され、かつ２つの前輪２２Ｌおよび２２Ｒならびに２つの後輪２４Ｌおよび２４Ｒを含んで示される。車両２０は、この発明の一部を形成しない、点線で示される従来の車輪アライメント試験ベッド２６の上に位置するように示される。この発明のアライメント装置は、動作中にビジュアルディスプレイユニット３４上に結果および計算をディスプレイするコンピュータ３２のような電子処理手段と電気的通信状態にあるビデオカメラ３０によって構成される。加えて、装置はデータおよび関連する情報をコンピュータ３２に入力するためのキーボード３６（または何らかの他の適当な手段）を含む。ディスプレイおよびキーボードエントリはコンピュータと通信する遠隔ユニットによって、ケーブル、光波または無線リンクを介して提供されてもよいということは当然理解されるであろう。図２ａに示されるような好ましい実施例に従って、コンピュータにより生じた、配列される車輪の擬似三次元表現は、検出されたアライメントを明示する適当な特徴とともにディスプレイユニット３４に表示されてもよい。加えて、英数字および／または画像の暗示または示唆を表示して、アライメントを予め定められる仕様と適合させるのに必要なようにさまざまな車両のパラメータを調整することにおいて技術者を誘導してもよい。ビデオカメラ３０は、レンズ４０を通ってビーム分割器４２にわたる観察経路３８に沿って、車輪２２Ｌ、２２Ｒ、２４Ｌ、２４Ｒに照準を合せる。ビーム分割器４２は観察経路３８を２つの成分３８Ｌおよび３８Ｒにそれぞれ分割する。この図から明らかなように、観察経路３８の左側の成分３８Ｌはビーム分割器４２によって元の観察経路に対して垂直方向に反射され、右側の成分３８Ｒはビーム分割器に近接してマウントされる鏡またはプリズム４４によって元の観察経路に対して垂直方向に反射される。装置はさらに、ビーム分割器４２、鏡４４ならびに少なくとも２つのパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌおよび４６Ｒがマウントされるハウジング４８を含む。これ以降、装置および観察経路のそれぞれの成分はモータ車の左側および右側の両方に対して同一であり、ゆえに一方の側のみの説明で十分である。観察経路３８Ｌの左側成分は、ビデオカメラ３０が車両２０の前輪２２Ｌおよび後輪２４Ｌを逐次見ることができるように動かすことのできる左側のパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌによって、車輪２２Ｌおよび２４Ｌ上に反射される。この発明のいくつかの実施例においては、パン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌは、モータ車の前輪および後輪の両方を同時に見ることができるように構成されてもよい。この実施例では、観察経路３８Ｌはパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌからハウジング４８の壁部の開口部５０Ｌを通ってそれぞれの車輪２２Ｌおよび２４Ｌに達する。シャッタ５２Ｌは、開口部５０Ｌを閉じるように動作し、それによって観察経路３８Ｌを効果的にブロックしてビデオカメラ３０が車両２０の右側のみに照準を合せられるよう位置する。代替的に、シャッタは位置５３Ｌおよび５３Ｒに置かれてもよく、および／またはカメラ３０内の電子シャッタを１つまたはそれより多いストローブされた光源と同期させて、特定の単一のまたは複数のターゲットが照明された場合にのみ像の捕捉を許可してもよい。アライメント装置の動作典型的な動作では、この発明のこの実施例の装置は以下のように働く。車両２０は、上に車両の車輪が乗る２つの平行した金属ストリップから基本的に構成される試験ベッド２６の上に駆動される。試験ベッドの下には、リフト機構が位置し（図示せず）、これは金属ストリップと車両とを持上げるように作用して、車輪アライメントの技術者が車輪のマウンティングに接近して車輪のミスアライメントを補正できるようにする。加えて、ターンプレートと広く呼ばれる、回転するようにマウントされた円形プレート（図示せず）が車両の各前輪の下に位置する。ターンプレート・は前輪をそれらの操舵軸について比較的容易に旋回させる。このことはキャスタおよび動的に決定される他の角の計算中に伴なう手順を容易にする。後輪は金属ストリップ上にマウントされる細長い長方形の平滑な金属プレート上に位置する。これらのプレートは通常スキッドプレートと呼ばれ、後輪のマウンティングが一旦緩められれば、技術者によって後輪を調整させることを可能にする。このようなプレートはさらに、車輪の角位置に影響する傾向のある車輪への予圧を防ぐ。加えて、いくつかの複雑なアライメント機械にあるように、車両の製造およびモデル年を手順のある時期に前もって装置に入れてもよく、この情報はコンピュータ３２内の前もってプログラムされた探索テーブルから、当該車両に対するアライメント変数を決定するのに、装置によって用いられる。さらに、車両の製造およびモデル年から、メモリからデータを検索することによって、トラック幅およびホイールベースの寸法を決定できる。これらは車両の車輪をより正確に自動追尾するようアライメント装置の鏡を駆動するのに用いてもよい。代替的に、前の動作歴情報を、可能性のある車輪位置を選択するのに用いてもよい。さらに別の可能性は、鏡に特定のパターンを見渡させることである。車両２０が試験ベッド２６上に駆動されると、ターゲット５４が各車輪にマウントされる。ターゲットの形状および構成は図３を参照して後に記載する。装置はまず、図７を参照してより十分に記載される方法に従って、「振れ」因子計算を行なう。「振れ」因子が計算されると、アライメント装置はモータ車２０の車輪上の各ターゲット５４の像（検出された像）を形成する。これらの検出された像は、より十分に記載されるようなこの発明の方法を用いて、各ターゲットのそれぞれの観察経路３８Ｌ、３８Ｒに対する向きを計算する電子処理手段／コンピュータ３２で処理される。コンピュータ３２はこの後、上述の「振れ」因子を考慮して、車輪の、それぞれの観察経路に対する真の向きを計算する。この後、装置はパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌ、４６Ｒの向きに対する酌量を行なって、各車輪の主平面の実際の向きを計算する。これが終了すると、計算結果がディスプレイ３４上に表示されて、それがたとえば、車両の車輪の検出されたミスアライメントを補正するのに前輪２２Ｌおよび２２Ｒの操舵リンケージ６０に対する調整を行なうというような、どの補正がなされる必要があるかに関しての必要な命令をオペレータに与える。向きの計算コンピュータ３２は、像およびそれに関連する値を分析することができるイメージアナリスト（IMAGE ANALIST）のようなコンピュータプログラムを用いて必要とされるすべての計算を行なう。典型的には、イメージアナリストは、ビデオカメラのスクリーン上の画素に関して、座標上のこれらの像の中心点のための値を生ずる。これらの値はその後、図８に関連して示される後に記載の数学的計算を組込むソフトウェアによって処理される。イメージアナリストのようなソフトウェアは多くの特性を有するであろうが、この適用においては、この出願で利用される主な特性は、ビデオカメラによって検出される像のためのスクリーン座標を提供できるという特性であることは明らかである。ゆえに、イメージアナリスト以外のソフトウェアをこの方法および装置とともに使用することは可能である。IMAGE ANAL ISTは、マサチューセッツ州（ＭＡ）０１８２１，ビラーカ（Billerca）、ターンパイク（Turnpike）、ミドルエセックス（Middlesex）７５５のオートマチックス・インコーポレイテッド（AUTOMATIX,INC．）によって供給される。パン・アンド・ティルト・ミラーの向き上述の方法では、車両２０の車輪の、互いに対する相対的アライメントの効果的な計算には、パン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌ、４６Ｒの向きを知っていることが必要であるということは明らかである。これらの鏡４６Ｌ、４６Ｒの向きは２つの方法のうちの１つで決定できる。向きを決定する１つの方法は、鏡４６Ｌ、４６Ｒを、三次元空間での鏡の向きを計算するコンピュータ３２にデータを出力する高感度トラッキングおよび方向決定装置とリンクさせることによる。代替的におよび好ましくは、各鏡の表面は、通常は、ビデオカメラ３０がモータ車２０の車輪に照準を合せた際にはビデオカメラ３０によって検知可能な識別可能パターンを定義する、間隔をおいて離れた多数の小さな点の形をとる、はっきりと定義されるパターンを含む。ビデオカメラ３０は鏡４６Ｌ、４６Ｒ上にパターンを検出すると、その像、つまり、鏡の向きのため、透視像であり、かつ車両２０の車輪の向きを計算するのと同じように三次元空間での鏡の向きを計算できるコンピュータに電子的に与えられることができる像を形成することができる。この第２の代替物は、複雑かつ高価な電子トラッキングおよび方向決定器機を必要としないため好ましい。この第２の好ましい代替物を実現する１つの方法は、レンズ４０を装置に組込むことである。レンズは、それがターゲットおよび鏡の両方の十分に明瞭な像をカメラ３０に投影するような焦点距離を有する。図２ｂでは、パン・アンド・ティルト・ミラー上の点の像を強調する１つの方法が示される。この図は、２つの点４１が上側の表面上に形成されるように示されるパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌを通る断面を示す。平凸レンズ４３は各点の上に位置する。これらのレンズの各々の焦点距離は、レンズ４０と合せて、ビデオカメラ３０に点の明瞭な像を形成するようになっている。この図では２つの個別の平凸レンズ４３が示されるが、２つまたはそれより多い点にわたる単一のレンズを使ってもよいことは明らかである。同様に、他の光学的方法を、これを達成するために用いてもよい。ターゲットの向き車両２０の車輪で用いられ得る典型的なターゲット５４の例を図３に示す。この図からわかるように、ターゲットは、２つの異なるサイズの円６２、６３のパターンが予め定められるフォーマットで上に付けられる平坦なプレートから構成される。この図では特定のパターンが示されているが、より多数の異なるパターンをターゲット５４上で使用してもよいことは明らかである。たとえば、ターゲットは円形である必要はなく、より多くのまたはより少ない数の点を含んでもよい。さらに、他のサイズおよび形状を点の代わりに用いてもよい。さらに、ターゲット用として、多面プレートまたは物体をさらに用いてもよい。実際には、アライメントのプロセスの間に、コンピュータはターゲットの見られた透視像が比較できる基準像を有するように、真の像（つまり、ターゲットを主平面に対して垂直に見ることによって得られる像）およびターゲットの寸法に対応する数学的表現またはデータはコンピュータ３２のメモリにプログラムされる。コンピュータがターゲット５４の向きを計算する方法は、ターゲット５４のある一定の幾何学特性を識別し、それらの透視による測定値を取ってそれらの測定値をコンピュータのメモリに前もって予めプログラムされた真の像と比較することである。装置は、たとえば、円６２ａ、６２ｂの各々の中心を、たとえばセントロイディングと呼ばれる方法によって計算してもよい。これは像分折コンピュータによって物体の中心点または中心線の位置付けを決定するのに広く用いられる方法である。２つの円６２ａ、６２ｂの中心点が決定すると、それらの２つの間の距離を測定することができる。このプロセスはターゲット５４上のパターン中の他の円に対して繰返される。これらの距離はそれぞれの中心間の真の距離（つまり、非透視距離）と比較することができる。同様に、２つの中心を結ぶ線の、水平面（または垂直面）に対する角度が決定できる。レンズ４０の焦点距離の影響に対する酌量がなされ、ビーム分割器４２、鏡４４および鏡４６Ｌ、４６Ｒのような成分の他の光学特性が考慮されると、ターゲット５４の向きが何であるかについての計算を行なうことができる。この計算は、三角関数または他の適当な数学的もしくは数値的方法を用いて行なうことができる。上で説明したように、これによって、車輪の車両の主平面の向きがさらに決定される。上述の部分ではターゲット５４の向きを計算する１つの方法が述べられているが、他の方法も利用可能であることは明らかである。たとえば、装置はたとえば円６３のようなたった１つの円に照準を合せて、その透視像（歪んだ楕円）を用いることにより、図１に関連して記載されたのと非常に同じ方法で、その円の向き、およびそれによってターゲット５４の向きを計算してもよい。別の例では、互いに対して約６０゜回転した２つの像を取り、そのような情報を用いてその回転軸に関するターゲットの向きを計算する。車輪軸がその軸方向を変えない限り、わずかに２つの像しか必要としないことに注目されたい。加えて、複雑なアライメントシステムでは各ターゲットに対して１つより多い計算を終えることと、これらの計算の異なる結果が互いに比較されて必要な精度を確保することとが考えられる。さらに、ターゲットの真の寸法はコンピュータ３２のメモリに予めプログラムされるので、この発明の方法および装置は三次元空間における車輪の正確な位置を決定するのに用いることができる。これは、まずターゲット上のパターンのある一定の要素（たとえば円と円との間の距離）の透視像を決定し、この像の寸法をそれらの要素の真の寸法と比較することによってなされ得る。このことによって、その要素、およびそれに従って、ターゲット５４のビデオカメラからの距離が決定する。上述のプロセスで観察経路および／または何らかの他の基準面に関するターゲット５４の向きが既に決まっているため、この結果をアライメント装置の計算された距離および幾何学的座標と組合せて、ターゲット５４のアライメント装置に対する位置を決めることができる。この比較プロセスの間に、レンズ４０の焦点距離の影響、ならびにビーム分割器４２、鏡４４およびパン・アンド・ティルト・ミラー４６Ｌおよび４６Ｒの光学特性がさらに考慮されなければならない。典型的には、これらの特性は、ダイレクトエントリによって、または好ましくは較正手法によってコンピュータに入力されるであろう。このようにして、車両２０の各車輪の正確な位置決めが計算できる。この発明の装置の代替的実施例の簡単な説明この発明の方法および装置を用いて必要とされる結果を達成するのに、レンズ、ビーム分割器および鏡（つまり光学系）の数多くの異なる構成が可能であることは、当業者にとっては明らかである。１つのそのような構成が添付の図面の図４に示される。この図では、機器は、モータ車２０の上に吊下げられて示され、かつ図２に示されるのと同様のビデオカメラ３０、関連のディスプレイ３４およびデータエントリキーボード３６を有するコンピュータ３２、ならびにレンズ４０を含む。図２の構成では、ビデオカメラ３０の観察経路または光学的中心線はビーム分割器４２と平面な鏡４４との組合せによって２つの方向３８Ｌおよび３８Ｒに偏向される。この構成は、装置の左側に位置する２つのパン・アンド・ティルト・ミラー７０Ｌ、７２Ｌと、装置の右側に位置するパン・アンド・ティルト・ミラー７０Ｒおよび７２Ｒとをさらに含む。鏡７０Ｌ、７２Ｌは左前輪２２Ｌおよび左後輪２４Ｌをそれぞれ見るよう配置され、鏡７０、７２Ｒは右車輪２２Ｒ、２４Ｒをそれぞれ見るよう配置される。鏡７０Ｌ、７２Ｌ、７０Ｒ、７２Ｒはパン・アンド・ティルト・ミラーであるので、たとえ車両が装置下で正確に中央に位置しなくとも車両２０の車輪を見るように動かすことができる。これらの鏡はさらに、異なる長さのホイールベースおよびトラック幅の車両に対して酌量を行なうのに役立っ。この装置のさらなる修正は、ビーム分割器４２および平面な鏡４４を単一の反射プリズムと置き換えることを含むだろう。プリズムは、より多くの光がプリズムからカメラ３０へ反射されるという点において、ビーム分割器の組合せに対して有利な点を有する。この結果、ターゲット５４のより明るい像がカメラ３０によって形成される。ターゲットおよびターゲット像の詳細この図に示されるような装置では、他の図示される装置のように、図５において示されるようなターゲットの修正を使用することができる。この図では、ターゲットは一般的に８０として示され、締付け機構８８によって車輪８６のリム８４にクランプされる平坦な長方形のプレート８２を含むように示される。この図から、プレート８２は車輪８６の主平面および回転軸８９に対して角度を付けられていることが明らかである。しかしながら、このプレート８２の向きそのものは既知ではなく、後に記載されるように、この車輪８６のための振れ因子の決定によって計算される。しかしながら、プレート８２の一般的な向きは、ビデオカメラ３０がプレート８２に照準を合せた際にプレート８２がビデオカメラ３０によって適当に見られ得るように選択される。最後に、プレート８２は、図示されるように、図３に示されるターゲット上のパターンと異ならないパターンを構成する複数の点９０を含む。この種のターゲットでは、ビデオカメラ３０が図４に示される装置とともに用いられた際ビデオカメラ３０によって形成される像は図６に示されるようなものになる。この図では、４つの不連続の像９２、９４、９６、９８が形成されて、一般的に９９として示される、ビデオカメラ３０によって形成される完全な像を作り上げる。完全な像９９を作り上げる４つの像の各々は、モータ車の４つの車輪上にそれぞれ配置される長方形のプレート８２のうちの１つの像である。たとえば、画像１００の一番上の像９２は車両２０の右後輪２４Ｒ上のプレート８２に対応してもよい。同様に、像９４は右前輪２２Ｒに、像９６は左前輪２２Ｌに、像９８は左後輪２４Ｌに、対応してもよい。図４に示される装置とともに用いられる場合のターゲット８０の有利な点は、４つのすべての車輪から単一の像を同時に撮ることができるという点である。この単一の像は上述のものと非常に同じような方法で処理されて、すべての車輪の互いに対する向きおよび位置を決めることができる。より特定的には、右前輪の左前輪に対する相対的な向きと、右後輪の左後輪に対する相対的な向きとを計算することができる。像９２、９４、９６、９８のいずれの端部にも、点１００の対が見られる。これらの点１００は実は、図２の議諭において言及されたそれぞれのパン・アンド・ティルト・ミラー上の点の像である。この議論において指摘されたように、これらの点は、パン・アンド・ティルト・ミラーの、カメラの観察経路に対する向きを計算するために、つまり車両の各車輪の主平面の向きおよび位置の両方を決定するのに必要不可欠な計算を行なうために用いられる。加えて、この図は、斑点１００の像は垂直線１０１によってプレート上のパターンの像から分離可能であることを示す。この線１０１は、（ターゲットの向きが計算される）パターンと（パン・アンド・ティルト・ミラーの向きが計算される）点１００の像との間の境界線として働く。振れ因子の計算図面の図７では、わずかに異なる方法で車輪１０３にマウントされるターゲット１０４のための振れ因子を計算する方法が示される。この方法では、車輪１０３はゆっくりと回転させられ、その間にターゲット１０４の数多くの異なる像が撮られる。このターゲットは、よりはっきりとさせるために、車輪の中心から実質的にかなりずれている。しかしながら実際には、ターゲットは図５に示されるターゲットと非常に同じように中心により接近してマウントされるであろう。各像に対しては、ターゲットの面の傾角およびその空間における位置が計算される。各像に対してこれらが決定されると、それらは回転面１０６を定義するよう統合される。この回転面１０６は、車輪がその軸について回転する際にターゲット１０４が辿る経路を表現し、その回転軸１０８は車輪の回転軸と同じである。このことは、回転面１０６の回転軸１０８に垂直な面は車輪１０６の主平面に対して平行であることを意味する。回転面１０６が決定されるため、その回転軸１０８が決定され、ゆえに、車両の車輪の主平面の広がりにおける向きおよび位置が決定可能となる。これらの結果から、ターゲットの面と車輪の主平面との間の角を計算することによって振れ因子を決定することができる。この振れ因子はこの後コンピュータ３２に記憶され、車輪のアライメントがターゲットの単一の像から計算される際に用いられる。振れ因子の計算は、車両の懸垂が酷く摩滅しているか否かを判断するのにさらに用いることができる。この発明の方法を用いて、ターゲットから撮られる各像に対して、見掛けの振れ因子（つまり、ターゲットの車輪に対する向き）を決定することができる。個々の振れ因子のこの群から、（真の「振れ」因子を表わす）平均値、および個々の因子の平均値からの偏差の程度を計算できる。この偏差がある一定の公差より上である場合には、それは車両の懸垂が注意を必要とするほど酷く摩滅していることを示す。精度の決定再びターゲットに戻ると、図３または図５のいずれにも示されるターゲット（または、さらにいえば任意の他のターゲット）の重要な特徴は、異なる組のデータ点を用いて冗長計算がなされることを可能にするように、ターゲットは十分なデータ点を有するべきであるということが認識されるはずである。これによって複数の車輪のアライメント角が決定され、それらは平均されて最終的な測定値の精度を改善することができる。加えて、各車輪に対して計算された異なるアライメント角の統計分布は装置の動作の精度の測定値として用いることができる。適当な検査機構がコンピュータ３２に作られれば、このような統計分布は、コンピュータ３２に対して、十分な精度があるか否かの判断を可能にし、もしそうでない場合にはオペレータにその事実を警告することのできる信号の発生を可能にする。同様に、上述の検査によって、使用される１つまたはそれより多いターゲットが受容できないほど不十分な結果を生じ、残りのターゲットが受容可能な結果を生じたことが示される場合には、使用中のターゲットのいくつかは受容不可であると仮定され得る。コンピュータはこの結果に対する表示を与えることができ、オペレータはたとえば悪影響を与えているターゲットを除去するか、掃除するか、または修理するよう命令されることが可能である。適当な複数の像を形成し統計的分析を計算することから引出されるさらなる有益な点は、アライメント測定プロセスの必要な精度を適当に保証するのに十分な像が撮られたか否かをコンピュータ３２が判断できるという点である。不十分な読取りがある場合には、コンピュータは装置にさらなる読取りをするよう命令してもよく、それは速度を犠牲にはするものの、向上された測定精度を生ずるであろう。さらに、ターゲットは、安価なターゲットの使用を可能にするために、識別、ターゲット追随、強さしきい値測定、照明の質の評価、および欠陥のエンコードのために用いることができる、たとえばバーコードまたはそれと同様の、機械で読出可能なものを含んでもよい。たとえば、ターゲットが捩じられ、捩じりの量がバーコードにエンコードされていれば、コンピュータはその捩じりに対して補償できるだろう。ターゲットの別の重要な特徴は、その上のパターンは、カメラ画素よりも実質的に小さくなる精度まで、パターンの迅速かつ正確な位置決めを可能にするはずであるということである。このことを達成するためには、パターンは、高いコントラストを示すべきであり、かつ使用される特定の装置が要求される速度および精度を達成できる構成であるべきである。１つの実施例においては、点のために再帰反射材料が用いられ、利用される特定の光を吸収する色が背景のために選択される。この装置は、すべての光学系は何らかの幾何学的な歪みを有するがゆえに重要であるところの較正をさらに可能にする。装置の全体の像の領域はたとえば、完全なターゲットと、アライメント手順において光学系を動作するときに用いるために記憶されてもよい補正値を決定するのに用いられる結果とを用いて計算されてもよい。装置の絶対的精度は、装置が両側を同時に見るように置かれる、単純な２面の平坦なプレートのターゲットを用いて、検査または較正されてもよい。プレートが平坦なので、ターゲットの２つの面の間の正味の角（相対的アライメント）は０になるはずである。もしそうでなければ、適当な補正因子がコンピュータに記憶されてもよい。代替的には、異なる角から取られたターゲットの同じ側の２つの視野がこの目的のために用いられてもよい。使用される数学的アルゴリズムこのセクションでは、瞬間測定を用いて、ビデオカメラにより車輪の空間における位置に対して行なわれる測定を減らすために必要な数学的計算を与える。仮定カメラシステムは、互いに対して（ビジビリティの妥当な制約内で）任意に位置決めされる２つの面を含むように定義することができる。一方はカメラによって「見られ」るものをマッピングする像の面であり、他方は三次元であるが本質的には点であるターゲットを含む物体平面である。このことに基づいて、なされる仮定は以下のようになる。（ｉ）カメラの主軸は像の面に対して直角である（大抵のカメラはこのように作られる）。（ii）像の面からカメラの主軸に沿って既知の距離ｆ（つまり、無限遠で設定されたときの結像システムの焦点距離）のところに背景の中心（ＣＰ）と呼ばれる点が存在する。したがって、カメラの動作は次のようになる。カメラの視野の任意の場所にある観察点の像は、空間中の観察点およびＣＰの両方を通る線に沿ってそれを動かすことにより、それを像の面上に投影する。（iii）像の面に固定される座標系の原点は、Ｚ単位ベクトルが主軸に沿ってカメラのほうに向けられた状態で、背景の中心に位置する。さらに、（iv）像の面の測定の単位は物体平面の測定の単位と同じである。これらの仮定はビジアルサイエンスにおいてはありふれたものである。概観この構成では、物体平面および像の面の相対的な向きおよび位置を決定するのに数学的計算を与えることができる。この数学的計算は２つの方法において用いられ得る。（ｉ）較正の間に、較正ターゲットの既知の位置の物体平面の位置に対する、像の面の位置を見つけるのに用いることができる。（ii）アライメントプロセスの間に、車両の車輪にマウントされるターゲットの主平面の位置および向きを見つけるのに用いることができる。このステップでは、既知の座標系が空間に固定されることと、それが車両の４つの車輪のすべてに対して同じままであることとが必要不可欠である。上述したように、車輪上のターゲットの面の位置がわかれば、車輪を回転させることにより、車輪の回転軸を決定することができ、そこから、車輪のアライメントを決定することができる。主要アルゴリズムこの主要アルゴリズムはさまざまなパン・アンド・ティルト・ミラーの取扱いは全く提示しない。これは後に提示する。メインアルゴリズムは以下の入力を必要とする。（ｉ）物体平面座標に表わされる点のリスト。これらは実際には三次元の点であるが、物体平面の座標系は第３座標ｚi＝０となるように常に選択することができる。（ii）像の面の点の座標の対応するリスト。 ⁱq_j ＝（U_j、V_j），j ＝ 1、n．これらの入力に対して、アルゴリズムは、背景の中心と、像の面の主軸に関して固定される単位ベクトルとを表わす、同次座標変換行列である出力を生ずる。この行列は通常は反転され、それから、観察点を像のシステムの座標に変換するために適用される。ステップ１：共線変換を決定するすべての二次元入力座標を擬似変換フォームに変換して、ｉ＝１，ｎに対し以下のような３×３変換行列Ｔを見つける：ここで、k_iは任意のスカラー定数である。変換行列Ｔを決定できる１つの方法が以下に与えられる。ステップ２：キーポイントおよび不変量の変換を決定する変換行列Ｔは、中心が背景の中心（ＣＰ）である投影法の下で、物体平面の点を像の面の点に変換する。反転された場合には、それはさらに逆変換を行なう。すなわち：全体の等式は任意のスカラーで掛けられてもよく、かつ依然として真のままであるということは注目される。値ｍ_iはそのようなスカラーであり、第３座標が１つの単位であるように（ｕ_i ｖ_i １）^Tの正規化を許すよう要求される。行列Ｔは、投影面上の点に双対する線を変換するのにさらに役立つ。投影面の線の等式は：である。ここで、ｃはこの線の座標ベクトルであり、Ｘは標本ベクトルである。等式３を満足させる点の任意の同次表現はこの線上にある。物体座標⁰ｃは線上にあると仮定すると、は、物体平面座標で表わされる、物体平面の線の等式である。等式２を用いて像の面座標に変換することができる：またはゆえには、線座標を物体平面から像の面に変換する方法であり、は、逆変換を行なう方法である。投影面は、投影座標が０である無限遠点を含むという点で、非投影面とは異なる。これらの点はともに無限遠線を構成し、その座標は［０，０，１］、すなわちである。これは、ある角θで互いに非平行に位置する物体平面ＯＰおよび像の面ＩＰの側面図を表わす図８ａに示される。物体平面ＯＰは、像の面ＩＰと平行であるが背景の中心ＣＰを通る面と交差する。この面は見られる像の面ＶＩＰと呼ばれ、点ＶＬＯとして示される、物体平面にマッピングされた「消失線」で物体平面ＯＰと交差する。同様に、図は、見られる物体平面ＶＯＰと呼ばれる、物体平面に平行な面を示し、それは、点ＶＬＩとして示される、像の面にマッピングされた「消失線」で像の面ＩＰと交差する。ＶＩＰはＩＰと平行であるため、それらは無限遠で交差する。共線変換行列Ｔはゆえに、像の無限遠線を物体平面において変換される位置に以下のようにマッピングするのに用いることができる：および同様に：カメラシステムに関する上述の仮定によって、像ＰＰＩの主点の座標は以下のようになる。物体ＰＰＯの主点の座標は以下のようになる。ステップ３：残りの傾角の値を出す線座標［ｚ₁ ｚ₂ ｚ₃］^Tを有する投影面の線と、座標［ｐ₁ ｐ₂ｐ₃］^Tを有する点との間の最少距離は、によって与えられる。これによりＤＩ、θおよびＤＯを求めることができる：ステップ４：パンの値を計算する図８ｂは、背景の中心から見下ろした、物体平面の平面図を示す。ここで、である。以下のように仮定する。ステップ５：残りの未知数を求める図８ａおよび８ｂをともに参照すると：である。これは物体平面座標に表わされる像の面座標系の原点である。それはＣＰに位置する。応する単位ベクトルの変換と、それに続く、ｚ₁に関する直交化とによって計算することができる。と仮定すると、および再標準化される。同様に、と仮定すると、および最終的に、像の空間から物体の空間へのフレーム変換は、像の面に関して固定された座標系に関し、戻って物体平面座標に与えられる点を表現するフレームであり、我々は、およびに注目する。これは一般的な例であるが、物体平面および像の面が平行である場合の特別な例がさらにある。これは、ＶＬＯまたはＶＬＩ（等式９または１０）自体が無限遠にある（それらの最初の２つの座標が０に十分近いところにあることを意味する）とわかれば検出可能である。この例において、であり、距離ＤＣＰは、対応する（ｕ_K，ｖ_K）が０でない、物体平面の任意の点（ｘ_K，ｙ_K）を取り、図８（ｃ）の図に従って計算することにより決定することができる：と仮定すると、等式（２２）からのように進む。これで、面の変位を決定する主要アルゴリズムの説明を終わる。９．４変換行列の決定このセクションでは、等式（１）に用いられる変換行列Ｔをどのように計算するかを示す。ここで提示される方法はわずか４つの共面点の間でマッピングする解析的方法であり、投影面のその所与の４つの点がわかる射影幾何学の基本理論に基づく：定数ｃ₁、ｃ₂およびｃ₃は、のようになることがわかる。これを行列の形式で表わすととなり、からなる行列Ｍは理想点原点およびユニットポイントを以下のように変換する：（42） p₁ ＝（100）^M ＝i_xM （単位ｘベクトル） P₂ ＝（010）^M ＝i_yM （単位ｙベクトル） P₃ ＝（001）^M ＝OM （原点） p₄ ＝（111）^M ＝UH （ユニットポイント）ゆえに、４つの任意の点ｐ₁、ｐ₂、ｐ₃およびｃ₄を４つの任意の他の点ｑ₁、ｑ₂ 、ｑ₃、ｑ₄にマッピングする変換を構成するためには、２つの変換が構成されなければならない：そうするとＭは、 q₁ ＝ p₁ ^M （44）は、 M ＝ M₁ ^-1 M₂ （45）によって与えられるようになる。このセクションでは、ｐおよびｑはベクトルであることに注目されたい。主要セクションにおいては、縦ベクトルが用いられるので、 T ＝ M^T （46）である。最後に、別の方法（ここには図示せず）では４つより多い点を受入れ、疑似逆数を用いて最小二乗法近似を行なう。この第２の方法は、予想される誤差を補償するために、測定される点の数を増加させた例において用いることができる。パン・アンド・ティルト・ミラーのための酌量結像されたデータ点は像の面の座標に与えられる三次元の点に変換されて戻った後、ビーム分割器アセンブリおよびパン・アンド・ティルト・ミラーによる反射を酌量することが残る。 ⁱXは反射されるべき点であり、 ⁱｎは反射面に対する単位長の垂線である場合、 ⁱｘ₀は反射面にある点であり（すべて像の面の座標で表される）、そうすると ⁱｘ_rはその反射はによって与えられる。上の行列は、この発明ではその必要はないが、標準的な方法を用いて反転されてもよい、標準的な変位の型の変換である。これらの行列はさらに、ビーム分割器を初めに扱いその次にパン・アンド・ティルト・ミラーを扱うよう、通常通り右から左にカスケードされてもよいが、パン・アンド・ティルト・ミラーのための反射面の点 ⁱｘ₀および垂線 ⁱｎは、パン・アンド・ティルト・ミラー反射行列がそれらから形成される前に、ビーム分割器反射行列によって先に変換されなければならない。最後に、パン・アンド・ティルト・ミラーの位置を見つけるのに主要アルゴリズムが用いられる場合には、一度これらはビーム分割器を通して反射されているということによび点として直接用いることができる。反復当てはめ手順を続いて用いると、その結果精度が向上するであろう。この発明の装置を用いて検出される像を処理するのに、他の数学的プロセスをさらに用いることもできる。この発明のさらなる特性この発明は車両の緩衝装置の状態を判断するのにさらに用いることができる。これはまず車両を「揺動すること」によって行なわれる。車両を揺動することはアライメント手順、またはさらに言えば、緩衝装置を検査することにおいて通常のステップであり、車両を開放する車両を上下に振動させるために、たとえば車両のフードを押すことによって車両に単一の鉛直力を働かせ、車両を解放することを必要とする。次に、車両が上下に振動する状態で、この発明の装置は各車輪のターゲットの読取をとる。そうする際に、緩衝の程度を判断するために、緩衝された波形を定義するターゲットの運動がモニタされてもよい。緩衝が十分でない（つまり、車両の上下運動または揺れが十分速やかに停止しない）場合には、それは緩衝装置が故障していることを示す。特定の緩衝装置の信頼性、つまり、コンピュータ３２によってアライメント装置のオペレータに指示してもよい１つの結果に関して判断を出すことができるという点において、この発明は特に有利である。車両の緩衝装置の状態の判断において、車両の振動をモニタするのに、モータ車の車体の任意の適当な部分が選択されてもよいことは明らかである。ゆえにたとえば、装置は車輪のハウジングの端部に焦点を当ててもよいし、または代替的に、モータ車の車体部上の都合のよい位置に置かれた小さいターゲットに焦点を当ててもよい。加えて、この装置はモータ車の荷重がかかったときの高さを計算するのに用いることができる。このパラメータは、作動中に積荷を運搬するであろうピックアップのような車両の車輪のアライメントの決定において特に重要である。この積荷は車両を下げる効果を有し、ゆえにアライメント手順の間にこのことを酌量するのは好ましい。伝統的には、荷重がかかったときの高さ、または車両のシャーシの地面からの高さは、巻尺のような計器でそれを物理的に測定することによって決定される。この測定値は、当該車両のための補償因子を決める基準表と比較される。しかしながら、この発明の方法および装置は、車体の適当な部分を見て、車両が上に乗っている試験ベッドからの車両の高さを決定することによって、この測定を直接行なうことができる。この高さが決定されると、それはコンピュータ内に記憶される標準的な探索テーブルと比較されて、コンピュータが補償因子を生ずることができる。この発明の利点この発明の装置の一般的な利点は、複雑な機械機器または電子機器が当該モータ車の車輪に取付けられる必要がないため使用が比較的容易であるという点である。高感度でかつ複雑な機器は試験中のモータ車から独立してかつ離れたところにあるハウジング内にマウントされるので、万一モータ車がたとえば車輪案内部から外れて駆動された場合でも、機器に対して如何なる損傷も引き起こされることはない。一方先行技術のヘッドだと単なる震動または落下によって衝撃を受けて較正から外れる可能性があり、それは車輪にマウントされる成分にとって大きな損傷となって計算結果に影響する。別の利点は、この機器はほんの僅かなオペレータコマンドを必要とするだけであり、オペレータの応答および／またはコマンドを受信および／または記録するために単純な可聴出力および同様に単純な音声認識を有して、手が空くように容易に作られ得るであろう。この発明は、アライメントの決定が比較的速やかになされ得るというさらなる利点を有する。このことによってアライメント決定を行なう業界内での高い経営業績が可能となる。この装置のさらなる利点は、それが図４に示されるように試験中のモータ車の上に邪魔にならぬように置くことができるという点である。これは、装置がモータ車を妨害した際に高感度アライメント決定装置を損傷する可能性を実質的に小さくする、という明らかな利点を有する。この構成の別の利点は、測定用装置は最小の床面積しか使用せず、モータ車の前部への接近を阻止する機器を全く有しないという点である。さらに、車両は後退および前進させることができるので、この装置は「振れ」のための必要な計算を行なうのに車をジャッキで上げることを必要としないという利点を有する。加えて、この装置は車輪の相対的アライメント以外の情報を決定するのに使うことができる。たとえば、アライメント装置は適当な文字認識能力を備えればモータ車の番号灯を読むのに用いることができ、それにより車両の製造およびモデル、ならびに（もし入手可能であれば）整備歴、ならびにしたがってそのような車両の必要なアライメントパラメータのような情報を明らかにできるであろう。これによって、オペレータは装置にモータ車の詳細を入れなくても済む。益々多くの製造業者がバーコードをＶＩＮ番号灯に加えつつあるので、バーコードの付いたプレータを光学的に見て処理することにより同様の情報を得ることがさらに可能である。加えて、ボディまたはその外装のある一定の特徴をデータベース情報と比較することによって、車種を光学的に識別することがさらに可能である。この発明のさらに別の利点は、試験中の車両の前を、ワイヤ、コードまたは光線が通過しないという点である。多くのアライメント補正は車の車輪に前方から接近することによってなされるため、車両の前を通るワイヤ、コードまたは光線は技術者の邪魔をする傾向がある。しばしばこれらのワイヤ、コードまたは光線は妨害されるということに影響を受けやすく、それらかなければアライメント補正作業ははるかに容易となる。この利点に関連するのは、車輪上のターゲット間を通るコードまたはワイヤが全くなく、遠く離れた電源からターゲットに電力を供給するワイヤも全くないという事実である。このようにワイヤまたはコードがないことにより、やはり車両での作業は容易となる。加えて、ターゲットは相互連結または相互依存していないため、ターゲット像の最初の捕捉の後、他の車輪のための向きの計算を妨害することなくカメラの視界からターゲットの１つを遮ることが可能である。先に述べた先行技術の装置では、すべての試験ヘッドは相互依存しており、ヘッドの１つが「遮られ」ると機能することができない。この発明の概念は、多くの異なる方法で、モータ車の車輪のアライメントを決定するのに適用することができることは当業者にとって明らかである。たとえば、装置は、基準点がたとえば車輪の回転軸と車輪との交差点に位置する、各車輪のための基準点を定義してもよい。これらの点は処理されて、それに対して車輪のアライメントが計算され得るところのおおよそ水平な基準面を定義することができる。この方法は、上に車両が支持されている台が水平に置かれる必要、つまり高価な装置を必要とし、水平な基準面を定義することを必要とし、先行技術のアライメント装置において使用される、プロセスを必要としないという特定の利点を有する。この発明はある一定の好ましい実施例を参照して図示され記載されてきたが、さまざまな代替物および修正物が形式および詳細においてそこになされてもよいことを当業者は理解するであろう。したがって、以下の請求の範囲はこの発明の真の精神および範囲内に入るであろうそのようなすべての代替物および修正物を包含するとして解釈されることが意図されるものである。請求の範囲は：

Claims

【特許請求の範囲】１．モータ車輪のアライメントを決定するための装置であって、検査中の車両の車輪に取付けるための少なくとも１つの視覚的知覚可能なターゲット物体を含み、既知の幾何学特性を有する少なくとも１つの幾何学的に構成されるターゲット物体を含む、ターゲット手段と、検査中の車両の第１の車輪に取付けられる第１のターゲット物体と交差する少なくとも１つの第１の観察経路を含む空間参照システムを確立する光学的検査手段とを含み、前記光学的検査手段は前記第１の観察経路に沿って見られるように前記第１のターゲット物体の像を検査して、第１のターゲット物体の幾何学特性を描写する第１の像情報を発生するように動作し、さらに、前記第１のターゲット物体の既知の幾何学特性を描写する予め定められた参照情報に前記第１の像情報を関連させて前記ターゲット物体の前記空間参照システムに対する角度的な向きを決定し、それと同一の第１の向きの情報を発生するための、処理手段と、前記向きの情報を用いて前記第１の車輪のアライメントを示すための手段とを含む、モータ車の車輪のアライメントを決定するための装置。２．前記空間参照システムは、検査中の車両の第２の車輪に取付けられる第２のターゲット物体と交差する第２の観察経路をさらに含み、前記光学的検査手段は前記第２の観察経路に沿って見られるように前記第２のターゲット物体の成分の像を検査して、第２のターゲット物体の幾何学特性を描写する第２の像情報を発生するようにさらに動作し、前記処理手段は前記第２のターゲット物体の既知の幾何学特性を描写する予め定められた情報に前記第２の像情報を関連させて前記第２のターゲット物体の前記空間参照システムに対する角度的な向きを決定して、それと同一の第２の向きの情報を発生するようさらに動作し、用いるための前記手段は前記第２の向きの情報を用いて前記第２の車輪のアライメントを示す、請求項１に記載の装置。３．用いるための前記手段は前記第１の向きの情報と前記第２の向きの情報とを用いて前記第２の車輪に対する前記第１の車輪の相対的アライメントを示すディスプレイ手段である、請求項２に記載の装置。４．前記第１および第２のターゲット物体は検査中の車両の前輪にそれぞれ取付けられ、前記ディスプレイ手段は前記第１および第２の車輪の検知されたアライメント角の状態を同時に示す、請求項３に記載の装置。５．前記第１の像は前記第１の車輪が第１の位置にある状態で見られ、前記光学的像検査手段は前記第１の車輪がその軸について第２の位置へ回転させられた後で前記第１のターゲット物体の別の像を検査して、前記別の像に現れるように第１のターゲット物体の幾何学特性を描写する像情報をさらに発生するようにさらに動作し、前記処理手段は前記さらなる像情報を前記第１の像情報と関連させて前記第１のターゲット物体の、前記第１の車輪の回転軸に対する関係を決定するようさらに動作する、請求項１に記載の装置。６．モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法であって、空間参照システムと定義するステップと、ターゲット上にパターンを定義する複数の幾何学的に構成される成分を有するターゲットを提供するステップとを含み、前記成分は既知の幾何学特性および互いに対する関係を有し、さらに、ターゲットが車輪に対して決定可能な関係を有するように、ターゲットを車輪上に位置させるステップと、ターゲットを観察経路に沿って見てターゲットの成分の検出される像を形成するステップとを含み、前記観察経路は前記空間参照システムに対して既知の関係を有し、さらに、検知された像の少なくとも２つの成分の幾何学特性およびそれらの間の関係を決定するステップと、検知された像の成分の決定された特性および関係を、ターゲット上の対応する成分の既知の幾何学特性および関係と関連させて、空間参照システムに対するターゲットの角度的な向きを決定するステップと、前記角度的な向きを用いて空間参照システムに対する車輪のアライメントを決定するステップとを含む、モータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。７．ターゲットは、検知された像を発展させる電子結像装置を用いて見られる、請求項６に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。８．それに対して車輪のアライメントが決定されるところの基準面を確立するステップをさらに含む、請求項７に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。９．確立される基準面は車両の別の車輪の主平面である、請求項７に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１０．成分の決定された特性および関係を関連付けるステップは、成分の特定の寸法を成分の検知された像の対応する寸法に関連付けるステップと、そのような寸法の関係を用いて、検知された成分の向きを決定するステップとを含む、請求項８に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１１．前記ターゲットの表面を含む成分に垂直な観察経路に沿ってターゲットを見ることによって基準像を確立するステップをさらに含む、請求項１０に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１２．対応する、前もって記憶された電子データにアクセスすることによってターゲットの基準像を確立するステップをさらに含む、請求項１０に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１３．前記車両の懸垂の保全性をさらに判断し、前記車両に力を伝えてそれを垂直に上下振動させるステップと、前記車両の懸垂に振動を緩衝させるステップと、振動が緩衝される方法を証明する、時間に関連するデータをターゲットに生じさせるステップと、前記時間に関連するデータを理想化された緩衝を表わす対応するデータと比較して、懸垂の保全性を示す情報を得るステップとを含む、請求項６に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１４．車輪を回転させて、ターゲットが複数の異なる回転位置を通って動くようにするステップと、ターゲットを見て、ターゲットの各々の回転位置でのターゲットの少なくとも２つの成分の複数の別々の検知される像を形成するステップと、各検知された像における成分の幾何学特性およひ関係を決定するステップと、前記決定された幾何学特性および関係の各々を、ターゲットの対応する成分の既知の幾何学特性および関係と関連付けて、各回転位置での前記ターゲットの空間位置を決定するステップと、検知された像を統合することによって回転面を形成するステップと、前記回転面の回転軸を決定するステップと、前記回転軸の向きを車輪の回転軸の向きと比較して、ターゲットの、車輪の回転軸に対する向きを決定するステップと、車輪の主面をその回転軸に対して垂直になるように定義し、それによって車輪の向きを決定するステップとによって、ターゲットの車輪に対する関係を決定するステップをさらに含む、請求項７に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１５．車輪の回転軸上に位置する、各車輪のための基準点を決定するステップと、前記基準点を含む一般的に水平な基準面を定義するステップと、モータ車の車輪の、前記基準面に対するアライメントを決定するステップとをさらに含む、請求項１４に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための方法。１６．少なくとも１つのモータ車の車輪の、少なくとも１つの観察経路に対するアライメントを決定するための装置であって、車輪上にターゲットを定義し、車輪に対する決定可能な関係を有する手段を含み、前記ターゲットは既知の幾何学特性の少なくとも１つの要素を含み、さらに、前記１つの観察経路に沿って前記ターゲットを見、前記１つの要素に対応する見られる像の要素の幾何学特性を定義する要素情報を作り出すための、結像手段と、前記要素情報を前記１つの要素の既知の幾何学特性と関連させて、前記ターゲットの観察軸に対する向きをまず決定し、その後車輪のアライメントを証明するアライメント情報を作り出すための計算手段と、前記アライメント情報に応答して、車輪のアライメント調整を行なうのに役立つアライメントの表示を与えるよう動作する手段とを含む、少なくとも１つのモータ車の車輪の、少なくとも１つの観察経路に対するアライメントを決定するための装置。１７．前記結像手段は、電子結像装置と、光を前記ターゲットから前記装置へ向けるための関連の光学成分とを含む、請求項１６に記載の装置。１８．前記光学成分は前記結像装置上に前記光の焦点を合すためのレンズ手段を含む、請求項１７に記載の装置。１９．前記ターゲットを定義する前記手段は、上に１つの要素が配置されるターゲットの表面を形成する反射手段と、前記反射手段を車輪に取付けるための手段とを含む、請求項１８に記載の装置。２０．別の車輪上に別のターゲットを定義しそれに対して決定可能な関係を有する手段をさらに含み、既知の幾何学特性の少なくとも１つの他の要素をさらに有し、前記結像手段は、前記別のターゲットを別の観察経路に沿って見るようにさらに動作して、前記別の要素に対応する見られる像の要素の幾何学特性を定義するさらなる要素情報を作り出し、前記計算手段は前記さらなる要素情報を前記別の要素の既知の特性に関連付けるようさらに動作して、前記別のターゲットの、前記観察軸に対する向きをまず決定してその後他方の車輪のアライメントを証明するさらなるアライメント情報を作り出し、前記アライメント情報に応答する前記手段は前記さらなるアライメント情報にさらに応答して、他方の車輪のアライメント調整を行なうのに役立つアライメントの表示を与えるよう動作する、請求項１６に記載の装置。２１．前記結像手段は観察経路を第１および第２の成分経路に分割する手段を含み、第１の成分経路は車両の左側のターゲットを見るために用いられ、第２の成分経路は車両の右側のターゲットを見るために用いられる、請求項２０に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための装置。２２．前記結像手段は、車両の左および右側の車輪に固定されたターゲット上に第１および第２の成分経路をそれぞれ向けるためのパン・アンド・ティルト・ミラーをさらに含む、請求項２１に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための装置。２３．前記ターゲットの要素は少なくとも１つの円形の形状を含む、請求項２２に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための装置。２４．前記ターゲットは平面であり、各々はプレートと、プレートをモータ車の車輪に固定するための手段とを含み、前記プレートはその表面に形成される複数の円形要素を各々含む、請求項２３に記載のモータ車の車輪のアライメントを決定するための装置。２５．ターゲットの、観察経路に対する向きを決定するための方法であって、ターゲットが物体に対して決定可能な関係を有するようターゲットを物体上に確立するステップを含み、ターゲットは既知の幾何学特性の少なくとも１つの要素を含み、さらに、ターゲットを観察経路に沿って見てその少なくとも１つの検知される像を形成するステップと、検知されたイメージ上の少なくとも１つの要素の幾何学特性を決定するステップと、前記決定された特性をターゲット上の対応する要素の既知の幾何学特性と関連付けて、ターゲットの、観察経路に対する角度的な向きを決定するステップと、前記角度的な向きと前記決定可能な関係とを用いて前記物体の向きを決定するステップとを含む、物体の、観察経路に対する向きを決定するための方法。２６．物体の、既知の基準に対する向きを決定するための方法であって、物体上にターゲットを確立するステップを含み、前記ターゲットは既知の幾何学特性の少なくとも１つのターゲット要素を含み、さらに、物体を回転させて、ターゲットが数多くの異なる回転位置を通って回転するようにさせるステップと、ターゲットが回転する状態でそれを見て、ターゲットの要素の複数の別々の検知される像を形成するステップとを含み、各々の検知される像は、ターゲットの、異なる回転位置で形成され、さらに、各検知される像のためのターゲットの要素の幾何学特性を決定するステップと、前記決定された幾何学特性の各々をターゲットの要素の既知の幾何学特性と関連付けて、検知される像を形成するためにターゲットが見られた各々の異なる回転位置での前記ターゲットの要素の空間位置を決定するステップと、ターゲットの要素の異なる空間位置を統合することによって回転面を形成するステップと、前記回転面の回転軸を決定するステップと、前記回転面の前記回転軸の向きを、物体の回転軸の向きと関連付けて、物体の向きを決定するステップとを含む、物体の、既知の基準に対する向きを決定するための方法。２７．物体の、観察経路に対する向きを決定するための装置であって、物体上にターゲットを定義するために手段を含み、前記ターゲットは物体に対して決定可能な関係を有し、前記ターゲットは既知の幾何学的特性の少なくとも１つの要素を含み、さらに、観察経路に沿ってターゲットを見、ターゲットの少なくとも１つの検知される像を決定するための結像手段と、検知される像の少なくとも１つの要素の幾何学特性を決定し、前記決定された特性をターゲットの対応する要素の既知の幾何学特性と関連付けて、ターゲットの、観察軸に対する向きを決定するための計算手段と、ターゲットの前記決定された向きを用いて物体の向きを決定するための手段とを含む、物体の、観察経路に対する向きを決定するための装置。