JPS62138711A - 光軸変位角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は入射光の光軸の傾きを検出する装置に関するも
ので、本装置の基準軸と入射光軸とを有する平面上での
両軸のなす角度を測定するものである。本発明は例えば
車両の駆動系であるプロペラシャフトのジヨイント角を
測定するのに用いる。

〔従来の技術〕

車両の駆動系はエンジン、プロペラシャフト、デファレ
ンシャルギヤ（以下デフと呼ぶ）等からなり、それぞれ
回転軸を有している。これらの軸は互いにフックスジヨ
イントで連結されており、その連結部においては定めら
れたジヨイント角を有している。このジヨイント角は駆
動系から発生する騒音と関係している事は良く知られて
いる。

その為にジヨイント角を計測する事は重要なこととなっ
ている。角度を精密に測定する装置としてはレーザ光の
ドツプラ効果を利用するものが知られているが、この方
法は角度の絶対値が計測できず、角度がどれだけ変化し
たかという相対変位角しか測定できないためジヨイント
角を測定するには不向きであった。その為ジヨイント角
の測定は水４！器、分度器等を利用しているのが現状で
、精度や再現性が悪く、また計測工数が大であるという
欠点を有していた。したがってジヨイント角を簡便にか
つ精度良く計測する方法が望まれていた。

本発明は、かかる要請を満足する角度計測を可能にする
光軸変位角測定装置を提供する事を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光軸変位角検出装置は、入射光の一部を反射し
残りを通過させるビームスプリッタ１１と、このビーム
スプリッタと距離ｄだけ離れた位置にビームスプリッタ
１１の反射面と平行な反射面を有する反射鏡１２と、ビ
ームスプリッタ１１および反射鏡１２にそれぞれ対向し
て設け、ビームスプリッタ１１および反射鏡１２からの
反射光を入射させ、その入射点位置を２次元座標で検出
するイメージセンサ１３および１４と、このイメージセ
ンサ１３，１４で求めた２つの座標からビームスプリッ
タ１１に入射する光の光軸の角度変位を演算する手段６
とを具備している。

〔発明の効果〕

本発明の測定装置によれば入射光軸の角度変位を入射光
の座標変化より得る事ができるため角度変位の絶対値を
求める事ができる。また座標を２個検出している為に入
射光軸は本装置に対し平行にズしていても測定は可能で
あるので、入射光に対する本装置の位置決めはラフで良
＜、簡便で計測工数を減少できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明を自動車のプロペラシャフトのジョイン
ト角計測に応用した実施例で、■および２は図面では示
さないエンジンによって駆動されるプロペラシャフトで
フックスジヨイント３により２分割されている。プロペ
ラシャフト１および２はそれぞれの中心軸が直線上には
なく、一般に１０度以内のジヨイント角θを有して結合
されている。４はプロペラシャフト２に設置した発光手
段で、プロペラシャフト２の中心軸に平行な光軸を有す
る光線７を発射する。５はプロペラシャフト１に設置し
た光軸変位角検出装置の検出部で、基準軸５ａを有し、
プロペラシャフト１の中心軸と基準軸５ａが平行を維持
できる構造となっており、基準軸５ａと光線７の光軸と
のなす角に関する出力信号を出す。６は検出部５の出力
信号よりジヨイント角θを演算して表示する演算表示部
である。

第２図は第１図に示した発光手段４を示す斜視図で、外
形は■溝４ａ、４ｂを２ケ所に有する略直方体構造をし
ており、それぞれの面は直角になる様研麿仕上げしであ
る。■溝４ａ、４ｂはプロペラシャフト２の軸２ａに対
して水平あるいは垂直に光線を発する様に設けである。

発光手段４の内部には半導体レーザ４１、レンズ４２お
よび半導体レーザ駆動回路４３を内蔵しである。また発
光手段４は、図面では示していない、永久磁石を内蔵し
てあり、プロペラシャフト２に磁力で固着する。

第３図は第１図に示した検出部５の構造を示す断面図で
、第２図に示した発光手段４と同様に■溝を有する直方
体で各面は互いに垂直となる様に研磨仕上げしである。

第３図において７は入射光、１０は入射光７の波長のみ
を通過させ外乱光を力。

ソトするフィルタ、１１はビームスプリッタで入射光７
の一部を反射し、その反射光７ｂを出力するとともに入
射光７の一部を透過し、その透過光７ａを出力する。１
２は反射鏡で透過光７ａを反射する。１３および１４は
入射位置検出器で入射する光の二次元入射点座標に応じ
た座標信号を発するもので、ポジション・センシング・
ディテクタ（例えば浜松ホトニクス■製Ｓ　ｌ　３００
）等が使用できる。入射位置検出器１３および１４はそ
れぞれビームスプリッタ１１および反射鏡１２に図示の
如く対向して設けてあり、それぞれビームスプリッタ１
１の反射光７ｂおよび透過光７ａの入射点位置を求める
。１５は入射位置検出器１３および１４の出力信号を処
理するヘッドアンプ回路を構成したプリント基板である
。

第４図は第３図に示したヘッドアンプ回路１５の構成を
示すもので、入射位置検出器１３および１４に対しそれ
ぞれ独立に同一の処理回路１５ａ。

１５ｂが設けである。処理回路１５ａ中で１５１ａ、１
５２ａ、１５３ａ、１５４ａは抵抗とオペアンプで構成
した公知の電流電圧変換回路で、１５５ａ、１５６ａは
抵抗とオペアンプで構成した減算回路である。この処理
回路１５ａにより、座標信号１３１を構成する各信号１
３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄは電圧信号に変
換されて出力される。

同様に入射位置検出器１４の座標信号１４１を構成する
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄは処理回路１
５ａと同一の回路構成を有する処理回路１５ｂで電圧信
号に変換され出力される。

第５図は第１図に示した演算表示部６の構成を示してお
り、６１および６２は同一の回路構成を有する増幅器Ａ
およびＢで、それぞれ構成は公知の為略すが、オペアン
プを用いた公知の非反転増幅回路を４チヤンヱル有して
おり、検出部５の出力座標信号である第４図に図示した
処理回路１５ａ、１５ｂの出力信号をそれぞれ増幅する
。６３はスイッチで検出部５の出力座標信号のサンプル
タイミングを決定する。６４はサンプルボールド回路で
公知の為構成は略すが、例えばディチル社製のＳＨＭ−
ｉＣ−１を８個用いて８チヤンネルの電圧信号を同時に
サンプルホールドする構成となっている。サンプルのタ
イミングはスイッチ６３の信号で決定される構成となっ
ており、サンプルホールド回路６４の出力信号はスイッ
チ６３が投入された時刻における入射位置検出器１３お
よび１４の座標が出力される。６５はマルチプレクサで
例えば公知のマルチプレクサ（ディチル社製ＭＸ−８０
８）を用いる。マルチプレクサ６５はサンプルホールド
回路の８本の出力信号のうち１本の信号を選択し出力す
る。６６は公知のＡ／Ｄ変換回路で、例えばバーブラウ
ン社製の１２ビツトＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ８０−ＡＧ　
１２）を用いる。６７．６８．６９はそれぞれマイクロ
コンピュータを構成するもので、６７はＣＰＵ、６８は
ＲＯＭ、６９はＲＡＭであり、パスライン６１１で接続
されている。本実施例ではＣＰＵ６８は８ビツトのＣＰ
Ｕを用いている。（日立社製ＨＤ６８０３）またスイッ
チ６３の信号が割り込み信号として入力されている。Ｒ
ＯＭ６８には演算処理のプログラムが機械コードであら
かじめ記憶しである。ＲＡＭ６９はＲＯＭ６８に記憶し
であるプログラムを実行する上でのワークエリア用であ
る。

６１０は表示器で演算されたジヨイント角θを表示する
。６１１はパスラインである。

次に第５図に示したＲＯＭ６Ｂに記憶しであるプログラ
ムを第６図に示したフローチャートで説明する。

プログラムは２つのルーチンからなっており、第６図（
ａ）はイニシャルルーチンで、第６図（ｂ）は割り込み
ルーチンである。イニシャルルーチンは電源が導入され
ると起動されるルーチンでまずステップＳ１でメモリの
初期化等を行なう。

次にステップＳ２で表示器をクリアし、ステ・７プＳ３
で割り込みを許可する。その後、ステップＳ３を繰り返
し割り込み待ちとなる。第６図（ｂ）は割り込みルーチ
ンで、前述のイニシャルルーチンがステップＳ３を実行
し、かつスイッチ６３がＯＮされると実行を開始する。

まずステップ１１で自身の割り込みを不許可にし、次に
ステップ１２でマルチプレクサ６５のチャンネルをＣＨ
Ｉにセットする。次にステップｉ３でチャンネルＣＨＩ
のアナログデータをＡ／Ｄデータを読み込みＲＡＭ６９
内の特定の番地にストアする。次にステップｉ４でマル
チプレクサ６５を次のチャンネルＣＨ２にセットする。

ステップｉ５で８チヤンネルのデータを読み込んだか判
断し、８チヤンネル終了していなければＮｏとし、ステ
ップｉ３に戻る。このループを８回まわると８チヤンネ
ルのデータ（ＣＨＩ〜ＣＨ８のデータ）は読み込まれメ
モリにストアされたことになり、ステップ６に進む。ス
テップｉ６ではチャンネルＣＨ１からＣＨ４のデータを
用いて入射位置検出器１４に入射された座標ｐ　（ｘ＋
　、　　Ｙｌ　）を計算する。さらにステップ１７では
チャンネルＣＨ５からチャンネルＣＨ８のデータを用い
て入射位置検出器１３に入射された座標Ｑ　（Ｘ２．Ｙ
２）を計算する。

座標Ｐ、Ｑはそれぞれ次の様にして計算する。

ＣＨＩ−ＣＨ４のデータをそれぞれＸＩＡ＋　　Ｘ１ｌ
Ｉ＋Ｙ　、Ａ、　　Ｙ　、８とし、ＣＨ２−ＣＨ２のデ
ータをそれぞれＸ２Ａ、　　ＸＺ日＋　Ｙ２Ａ、　Ｙ２
Ｂとすると次式より求める。

ここでＬは入射位置検出Ｊｉ１３．１４の座標のとりう
る最大値である。

さらにステップ１８では、ステップｉ６．ｉ７で求めら
れたＰ及びＱの座標からジヨイント角θを計算する。そ
の計算式は次式で求める。

ここでｄは入射位置検出ｆｉ　１３および１４の座標原
点間の距離である。

以上の構成による第１図図示の本実施例の作動について
説明する。発光手段４をプロペラシャフト２に設置する
。その時、発光手段４からの光線７はプロペラシャフト
２の中心軸と平行となる。

ワックスジヨイント部３を挟んだ他方のプロペラシャツ
ｌ−１上に検出部５を設ける。この時、検出部５への入
射光線が内蔵の入射位置検出器１３゜１４の有効座標内
に入るように検出部５を適当に位置決めをして設ける。

本実施例では詳細に述べていないが有効座標内に入った
かどうかの判別はマルチプレクサの出力があるレベル以
下になるかどうか判断し、あるレベル以下であれば光が
入射していないということで判断できる。

そしてスイッチ６３を押すと表示器６１０にジヨイント
角θが表示される。

なお本実施例ではフィルター０を設けたが、外乱光に比
べて入射光パワーが充分大きい場合はフィルタを内蔵し
なくても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を自動車の駆動系であるプロペラ
シャフトのジヨイント角計測に応用した実施例を示す構
成図、第２図は発光手段４の構成およびプロペラシャフ
トに設けた斜視図、第３図は本発明の光軸変位角検出装
置の検出部の断面構成図、第４図は検出部内蔵のヘッド
アンプ回路図、第５図は本発明の光軸変位角検出装置の
演算表示部の構成図、第６図は演算表示部に内蔵したプ
ログラムのフローチャートを示す流れ図である。 １．２・・・プロペラシャツｌ−，３・・・フックスジ
ヨイント部、４・・・発光手段、５・・・検出部、６・
・・演算表示部、７・・・光線、１０・・・光学フィル
タ、１１・・・ビームスプリッタ、１２・・・反射鏡（
ビームスプリッタ）、１３．１４・・・入射位置検出手
段、θ・・・ジヨイント角。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第１図 第２図 第３図 二−、、、、、−、、、、、、、−Ｕ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入射光の一部を透過し残りを反射するビームスプリッタ
   と、該ビームスプリッタの反射面に平行な反射面を有す
   る反射手段と、この２つの反射面に対向してそれぞれ設
   けられ、前記反射面により反射した光線を入射しその入
   射点を２次元の座標で検出し座標信号を出力する入射位
   置検出手段を具備し、この座標信号より演算して入射光
   軸変位角を表示する演算表示部とを備えることを特徴と
   する光軸変位角検出装置。