KR20050025092A - 차량 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20050025092A
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Abstract

휠 균형시험기의 측정축 주위로 회전 가능한 휠을 스캔하기 위한 방법 및 장치이다. 광원은, 휠 표면 위로 광선 빔을 방출하여 휠을 스캔하며, 상기 광선 빔은 반사되어 리시버(11)에 의하여 수신된다. 광원과 리시버는 서로 함께 이동되도록 구성된다. 평가장치가 상기 리시버에 연결되며, 위치센서가 광원과 리시버의 위치를 특정한다. 상기 평가장치는, 스캔 공정에 의하여 얻어진 데이터에 기초하여 컴퓨터 보조공정에서 휠의 구성부품들의 치수와 위치를 획인한다.

Description

차량 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPTICALLY SCANNING A VEHICLE WHEEL}
관련된 출원
본 출원은, "차량 휠의 공기압 타이어를 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치"란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호---, "자동차 휠을 균형시험(balancing)하기 위한 방법 및 장치"란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호---, "자동차 휠을 매칭(matching)하는 방법"이란 제목으로 동시에 출원되어 함께 계류중인 특허출원 일련번호---에 관련된 것이다. 상기 모든 출원들은 본 출원의 양수인에게 함께 양도되었으며, 참조를 위하여 전체로서 본 명세서에 편입된다.
본 발명은, 차량 휠, 특히 고정축에 배치된 자동차 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광원에 의해 방출된 광선 빔을 사용하여 자동차 휠 표면을 스캔하기 위한 방법 및 장치와, 그 반사된 빔을 탐지하기 위한 위치민감성(position-sensitive) 리시버(receiver)가, 참조를 위하여 본 명세서에 편입되는 "차량 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 장치 및 방법"란 제목의 미국 특허번호 6,535,281호에 개시되어 있다. 기준위치(reference location)에 대한 스캔된 위치(scanned location)의 간격은 방출된 빔과 반사된 빔의 방향에 기초하여 측정되며, 상기 광원과 위치민감성 리시버는 연속적인 측정공정을 위하여 회전구동에 의하여 공통축 주위로 함께 피봇된다.
본 발명은, 자동차 휠과 그 구성부품의 기하학적인 패러미터(parameters)를 조사하기 위한 개선된 방법 및 장치를 설명하고 있다. 차량 휠은, 휠 밸런서의 측정축(measuring shaft)과 같은, 고정축에 회전 가능하게 장착된다. 상기 휠은, 레이저 빔과 같은 하나 이상의 빔에 의하여 스캔된다. 광선 빔은 하나 이상의 소정위치로부터 자동차 휠 표면위로 향해진다. 상기 광선 빔은 자동차 휠 표면에서 반사되어 하나 이상의 소정위치에 설치된 하나 이상의 리시버에 의하여 수신된다. 디스크부, 림, 림 플랜지 또는 공기압 타이어와 같은 차량 휠의 구성부품의 치수 및/또는 위치는, 방출된 광선 빔과 반사된 광선 빔의 방향에 기초하여 컴퓨터의 보조를 받는(computer-aided) 공정에서 확인된다.
상기 림 프로파일은 휠의 양측면상에 대한 광학적 스캔 작업에 의하여 탐지될 수 있다. 휠의 종류나 디스크휠부의 종류는, 상기 스캔 작업의 결과에 기초하여 알아낼 수 있다. 또한, 상기 휠 디스크부와 림의 재료두께 뿐만 아니라 림 플랜지도 상기 스캔 작업에 의하여 결정될 수 있다. 광선 빔은 상기 자동차 휠의 양측상으로 주사된다. 각각의 반사된 빔들이 탐지된다. 광선 빔을 방출하는 광원과 반사된 빔을 수신하기 위한 리시버를 모두 포함하는 하나 이상의 센서장치가 사용된다. 상기 광원과 리시버는, 센서가 자동차 휠의 양측을 모두 탐지할 수 있도록 배치된다. 또는, 그 대신에 하나는 휠의 내부탐지용으로 다른 하나는 휠의 외부탐지용인 두 개의 센서장치가 제공될 수도 있다.
또한, 휠의 후방측 및/또는 휠의 바깥쪽으로부터 림을 스캔할 때, 상기 림에 장착된 하나 이상의 균형추(balancing weights)가 상기 스캔공정에 의하여 결정될 수 있다. 상기 스캔공정은 또한 각 균형추의 위치를 결정한다.
일 실시예에서, 위치, 특히 자동차 휠의 공기압 타이어가 팽창될 때의 타이어 밸브의 회전각도위치가 예컨대, 상기 스캔공정에 의하여 탐지된다. 상기 밸브 위치는, 자동차 휠에 대한 회전각도탐지공정에서의 기준위치(영점위치;zero position)로 사용될 수 있다.
상기 광학적인 광(光)스캔공정을 이용하여 휠 스포크(spokes)를 탐지하는 것과 관련하여, 상기 밸브 위치가 자동차 휠의 여러 스포크의 회전각도위치를 탐지하기 위한 기준위치로서 사용될 수 있다. 상기 스캔공정은 림에서의 스포크의 단부 위치와 치수를 탐지하기 위하여 수행된다. 상기 위치와 치수를 알면, 스포크 뒤에균형추를 배치하는 것이 용이해진다.
본 발명의 추가적인 실시예 및 장점들이 다음 상세한 설명에 의하여 당업자에게 보다 쉽고 명확하게 될 것이며, 본 발명에 대하여 단지 하나의 실시예가 도시되고 설명된다 하더라도, 이는 본 발명을 수행하기 위하여 고안된 하나의 최적예(best mode)를 나타낸 것에 불과하다 할 것이다. 앞으로 이해되어지는 바와 같이, 본 발명은 다른 다양한 실시예로 나타날 수 있으며, 그 여러 세부사항들이 본 발명을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 자명한 변형이 될 수 있다. 따라서, 첨부도면과 상세한 설명은, 실질적으로 설명하기 위한 것일 뿐 제한적인 것으로 간주되는 것은 아니다.
이하에서는, 명세서의 일부로서 편입되는 첨부도면과 함께 실시예들을 설명할 것이다.
다음 상세한 설명에서, 설명을 위하여, 본 발명의 충실한 이해를 제공하기 위한 다수의 특정한 세부사항들이 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 상기 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 면에서, 본 발명이 불필요하게 불명료하게 되는 것을 피하기 위하여, 블록 다이아그램 형태로 공지의 구조 및 장치들을 나타낼 것이다.
도1은, 자동차 휠을 스캔하기 위한 예시적인 시스템을 도시한 것이다. 도1에서, 자동차 휠(1)은 휠 디스크부(5)와 상기 휠 디스크부(5)의 주위에 고정된 림(4)을 구비한다. 공기압 타이어(10)는 상기 림(4) 상에 장착된다. 타이어 비드는 공지의 방식대로 상기 림(4)의 림 플랜지(6)에서 지지된다.
상기 자동차 휠(1)은, 휠 균형시험기(미도시)의 측정축(2)에 고정되며, 상기 측정축(2)으로 정의되는 회전축 주위로 회전 가능하게 지지된다. 상기 휠이 중심이 되는 위치에서 클램핑될 때, 상기 회전축은 휠축(3)과 일치하여, 상기 휠축(3)이 휠 균형시험기에 대하여 고정되게 배치되도록 한다.
차량 휠(1) 구성부품의 치수 및 위치는, 하나 이상의 센서장치(18)로 측정되고 컴퓨터를 사용하여 확인될 수 있다. 각 센서장치(18)는 레이저와 같은 광원(16)을 포함한다. 게다가, 각 센서장치(18)는, 위치감지 수신부재로서, CCD센서와 같은 리시버(12)를 포함한다. 광원(16)과 리시버(12)는 캐리어(14)에 고정된다. 상기 캐리어(14)는 피봇축(17) 주위로 피봇 가능하게 지지된다. 상기 캐리어(14)는, 선형으로 이동 가능하게(양방향 화살표19 참조) 장착될 수도 있고, 또는 측정축(2)과 상기 측정축(2)에 대한 휠(1)의 고정위치(21)에 대하여 미리 결정된 가이드 경로 상에서 이동 가능하게 장착될 수도 있다. 상기 피봇운동과 임의의 추가적인 선형 또는 가이드 운동은 하나 이상의 스테핑모터의 형태와 같은 구동수단(미도시)에 의하여 수행될 수 있다. 리시버 광학시스템(13)이 또한, 상기 캐리어(14)에 제공된다. 상기 리시버 광학시스템(13)과 CCD센서(11)는 상기 리시버(12)의 구성부분이다.
상기 광원(16)은 자동차 휠(1) 표면으로 광선 빔을 방출한다. 상기 광선은 표면에서 반사되고 촛점이 맞추어진 리시버 광학시스템(13)을 통과하여 CCD센서(11)의 센서부재 위로 향한다. 상기 CCD센서(11)는 조도 함수(illumination intensity function)의 복수의 국부적인 최대값들을 탐지할 수 있으며, 상기 국부적인 최대값들의 각각은 서로 독립적이다. 반사된 빔의 방향은, 광원(16)에 대한 휠(1)의 스캔된 위치의 거리에 의존한다. 상기 거리에 기초하여, 반사 빔이 상기 리시버 광학시스템(13)에 의하여 CCD센서(11)의 소정 위치로 향해지며, 이후 위치민감성 또는 위치의존(position-dependent)신호로 변환된다. 상기 신호는 위치센서(15)에 연결된 전자측정장치(8)로 향한다. 상기 위치센서(15)는 전자측정장치(8)에 광원(16)과 CCD센서(11)의 각 위치와 관련한 위치신호를 공급한다. 광원(16)과 리시버(12)는 공통의 캐리어(14)에 고정되어 있으므로, 서로 함께 움직인다. 상기 위치신호들은, 상기 휠 균형시험기(미도시)에 존재하는 기준위치에 관련된 것이며, 그 사이의 위치관계에 관한 것이고, 상기 휠 균형시험기에 고정되게 장착된 측정축(2)에 관련된 것이며 또한 휠(1)이 상기 측정축(2)에 고정되는 축방향 고정위치(21)에 관련된 것이다.
상기 전자측정장치(8)는, 광원(16)에 의해 방출된 광선 빔에 의하여 스캔되는 자동차 휠(1)의 표면위치에 상응하는 측정신호를 만들어낸다.
상기 자동차 휠(1)의 모든 표면 포인트, 특히 상기 디스크부(5)와 림(4)의 모든 표면 포인트는, 자동차 휠의 내측에 연결된 센서장치(18)(도면에서 좌측 센서장치(18))와 자동차 휠의 외측에 연결된 센서장치(도면에서 우측 센서장치(18))의 두 개의 센서장치(18)에 의하여 탐지될 수 있다. 센서장치(18)의 예들은, 참조를 위하여 본 출원에 편입된 상기 미국특허 6,535,281호에 개시되어 있다. 그러나, 휠(1)의 내외측 근처에서 미리 결정된 가이드 경로상에 있는 적절한 측정위치로 이동될 수 있는 단지 하나의 센서장치(18)를 사용하는 것도 또한 가능하다.
상기 자동차 휠(1)의 모든 표면 스폿을 탐지하기 위하여, 상기 휠(1)은 측정축(2)과 연결된 휠축(3) 주위로 회전가능하게 장착된다. 상응하는 측정신호를 공급하는 상기 전자측정장치(8)는, 각 센서장치(18)의 구성부분이 될 수 있으며, 또는 컴퓨터 형태의 평가장치(9) 내에 통합될 수 있다. 상술한 측정장치에 의하여, 휠 구성부품의 특성 뿐만 아니라 치수와 위치까지 결정될 수 있으며, 컴퓨터의 보조를 받는(computer-aided) 공정에서 상기 평가장치(9)에 의하여 평가될 수 있다.
상기 측정장치에 의하여, 상기 평가장치(19)로 림(4) 표면에서 스캔된 위치에 관련된 데이터를 전달할 수 있으며, 이로부터 림 표면(4)에서의 프로파일이 결정될 수 있다. 상기 림 프로파일은, 자동차 휠(1)을 균형시험할 때 예컨대, 부착추와 같은 균형추가 부착되는 위치를 제공한다. 림 내부표면은 도면에 도시된 좌측 센서장치(18)에 의하여 스캔된다. 상기 림 윤곽(contour)은 동일한 방식으로 휠의 외측에서 스캔될 수 있다.
림 플랜지(60의 형태는 동일한 스캔공정을 이용하여 결정될 수 있다. 각 센서장치(18)는 이를 위하여 적절하게 위치되며, 도면에 외부 림플랜지의 바닥 우측부에 일점쇄선으로 도시된 것과 같이, 광원에 의하여 방출된 광선 빔은 여러 위치로부터 상기 각 림 플랜지로 향해진다. 상기 림 플랜지의 프로파일 또는 형태는 이후 상기 센서장치(18)의 피봇운동과 임의의 직진운동, 또는 다른 형태로 가이드되는 운동에 의하여 탐지될 수 있다. 상기 림 플랜지의 형태는 또한 자동차 제조업자에게 기준(reference)을 제공한다. 상기 서비스 제공자는, 상응하는 데이터 뱅크로부터 균형추 사용을 선택할 것인지에 대한 지시를 얻을 수 있다.
상기 휠 디스크부(5)의 두께를 측정하는 것도 가능하다. 이를 위하여, 상기 디스크휠부(5)의 두개의 대향하는 표면이, 예를 들어 점선으로 도시된 바와 같이, 디스크휠부의 서로 대향되게 배치된 위치에서 스캔된다. 상기 휠 디스크부(5)의 두께는, 휠(1)의 내외측에서 감지된 서로 대향하는 표면위치에 관련된 정보에 기초하여, 상기 평가장치(19)에서 확인될 수 있다.
상기 휠 타입은, 휠 디스크부(5)와 림(6)에 관하여 측정된 기하학적인 데이터로부터, 또 상기 림 플랜지(6)의 확인된 형태로부터 결정될 수 있다. 그 과정은 상기 휠이 디스크휠을 포함하였는지 여부 또는 스틸 림 또는 경금속(lignt metal) 림을 구비하였는지에 관한 정보를 제공한다.
상기 센서장치(18)에 의하여 휠의 외부를 스캔할 때, 타이어 팽창밸브(22)의 위치를 탐지하는 것도 가능하다. 휠(1) 상에서의 타이어 팽창밸브(22)의 회전각도위치는, 상기 휠 디스크부(5)의 스포크 위치를 탐지할 때, 영점위치(zero position)와 같은 회전각도 기준위치로서 사용될 수 있다. 상기 휠 디스크부(5)의 스포크의 회전각도위치의 탐지는 또한, 상기 센서장치(18)로 수행될 수 있다. 이 경우, 광원(16)에 의해 방출된 광선 빔은, 스포크 또는 휠 디스크부(5)가 상기 림(4)에 연결되어 있는 스포크 단부(7)의 영역상으로 향해진다. '스포크(spokes)'라는 용어는 또한, 휠 허브로부터 림(4)까지 연장되며 그 사이에 개구가 제공된 휠 디스크부의 부품들을 결정하기 위하여 사용된다. 참조를 위하여 전체로서 본 명세서에 편입된 미국특허 5,591,909호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 센서장치(18)에 의한 회전각도위결정은 특히 스포크 뒤에 균형추를 고정할 때 유용하다는 것이 알려져 있다. 상기 타이어 팽창밸브(22)의 회전각도위치는, 매칭작업(matching operation), 다시말하면 상기 림(4) 또는 휠 디스크부(5)에 대하여 타이어를 조정하는(turning) 작업을 하기 위한 기준위치로 표현될 수 있다.
스포크와 타이어 팽창밸브(22)에 대한 회전각도위치를 탐지하는 작업은, 상기 측정축(2)에 결합된 회전각도센서(23)에 의하여 상기 평가장치(19)로 전달되는 회전각도신호와 결합하여 수행된다. 상기 회전각도센서는, 휠 균형시험기 내의 측정축(2)에 연결된다.
게다가, 상기 각 센서장치(18)에 의하여, 림(4)의 필요한 균형추의 양과 그 위치를 결정할 수 있다. 특히, 폭이 넓은 림을 다룰 때, 상술한 공정은 타이어를 교환할 때 또는 상기 휠 디스크부에 대한 측정작업을 할 때, 작업자가 균형추를 사용하는 것을 간과해버리는 위험을 피하게 한다.
차량 휠의 내부를 스캔하기 위하여 사용되는 상기 센서장치(18)는, 참조를 위하여 전체로서 본 명세서에 편입된 미국특허 6,535,281호에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 균형시험기(미도시)의 프레임에 피봇 가능하게 장착된다. 차량 휠(1)의 외측을 스캔하기 위한 센서장치(18)(도면에서 우측 센서장치(18))는, 피봇 가능한 프레임 상에 제공될 수 있으며, 특히 휠 균형시험기에 공지의 방식으로 제공된 휠 가드 후드(wheel guard hood;미도시) 상에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 센서장치(18)는 피봇 가능하게 장착된다. 또한, 이는 상기 피봇 가능한 후레임 또는 상기 휠 가드 후드에 선형으로 변위가능하게(양방향 화살표 20 참조) 장착될 수 있다.
본 발명에서 논의된 방법 및 장치는, 자동차 휠, 모터사이클 휠, 트럭 휠, 버스 휠 등과 같은 차량 휠의 어느 종류로도 될 수 있다.
본 발명은, 그 특정한 실시예에 관하여 설명되어 왔다. 그러나, 본 발명의 보다 넓은 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명에서 설명된 개념들은, 그 개념들을 벗어나지 않는 범위에서 네트워크로 연결된 표현 시스템(presentation system)의 다양한 작업들에 적용될 수 있다. 따라서, 상기 명세서와 도면은 한정적인 의미라기보다는 오히려 설명을 위한 것으로 간주되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 디스크부, 림, 림 플랜지 또는 공기압 타이어와 같은 차량 휠의 구성부품의 치수나 위치가, 방출된 광선 빔과 반사된 광선 빔의 방향에 기초하여 컴퓨터의 보조를 받는(computer-aided) 공정에의하여 용이하게 확인될 수 있다는 효과가 있다.
따라서, 차량 제조업자는, 상기 휠 구성부품들에 관련된 정보를 포함한 데이터 뱅크에 접속함으로써, 상기 휠 구성부품에 관련된 스캔된 데이터에 기초하여 균형추를 사용할 것인지 여부 등에 대하여 결정할 수 있다.
도1은, 자동차 휠을 스캔하기 위한 예시적인 시스템을 도시한 것이다.

Claims (13)

  1. 고정축 주위로 회전 가능한 휠을 광학적으로 스캔하는 방법에 있어서,
    상기 방법은, 하나 이상의 소정위치로부터 상기 휠 표면위로 하나 이상의 광선 빔을 방출하는 단계;
    상기 하나 이상의 광선 빔에 상응하여 휠 표면으로부터 반사되는 하나 이상의 빔을 하나 이상의 소정위치에서 받아들이는 단계; 및
    상기 하나 이상의 방출된 광선 빔과 하나 이상의 반사된 빔의 각각의 방향에 기초하여 휠 구성부품들의 치수(dimension)와 위치를 결정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠의 림 프로파일이, 상기 하나 이상의 방출된 광선 빔과 그 반사된 광선 빔으로 스캔되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    하나는 상기 휠 내부에 있고 다른 하나는 상기 휠 외부에 있는 적어도 두 개의 서로 대향하는 표면 위치가 스캔되며, 상기 휠 재료의 두께는 스캔위치에 관련된 위치데이터에 기초하여 컴퓨터보조(computer-aided) 공정으로 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    림 플랜지가 스캔되며, 상기 림 플랜지의 형태나 프로파일이 상기 스캔된 데이터에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 휠 타입이 휠 구성부품들의 스캔된 데이터에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 림에 고정되는 필요한 균형추가, 상기 스캔 공정에 의하여 탐지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    타이어 팽창밸브의 회전각도위치가 상기 휠 표면를 스캔함으로써, 탐지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타이어 팽창밸브의 회전각도위치가, 휠의 회전각도위치에 대한 기준위치로서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    휠 스포크(wheel spokes), 특히 상기 림에 연결된 스포크 단부영역의 회전각도위치가 탐지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 휠 균형시험기의 측정축에 고정축으로 부착된 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는, 휠 표면위로 광선 빔을 방출하는 하나 이상의 광원;
    상기 휠 표면으로부터 반사된 광선 빔을 받아들이기 위하여 상기 광원과 함께 이동하는 리시버; 및
    상기 광원 및 리시버의 위치를 특정하기 위하여 상기 리시버와 위치센서에 연결된 평가장치;를 포함하여 구성되며,
    상기 평가장치는, 상기 방출된 빔과 반사된 빔의 각각의 방향에 기초하여 컴퓨터보조공정을 사용하여 휠 구성부품들의 치수와 위치를 획인하는 것을 특징으로 하는 장치
  11. 제10항에 있어서,
    적어도 두개의 센서장치가 제공되며, 상기 각 센서는 휠의 내부와 외부를 스캔하기 위한 광원 및 리시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    휠의 외부를 스캔하기 위한 센서장치는, 휠 균형시험기의 휠 가드 후드(wheel guard hood)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    차량 제조업자와 휠 구성부품들에 관련된 정보를 포함한 데이터 뱅크에 접속함으로써, 상기 차량 제조업자가 상기 휠 구성부품에 관련된 스캔된 데이터에 기초하여 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020040070625A 2003-09-04 2004-09-04 차량 휠을 광학적으로 스캔하기 위한 방법 및 장치 KR101105096B1 (ko)

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