JPH0141921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホイールアライメント測定方法に関す
るものである。

自転車の前方の車輪Ｈには、第１図に示すよう
に上方から見て前方がどれだけ内方に傾斜されて
いるかを示すトーイン角θ₁と、第２図に示すよう
に前後方向から見て上方がどれだけ外方に傾斜さ
れているかを示すキヤンバ角θ₂とがあり、またこ
の車輪ＨのキングピンＫにはこのキングピンＫが
どれだけ内方に傾斜されているかを示すキングピ
ン角θ₃と、第３図に示すように側方から見て上記
キングピンＫがどれだけ前方に傾斜されているか
を示すキヤスタ角θ₄とがある。

従来、上記トーイン角θ₁、キヤンバ角θ₂、キン
グピン角θ₃およびキヤスタ角θ₄のようなホイール
アライメント諸元を測定する方法としては、水準
器を車輪に当接して各角度を求める方法である
が、この方法では測定に先だつて車輪のセンター
を求める作業を必要とするような困難性があつ
た。またローラー方式などによる測定方法もある
が、これも接触式であり、キングピン角θ₃やキヤ
スタ角θ₄のような本質的にハンドルをきらなけれ
ば判明しない計測においては車輪の変動量が大な
ることにより不向きである。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、
レーザー光を用いてホイールアライメント諸元、
特に従来測定が困難であつたキングピン角および
キヤスタ角を容易に測定できるようにするもので
ある。

本発明の一実施例を第４図に基づいて説明す
る。

ベース１にＸ方向ガイド２を固定するととも
に、Ｘ方向駆動ねじ３を回動自在に設け、上記Ｘ
方向ガイド２にＸ方向移動基部４を進退自在に嵌
着するとともに上記Ｘ方向駆動ねじ３に上記Ｘ方
向移動基部４を螺合し、さらに上記Ｘ方向駆動ね
じ３にベース１上に固定されたＸ方向駆動モータ
５を接続する。また上記Ｘ方向移動基部４の移動
方向に沿つて直動形ポテンシヨメータのようなＸ
方向位置検出装置６を設け、このＸ方向位置検出
装置６のスライダ７を上記Ｘ方向移動基部４に接
続する。

また上記Ｘ方向移動基部４にＹ方向ガイド８を
垂直状に固定するとともに、このＹ方向ガイド８
の上端の取付板９と上記Ｘ方向移動基部４との間
にＹ方向駆動ねじ１１を回動自在に設け、上記Ｙ
方向ガイド８にレーザー光学台１２を進退自在に
嵌着するとともに上記Ｙ方向駆動ねじ１１に上記
レーザー光学台１２を螺合し、さらに上記Ｙ方向
駆動ねじ１１の上端に上記取付板９上に固定され
たＹ方向駆動モータ１３を接続する。また上記レ
ーザー光学台１２の移動方向に沿つて垂直状に直
動形ポテンシヨメータのようなＹ方向位置検出装
置１４を設け、このＹ方向位置検出装置１４のス
ライダ１５を上記レーザー光学台１２に接続す
る。

また上記レーザー光学台１２にレーザー光の投
光部１６と受光部１７とからなるレーザー光学系
を設ける。上記投光部１６はヘリウムネオンガス
等を用いてレーザー光を発生させるもので、また
上記受光部はレンズ系１８とフオトダイオードア
レイのような多数の極小受光素子群体からなるス
クリーン１０とからなるものである。そして上記
レーザー光を物体面に照射して乱反射させ、その
乱反射光の一部すなわち同一密度をもつて１点よ
りレンズ口径への立体角状に放射される散乱光を
上記レンズ系１８を通し、レンズ系１８のもつ結
像位置に置かれたフオトダイオードアレイなど結
像位置の変動を測定できるスクリーン１９に集光
し、物体面の深度の変化を立体角を構成する光軸
の変動を介して上記スクリーン１９上の結像位置
の変動として取出すようにする。

上記レーザー光学系の測定原理を第５図および
第６図に基づいてさらに詳しく説明する。

乱反射光は、物体面上の点光源P₀からあらゆ
る角度に同密度で放射されている光線と考えるこ
とができる。まず、点光源P₀よりなるレンズ口
径までの立体角をとるとその立体角内の乱反射光
束は交差することなく光学原理にそして後部スク
リーン１９に第６図ａに図示するように結像点を
を結ぶ。つぎに物体が移動して乱反射光の点光源
P₀の移動により（深度の変化により）上記立体
角は多少変動するとともに光軸も多少変動する。
したがつて結像点は第６図ｂのように移動し、そ
の出力は微分処理することにより第７図に図示す
るようにその移動量l₀が明確に検出でき、物体の
深度の変化がわかる。なお上記スクリーン１９を
形成するフオトダイオードアレイは、一般に15μ
の分解能をもち、25mm程度の結像面をもつものが
ある。したがつて作業前に上記スクリーン１９の
基準位置を設定する作業がともなう。またこのよ
うにスクリーン１９の結像面が限られたものであ
るから、レンズ系１８を交換したりずらしたりす
ることによつて種々の物体面の深度の変化を上記
スクリーン１９の範囲内で適正りとらえることが
できるようにする。

つぎに上記レーザー光を用いてホイールアライ
メントを測定する方法について説明する。なお被
測定物体である車輪Ｈは自動車本体に装着した状
態でターンテーブル２１上に載せておく。

まず、第８図に基づいて車輪Ｈのトーイン角θ₁
を求める。前記レーザー光学台１２をナツクルス
ピンドルＳに向けてセツトし、Ｙ方向を固定する
とともにＸ方向移動基部４をＸ方向駆動ねじ３に
よつて前後方向に移動させながらレーザー光でス
キヤンニングを行なう。すなわち前記Ｘ方向位置
検出装置６によつて間歇的に投光部１６および受
光部１７の移動位置を検知するとともに、その各
移動位置において、前記投光部１６から車輪Ｈの
側面に向けてレーザー光を照射し、車輪Ｈからの
乱反射光の一部を前記受光部１７のレンズ系１８
を介して前記多数の極小受光素子群体からなるス
クリーン１９に結像し、たとえばナツクルスピン
ドルＳを基準点とした場合の車輪Ｈの側面の奥行
方向の深度の変化を上記スクリーン１９上の結像
位置の変動によつて検出する。そしてこのＸ方向
の各移動位置における深度の変化をコンピユータ
に記憶させてゆけば、車輪Ｈの側面のほぼ中央の
高さにおける前後方向の凹凸軌跡L₁が第８図に
示すように得られる。そこでたとえばこの軌軌
L₁の２個の膨出部の頂点を結ぶ直線l₁が前後方向
（Ｘ方向）の基線l_xに対してどれだけ傾斜してい
るかがわかり、トーイン角θ₁を求めることができ
る。

また前記レーザー光学台１２をナツクルスピン
ドルＳに向けてセツトし、Ｘ方向移動基部４を固
定するとともに、上記レーザー光学台１２をＹ方
向駆動ねじ１１によつて上下方向に移動させなが
らレーザー光でスキヤンニングを行なえば、上記
トーイン角θ₁を求めたのと同様にして車輪Ｈの側
面のほぼ中央位置における上下方向の凹凸軌跡
L₂が第９図に示すように得られ、たとえばこの
軌跡L₂の２個の膨出部の頂点を結ぶ直線l₂が上下
方向（Ｙ方向）の基線l_yに対してどれだけ傾斜し
ているかがわかり、キヤンバ角θ₂を求めることが
できる。

なお、上記実施例ではＸ方向またはＹ方向にス
キヤンニングして軌跡L₁または軌跡L₂を求めて
からトーイン角θ₁またはキヤンバ角θ₂を求めるよ
うにしているが、このようなレーザー光の無数の
照射を行なわなくても、たとえば車輪Ｈがレーザ
ー光学台１２のベース１に対して一定の場所およ
び方向にセツトされるようにすれば、レーザー光
学台１２をＸ方向およびＹ方向に移動して、径ご
とにあらかじめ決められた車輪Ｈ上の最低３点
P₁，P₂，P₃の位置にレーザー光を照射し、この
３点P₁，P₂，P₃の深度の変化を測定するだけで、
車輪ＨのＸ方向およびＹ方向の傾斜状態がわか
り、トーイン角θ₁およびキヤンバ角θ₂を求めるこ
とができる。

つぎにキングピンＫのキヤスタ角θ₄およびキン
グピン角θ₃を求める場合を第１０図および第１１
図について説明する。

第１０図ａに示すように、たとえばハンドルを
右にきつて車輪を右に角度θ₅だけ回動し、この車
輪Ｈの側面に対して、第１０図ｂ，ｃに示すよう
に、トーイン角θ₁およびキヤンバ角θ₂を求めると
きと同様に、Ｘ方向およびＹ方向のレーザースキ
ヤンニングを行ない、その車輪H₁の側面のＸ方
向の軌跡L₄およびＹ方向の軌跡L₃を求め、この
軌跡L₃，L₄の膨出部の頂点の少なくとも３点の
座標P₄（X₁、Y₁、Z₁）、P₅（X₁、Y₂、Z₂）、P₆
（X₃、Y₃、Z₃）を求め、この３点P₄、P₅、P₆を
含む平面F₁の方程式ｍ を求める。ついで第１１図ａに示すように、ハン
ドルを左にきつて車輪をキングピンＫを中心とし
て左に角度−θ₅だけ回動し、第１１図ｂ，ｃに示
すように、この車輪H₂の側面に対して再びトー
イン角θ₁およびキヤンバ角θ₂を求めるときと同様
に、Ｘ方向およびＹ方向のレーザースキヤンニン
グを行ない、この回動後の車輪H₂の側面のＸ方
向の軌跡L₆およびＹ方向の軌跡L₅を求め、この
軌跡L₅，L₆の膨出部の頂点の少なくとも３点の
座標P₄′（X₁′、Y₁′、Z₁′）、P₅′（X₁′、Y₂′、Z₂
′）、
P₆′（X₃′、Y₃′、Z₃′）を求め、この３点P₄′、P₅′
、
P₆′を含む平面F₂の方程式ｎ を求める。

そして、上記キングピンＫを中心とする回動の
前後の平面F₁，F₂から、逆にキングピンＫの傾
斜状態が求まるので、前記平面F₁，F₂の式ｍ、
ｎを計算処理して、キングピンＫのキヤスタ角θ₄
およびキングピン角θ₃を求める。

また以上の実施例ではレーザー光学台１２のベ
ース１とターンテーブル２１とを独立に設けてい
たが、上記ベースとターンテーブル２１とを直結
して車輪Ｈとレーザー光学系とを一体的に回動す
るようにしてもよい。このようにすれば、前記キ
ヤスタ角θ₄およびキングピン角θ₃の測定におい
て、レーザー光学系を小形化することができる。

その理由を第１２図を参照して説明すると、ま
ず説明を容易にするために、第１２図ａに示され
るようにトーイン角θ₁、キヤンバ角θ₂およびキヤ
スタ角θ₄の各角度を０にしたモデルを考える。そ
して第１２図ａに示される車輪Ｈが、傾角θ₆＝
90゜に置かれた正位置よりキングピンＫ回りに仮
にハンドル変角に基づく角度θ₅＝180゜回されたと
すると、傾角θ₆は90゜＋2θ₃となる。上記角度θ₅に
より変化する車輪の傾角θ₆はθ₆≒90゜＋（１−
cosθ₅）θ₃で内側に向けて増大し、θ₅＝180゜で上記
のように最大となる。なお上式より上記キングピ
ンθ₃は、上記角度θ₅と傾角θ₆により求まる。さら
に前記接点P₇は構造上角度θ₅の小変化内では変ら
ないため、第１２図ｂに示されるように、車輪Ｈ
のP₇点の接触力により回されたターンテーブル
２１と一体的に回動するレーザー光学系Ａが検出
する変量は上記傾角θ₆の変化によるものが主体と
なる。すなわち車輪Ｈの倒れの要因が大きい。こ
れに対してレーザー光学系Ａを定位置に設けた場
合は、第１２図ｃに示されるように、上記傾角θ₆
の変化による変量に加えてターンテーブル２１の
回転による変量ΔT＝T₁−T₂について余分な計測
能力（例えば深度の変化の長大化にともなうスク
リーン１９の大形化）を要求されることになる。
したがつて車輪Ｈを回動するターンテーブル２１
にレーザー光学系のベース１を直結して車輪とレ
ーザー光学系とを一体的に回動する方がレーザー
光学系の小形化に有利である。

本発明によれば、車輪をキングピンを中心とし
て回動し、この回動の前後においてレーザー光を
用いて車輪の傾斜状態を求め、この回動の前後に
おける車輪の傾斜状態からキヤスタ角およびキン
グピン角を求めるようにしたから、上記キヤスタ
角およびキングピン角の測定を無接触で容易に行
なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトーイン角を説明する平面図、第２図
はキヤンバ角およびキングピン角を説明する正面
図、第３図はキヤスタ角を説明する側面図、第４
図は本発明のホイールアライメント測定方法の一
実施例を示す斜視図、第５図はレーザー光学系の
測定原理の説明図、第６図はそのスクリーン上の
受光状態の説明図、第７図はそれを微分したもの
のグラフ、第８図はトーイン角を求める場合の説
明図、第９図はキヤンバ角を求める場合の説明
図、第１０図および第１１図はキヤンバ角および
キングピン角を求める場合の説明図、第１２図は
車輪とレーザー光学系とを一体的に回動すること
の利点を説明するための説明図である。 Ｈ……車輪、Ｋ……キングピン、θ₃……キング
ピン角、θ₄……キヤスタ角、１６……レーザー光
学系の投光部、１７……レーザー光学系の受光
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車輪をキングピンを中心として回動し、この
   回動の前後において、レーザー光を車輪の側面に
   照射しこのレーザー光の反射光によつて車輪の側
   面の深度の変化を測定するレーザー光学系を車輪
   の側面に対して相対移動させ、車輪の側面の深度
   の変化を検知し、この深度の変化から車輪の傾斜
   状態を求め、この回動の前後における車輪の傾斜
   状態から上記キングピンのキヤスタ角およびキン
   グピン角を求めるようにしたことを特徴とするホ
   イールアライメント測定方法。 ２ 車輪を回動するターンテーブルにレーザー光
   学系のベースを直結して、車輪とレーザー光学系
   とを一体的に回動するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のホイールアライメ
   ント測定方法。