JPH0816609B2

JPH0816609B2 - 角度測定装置

Info

Publication number: JPH0816609B2
Application number: JP61193591A
Authority: JP
Inventors: 常幸江上; 努斎藤; 繁宮脇; 憲一山本; 豪角
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1986-08-19
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPS6348408A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は角度測定装置に関し、例えば車両のプロペラ
シャフトのジョイント角を測定する等の用途に使用して
好適な角度測定装置に関する。

［従来の技術］車両の駆動系はエンジン、プロペラシャフト、ディフ
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
ジョイントで連結されており、その連結部においては定
められたジョイント角を有している。このジョイント角
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。その為にジョ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
レーザ光のドッ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
ジョイント角を測定するには不向きであった。その為ジ
ョイント角の測定は水準器、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。したがってジョイント角を
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に鑑みてなされたもので、ジョイ
ント角等を高精度かつ簡易に測定できるとともに、コン
パクトな構造の角度測定装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］本発明の構成を第１図および第３図で説明すると、角
度測定装置は、互いに角度をなす一対の基面１、２の一
方に設けられ、該基面２に沿ってこれに平行な光線７を
発する発光器４と、他方の基面１に設けられて上記光線
を入射せしめる受光器５とを具備している。上記発光器
４には円偏光の光線を発する発光手段が具備せしめてあ
る。また、上記受光器５には、板面に入射する上記光線
７の一部7aを通過せしめるとともに残る一部7bを入射方
向と異なる方向へ反射するビームスプリッタ板11と、上
記ビームスプリッタ板11の後方にこれと平行に設けられ
てビームスプリッタ板11通過後の光線7aを全反射せしめ
る反射板12と、検出面を平面状となし、上記ビームスプ
リッタ板11により反射された光線7bを入射せしめて入射
点の二次元座標に応じた座標信号を出力する第１の座標
検出手段13と、検出面を平面状となし、第１の座標検出
手段13の検出面と同一平面上に配し、上記反射板12によ
り反射された光線を入射せしめて入射点の二次元座標に
応じた座標信号を出力する第２の座標検出手段14と、上
記第１および第２の座標検出手段13,14の出力する座標
信号を処理するヘッドアンプ回路15と、該ヘッドアンプ
回路15から出力され上記第１および第２の座標検出手段
13、14でそれぞれ得られる入射点座標より、上記両基面
のなす角度を算出し表示する演算表示手段６とを具備せ
しめである。

［効果］上記構成の角度測定装置によれば、被測定基面のそれ
ぞれに発光器４と受光器５からの平行な反射光を並設さ
れた受光面が共通の平面をなす第１および第２の座標検
出手段で受けるようにしたから、高精度かつ簡易に両基
面のなす角度を測定することができる。しかも構造かコ
ンパクトになる。

そして、本発明の装置においては、発光器４より円偏
光光を発するようにしたから、光軸回りに発光器４の設
置位置が変化しても誤差を生じることなく正確な測定が
可能である。

［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、１および２は図面では
示さないエンジンによつて駆動されるプロペラシャフト
でフックスジョイント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度以外のジョイント角θを有して結合
されている。４はプロペラシャフト２に設置した発光器
で、一方の基面たるプロペラシャフト２の中心軸に平行
な光線７を発する。５は他方の基面たるプロペラシャフ
ト１に設置した受光器で、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は平行である。上記受光器
５は外部の演算表示手段たる角度演算表示器６に接続さ
れており、該演算表示器６は受光器５の出力信号を入力
してジョイント角θを演算表示する。

第２図には上記発光器４の斜視図を示す。発光器４は
各面が直角になる様研磨仕上げされた略直方体ケース45
を有し、ケース45内にはその長軸に沿ってレーザダイオ
ード41、コリメータレンズ42および直線偏光器43が配設
してある。レーザダイオード41は駆動回路44により発光
駆動される。

レーザダイオード41から出たレーザ光は直線偏光を一
般に持っており、また光線の広がり角があるため、コリ
メータレンズ42で平行光にする。コリメータレンズ42か
ら出た光線は偏光状態が変化せず、直線偏光光となる。
コリメータレンズ42を通過した光線は直線偏光器43を通
過するのであるが、直線偏光器43は1/4波長板でありそ
の光学軸が入射する直線偏光光の偏光面に対してなす角
を45度にしておくと直線偏光器43を通過した光は偏光面
を持たない円偏光になる。

上記ケース45には下面および側面にそれぞれＶ溝4a、
4bが形成してあり、内蔵の磁石により上記Ｖ溝4a、4b部
分でプロペラシャフト２に吸着固定される。しかして、
図示の如く、Ｖ溝4aでプロペラシャフト２に固定する
と、発光器４より送出される光線７はプロペラシャフト
２の軸に平行となる。この光線７はプロペラシャフト１
に設けた受光器５に入射する（第１図）。

第３図は第１図に示した受光器５の構造を示す断面図
で、第２図に示した発光器４と同様にＶ溝を有する直方
体で各面は互いに直角となる様に研磨仕上げしてある。
第３図において、10は光線７と同じ波長の光のみを通過
させ外乱光をカットするフィルタ、11はビームスプリッ
タ板で、光線７の一部を反射し、反射光7bを出力すると
ともに光線７の一部を透過し、透過光7aを出力する。12
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（株）製S1300）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11の反射光7bおよび透過
光7aの入射点位置を求める。入射位置検出器13,14は第
３図に示されるようにその検出面を平面状となし、２つ
の検出面が同一平面上に位置するように配してある。15
は入射位置検出器13および14の出力する座標信号を処理
するヘッドアンプ回路を構成したプリント基板である。
プリント基板15は入射位置検出器13,14の背面側に、こ
れらと近接対向して設けてある。

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が設けてある。処理回路
15a中で151a、152a、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131a、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141
a、141b、141c、141dは処理回路15a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器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
よび増幅器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チャンネル有
しており、受光部５の出力座標信号である処理回路15
a、15b（第４図）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はサンプルホールド回路で公知の為構
成は略すが、例えばデイテル社製のSHM−iC−１を８個
用いて８チャ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（デイテル社製MX−808）を用いる。マルチプレクサ6
5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ビットA/D変換器（ADC80−
AG12）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、バスライン611で接続されている。本実施例ではC
PU67は８ビットのCPUを用いている（（株）日立製作所
製H6803）。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。ROM68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てある。RAM69はROM68
に記憶して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、演算されたジョイント角
θを表示する。

次に第５図に示したROM68に記憶してあるプログラム
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
（１）はイニシャルルーチンで、第６図（２）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投入さ
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、ステップ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（２）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i1で自身の割り込みを不許可にし、次に
ステップi2でマルチプレクサ65のチャンネルをCH1にセ
ットする。次にステップi3でチャンネルCH1のアナログ
データをA/Dデータとして読み込み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チャン
ネルのデータを読み込んだか判断し、８チャンネル終了
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チャンネルのデータ（CH1〜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i6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の入射された座標Ｐ
（X₁,Y₁）を計算する。さらにステップi7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,Y₂）を計算する。

座標P,Qはそれぞれ次の様にして計算する。CH1〜CH4
のデータをそれぞれX_1A,X_1B,Y_1A,Y_1Bとし、CH5〜CH8の
データをそれぞれX_2A,X_2B,Y_2A,Y_2Bとすると次式より求
める。

ここでＬは入射位置検出器13,14の座標のとり得る最
大値である。

さらにステップi8では、ステップi6,i7で求められた
Ｐ及びＱの座標からジョイント角θを計算する。その計
算式は次式で求める。

ここでｄは発光器４から入射位置検出器13に到る光路
の光路長と、発光器４から入射位置検出器14に到る光路
の光路長の差として定義され、上記角度測定装置では入
射位置検出器13,14の検出面を同一平面上に配したから
ビームスプリッタ板11と反射板12の間の距離であり、ま
た入射位置検出器13および14の座標原点間の距離であ
る。

上記構成の角度測定装置でジョイント角θを測定する
場合には、発光器４をプロペラシャフト２に吸着固定す
る。この時、発光器４から光線７はプロペラシャフト２
の中心軸と平行となる。フックスジョイント部３を介し
た他方のプロペラシャフト１上には受光器５を吸着固定
する。

この時、受光器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受光器５をプロペラ
シャフト１の軸方向に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
になるかどうかを判断し、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にジョイント角
θが表示される。

上記角度測定装置では、透過光7aが反射板12で反射光
7bと同方向に反射せしめて位置検出器14に入射するよう
にしたから、受光器５を光線７が入射する方向に短寸と
することがき、しかも位置検出器13,14を隣接して配す
ることができるから受光器がコンパクト化する。また、
位置検出器13,14の検出面が同一平面上に配してあるか
ら、ビームスプリッタ板11で反射した光が位置検出器13
に入射する角度と、反射板12で反射した光が位置検出器
14に入射する角度とが等しくなる。これにより位置検出
器13,14間で、入射点の二次元座標と座標信号の間の対
応関係が揃い、角度の測定誤差を抑えられる。

ところで、直線偏光の光線を測定に使用すると、ビー
ムスプリッタ板11での干渉等により、光軸回りに発光器
４の設置位置が変化すると誤差を生じることがある。こ
れに対して、本発明では円偏光せしめた光線を測定に使
用しているから、光線の偏光面は回転してビームスプリ
ッタ板11における光の強度等が一定であり、発光器４の
設置位置によって誤差を生じることはなく、正確な測定
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両のプロペラシャフトに角度測定装置を設け
た例を示す装置構成図、第２図は発光器の斜視図、第３
図は受光器の断面図、第４図はヘッドアンプ回路の回路
図、第５図は演算表示器の回路構成図、第６図はプログ
ラムフローチャートである。１、２……プロペラシャフト（基面）４……発光器 41……レーザダイオード 42……コリメータレンズ 43……直線偏光器５……受光器 11……ビームスプリッタ板 12……反射板 13……入射位置検出器（第１の座標検出手段） 14……入射位置検出器（第２の座標検出手段） 15……ヘッドアンプ回路６……演算表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮脇繁愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山本憲一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者角豪愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特公平２−4843（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭56−25601（ＪＰ，Ｂ２) 特公平１−39042（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭57−26169（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに角度をなす一対の基面の一方に設け
られ該基面に沿ってこれに平行な光線を発する発光器
と、上記基面の他方に設けられて上記光線を入射せしめ
る受光器とを具備し、上記発光器には、円偏光の光線を
発する発光手段を具備せしめるとともに、上記受光器に
は、板面に入射する上記光線の一部を通過せしめるとと
もに残る一部を入射方向と異なる方向へ反射するビーム
スプリッタ板と、上記ビームスプリッタ板の後方にこれ
と平行に設けられてビームスプリッタ板通過後の光線を
全反射せしめる反射板と、検出面を平面状となし上記ビ
ームスプリッタ板により反射された光線を入射せしめて
入射点の二次元座標に応じた座標信号を出力する第１の
座標検出手段と、検出面を平面状となし、第１の座標検
出手段の検出面と同一平面上に配し、上記反射板により
反射された光線を入射せしめて入射点の二次元座標に応
じた座標信号を出力する第２の座標検出手段と、上記第
１および第２の座標検出手段の出力する座標信号を処理
するヘッドアンプ回路と、該ヘッドアンプ回路から出力
され、上記第１および第２の座標検出手段でそれぞれ得
られる入射点座標より、上記両基面のなす角度を算出し
表示する演算表示手段とを具備せしめたことを特徴とす
る角度測定装置。
【請求項２】上記ヘッドアンプ回路をプリント基板によ
り構成し、該プリント基板を上記第１および第２の座標
検出手段の背面側に、上記第１および第２の座標検出手
段と近接対向せしめて配設した特許請求の範囲第１項記
載の角度測定装置。
【請求項３】上記発光手段を、直線偏光のレーザ光を発
するレーザダイオードと、該レーザダイオードの前方位
置に設けられ、光学軸を上記レーザ光の偏光面に対して
45度に設定した1/4波長板よりなる直線偏光器とで構成
した特許請求の範囲第１項記載の角度測定装置。