(57)【要約】      （修正有）【課題】対象体（例えば車輪）の取り付け時における作業効率を向上させることができるアライメントシステムを提供する。【解決手段】アライメント対象となる対象体の表面形状に対応した画像を表示するシステムであって、回転軸を有し、一面側を対象体と相対して配置される支持体と、回転軸を中心にして支持体を０°より大きく３６０°より小さい所定角度で回転させる支持体駆動部と、各々が支持体の一面側に回転軸を中心とした同一円周上に分散して配置されており、支持体の回転に連動して対象体の表面をライン状のレーザ光によってスキャンしてその反射光に基づいて表面形状を検出して形状データを出力する複数のレーザセンサ２１ａ〜２１ｄと、複数のレーザセンサの各々から出力される形状データに基づいて表面形状を可視化した画像を生成する画像生成部と、画像生成部によって生成される画像を表示する画像表示装置とを含む、アライメントシステムである。【選択図】図３
2015137890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメント対象となる対象体の表面形状に対応した画像を表示するシステムであって、
回転軸を有し、一面側を前記対象体と相対して配置される支持体と、
前記回転軸を中心にして前記支持体を０°より大きく３６０°より小さい所定角度で回転させる支持体駆動部と、
各々が前記支持体の前記一面側に前記回転軸を中心とした同一円周上に分散して配置されており、前記支持体の回転に連動して前記対象体の表面をライン状のレーザ光によってスキャンしてその反射光に基づいて前記表面形状を検出して形状データを出力する複数のレーザセンサと、
前記複数のレーザセンサの各々から出力される前記形状データに基づいて前記表面形状を可視化した画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部によって生成される前記画像を表示する画像表示装置と、
を含む、アライメントシステム。
【請求項２】
前記支持体駆動部は、前記支持体を前記所定角度で正回転させることと前記支持体を前記所定角度で逆回転させることを交互に実行する、
請求項１に記載のアライメントシステム。
【請求項３】
前記複数のレーザセンサは、前記同一円周上においてほぼ等間隔で配置される、
請求項１又は２に記載のアライメントシステム。
【請求項４】
前記支持体駆動部は、前記複数のレーザセンサの個数をｎとすると３６０°をｎで除算した値に所定値を加算した角度で前記支持体を回転させ、
前記複数のレーザセンサの各々は、前記同一円周上において隣り合う前記形状データ同士の各一端に重複領域が生じるように前記表面形状を検出し、
前記画像生成部は、前記形状データ同士の重複領域については当該重複領域の各形状データを合成することによって前記画像を生成する、
請求項３に記載のアライメントシステム。
【請求項５】
前記支持体の一面側において前記回転軸を基準とした径方向に沿って前記複数のレーザセンサの各々の位置調整を行う位置調整機構を更に備える、
請求項１〜４の何れか１項に記載のアライメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の対象体（例えば車輪）を所定位置（例えば車体の車軸）に取り付ける際のアライメント技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造ラインにおける車輪を車体に取り付ける工程では、車輪を適正な状態で取り付けるために車輪のアライメント調整が行われる。このアライメント調整に関する先行技術は、例えば特開平６−１１４２０号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１に開示される自動車のホイールアライメント測定方法は、(a)車輪の側面に対して一対の非接触式の測距センサを対向させ、測距センサを静止させた状態で車輪を一回転させてその車輪の側面までの距離を連続的に測定すること、(b)車輪の回転に伴う測定に続いて、車輪を静止させた状態で測距センサを一回転させて車輪の側面までの距離を連続的に測定すること、(c)車輪回転時の測距データおよび測距センサ回転時の測距データに基づいて所定の演算を行い、トー角θを求めて表示装置に表示すること、を含む方法である。
【０００３】
ところで、上記に代表される従来のアライメント技術では、車輪の取り付け状態に関して表示装置に表示される内容はいくつかの数値のみであるため、アライメント調整に携わる作業者（特に非熟練者）にとっては車輪の取り付け状態を瞬時に把握しにくく、アライメント調整に要する時間が多くなり作業効率が低下するという不都合があった。なお、このような不都合は、車輪の取り付け工程に限らず、何らかの対象体を所望の位置へ所望の状態で取り付ける場合においても生じうることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、対象体（例えば車輪）の取り付け時における作業効率を向上させることが可能な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様のシステムは、（ａ）アライメント対象となる対象体の表面形状に対応した画像を表示するシステムであって、（ｂ）回転軸を有し、一面側を対象体と相対して配置される支持体と、（ｃ）回転軸を中心にして支持体を０°より大きく３６０°より小さい所定角度で回転させる支持体駆動部と、（ｄ）各々が支持体の一面側に回転軸を中心とした同一円周上に分散して配置されており、支持体の回転に連動して対象体の表面をライン状のレーザ光によってスキャンしてその反射光に基づいて表面形状を検出して形状データを出力する複数のレーザセンサと、（ｅ）複数のレーザセンサの各々から出力される形状データに基づいて表面形状を可視化した画像を生成する画像生成部と、（ｆ）画像生成部によって生成される画像を表示する画像表示装置とを含む、アライメントシステムである。
【０００７】
上記構成によれば、支持体を回転させながら複数のレーザセンサにより対象体の表面形状をスキャンしてその画像を表示することができるので、対象体（例えば車輪）の取り付け状態を視覚的に把握しやすい。したがって、対象体の取り付け時における作業効率を向上させることが可能となる。また、同一円周上に分散配置された複数のレーザセンサを用いて対象体の表面形状を部分毎にスキャンしていることから、表面形状のスキャンに要する時間を大幅に削減することが可能であり、この点からも作業効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態の車輪アライメントシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、センサ取付ディスクの配置状態を示す模式的な側面図である。
【図３】図３は、センサ取付ディスクへのレーザセンサの取り付け状態を示す模式的な平面図である。
【図４】図４は、車輪アライメントシステムの動作手順を示すフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、タイヤ面の形状データの構成について説明する概念図である。
【図６】３次元レンダリング画像の一例を示す図である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、レーザセンサの設置態様について例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、一実施形態の車輪アライメントシステムの構成を示すブロック図である。図１に示す車輪アライメントシステムは、制御ユニット１、画像表示装置２およびロボットアーム３を含んで構成されている。この車輪アライメントシステムは、自動車の製造ラインにおける車体に対して車輪（対象体）を取り付ける工程において、車輪の取り付け状態（傾き等）を検査するために用いられるものである。
【００１１】
制御ユニット１は、車体に取り付けられた車輪の取り付け状態を検出してその状態を可視化した画像を生成し、その画像信号を画像表示装置２に出力する。
【００１２】
画像表示装置２は、制御ユニット１から出力される画像信号に基づいて、車輪の取り付け状態を表す画像を表示する。この画像表示装置２としては、例えば液晶表示装置が用いられる。
【００１３】
ロボットアーム３は、制御ユニット１の構成のうち、少なくともセンサ取付ディスク２０が搭載されており、このセンサ取付ディスク２０を検査対象となる車輪に相対する所定位置へ配置させるためのものである。
【００１４】
上記した制御ユニット１は、制御部１０とセンサ取付ディスク２０を含んで構成されている。制御部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んだコンピュータにおいて所定の動作プログラムを実行することによって実現されるものであり、機能ブロックとして、画像生成部１１、画像出力部１２、ディスク駆動制御部１３、画像処理部１４および軸調整信号出力部１５を含んで構成されている。
【００１５】
画像生成部１１は、各レーザセンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからの出力信号に基づいて、車輪の取り付け状態を可視化した３次元レンダリング画像を生成する。
【００１６】
画像出力部１２は、画像生成部１１によって生成された画像を表示するための映像信号を生成し、画像表示装置２へ出力する。
【００１７】
ディスク駆動制御部１３は、センサ取付ディスク２０に接続された駆動機構２２に対して、このセンサ取付ディスク２０を円周方向へ任意の角度で回転させるための駆動信号を出力する。
【００１８】
画像処理部１４は、カメラ２３によって撮影される画像に基づいて所定の画像認識処理を行うことにより、センサ取付ディスク２０の車輪に対する相対的な位置を検出する。
【００１９】
軸調整信号出力部１５は、画像処理部１４によって検出されるセンサ取付ディスク２０の位置に基づいて、このセンサ取付ディスク２０をロボットアーム３によって予め定めた位置へ移動させるための駆動信号を生成してロボットアーム３へ出力する。
【００２０】
センサ取付ディスク（支持体）２０は、図２および図３に示すように、複数（ここでは４つ）のレーザセンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、駆動機構２２と、カメラ（二次元カメラ）２３および複数（ここでは４つ）のスライド機構２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを有する円板状のものであり、図２に示すようにロボットアーム３に取り付けられている。図３に示すように、センサ取付ディスク２０は、一方の板面に各レーザセンサ２１ａ等とカメラ２３とスライド機構２４ａ等が取り付けられている。また、図２に示したように、センサ取付ディスク２０は他方の板面に駆動機構２２が取り付けられている。
【００２１】
各レーザセンサ２１ａ〜２１ｄは、図３に示すようにセンサ取付ディスク２０の一方の板面に取り付けられている。詳細には、各レーザセンサ２１ａ等は、センサ取付ディスク２０の板面において、このセンサ取付ディスク２０の回転軸を中心点とした同一円周上に配置されており、かつ、互いにほぼ９０°の角度をなして等間隔に配置されている。詳細には、レーザセンサ２１ａは板面の上側（時計表示における１２時の位置）に配置され、レーザセンサ２１ｂは板面の右側（時計表示における３時の位置）に配置され、レーザセンサ２１ｃは板面の上側（時計表示における６時の位置）に配置され、レーザセンサ２１ｄは板面の上側（時計表示における９時の位置）に配置されている。
【００２２】
各レーザセンサ２１ａ等は、それぞれライン状のレーザ光２５を出射する。図２に示すように、各レーザセンサ２１ａ等からのレーザ光２５は、そのラインの延びる方向が車輪４の径方向に沿うようにして車輪４のタイヤ４ａの表面（特にリム部）に照射される。レーザセンサ２１ａ等は、それぞれ、レーザ光２５をタイヤ４ａに照射して得られる反射光を受光し、タイヤ４ａの表面形状（高さ形状）を検出する。本実施形態における各レーザセンサ２１ａ等は、公知の光切断法によって対象体の表面形状を検出する。
【００２３】
駆動機構２２は、センサ取付ディスク２０の中心軸と接続されており、ディスク駆動制御部１３から供給される駆動信号に基づいて、センサ取付ディスク２０をその円周方向に任意の角度だけ任意の速度で回転させる制御を行う。なお、このディスク駆動制御部１３と駆動機構２２が「支持体駆動部」に相当する。
【００２４】
カメラ（二次元カメラ）２３は、センサ取付ディスク２０の中心軸に対応して配置されており、タイヤ４が取り付けられている車軸５を撮影する。なお、車軸５を直接に撮影することに代えて、タイヤ４のホイール４ｂの中心位置等を撮影してもよい。
【００２５】
各スライド機構２４ａ等は、それぞれ、各レーザセンサ２１ａ等と一対一に対応づけて設けられており、各レーザセンサ２１ａ等のセンサ取付ディスク２０の径方向における位置を調整する。なお、いずれか１つのレーザセンサ（例えばレーザセンサ２１ａ）の位置調整を手動で行うことで、他のレーザセンサもこれに連動して位置調整が行われるような機構を設けることも好ましい。また操作者の手動によって各レーザセンサ２１ａ等の位置調整を行う場合に限らず、各スライド機構にサーボモータ等を組み合わせることにより各レーザセンサ２１ａ等の位置制御を自動化することも好ましい。このようなスライド機構２４ａを有することにより、大きさの異なる車輪に対するアライメント検査を１つのセンサ取付ディスク２０によって実施することができる。
【００２６】
本実施形態の車輪アライメントシステムは上記構成を備えており、次にその動作について図４に示すフローチャートに沿って詳細に説明する。
【００２７】
まず、センサ取付ディスク２０の位置決めが実行される（ステップＳ１１）。具体的には、ロボットアーム３により、センサ取付ディスク２０の一方の板面が車輪４に相対するように配置される。次いで、カメラ２３により車輪４の車軸５（またはその代替物）が撮影され、その画像に基づいて画像処理部１４によって画像認識処理が実行され、車輪４の車軸５の位置とセンサ取付ディスク２０の中心軸（回転軸）の位置との差分が検出される。次いで、軸調整信号出力部１５は、画像処理部１４によって検出された位置の差分が減少する位置へセンサ取付ディスク２０を移動させるために、ロボットアーム３へ駆動信号を供給する。この駆動信号に基づいてロボットアーム３によりセンサ取付ディスク２０の位置が調整される。必要に応じて、各処理が繰り返される。すなわち、センサ取付ディスク２０と車輪４との位置決めが自律的に実行される。
【００２８】
次に、センサ取付ディスク２０の各レーザセンサ２１ａ等による車輪４の表面形状のスキャンが実行される（ステップＳ１２）。具体的には、ディスク駆動制御部１３から供給される駆動信号に基づいて駆動機構２２により駆動力が与えられ、センサ取付ディスク２０が例えば時計回りに回転する（図３参照）。このセンサ取付ディスク２０の回転に連動して、各レーザセンサ２１ａ等によりライン状のレーザ光が照射され、それにより反射光が受光される。例えば、センサ取付ディスク２０が一定速度で回転するとすれば、各レーザセンサ２１ａ等は、それぞれ、単位時間毎（または単位距離毎）にレーザ光の照射と反射光の受光を行い、この受光結果に基づいて車輪４のタイヤ４ａの表面形状を検出する。
【００２９】
次に、画像生成部１１は、各レーザセンサ２１ａ等によって得られた表面形状のデータ（以下、単に「形状データ」という）を合成する（ステップＳ１３）。図５（Ａ）は、タイヤ面の形状データの構成について説明する概念図である。本実施形態では４つのレーザセンサ２１ａ〜２１ｄを用いているので、原理上は、センセ取付ディスク２０を時計回りまたは反時計回りに９０°回転させて表面形状のスキャンを実行すればよい。それにより、各レーザセンサ２１ａ等による形状データＩｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３、Ｉｍ４を合成すれば環状の形状データが得られる。ここで、各レーザセンサ２１ａ等によって得られる形状データの境界を合成するには、各形状データＩｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３、Ｉｍ４の境界を重複させることが好ましい。このため、センサ取付ディスク２０は、図５（Ａ）に示すように時計回りに９０°＋α°だけ回転する。この回転角度の増加分であるα°は、例えば、３°〜５°に設定される。これにより、形状データＩｍ１と形状データＩｍ４の重複領域Ｂ１、形状データＩｍ２と形状データＩｍ１の重複領域Ｂ２、形状データＩｍ３と形状データＩｍ２の重複領域Ｂ３、形状データＩｍ４と形状データＩｍ３の重複領域Ｂ４が得られる。これらの重複領域においては、例えば形状データＩｍ１と形状データＩｍ４とを平均する等の処理により、両形状データの境界を滑らかにつなぐことができる。
【００３０】
なお、一度センサ取付ディスク２０を時計回りに回転させた後の機会においては、図５（Ｂ）に示すようにセンサ取付ディスク２０を反時計回りに回転させてスキャンを行うとよい。すなわち、本ステップにおける車輪のスキャンは、センサ取付ディスク２０による時計回りに９０°＋α°回転させる動作（正回転動作）と、反時計回りに９０°＋α°回転させる動作（逆回転動作）とを反復して行うとよい。これにより、検査工程の一層の効率化を図ることができる。
【００３１】
次に、画像生成部１１は、合成された形状データ基づいて３次元レンダリング画像を生成する。この生成された３次元レンダリング画像のデータに基づいて画像出力部１２により映像信号が生成・出力されることにより、画像表示装置２の画面に３次元レンダリング画像が表示される（ステップＳ１４）。３次元レンダリング画像の一例を図６に示す。例示の３次元レンダリング画像では車輪の傾きが濃淡によって表されている、具体的には、車輪の右側がセンサ取り付けディスク２０から相対的に遠くにあり、図中右側の部分が下がって車輪が傾いており、その様子が表示されている。なお、ここでは図示の都合上、濃淡で車輪の傾きを表現しているが、カラーで車輪の傾きを表現することもできる。例えば、図６における濃いグレーの部分が赤色の色調で表され、薄いグレーの部分が緑色の色調で表現することができる。作業者はこのような３次元レンダリング画像を見ることにより、車輪４の取り付け状態（タイヤ面の傾き等）を視覚的に容易に把握し、必要に応じて車輪４の取り付け状態を調整することができる。
【００３２】
以上のような実施形態によれば、センサ取付ディスク２０が車輪４と相対するように自律的に位置決めされ、車輪の表面形状がスキャンされてその３次元レンダリング画像が表示されるので、車輪の取り付け状態を視覚的に把握しやすい。したがって、車輪の取り付け時における作業効率を向上させることが可能となる。また、同一円周上に配置された複数のレーザセンサを用いて車輪の表面形状を部分毎にスキャンしていることから、表面形状のスキャンに要する時間を大幅に削減することが可能であり、この点からも作業効率を向上させることが可能となる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では同一円周上に４つのレーザセンサを配置する例を説明したが、レーザセンサの設置態様はこれにのみ限定されない。
【００３４】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、レーザセンサの設置態様について例示する平面図である。図７（Ａ）に示すように、例えばレーザセンサを３つ用いる場合には、センサ取付ディスク２０の板面において、各レーザセンサの設置位置とセンサ取付ディスク２０の中心軸とを結ぶ方向が相互に１２０°の角度をもつようにして各レーザセンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを同一円周上に等間隔に配置すればよい。この場合には、スキャン時にセンサ取付ディスク２０を１２０°＋α°回転させればよい。同様に、図７（Ｂ）に示すように、例えばレーザセンサを８つ用いる場合には、センサ取付ディスク２０の板面において、各レーザセンサの設置位置とセンサ取付ディスク２０の中心軸とを結ぶ方向が相互に４５°の角度をもつようにして各レーザセンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈを同一円周上に等間隔に配置すればよい。この場合には、スキャン時にセンサ取付ディスク２０を４５°＋α°回転させればよい。ここに例示する以外にも、例えばレーザセンサを２つとすることも可能であり、その場合には相互に１８０°の角度をもつようにして各レーザセンサを等間隔に配置し、スキャン時にはセンサ取付ディスク２０を１８０°＋α°回転させればよい。その他、レーザセンサの個数は任意に決めることができる。
【００３５】
図７（Ｃ）は、レーザセンサの設置態様について例示する平面図である。上記した実施形態では、各レーザセンサの位置をスライド機構によって調整していたが、これに代えて、図７（Ｃ）に示すようにセンサ取付ディスクの径方向に沿って複数のレーザセンサを設けてもよい。図７（Ｃ）に示す例では、３つのレーザセンサ２１ａ、３つのレーザセンサ２１ｂ、３つのレーザセンサ２１ｃ、３つのレーザセンサ２１ｄがそれぞれセンサ取付ディスク２０の径方向に並べて配置されている。各レーザセンサ２１ａ等は、センサ取付ディスク２０の中心軸を円心とする３つの同心円上にそれぞれ配置されている。このような態様によっても、種々のサイズの車輪におけるアライメントに対応することが可能となる。
【００３６】
また、上記した実施形態では本発明に係るアライメントシステムを適用した一例として車輪アライメントシステムを説明していたが、アライメント対象となる対象体は車輪にのみ限定されない。
【符号の説明】
【００３７】
１：制御ユニット
２：画像表示装置
３：ロボットアーム
４：車輪
４ａ：タイヤ
４ｂ：ホイール
５：車軸
１０：制御部
１１：画像生成部
１２：画像出力部
１３：ディスク駆動制御部
１４：画像処理部
１５：軸調整信号出力部
２０：センサ取付ディスク
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ：レーザセンサ
２２：駆動機構
２３：カメラ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：スライド機構
２５：ライン状のレーザ光
Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３、Ｉｍ４：形状データ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４：重複領域
【図１】
2015137890.tif 000003
【図２】
2015137890.tif 000004
【図３】
2015137890.tif 000005
【図４】
2015137890.tif 000006
【図５】
2015137890.tif 000007
【図７】
2015137890.tif 000008
【図６】
2015137890.tif 000009