KR0174002B1 - 3차원 상대변위 및 각도 계측기 - Google Patents

Abstract

휠 허브와 차체와의 높이에 관계없이 앞 바퀴 정렬(Front wheel alignment) 요소의 각도 및 변위의 측정이 용이하고, 공차상태 또는 적재상태 등 하중 적재에 따른 기하학적 계측이 가능하도록 함으로써 신속하고 정확한 측정을 도모함과 아울러 저렴한 가격으로 경제적인 부담을 줄일 수 있는 3차원 상대변위 및 각도 계측기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이에 따라 차체에 고정 설치되는 상부 아암과; 상기한 상부 아암과 소정 거리 이격됨과 아울러 앞 바퀴의 허브에 고정 설치되고, 앞 바퀴 정렬 요소인 캐스터, 캠버 각 및 트레드 변위를 측정하는 제1측정수단을 보유하는 하부 아암과; 상기한 상부 아암 및 하부 아암과 볼 조인트 결합됨과 아울러 앞 바퀴 스트로크 및 토우 각을 측정하는 제2측정수단을 보우하는 지지 아암을 포함하여 이루어진 구성에 특징이 있다.

Description

3차원 상대변위 및 각도 계측기

제1도는 본 발명에 의한 계측기의 분해 사시도.

제2도는 본 발명의 조립 사시도.

제3도는 본 발명에 의한 계측기의 우측면도.

제4도는 본 발명에 의한 계측기의 평면도.

제5도는 본 발명에 의한 계측기의 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 계측기 3 : 상부 아암

3a,7a,9a : 제1아암 3b,7b,9b : 제2아암

5 : 앞 바퀴 7 : 하부 아암

9 : 지지 아암 11,13,23 : 제1,2,3 수준계

15,17,19,21 : 제1,2,3,4,눈금자

[산업상 이용분야]

본 발명은 3차원 상대변위 및 각도 계측기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휠 허브와 차체와의 높이에 무관하여 앞 바퀴 정렬(Front wheel alignment) 요소의 각도 및 변위의 측정이 용이하고, 공차상태 또는 적재상태 등 하중 적재에 따른 기하학적 계측이 가능하도록 한 3차원 상대변위 및 각도 계측기에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로 자동차의 앞부분의 하중을 지지하는 앞 바퀴는 어떤 기하학적인 각도를 두고 앞 차축에 설치되어 있다.

이와 같은 앞 바퀴의 기하학적인 각도 관계를 앞 바퀴 정렬이라고 하는데, 자동차를 앞에서 보았을 때 그 앞 바퀴가 수선에 대하여 소정의 각도를 두고 설치되는 캠버, 자동차 앞 바퀴를 위에서 보았을 때 양쪽 바퀴의 중심선간의 거리가 그 앞쪽이 뒷쪽보다 작게 형성된 토우 인, 앞 바퀴를 옆에서 보았을 때 앞 바퀴를 차축에 설치하는 킹핀이 수선과 소정의 각도를 두고 설치되어 있는 캐스터 및 자동차를 앞에서 보았을 때 킹핀이 수선과 소정의 각도로 이루고 있는 킹핀 경사각 등이 있다.

이와 같은 앞 바퀴 정렬은 차량의 주행중 조향 핸들의 조작을 작은 힘으로 쉽게 할 수 있도록 함과 아울러 확실하고 안정성을 부여해 주며, 조향 핸들의 복원성 및 타이어의 마모를 줄이는 중요한 역활을 하기 때문에 앞 바퀴 정렬의 측정은 정확하고 신속하게 측정되어야 한다.

이와 같은 앞 바퀴 정렬의 측정은 승용차의 경우에는 휠 기하학 계측기 또는 SPMD(Suspension Parameter Measure Device)의 측정에 의존하게 되어 있는 바, 상기 측정장치는 주로 휠의 허브에 하측부분을 고정 설치하고, 상측은 차체에 고정 설치함으로써 각각의 앞 바퀴 정렬의 각 요소들을 측정할 수 있게 된다.

[발명이 해결하고자 하는 문제점]

이와 같은 종래의 앞 바퀴 정렬 측정장치는, 측정하고자 하는 자동차의 휠 허브와 차체와의 거리가 일정할 때는 앞 바퀴 정렬 요소들의 기하학적인 각도 및 변위를 측정할 수 있지만, 자동차의 휠 허브로 부터 차체와의 높이가 일치하지 않을 경우, 즉 상용차에 적용되었을 경우에는 차체를 잡아주는 별도의 지그를 치수에 맞게 각각 제작하여 측정장치를 설치하여야 하기 때문에 작업이 번거롭고 측정 시간이 많이 소요되며, 측정장치가 고가이기 때문에 비경제적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 휠 허브와 차체와의 높이에 관계없이 앞 바퀴 정렬(Front wheel alignment) 요소의 각도 및 변위의 측정이 용이하고, 공차상태 또는 적재상태 등 하중 적재에 따른 기하학적 계측이 가능하도록 함으로써 신속하고 정확한 측정을 도모함과 아울러 저렴한 가격으로 경제적인 부담을 줄일 수 있는 3차원 상대변위 및 각도 계측기를 제공하는 데 있다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위해 본 발명은, 차체에 고정 설치되는 상부 아암과; 상기한 상부 아암과 소정 거리 이격됨과 아울러 앞 바퀴의 허브에 고정 설치되고, 앞 바퀴 정렬 요소인 캐스터, 캠버 각 및 트레드 변위를 측정하는 제1측정수단을 보유하는 하부 아암과; 상기한 상부 아암 및 하부 아암과 볼 조인트 결합됨과 아울러 앞 바퀴 스트로크 및 토우 각을 측정하는 제2측정수단을 보우하는 지지 아암을 포함하여 이루어진 3차원 상대변위 및 각도 계측기를 제공한다.

상기한 상부 아암은 차체에 고정 설치되는 제1아암이 지지 아암에 볼 조인트 결합되는 제1아암이 힌지 축에 의해 힌지 결합되어 제2아암이 z축 방향으로 회전 가능하게 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기한 제1측정수단은 캐스터 각의 변위를 측정하는 제1수준계와, 캠버 각의 변위를 측정하는 제2수준계, 그리고 트레드 변위를 측정하는 제1,2눈금자를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 하부 아암은 앞 바퀴의 허브에 고정 설치되고 제1,2 수준계와 제1눈금자를 보유하는 제1아암과, 상기 제1아암과 슬라이드 가능하게 결합됨과 아울러 지지 아암과 볼 조인트 결합되고 제1눈금자와 일치하는 제2눈금자가 형성된 제2아암으로 이루어짐을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 제2측정수단은 앞 바퀴의 스트로크를 측정하는 제3,4눈금자와, 토우 각의 변위를 측정하는 제3수준계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 지지 아암은 상부 아암의 제2아암과 볼 조인트 결합됨과 아울러 제3눈금자가 형성된 제1아암과, 상기한 제1아암에 삽입되어 슬라이드 가능하게 결합됨과 아울러 제3눈금자와 일치하는 제4눈금자가 형성되고, 토우 각 변위를 측정하는 제3수준계를 보유함과 아울러 하부 아암의 제2아암과 볼 조인트 결합된 제2아암으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 지지 아암의 제1아암은 차체의 풀 범프에 대응하여 제2아암이 자유롭게 슬라이드 되도록 속이 빈 중공 튜브 타입으로 형성됨을 특징으로 한다.

[작용]

이와 같이 구성된 본 고안은, 우선 상,하부 아암의 제1,2아암을 각각 결합하고, 지지 아암의 제1,2,아암을 결합한 다음, 상기 지지 아암을 상,하부 아암에 결합시킨다.

이러한 상태에서 상기 상,하부 아암을 차체와 앞 바퀴에 각각 고정 설치함으로써, 앞 바퀴 정렬 각 요소들의 측정 장치인 계측기의 측정 준비상태의 장착이 완료되게 한다.

이때 각 요소들의 변위를 측정하기 전에 제1,2,3 수준계의 영점을 조정하고, 제1,2눈금자와 제3,4눈금자의 수치를 확인하여 기록한 다음, x축 방향에 대한 회전 각도 변위를 제2수준계를 통해 측정하고, y축 방향에 대한 회전 각도 변위를 제1수준계 및 제3수준계에 의해 측정하게 되는 바, x축 방향의 각도 변위, 즉 앞 바퀴 정렬의 캠버 각의 변화는 제2수준계의 기포가 이동하면서 그 각도 변위를 눈금으로 확인하게 되고, y축 방향의 회전 각도 변위, 즉 캐스터는 제1수준계의 기포가 이동하면서 그 각도 변위를 눈금으로 확인하게 된다.

또한, 앞 바퀴를 z축 방향으로 회전시킴으로써 나타난 토우 각(Toe Angle)의 각도 변위는 하부 아암과 상부 아암에 볼 조인트 결합된 지지 아암에 의해 3차원적인 링트절 운동이 발생함에 따라 지지 아암에 마련된 제3수준계가 기포가 y축 방향을 중심으로 회전하는 각도 변위에 따라 이동되어 그 눈금을 확인함으로써, 토우 각 변화를 측정하게 된다.

그리고 앞 바퀴의 상하 스트로크 변위는 지지 아암의 제1,2아암의 신축변위에 따라 일측에 형성된 제3,4눈금자의 변위량을 측정하여 영점 조정시 확인된 눈금과의 차이를 계산함으로써 z방향의 변위량을 측정하게 되고, 앞 바퀴의 트레드 변화는 허브에 고정 설치된 하부 아암의 제1,2아암이 슬라이딩 됨에 따른 제1,2눈금자의 변위량을 측정하여 영점 조정시 확인된 눈금과의 차이를 계산함으로써 가능하게 된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예르 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도는 본 발명에 의한 3차원 상대변위 및 각도 계측기의 분해 사시도 및 조립 사시도이고, 제3도 및 제4도는 본 발명의 계측기의 우측면도 및 평면도이고, 제5도는 정면도로서, 부호(1)은 계측기를 나타내고 있다.

상기한 계측기(1)는 앞 바퀴 정렬의 각 요소들의 각도 변위 및 상하 변위를 측정하는 것으로서, 차체(도시생략)와 연결된 상부 아암(3)과, 앞 바퀴(5)의 허브에 고정 설치되는 하부 아암(7)과, 상기 상부 아암(3)과 하부 아암(7)을 연결하는 지지 아암(9)으로 구성된다.

상기한 상부 아암(3)은 제1,2아암(3a)(3b)이 힌지 축(3c)에 의해 결합되어 수평 방향으로 회전 가능하게 이루어져 차체에 고정 설치된다.

또한, 하부 아암(7)은 앞 바퀴(5)의 허브에 고정 설치되는 제1아암(7a)과 지지 아암(9)에 볼 조인트 결합되는 제2아암(7b)이 슬라이드 가능하게 결합되어 있는 바, 상기 제1아암(7a)에는 y축을 중심으로 회전되는 회전 변위, 즉 앞 바퀴 정렬의 캐스터 변화를 측정하는 제1수준계(11)와, x 축을 중심으로 회전되는 회전 변위, 즉 캠버 변화를 측정하는 제2수준계(13)를 보유함과 아울러 y축 방향의 변위, 즉 트레드 변화를 측정하는 제1눈금자(15)가 형성되어 있으며, 상기 제2아암(7b)에는 제1아암(7a)의 형성된 제1눈금자(15)와 일치하는 제2눈금자(17)가 형성되어 앞 바퀴 정렬의 각 요소들의 변위를 측정하게 된다.

그리고 상기한 지지 아암(9)은 상부 아암(3)의 제2아암(3b)과 볼 조인트 결합된 제1아암(9a)과, 상기한 제1아암(9a)과 슬라이드 가능하게 결합됨은 물론 하부 아암(7)의 제2아암(7b)과 볼 조인트 결합된 제2아암(9b)으로 이루어져 z축 방향의 변위를 측정하도록 되어 있는 바, 상기 제1아암(9a)은 차량의 풀 범프(Full Bump)시 제2아암(9b)이 슬라이드 되어 자유롭게 통과하도록 속이 빈 중공튜브 타입으로 형성됨과 아울러 일측에 z축 방향의 상하 변위를 측정할 수 있도록 제3눈금자(19)가 형성되어 있으며, 상기 제2아암(9b)에는 제1아암(9a)의 제3눈금자(19)와 일치하는 제4눈금자(21)가 형성됨과 아울러 앞 바퀴(5)의 z축 방향 회전, 즉 토우 각도 변화를 측정하는 제3수준계(23)가 제공되어 앞 바퀴 정렬 각 요소를 측정하게 되어 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 3차원 상대변위 및 각도 계측기는, 우선 상,하부 아암(3)(7)의 제1,2아암(3a,3b)(7a,7b)을 각각 결합하고, 지지 아암(9)의 제1,2아암(9a,9b)을 결합한 다음, 상기 지지 아암(9)을 상,하부 아암(3)(7)에 결합시킨다.

이러한 상태에서 상기 상,하부 아암(3)(7)을 차체와 앞 바퀴(5)에 각각 고정 설치함으로써, 앞 바퀴 정렬 각 요소들의 측정 장치인 계측기(1)의 측정 준비 상태의 장착이 완료되게 된다.

이때 각 요소들의 변위를 측정하기 전에 제1,2,3수준계(11)(13)(23)의 영점을 조정하고, 제1,2눈금자(15)(17)와 제3,4눈금자(19)(21)의 수치를 확인하여 기록한 다음, x축 방향에 대한 회전 각도 변위를 제2수준계(13)를 통해 측정하고, y축 방향에 대한 회전 각도 변위를 제1수준계(11) 및 제3수준계(23)에 의해 측정하게 되는 바, x축 방향의 각도 변위, 즉 앞 바퀴 정렬의 캠버 각의 변화는 제2수준계(13)의 기포가 제4도에 도시한 화살표 방향으로 이동하면서 그 각도 변위를 눈금으로 확인하게 되고, y축 방향의 회전 각도 변위, 즉 캐스터는 제1수준계(11)의 기포가 제4도에 도시한 화살표 방향으로 이동하면서 그 각도 변위를 눈금으로 확인하게 된다.

또한, 앞 바퀴(5)를 z축 방향으로 회전시킴으로써 나타난 토우 각(Toe Angle)의 각도 변위는 하부 아암(7)과 상부 아암(3)에 볼 조인트 결합된 지지 아암(9)에 의해 3차원적인 링크절 운동이 발생함에 다랄 지지 아암(9)에 마련된 제3수준계(23)가 기포가 y축 방향을 중심으로 회전하는 각도 변위에 따라 제3도의 화살표 방향으로 이동되어 그 눈금을 확인함으로써, 토우 각 변화를 측정하게 된다.

그리고 앞 바퀴(5)의 상하 스트로크 변위는 지지 아암(9)의 제1,2아암(9a)(9b)의 신축 변위에 따라 일측에 형성된 제3,4눈금자(19)(21)의 변위량을 측정하여 영점 조정시 확인된 눈금과의 차이를 계산함으로써 z방향의 변위량을 측정하게 되고, 앞 바퀴(5)의 트레드 변화는 허브에 고정 설치된 하부 아암(7)의 제1,2아암(7a)(7b)이 슬라이딩 됨에 따른 제1,2눈금자(15)(17)의 변위량을 측정하여 영점 조정시 확인된 눈금과의 차이를 계산함으로써 가능하게 된다.

따라서 차량의 공차 무게 상태와 최대 적재 상태의 무게 등의 하중 적재에 따른 앞 바퀴 정렬의 기하학적인 각도 변위는 물론 상,하부 변위량을 측정할 수 있게 된다.

[효과]

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 3차원 상대변위 및 각도 계측기는, 상,하부 아암과 지지 아암으로 이루어진 계측기는 앞 바퀴의 허브와 차체와의 높이 차이가 발생되어도 이를 극복할 수 있도록 지지 아암이 슬라이드 가능하게 결합되어 있기 때문에 앞 바퀴의 허브와 차체와의 높이 차이에 관계없이 전 차종에 적용될 수 있어 호환성이 양호하며, 별도의 지그를 사용하지 않고 앞 바퀴 정렬의 각 요소들을 측정하는 계측기의 장착이 용이하기 때문에 신속한 측정은 물론 정확한 측정 작업이 이루어질 수 있으며, 제조 단가가 저렴하기 때문에 경제적인 이점이 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 차체에 고정 설치되는 상부 아암과; 상기한 상부 아암과 소정 거리 이격됨과 아울러 앞 바퀴의 허브에 고정 설치되고, 앞 바퀴 정렬 요소인 캐스터, 캠버 각 및 트레드 변위를 측정하는 제1측정수단을 보유하는 하부 아암과; 상기한 상부 아암 및 하부 아암과 볼 조인트 결합됨과 아울러 앞 바퀴 스트로크 및 토우 각을 측정하는 제2측정수단을 보유하는 지지 아암을 포함하여 이루어진 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
2. 제1항에 있어서, 상부 아암은 차체에 고정 설치되는 제1아암이 지지 아암에 볼 조인트 결합되는 제1아암이 힌지 축에 의해 힌지 결합되어 제2아암이 z축 방향으로 회전 가능하게 이루어짐을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
3. 제1항에 있어서, 제1측정수단은 캐스터 각의 변위를 측정하는 제1수준계와, 캠버 각의 변위를 측정하는 제2수준계, 그리고 트레드 변위를 측정하는 제1,2눈금자를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
4. 제1항에 있어서, 하부 아암은 앞 바퀴의 허브에 고정 설치되고 제1,2수준계와 제1눈금자를 보유하는 제1아암과, 상기 제1아암과 슬라이드 가능하게 결합됨과 아울러 지지 아암과 볼 조인트 결합되고 제1눈금자와 일치하는 제2눈금자가 형성된 제2아암으로 이루어짐을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
5. 제1항에 있어서, 제2측정수단은 앞 바퀴의 스트로크를 측정하는 제3,4눈금자와, 토우 각의 변위를 측정하는 제3수준계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
6. 제1항에 있어서, 지지 아암은 상부 아암의 제2아암과 볼 조인트 결합됨과 아울러 제3눈금자가 형성된 제1아암과, 상기한 제1아암에 삽입되어 슬라이드 가능하게 결합됨과 아울러 제3눈금자와 일치하는 제4눈금자가 형성되고, 토우 각 변위를 측정하는 제3수준계를 보유함과 아울러 하부 아암의 제2아암과 볼 조인트 결합된 제2아암으로 이루어짐을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.
7. 제6항에 있어서, 지지 아암의 제1아암은 차체의 풀 범프에 대응하여 제2아암이 자유롭게 슬라이드 되도록 속이 빈 중공 튜브 타입으로 형성됨을 특징으로 하는 3차원 상대변위 및 각도 계측기.