(57)【要約】【課題】表面形状が複雑な測定対象の形状を高精度に測定可能な形状測定装置を提供することである。【解決手段】形状を測定する測定対象を保持する保持部と、前記測定対象の第１面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する第１測定部と、前記第１測定部と独立して動作し、前記測定対象の、前記第１面の裏面である第２面における複数の測定点の、前記規定点に対する相対座標を測定する第２測定部と、前記第１測定部及び前記第２測定部による測定結果に基づいて、前記測定対象の形状を算出する算出部と、を備える、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状を測定する測定対象を保持する保持部と、
前記測定対象の第１面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する第１測定部と、
前記第１測定部と独立して動作し、前記測定対象の、前記第１面の裏面である第２面における複数の測定点の、前記規定点に対する相対座標を測定する第２測定部と、
前記第１測定部及び前記第２測定部による測定結果に基づいて、前記測定対象の形状を算出する算出部と、
を備える、
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記測定対象に触れずに前記複数の測定点の測定を行う非接触センサを有する、
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記測定対象の面を走査する２次元センサを有する、
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記第１測定部は、前記測定対象の前記第１面に対向する第１センサにより測定を行う測定部であり、
前記第２測定部は、前記測定対象の前記第２面に対向する第２センサにより測定を行う測定部であり、
前記保持部は、測定期間において前記測定対象を固定して保持する、
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記第１測定部及び前記第２測定部は、同一のセンサにより測定を行う測定部であり、
前記保持部は、前記センサに対向する前記測定対象の面を、前記第１面と前記第２面とで切り替え可能である、
ことを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象の形状を測定する形状測定装置が知られている。特許文献１では、燃料電池用セパレータの形状を測定する形状測定方法を開示しており、薄型化したセパレータが測定時に外力により変形するのを極力抑えることを目的としている。
【０００３】
また、特許文献１に記載の方法は、２つの非接触変位センサを、セパレータを挟んで対向するように配置し、セパレータの表裏の各面までの距離をそれぞれの面の側に配置したセンサで測定し、この２つのセンサで得た距離をセンサ同士の距離から引いて、セパレータの厚みを求める方法を開示している。
【０００４】
また測定対象の厚みを測定するには、ノギスやマイクロメータといった測定工具を用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の方法の場合、センサを正確に対向させないと正確な厚みを求めることができないし、厚みの測定のため、対向するセンサ同士を同期させる必要があるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の方法でレーザにより測定する構成の場合、測定対象に貫通孔があると、一方のセンサは、対向する他方のセンサからのレーザを受けてしまい、測定ができないという問題があった。
【０００８】
また、ノギスやマイクロメータといった測定工具を用いる場合には、測定対象の表面形状が単純な場合には、正確に測定することができるが、セパレータのような複雑な表面形状を有する測定対象の場合、きめ細かな測定は困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、表面形状が複雑な測定対象の形状を高精度に測定可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、形状測定装置であって、形状を測定する測定対象を保持する保持部と、前記測定対象の第１面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する第１測定部と、前記第１測定部と独立して動作し、前記測定対象の、前記第１面の裏面である第２面における複数の測定点の、前記規定点に対する相対座標を測定する第２測定部と、前記第１測定部及び前記第２測定部による測定結果に基づいて、前記測定対象の形状を算出する算出部と、を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、表面形状が複雑な測定対象の形状を高精度に測定可能な形状測定装置を提供することができる。
本発明によれば、第１測定部と第２測定部とを、測定対象を挟んで対向させる必要がなく、独立して測定を行い、高精度な測定を行うことができる。
また本発明によれば、第１測定部と第２測定部とが独立して測定を行うので、同期させる制御が不要である。
また本発明によれば、測定対象に貫通孔があったとしても、一方のセンサは、対向する他方のセンサによる影響を避けることができ、何ら問題なく測定することができる。
また本発明によれば複数の測定点の座標を測定することで、測定対象の表面形状が複雑な形状であっても、きめ細かな測定を行うことができる。
【００１１】
また本発明は、前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記測定対象に触れずに前記複数の測定点の測定を行う非接触センサを有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、非接触で測定することにより、接触による測定対象の変形を避けることができ、より高精度の測定を行うことができる。
【００１２】
また本発明は、前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記測定対象の面を走査する２次元センサを有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、２次元センサにより、測定対象の面の複数の測定点の測定を、高速、且つ高精度に行うことができる。
【００１３】
また本発明は、前記第１測定部は、前記測定対象の前記第１面に対向する第１センサにより測定を行う測定部であり、前記第２測定部は、前記測定対象の前記第２面に対向する第２センサにより測定を行う測定部であり、前記保持部は、測定期間において前記測定対象を固定して保持する、ことを特徴とする。
本発明によれば、測定期間において測定対象を固定して保持するので、より正確な測定を行うことができる。
【００１４】
また本発明は、前記第１測定部及び前記第２測定部は、同一のセンサにより測定を行う測定部であり、前記保持部は、前記センサに対向する前記測定対象の面を、前記第１面と前記第２面とで切り替え可能である、ことを特徴とする。
本発明によれば、１つのセンサを備えればよいので、コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表面形状が複雑な測定対象の形状を高精度に測定可能な形状測定装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る形状測定装置１００の構成を示す概略正面図である。
【図３】図２に示した形状測定装置１００による測定処理を示すフローチャートである。
【図４】セパレータ１０５の厚みを求める処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４の処理を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２に係る形状測定装置２００の構成を示す概略正面図である。
【００１７】
以下、本発明に係る形状測定装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と、各構造における形状、縮尺、数等を異ならせる場合がある。
【００１８】
（第１実施形態）
（形状測定装置１の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。本実施形態の形状測定装置１は、形状を測定する測定対象１０を保持する保持部１１と、測定対象１０の第１面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する第１測定部１２と、第１測定部１２と独立して動作し、測定対象１０の、第１面の裏面である第２面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する第２測定部１３と、第１測定部１２及び第２測定部１３による測定結果に基づいて、測定対象１０の形状を算出する算出部１４と、を備える。
【００１９】
測定対象１０は、本実施形態においてはセパレータであるが、本発明は、セパレータ以外の如何なるものを測定対象１０としてもかまわない。セパレータは、電池に使用され、正極と負極の接触を遮断してショート(不具合)を防ぐ役割を果たす部品である。
【００２０】
セパレータは、例えば、ＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド車）、携帯電話機、タブレット（コンピュータ）、スマートフォン（スマホ）などのバッテリーに多く採用されているリチウムイオン二次電池で用いられ、正極、負極間でリチウムイオンを透過させる役割を果たしている。また、セパレータは、例えば、ＦＣＶ（燃料電池自動車）やエネファームで採用される燃料電池で用いられ、燃料ガスと空気を遮断する役割を担っている。このようなセパレータの表面形状は年々複雑化しており、更に軽量化を図るために薄型化が進んでいる。
【００２１】
セパレータの製造工程においては、製造したセパレータの表面形状が仕様通りであることを確認する必要がある。本実施形態の形状測定装置１によれば、このようなセパレータの表面形状を高精度で測定することができる。
【００２２】
保持部１１は、測定対象１０を保持する。保持部１１は、例えば、床面に固定され、測定対象１０を固定して保持する。保持部１１が、測定対象１０としての薄型のセパレータを保持するにあたっては、セパレータが自重で撓むのを避けるため、セパレータの面が拡がる方向が鉛直方向と平行になるように配置して保持するのが望ましい。
【００２３】
第１測定部１２及び第２測定部１３は、測定対象１０としてのセパレータの面が拡がる方向と直交する方向に配置するのが望ましい。第１測定部１２と第２測定部１３との間に、保持部１１で保持した測定対象１０が配置される。
【００２４】
第１測定部１２及び第２測定部１３は、例えば、照射したレーザ光の測定対象１０からの反射により、測定対象１０の面における複数の測定点の、規定点に対する相対座標を測定する。第１測定部１２及び第２測定部１３は、既知の如何なる測定装置を適用してもよく、レーザを用いるものであってもよいし、レーザ以外を用いるものであってもよい。第１測定部１２及び第２測定部１３は、線で測定対象１０の面を走査するものであってもよいし、面で測定対象１０の面を走査するものであってもよい。第１測定部１２及び第２測定部１３は、例えば、プローブおよびコンピュータにより構成される。
【００２５】
算出部１４は、例えば、第１測定部１２で測定した相対座標、及び第２測定部１３で測定した相対座標を用いて、測定対象１０の形状を算出する。算出部１４は、例えば、コンピュータにより構成される。
【実施例１】
【００２６】
（形状測定装置１００の構成）
図２は、本発明の実施例１に係る形状測定装置１００の構成を示す概略正面図である。形状測定装置１００は、測定対象であるセパレータ１０５と、セパレータ１０５を保持する保持治具１０６と、非接触でセパレータ１０５の測定を行うプローブ１０３と、プローブ１０３の制御を行う制御装置１０１と、非接触でセパレータ１０５の測定を行うプローブ１０４と、プローブ１０４の制御を行う制御装置１０２と、保持治具１０６をセパレータ１０５の製造ライン上で移動させる移動装置１０７と、を有して構成される。
【００２７】
セパレータ１０５は、燃料電池のセパレータであり、セパレータ１０５の測定対象の面のうちの第１面がプローブ１０３と対向し、セパレータ１０５の測定対象の面のうちの第２面がプローブ１０４と対向するように配置される。第２面は、第１面の裏面である。セパレータ１０５は、第１面と第２面との間隔が薄く、変形しやすいため、この変形を防ぐように、保持治具１０６がセパレータ１０５の第１面及び第２面の枠となって保持する。また、セパレータ１０５の第１面及び第２面が拡がる方向は、鉛直方向と平行である。これにより、セパレータ１０５の自重による撓みを防ぐことができる。
【００２８】
保持治具１０６は、移動装置１０７に固定されている。移動装置１０７は、セパレータ１０５の製造ライン上を移動可能である。プローブ１０３とプローブ１０４との間にセパレータ１０５が位置するように、移動装置１０７が移動することで、セパレータ１０５の製造ラインの一環として、セパレータ１０５の形状測定を行うことができる。
【００２９】
プローブ１０３は、非接触で例えばレーザにより、測定対象の形状のデータ（例えば相対座標）を取得するセンサであり、２次元センサあるいは３次元センサである。制御装置１０１は、プローブ１０３の制御、すなわち、プローブ１０３の駆動制御や、プローブ１０３で取得したデータの管理を行う。プローブ１０４は、非接触で例えばレーザにより、測定対象の形状のデータ（例えば相対座標）を取得するセンサであり、２次元センサあるいは３次元センサである。制御装置１０２は、プローブ１０４の制御、すなわち、プローブ１０４の駆動制御や、プローブ１０４で取得したデータの管理を行う。
【００３０】
本実施例では、プローブ１０３及びプローブ１０４を備え、プローブ１０３でセパレータ１０５の第１面の形状測定を行い、プローブ１０４でセパレータ１０５の第２面の形状測定を行う。プローブ１０３で測定したセパレータ１０５の第１面の形状のデータ、及びプローブ１０３で測定したセパレータ１０５の第１面の形状のデータは、不図示のコンピュータ（算出部）に送信され、このコンピュータは、第１面の形状のデータと第２面の形状のデータとを合成し、セパレータ１０５の厚みを算出することが可能である。この算出方法は、既知の如何なる方法を用いてもよい。なお、制御装置１０１及び制御装置１０２のいずれかが、コンピュータ（算出部）の機能を兼ねてもよい。
【００３１】
（形状測定装置１００の処理）
図３は、図２に示した形状測定装置１００による測定処理を示すフローチャートである。形状測定装置１００が備えるプローブ１０３やプローブ１０４を用いた場合、厚みの絶対値測定は不可能である。このため、厚み測定を行うためには基準平面等の基準器が必要となる。図３のステップＳ３０１では、基準器としての基準平板を設置する。基準平板としては、厚みや形状が既知であるセラミック製の平板を用いることができる。基準平板の設置は、図２のセパレータ１０５の代わりに基準平板を配置することで行われる。
【００３２】
ステップＳ３０２では、プローブ１０３及びプローブ１０４を用いて、基準器としての基準平板の測定を行う。この基準器はクオリフィケーション用基準器としての役割を果たす。ステップＳ３０２の基準平板の測定は、プローブ１０３及びプローブ１０４を設置時の１回のみ行うものであってもよい。ステップＳ３０２の基準平板の測定によって、センサ取付位置、すなわちプローブ１０３及びプローブ１０４の基準位置の特定をすることができる。また、ステップＳ３０２の基準平板の測定によって、厚み比較用の基準データを取得することができる。
【００３３】
ステップＳ３０３では、測定対象であるセパレータ１０５を設置する。セパレータ１０５の設置は、ステップＳ３０１で設置した基準平板の代わりにセパレータ１０５を配置することで行われる。
【００３４】
ステップＳ３０４では、プローブ１０３及びプローブ１０４を用いて、セパレータ１０５の測定を行う。このとき、プローブ１０３による測定とプローブ１０４による測定とを並列して行うことで、測定時間を短縮することができる。なお、プローブ１０３とプローブ１０４とがセパレータ１０５の同じ個所を測定して一方のプローブが照射したレーザが他方のプローブに入射して測定ができない状態を防ぐように、プローブ１０３とプローブ１０４とは非同期で制御する。
【００３５】
ステップＳ３０５では、プローブ１０３及びプローブ１０４で測定したデータの解析を行う。この解析は、まず、プローブ１０３で測定したデータと、プローブ１０４で測定したデータと、を合成し、合成したデータを用いて、セパレータ１０５の厚みの算出（基準器に対する比較測定）や、セパレータ１０５の表面形状の算出（基準器に対する幾何公差等）を行う。
【００３６】
図４は、セパレータ１０５の厚みを求める処理の一例を示すフローチャートである。図５は、図４の処理を説明する図である。
【００３７】
まず、ステップＳ４０１では、プローブ１０３で測定したデータを用いて、最小二乗法、最小領域法などを利用し、表面（第１面）の点群から、平面の方程式を求める（図５参照）。
【００３８】
次に、ステップＳ４０２では、プローブ１０４で測定したデータを用いて、裏面（第２面）点群から重心を求める（図５参照）。
【００３９】
次に、ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で求めた平面の方程式と、ステップＳ４０２で求めた重心から、平面の厚みを求める（図５参照）。
【００４０】
なお、厚みを求めた点が複数ある場合には、厚みマップを作成することができる。また、厚みに応じて色を変えて表示することで、厚みを見やすく表示することができる
【実施例２】
【００４１】
（形状測定装置２００の構成）
図６は、本発明の実施例２に係る形状測定装置２００の構成を示す概略正面図である。形状測定装置２００は、測定対象であるセパレータ２０５と、セパレータ２０５を保持する保持治具２０６と、非接触でセパレータ２０５の測定を行うプローブ２０３と、プローブ２０３の制御を行う制御装置２０１と、鉛直方向を軸にして保持治具２０６を回転可能に固定する回転ステージ２０７と、を有して構成される。セパレータ２０５、保持治具２０６、プローブ２０３、制御装置２０１及び保持治具２０６は、図２に示したセパレータ１０５、保持治具１０６、プローブ１０３、制御装置１０１及び保持治具１０６と同じである。本実施例では、図２に示したプローブ１０４及び制御装置１０２の代わりを、プローブ２０３及び制御装置２０１が兼ねるように、回転ステージ２０７で保持治具２０６を回転させ、セパレータ２０５の向きを調節する。
【００４２】
本実施例は、１つのプローブ２０３を備えて構成される。回転ステージ２０７は、セパレータ２０５を保持した保持治具２０６を回転させ、セパレータ２０５の測定面をプローブ２０３に対向させた位置で回転を停止する。
【００４３】
まず、回転ステージ２０７が保持治具２０６を回転させ、セパレータ２０５の第１面がプローブ２０３に対向する位置で回転を停止する。この状態で、セパレータ２０５の第１面をプローブ２０３で測定する。その後、回転ステージ２０７が保持治具２０６を１８０°回転させ、セパレータ２０５の第２面がプローブ２０３に対向する位置で回転を停止する。この状態で、セパレータ２０５の第２面をプローブ２０３で測定する。図３や図４を参照して説明した処理は、本実施例にも適用される。
【００４４】
本実施例によれば、プローブが１つで済むので、実施例１に比べてコストを低減することができるし、装置の設置面積も小さくすることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…形状測定装置、１０…測定対象、１１…保持部、１２…第１測定部、１３…第２測定部、１４…算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020071060.tif 000005
【図４】
2020071060.tif 000006
【図５】
2020071060.tif 000007
【図６】
2020071060.tif 000008