(57)【要約】【課題】熱間鍛造異形品の形状評価の量産工程へのインライン化を可能とする非接触形状測定装置を提供する。【解決手段】非接触形状測定装置１３０は、回転テーブル１３１、ロボット１４１、エアブロー部１５１、参照ポイント設定部１６１、および、デジタイザ装置１７１を備えている。エアブロー部１５１は、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００の上側に移動し、エアーノズル１５２からクランクシャフト２００にエアを吹き付ける。続いて、参照ポイント設定部１６１は、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００の上側に移動し、クランクシャフト２００表面に参照ポイントを設定する。次いで、デジタイザ装置１７１は、クランクシャフト２００の計測位置に応じた位置調整後、スキャニングによりクランクシャフト２００の形状測定を行う。【選択図】図２
2010217083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャニングにより熱間鍛造異形品の形状測定を行うデジタイザ装置と、
前記熱間鍛造異形品の表面の酸化スケールを除去するブロー手段と、
前記酸化スケールが除去された熱間鍛造異形品の前記表面に参照ポイントを設ける参照ポイント設定手段と、
前記参照ポイントが設けられた熱間鍛造異形品の前記表面をデジタイザ装置によりスキャンするときに、前記熱間鍛造異形品を回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする非接触形状測定装置。
【請求項２】
前記熱間鍛造異形品が磁性材料からなる場合、参照ポイントとしてマグネットを用いることを特徴とする請求項１に記載の非接触形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、明確な測定基準を有しない複雑な形状をなす熱間鍛造異形品の形状を測定する非接触形状測定装置に係り、特に、非接触形状測定のインライン化を可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフト等の熱間鍛造異形品は、複雑な形状をなしており、明確な測定基準を有しない。このような熱間鍛造異形品の形状検査では、２Ｄ図面を用いて、接触測定装置によるポイント測定およびライン測定により行っていた。たとえば、図９に示す接触測定装置１０では、被測定物Ｍの形状は、その表面への測定針１１の接触により得ている。ところが、そのような接触測定では、多くの準備時間や測定時間が費やされ、しかも、測定針１１による測定が不可能な部位があるため、測定箇所が限定されるという問題があった。
【０００３】
一方、カメラやレーザによる非接触測定方法が用いられる場合があるが、被測定物である熱間鍛造異形品は明確な測定基準を有しないため、高精度測定が困難である。そこで熱間鍛造異形品のように明確な測定基準を有しない被測定物の非接触測定方法では、図１０に示すように、被測定物Ｍとは別に任意の基準面２２を設定し、その基準面２２と被測定物Ｍに光源２１からビーム（図の破線の矢印）を照射し、基準面２２と被測定物Ｍの測定形状との位置比較を行うことが考えられる（たとえば特許文献１）。ところが、この非接触測定では、基準面２２を予め準備する必要がある上、基準面２２と被測定物Ｍとの位置関係の精度が測定精度に大きな影響を与えるため、保持手段による被測定物Ｍの保持に高精度が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−３２３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のような背景から、被測定物とは別の基準面の設定が不要な非接触光学式３次元デジタイザ装置を用いた形状測定を行うことが考えられる。デジタイザ装置による測定手法では、１回の撮影では測定が困難な形状・大きさを有する被測定物を用いる場合、図１１（Ａ）に示すように、被測定物Ｍの表面の複数箇所に参照ポイントＲを設け、撮像部３０のＣＣＤカメラで撮影する。この場合、最初に測定した領域と次に測定した領域との重なり合う部分にある共通の参照ポイントＲを参照して各パッチを瞬時に自動合成し、３次元データを生成する。そして、これにより得られた測定形状の点群データＤ１と、目標設計データであるＣＡＤデータＤ２との誤差の和が最小になるような位置合わせを行い、それらデータの差異により形状の評価を行う（図１１（Ｂ））。
【０００６】
しかしながら、以上のようなデジタイザ装置による測定では、次のような測定前準備工程（参照ポイント設定工程および現像液塗布工程）およびスキャニング工程を手作業で行う必要がある。参照ポイント設定工程では、被測定物表面の脱脂後、参照ポイントとしてのシールを被測定物表面の複数箇所に手作業で貼り付ける必要がある。現像液塗布工程では、現像液を被測定物表面に手作業で塗布し、その表面の光沢を抑える必要がある。しかも、この場合、測定精度の向上のために、被測定物表面において現像液の厚みを均一に塗布しなければならなく、かつ参照ポイントに付着した現像液を除去しなければならないため、手間がかかる。スキャニング工程では、被測定物を様々な角度から撮影するために、ＣＣＤカメラに対する被測定物の位置を変更する必要がある。以上のように各工程を手作業で行っているため、デジタイザ装置による測定は、量産工程へのインライン化ができない。
【０００７】
したがって、本発明は、被測定物として熱間鍛造異形品を用いた場合、形状の測定精度の向上を図ることができるのはもちろんのこと、測定前準備工程およびスキャニング工程の自動化を図ることにより、非接触形状測定の量産工程へのインライン化を可能とする非接触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】
【０００８】
本発明の非接触形状測定装置は、スキャニングにより熱間鍛造異形品の形状測定を行うデジタイザ装置と、熱間鍛造異形品の表面の酸化スケールを除去するブロー手段と、酸化スケールが除去された熱間鍛造異形品の表面に参照ポイントを設ける参照ポイント設定手段と、参照ポイントが設けられた熱間鍛造異形品の表面をデジタイザ装置によりスキャンするときに、熱間鍛造異形品を回転させる回転手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の非接触形状測定装置では、ブロー手段によって熱間鍛造異形品の表面にエア等のガスを吹き付けることにより、その表面の酸化スケールを除去する。これにより、熱間異形鍛造品の表面は、非光沢状態である鍛造肌となるから、光沢を抑制するための現像材料を手作業で塗布する必要がない。このような酸化スケールの除去後、参照ポイント設定手段によりその熱間鍛造異形品の表面に参照ポイントを設ける。このような下処理工程が施された熱間鍛造異形品の表面の形状測定を、デジタイザ装置によるスキャニングによって行う。このとき、熱間鍛造異形品を回転手段上に載置し、その回転手段を回転させることにより、スキャニングを熱間鍛造異形品の全周に対して行う。
【００１０】
以上のように、デジタイザ装置を用いることにより測定精度の向上を図ることができるのはもちろんのこと、測定前準備工程（酸化スケール除去工程および参照ポイント設定工程）およびスキャニング工程を自動化することにより、非接触形状測定の自動化を図ることができる。その結果、非接触形状測定の量産工程へのインライン化が可能となる。
【００１１】
本発明の非接触形状測定装置は種々の構成を用いることができる。たとえば参照ポイントとしてシール等を用いることができるが、熱間鍛造異形品が磁性材料からなる場合、参照ポイントとしてマグネットを用いることができる。この態様では、参照ポイントの設定を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非接触形状測定装置によれば、被測定物である熱間鍛造異形品の形状の測定精度向上を図ることができるのはもちろんのこと、測定前準備工程およびスキャニング工程の自動化を図ることにより、非接触形状測定の量産工程へのインライン化を可能とする等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る非接触形状測定装置が適用されたクランクシャフトの生産ラインの概念図を表している。
【図２】本発明に係る一実施形態の非接触形状測定装置の概略構成を表す斜視図である。
【図３】図１に示す非接触形状測定装置のロボットのチャック部の概略構成を表す側面図である
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す参照ポイント設定部による各工程を表す概念図である。
【図５】図１に示す非接触形状測定装置による参照ポイント設定工程の変形例を表す概念図である。
【図６】図１に示す非接触形状測定装置のデジタイザ装置の撮影部の概略構成を表す前面図である。
【図７】図１に示す非接触形状測定装置による各工程を表し、（Ａ）は酸化スケール除去工程、（Ｂ）は参照ポイント設定工程、（Ｃ）はスキャニング工程の概略構成を表す斜視図である。
【図８】本実施例および比較例のスキャニング工程で用いた熱間鍛造異形品の形状を表し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図９】従来の接触測定手法を表す斜視図である。
【図１０】従来の非接触測定手法を表す斜視図である。
【図１１】デジタイザ装置を用いた非接触測定手法を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（１）実施形態の構成
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る非接触形状測定装置１３０が適用されたクランクシャフト（熱間鍛造異形品）の生産ラインの概念図を表している。クランクシャフトの生産ラインでは、原材料である鋼材を切断部１１１で切断してビレットＷを得る。
【００１５】
続いて、ビレットＷに連続熱処理部１１２で熱処理を施す。次いで、ビレットＷを成形プレス部１１３で鍛造成形し、鍛造成形品Ｗをツイストプレス部１１４で矯正する。続いて、得られた製品Ｗの形状評価を検査部１１５で行う。次いで、製品Ｗをバケット１１６に搬送する。これら工程間のワークＷ（ビレット，鍛造成形品、製品）はコンベア１２１および冷却コンベア１２２で搬送され、全ての工程は自動化されている。
【００１６】
検査部１１５では、製品Ｗであるクランクシャフト２００の形状評価を非接触形状測定装置１３０により行っている。図２は、本発明に係る一実施形態の非接触形状測定装置１３０の概略構成を表す斜視図である。非接触形状測定装置１３０は、回転テーブル１３１、ロボット１４１、エアブロー部１５１、参照ポイント設定部１６１、および、デジタイザ装置１７１を備えている。クランクシャフト２００は、ジャーナル軸部２０１を備え、ジャーナル軸部２０１には、それと平行なクランクピン部２０３がアーム部２０２により連結されている。
【００１７】
回転テーブル１３１は、冷却コンベア１２２に隣接し、回転可能に設けられている。回転テーブル１３１の角度位置の設定は、たとえば３０度単位で行われる。回転テーブル１３１には、製品Ｗであるクランクシャフト２００を支持する支持部１３２が設けられている。支持部１３２は、クランクシャフト２００のジャーナル軸部２０１の両端部を支持する。支持部１３２は、回転テーブル１３１に固定された回転駆動部１３３に設けられている。支持部１３２に支持されたクランクシャフト２００は、回転駆動部１３３によって、その軸線回りに回転する。
【００１８】
回転テーブル１３１の周囲には、ロボット１４１、エアブロー部１５１、参照ポイント設定部１６１、デジタイザ装置１７１が所定の間隔をおいて設けられている。
【００１９】
ロボット１４１は、冷却コンベア１２２上の製品Ｗを回転テーブル１３１へ搬送する。ロボット１４１では、その本体部の回転テーブル１３１側にチャック部１４２が設けられ、ロボット１４１は回転テーブル１３１に対して接近離間する。製品Ｗを把持するチャック部１４２は、たとえば図３に示すように、中央部が凹状をなす上側爪１４２Ａおよび下側爪１４２Ｂを有している。上側爪１４２Ａおよび下側爪１４２Ｂは、互いに接近離間可能となるようにロボット１４１の本体部に設けられている。
【００２０】
エアブロー部１５１は、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００表面の酸化スケールを除去する。エアブロー部１５１は、その本体部の下面に多数のエアーノズル１５２を有し、回転テーブル１３１に対して接近離間する。エアブロー部１５１では、エアーノズル１５２からクランクシャフト２００表面にエアを吹き付ける。
【００２１】
参照ポイント設定部１６１は、クランクシャフト２００表面に参照ポイントＰ（図５）を設定する。参照ポイント設定部１６１は、本体部の回転テーブル１３１側にポイントシャフト部１６２を有している。ポイントシャフト部１６２は、垂直方向に移動可能となるように、参照ポイント設定部１６１の本体部に設けられている。ポイントシャフト部１６２は、図４に示すようにホルダ１６２Ａを備え、ホルダ１６２Ａ内には複数のシャフト１６２Ｂが設けられている。
【００２２】
参照ポイントＰは、クランクシャフト２００表面に固定されるものであればよく、本実施形態では、熱間鍛造異形品であるクランクシャフト２００は鋼材からなるから、参照ポイントＰとしてマグネットを用いることが好適である。この場合、シャフト１６２Ｂは、磁性がＯＮ／ＯＦＦが制御部（図示略）で制御されるマグネットを内蔵している。シャフト１６２Ｂの上面には、弾性部材１６２Ｃが設けられている。シャフト１６２Ｃの下面には、シャフト１６２Ｃ内のマグネットの磁性がＯＮに設定されている時、参照ポイントＰが磁気的に取り付けられる。
【００２３】
デジタイザ装置１７１は、フェーズシフト法、ステレオ法、および、空間コード化法を組み合わせた測定原理を用い、スキャニングにより熱間鍛造異形品の形状測定を行う非接触光学式３次元デジタイザ装置である。デジタイザ装置１７１は、本体部の回転テーブル１３１側に撮影部１７２を有している。撮影部１７２は、たとえば昇降可能に本体部に設けられている。
【００２４】
撮影部１７２は、図６に示すように、プロジェクタ１７２ＡおよびＣＣＤカメラ１７２Ｂを有している。プロジェクタ１７２Ａは、撮影部１７２の中央部に設けられ、ランプおよび移動スライドを有している。ランプは被測定物に縦縞パターンを投影し、移動スライドはランプを移動させる。ＣＣＤカメラ１７２Ｂは、撮影部１７２の両端部に設けられ、被測定物を撮影する。デジタイザ装置１７１の演算部（図示略）は、撮影イメージに基づき被測定物の各領域の点群データを取得し、それら点群データを合成することにより、被測定物全体の３次元データを生成する。
【００２５】
（２）実施形態の動作
非接触形状測定装置１３０を用いた検査部１１５によるクランクシャフト２００の形状評価について、おもに図２，７を参照して説明する。図７は、非接触形状測定装置１３０による各工程を表し、（Ａ）は酸化スケール除去工程、（Ｂ）は参照ポイント設定工程、（Ｃ）はスキャニング工程の概略構成を表す斜視図である。
【００２６】
検査部１１５では、ロボット１４１が、図１に示す冷却コンベア１２２上の製品Ｗ（クランクシャフト２００）を回転テーブル１３１へ搬送する。ロボット１４１による搬送では、チャック部１４２の爪１４２Ａ，１４２Ｂにより製品Ｗのジャーナル軸部２０１の２箇所を把持する。回転テーブル１３１では、支持部１３２が、回転テーブル１３１へ搬送されたクランクシャフト２００を支持する。ロボット１４１は、クランクシャフト２００の搬送後、回転テーブル１３１から退避して冷却コンベア１２２側の所定位置に戻る。
【００２７】
続いて、エアブロー部１５１は、図７（Ａ）に示すように、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００上側に移動し、エアーノズル１５２からクランクシャフト２００にエアを吹き付ける。この場合、回転駆動部１３３は、必要に応じてクランクシャフト２００を軸線回りに適宜回転させることにより、エアの吹き付けをクランクシャフト２００の全表面に行う。これにより、クランクシャフト２００の表面の酸化スケールが除去され、クランクシャフト２００の表面は、非光沢状態である鍛造肌となる。エアブロー部１５１は、クランクシャフト２００の酸化スケールの除去後、回転テーブル１３１から退避して所定位置に戻る。
【００２８】
次いで、参照ポイント設定部１６１は、図７（Ｂ）に示すように、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００上側に移動し、クランクシャフト２００表面に参照ポイントＰを設定する。
【００２９】
具体的には、参照ポイント設定部１６１では、回転テーブル１３１への移動前に、図４（Ａ）に示すように、制御部（図示略）がポイントシャフト部１６２のシャフト１６２Ｂの磁性をＯＮに設定し、シャフト１６２Ｂの下面に参照ポイントＰを磁気的に取り付ける。次いで、参照ポイント設定部１６１は、回転テーブル１３１上のクランクシャフト２００上側へ移動した後、クランクシャフト２００に向けてシャフト１６２Ｂを下降させる。この場合、制御部は、参照ポイントＰのクランクシャフト２００への接触を検出したとき、シャフト１６２Ｂの磁性をＯＦＦに設定することにより、クランクシャフト２００表面に参照ポイントＰを磁気的に取り付ける。
【００３０】
参照ポイントＰの設定では、クランクシャフト２００における参照ポイントＰの設定箇所には高低差があるが、その高低差による影響は、シャフト１６２Ｂ上面の弾性部材１６２Ｃに吸収される。これにより、参照ポイントＰの設定箇所には高低差がある場合でも、参照ポイントＰを確実に設けることができる。また、シャフト１６２Ｂの移動方向は、図４に示すように、垂直方向だけでなく、図５に示すように、任意の角度方向となるように構成してもよい。この構成では、クランクシャフト２００におけるアーム部２０２のカウンタウェイト部の側面に参照ポイントＰを取り付けることが可能となる。また、必要に応じて回転駆動部１３３によってクランクシャフト２００を軸線回りに適宜回転させることにより、参照ポイントＰをクランクシャフト２００の全表面に取り付けることができる。
【００３１】
シャフト１６２Ｂは、参照ポイントＰの設定後、ホルダ１６２Ａ内へ上昇し、参照ポイント設定部１６１は、回転テーブル１３１から退避して所定位置に戻る。
【００３２】
続いて、デジタイザ装置１７１では、撮影部１７２は、クランクシャフト２００の計測位置に応じた位置調整後、次のようなスキャニングによりクランクシャフト２００の形状測定を行う。
【００３３】
プロジェクタ１７２Ａのランプを移動スライドで所定ピッチで左右に移動させながらランプから縦縞パターンをクランクシャフト２００に照射することにより、クランクシャフト２００上に縦縞パターンを投影する。ＣＣＤカメラ１７２Ｂは、クランクシャフト２００上で変化する縦縞パターンを高速に連続撮影する。この場合、回転テーブル１３１の角度位置を３０度ずつ変更することにより、クランクシャフト２００の全周の撮影を行う。また、回転駆動部１３３によってクランクシャフト２００を軸線回りに適宜回転させることにより、クランクシャフト２００の全表面の撮影を確実に行うことができる。
【００３４】
デジタイザ装置１７１の演算部（図示略）では、ソフトウェアが、撮影部１７２により得られた撮影イメージに基づきクランクシャフト２００の各領域の点群データを取得し、それら点群を合成することにより、クランクシャフト２００全体の３次元データを生成する。この場合、最初に測定した領域と次に測定した領域との重なり合う部分にある共通の参照ポイントＰを参照して各パッチを瞬時に自動合成することにより測定点群の合成を行う。そして、図１１に示すように、クランクシャフト２００の形状の３次元データＤ１と、目標設計データであるＣＡＤデータＤ２との誤差の和が最小になるような位置合わせを行い、そのデータの差異により形状の評価を行う。形状評価では、クランクシャフト２００における各部位のデータの差異が所定値以下である場合、クランクシャフト２００の形状を合格と判定し、所定値を超えている場合、クランクシャフト２００の形状を不合格と判定する。
【００３５】
以上のように本実施形態では、デジタイザ装置１７１を用いることにより、クランクシャフト２００の形状の測定精度の向上を図ることができるのはもちろんのこと、測定前準備工程（酸化スケール除去工程および参照ポイント設定工程）およびスキャニング工程を自動化することにより、非接触形状測定の自動化を図ることができる。その結果、非接触形状測定の量産工程へのインライン化が可能となる。特に、クランクシャフト２００が鋼材等の磁性材料からなる場合、参照ポイントＰとしてマグネットを用いることにより、参照ポイントＰの設定を確実に行うことができる。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、図８に示すクランクシャフト３００の形状測定を行った。
【００３７】
実験例では、クランクシャフト３００の酸化スケール除去し、クランクシャフト３００に参照ポイントＰを設定した後、クランクシャフト３００の形状測定をデジタイザ装置によるスキャニングで行った。比較実験例では、クランクシャフト３００の酸化スケールを除去し、クランクシャフト３００の形状測定を接触測定装置で行った。クランクシャフト３００の形状の測定箇所は、クランクピン部３０３表面の直径ｌ１、ジャーナル軸部３０１表面の直径ｌ２、アーム部３０２の縁部の長さｌ３、ｌ４、および、クランクピン部３０３の中央部の直径ｌ５である。実験例および比較実験例の測定結果を表１に示す。表１の計測値（単位ｍｍ）は、同一箇所３点の平均値とした。
【００３８】
【表１】
2010217083.tif 000003
【００３９】
実験例のデジタイザ装置では、クランクピン部３０３の裏側部分のように通常の測定装置では測定が困難な部位でも、その形状に沿ったスキャニングが可能であり、表１から判るように、実験例のスキャニングによる計測値は、比較実験例の接触式によるものとの誤差がほとんどないことを確認した。これにより、デジタイザ装置によるスキャニングは、複雑な形状をなすクランクシャフトの形状評価に適用可能であり、その評価を高精度に行うことができることが判った。
【符号の説明】
【００４０】
１３０…非接触測定装置、１３１…回転テーブル（回転手段）１５１…エアブロー部（ブロー手段）、１６１…参照ポイント設定部（参照ポイント設定手段）、１７１…デジタイザ装置、２００…クランクシャフト（熱間鍛造異形品）、Ｐ…参照ポイント、Ｗ…ワーク，ビレット、予備成形品、製品（熱間鍛造異形品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010217083.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2010217083.tif 000014