(57)【要約】【課題】クランクシャフトのアンバランス量予測のためのリードタイムを短縮すること。【解決手段】（１）クランクシャフトを計測して３次元形状点群データを得る。（２）３次元形状点群データをＸ軸方向に任意幅で分割する。（３）分割された３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面を得る。（４）ＹＺ断面を複数の三角形に分割する。（５）複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成する。（６）複数の三角柱のそれぞれにつてアンバランス量を算出する。（７）算出された複数の三角柱のアンバランス量を全て合計することでＸ軸方向に任意幅により分割された分割部分のアンバランス量を算出する。（８）複数の分割部分のアンバランス量を全て合計し、クランクシャフトの所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測する。【選択図】        図２
2010091283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの形状を計測して３次元形状点群データを得る過程と、
前記得られた３次元形状点群データをＸ軸方向に任意幅で分割する過程と、
前記分割された３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面を得る過程と、
前記ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程と、
前記分割された複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成する過程と、
前記作成された複数の三角柱のそれぞれにつてアンバランス量を算出する過程と、
前記算出された複数の三角柱のアンバランス量を全て合計することで前記Ｘ軸方向に任意幅で分割された部分のアンバランス量を算出する過程と、
前記任意幅で分割された部分のアンバランス量を全て合計し、クランクシャフトの所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測する過程と
を備えたことを特徴とするクランクシャフトのアンバランス量予測方法。
【請求項２】
前記ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程では、前記ＹＺ断面をＺ座標プラス側のＹＺ断面とＺ座標マイナス側のＹＺ断面とに２分割し、２分割された各ＹＺ断面のそれぞれを所定の方法で複数の三角形に分割することを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトのアンバランス量予測方法。
【請求項３】
クランクシャフトの形状を３次元に計測する３次元形状計測機と、
前記計測により得られた３次元形状点群データをＸ軸方向に任意幅で分割し、その分割された３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面とし、そのＹＺ断面を複数の三角形に分割し、その分割された複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成し、その作成された複数の三角柱のそれぞれについてアンバランス量を算出し、その算出された複数の三角柱のアンバランス量を全て合計することでＸ軸方向に任意幅で分割された部分のアンバランス量を算出し、前記任意幅で分割された部分のアンバランス量を全て合計し、クランクシャフトの所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測するデータ処理装置と、
前記データ処理装置による予測結果を出力する出力装置と
を備えたことを特徴とするクランクシャフトのアンバランス量予測装置。
【請求項４】
前記データ処理装置は、前記ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程で、前記ＹＺ断面をＺ座標プラス側のＹＺ断面とＺ座標マイナス側のＹＺ断面とに２分割し、２分割された各ＹＺ断面のそれぞれを所定の方法で複数の三角形に分割することを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフトのアンバランス量予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに使用されるクランクシャフトに係り、詳しくは、クランクシャフトの製造に際してクランクシャフトのアンバランス量を予測するためのアンバランス量予測方法及び予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載のアンバランス予測装置が知られている。この予測装置は、機械加工される切削用黒皮面と機械加工されない非切削用黒皮面とを備えたクランクシャフトを定位置にて保持部により保持する。また、保持されたクランクシャフトの切削用黒皮面の基準位置に関する物理量を予め基準記憶手段に記憶しておく。そして、その非切削用黒皮面の実際の位置を測定手段により測定し、その測定された物理量と、基準記憶手段に記憶された基準位置に関する物理量とを比較し、クランクシャフトの良否を判定手段により判定するようになっている。ここで、測定手段として、接触子を有するプローブを備えた３次元測定機が使用され、その接触子で測定された非切削用黒皮面に関する寸法値に基づき、判定手段としての制御装置によりクランクシャフトのアンバランス予測値が演算されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１７２６８２号公報
【特許文献２】特開平６−３１５４２号公報
【特許文献３】特開平９−８９７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載のアンバランス予測装置では、クランクシャフトの切削用黒皮面の基準位置に関する物理量を予め準備して基準記憶手段に記憶しておかなければならず、その準備の分だけ測定作業のリードタイムが長引くこととなった。また、種類の異なるクランクシャフトについてアンバランスを予測するには、新たに基準位置に関する物理量を準備しなければならなかった。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アンバランス量予測のためのリードタイムを短縮することを可能としたクランクシャフトのアンバランス量予測方法及び予測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、クランクシャフトの形状を計測して３次元形状点群データを得る過程と、得られた３次元形状点群データをＸ軸方向に任意幅で分割する過程と、分割された３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面を得る過程と、ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程と、分割された複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成する過程と、作成された複数の三角柱のそれぞれにつてアンバランス量を算出する過程と、算出された複数の三角柱のアンバランス量を全て合計することで任意幅で分割された部分のアンバランス量を算出する過程と、任意幅で分割された部分のアンバランス量を全て合計し、クランクシャフトの所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測する過程とを備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、クランクシャフトの形状について計測により得られた３次元形状点群データから直接にクランクシャフトのアンバランス量が予測されるので、従来例のように基準位置に関する物理量を予め準備しておく必要がない。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明において、ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程では、ＹＺ断面をＺ座標プラス側のＹＺ断面とＺ座標マイナス側のＹＺ断面とに２分割し、２分割された各ＹＺ断面のそれぞれを所定の方法で複数の三角形に分割することが好ましい。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、クランクシャフトの形状を３次元に計測する３次元形状計測機と、計測により得られた３次元形状点群データをＸ軸方向に任意幅で分割し、その分割された３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面とし、そのＹＺ断面を複数の三角形に分割し、その分割された複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成し、その作成された複数の三角柱のそれぞれについてアンバランス量を算出し、その算出された複数の三角柱のアンバランス量を全て合計することでＸ軸方向に任意幅で分割された部分のアンバランス量を算出し、任意幅で分割された部分のアンバランス量を全て合計し、クランクシャフトの所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測するデータ処理装置と、データ処理装置による予測結果を出力する出力装置とを備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、クランクシャフトの形状について計測により得られた３次元形状点群データから直接にクランクシャフトのアンバランス量が予測されるので、従来例のように基準位置に関する物理量を予め準備しておく必要がない。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明において、データ処理装置は、ＹＺ断面を複数の三角形に分割する過程で、ＹＺ断面をＺ座標プラス側のＹＺ断面とＺ座標マイナス側のＹＺ断面とに２分割し、２分割された各ＹＺ断面のそれぞれを所定の方法で複数の三角形に分割するように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至４に記載の発明によれば、クランクシャフトのアンバランス量予測のためのリードタイムを短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明におけるクランクシャフトのアンバランス量予測方法及び予測装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
この実施形態では、エンジンに使用されるクランクシャフトの回転バランスを確保するために、鍛造工程後のクランクシャフト粗形材に係るアンバランス量を予測するアンバランス量予測方法及び予測装置について説明する。クランクシャフトの製造工程は、粗形材を作製する鍛造工程と、粗形材を製品に仕上げる機械加工工程とを含む。この実施形態では、クランクシャフトのアンバランス量を、機械加工工程の最終段階に計測するのではなく、鍛造工程の最終段階に計測するようにしている。ここで、計測により得られたアンバランス量の予測値が許容範囲内となる場合は、機械加工工程で粗形材を加工することでアンバランス量を修正するようにしている。アンバランス量の予測値が許容範囲外の場合は、その粗形材を廃棄することで粗悪な粗形材を機械加工工程へ廻さないようにしている。
【００１５】
図１に、この実施形態のアンバランス量予測装置１をブロック図により示す。この装置１は、鍛造工程で作製されたクランクシャフトの粗形材２の形状を非接触により３次元に計測する３次元形状計測機３と、その計測により得られた３次元形状点群データに基づいて粗形材２のアンバランス量を予測するデータ処理装置４と、データ処理装置４による予測結果を出力する出力装置５とを備える。３次元形状計測機３は、レーザにより粗形材２の形状を非接触により３次元に計測するようになっている。データ処理装置４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、データ解析のためのプログラムを格納したメモリ（ＲＯＭ）、３次元形状計測機３からの３次元形状点群データを記憶するメモリ（ＲＡＭ）等を含む。出力装置５として、例えば、ディスプレイやプリンタ等を含む。粗形材２から得れる３次元形状点群データの点数は、全部で約５万個にもなる。
【００１６】
次に、アンバランス量予測装置１を使用して行われる粗形材２のアンバランス量予測方法について以下に説明する。図２に、このアンバランス量予測方法をフローチャートにより示す。図２に付した（１）〜（８）の番号に従って各過程について説明する。
【００１７】
最初に（１）の「３次元形状計測過程」では、３次元形状計測機３を使用してクランクシャフト粗形材２の形状を３次元に計測することで、３次元形状点群データを得る。図３に、この粗形材２に係る３次元形状点群データ１１を概念図により示す。図３には、便宜上、粗形材２の形状を有する３次元形状点群データ１１が線図で示されるが、実際には、この３次元形状点群データを、粗形材２の外形上に分布する無数の点として表すことができる。データ処理装置４は、この３次元形状点群データ１１を入力してメモリに一旦記憶する。
【００１８】
（２）の「Ｘ軸方向への分割過程」で、データ処理装置４は、３次元形状計測機３で得られた３次元形状点群データ１１を、図３に示すように、Ｘ軸方向に任意幅で分割する。
【００１９】
（３）の「ＹＺ平面への投影過程」では、データ処理装置４は、Ｘ軸方向に分割された部分の３次元形状点群データをＹＺ平面に投影してＹＺ断面を得る。すなわち、３次元形状点群データの「Ｘ＝ｘ１±ａ」の範囲に入る点群を法線ベクトル（１，０，０）により「Ｘ＝ｘ１」を通る平面に投影する。図４（Ａ）〜（Ｃ）に、ＹＺ平面に投影されたＹＺ断面の変化をＹＺ座標上にグラフにより示す。図４（Ａ）は、Ｘ軸方向に任意幅Ｗ１で分割された部分の投影されたＹＺ断面の輪郭を示す。このＹＺ断面は、その原点座標（０，０）を基準として、Ｙ軸及びＺ軸のプラス側とマイナス側に分布する。このＹＺ断面は、図３に示す３次元形状点群データ１１を、Ａ−Ａ線に沿って切断した断面に相当する。
【００２０】
（４）の「ＹＺ断面の分割過程」では、データ処理装置４は、ＹＺ断面を最終的に複数の三角形に分割する。そのために、第１段階として、ＹＺ断面を、Ｚ座標のプラス側断面とマイナス側断面の２つの断面に分割する。図４（Ｂ）に、分割されたプラス側断面の輪郭をＹＺ座標上に示す。図４（Ｃ）に、分割されたマイナス側断面の輪郭をＹＺ座標上に示す。第２段階として、データ処理装置４は、２分割されたプラス側断面及びマイナス側断面のそれぞれを所定の方法で複数の三角形に分割する。この実施形態では、例えば、図４（Ｂ）に示すように、プラス側断面につき、原点Ｐ１（０，０）を中心にし、原点Ｐ１と同断面の輪郭上に存在する各点を結ぶことで複数の三角形に分割する。図４（Ｂ）には、原点Ｐ１と、隣り合う任意の２点Ｐ２，Ｐ３を結んだ三角形１２をハッチングを付して示す。
【００２１】
（５）の「三角柱の作成過程」では、データ処理装置４は、分割された複数の三角形のそれぞれについて三角柱を作成する。すなわち、上記した三角形に、Ｘ軸方向の厚み、すなわちＸ軸方向の任意幅Ｗ１を与えて三角柱を作成する。図５に、計算上の三角柱１３を概念図により示す。
【００２２】
（６）の「三角柱のアンバランス量算出過程」では、データ処理装置４は、作成された個々の三角柱のアンバランス量Ｕを算出する。アンバランス量Ｕの算出方法は以下の通りである。
三角形の面積を「Ｓ」、三角柱の体積を「Ｖ」、三角柱の質量を「Ｍ」、三角柱の重心を「Ｇ」とすると、
Ｓ＝（ｄθ・ｄｌ）／２      ・・・式（１）
Ｖ＝Ｓ・ｄｘ                ・・・式（２）
Ｍ＝Ｖ・ρ                  ・・・式（３）
Ｇ＝(２／３)ｄｌ            ・・・式（４）
よって、三角形の体積Ｖの持つアンバランス量Ｕは、
Ｕ＝Ｍ・（２／３）ｄｌ
＝Ｖ・ρ・（２／３）ｄｌ
＝Ｓ・ｄｘ・ρ・（２／３）ｄｌ
＝ｄθ・ｄｌ・ｄｘ・ρ・（１／３）ｄｌ      ・・・式（５）
ここで、「ｄｘ，ｄθ，ｄｌ」は、それぞれ２点座標により算出することができる。
【００２３】
（７）の「ＹＺ断面全体に係るアンバランス量算出過程」では、データ処理装置４は、算出された複数の三角柱のアンバランス量Ｕを全て合計することでＸ軸方向に任意幅Ｗ１で分割された部分のアンバランス量を算出する。すなわち、プラス側断面及びマイナス側断面のそれぞれについて算出された複数の三角柱のアンバランス量Ｕを全て合計することにより、図４（Ａ）に示すＹＺ断面全体に係る部分のアンバランス量を算出する。
【００２４】
そして（８）の「粗形材のアンバランス量予測過程」では、データ処理装置４は、ＹＺ断面全体に係る部分のアンバランス量を全て合計し、粗形材２の所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測する。図６に、アンバランス計測点への釣り合いの関係を線図により示す。図６において、Ｆｒ側の計測点Ｐｆは、粗形材２のフロント側のある位置を意味する。Ｒｆ側の計測点Ｐｒは、同じく粗形材２のリア側のある位置を意味する。フロント側とリア側は、２つの計測点Ｐｆ，Ｐｒの中間を原点（０）として分けられる。図６に示す「Ｕ」は、Ｘ軸方向のある断面におけるアンバランス量を意味する。このアンバランス量Ｕのフロント側へ計測点Ｐｆへの影響ＦＵと、リア側の計測点Ｐｒへの影響ＲＵをそれぞれ下記の式（６）,（７）により求め、粗形材２の全体としてのアンバランス量を予測する。
ＦＵ＝Σ｛Ｕ・［（Ｌ２＋ｘ）／（Ｌ１＋Ｌ２）］｝      ・・・式（６）
ＲＵ＝Σ｛Ｕ・［（Ｌ１−ｘ）／（Ｌ１＋Ｌ２）］｝      ・・・式（７）
【００２５】
上記のようにデータ処理装置４で求められた粗形材２に係るアンバランス量の予測値は、出力装置５により出力される。この予測値に基づき、作業者は、個々の粗形材２のアンバランス量を機械加工工程で修正するべきか、アンバランス量を修正することなく粗形材２をそのまま廃棄すべきかを判断することができる。
【００２６】
以上説明したこの実施形態におけるクランクシャフトのアンバランス量予測方法及び予測装置によれば、データ処理装置４が、３次元形状計測機３の計測により得られた３次元形状点群データ１１をＸ軸方向に任意幅Ｗ１で分割し、その分割された３次元形状点群データ１１をＹＺ平面に投影してＹＺ断面とし、そのＹＺ断面を複数の三角形１２に分割し、その分割された複数の三角形１２のそれぞれについて三角柱１３を作成し、その作成された複数の三角柱１３のそれぞれについてアンバランス量Ｕを算出し、その算出された複数の三角柱１３のアンバランス量Ｕを全て合計することでＸ軸方向に任意幅Ｗ１で分割された部分のアンバランス量を算出し、任意幅Ｗ１で分割された部分のアンバランス量を全て合計し、粗形材２の所定の測定位置におけるアンバランス量を力の釣り合いにより予測するようにしている。つまり、クランクシャフトの粗形材２の形状について計測により得られた３次元形状点群データ１１から直接にその粗形材２のアンバランス量を予測するようにしている。従って、従来例のように基準位置に関する物理量を予め準備しておく必要がない。この結果、粗形材２のアンバランス量を予測するためのリードタイムを短縮することができる。
【００２７】
この実施形態によれば、非接触式の３次元形状計測機３を使用してクランクシャフトの粗形材２を３次元に計測しているので、多数の点データ（約５万点）からなる３次元形状点群データ１１を得ることができる。この意味から、粗形材２のアンバランス量を高精度に予測することができる。
【００２８】
この実施形態では、粗形材２についてＸ軸方向に任意幅Ｗ１で分割した微小部分毎のアンバランス量を算出し、それら算出結果を合計して粗形材２の全体に係るアンバランス量を予測するようにしている。つまり、回転軸を法線ベクトルとする平面で粗形材２を分割してアンバランス量を算出するようにしている。このため、回転軸の傾き補正が容易となる。
【００２９】
この実施形態では、個々の粗形材２の全てにつきアンバランス量を予測することができるので、鍛造工程後の粗形材２について全数保証が可能となる。このため、鍛造工程後にアンバランスな不良品を機械加工工程へ廻すことがなくなり、無駄な機械加工を無くすことができる。
【００３０】
従来は、粗形材の加工基準（ワーク回転軸）となるセンター穴を、粗形材質量中心（マスセンター）を実測により位置決定して開ける工程（マスセンタリング工程）が必要になった。これに対し、この実施形態では、個々の粗形材２につき、アンバランス量の予測と加工条件の紐付き解析が可能となり、粗形材２の品質向上及び品質保証を図ることができる。このため、鍛造工程での粗形材２のバランス不良を無くし、従来必要であったマスセンタリング工程を廃止することができ、ネットシェイプ化を図ることができる。
【００３１】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００３２】
（１）例えば、前記実施形態では、ＹＺ断面を複数の三角形に分割するために、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＹＺ断面を、Ｚ座標のプラス側断面とマイナス側断面の２つの断面に分割し、２分割された各断面を更に複数の三角形に分割するようにした。これに対し、ＹＺ断面を複数の三角形に分割するために、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＹＺ断面を、Ｙ座標のプラス側断面とマイナス側断面の２つの断面に分割し、それら２分割された各断面を更に複数の三角形に分割するようにしてもよい。
【００３３】
（２）前記実施形態では、２分割された各断面のそれぞれにつき、図４（Ｂ）に示すように、原点Ｐ１を中心にし、原点Ｐ１と同断面の輪郭上に存在する各点を結ぶことで複数の三角形に分割した。これに対し、２分割された各断面につき、図８に示すように、Ｙ軸方向に沿って三角形を交互逆向きに分割することもできる。また、上記（１）の別の実施形態の場合には、２分割された各断面につき、Ｚ軸方向に沿って三角形を交互逆向きに分割してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】アンバランス量予測装置を示すブロック図。
【図２】アンバランス量予測方法を示すフローチャート。
【図３】粗形材に係る３次元形状点群データを示す概念図。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ＹＺ平面に投影された断面の変化をＹＺ座標上に示すグラフ。
【図５】計算上の三角柱を示す概念図。
【図６】アンバランス計測点への釣り合いの関係を示す線図。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、ＹＺ平面に投影された断面の変化をＹＺ座標上に示すグラフ。
【図８】２分割された断面を複数の三角形に分割する方法をＹＺ座標上に示すグラフ。
【符号の説明】
【００３５】
１  アンバランス量予測装置
２  粗形材
３  ３次元形状計測機
４  データ処理装置
５  出力装置
１１  ３次元形状点群データ
１２  三角形
１３  三角柱
【図１】
2010091283.tif 000003
【図２】
2010091283.tif 000004
【図３】
2010091283.tif 000005
【図４】
2010091283.tif 000006
【図５】
2010091283.tif 000007
【図６】
2010091283.tif 000008
【図７】
2010091283.tif 000009
【図８】
2010091283.tif 000010