(57)【要約】  支持装置（１０）で支持されたクランクシャフト（Ｓ）の周囲に、第１形状測定装置（３１）〜第４形状測定装置（３４）が配置され、クランクシャフト（Ｓ）と、第１形状測定装置（３１）〜第４形状測定装置（３４）とをクランクシャフト（Ｓ）の軸方向（Ｘ方向）に相対移動可能とする。第１形状測定装置（３１）及び第３形状測定装置（３３）はＸ方向一方に向くように配置され、クランクシャフトＳの部分形状情報（カウンタウエイト（Ｓ２）のＸ方向他方の側面を含む）を取得し、また、第２形状測定装置（３２）及び第４形状測定装置（３４）はＸ方向他方に向くように配置され、クランクシャフトＳの部分形状情報（カウンタウエイト（Ｓ２）のＸ方向一方の側面を含む）を取得する。これにより、クランクシャフト（Ｓ）の形状を短時間で精度良く検査することができる。
2017159626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトを支持する支持装置と、
光を投射する投射部と前記投射部が投射した光を受光する受光部とを有し、前記支持装置で支持された前記クランクシャフトの周囲に配置され、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報を取得する４つ以上の形状測定装置とを備え、
前記支持装置で支持された前記クランクシャフトと、前記４つ以上の形状測定装置とを、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動可能とし、
前記４つ以上の形状測定装置は、
前記クランクシャフトの軸方向において、前記カウンタウエイトの側面の一方を含む前記部分形状情報を取得する第１グループの形状測定装置と、
前記クランクシャフトの軸方向において、前記カウンタウエイトの側面の他方を含む前記部分形状情報を取得する第２グループの形状測定装置、とに区別され、
前記クランクシャフトの周方向において、前記第１グループの形状測定装置それぞれの間に、前記第２グループの形状測定装置が配置される、クランクシャフト形状検査装置。
【請求項２】
前記４つ以上の形状測定装置は、前記クランクシャフトの周方向に均等な間隔で配置される、請求項１に記載のクランクシャフト形状検査装置。
【請求項３】
前記投射部及び前記受光部は、前記クランクシャフトの軸方向に並べて配置され、
β＜α＋β＜arctan（ａ／ｂ）
を満たし、
ここで、αは、前記ジャーナルの形状を測定するときに前記投射部から投射される投射光の光路と前記受光部に入射する入射光の光路との間の角度であり、
βは、前記クランクシャフトの軸方向に直交する方向に対する、前記投射部の前記光路及び前記受光部の前記光路のうち前記クランクシャフトの軸方向に直交する方向に近い光路の傾斜角度であり、
ａは、前記ジャーナルの長さであり、
ｂは、前記カウンタウエイトの端部と前記ジャーナルとの間の長さである、請求項１又は２に記載のクランクシャフト形状検査装置。
【請求項４】
前記クランクシャフトの軸方向延長線上に、所定の形状を有する位置合わせターゲットを配置する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクランクシャフト形状検査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクランクシャフト形状検査装置と、
前記クランクシャフト形状検査装置で取得された前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成するクランクシャフト形状情報生成手段とを備える、クランクシャフト形状検査システム。
【請求項６】
前記クランクシャフト形状情報と、予め用意されたカウンタウエイトの基準データとに基づいて、前記カウンタウエイトに関するデータを演算する演算手段を備える、請求項５に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項７】
前記複数のカウンタウエイトの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段を備え、
前記演算手段は、前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のカウンタウエイトのそれぞれの位置を推定し、前記カウンタウエイトの基準データに基づいて、前記複数のカウンタウエイトの位置ずれを示す位置ずれデータを演算する、請求項６に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項８】
前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定する位置推定手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算する曲がりデータ演算手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算するねじれデータ演算手段とを備える、請求項５に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項９】
前記位置推定手段は、
前記位置を推定された複数のジャーナル及び複数のピンの３次元情報それぞれに、対応する長さ及び径を有する円柱形状をフィッティングするフィッティング手段と、
前記円柱形状の中心位置を演算する中心位置演算手段と、
前記円柱形状の中心位置を前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置に決定する位置決定手段とを有する、請求項８に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項１０】
前記クランクシャフト形状情報生成手段は、
前記部分形状を移動する位置補正パラメータと、前記クランクシャフトの部分形状の傾きを補正するように前記部分形状を回転する傾き補正パラメータとを含む剛体変換パラメータを取得し、
前記剛体変換パラメータにより前記部分形状情報の位置及び傾きを補正した後に、前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフト形状情報を生成する、請求項５乃至９のいずれか１項に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項１１】
前記位置補正パラメータ及び前記傾き補正パラメータは、真形状データを有する基準サンプルを前記複数の形状測定装置により測定し、測定された基準サンプルの部分形状情報を真形状データの座標に重ね合わせることで求められる、請求項１０に記載のクランクシャフト形状検査システム。
【請求項１２】
複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトを支持する支持装置と、
前記支持装置で支持された前記クランクシャフトの周囲に配置され、前記クランクシャフトに対して、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動可能であり、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報をそれぞれが取得する４つ以上の形状測定装置と、
前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段と、
前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成するクランクシャフト形状情報生成手段と、
前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定する位置推定手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算する曲がりデータ演算手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算するねじれデータ演算手段と、
を有する、クランクシャフト形状検査システム。
【請求項１３】
複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトの周囲に配置された４つ以上の形状測定装置を、前記クランクシャフトに対して、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動させて、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報を取得し、
前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成し、
前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を使用して、前記クランクシャフトの形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定し、
推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算し、
推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算する、
クランクシャフト形状検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト形状検査装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトは、加熱した素材を上下の金型でプレスして型鍛造することにより、バリを含む鍛造品を成型した後、バリを除去し、ショットブラスト処理を施して製造される。これらの製造工程で製造されたクランクシャフトは、自動車のエンジン等に組み込む際に、適切に組み込めるように切削が施される。【０００３】
図１は、クランクシャフトの一例（直列４気筒エンジン用クランクシャフト）を模式的に示す図であり、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの方向から見た正面図、及び回転中心軸Ｌに直交する方向から見た側面図である。
クランクシャフトＳは、回転中心軸Ｌ周りの所定角度の位置に設けられたコネクティングロッド（図示せず）を取り付けるための複数のピンＳ１と、回転バランスを取るための複数のカウンタウエイトＳ２と、複数のジャーナルＳ３とを備えている。ピンＳ１の形状は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌから離間した位置を中心とする円柱形状である。ジャーナルＳ３の形状は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌを中心とする円柱形状である。カウンタウエイトＳ２の断面形状は、左右対称の複雑な形状である。【０００４】
上記のように、クランクシャフトは形状が複雑であるため、鍛造する際に、素材寸法の変動、素材温度のムラ、鍛造操業の変動等により、金型の端部まで素材が充填されない欠肉と称される欠陥や、クランクシャフトの全長に亘る曲がり又はねじれ、カウンタウエイトの倒れが発生することがある。また、クランクシャフトをハンドリングする際に搬送設備等と接触して凹み疵が生じることもある。クランクシャフトの製造工程では、ショットブラスト処理されたクランクシャフトの欠肉、曲がり、ねじれ及び凹み疵を検出するために、切削を施す前に、クランクシャフトの実形状を基準形状と比較して検査し、合否を判定している。【０００５】
クランクシャフトの合否判定の基準としては、
（ａ）クランクシャフトの曲がり、ねじれ、及びカウンタウエイトの位置が所定の許容範囲内にあること、
（ｂ）十分な削り代を確保できない深さの欠肉や凹み疵が無いこと、
が挙げられる。
上記（ａ）のように、クランクシャフトの曲がり、ねじれ、及びカウンタウエイトの位置が所定の許容範囲内にあることが合否判定基準の一つとなっている理由は、クランクシャフトの曲がりが大きい、又は、ねじれが大きくピンの設置角度やカウンタウエイトの位置が所定の角度や位置から大きくずれていると、後工程でどのような加工を施したとしても、最終製品としての寸法精度や重量バランスを達成することが困難になるからである。
また、上記（ｂ）のように、十分な削り代を確保できない深さの欠肉や凹み疵が無いことが合否判定基準の一つとなっている理由は、削り代が小さ過ぎると、後工程で切削を施す余地が少なく、最終製品としての寸法精度や重量バランスを達成することが困難になるからである。【０００６】
従来のクランクシャフトを検査する手法は、ピン及びカウンタウエイトの基準形状に合致するように形成された各板ゲージを、クランクシャフトの検査するピン及びカウンタウエイトにそれぞれあてがい、各板ゲージとピン及びカウンタウエイトとの隙間をスケールで測定して、その隙間の寸法（形状誤差）が許容範囲内であれば、そのクランクシャフトを合格と判定するものであった。この手法は、ピン及びカウンタウエイトの基準形状に合致するように形成された板ゲージを用いて、オペレータの手作業によって行われるので、検査精度に個人差が生じるばかりでなく、検査に多大な時間を要するという問題を有していた。このため、自動で正確な検査を行うために、種々のクランクシャフトの検査手法が提案されてきた（例えば特許文献１〜特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２６５３３４号公報
【特許文献２】特開平１０−６２１４４号公報
【特許文献３】特開２０１０−３１９８７号公報
【特許文献４】特開２００７−２１２３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、クランクシャフトの両端をチャックで固定して回転中心軸周りに回転させながら、回転中心軸の直交方向にレーザ光を投光する光学式のヘッドを用いてクランクシャフト表面までの距離を測定することにより、クランクシャフトのピン及びカウンタウエイトの角度位置を算出する手法が提案されている。
特許文献２には、クランクシャフトのカウンタウエイトまでの距離を２次元レーザ距離計で測定し、基準形状と比較することにより、カウンタウエイトの欠肉を検出する手法が提案されている。
特許文献１に記載の手法によってクランクシャフトのねじれを検出し、特許文献２に記載の手法によって欠肉を検出することが可能である。しかしながら、特許文献１、２の手法では、カウンタウエイトの垂直面、即ちクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに対して略垂直に立つ面にレーザ光が投射されないため、当該面の形状を精度良く測定することができず、カウンタウエイト位置の検査は、人手による作業が必要であった。また、クランクシャフトを回転させる必要があったり、１次元レーザ距離計（特許文献１）や２次元レーザ距離計（特許文献２）を用いたりするため、クランクシャフトの全長に亘って距離を測定するには多大な時間を要する。したがって、クランクシャフトの製造工程で、クランクシャフトの全長に亘る検査を行うことは困難であり、抜き取り検査するか、或いは、クランクシャフトの最低限検査を要する部位に限定して検査を行う必要がある。【０００９】
特許文献３には、レーザ変位計等の形状測定機によって素材クランクシャフトの形状を測定し、クランクシャフトのセンタ穴の位置を決定する手法が提案されている。
特許文献３に記載の手法では、カウンタウエイトの２次元形状（外周輪郭位置及び側面軸方向位置）を測定するが、カウンタウエイトの垂直面の形状を精度良く測定することができない。【００１０】
特許文献４には、３次元形状測定装置によってクランクシャフト全体の表面形状を測定する一方、測定不可能である部分を補完用３次元モデルで補完して得られた判定用３次元モデルが、所定の基準を満たすか否かでクランクシャフトを検査する手法が提案されている。
特許文献４に記載の手法で、所定の基準を満たすか否かを判定する際には、例えば、基本的に３次元形状測定装置によって得られる３次元点群データ（判定用３次元モデル）と、クランクシャフトの設計仕様に基づくＣＡＤデータ等から生成したクランクシャフトの表面形状モデルとをマッチングさせて、そのズレ量を評価することが考えられる。しかしながら、そのズレ量が、欠肉等の部分的な欠陥に起因して生じているのか、或いは、クランクシャフトの全長に亘る曲がり等に起因して生じているのか、両者を精度良く区別することが困難である。【００１１】
そこで、本発明は、クランクシャフトの形状を短時間で精度良く検査できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するための本発明の一実施態様は以下のとおりである。
（１）  複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトを支持する支持装置と、
光を投射する投射部と前記投射部が投射した光を受光する受光部とを有し、前記支持装置で支持された前記クランクシャフトの周囲に配置され、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報を取得する４つ以上の形状測定装置とを備え、
前記支持装置で支持された前記クランクシャフトと、前記４つ以上の形状測定装置とを、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動可能とし、
前記４つ以上の形状測定装置は、
前記クランクシャフトの軸方向において、前記カウンタウエイトの側面の一方を含む前記部分形状情報を取得する第１グループの形状測定装置と、
前記クランクシャフトの軸方向において、前記カウンタウエイトの側面の他方を含む前記部分形状情報を取得する第２グループの形状測定装置、とに区別され、
前記クランクシャフトの周方向において、前記第１グループの形状測定装置それぞれの間に、前記第２グループの形状測定装置が配置される、クランクシャフト形状検査装置。
（２）  前記４つ以上の形状測定装置は、前記クランクシャフトの周方向に均等な間隔で配置される、（１）に記載のクランクシャフト形状検査装置。
（３）  前記投射部及び前記受光部は、前記クランクシャフトの軸方向に並べて配置され、
β＜α＋β＜arctan（ａ／ｂ）
を満たし、
ここで、αは、前記ジャーナルの形状を測定するときに前記投射部から投射される投射光の光路と前記受光部に入射する入射光の光路との間の角度であり、
βは、前記クランクシャフトの軸方向に直交する方向に対する、前記投射部の前記光路及び前記受光部の前記光路のうち前記クランクシャフトの軸方向に直交する方向に近い光路の傾斜角度であり、
ａは、前記ジャーナルの長さであり、
ｂは、前記カウンタウエイトの端部と前記ジャーナルとの間の長さである、（１）又は（２）に記載のクランクシャフト形状検査装置。
（４）  前記クランクシャフトの軸方向延長線上に、所定の形状を有する位置合わせターゲットを配置する、（１）乃至（３）のいずれか一つに記載のクランクシャフト形状検査装置。
（５）  （１）乃至（４）のいずれか一つに記載のクランクシャフト形状検査装置と、
前記クランクシャフト形状検査装置で取得された前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成するクランクシャフト形状情報生成手段とを備える、クランクシャフト形状検査システム。
（６）  前記クランクシャフト形状情報と、予め用意されたカウンタウエイトの基準データとに基づいて、前記カウンタウエイトに関するデータを演算する演算手段を備える、（５）に記載のクランクシャフト形状検査システム。
（７）  前記複数のカウンタウエイトの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段を備え、
前記演算手段は、前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のカウンタウエイトのそれぞれの位置を推定し、前記カウンタウエイトの基準データに基づいて、前記複数のカウンタウエイトの位置ずれを示す位置ずれデータを演算する、（６）に記載のクランクシャフト形状検査システム。
（８）  前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定する位置推定手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算する曲がりデータ演算手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算するねじれデータ演算手段とを備える、（５）に記載のクランクシャフト形状検査システム。
（９）  前記位置推定手段は、
前記位置を推定された複数のジャーナル及び複数のピンの３次元情報それぞれに、対応する長さ及び径を有する円柱形状をフィッティングするフィッティング手段と、
前記円柱形状の中心位置を演算する中心位置演算手段と、
前記円柱形状の中心位置を前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置に決定する位置決定手段とを有する、（８）に記載のクランクシャフト形状検査システム。
（１０）  前記クランクシャフト形状情報生成手段は、
前記部分形状を移動する位置補正パラメータと、前記クランクシャフトの部分形状の傾きを補正するように前記部分形状を回転する傾き補正パラメータとを含む剛体変換パラメータを取得し、
前記剛体変換パラメータにより前記部分形状情報の位置及び傾きを補正した後に、前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフト形状情報を生成する、
（５）乃至（９）のいずれか一つに記載のクランクシャフト形状検査システム。
（１１）  前記位置補正パラメータ及び前記傾き補正パラメータは、真形状データを有する基準サンプルを前記複数の形状測定装置により測定し、測定された基準サンプルの部分形状情報を真形状データの座標に重ね合わせることで求められる、（１０）に記載のクランクシャフト形状検査システム。
（１２）  複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトを支持する支持装置と、
前記支持装置で支持された前記クランクシャフトの周囲に配置され、前記クランクシャフトに対して、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動可能であり、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報をそれぞれが取得する４つ以上の形状測定装置と、
前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を記憶する記憶手段と、
前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成するクランクシャフト形状情報生成手段と、
前記記憶手段で記憶する前記基準座標を使用して、前記クランクシャフト形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定する位置推定手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算する曲がりデータ演算手段と、
前記位置推定手段で推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算するねじれデータ演算手段と、
を有する、クランクシャフト形状検査システム。
（１３）  複数のジャーナル、複数のピン、並びに、前記ジャーナル及び前記ピンの間に配置される複数のカウンタウエイトを有するクランクシャフトの周囲に配置された４つ以上の形状測定装置を、前記クランクシャフトに対して、前記クランクシャフトの軸方向に相対移動させて、前記クランクシャフトの部分形状を示す部分形状情報を取得し、
前記部分形状情報を結合して、前記クランクシャフトの３次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成し、
前記複数のジャーナル及び前記複数のピンの基準位置である座標を示す基準座標情報を使用して、前記クランクシャフトの形状情報における前記複数のジャーナル及び前記複数のピンのそれぞれの位置を推定し、
推定された前記複数のジャーナルの位置から、前記クランクシャフトの回転中心軸の方向からの曲がりを示す前記曲がりデータを演算し、
推定された前記複数のピンの位置から、前記クランクシャフトのねじれを示す前記ねじれデータを演算する、
クランクシャフト形状検査方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施態様によれば、クランクシャフトの形状を短時間で精度良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、クランクシャフトの一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置を模式的に示す正面透視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、クランクシャフト形状検査装置を模式的に示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、クランクシャフト形状検査装置を模式的に示す側面図ある。
【図４】図４は、第１形状測定装置とクランクシャフトとの位置関係を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る演算装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、クランクシャフト形状検査の事前準備を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、演算装置が曲がりデータ、ねじれデータ、及びカウンタウエイトの位置ずれデータを演算する演算処理のフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、第１形状測定装置が取得した部分形状情報の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第２形状測定装置が取得した部分形状情報の一例を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、第３形状測定装置が取得した部分形状情報の一例を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、第４形状測定装置が取得した部分形状情報の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａ〜図８Ｄに示す部分形状を重ね合わせた状態を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示す重ね合わされた部分形状を結合した状態を示す図である。
【図１０】図１０は、図７に示すＳ１０３の処理を説明するための図である。
【図１１】図１１は、図７に示すＳ１０４の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１に示すＳ２０１の処理でフィッティング領域が抽出されたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１に示すＳ２０２の処理で円柱形状がフィッティングされたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、図７に示すＳ１０７の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、図１３に示すＳ３０１の処理で重ね合わせ領域が抽出されたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、比較例のクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、比較例のクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、比較例のクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置によりクランクシャフトの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図１６Ａに示すクランクシャフト形状検査装置により生成したクランクシャフトの３次元形状を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置により生成したクランクシャフトＳの３次元形状を示す図である。
【図１９】図１９は、傾斜角βがゼロであるときの第１形状測定装置とクランクシャフトとの位置関係を示す図である。
【図２０】図２０は、位置合わせターゲットの例を示す図である。
【図２１】図２１は、実施例において生成されたクランクシャフト形状情報に対応するクランクシャフトの３次元形状と、同一のクランクシャフトを３次元測定機で測定した実測値との差を示す図である。
【図２２】図２２は、図２１に示す差を示す表である。
【図２３】図２３は、実施例において演算された曲がりデータ及びねじれデータを示す図である。
【図２４】図２４は、実施例におけるクランクシャフトの測定部位を示す図である。
【図２５】図２５は、実施例において演算されたカウンタウエイトの位置ずれ量を示す図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、実施例において位置合わせターゲットを使用したときのカウンタウエイトの位置ずれ量を示す図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、実施例において位置合わせターゲットを使用しないときのカウンタウエイトの位置ずれ量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
（実施形態に係るクランクシャフト形状検査システムの構成及び機能）
本発明の実施形態に係るクランクシャフト形状検査システムは、クランクシャフト形状検査装置１と、演算装置５０とを備える。
図２及び図３Ａ、図３Ｂは、主にクランクシャフト形状検査装置１の概略構成を模式的に示している。図２は、クランクシャフトＳの回転軸Ｌの方向から見たクランクシャフト形状検査装置１の正面透視図である。また、図３Ａは、図２に示す矢印Ａの方向から見たクランクシャフト形状検査装置１の側面図であり、図３Ｂは、図２に示す矢印Ｂの方向から見たクランクシャフト形状検査装置１の側面図である。図２及び図３Ａ、図３Ｂに示すように、クランクシャフト形状検査装置１の長さ方向をＸ方向、クランクシャフト形状検査装置１の幅方向をＹ方向、クランクシャフト形状検査装置１の高さ方向をＺ方向とする。
【００１６】
クランクシャフト形状検査装置１は、支持装置１０と、第１移動装置２１〜第４移動装置２４と、第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４と、筐体４０と、位置合わせターゲット９０とを備える。
支持装置１０は、Ｘ方向に延伸する基部１１と、基部１１の一端からＺ方向に延伸する第１支持部１２と、基部１１の他端からＺ方向に延伸する第２支持部１３とを備える。第１支持部１２はクランクシャフトＳの一端を支持し、第２支持部１３はクランクシャフトＳの他端を支持する。第１支持部１２及び第２支持部１３でクランクシャフトＳの両端を支持することで、支持装置１０は、クランクシャフトＳを軸方向位置と軸芯を所定の位置に所定の姿勢で支持する。一例では、Ｖ字型の支持部をクランクシャフトの両端軸部に配置して、それぞれのＶ字支持部の高さをクランクシャフト両端の軸径に合わせて調整して、その上にクランクシャフトを配置することにより、支持装置１０は、クランクシャフトＳを所定の位置に所定の姿勢で支持する。支持装置１０は、クランクシャフトＳが支持されると、クランクシャフトＳが支持されたことを示す支持信号を第１移動装置２１〜第４移動装置２４及び演算装置５０に出力する。
【００１７】
位置合わせターゲット９０は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、第１支持部１２の隣に配置される。図２０に、位置合わせターゲット９０の一例を示す。位置合わせターゲット９０は、形状測定装置３１〜３４のそれぞれの視野内に、予め正確な位置及び形状が分かっている、位置合わせ用の特異な傾斜面９１を持ち、クランクシャフトＳと合わせて測定されることにより、回転軸方向の位置測定精度を向上させる。なお、図３以外の図（図２等）では、位置合わせターゲット９０の図示は省略する。
【００１８】
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、支持装置１０で支持されたクランクシャフトＳの周囲において、その周方向に９０度ずつ位相をずらして配置され、それぞれ第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を搭載する。
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、それぞれ第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４をクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに平行な方向に移動させる。以下では、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの延伸方向及びそれに平行な方向を「クランクシャフトＳの軸方向」と呼ぶ。各移動装置２１〜２４は、一例では、一軸ステージであり、移動速度を１００ｍｍ／秒〜２００ｍｍ／秒とし、０．１ｍｍ以下の分解能で位置決め又は位置を把握できるものが好ましい。
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、支持信号が入力されると、測定開始位置に移動に移動し、そこからクランクシャフトＳの軸方向に移動する。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、太矢印は、形状測定時の移動方向を示す。一例では、測定開始位置は、第１支持部１２の隣の位置合わせターゲット９０の位置である。
【００１９】
第１移動装置２１〜第４移動装置２４に搭載される第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４もまた、支持装置１０で支持されたクランクシャフトＳの周囲において、その周方向に９０度ずつ位相をずらして配置される。即ち、第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、クランクシャフトＳの周方向に略均等な間隔で配置される。
第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４は、一例では、ラインパターン投射方式の３次元形状測定装置である。各形状測定装置３１〜３４は、測定対象に向けてスリットレーザによりラインパターンを示す投射光を投射する投射部と、撮像機である受光部とを備え、これら投射部と受光部とがクランクシャフトＳの軸方向に並べて配置される。具体的には、第１形状測定装置３１は投射部３１１及び受光部３１２を、第２形状測定装置３２は投射部３２１及び受光部３２２を、第３形状測定装置３３は投射部３３１及び受光部３３２を、第４形状測定装置３４は投射部３４１及び受光部３４２を備える。図２及び図３Ａ、図３Ｂにおいて、各形状測定装置３１〜３４からクランクシャフトＳに投射される投射光の光路（光軸）を一点鎖線で示し、クランクシャフトＳで反射して各形状測定装置３１〜３４に入射する入射光の光路（光軸）を二点鎖線で示す。各形状測定装置３１〜３４は、投射部から測定対象に向けてラインパターンを示す投射光を投射し、ラインパターンが投射された測定対象からの反射光を受光部が受光して、ラインパターンが投射された測定対象を撮像する。各形状測定装置３１〜３４は、撮像された測定対象のラインパターンの変形をデータとして演算装置５０へ送信し、三角測量の原理を用いて測定対象の表面形状を測定できるようにする。各形状測定装置３１〜３４は、一例では、キーエンス社製ＬＪ−Ｖ７３００である。クランクシャフトＳまでの距離が４００ｍｍのとき、各形状測定装置３１〜３４のＹ方向の測定視野は１８０ｍｍである。各形状測定装置３１〜３４の測定周期は２００Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、Ｘ方向の測定分解能は０．３ｍｍであり、Ｚ方向の測定分解能は０．０２ｍｍである。測定周期２００Ｈｚ、移動速度１００ｍｍ／秒とするとき、各形状測定装置３１〜３４は、Ｘ方向の分解能が０．５ｍｍであり、Ｙ方向の分解能が０．３ｍｍであり、Ｚ方向の分解能が０．０２ｍｍである３次元形状データが取得される。同様に、測定周期５００Ｈｚ、移動速度２００ｍｍ／秒とするとき、Ｘ方向の分解能は０．４ｍｍとなる。
【００２０】
第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４は同機種が使用され、隣り合う形状測定装置の間で、クランクシャフトＳの軸方向における投射部と受光部との位置関係が反対となるように配置される。例えば第１形状測定装置３１に着目すれば、それに隣り合う第２形状測定装置３２及び第４形状測定装置３４に対して、クランクシャフトＳの軸方向における投射部と受光部との位置関係が反対となる。具体的には、第１形状測定装置３１は、Ｘ正方向に向かって投射部３１１、受光部３１２の順に並ぶ。第２形状測定装置３２は、Ｘ正方向に向かって受光部３２２、投射部３２１の順に並ぶ。第３形状測定装置３３は、Ｘ正方向に向かって投射部３３１、受光部３３２の順に並ぶ。第４形状測定装置３４は、Ｘ正方向に向かって受光部３４２、投射部３４１の順に並ぶ。
【００２１】
ここで、第１形状測定装置３１及び第３形状測定装置３３は、投射部及び受光部がややＸ負方向に向くように、クランクシャフトＳの軸方向に対して傾斜して配置される。このように第１形状測定装置３１及び第３形状測定装置３３を傾斜させることにより、カウンタウエイトＳ２におけるＸ正方向に向く面（以下、Ｘ正方向の側面と称する）を含む、クランクシャフトＳの部分形状を示す部分形状情報を取得することができる。
第１形状測定装置３１及び第３形状測定装置３３は、クランクシャフトＳの周方向に１８０度位相をずらして配置されている。各形状測定装置３１、３３にクランクシャフトＳの周方向半分（半周１８０度）をカバーできる視野を持たせることにより、クランクシャフトＳの周方向全域（全周３６０度）の部分形状情報を取得することができる。
【００２２】
一方、第２形状測定装置３２及び第４形状測定装置３４は、投射部及び受光部がややＸ正方向に向くように、クランクシャフトＳの軸方向に対して傾斜して配置される。このように第２形状測定装置３２及び第４形状測定装置３４を傾斜させることにより、カウンタウエイトＳ２におけるＸ負方向に向く面（以下、Ｘ負方向の側面と称する）を含む、クランクシャフトＳの部分形状を示す部分形状情報を取得することができる。
第２形状測定装置３２及び第４形状測定装置３４は、クランクシャフトＳの周方向に１８０度位相をずらして配置されている。各形状測定装置３２、３４にクランクシャフトＳの周方向半分（半周１８０度）をカバーできる視野を持たせることにより、クランクシャフトＳの周方向全域（全周３６０度）の部分形状情報を取得することができる。
即ち、以上のように、複数の（好適には４つ以上の）形状測定装置は、部分形状情報を取得する領域の区別に基づいて、上記Ｘ正方向の側面の部分形状情報を取得することができる形状測定装置を「第１グループ」とし、上記Ｘ負方向の側面の部分形状情報を取得することができる形状測定装置を「第２グループ」として、区別することができる。
第１グループの形状測定装置と第２グループの形状測定装置とは、基本的に、クランクシャフトＳの周方向に交互に配置されるが、形状測定装置の総数が奇数の場合は必然的に末端で同一グループが繰り返されることになる。このような、多少の逸脱は許容できるものとする。即ち、クランクシャフトの周方向において、前記第１グループの形状測定装置それぞれの間に、前記第２グループの形状測定装置が配置される。
【００２３】
図４を参照して、第１形状測定装置３１の傾斜について説明する。なお、第２形状測定装置３３、第３形状測定装置３３及び第４形状測定装置３４の傾斜についても同様である。
図４は、第１形状測定装置３１とクランクシャフトＳのカウンタウエイトＳ２及びジャーナルＳ３との位置関係を概略的に示す図である。図４において、破線はクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌを示し、一点鎖線は投射部３１１からの投射光軸３１１ａを示し、二点鎖線は受光部３１２への受光軸３１２ａを示す。
【００２４】
第１形状測定装置３１において、投射光軸３１１ａ及び受光軸３１２ａは、次の関係を満たす。
β＜α＋β＜arctan（ａ／ｂ）
ここで、αは、第１形状測定装置３１がクランクシャフトＳのジャーナルの何れか一つの形状を測定するときに投射部３１１から投射される投射光軸３１１ａと受光部３１２に入射する受光軸３１２ｂとの間の角度である。また、βは、クランクシャフトＳの軸方向（Ｘ正負方向）に直交する方向に対する投射部３１１の投射光軸３１１ａの傾斜角度であり、第１形状測定装置３１の傾斜角度に相当する。また、ａはジャーナルＳ３の長さであり、ｂは第１形状測定装置１に対向するカウンタウエイトＳ２の端部とジャーナルＳ３との連結部との間の長さである。
【００２５】
このように第１形状測定装置３１及び第３形状測定装置３３のそれぞれを傾斜角βで傾けることにより、カウンタウエイトＳ２のＸ正方向の側面の３次元形状を取得することができる。また、第２形状測定装置３２及び第４形状測定装置３４のそれぞれを傾斜角βで傾けることにより、カウンタウエイトＳ２のＸ負方向の側面の３次元形状を取得することができる。この場合に、傾斜角βが大きくなると、ジャーナルＳ３が隣のカウンタウエイトＳ２に隠れて、ジャーナルＳ３の３次元形状を取得することができないおそれがある。一般にクランクシャフトＳにおいて、クランクシャフトＳのカウンタウエイトＳ２の端部とジャーナルＳ３との間の長さｂに対するジャーナルＳ３の長さａ比は、少なくとも０．５以上であるので、α＋β＜３１．３度となるβを採用することが好ましい。
【００２６】
比較例として、図１９は、傾斜角βがゼロであるときの第１形状測定装置３１とクランクシャフトＳのカウンタウエイトＳ２及びジャーナルＳ３との位置関係を概略的に示す図である。なお、説明の簡単のため、図４と同じ符号を付して説明する。
傾斜角βがゼロであるとき、第１形状測定装置３１は、図１９において矢印Ａで示すカウンタウエイトＳ２の側面の３次元形状を取得することができない。それに対して、図４に示すように傾斜角βがゼロより大きいとき、第１形状測定装置３１は、カウンタウエイトＳ２の側面の３次元形状を取得することできる。
【００２７】
本実施形態では、各形状測定装置３１〜３４そのものをクランクシャフトＳの軸方向に対して傾斜させる例としたが、必ずしもこれに限るものではない。各形状測定装置３１〜３４の投射部からの投射光軸、及び受光部への受光軸が、クランクシャフトＳの軸方向に直交する方向に対して傾斜し、クランクシャフトＳの軸方向におけるカウンタウエイトの両側面を向く関係にあればよい。
【００２８】
なお、本実施形態では、第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を第１移動装置２１〜第４移動装置２４により移動させる構成としたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を固定し、クランクシャフトＳをその軸方向に移動させる構成としてもよい。即ち、形状測定装置とクランクシャフトＳとを、相対的に移動できる機構を設けることで、クランクシャフトＳに対して形状測定装置を相対的に移動できればよい。
また、４つの形状測定装置を４つの移動装置で移動させる構成で説明しているが、これに限るものではなく、一つの移動装置に複数の形状測定装置を搭載する等し、複数の形状測定装置をより少ない数の移動装置で移動させるような機構としてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、各形状測定装置３１〜３４に設けられる投射部と受光部とがクランクシャフトＳの軸方向に並べて配置される例としたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、投射部と受光部をクランクシャフトＳの軸方向と直交する方向に配置する場合であってもよい。また、クランクシャフトＳの軸方向における、投射部と受光部の順番についても適宜設定することができる。
即ち、各形状測定装置のそれぞれが、Ｘ正方向の側面又はＸ負方向の側面のいずれかを、部分形状情報の取得の対象とすることができ、移動装置による１回の移動で、形状測定装置全体として、クランクシャフトＳのＸ正方向の側面全体とＸ負方向の側面全体の部分形状情報を取得できるように、投射部と受光部とが配設され、投射部から投射される光が受光部にて適切に受信される限り、投射部と受光部の位置関係は限定されない。
【００３０】
図５は、演算装置５０の構成例を示すブロック図である。
演算装置５０は、通信部５１と、記憶部５２と、入力部５３と、出力部５４と、処理部６０とを備える。通信部５１、記憶部５２、入力部５３、出力部５４及び処理部６０は、一例ではバスであるケーブル７１を介して互いに接続される。演算装置５０は、クランクシャフトＳの軸方向からの曲がりを示す曲がりデータ及びクランクシャフトＳのねじれを示すねじれデータを演算し、また、カウンタウエイトの位置ずれを示す位置ずれデータを演算する。一例では、演算装置５０は、パーソナルコンピュータである。
【００３１】
通信部５１は、イーサネット（登録商標）等の有線の通信インターフェース回路を有する。通信部５１は、ケーブル７１を介して支持装置１０、第１移動装置２１〜第４移動装置２４及び第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４等と通信を行う。
【００３２】
記憶部５２は、例えば半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部５２は、処理部６０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば記憶部５２は、アプリケーションプログラムとして、クランクシャフトＳの曲がりデータ及びねじれデータを演算する演算処理や、位置ずれデータを演算する演算処理を、処理部６０に実行させるためのデータ演算プログラム等を記憶する。データ演算プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部５２にインストールされてもよい。
【００３３】
また、記憶部５２は、クランクシャフトＳの製品設計図面に基づくＣＡＤデータ、データ演算処理で使用されるクランクシャフトＳの複数のジャーナルＳ３、複数のピンＳ１、及び複数のカウンタウエイトＳ２の基準位置である基準座標を示す基準座標情報と共に、種々のデータを記憶する。更に、記憶部５２は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。
【００３４】
入力部５３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えばタッチパネル、キーボタン等である。作業者は、入力部５３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部５３は、作業者により操作されると、その操作に対応する信号を生成する。入力部５３で生成された信号は、作業者の指示として、処理部６０に供給される。一例として、作業者は、入力部５３を用いて目標とするギャップ長を指示することができる。
【００３５】
出力部５４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部５４は、処理部６０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部５４は、紙等の表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。
【００３６】
処理部６０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部６０は、演算装置５０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えばＣＰＵにより構成される。処理部６０は、記憶部５２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部６０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。
【００３７】
処理部６０は、支持検出部６１と、測定指示部６２と、クランクシャフト形状情報生成部６３と、位置推定部６４と、曲がりデータ演算部６５と、ねじれデータ演算部６６と、位置ずれデータ演算部６７とを有する。また、処理部６０は、曲がりデータ出力部６８と、ねじれデータ出力部６９と、位置ずれデータ出力部７０とを更に有する。
位置推定部６４は、フィッティング領域抽出部６４１と、フィッティング部６４２と、中心位置演算部６４３と、位置決定部６４４とを有する。また、位置ずれデータ演算部６７は、重ね合わせ領域抽出部６７１と、重ね合わせ処理部６７２と、位置ずれデータ演算部６７３とを有する。
これらの各部は、処理部６０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。或いは、これらの各部は、ファームウェアとして演算装置５０に実装されてもよい。
【００３８】
（実施形態におけるクランクシャフト形状検査の事前準備）
図６は、クランクシャフト形状検査を実施するに当たり、各形状測定装置３１〜３４が有する座標系間のバラツキを校正するために、事前にしておくべき処理に関するフローチャートである。
【００３９】
まず、予め別途の測定により形状を把握している基準サンプルを準備する。また、この基準サンプルの形状情報を示す真形状データを準備する（Ｓ０９１）。この真形状データは、精度が確保されている基準形状測定器を用いて測定されたデータが望ましいが、基準サンプルの機械加工精度が高い場合はその加工の際に用いたＣＡＤデータであってもよい。この基準サンプルは、クランクシャフトの形状をしている必要はなく、後述するように、当該基準サンプルの真形状データを、各形状測定装置３１〜３４が取得した基準サンプルの形状情報に重ね合わせたときに、それらの形状情報が合致していることが判別できればよい。また、この基準サンプルの形状情報を示す真形状データは、基準サンプルの形状が予め分かっているので、この真形状データ独自の座標系（以下では、基準サンプル座標系と称する）を用いて、実際の形状と誤差のないデータとして作成されている。
【００４０】
次いで、測定指示部６２は、第１移動装置２１〜第４移動装置２４及び第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４のそれぞれに基準サンプルの測定を指示する測定指示信号を出力する（Ｓ０９２）。各移動装置２１〜２４は、測定指示信号が入力されると、移動動作を開始する。各形状測定装置３１〜３４は、測定指示信号が入力されると、測定動作を開始する。
【００４１】
第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４の測定位置が互いに近いと、投射部３１１、３２１、３３１、３４１から投射される投射光が互いに干渉して誤測定が発生するおそれがある。測定指示部６２は、投射部３１１、３２１、３３１、３４１から投射される投射光が互いに干渉することを防止するために、例えばクランクシャフトＳの軸方向に１００ｍｍ程度の間隔を空けて移動するように、第１移動装置２１〜第４移動装置２４それぞれに測定指示信号を出力する。
【００４２】
次いで、各形状測定装置３１〜３４が取得した基準サンプルの一部分を示す形状情報を生成する（Ｓ０９３）。即ち、４つの形状情報が生成される。
【００４３】
各形状測定装置３１〜３４が生成した形状情報は、それぞれが持つ位置誤差、角度誤差や、測定誤差等によって、それぞれ独自の座標系を持つことになる。この座標系を以下では、形状測定装置固有座標系と称する。
【００４４】
次いで、クランクシャフト形状情報生成部６３は、Ｓ０９１で用意した、基準サンプルの真形状データと、Ｓ０９３で生成した基準サンプルの一部分を示す形状情報４つとを、基準サンプルの一部分を示す形状情報を移動及び回転させることで、重ね合わせる（Ｓ０９４）。この場合には、真形状データには誤差がないため、移動及び回転を適宜行うことで、うまく重なる位置が見つけられることになる。
【００４５】
次いで、クランクシャフト形状情報生成部６３は、Ｓ０９４の処理で、基準サンプルの一部分を示す形状情報４つを、それぞれ、どの程度移動及び回転させることで重ね合わせることができたのかを求め、各状測定装置３１〜３４が持つ形状測定装置固有座標系を、どの程度移動及び回転させれば、基準サンプル座標系と合致させることができるかを求める（Ｓ０９５）。この場合に、形状測定装置固有座標系のそれぞれを基準サンプル座標系に合致させるために必要な「移動」を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３次元データとして示すパラメータを「位置補正パラメータ」と称し、同様に必要な「回転」を、回転角として示すパラメータを「傾き補正パラメータ」と称する。また、「位置補正パラメータ」及び「傾き補正パラメータ」を合わせて、「剛体変換パラメータ」とも称する。
【００４６】
以上の測定を行なっておくことにより、測定対象物によらず、各形状測定装置３１〜３４で測定した形状情報は、位置補正パラメータ及び傾き補正パラメータを加味することで、基準サンプル座標系に変換することができ、同時に各４つの形状情報を、誤差なく重ね合わせる（即ち、４つの部分的な形状情報を一つのまとまった測定対象の形状へと変換・結合する）ことができるようになる。
なお、位置補正パラメータ及び傾き補正パラメータを含む剛体変換パラメータは、記憶部５２に記憶される。
【００４７】
（実施形態におけるクランクシャフト形状検査）
図７は、演算装置５０が曲がりデータ、ねじれデータ、及びカウンタウエイトの位置ずれデータを演算する演算処理のフローチャートである。
まず、作業者は、測定対象とするクランクシャフトＳを支持装置１０で支持する。これにより、支持検出部６１は、クランクシャフトＳが支持されたことを示す支持信号を取得する（Ｓ１０１）。これを受けて、各形状測定装置３１〜３４は、測定開始位置に移動する。
【００４８】
次いで、測定指示部６２は、第１移動装置２１〜第４移動装置２４及び第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４のそれぞれにクランクシャフトＳの測定を指示する測定指示信号を出力する（Ｓ１０２）。各移動装置２１〜２４は、測定指示信号が入力されると、移動動作を開始する。各形状測定装置３１〜３４は、測定指示信号が入力されると、測定動作を開始する。
【００４９】
第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４の測定位置が互いに近いと、投射部３１１、３２１、３３１、３４１から投射される投射光が互いに干渉して誤測定が発生するおそれがある。測定指示部６２は、投射部３１１、３２１、３３１、３４１から投射される投射光が互いに干渉することを防止するために、例えばクランクシャフトＳの軸方向に１００ｍｍ程度の間隔を空けて移動するように、第１移動装置２１〜第４移動装置２４それぞれに測定指示信号を出力する。例えば各移動装置２１〜２４の移動速度が１００ｍｍ／秒のときは、測定指示部６２は、１秒ずつ間隔を空けて各移動装置２１〜２４に測定指示信号を出力する。クランクシャフトＳの最大長さが７００ｍｍに、位置合わせターゲット９０の長さ５０ｍｍを加えた７５０ｍｍの範囲であるときに２００ｍｍ／秒の移動速度で各移動装置２１〜２４を移動させると、クランクシャフトＳの形状情報が、各形状測定装置３１〜３４の視野の範囲で、形状測定装置毎に４秒程度の時間で取得される。
【００５０】
なお、第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４のそれぞれは、クランクシャフトＳの周方向に対して、９０度を若干超える程度の視野でクランクシャフトＳの形状情報を測定する。各形状測定装置３１〜３４が取得する当該形状情報を、部分形状情報と称する。
【００５１】
図８Ａは、第１形状測定装置３１が取得した部分形状情報の一例を示す図である。図８Ｂは、第２形状測定装置３２が取得した部分形状情報の一例を示す図である。図８Ｃは、第３形状測定装置３３が取得した部分形状情報の一例を示す図である。図８Ｄは、第４形状測定装置３４が取得した部分形状情報の一例を示す図である。
【００５２】
各形状測定装置３１〜３４が取得した部分形状情報は、具体的には、測定対象とするクランクシャフトＳの表面の部分的な形状を示す３次元点群データであり、各点はＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の３個の実数データで構成される。各形状測定装置３１〜３４が取得した部分形状情報は、ケーブル７１を介して演算装置５０に出力され、演算装置５０の記憶部５２に記憶される。
【００５３】
再び図７を参照すると、クランクシャフト形状情報生成部６３は、測定対象とするクランクシャフトＳの三次元形状を示すクランクシャフト形状情報を生成する（Ｓ１０３）。クランクシャフト形状情報生成部６３は、各形状測定装置３１〜３４が取得した部分形状情報のそれぞれに対応する部分形状を、各形状測定装置３１〜３４の剛体変換パラメータを用いて結合して、クランクシャフト形状情報を生成する。
【００５４】
図９Ａは、図８Ａ〜図８Ｄに示す各形状測定装置３１〜３４が取得した部分形状を重ね合わせた状態を示す図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す重ね合わされた部分形状を結合した状態を示す図である。
【００５５】
再び図７を参照すると、位置推定部６４は、Ｓ１０３で生成されたクランクシャフト形状情報に対応するクランクシャフトＳの３次元形状における複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１のそれぞれの位置を推定する（Ｓ１０４）。位置推定部６４は、複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１のそれぞれの位置を推定するときに、ジャーナルＳ３及びピンＳ１のそれぞれの基準位置である基準座標を示す基準座標情報を使用する。基準座標情報は、記憶部５２に記憶される。
【００５６】
次いで、曲がりデータ演算部６５は、Ｓ１０４で推定された複数のジャーナルＳ３の位置からクランクシャフトＳの中心軸の延伸方向からの曲がりを示す曲がりデータを演算する（Ｓ１０５）。曲がりデータは、Ｓ１０４で推定された複数のジャーナルＳ３の位置と、基準座標情報から求めた理想的な軸心位置である基準軸心位置との差である。一般的に、基準軸心位置は、両端のジャーナル中心を結ぶ直線を用いる。
【００５７】
次いで、ねじれデータ演算部６６は、Ｓ１０４で推定された複数のピンＳ１の位置からクランクシャフトＳのねじれを示すねじれデータを演算する（Ｓ１０６）。曲がりデータは、Ｓ１０４で推定された複数のジャーナルＳ３の位置と基準軸心位置とから演算される複数のピンのそれぞれの位相である。一般的には、参照ピンを一つ決めて、その参照ピン角度を０度とした際の相対角度で決定される。
【００５８】
次いで、位置ずれデータ演算部６７は、Ｓ１０３で生成されたクランクシャフト形状情報に対応するクランクシャフトＳの３次元形状における複数のカウンタウエイトＳ２のそれぞれの位置を推定し、これら複数のカウンタウエイトＳ２の位置ずれを示す位置ずれデータを演算する（Ｓ１０７）。位置ずれデータ演算部６７は、複数のカウンタウエイトＳ２のそれぞれの位置を推定するときに、カウンタウエイトＳ２のそれぞれの基準位置である基準座標を示す基準座標情報を使用する。基準座標情報は、記憶部５２に記憶される。
【００５９】
次いで、曲がりデータ出力部６８はＳ１０５で演算された曲がりデータを出力し（Ｓ１０８）、ねじれデータ出力部６９はＳ１０６で演算されたねじれデータを出力し（Ｓ１０９）、位置ずれデータ出力部７０はＳ１０７で演算されたカウンタウエイトＳ２の位置ずれデータを出力する（Ｓ１１０）。
なお、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の演算の順序や、ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の出力の順序はこれに限られるものではない。例えばステップＳ１０７の後にステップＳ１０５、Ｓ１０６が実行されるようにしたり、ステップＳ１０５及びＳ１０６と、ステップＳ１０７とが並列的に実行されるようにしたりしてもかまわない。
【００６０】
図１０は、図７に示すＳ１０３の処理（クランクシャフトの形状情報の生成処理）をより詳細に説明するための図である。
図１０では、クランクシャフト形状情報生成部６３は、第１形状測定装置３１及び第２形状測定装置３２が取得した部分形状情報（それぞれ第１部分形状情報８０２、第２部分形状情報８０３と称する）に対して、予め求めておいた剛体変換パラメータを用いて、基準サンプル座標系に、第１部分形状情報８０２及び第２部分形状情報８０３の座標系を一致させる。同様に、クランクシャフト形状情報生成部６３は、第３形状測定装置３３及び第４形状測定装置３４が取得した部分形状情報（図示しないが、それぞれ第３部分形状情報８０４、第４部分形状情報８０５と称する）についても、予め求めておいた剛体変換パラメータを用いて、基準サンプル座標系に、第３部分形状情報８０４と第４部分形状情報８０５を一致させる。その結果、第１部分形状情報８０２〜第４部分形状情報８０５は、測定対象とするクランクシャフトＳの形状８０１に結合されることになる。
【００６１】
位置合わせターゲット９０を使用する場合、位置合わせターゲット９０を含むようにしてクランクシャフト形状情報を生成する。そして、各形状測定装置３１〜３４により得られた部分形状情報における位置合わせターゲット９０の回転軸方向の位置を、真形状データとの重ね合わせ処理により演算し、各部分形状情報間での差がなくなるように回転軸方向の位置を補正する。
【００６２】
剛体変換パラメータを用いて、第１部分形状情報８０２〜第４部分形状情報８０５を結合した場合の測定対象とするクランクシャフトＳの形状情報に基づいて、測定対象とするクランクシャフトＳ上の複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１の位置を含む座標情報を取得し、当該座標情報は、記憶部５２に記憶される。
【００６３】
図１１は、図７に示すＳ１０４の処理（ジャーナル及びピンの位置の推定処理）をより詳細に説明するためのフローチャートである。
まず、フィッティング領域抽出部６４１は、記憶部５２に記憶される測定対象とするクランクシャフトＳの座標情報を参照して、複数のフィッティング領域のそれぞれの内部に位置する３次元点群データを抽出する（Ｓ２０１）。測定対象とするクランクシャフトＳの座標情報とは、例えば各ジャーナルＳ３及び各ピンＳ１の軸方向の座標であり、製品設計図面をもとに決定される。当該座標情報を用いることで、各ジャーナルＳ３及び各ピンＳ１に対応する３次元点群データを分割して抽出することができる。
【００６４】
次いで、フィッティング部６４２は、複数のフィッティング領域のそれぞれの内部に位置する３次元点群データに、ジャーナルＳ３及びピンＳ１のそれぞれに対応する長さ及び径を有する円柱形状をフィッティングする（Ｓ２０２）。フィッティング部６４２は、記憶部５２に記憶される基準座標情報を参照して抽出されたフィッティング領域の内部に位置する３次元点群データを、複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１に対応する点群データであると推定する。フィッティングの前処理として、バリに相当する部分の点群データを削除することで、バリの大きさの影響を受けることなく、円柱形状をフィッティングすることができる。
【００６５】
図１２Ａは、Ｓ２０１の処理でフィッティング領域が抽出されたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図であり、図１２Ｂは、Ｓ２０２の処理で円柱形状がフィッティングされたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。図１２Ａにおいて、矢印Ａはピンとして抽出されたフィッティング領域を示し、矢印Ｂはジャーナルとして抽出されたフィッティング領域を示す。図１２Ｂにおいて、矢印Ｃはピンとして円柱形状がフィッティングされた領域を示し、矢印Ｄはジャーナルとして円柱形状がフィッティングされたフィッティング領域を示す。
【００６６】
一例では、図１２Ａにおいて矢印Ａで示すフィッティング領域の幅は１０ｍｍである。フィッティング領域抽出部６４１は、１０ｍｍ幅のフィッティング領域内部に位置する３次元点群データを抽出する。フィッティング部６４２は、フィッティング領域内部に位置する３次元点群データの配置に対応するように円柱形状をフィッティングする。
【００６７】
再び図１１を参照すると、中心位置演算部６４３は、Ｓ２０２において複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１のそれぞれにフィッティングされた円柱形状の中心位置を演算する（Ｓ２０３）。
次いで、位置決定部６４４は、Ｓ２０３において演算された円柱形状の中心位置を複数のジャーナルＳ３及び複数のピンＳ１のそれぞれの位置に決定する（Ｓ２０４）。
【００６８】
複数のジャーナルＳ３のそれぞれの位置を示す座標と基準軸心位置を示す座標と差は、Ｓ１０５の処理で曲がりデータとして演算される。複数のピンＳ１のそれぞれ位置を示す座標と基準軸心位置を示す座標と、基準軸心位置とから演算される複数のピンのそれぞれの位相は、Ｓ１０６の処理でねじれデータとして演算される。一例では、基準軸心位置は、複数のジャーナルの中心座標に対して回帰直線を抽出して取得されるクランクシャフトの軸芯線である。位置推定部６４は、フィッティングした円柱形状の中心をジャーナルＳ３及びピンＳ１の位置と推定することで、３次元点群データに多少の欠落があった場合でも、ジャーナルＳ３及びピンＳ１の位置を精度よく推定することができる。
【００６９】
図１３は、図７に示すＳ１０７の処理（カウンタウエイトの位置ずれデータの演算処理）をより詳細に説明するためのフローチャートである。
まず、重ね合わせ領域抽出部６７１は、記憶部５２に記憶される測定対象とするクランクシャフトＳの座標情報を参照して、複数のカウンタウエイト領域の３次元点群データを抽出する（Ｓ３０１）。測定対象とするクランクシャフトＳの座標情報とは、各カウンタウエイトＳ２の軸方向の座標、角度であり、製品設計図面をもとに決定される。当該座標情報を用いることで、各カウンタウエイトＳ２に対応する３次元点群データを分割して抽出することができる。
【００７０】
また、重ね合わせ領域抽出部６７１は、クランクシャフトＳの製品設計図面に基づくＣＡＤデータからも、対応するカウンタウエイトＳ２の基準３次元点群データを抽出する（Ｓ３０２）。カウンタウエイトＳ２の基準３次元点群データが、本発明でいうカウンタウエイトの基準データに相当する。
【００７１】
次いで、重ね合わせ処理部６７２は、各カウンタウエイトＳ２に対応する３次元点群データを基準３次元点群データに重ね合わせる際のカウンタウエイト位置合わせパラメータを算出し、重ね合わせ処理を実行する（Ｓ３０３）。カウンタウエイト位置合わせパラメータは、カウンタウエイトＳ２に対応する３次元点群データと基準３次元点群データとの重ね合わせにより行い、例えば、相互のデータ間の距離の総和が最小になる位置に基づいて算出される。
【００７２】
次いで、位置ずれデータ演算部６７３は、カウンタウエイト位置合わせパラメータのクランクシャフトＳの回転軸方向の移動量を、基準となるカウンタウエイト位置を原点とするように補正することで、カウンタウエイトＳ２の位置ずれ量を求める（Ｓ３０４）。
【００７３】
図１４は、Ｓ３０１の処理で重ね合わせ領域が抽出されたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。矢印Ｃはカウンタウエイトとして抽出された重ね合わせ領域を示す。一例では、重ね合わせ領域の幅は１４ｍｍである。重ね合わせ領域抽出部６７１は、１４ｍｍ幅の重ね合わせ領域内部に位置する３次元点群データを抽出する。重ね合わせ処理部６７２は、Ｓ３０２の処理で重ね合わせ領域が抽出されたカウンタウエイトの基準データとの重ね合わせ処理を行う。本実施態様によれば、クランクシャフトＳのカウンタウエイトの位置を正確に測定できるので、カウンタウエイトのたおれといった形状に関する情報を取得できることが分かる。
【００７４】
（実施形態におけるクランクシャフト形状検査の作用効果）
実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置１は、クランクシャフトＳの周囲に配置される４つの第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を一方向に移動してクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する。これにより、クランクシャフトＳの軸方向に形状測定装置３１〜３４を往復動作させることなく、また、クランクシャフトＳの周方向に形状測定装置を相対回転させることなく、短時間で精度良くクランクシャフトＳの３次元形状を測定することができる。
【００７５】
また、クランクシャフト形状検査装置１は、第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４により、クランクシャフトＳの全周、並びに、Ｘ正方向の側面及びＸ負方向の側面の前面に相当する部分形状情報（カウンタウエイトＳ２のＸ方向の両側面を含む）を取得することができる。
【００７６】
（比較例１）
図１５Ａは、比較例として、３つの形状測定装置を備えるクランクシャフト形状検査装置９０１によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。図１５Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置１によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【００７７】
クランクシャフト形状検査装置９０１は、第１形状測定装置９１１〜第３形状測定装置９１３を備える。第１形状測定装置９１１〜第３形状測定装置９１３は、クランクシャフトＳの周方向に１２０度ずつ位相をずらして直径８００ｍｍの円上に位置するように配置される。第１形状測定装置９１１及び第２形状測定装置９１２は、投射光軸及び受光軸がカウンタウエイトのＸ方向一方の側面を向くように配置される。一方、第３形状測定装置９１３は、投射光軸及び受光軸がカウンタウエイトのＸ方向他方の側面を向くように配置される。
【００７８】
クランクシャフト形状検査装置９０１では、３つの第１形状測定装置９１１〜第３形状測定装置９１３を使用してクランクシャフトＳの部分形状情報を取得するので、クランクシャフトＳの全周のうちの一部（矢印Ａで示す領域）の形状情報、特にカウンタウエイトＳ２のＸ方向他方の側面や、ジャーナルＳ３の一部の形状情報を充分に取得することはできない。
それに対して、クランクシャフト形状検査装置１では、４つの第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を使用してクランクシャフトＳの３次元形状を取得するので、クランクシャフトＳの全周の部分形状情報（カウンタウエイトＳ２の両側面を含む）を取得することができる。
【００７９】
（比較例２）
図１６Ａは、比較例として、４つの形状測定装置を備えるが、その全ての投射光軸及び受光軸が同じ方向に向くように（全てがカウンタウエイトのＸ方向一方の側面のみを向くように）傾斜させたクランクシャフト形状検査装置９０２によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。図１６Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置１によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【００８０】
クランクシャフト形状検査装置９０２は、第１形状測定装置９２１〜第４形状測定装置９２４を備える。第１形状測定装置９２１〜第４形状測定装置９２４は、クランクシャフトＳの周方向に９０度ずつ位相をずらして直径８００ｍｍの円上に位置するように配置される。
【００８１】
クランクシャフト形状検査装置９０２では、４つの形状測定装置の投射光軸及び受光軸が同じ方向に向くように傾斜するので、カウンタウエイトＳ２の片側面（Ｘ方向一方の側面）の形状情報や、カウンタウエイトＳ３で隠れるピンＳ１の一部やジャーナルＳ３の一部の形状情報を十分に取得することができない。
それに対して、クランクシャフト形状検査装置１では、Ｘ方向一方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置と、Ｘ方向他方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置とを備えるので、カウンタウエイトＳ２の両側面の形状情報を充分に取得することができる。
【００８２】
（比較例３）
図１７Ａは、比較例として、４つの形状測定装置を備えるが、隣り合う２つの形状測定装置の投射光軸及び受光軸をＸ方向一方に向くように傾斜させ、残りの隣り合う２つの形状測定装置の投射光軸及び受光軸をＸ方向他方に向くように傾斜させたクランクシャフト形状検査装置９０３によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。図１７Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査装置１によりクランクシャフトＳの部分形状情報を取得する例を示す図である。
【００８３】
クランクシャフト形状検査装置９０３は、第１形状測定装置９３１〜第４形状測定装置９３４を備える。第１形状測定装置９３１〜第４形状測定装置９３４は、クランクシャフトＳの周方向に９０度ずつ位相をずらして直径８００ｍｍの円上に位置するように配置される。第１形状測定装置９３１及び第４形状測定装置９３４は、その投射光軸及び受光軸がカウンタウエイトのＸ方向一方の側面に向くように傾斜させている。一方、第２形状測定装置９３２及び第３形状測定装置９３３は、その投射光軸及び受光軸がカウンタウエイトのＸ方向他方の側面に向くように傾斜させている。
【００８４】
クランクシャフト形状検査装置９０３では、クランクシャフトＳの全周のうちの一部（矢印Ａ及びＢで示す領域）の形状情報、特にカウンタウエイトＳ２の側面や、ジャーナルＳ３の一部の形状情報を充分に取得することはできない。
それに対して、クランクシャフト形状検査装置１では、Ｘ方向一方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた形状測定装置と、Ｘ方向他方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置とが交互になるように配置するので、カウンタウエイトＳ２の両側面及びジャーナルＳ３の形状情報を充分に取得することができる。
【００８５】
図１８Ａは、図１６Ａに示すクランクシャフト形状検査装置９０２が生成したクランクシャフトＳの３次元形状を示す図であり、図１８Ｂは、クランクシャフト形状検査装置１が生成したクランクシャフトＳの３次元形状を示す図である。
【００８６】
図１８Ａに示すように、クランクシャフト形状検査装置９０２が生成したクランクシャフトＳの３次元形状は、矢印Ａで示すように、ピンＳ１の片面の一部が取得されていない。また、クランクシャフト形状検査装置９０２が生成したクランクシャフトＳの３次元形状は、矢印Ｂで示すように、カウンタウエイトＳ２の片側面の一部が取得されていない。また、クランクシャフト形状検査装置９０２が生成したクランクシャフトＳの３次元形状は、矢印Ｃで示すように、ジャーナルＳ３の一部が取得されていない。それに対して、図１８Ｂに示すように、クランクシャフト形状検査装置１が生成したクランクシャフトＳの３次元形状は、ピンＳ１の略全体、カウンタウエイトＳ２の両側面及びジャーナルＳ３の略全体に亘って取得される。
【００８７】
なお、実施形態では４つの形状測定装置を使用したが、５つ以上の形状測定装置を使用してクランクシャフトＳの３次元形状を取得してもよい。その場合にも、クランクシャフトＳの軸方向一方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つ以上の形状測定装置と、クランクシャフトＳの軸方向他方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つ以上の形状測定装置とを備えるようにする。
【００８８】
（実施例）
図２１は、実施形態に係るクランクシャフト形状検査システムを用いて、Ｓ１０３の処理で生成されたクランクシャフト形状情報に対応するクランクシャフトの３次元形状と、同一のクランクシャフトを３次元測定機で測定した実測値との差を示す図である。図２２は、図２１に示す差を示す表である。３次元測定機は、株式会社ミツトヨ製のＣＮＣ三次元測定器ＣＲＹＳＴＡ−ＡＰＥＸを使用した。
【００８９】
Ｓ１０３の処理で生成されたクランクシャフト形状情報に対応するクランクシャフトの３次元形状と実測値との差は、全体の略４０％が０．１ｍｍ以下であり、全体の略７０％が０．２ｍｍである。また、０．４ｍｍ以上の差となる部分は１０％未満であり、実施例において生成するクランクシャフトの３次元形状は、実測値とよく一致している。
【００９０】
図２３は、実施例において演算された曲がりデータ及びねじれデータを示す図である。図２３において、「測定部位」は、図２４に示すクランクシャフトの各部位に対応する。また、「円柱フィッティング結果」は、それぞれの測定部位にフィッティングされた円柱形状の中心位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標及び半径を示す。軸芯は不図示の基準クランクシャフトの軸芯のＹ座標及びＺ座標を示す。「曲がり」は、フィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的な座標を示す曲がりデータである。「曲がりｙ」はフィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的なＹ座標を示し、「曲がりｚ」はフィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的なＺ座標を示す。「ねじれ」は、フィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」を円心としたときの位相を示す曲がりデータである。軸芯はジャーナルＪＮＬ１とＪＮＬ５の中心を結んだ直線としている。
【００９１】
図２３に示す例では、測定部位「ＪＮＬ２」のＺ方向への曲がりである０．１５ｍｍが最大の曲がりである。一方、ねじれは、ねじれがない場合、測定部位「ＰＩＮ１」及び「ＰＩＮ４」の位相は０度であり、測定部位「ＰＩＮ２」及び「ＰＩＮ３」の位相は１８０度であるので、最大のねじれは、測定部位「ＰＩＮ３」のねじれ０．４０度である。
【００９２】
図２５は、実施形態に係るクランクシャフト形状検査システムを用いて演算されたカウンタウエイトの位置ずれ量を示す図である。図２５において、「測定部位」は、図２４に示すクランクシャフトのそれぞれの部位に対応する。また、「カウンタウエイト位置ずれ」は、各カウンタウエイトの「左側面」（Ｘ正方向の側面に対応）と「右側面」（Ｘ負方向の側面に対応）に分けてＸ軸方向のＣＡＤデータとのずれ量を示している。
【００９３】
図２６Ａ、図２６Ｂは、実施形態に係るクランクシャフト形状検査システムにおいて位置合わせターゲット９０を使用／不使用とし、同じサンプルを繰り返し８回測定した際に演算されたカウンタウエイトの位置ずれを示す図である。位置合わせターゲット９０を使用しない場合、最大で０．６ｍｍ程度ばらついている。一方、位置合わせターゲット９０を使用した際は、測定ばらつきは０．１ｍｍ程度に抑制されている。
【００９４】
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
また、本発明は、クランクシャフト形状情報生成、位置推定、曲がりデータ演算、ねじれデータ演算、カウンタウエイトの位置ずれデータ演算といった各種処理を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、クランクシャフトを対象として、クランクシャフトの部分的な欠陥の有無にかかわらず、クランクシャフトの形状、例えばクランクシャフトの曲がり、ねじれ、及びカウンタウエイトの位置ずれを短時間で精度良く検査することができる。
【図１】
2017159626.tif 000003
【図２】
2017159626.tif 000004
【図３Ａ】
2017159626.tif 000005
【図３Ｂ】
2017159626.tif 000006
【図４】
2017159626.tif 000007
【図５】
2017159626.tif 000008
【図６】
2017159626.tif 000009
【図７】
2017159626.tif 000010
【図８Ａ】
2017159626.tif 000011
【図８Ｂ】
2017159626.tif 000012
【図８Ｃ】
2017159626.tif 000013
【図８Ｄ】
2017159626.tif 000014
【図９Ａ】
2017159626.tif 000015
【図９Ｂ】
2017159626.tif 000016
【図１０】
2017159626.tif 000017
【図１１】
2017159626.tif 000018
【図１２Ａ】
2017159626.tif 000019
【図１２Ｂ】
2017159626.tif 000020
【図１３】
2017159626.tif 000021
【図１４】
2017159626.tif 000022
【図１５Ａ】
2017159626.tif 000023
【図１５Ｂ】
2017159626.tif 000024
【図１６Ａ】
2017159626.tif 000025
【図１６Ｂ】
2017159626.tif 000026
【図１７Ａ】
2017159626.tif 000027
【図１７Ｂ】
2017159626.tif 000028
【図１８Ａ】
2017159626.tif 000029
【図１８Ｂ】
2017159626.tif 000030
【図１９】
2017159626.tif 000031
【図２０】
2017159626.tif 000032
【図２１】
2017159626.tif 000033
【図２２】
2017159626.tif 000034
【図２３】
2017159626.tif 000035
【図２４】
2017159626.tif 000036
【図２５】
2017159626.tif 000037
【図２６Ａ】
2017159626.tif 000038
【図２６Ｂ】
2017159626.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月21日(2018.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、支持装置１０で支持されたクランクシャフトＳの周囲において、その周方向に９０度ずつ位相をずらして配置され、それぞれ第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４を搭載する。
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、それぞれ第１形状測定装置３１〜第４形状測定装置３４をクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに平行な方向に移動させる。以下では、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの延伸方向及びそれに平行な方向を「クランクシャフトＳの軸方向」と呼ぶ。各移動装置２１〜２４は、一例では、一軸ステージであり、移動速度を１００ｍｍ／秒〜２００ｍｍ／秒とし、０．１ｍｍ以下の分解能で位置決め又は位置を把握できるものが好ましい。
第１移動装置２１〜第４移動装置２４は、支持信号が入力されると、測定開始位置に移動し、そこからクランクシャフトＳの軸方向に移動する。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、太矢印は、形状測定時の移動方向を示す。一例では、測定開始位置は、第１支持部１２の隣の位置合わせターゲット９０の位置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図４を参照して、第１形状測定装置３１の傾斜について説明する。なお、第２形状測定装置３２、第３形状測定装置３３及び第４形状測定装置３４の傾斜についても同様である。
図４は、第１形状測定装置３１とクランクシャフトＳのカウンタウエイトＳ２及びジャーナルＳ３との位置関係を概略的に示す図である。図４において、破線はクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌを示し、一点鎖線は投射部３１１からの投射光軸３１１ａを示し、二点鎖線は受光部３１２への受光軸３１２ａを示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第１形状測定装置３１において、投射光軸３１１ａ及び受光軸３１２ａは、次の関係を満たす。
β＜α＋β＜arctan（ａ／ｂ）
ここで、αは、第１形状測定装置３１がクランクシャフトＳのジャーナルの何れか一つの形状を測定するときに投射部３１１から投射される投射光軸３１１ａと受光部３１２に入射する受光軸３１２ｂとの間の角度である。また、βは、クランクシャフトＳの軸方向（Ｘ正負方向）に直交する方向に対する投射部３１１の投射光軸３１１ａの傾斜角度であり、第１形状測定装置３１の傾斜角度に相当する。また、ａはジャーナルＳ３の長さであり、ｂは第１形状測定装置３１に対向するカウンタウエイトＳ２の端部とジャーナルＳ３との連結部との間の長さである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
まず、予め別途の測定により形状を把握している基準サンプルを準備する。また、この基準サンプルの形状情報を示す真形状データを準備する（Ｓ０９１）。この真形状データは、精度が確保されている基準形状測定器を用いて測定されたデータが望ましいが、基準サンプルの機械加工精度が高い場合はその加工の際に用いたＣＡＤデータであってもよい。この基準サンプルは、クランクシャフトの形状をしている必要はなく、後述するように、当該基準サンプルの真形状データを、各形状測定装置３１〜３４が取得した基準サンプルの形状情報に重ね合わせたときに、それらの形状情報が合致していることが判別できればよい。また、この基準サンプルの形状情報を示す真形状データは、基準サンプルの形状が予め分かっているので、この真形状データ独自の座標系（以下では、基準サンプル座標系と称する）を用いて、実際の形状と基準サンプルの形状との誤差のないデータとして作成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
図１２Ａは、Ｓ２０１の処理でフィッティング領域が抽出されたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図であり、図１２Ｂは、Ｓ２０２の処理で円柱形状がフィッティングされたクランクシャフトの３次元データの一例を示す図である。図１２Ａにおいて、矢印Ａはピンとして抽出されたフィッティング領域を示し、矢印Ｂはジャーナルとして抽出されたフィッティング領域を示す。図１２Ｂにおいて、矢印Ｃはピンとして円柱形状がフィッティングされたフィッティング領域を示し、矢印Ｄはジャーナルとして円柱形状がフィッティングされたフィッティング領域を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
複数のジャーナルＳ３のそれぞれの位置を示す座標と基準軸心位置を示す座標と差は、Ｓ１０５の処理で曲がりデータとして演算される。複数のピンＳ１のそれぞれの位置を示す座標と基準軸心位置を示す座標と、基準軸心位置とから演算される複数のピンのそれぞれの位相は、Ｓ１０６の処理でねじれデータとして演算される。一例では、基準軸心位置は、複数のジャーナルの中心座標に対して回帰直線を抽出して取得されるクランクシャフトの軸芯線である。位置推定部６４は、フィッティングした円柱形状の中心をジャーナルＳ３及びピンＳ１の位置と推定することで、３次元点群データに多少の欠落があった場合でも、ジャーナルＳ３及びピンＳ１の位置を精度よく推定することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
次いで、重ね合わせ処理部６７２は、各カウンタウエイトＳ２に対応する３次元点群データを基準３次元点群データに重ね合わせる際のカウンタウエイト位置合わせパラメータを算出し、重ね合わせ処理を実行する（Ｓ３０３）。カウンタウエイト位置合わせパラメータは、カウンタウエイトＳ２に対応する３次元点群データと基準３次元点群データとの重ね合わせにより演算し、例えば、相互のデータ間の距離の総和が最小になる位置に基づいて算出される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
クランクシャフト形状検査装置９０２では、４つの形状測定装置の投射光軸及び受光軸が同じ方向に向くように傾斜するので、カウンタウエイトＳ２の片側面（Ｘ方向一方の側面）の形状情報や、カウンタウエイトＳ２で隠れるピンＳ１の一部やジャーナルＳ３の一部の形状情報を十分に取得することができない。
それに対して、クランクシャフト形状検査装置１では、Ｘ方向一方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置と、Ｘ方向他方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置とを備えるので、カウンタウエイトＳ２の両側面の形状情報を充分に取得することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
クランクシャフト形状検査装置９０３では、クランクシャフトＳの全周のうちの一部（矢印Ａ及びＢで示す領域）の形状情報、特にカウンタウエイトＳ２の側面や、ジャーナルＳ３の一部の形状情報を充分に取得することはできない。
それに対して、クランクシャフト形状検査装置１では、Ｘ方向一方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置と、Ｘ方向他方に向くように投射光軸及び受光軸を傾斜させた２つの形状測定装置とが交互になるように配置するので、カウンタウエイトＳ２の両側面及びジャーナルＳ３の形状情報を充分に取得することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図２３は、実施例において演算された曲がりデータ及びねじれデータを示す図である。図２３において、「測定部位」は、図２４に示すクランクシャフトの各部位に対応する。また、「円柱フィッティング結果」は、それぞれの測定部位にフィッティングされた円柱形状の中心位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標及び半径を示す。「軸芯」は不図示の基準クランクシャフトの軸芯のＹ座標及びＺ座標を示す。「曲がり」は、フィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的な座標を示す曲がりデータである。「曲がりｙ」はフィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的なＹ座標を示し、「曲がりｚ」はフィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」に対する相対的なＺ座標を示す。「ねじれ」は、フィッティングされた円柱形状の中心位置の「軸芯」を円心としたときの位相を示す曲がりデータである。軸芯はジャーナルＪＮＬ１とＪＮＬ５の中心を結んだ直線としている。
【国際調査報告】
2017159626.tif 000040
2017159626.tif 000041
2017159626.tif 000042
2017159626.tif 000043