(57)【要約】【課題】  クランクシャフトのジャーナル部やピン部の外表面の微細な傷の有無を自動的に検査する。【解決手段】  クランクシャフト１６をX軸方向の回転軸１６C回りに回転させつつ、Y軸方向に進退自在な測定子５６を、ジャーナル部又はピン部などの検査箇所１６Aに当接させて、1回転の回転角度ごとの検査箇所１６Aの表面位置を測定し、回転角に対する表面位置の波形データを得る。測定子５６は、首振り機能をもち、Z軸方向に十分長いため、回転中は検査箇所１６Aに常に当接する。上記波形データから、所定の周波数以下の低周波波形成分を除去して、高周波波形成分だけを抽出し、その高周波波形成分の勾配や振幅などから、検査箇所の傷の有無を判定する。【選択図】図６
2006071529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（１６）表面の傷の有無を検査する装置（１０）において、
前記ワーク（１６）を所定の回転軸（１６C)回りに回転させつつ、前記回転軸に垂直な方向での前記ワークの検査箇所（１６A）の表面位置を、回転角ごとに測定する表面位置測定手段（２０、２２、４８）と、
前記表面位置測定手段（２０、２２、４８）の出力信号を受けて、前記回転角に対する前記表面位置の波形を表す表面波形データを得る表面波形取得手段（１４）と、
前記表面波形データから、所定周波数より高い周波数をもつ又は所定角度より小さい角度範囲内での位置変化を示す高周波波形データを抽出する高周波波形抽出手段（１４）と、
抽出された前記高周波波形データに基づいて、前記検査箇所における傷の有無を判定する傷判定手段（１４）と
を備えた傷検査装置。
【請求項２】
ワーク（１６）表面の傷の有無を検査する方法において、
所定の回転軸（１６C)に垂直な方向での前記ワーク（１６）の検査箇所（１６A）の表面位置を、前記回転回りの回転角ごとに測定するステップと、
測定された前記回転角ごとの表面位置から、前記回転角に対する前記表面位置の波形を表す表面波形データを得るステップ（S100、S200）と、
前記表面波形データから、所定周波数より高い周波数をもつ又は所定角度より小さい角度範囲内での位置変化を示す高周波波形データを抽出するステップ（S102-S104、S202-S210）と、
抽出された前記高周波波形データに基づき、前記検査箇所の表面の傷の有無を判定するステップ（S106、S212）と
を備えた傷検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク表面の傷の有無を検査するための装置及び方法に関し、例えばクランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部、又はカムシャフトのカム部などの表面の傷を検査するのに好適な検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトやカムシャフトなどの加工製品において、ジャーナル部、ピン部又はカム部などの高精度の表面加工がなされた箇所に、加工途上で打痕などの凸傷が付いてしまう場合がある。このような傷の付いた製品は、製品検査で確実に発見されて除去されなければならない。そこで、従来、人手による全品の目視検査が行われている。
【０００３】
ところで、特許文献1には、クランクシャフトの回転軸に垂直な方向に移動可能な接触子を、クランクシャフトのジャーナル部やピン部の外周面に一定の力で当接させた状態で、そのクランクシャフトを回転させながら、各回転角位置にて接触子の変位を測定することにより、ジャーナル部やピン部の直径、真円度及び真直度などを自動的に測定する装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
人手による全品目視検査は、検査員に単純苦渋作業を強いるものであり、また、製造コストを増大させる。そこで、自動的に傷を検出する技術の開発が望まれている。自動検出の方法として、特許文献1に開示された測定装置を用いて製品の外径を測定することが考え得る。しかし、検出したい傷は、熟練の検査員でないと発見が困難な微小なものであるから、外径測定結果に僅かな誤差が含まれていても、その誤差が傷の検出を困難にする。例えば、次のような誤差を解消しなければならない。
【０００６】
(1)  ワークの検査箇所（例えば、クランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部、又はカムシャフトのカム部など）の断面形状は必ずしも完全に真円ではなく、僅かに歪んでいる場合がある。カム部の場合はなおさらである。断面形状の真円からの歪みによる測定誤差を自動的に除去する技術が必要である。
【０００７】
(2)  検査箇所の表面はワークの回転軸に対して必ずしも完全に垂直ではなく、僅かに傾いている場合がある。垂直からの傾きによる測定誤差を自動的に除去する技術が必要である。
【０００８】
(3)  検出子のワークへの接触面は必ずしも完全な平面ではなく、微小な凹凸がある場合がある。この凹凸による測定誤差を自動的に除去する技術が必要である。
【０００９】
(4)   検出子のワークへの接触面はワークの回転軸に対して必ずしも完全に垂直ではなく、僅かに傾いている場合がある。垂直からの傾きによる測定誤差を自動的に除去する技術が必要である。
【００１０】
(5)  ワークの回転角位置を測定するために、エンコーダが用いられる。しかし、エンコーダのピッチは必ずしも正確に一定ではなく、僅かな誤差がある場合がある。このピッチ誤差による測定誤差を自動的に除去する技術が必要である。
【００１１】
従って、本発明の目的は、ワーク表面の微細な傷の有無を自動的に検査できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に従う、ワーク表面の傷の有無を検査する装置は、前記ワークを所定の回転軸（回りに回転させつつ、前記回転軸に垂直な方向での前記ワークの検査箇所の表面位置を、回転角ごとに測定する表面位置測定手段と、前記表面位置測定手段の出力信号を受けて、前記回転角に対する前記表面位置の波形を表す表面波形データを得る表面波形取得手段と、前記表面波形データから、所定周波数より高い周波数をもつ又は所定角度より小さい角度範囲内での位置変化を示す高周波波形データを抽出する高周波波形抽出手段と、抽出された前記高周波波形データに基づいて、前記検査箇所における傷の有無を判定する傷判定手段とを備える。
【００１３】
好適な実施形態では、表面位置測定手段は、ワークの検査箇所の表面に当接する測定子を有する。測定子は、ワークの回転軸に直交する方向に移動自在であるとともに、ワークへ向かう方向へ加圧されているため、ワークが回転している中、その検査箇所に常時当接し続ける。ワークの回転中に回転角度ごとに測定子の位置を計測することにより、検査箇所の回転角度ごとの表面位置が測定される。測定子の検査箇所への当接面は、測定子の移動方向とワークの回転軸方向とに直交する方向へ或る長さを有し、その長さは、ワークが回転するときの検査箇所の当該方向へのストローク長以上である。そのため、測定子は、ワークが回転している間、常時、ワークの検査箇所に当接している。さらに、測定子の当接面は、ワークの検査箇所の表面と同等以上の精度で加工された平面であり、かつ、ワークの検出箇所の回転軸方向の幅にほぼ相当する同方向の幅を有する。ワークが1回転することで、測定子は、検査箇所の表面の全域に接触することになるので、検査箇所の表面の何処に傷があってもそれを検出できる。
【００１４】
或いは、測定子の当接面は、検査箇所の回転軸方向の直線部分に相当する幅のうちの最少幅にほぼ相当する幅を有するようにしてもよい。そして、ワークの一回転毎に、測定子を回転軸方向にその当接面の幅以下の距離だけ移動することにより、一つの幅の測定子で多種類の幅の円筒面の傷検出を可能にすることができる。
【００１５】
好適な実施形態では、上記測定子は、ワークの回転軸方向と測定子の移動方向とに直交する方向の回転軸を中心とした所定角度範囲でスウィング可能となっている。このスウィング機能により、ワークの曲り誤差や、測定子の当接面の検査箇所の表面に対する平行度誤差に関わりなく、測定子の当接面は検査箇所の表面に適切に当接して、高精度な傷検出を可能にする。
【００１６】
好適な実施形態では、上記傷判定手段は、高周波波形データのうち急激に変化する部分の変化率（勾配）、変化部分の高さ又は幅などを求め、それらを予め設定され閾値と比較することにより、検査箇所の傷を検出する。
【００１７】
好適な実施形態では、ワークに対する相対位置が可変な複数の表面位置測定手段が設けられ、それら複数の表面位置測定手段が独立して、同じワークの異なった検査箇所の表面位置を同時に測定する。これにより、短時間で全ての検査箇所の検査を完遂することができ、かつ、異種ワークでもフレキシブルに検査可能である。例えば、４気筒クランクシャフトのピン４箇所、ジャーナル５箇所、フランジ１箇所の計１０箇所の検査を行う場合、４つの表面位置測定手段を用いることで、ワークの３回転で１０箇所の検査が行える。これにより、例えば３０秒程度のラインサイクルタイムにも対応可能となる。
【００１８】
本発明の別の側面に従う、ワーク表面の傷の有無を検査する方法は、所定の回転軸（に垂直な方向での前記ワークの検査箇所の表面位置を、前記回転回りの回転角ごとに測定するステップと、測定された前記回転角ごとの表面位置から、前記回転角に対する前記表面位置の波形を表す表面波形データを得るステップと、前記表面波形データから、所定周波数より高い周波数をもつ又は所定角度より小さい角度範囲内での位置変化を示す高周波波形データを抽出するステップと、抽出された前記高周波波形データに基づき、前記検査箇所の表面の傷の有無を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワーク表面の微細な傷の有無を自動的に検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のワーク表面の傷の検査装置の一実施形態を図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は、クランクシャフトのジャーナル部やピン部の表面の傷の有無を検査するための装置である。しかし、このクランクシャフト用の検査装置についての以下の説明に基づけば、カムシャフトやその他の種々のワーク用の検査装置としても本発明が実施できることを当業者は容易且つ明確に理解する筈である。
【００２１】
図１は、この実施形態にかかる検査装置の平面図である。以下の説明では、分り易くするために、図示のように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交座標軸を仮想的に定義する。
【００２２】
図１に示すように、この検査装置１０は、主装置１２と、主装置１２に接続された制御装置１４とを有する。主装置１２は、ワークとしてのクランクシャフト１６をその回転軸がＸ軸に平行に配置して、これをその回転軸回りに回転させつつ、クランクシャフト１６のジャーナル部やピン部の外周面のＹ軸方向の位置（例えば回転軸を原点とした位置であり、以下、表面位置という）を回転角ごとに自動的に測定し、そして、回転角ごとの表面位置データを出力する機械である。制御装置１４は、パーソナルコンピュータ、入出力ボード、通信インターフェースボード、シーケンサおよびその他の制御機器（これらの図示は省略）から構成されており、パーソナルコンピュータに組込まれたソフトウェアにより、主装置１２の動作を制御すると共に、主装置１２から上記表面位置データを読込み、記録し、そして解析することにより、クランクシャフト１６のジャーナル部やピン部の外周面の傷の有無を自動的に判定し、その判定結果を出力する。
図１に示すように、主装置１２は基台１８を有し、この基台１８上の中央位置に、Ｘ軸と平行にワーク操作ユニット２０が設置されている。また、ワーク操作ユニット２０の両脇に、複数（例えば４基）の輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２が設置されている。このうち、２基の輪郭測定ユニット２２、２２は、ワーク操作ユニット２０の片側に配置され、他の２基のワーク操作ユニット２０の反対側に配置されている。これら４基の輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２は、図示のように互いに線対称の位置関係をもっているが、その構造は同一である。
【００２３】
ワーク操作ユニット２０は、クランクシャフト１６の回転軸がＸ軸と平行になるようにクランクシャフト１６を両端にて支持し、クランクシャフト１６をその回転軸回りに一定速度で回転させ、そして、回転角に応じたエンコーダパルスを出力する。このエンコーダパルスに基づいて、上記回転角が算出されることになる。輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２の各々は、ワーク操作ユニット２０上の回転しているクランクシャフト１６の検査対象のジャーナル部又はピン部の外表面のＹ軸方向の位置に応じたエンコーダパルスを出力する。このエンコーダパルスに基づいて、検査対象のジャーナル部又はピン部の表面位置（外表面のＹ軸方向の位置）が算出されることになる。
【００２４】
基台１８内には、図示は省略されているが、ワーク操作ユニット２０及び輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２のための電源回路、制御装置１４からの制御指令に従ってワーク操作ユニット２０及び輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２を駆動するドライバ回路、並びに、ワーク操作ユニット２０及び輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２からのエンコーダパルスを入力して、回転角ごとの表面位置を算出し制御装置１４へ送信するデータ処理回路（図２、参照番号４８）などが収容されている。
【００２５】
図２は、この検査装置１０の正面図であり、ここでは、基台１８上の輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２の図示を省くことで、ワーク操作ユニット２０を判りやすく示してある。図３は、図１のA-A線に沿って見た、ワーク操作ユニット２０の片側に位置する２基の輪郭測定ユニット２２、２２の正面図である。図４は、図１のB-B線に沿って見た、ワーク操作ユニット２０の両側に位置する２基の輪郭測定ユニット２２、２２の断面側面図である。
【００２６】
以下、図１から図４を参照して、ワーク操作ユニット２０装置及び輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２について、より詳細に説明する。
【００２７】
図１及び図２に示されているように、ワーク操作ユニット２０は、主軸ユニット２４とテールストック２６を有する。テールストック２６は、その位置をＸ軸方向に可変するためのテールストックスライド２８を有する。テールストックスライド２８により、主軸ユニット２４からテールストック２６までの距離が、クランクシャフト１６の長さに応じて適切に設定できる。
【００２８】
主軸ユニット２４は、クランクシャフト１６の一端を把持するためのチャック３０を有する。チャック３０は、エア圧駆動のチャッククランプシリンダ３２の作用により開閉動することができる。チャック３０中心には、チャックセンタ４２が設けられる。テールストック２６は、クランクシャフト１６の他端を支持するためのテールストックセンタ３４を有する。テールストックセンタ３４は、エア圧駆動のテールストックシリンダ３６の作用により前進および後退することができる。テールストックセンタ３４はテールストックシリンダ３６にバネ（図示せず）を介して結合されており、このバネの作用により、クランクシャフト１６を曲げることが無いような一定の力でワークをクランクシャフト１６をチャック３０に向かって押すことができる。なお、図中、参照番号４４は、塵などの侵入を防ぐカバーを示し、参照番号４６は、カバー４４のワーク搬入搬出口に設けられた自動ドアである。
【００２９】
クランクシャフト１６がチャック３０とテールストックセンタ３４との間に配置された仮受け（図示せず）に搬入されると、テールストックセンタ３４が前進して、チャックセンタ４２と協同して、クランクシャフト１６の芯出しを行う。そして、チャック３０が閉じてクランクシャフト１６の一端を把持する。テールストックセンタ３４がクランクシャフト１６の他端を支持する。その後、主軸ユニット２４に搭載されたステッピングまたはサーボモータよりなる主軸回転モータ３８が起動して、チャック３０を一定速度で回転させる。それにより、クランクシャフト１６がその回転軸回りに一定速度で回転する。主軸ユニット２４に搭載された精密ロータリーエンコーダ４０が、高精細な回転角ステップで（例えば０．０１度ステップで）をエンコーダパルスを出力し、基台１０内のデータ処理回路４８が、そのエンコーダパルスを入力し計数することで、クランクシャフト１６の回転角を高精度に検出する。
【００３０】
図１、図３及び図４に示されているように、各輪郭測定ユニット２２は、テーブルスライド５０、測定子テーブル５２、測定子スライド５４及び測定子５６を有する。テーブルスライド５０は、スライドベース５８上に枢着されたボールねじ機構であり、ステッピングモータ又はサーボモータによりなるテーブル移動モータ６０により駆動される。テーブルスライド５０に測定子テーブル５２が搭載される。テーブルスライド５０の作用により、測定子テーブル５２は、Ｘ軸方向に一定の範囲で移動可能である。測定子テーブル５２のＸ軸方向の位置は、クランクシャフト１６の検査対象のジャーナル部又はピン部の位置に応じて可変設定される。テーブル移動モータ６０に内蔵のエンコーダ又は別置のエンコーダからのパルスに基づいて、測定子テーブル５２の位置が検出される。４基の輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２のＸ軸方向位置はそれぞれ独立に設定される。
【００３１】
測定子テーブル５２上に、測定子スライド５４が設置され、測定子スライド５４の先端に測定子５６が取り付けられる。測定子スライド５４は、ステッピングモータ又はサーボモータである測定子移動モータ６６によって駆動されて、測定子５６を、Ｙ軸方向に前進及び後退させることができる。測定子５６を前進させることにより、測定子５６がクランクシャフト１６の検査対象のジャーナル部又はピン部の外周に当接する。測定子５６がクランクシャフト１６に接触する直前のアプローチ速度は、クランクシャフト１６を傷つけることのない様な低速度に制御される。測定子５６がクランクシャフト１６に当接している状態では、測定子スライド５４は、これに紐６４で結合された錘６２により、前進方向（クランクシャフト１６を押す方向）へ、測定子５６とクランクシャフト１６との当接状態を保つための必要最小限の力で加圧される。そのため、クランクシャフト１６が回転している間、測定子５６はクランクシャフト１６の外径形状に忠実に従ってＹ方向に前進後退しつつ、クランクシャフト１６との当接状態を保持する。また、測定子５６がクランクシャフト１６を曲げたり、傷付けたりすることも防止される。
【００３２】
測定子スライド５４に連結された精密リニアエンコーダ６８（図４）が、測定子５６のＹ軸方向の変位に応じて、高精細な変位ステップでエンコーダパルスを出力する。基台１０内のデータ処理回路４８が、そのエンコーダパルスを入力し計数することで、測定子５６のＹ軸方向の位置、すなわち、検査対象のジャーナル部又はピン部の表面位置（その外表面のY軸方向の位置）を高精度に算出する。算出された表面位置データは、これと同時に検出された回転角データと共に、データ処理回路４８に記録され、そして、制御装置１４へ送信される。
【００３３】
４基の輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２が、独立して、クランクシャフト１６の異なる４つのジャーナル部又はピン部の表面位置を同時に測定する。例えば、図１に例示した場合では、２つのジャーナル部J2及びJ4、並びに２つのピン部P1及びP3の測定が独立して同時に行われる。
【００３４】
図５は、クランクシャフト１６の或る検査箇所（ピン部又はジャーナル部）１６Ａに当接している状態の測定子５６の平面図である（ここでは、ピン部との当接状態を例示する）。図６Ａは、同状態の測定子５６の側面断面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＣ−Ｃ線での測定子５６の平面断面図である。図７は、図５及び図６Ａに示した状態からクランクシャフト１６がさらに９０度回転した状態での測定子５６の側面図である。
【００３５】
図５から図７に示すように、測定子５６は、測定子スライド５４の先端に固定されたヘッド保持体７０と、ヘッド保持体７０に設けられた軸受に回転自在に取り付けられたスウィングアーム７２と、スウィングアーム７２ｂの先端に固定されたヘッド７４とを有する。
【００３６】
既に説明した測定子スライド５４の作用により、測定子５６はY軸方向（図５の矢印８４方向）に進退可能であり、クランクシャフト１６の検査箇所（ピン部又はジャーナル部）１６Ａを押す方向に加圧されている。測定子５６のヘッド７４は、その前端に、クランクシャフト１６の検査箇所（ピン部又はジャーナル部）１６Ａの外表面に当接する当接面７４Ｓを有する。ヘッド７４の当接面７４Ｓは、検査箇所１６Ａの外表面と同等以上の高精度で加工された平面であり、Ｚ軸に平行である。図６及び図７から分るように、ヘッド７４の当接面７４Ｓは、クランクシャフト１６が回転するときの検出箇所（特にピン部）１６AのZ軸方向のストローク長以上の長さをＺ軸方向に有する。そのため、ヘッド７４の当接面７４Sは、クランクシャフト１６が回転している間、常時、検出箇所１６Ａに当接している。また、図５に示すように、ヘッド７４の当接面７４Ｓは、上記検査箇所の外表面のＸ軸方向の直線部分の寸法(幅）にほぼ相当する（厳密には、僅かなクリアランス分だけ小さい）Ｘ軸方向の寸法（幅）Ｗを有しており、よって、クランクシャフト１６が１回転すると、検査箇所１６Ａの外表面の全域に接触することになる。これにより、クランクシャフト１６の１回転で、上記検査箇所の外表面の何処に存在する凸傷も見逃すことなく検出できる。
【００３７】
変形例として、ヘッド７４の当接面７４Sは、検査箇所１６AのX軸方向の直線部分に相当する幅のうちの最少幅にほぼ相当する幅を有するようにしてもよい。そして、クランクシャフト１６が一回転する都度、測定子５６を回転軸方向にその当接面の幅以下の距離だけX軸方向に移動することにより、一つの小さい幅のヘッド７４で多種類の幅の検査箇所の傷検出を行えるにようにしてもよい。
【００３８】
測定子５６のスウィングアーム７２は、図５の矢印８０で示すように、Z軸方向の回転軸７２Cを中心とした一定角度範囲でスウィング可能であり、それにより、ヘッド７４を同範囲でスウィング可能とする。このスウィング機能により、クランクシャフト１６の曲り誤差や、検査箇所１６Ａの外表面の回転軸に対する平行度誤差に関わりなく、ヘッド７４の当接面７４Ｓは、検査箇所１６Ａの外表面に全幅に渡って常に当接する。これにより、高精度な傷検出が可能になる。
【００３９】
さらに、測定子５６のヘッド７４は、ヘッド保持体７０の前端に取り付けられた複数（例えば４個）のバネ７６により前方へ弾性的に押されており、それにより、外力を受けない自然な状態ではヘッド７４は真っ直ぐＹ軸方向に向いた（つまり、当接面７４ＳがＸ軸と平行になった）姿勢に保持され、余計な首振りはしない。そのため、ヘッド７４が検査箇所１６Ａにアプローチする際、検査箇所１６Ａの幅方向両側のチーク部とヘッド７４との間のクリアランスが僅かであっても、ヘッド７４は、チーク部に接触することなく、検査箇所１６Ａに到達することができる。
【００４０】
以上の構成を有する検査装置１０の動作は次のとおりである（主に図1と図２を参照）。
【００４１】
(1)  主装置１２上部の自動ドア４６が開かれ、例えばオートローダにより、ワークたるクランクシャフト１６が、ワーク操作ユニット２０のチャック３０とテールストック２６との間のワーク仮受け(図示せず)上に載せられ、そして、自動ドア４６が閉じられる。
【００４２】
(2)  テールストックセンタ３４がクイルシリンダ３６の作用で前進し、チャックセンタ４２と協働して、クランクシャフト１６の芯出を行う。そして、チャック３０がクランクシャフト１６をしっかり把持する。
【００４３】
(3)  上記したチャック３０の把持動作と同時に、輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２のX軸方向位置が、テーブルスライド５０により、測定子５６がクランクシャフト１６の４つの検査箇所（図１の例では、ピン部P1とP3、及びジャーナル部J1とJ4）の各々のX軸方向位置に位置するように調節される。
【００４４】
(4)  その後、輪郭測定ユニット２２、２２、２２、２２の各々の測定子５６が前進し、各検査箇所（ピン部又はジャーナル部）の外表面に当接する。
(5)  全ての測定子５６、５６、５６、５６が全ての検査箇所にそれぞれ当接した状態で、クランクシャフト１６が回転し、そして、データ処理回路４８が、ロータリエンコーダ４０とリニアエンコーダ６８（図４）からのエンコーダパルスを受けて、例えば０．０１度の精度で回転角と、回転角ごとの各測定子５６の位置（角検査箇所の表面位置）とを計算する。計算された回転角データと表面位置データは、制御装置１４に送信され記録される。
(6)  クランクシャフト１６の一回転が完了後、全ての測定子５６、５６、５６、５６が後退する。続いて、上記(3)から(5)と同様の手順で、４つの輪郭測定ユニット２２、２２，２２，２２を用いて、クランクシャフト１６の別の４つの検査箇所（例えば、ピン部P2とP4、及びジャーナル部,J2とJ5）の回転角毎の表面位置が測定される。続いて、同様の手順で、２つの輪郭測定ユニット２２、２２を用いて、残り２つの検査箇所（例えば、ピン部J3とフランジ部FG）の表面位置が測定される。図１、２に例示した４気筒エンジン用のクランクシャフト１６の場合、以上の３回転で全ての検査箇所P1〜P4、J1〜J5およびFGの表面位置測定が完了する。因みに、このように３回転で検査が完了する場合、３０秒程度のラインサイクルタイムにも対応可能である。
【００４５】
(7)  制御装置１４が、記録された各検出箇所の回転角毎の表面位置データを解析して、各検出箇所の外表面における傷の有無を判定し、判定結果を出力する。
【００４６】
以下では、上記(7)に示したデータ解析及び判定を行うための制御装置１４の機能と動作について、詳細に説明する。
【００４７】
傷の付いた検査箇所の測定された表面位置データには、検出目的である傷データ以外に、以下の要因による誤差が含まれると考えられる。
【００４８】
(1)  加工機の加工誤差による形状誤差、
(2)  測定子５６のヘッド７４の当接面７４Sの平面度の誤差、
(3)  測定子５６のヘッド７４の当接面７４SのX軸方向及びZ軸方向の真直度の誤差、
(3)  検査箇所の外表面の平坦度及びX軸方向の真直度の誤差、及び
(4)  検査箇所の回転軸心からの偏心による誤差。
【００４９】
回転角に対する表面位置データの変化を表す波形を考えた場合、上記の誤差(1)から(4)の誤差はいずれも、一般的に、その波形に含まれる低周波の波形成分になると考えられる。このことに着眼して、制御装置１４は、上記波形の中から、上記誤差と考えられる低周波の波形成分を除去することにより、検査目的とする傷データを実施的に表していると考えられる高周波の波形成分を抽出する。そして、制御装置１４は、抽出した高周波成分の波形の勾配又は振幅などに基づいて、傷の有無を判断する。
【００５０】
上述した低周波成分を除去する手法として、制御装置１４は、以下の２種類の手法(1)及び(2）いずれかを採用する。
【００５１】
(A)  測定された回転角ごとの表面位置データから得られる上述した誤差(1)から(4)を含んだ表面位置波形データ（以下、元データという）から、平均化フィルタリングにより高周波成分を除去して低周波波形データを抽出する。そして、元データから、その平均化フィルタリングで抽出された低周波波形データを差し引くことにより、高周波波形データを抽出する。
【００５２】
(B)  元データをフーリエ級数に展開し、そのフーリエ級数から低次の成分だけを抽出して低周波波形データを得る。そして、元データからその低周波波形データを差し引くことにより高周波波形データを抽出する。
【００５３】
図８は、上記(A)の平均化フィルタリングを用いたデータ処理の手順を示すフローチャートである。
【００５４】
図８のステップS100で、制御装置１４は、測定された１回転分の回転角毎の表面位置データを、回転角の順序で配列することにより、ステップS100にブロック内に図示したような、回転角に対する表面位置の変化波形を示した元データを作成する。このとき、データ処理の負担を軽減するために、測定された例えば０．０１度ステップの回転角度ごとの表面位置データを、１度の角度範囲ごとに平均化して、１度ステップの回転角度ごとの表面位置データに変換して、これを元データとして用いてもよい。
【００５５】
ステップS102で、元データを、或る一定の回転角度範囲、例えば３０度の範囲、で平均化する。すなわち、元データが上述したような例えば１度ステップの回転角度ごとの表面位置データの配列から成っている場合、１度ステップの各回転角度ごとに、その回転角度を中心とした左右１５度の合計３０度の回転角度範囲の表面位置データ（３１個の表面位置データ）を元データから読み出し、それら３１個の表面位置データの平均値データを計算し、そして、その平均値データをその回転角度の表面位置データに置き換える。この３０度範囲の平均値データへの置き換えを、０度から３５９度までの全回転角度の表面位置データに対して行う。これにより、ステップS102のブロック内に示すような、３０度範囲で平均化された平均値化データが得られる。この平均値化データは、３０度以上の大きい角度範囲での表面位置の変化成分である低周波成分だけを含んだ低周波波形データである。この平均値化データは、上述した誤差(1)から(4)の成分を含んでいるが、傷による表面位置の細かい（つまり高周波の）変化成分は含んでいないと考えられる。因みに、発明者らの実験によれば、平均値化の回転角度範囲として、上に例示した３０度という値は、上述した誤差(1)から(4)の成分を除去するために好適な値である。
【００５６】
ステップS104で、元データから平均値化データが差し引かれる。これにより、ステップS104のブロック内に示すような、３０度未満の小さい角度範囲内での表面位置の変化成分である高周波成分だけを含んだ高周波波形データが得られる。この高周波波形データに、傷による表面位置の細かい（つまり高周波の）変化成分が含まれている。
【００５７】
ステップS106で、高周波波形データの勾配又は振幅などに基づいて、傷の有無が判断される。換言すれば、高周波波形データから急激に変化する部分の変化率（勾配）、変化部分の高さ、幅などが求められ、予め設定された閾値と比較することにより、ピン部又はジャーナル部の凸傷が検出される。例えば、回転角変位１度当りの表面位置の変化量（勾配）の閾値として０．００３ｍｍを設定し、この閾値以上の勾配が高周波波形データ中に発見された場合、その部分を傷と判定することができる。或いは、０．１度当たりの変化量（勾配）で判定してもよく、それにより、より高精度な検出が期待される。また、必要に応じて、高周波波形データの山や谷という変化部分の振幅（高さ）又は幅などについて、これを所定の閾値と比較して、その比較結果も判断材料として用いて、傷の有無を判定することもできる。
図９及び図１０は、上記(B)のフーリエ展開を用いたデータ処理の手順を示すフローチャートである。
【００５８】
図９のステップS200で、既に説明した元データを得る。図９のステップS202から図１０のS206で、元データの波形を、
F(t)=a0/2+a1cos(t)+a2cos(2t)+....+ancos(nt)+...+b1sin(t)+b2sin(2t)+...+bnsin(nt)+...
というフーリエ級数の形に展開して、後続のステップS208で低周波波形データを得るために必要な低次の範囲、例えば１次から４次まで、のフーリエ係数a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4を求める。そして、これらのフーリエ係数a0、a1、a2、a3、a4、b0、b1、b2、b3、b4から、ステップS202からS206のブロックに示すような、低次範囲の各次成分の波形データが得られる。
【００５９】
ステップS208で、上述した低次範囲、例えば１次から４次までの波形データを加算した波形データが求められる。この波形データは、元データのうちの４次以下の低周波成分だけを含んだ低周波波形データである。この低周波波形データは、上述した誤差(1)から(4)の成分を含んでいるが、傷による表面位置の細かい（つまり高周波の）変化成分は含んでいないと考えられる。因みに、発明者らの実験によると、求める低周波成分の範囲として、上に例示した４次以下の範囲、又はせいぜい６次以下の範囲が、上記の誤差(1)から(4)の成分を除去する観点から好適である。
【００６０】
ステップS210で、元データから低周波波形データが差し引かれる。これにより、ステップS210のブロック内に示すような、５次以上の細かい表面位置の変化成分である高周波成分だけを含んだ高周波波形データが得られる。この高周波波形データに、傷による表面位置の細かい変化成分が含まれている。
【００６１】
ステップS212で、高周波波形データの勾配又は振幅などに基づいて、傷の有無が判断される。ここでの判断方法は、図８のステップS106でのそれと同様である。
【００６２】
上述した図８又は図９‐図１０のデータ処理は、コンピュータによりソフトウェアに従って実行することもできるし、専用のワーヤードハードウェアによって実行することもできるし、或いは、それらの組み合わせによって実行することもできる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる検査装置１０の平面図である。
【図２】この検査装置１０の正面図であり、ここでは、基台１８上の輪郭測定ユニット２２、２２の図示を省くことで、ワーク操作ユニット２０を判りやすく示してある。
【図３】図１のA-A線に沿って見た、ワーク操作ユニット２０の片側に位置する２つの輪郭測定ユニット２２、２２の正面図である。
【図４】図１のB-B線に沿って見た、ワーク操作ユニット２０の両側に位置する２つの輪郭測定ユニット２２、２２の断面側面図である。
【図５】クランクシャフト１６の或るピン部Ｐに当接した状態における測定子５６の平面図である。
【図６】図６Ａは、同状態での測定子５６の側面断面図（図６Ａ）、及び図６ＡのＣ−Ｃ線による測定子５６の平面断面図である。
【図７】図５及び図６Ａに示した状態からクランクシャフト１６がさらに９０度回転した状態での測定子５６の側面図である。
【図８】制御装置１４による平均化フィルタリングを用いたデータ処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】制御装置１４によるフーリエ展開を用いたデータ処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図９のフローチャートの続きである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  検査装置
１２  主装置
１４  制御装置
１６  クランクシャフト（ワーク）
１６A  検査箇所
２０  ワーク操作ユニット
２４  主軸ユニット
２６  テールストック
２２  輪郭測定ユニット
４８  データ処理回路
５４  測定子スライド
５６  測定子
７２  スウィングアーム
７４  ヘッド
７４S  当接面
【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】
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【図１０】
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