(57)【要約】【課題】熱間プレスされた加熱状態にある被加工物を撮像し、これにより得た画像から被加工物の寸法を測定する場合に、当該寸法を精度よく測定できる寸法測定装置を提供する。【解決手段】熱間プレスされた加熱状態にある被加工物１の寸法を測定する寸法測定装置１０。被加工物１にパルスレーザを照射するレーザ照射装置３と、パルスレーザが被加工物１に照射された時に、被加工物１を撮像するように作動する撮像装置５とを備える。撮像装置５は、パルスレーザの照射方向と異なる方向から被加工物１を撮像するように配置される。【選択図】図１
2011128068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間プレスされた加熱状態にある被加工物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
被加工物にパルスレーザを照射するレーザ照射装置と、
前記パルスレーザが被加工物に照射された時に、該被加工物を撮像するように作動する撮像装置と、を備え、
前記撮像装置は、前記パルスレーザの照射方向と異なる方向から被加工物を撮像するように配置される、ことを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記撮像装置の撮像により得た画像を処理することで被加工物の寸法を測定する画像処理装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項３】
被加工物が内部に配置される箱体を備え、
前記撮像装置は、前記箱体の外部から箱体の透明部を介して被加工物を撮像する、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
前記箱体には、寸法の目盛が取り付けられており、
前記撮像装置は、被加工物とともに前記目盛を撮像し、
前記画像処理装置は、前記画像内の前記目盛を利用して、被加工物の寸法を測定する、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間プレスされた加熱状態にある被加工物の寸法を測定する寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間プレスは、被加工物を高温（例えば８００℃以上）に加熱し、これにより被加工物が軟化している状態で金型を用いて該被加工物をプレスする熱間鍛造である。
【０００３】
熱間プレスされた直後の加熱状態にある被加工物の寸法（例えば、熱間プレスによる圧縮方向の厚み）を測定し、測定した寸法が所望の値になっているかを確認し、そうでない場合には、プレス機の設定を調整することが望ましい。熱間プレスされた直後の被加工物の寸法を測定するのは、速やかに、プレス機の設定を調整できるからである。すなわち、被加工物が低温になってから、その寸法を測定して、プレス機の設定を変更していたのでは、時間がかかりすぎてしまう。
【０００４】
なお、本願の技術分野における先行技術文献として下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０７４８９４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、熱間プレス直後の被加工物（粗材）は、高温状態（１２５０℃にもなることがある）であるため、人手により、ノギスなどを用いて被加工物を測定することは危険である。
【０００７】
一方、熱間プレス直後の被加工物を撮像して得た画像から被加工物の寸法を測定することが考えられる。しかし、熱間プレス直後の被加工物（粗材）は、上述のように高温状態であるため、強い輻射光を発している。したがって、この被加工物を撮像した画像においては、被加工物の輪郭などが不鮮明になる。その結果、寸法を正確に測定することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、熱間プレスされた加熱状態にある被加工物を撮像し、これにより得た画像から被加工物の寸法を測定する場合に、当該寸法を精度よく測定できる寸法測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると熱間プレスされた加熱状態にある被加工物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
被加工物にパルスレーザを照射するレーザ照射装置と、
前記パルスレーザが被加工物に照射された時に、該被加工物を撮像するように作動する撮像装置と、を備え、
前記撮像装置は、前記パルスレーザの照射方向と異なる方向から被加工物を撮像するように配置される、ことを特徴とする寸法測定装置が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によると、寸法測定装置は、前記撮像装置の撮像により得た画像を処理することで被加工物の寸法を測定する画像処理装置を備える。
【００１１】
また、本発明の好ましい実施形態によると、寸法測定装置は、被加工物が内部に配置される箱体を備え、前記撮像装置は、前記箱体の外部から箱体の透明部を介して被加工物を撮像する。
【００１２】
好ましくは、前記箱体には、寸法の目盛が取り付けられており、前記撮像装置は、被加工物とともに前記目盛を撮像し、前記画像処理装置は、前記画像内の前記目盛を利用して、被加工物の寸法を測定する。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によると、パルスレーザが被加工物に照射された時に、パルスレーザ照射方向と異なる方向から被加工物を撮像するので、取得した画像において、パルスレーザによる被加工物のエッジの影を明確に映し出すことができる。その結果、当該画像に基づいて、被加工物の寸法を精度よく測定することができる。本発明の実施形態による効果は、以下の説明で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による寸法測定装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１の寸法測定装置に設けられるレーザ共振器の構成図である。
【図３】撮像装置とレーザ照射装置の作動を示すタイムチャートである
【図４】加熱状態の被加工物からの輻射光のスペクトルＳと、狭帯域フィルタを透過可能な波長域Ｒとの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
本発明の実施形態による寸法測定装置１０は、熱間プレスされた加熱状態（例えば、８００℃以上の高温状態）にある被加工物１の寸法を測定する。図１は、本発明の実施形態による寸法測定装置１０の構成図である。図１に示すように、寸法測定装置１０は、レーザ照射装置３、撮像装置５、画像処理装置７などを備える。撮像装置５は、パルスレーザの照射方向と異なる方向から被加工物１を撮像するように配置される。被加工物１は、例えば自動車のクランクシャフトであってよいが、熱間プレスされる他のもの（例えば、ギア、バルブなど）であってもよい。図１では、被加工物１は、所定の治具２に設置されている。
【００１７】
レーザ照射装置３は、被加工物１にパルスレーザを照射する。撮像装置５は、レーザ照射装置３によりパルスレーザが被加工物１に照射された時に、該被加工物１を撮像するように作動する。画像処理装置７は、該撮像装置５の撮像により得た画像を処理することで被加工物１の寸法（例えば、熱間プレスによる圧縮方向の厚み）を測定する。
【００１８】
以下、寸法測定装置１０の各構成について詳しく説明する。
【００１９】
レーザ照射装置３は、レーザ共振器２２と、レーザ共振器２２により発振されたパルスレーザを伝送する光ファイバ２３と、被加工物１におけるパルスレーザ光の照射範囲を調整する投光レンズ２４と、を有する。レーザ共振器２２からのパルスレーザは、光ファイバ２３により、被加工物１が内部に配置されている後述の箱体２５の内部へ伝送され、投光レンズ２４の先端部から投光レンズ２４を介して被加工物１に照射される。光ファイバ２３の先端部は、箱体２５の上面壁に設けられた貫通孔２６を通して箱体２５の内部に位置させてよい。投光レンズ２４は、箱体２５内において、所定の向きに固定される。好ましくは、投光レンズ２４により、パルスレーザの照射範囲を、被加工物１の寸法測定対象部を含むようにする。なお、投光レンズ２４は、箱体２５に一体的に結合されていてよい。
【００２０】
レーザ共振器２２の構成を図２に示す。レーザ共振器２２は、レーザ媒質１１（例えば、Ｎｄを含むＹＡＧのロッド）と、励起用ランプ１２と、レーザ媒質１１を間に挟む全反射ミラー１３および部分反射ミラー１４とを有する。レーザ媒質１１は、励起用ランプ１２からの励起光ＥＬで光励起されることで、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、全反射ミラー１３および部分反射ミラー１４に反射されることで、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４との間を往復しながらレーザ媒質１１を通過する。
【００２１】
レーザ共振器２２は、さらに、Ｑスイッチ１５を有する。Ｑスイッチ１５は、この例では、超音波Ｑスイッチであり、高周波電源１５ａ、インピーダンス整合回路１５ｂ、トランスデューサ１５ｃおよび超音波媒体１５ｄを有する。高周波電源１５ａは、インピーダンス整合回路１５ｂを介して、トランスデューサ１５ｃを駆動する。これにより、トランスデューサ１５ｃは、電気エネルギを超音波に変換して、前記レーザ光が通過する超音波媒体１５ｄ中を、該レーザ光と直交する方向に当該超音波を進行させる。この状態で、超音波媒体１５ｄ内へ直進してきたレーザ光は、超音波媒体１５ｄにより回折され、これにより、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４との間にあるレーザ共振系内のレーザ発振が抑えられる。その結果、レーザ媒質１１の内部に大きなエネルギが蓄積される。Ｑスイッチ１５が、後述のタイミングでオンになると（すなわち、Ｑスイッチ１５の電力供給停止手段１５ｅが作動すると）、上述の回折が無くなることでレーザ媒質１１に蓄積されたエネルギが一気に放出され、強力なパルスレーザが、部分反射ミラー１４を通過して、集光レンズなどからなる光学系２６によって光ファイバ２３に入射し、光ファイバ２３を介して被加工物１に照射される。
【００２２】
撮像装置５は、上述のように、前記パルスレーザの照射方向と異なる方向から被加工物１を撮像する。すなわち、被加工物１から見た場合に、パルスレーザが被加工物１に入射する方向は、被加工物１が撮像装置５により撮像される方向と異なる。これにより、撮像装置５により取得した画像において、被加工物１のエッジ（縁）に影が生じているので、被加工物１のエッジを鮮明にした画像を得ることができる。図１の例では、被加工物１から見た場合、パルスレーザが被加工物１に入射する方向は、斜め上方であり、撮像装置５は、被加工物１が撮像装置５により撮像される方向は水平方向である。なお、撮像装置５は、ＣＣＤカメラを用いたものであってよい。
【００２３】
本実施形態によると、寸法測定装置１０は、さらに箱体２５を備える。箱体２５は、その内部に被加工物１を配置するために設けられる。撮像装置５は、箱体２５の外部から箱体２５の透明部を介して被加工物１を撮像する。この箱体２５内に高温の被加工物１が配置されるので、撮像装置５の撮像により取得した画像において、次のように、著しい温度差による生じる揺らぎを防止できる。被加工物１は高温であるため、被加工物１付近の気体と、撮像装置５付近の気体とが混ざる（接触する）と、両者の著しい温度差により、光屈折率の異常が引き起こされるので、取得した画像に揺らぎが生じる。そこで、箱体２５内に被加工物１を配置することで、箱体２５内の高温気体と、箱体２５外の低温気体とが混ざることを防止することで、上述のゆらぎを防止する。その結果、被加工物１の寸法測定精度を高く維持できる。
【００２４】
箱体２５の前記透明部は、例えば耐熱ガラスによって形成されてよい。なお、図１の例では、箱体２５全体が、透明な耐熱ガラスで形成されている。箱体２５は、図１の例では、底がなく（すなわち、底面が開口しており）、４つの側面壁と上面壁とを有する。この場合、断熱性を有する所定の台に置かれた被加工物１に箱体２５を被せることで、被加工物１を箱体２５の内部に配置させ、これにより、箱体２５内の高温気体と、箱体２５外の低温気体とが混ざることを防止する。代わりに、箱体２５に、開閉扉を設けて、開閉扉を通して、被加工物１を箱体２５の内部に配置させ、被加工物１を箱体２５の内部から外部へ取り出すようにしてもよい。
【００２５】
箱体２５には、寸法の目盛２７（すなわち、目盛２７が表示された目盛部材）が取り付けられている。撮像装置５は、被加工物１とともに目盛２７を撮像する。これにより、画像処理装置７は、画像に含まれる目盛２７を利用して、被加工物１の寸法を画像処理により測定することができる。その結果、精度よく、被加工物１の寸法を測定することができる。図１の例では、目盛２７が表示された枠（目盛部材）が、箱体２５内において箱体２５に取り付けられている。目盛２７が表示されている面は、撮像装置５の撮像方向と直交するように前記目盛部材が配置される。好ましくは、撮像装置５の撮像方向に関し、被加工物１における寸法測定対象部分の撮像方向位置と撮像装置５の撮像方向位置との距離が、目盛２７の撮像方向位置と撮像装置５の撮像方向位置との距離と同じになるように、被加工物１を配置するのがよい。
【００２６】
図３は、撮像装置５とレーザ照射装置３との作動関係を示すタイムチャートである。撮像装置５は、被加工物１を撮像する場合に、トリガ信号を励起用ランプ１２とＱスイッチ１５（具体的には、電力供給停止手段１５ｅ）に出力する。これにより、励起用ランプ１２が、トリガ信号出力時から第１の遅延時間Ｔ１後に駆動されて発光するとともに、トリガ信号出力時から第１の遅延時間後よりも長い第２の遅延時間Ｔ２後に、Ｑスイッチ１５がオンになる。Ｑスイッチ１５がオンになると、当該オンから第３の遅延時間Ｔ３後に、パルスレーザが、光ファイバ２３を介して被加工物１に照射される。具体的には、Ｑスイッチ１５がオンになると（すなわち、電力供給停止手段１５ｅが作動すると）、高周波電源１５ａからトランスデューサ１５ｃへの電力供給が停止され、これにより、上述の回折が無くなることでレーザ媒質１１に蓄積されたエネルギが一気に放出され、当該オンから第３の遅延時間Ｔ３後に、強力なパルスレーザが、部分反射ミラー１４を通過して、集光レンズなどからなる光学系２６によって光ファイバ２３に入射し、光ファイバ２３を介して被加工物１に照射される。前記トリガ信号が撮像装置５から出力されてから、撮像装置５のシャッタ（例えば電子シャッタ）が開くまでの第４の遅延時間Ｔ４は、当該シャッタが開いている時に、パルスレーザが被加工物１を照射するように調整される。このようにして、撮像装置５は、トリガ信号出力時から第４の遅延時間Ｔ４後に、シャッタを開けて被加工物１を撮像するように作動する。
【００２７】
画像処理装置７は、画像処理により、該撮像装置５の撮像により得た画像内に含まれる目盛２７に基づいて、被加工物１における寸法測定対象部分の寸法を測定する。また、画像処理装置７は、前記画像内の目盛２７だけでなく、撮像装置５から被加工物１までの撮像方向の既知の距離に相当する前記画像内の寸法測定対象部分における単位長さの実際の寸法（推定値）に基づいて、被加工物１における寸法測定対象部分の寸法を測定してもよい。代わりに、目盛２７は、用いなくてもよく、画像処理装置７は、寸法測定対象部分における単位長さの実際の寸法（推定値）に基づいて、寸法測定対象部分の寸法を測定してもよい。なお、上述の画像を複数枚取得し、画像処理装置７は、各画素について、その輝度を、これら複数の画像の該輝度の平均とした画像を生成し、生成した当該画像に基づいて、被加工物１の寸法を測定してもよい。
【００２８】
好ましくは、レーザ照射装置３からのパルスレーザは、単一波長（例えば１．０６μｍまたは０．５３μｍ）のレーザ光であり、撮像装置５は、当該単一波長のみ（または、当該単一波長とその付近の波長のみ）を透過させる狭帯域フィルタ５ａを有する。撮像装置５は、狭帯域フィルタ５ａを介して被加工物１を撮像する。図４は、加熱状態の被加工物１からの輻射光のスペクトルＳと、狭帯域フィルタ５ａを透過可能な波長域Ｒとの関係を示す。図４に示すように、前記パルスレーザＰの光強度は、当該パルスレーザの波長と同じ波長成分を持つ被加工物１の輻射光の光強度よりも大きい。このような狭帯域フィルタ５ａを用いることで、輻射光のノイズを落としつつ、パルスレーザにより被加工物１のエッジの影を一層はっきりと映し出すことができる。
【００２９】
上述した実施形態による寸法測定装置１０によると、パルスレーザが被加工物１に照射された時に、パルスレーザ照射方向と異なる方向から被加工物１を撮像するので、取得した画像において、パルスレーザによる被加工物１のエッジの影を明確に映し出すことができる。その結果、当該画像に基づいて、被加工物１の寸法を精度よく測定することができる。
【００３０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３１】
例えば、上述の実施形態では、画像処理装置が、撮像装置の撮像により得た画像を処理することで被加工物の寸法を測定したが、画像処理装置を省略してもよい。この場合、撮像装置の撮像により得た画像を表示装置に表示してよく、表示された当該画像を人が見て寸法を予測するなどしてよい。
【００３２】
また、光ファイバ２３を省略してもよい。この場合、投光レンズ２４の直前にレーザ共振器２２を配置してよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  被加工物、３  レーザ照射装置、５  撮像装置、５ａ  狭帯域フィルタ、
７  画像処理装置、１０  寸法測定装置、１１  レーザ媒質、
１２  励起用ランプ、１３  全反射ミラー、１４  部分反射ミラー、
１５  Ｑスイッチ、１５ａ  高周波電源、１５ｂ  インピーダンス整合回路、
１５ｃ  トランスデューサ、１５ｄ  超音波媒体、１５ｅ  電力供給停止手段、
２２  レーザ共振器、２４  投光レンズ、２３  光ファイバ、
２５  箱体、２７  目盛
【図１】
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【図２】
2011128068.tif 000004
【図３】
2011128068.tif 000005
【図４】
2011128068.tif 000006