(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルばねの形状を測定する形状測定方法であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように配置する配置工程と、
配置されたコイルばねの軸方向における所定の範囲の表面形状を非接触式変位計で計測する計測工程と、を備え、
非接触式変位計は、コイルばねの前記軸方向に第１視野長さを有しており、
前記所定の範囲の前記軸方向の長さは、前記第１視野長さよりも長く、
前記計測工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転し、
前記計測工程では、非接触式変位計は、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねに対して相対的に回転し、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する間に、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離が前記第１視野長さ以下に設定されており、
前記非接触式変位計がコイルばねの前記所定の範囲を前記軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの前記所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされる、コイルばねの形状測定方法。
【請求項２】
コイルばねの形状を測定する形状測定方法であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように配置する配置工程と、
配置されたコイルばねの軸方向における所定の範囲の表面形状を非接触式変位計で計測する計測工程と、を備え、
非接触式変位計は、コイルばねの前記軸方向に第１視野長さを有しており、
前記所定の範囲の前記軸方向の長さは、前記第１視野長さよりも長く、
前記計測工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転し、
前記計測工程では、非接触式変位計は、前記軸方向と直交する平面上で、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する動作と、前記軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動する動作と、を交互に繰り返し、
前記直線移動する動作では、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離が、前記第１視野長さ以下に設定されており、
非接触式変位計がコイルばねの前記所定の範囲を前記軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの前記所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされる、コイルばねの形状測定方法。
【請求項３】
コイルばねの形状を測定する形状測定方法であり、
コイルばねの素線の形状を測定する第１測定工程と、
前記第１測定工程の後に実施され、コイルばねに対して非接触式変位計を少なくともコイルばねの軸方向に沿って相対的に移動させてコイルばねの素線の形状を測定する第２測定工程と、を備え、
前記第１測定工程は、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように配置する配置工程と、
配置されたコイルばねの軸方向における所定の範囲の表面形状を非接触式変位計で計測する計測工程と、を備え、
非接触式変位計は、コイルばねの前記軸方向に第１視野長さを有しており、
前記所定の範囲の前記軸方向の長さは、前記第１視野長さよりも長く、
前記計測工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転し、
前記第２測定工程では、前記第１測定工程の測定結果から予測されるコイルばねのコイル径に基づいて、コイルばねのコイル径に応じて非接触式変位計とコイルばねとの距離が調整される、コイルばねの形状測定方法。
【請求項４】
コイルばねの形状を測定する形状測定方法であり、
コイルばねの素線の形状を測定する第１測定工程と、
前記第１測定工程の後に実施され、前記第１測定工程の測定結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置が非接触式変位計の視野の中心に位置するように非接触式変位計を移動させてコイルばねの素線の形状を測定する第２測定工程と、を備え、
前記第１測定工程は、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように配置する配置工程と、
配置されたコイルばねの軸方向における所定の範囲の表面形状を非接触式変位計で計測する計測工程と、を備え、
非接触式変位計は、コイルばねの前記軸方向に第１視野長さを有しており、
前記所定の範囲の前記軸方向の長さは、前記第１視野長さよりも長く、
前記計測工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転する、コイルばねの形状測定方法。
【請求項５】
非接触式変位計がコイルばねの前記所定の範囲を前記軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの前記所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされる、請求項３又は４に記載のコイルばねの形状測定方法。
【請求項６】
前記配置工程では、コイルばねが前記軸周りに回転可能となるように配置されており、
前記計測工程では、非接触式変位計が前記軸方向に沿って直線移動し、コイルばねが前記軸周りに回転する、請求項１から５のいずれか一項に記載のコイルばねの形状測定方法。
【請求項７】
コイルばねの形状を測定する形状測定装置であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように保持する保持治具と、
保持治具に保持されたコイルばねの軸方向に第１視野長さを有しており、保持治具に保持されたコイルばねの表面形状を計測可能な非接触式変位計と、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させる相対位置調整機構と、
相対位置調整機構を制御する制御装置と、を備え、
制御装置は、非接触式変位計を、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねに対して相対的に回転させ、
非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する間に、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離は、前記第１視野長さ以下に設定されており、
前記非接触式変位計がコイルばねの前記所定の範囲を前記軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの前記所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされる、コイルばねの形状測定装置。
【請求項８】
コイルばねの形状を測定する形状測定装置であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように保持する保持治具と、
保持治具に保持されたコイルばねの軸方向に第１視野長さを有しており、保持治具に保持されたコイルばねの表面形状を計測可能な非接触式変位計と、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させる相対位置調整機構と、
相対位置調整機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、非接触式変位計に、前記軸方向と直交する平面上で、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する動作と、前記軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動する動作と、を交互に繰り返させ、
前記直線移動する動作では、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離が、前記第１視野長さ以下に設定されており、
前記非接触式変位計がコイルばねの前記所定の範囲を前記軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの前記所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされる、コイルばねの形状測定装置。
【請求項９】
コイルばねの形状を測定する形状測定装置であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように保持する保持治具と、
保持治具に保持されたコイルばねの軸方向に第１視野長さを有しており、保持治具に保持されたコイルばねの表面形状を計測可能な非接触式変位計と、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させる相対位置調整機構と、
相対位置調整機構を制御する制御装置と、を備え、
制御装置は、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させる共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させて、コイルばねの素線の形状を測定する第１測定処理と、
前記第１測定処理の後に実行され、コイルばねに対して非接触式変位計を少なくともコイルばねの軸方向に沿って相対的に移動させて、コイルばねの素線の形状を測定する第２測定処理と、を実行するように構成されており、
前記第２測定処理では、前記第１測定処理の測定結果から予測されるコイルばねのコイル径に基づいて、コイルばねのコイル径に応じて非接触式変位計とコイルばねとの距離が調整される、
コイルばねの形状測定装置。
【請求項１０】
コイルばねの形状を測定する形状測定装置であり、
コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するように保持する保持治具と、
保持治具に保持されたコイルばねの軸方向に第１視野長さを有しており、保持治具に保持されたコイルばねの表面形状を計測可能な非接触式変位計と、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させる相対位置調整機構と、
相対位置調整機構を制御する制御装置と、を備え、
制御装置は、
非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させて、コイルばねの素線の形状を測定する第１測定処理と、
前記第１測定処理の後に実行され、前記第１測定処理の測定結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置が非接触式変位計の視野の中心に位置するように非接触式変位計を移動させて、コイルばねの素線の形状を測定する第２測定工程と、を実行するように構成されている、コイルばねの形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、コイルばねの形状を測定する技術に関する。ここでいうコイルばねとは、正面視したときに、その軸方向に素線が複数回に亘って巻かれているばねを意味する。
【背景技術】
【０００２】
コイルばねの形状を測定する装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の測定装置では、コイルばねを巻回軸周りに回転可能に保持すると共に、コイルばねに対向してレーザ照射装置（非接触式変位計）が配置される。レーザ照射装置は、コイルばねの巻回軸と平行な方向に直線運動可能となっている。この測定装置では、コイルばねを所定の送り角で回転させながら、各回転角について、レーザ照射装置を巻回軸に沿って移動させながらコイルばねの表面形状を計測する。これによって、コイルばねの全体の形状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１９０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、コイルばねは、レーザ照射装置が巻回軸の一端から他端まで直線移動している間は停止しており、レーザ照射装置が巻回軸の他端まで移動したら、送り角だけ回転する。一方、レーザ照射装置は、コイルばねが送り角だけ回転している間は停止しており、コイルばねの回転が終了したら、巻回軸に沿って直線移動を開始する。即ち、特許文献１では、コイルばね及びレーザ照射装置は、停止と駆動を複数回（具体的には、３６０／送り角、の回数）繰り返す。このため、コイルばね及びレーザ照射装置の動作にロスが多いという問題がある。
【０００５】
本明細書は、コイルばねの表面形状を測定する際に、ロスの少ない動作で測定することを可能とする技術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】
【０００６】
本明細書は、コイルばねの形状を測定する形状測定方法を開示する。この測定方法は、配置工程と、計測工程と、を備えている。配置工程では、コイルばねを、その両端が予め設定された軸上に位置するように配置する。計測工程では、配置されたコイルばねの軸方向における所定の範囲の表面形状を非接触式変位計で計測する。非接触式変位計は、コイルばねの軸方向に第１視野長さを有している。上記所定の範囲の軸方向の長さは、上記の第１視野長さよりも長い。計測工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することを特徴とする。
【０００７】
この測定方法では、非接触式変位計が、コイルばねの所定の範囲を、軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転する。このため、コイルばね及び非接触式変位計が駆動と停止を繰り返す回数を低減でき、ロスの少ない動作でコイルばねの形状を測定することができる。また、従来のようにコイルばねを各回転角で停止させた状態で非接触式変位計を直線移動させる動作を複数回繰り返す必要がなくなり、測定時間を短縮することができる。
【０００８】
また、本明細書は、上記の形状測定方法を好適に実施することができる測定装置を開示する。即ち、本明細書に開示する測定装置は、保持治具と、非接触式変位計と、相対位置調整機構と、制御装置と、を備えている。保持治具は、コイルばねの両端が予め設定された軸上に位置するようにコイルばねを保持する。非接触式変位計は、保持治具に保持されたコイルばねの軸方向に第１視野長さを有しており、保持治具に保持されたコイルばねの表面形状を計測可能である。相対位置調整機構は、非接触式変位計を、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動させると共に、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転させる。制御装置は、相対位置調整機構を制御する。この測定装置によると、上記の形状測定方法を好適に実施でき、ロスの少ない動作で、短時間でコイルばねの表面形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の形状測定装置の構成を模式的に示す図。
【図２】形状測定時のレーザ変位計の動作を説明するための図。
【図３】実施例１のコイルばねを包接する筒状体の外周面にレーザ光が照射される様子を示す図。
【図４】実施例２のコイルばねを包接する筒状体の外周面にレーザ光が照射される様子を示す図。
【図５】実施例３の形状測定装置の構成を模式的に示す図。
【図６】形状測定装置による形状測定の流れを示すフローチャート。
【図７】粗測定処理の流れを示すフローチャート。
【図８】実施例３のコイルばねを包接する筒状体の外周面にレーザ光が照射される様子を示す図。
【図９】コイルばねの素線の位置と周方向の位置との関係を予測した図。
【図１０】詳細測定処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】素線検出処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】実施例２の形状測定装置の構成を模式的に示す図。
【図１３】パターン投影式センサを用いてコイルばねの形状を測定したときの視野を示すグラフ。
【図１４】レーザ変位計を用いてコイルばねの形状を測定したときの視野を示すグラフ。
【図１５】実施例３の形状測定装置の構成を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１１】
（特徴１）本明細書が開示する測定方法では、非接触式変位計がコイルばねの所定の範囲を軸方向における一端から他端までコイルばねに対して相対的に直線移動する間に、非接触式変位計がコイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの所定の範囲を包接する仮想筒状体の外周面の全てが非接触式変位計の計測範囲とされてもよい。この測定方法によると、非接触式変位計が、軸方向に沿ってコイルばねの所定の範囲を一端から他端まで相対的に１回直線移動する間に、所定の範囲におけるコイルばねの表面形状の全体を計測できるため、精度良くコイルばねの形状を測定することができる。
【００１２】
（特徴２）本明細書が開示する測定方法では、配置工程において、コイルばねが軸周りに回転可能となるように配置されていてもよい。また、計測工程において、非接触式変位計が軸方向に沿って直線移動し、コイルばねが軸周りに回転してもよい。この測定方法によると、コイルばねの表面形状を効率的に測定できる。
【００１３】
（特徴３）本明細書が開示する測定方法では、計測工程において、非接触式変位計が、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねに対して相対的に回転し、非接触式変位計がコイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する間に、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離が第１視野長さ以下に設定されていてもよい。この測定方法では、非接触式変位計はコイルばねに対して相対的に螺旋状となるように移動する。この測定方法によると、所望の測定精度を確保しながら、短時間でコイルばねの所定の範囲における表面形状の全体を確実に計測することができる。
【００１４】
（特徴４）本明細書が開示する測定方法では、計測工程において、非接触式変位計が、軸方向と直交する平面上で、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に１回転する動作と、軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動する動作と、を交互に繰り返してもよい。上記の直線移動する動作では、非接触式変位計がコイルばねに対して相対的に直線移動する距離が、第１視野長さ以下に設定されていてもよい。この測定方法によると、所望の測定精度を確保しながら、短時間でコイルばねの所定の範囲における表面形状の全体を確実に計測することができる。
【００１５】
（特徴５）本明細書が開示する測定方法は、第１測定工程と、第１測定工程の後で実施される第２測定工程を備えていてもよい。第１測定工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの素線の形状を測定してもよい。第２測定工程では、コイルばねに対して非接触式変位計を少なくともコイルばねの軸方向に沿って相対的に移動させてコイルばねの素線の形状を測定してもよい。第２測定工程では、第１測定工程の測定結果から予測されるコイルばねのコイル径に基づいて、コイルばねのコイル径に応じて非接触式変位計とコイルばねとの距離が調整されてもよい。この測定方法では、第１測定工程の測定結果から予測されるコイルばねのコイル径に基づいて、第２測定工程において非接触式変位計とコイルばねとの距離が調整される。このため、コイル径が不明なコイルばねであっても、コイルばねの素線の形状を精度良く測定することができる。例えば、コイル径が軸方向に沿って変化するコイルばねの形状を測定する際には、第１測定工程の測定結果から軸方向の位置とコイル径との関係を予測し、第２測定工程では予測結果に基づいてコイルばねと非接触式変位計との距離を適切な距離に調整することができる。その結果、コイル径が軸方向に沿って変化するコイルばねの形状を精度良く測定することができる。
【００１６】
（特徴６）本明細書が開示する測定方法では、第１測定工程と、第１測定工程の後で実施される第２測定工程を備えていてもよい。第１測定工程では、非接触式変位計が、コイルばねの軸方向に沿って、コイルばねに対して相対的に直線移動すると共に、コイルばねの軸周りをコイルばねに対して相対的に回転することで、コイルばねの素線の形状を測定してもよい。第２測定工程では、第１測定工程の測定結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置が非接触式変位計の視野の中心に位置するように非接触式変位計を移動させてコイルばねの素線の形状を測定してもよい。この測定方法では、第１測定工程における測定結果から素線の位置を予測し、その予測される位置に非接触式変位計を移動させてコイルばねの素線の形状を測定する。このため、第２測定工程では、コイルばねの素線に対して非接触式変位計を適切な位置に位置決めして、コイルばねの素線の形状を測定することができる。
【実施例１】
【００１７】
実施例の形状測定装置１０について図面を参照しながら説明する。形状測定装置１０は、コイルばねＷの形状を計測する装置である。図１に示すように、形状測定装置１０は、保持治具１２，１４と、保持治具１２，１４を駆動する駆動機構（１６，１８）と、レーザ変位計２４と、レーザ変位計２４の位置を調整するｚ方向位置調整装置（２２，２８）と、演算装置３２を備えている。
【００１８】
保持治具１２，１４は、測定対象となるコイルばねＷを保持する。保持治具１２は円錐形状をしており、コイルばねＷの一端を保持する。保持治具１４は円錐形状をしており、コイルばねＷの他端を保持する。保持治具１２，１４は、それぞれの軸線が同軸上となるように配置されると共に、その円錐形状の頂点が互いに対向するように配置されている。保持治具１２，１４は、コイルばねＷを保持した状態で、その軸線周り（ｚ軸と平行な軸周り）に回転可能となっている。以下の説明では、保持治具１２，１４の回転軸を単に回転軸ということがある。
【００１９】
駆動機構（１６，１８）は、演算装置３２によって制御され、コイルばねＷを保持治具１２，１４に保持する状態（保持状態）と保持しない状態（非保持状態）とに切換えると共に、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷを保持治具１２，１４の回転軸周りに回転させる。具体的には、駆動機構（１６，１８）は、回転機構１６と往復動機構１８を備えている。回転機構１６は、モータと、モータの回転動作を保持治具１２に伝達する伝達機構を備えている。回転機構１６が作動すると、保持治具１２はその軸線周りに回転する。保持治具１２，１４にコイルばねＷが保持された状態では、保持治具１２の回転がコイルばねＷにより保持治具１４に伝達される。これによって、保持治具１２，１４及びコイルばねＷが一体となってその軸線周りに回転する。モータの回転角は、エンコーダにより検出されるようになっている。演算装置３２は、エンコーダで検出される回転角（保持治具１２の回転角）に基づいて、保持治具１２を所定の角度に位置決めすることができる。回転機構１６は、後述するｚ方向位置調整機構２８と共に、「相対位置調整機構」の一例に相当する。
【００２０】
往復動機構１８は、モータと、モータの回転動作を保持治具１４の往復動動作に変換する変換機構を備えている。往復動機構１８が作動すると、保持治具１４は、保持治具１２に対して軸方向（ｚ軸方向）に離間した状態と、保持治具１２に対して軸方向（ｚ軸方向）に近接した状態とに切換えられる。保持治具１２，１４の間にコイルばねＷを配置した状態で保持治具１４が保持治具１２に接近する方向に移動すると、保持治具１２，１４によってコイルばねＷが挟持（保持）される。逆に、保持治具１４が保持治具１２に対して離間する方向に移動すると、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷを保持治具１２，１４から取外すことが可能となる。
【００２１】
レーザ変位計２４は、測定対象物（即ち、コイルばねＷ）にレーザ光３４（図３参照）を照射すると共に、測定対象物から反射される光を受光して、測定対象物の表面形状を計測する。レーザ変位計２４は、その測定結果を演算装置３２に入力する。本実施例では、レーザ変位計２４は、コイルばねＷの全長に亘って、コイルばねＷの表面形状を計測する。レーザ変位計２４は、線光源を有する２次元のレーザ変位計であり、コイルばねＷに対して、保持治具１２，１４の回転軸と直交する角度からスリット状のレーザ光３４（図３参照）を照射する。レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４は、その光軸上に保持治具１２，１４の回転軸が位置し、かつ、保持治具１２，１４の回転軸に沿って伸びている。図３に示すように、レーザ変位計２４の軸方向における視野長さはｄ１であり、その長さはコイルばねＷの全長よりも短い。このため、レーザ光３４は、コイルばねＷの軸方向の一部に照射される。後述するように、レーザ変位計２４はｚ軸方向に移動可能となっている。レーザ変位計２４をｚ軸方向に移動させることで、コイルばねＷの軸方向の全体にレーザ光３４が照射される。レーザ変位計２４のオン・オフは、演算装置３２によって制御される。なお、レーザ変位計２４には、公知のレーザ変位計を用いることができる。なお、視野長さｄ１は、「第１視野長さ」の一例に相当し、コイルばねＷの全長は、「コイルばねの軸方向における所定の範囲」の一例に相当する。
【００２２】
ｚ方向位置調整装置（２２，２８）は、演算装置３２によって制御され、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷに対して、レーザ変位計２４のｚ軸方向の位置を調整する。ｚ方向位置調整装置（２２，２８）は、ｚ方向ガイドレール２２とｚ方向位置調整機構２８を備えている。ｚ方向ガイドレール２２は、レーザ変位計２４を案内する。ｚ方向ガイドレール２２は、保持治具１２，１４の回転軸と平行（即ち、ｚ軸方向）に伸びている。ｚ方向位置調整機構２８は、ｚ方向ガイドレール２２に沿ってレーザ変位計２４を移動させる。ｚ方向位置調整機構２８は、モータと、モータの回転をレーザ変位計２４のｚ軸方向の運動に変換する変換機構により構成されている。モータの回転角は、エンコーダにより検出されるようになっている。演算装置３２は、エンコーダで検出される回転角（ｚ方向位置調整機構２８の駆動量）に基づいて、レーザ変位計２４をｚ軸方向の所定の位置に位置決めすることができる。
【００２３】
演算装置３２は、駆動機構（１６，１８）とレーザ変位計２４とｚ方向位置調整装置（２２，２８）の動作を制御すると共に、レーザ変位計２４の計測結果からコイルばねＷの形状を算出する。即ち、演算装置３２は、駆動機構（１６，１８）とｚ方向位置調整装置（２２，２８）の動作を制御することで、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４がコイルばねＷのどの部分に照射されているかを決定することができる。このため、演算装置３２は、まず、駆動機構（１６，１８）とｚ方向位置調整装置（２２，２８）の作動状態と、レーザ変位計２４から出力される測定結果とを関連付けて記憶し、次いで、記憶された情報からコイルばねＷの形状を演算する。具体的には、演算装置３２は、処理プログラムに従って、記憶された位置情報及び計測情報を処理することでコイルばねＷの形状を特定する。演算装置３２によって特定されたコイルばねＷの形状は、図示しないディスプレイに表示される。なお、演算装置３２には、公知のコンピュータを用いることができる。なお、演算装置３２は、「制御装置」の一例に相当する。
【００２４】
次に、上述した形状測定装置１０を用いたコイルばねＷの形状測定方法を説明する。まず、形状測定装置１０にコイルばねＷをセットする。即ち、演算装置３２は、往復動機構１８を駆動して保持治具１４を保持治具１２に対して離間する位置に移動させ、保持治具１２，１４にコイルばねＷをセット可能な状態とする。コイルばねＷの一端を保持治具１２にセットすると、演算装置３２は、往復動機構１８を駆動し、保持治具１４を保持治具１２に対して近接する方向に移動させる。これによって、コイルばねＷが保持治具１２，１４に保持される。
【００２５】
次に、演算装置３２はｚ方向位置調整装置（２２，２８）及び回転機構１６を駆動して、レーザ変位計２４の軸方向における位置及びコイルばねＷの回転角を調整しながら、レーザ変位計２４によりコイルばねＷの表面形状を測定する。以下、図１〜３を参照して具体的に説明する。演算装置３２は、まず、回転機構１６を駆動して保持治具１２，１４及びコイルばねＷを初期位置の回転角（保持治具１２，１４の回転軸周りの回転角）に位置決めする。また、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８を駆動して、レーザ変位計２４を初期位置（図２のＡの位置）に位置決めする。これによって、レーザ変位計２４及びコイルばねＷは、初期状態にセットされる。レーザ変位計２４が初期状態とされると、レーザ変位計２４は、保持治具１２よりｚ軸方向外側の位置（図２では下方の位置）に位置決めされる。即ち、レーザ変位計２４は、初期状態では、コイルばねＷとは対向していない。
【００２６】
次に、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８を駆動してレーザ変位計２４をｚ軸方向に一定の速度ｖ１で移動させる。と同時に、演算装置３２は、回転機構１６を駆動してコイルばねＷを保持治具１２，１４の回転軸周りに一定の角速度ω１で回転させる。なお、演算装置３２は、回転機構１６を、コイルばねＷを平面視した状態で反時計回りに回転させる。即ち、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６を同時に駆動する。
【００２７】
コイルばねＷが一定の角速度ω１で回転すると、コイルばねＷの回転周期Ｔは、Ｔ＝２π／ω１となる。演算装置３２は、時間Ｔ経過後のレーザ変位計２４の軸方向の移動距離ｄ２（＝ｖ１Ｔ）が、レーザ変位計２４の視野長さｄ１と等しくなるように、ｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６を同期して制御する。即ち、レーザ変位計２４の軸方向の移動距離ｄ２、視野長さｄ１、速度ｖ１、及びコイルばねＷの角速度ω１との間には、ｄ２＝２πｖ１／ω１＝ｄ１の関係が成立する。別言すれば、コイルばねＷが回転軸周りに一回転する間にレーザ変位計２４が軸方向に移動する距離ｄ２は、レーザ変位計２４の視野長さｄ１と等しい。
【００２８】
演算装置３２が上記のようにｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６を駆動したときにレーザ光３４がコイルばねＷにどのように照射されるかについて、図３を参照して説明する。図３は、コイルばねＷの表面形状を測定途中の様子を示す。図３の符号３６は、コイルばねＷの全体を包接する仮想筒状体を示す。本実施例のコイルばねＷは、そのコイル径が軸方向に亘って一定であるため、この仮想筒状体は円柱形状となっている。この円柱３６は、コイルばねＷの表面に接すると共に、その表面全体を覆っている。なお、円柱３６は、レーザ光３４がコイルばねＷにどのように照射されるかを模式的に示すために便宜的に導入した仮想体であり、実際にコイルばねＷの全体を覆っているわけではないことに注意されたい。
【００２９】
実線で示すレーザ変位計２４は、初期位置（図２のＡの位置）から軸方向に直線移動した現在のレーザ変位計２４の位置を示しており、破線で示すレーザ変位計２４の位置から時間Ｔが経過している。即ち、実線のレーザ変位計２４は、破線のレーザ変位計２４から、コイルばねＷが回転軸周りを一回転する間に移動した位置を示している。上述したように、コイルばねＷが回転軸周りを一定の速度で回転する間にレーザ変位計２４が軸方向に一定の速度で直線移動すると、レーザ変位計２４は、コイルばねＷに対して相対的に螺旋状に移動することになる。
【００３０】
レーザ変位計２４がコイルばねＷに対して相対的に螺旋状に移動すると、レーザ変位計２４は、軸方向の長さがｄ１のレーザ光３４を、円柱３６の外周面に螺旋状に照射する。ここで、コイルばねＷが回転軸周りに一回転する間にレーザ変位計２４が軸方向に移動する距離ｄ２は、レーザ変位計２４の視野長さｄ１と等しい。このため、レーザ光３４は、円柱３６の外周面に対して、レーザ光３４が軸方向に重複することなく、且つ、軸方向に照射漏れがないように照射される（図３参照）。この計測は、レーザ変位計２４が保持治具１４よりｚ軸方向外側の位置（図２のＢに示す位置）に移動するまで行われる。このため、レーザ変位計２４がコイルばねＷの軸方向に沿って図２のＡの位置からＢの位置まで直線移動すると、レーザ光３４が円柱３６の外周面全体に照射される。即ち、コイルばねＷの軸方向の全体及び周方向の全体に亘って、コイルばねＷの表面形状が計測される。この測定方法によると、従来と同程度の測定精度を確保しながら、従来より短時間でコイルばねＷの表面形状を確実に計測できる。また、ｄ２＝ｄ１とすることで、円柱３６の外周面にレーザ光３４が重複して照射されることがないため、コイルばねＷの表面形状を効率的に計測できる。
【００３１】
レーザ変位計２４で計測された表面形状は、計測時のレーザ変位計２４の位置と共に演算装置３２に記憶される。なお、レーザ変位計２４は、図２に示すＡの位置（保持治具１２の下方の位置）からＢの位置（保持治具１４の上方の位置）まで移動するため、レーザ変位計２４で計測された計測結果には保持治具１２，１４の表面形状を計測した結果も含まれている。
【００３２】
次に、演算装置３２は、上記の測定で得られた測定結果を解析して、保持治具１２，１４の位置を検出する。上記の測定で得られた測定結果には、コイルばねＷの形状と保持治具１２，１４の形状とが含まれている。保持治具１２，１４の形状は円錐形状であり、その側面は直線として計測されることが予め分かっている。このため、演算装置３２は、予め与えられた保持治具１２，１４の形状情報を用いて、上記の測定で得られた測定結果から保持治具１２，１４の位置を特定する。
【００３３】
続いて、演算装置３２は、上記の測定結果から、保持治具１２，１４の形状を測定したデータを消去する。上述したように、上記の測定結果には、コイルばねＷの形状と保持治具１２，１４の形状とが含まれている。ここで、上記の測定結果を解析して検出された保持治具１２，１４の位置から、測定結果（データ）が、保持治具１２，１４の形状を表すデータか、コイルばねＷの形状を表すデータであるかを判別することができる。このため、演算装置３２は、検出された保持治具１２，１４の位置を用いて、上記の測定結果から保持治具１２，１４の形状データを削除する。
【００３４】
続いて、演算装置３２は、コイルばねＷの形状を表すデータを出力する処理を実行する。具体的には、演算装置３２は、コイルばねＷの形状データを図示しないモニタに出力する。モニタには、形状データに基づいてコイルばねＷが表示される。従って、オペレータは、モニタに表示されるコイルばねＷから、コイルばねＷの全体形状を把握することができる。
【００３５】
本実施例の形状測定方法では、レーザ変位計２４がコイルばねＷの軸方向に沿ってコイルばねＷに対して相対的に直線移動する間に、コイルばねＷの回転軸周りをコイルばねＷに対して相対的に回転する。即ち、コイルばねＷの表面形状を計測するに当たり、レーザ変位計２４をコイルばねＷの全長に亘って相対的に１回直線移動させるだけで済む。このため、従来のようにレーザ変位計２４を複数回直線移動させたり、コイルばねＷを送り角ごとに停止させたりする必要がなくなり、コイルばねＷ及びレーザ変位計２４が駆動と停止を繰り返す回数を大幅に低減できる。従って、ロスの少ない動作でコイルばねＷの形状を測定できると共に、測定時間を短縮することができる。
【００３６】
特に、本実施例では、円柱３６の外周面全体がレーザ変位計２４の計測範囲となる。このため、コイルばねＷの形状を漏れなく測定することができる。
【００３７】
また、本実施例では、レーザ変位計２４を軸方向に沿って直線移動させ、コイルばねＷを回転軸周りに回転させる。このため、例えばレーザ変位計２４を移動させずに、コイルばねＷを回転軸周りに回転させると共に回転軸に沿って直線移動させる構成と比較して、省スペース、省電力でコイルばねＷの表面形状を計測することができる。このため、コイルばねＷの表面形状を効率的に測定できる。
【実施例２】
【００３８】
次に、図２、４を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。その他の実施例についても同様である。
【００３９】
本実施例では、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６とを同時に駆動する代わりに、これらを交互に駆動する点で、実施例１と異なっている。即ち、実施例１ではｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６の動作が連続的であったのに対し、本実施例ではこれらの機構２８，１６の動作が不連続である点で異なっている。具体的には、演算装置３２は、回転機構１６を駆動して、初期位置に位置しているコイルばねＷを回転軸周りに一定の角速度ω２で一回転させる。コイルばねＷを一回転させるのに要する時間をｔ１とすると、ｔ１＝２π／ω２となる。時間ｔ１が経過する間、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８の駆動を停止する。次に、演算装置３２は、ｚ方向位置調整機構２８を駆動して、レーザ変位計２４を、一定の速度ｖ２で、図２のＡの位置から距離ｄ３だけ軸方向に直線移動させる。レーザ変位計２４を距離ｄ３だけ直線移動するのに要する時間をｔ２とすると、ｔ２＝ｄ３／ｖ２となる。時間ｔ２が経過する間、演算装置３２は、回転機構１６の駆動を停止する。以下、演算装置３２は、時間ｔ１だけ回転機構１６を駆動する動作と、時間ｔ２だけｚ方向位置調整機構２８を駆動する動作を、レーザ変位計２４が図２のＢの位置に移動するまで交互に繰り返す。本実施例では、レーザ変位計２４の軸方向における移動距離ｄ３は、レーザ変位計２４の視野長さｄ１と等しい。
【００４０】
図４は、コイルばねＷの表面形状を測定途中の様子を示す。実線のレーザ変位計２４は、初期位置から軸方向に直線移動した現在のレーザ変位計２４の位置を示しており、破線のレーザ変位計２４の位置から時間ｔ２が経過している。図４に示すように、破線のレーザ変位計２４は、円柱３６の外周面に、軸方向の長さがｄ１のレーザ光３４を、円柱３６の周方向（即ち、軸方向と直交する平面上の方向）の全体に亘って照射する。その後、レーザ変位計２４が実線のレーザ変位計２４の位置まで（即ち、距離ｄ３だけ）移動すると、実線のレーザ変位計２４は、円柱３６の外周面に、軸方向の長さがｄ１のレーザ光３４を、円柱３６の全周に亘って照射する。ここで、ｄ３＝ｄ１であるため、円柱３６の外周面には、レーザ光３４が軸方向に重複することなく、且つ、軸方向に照射漏れがないように照射される。
【００４１】
この方法によると、レーザ変位計２４の視野長さｄ１を調整することにより、比較的にロスの少ない動作でコイルばねＷの形状を測定することができる。即ち、本実施例では、レーザ変位計２４は駆動と停止を繰り返すが、レーザ変位計２４の視野長さｄ１を、コイルばねＷの全長に対して比較的に大きく設定することにより、レーザ変位計２４が停止する回数を低減できる。従来のように各送り角でコイルばねＷを停止する測定方法では送り角を大きくすると測定精度が低下するという問題があったが、本実施例では、視野長さｄ１が比較的に大きいレーザ変位計２４を用いることで、測定精度を低下させずに駆動と停止を繰り返す回数を低減することができる。また、この測定方法によると、レーザ変位計２４をコイルばねＷに対して相対的に螺旋状に移動させる測定方法と比較して、レーザ変位計２４の移動距離を短縮することができる。即ち、本実施例の測定方法では、レーザ変位計２４は、軸方向と直交する平面上でレーザ光３４を照射する。このため、図２のＡの位置は、保持治具１２の最下部の側面にレーザ光３４が照射される位置とすることができ、図２のＢの位置は、保持治具１４の最上部の側面にレーザ光３４が照射される位置とすることができる。一方、レーザ変位計２４をコイルばねＷ（保持治具１２，１４も含む）に対して相対的に螺旋状に移動させる場合は、保持治具１２の側面全体にレーザ光３４を照射するために、図２のＡの位置は保持治具１２よりもやや下方としなければならず、図２のＢの位置は保持治具１４よりもやや上方としなければならない。このため、本実施例の測定方法によると、レーザ変位計２４の移動距離を比較的に短くでき、より省スペースでコイルばねＷの表面形状を計測できる。
【実施例３】
【００４２】
次に、図５〜１１を参照して実施例３について説明する。本実施例の形状測定装置１１０は、実施例１の形状測定装置１０の構成に加えて、レーザ変位計２４のｒ軸方向の位置を調整するｒ方向位置調整装置（２０，３０）と、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４の照射方向を調整する照射角調整装置２６とを備えている。
【００４３】
ｒ方向位置調整装置（２０，３０）は、ｒ方向ガイドレール２０とｒ方向位置調整機構３０を備えている。ｒ方向ガイドレール２０は、ｚ方向ガイドレール２２と係合し、ｚ方向ガイドレール２２を案内する。ｒ方向ガイドレール２０は、ｚ方向ガイドレール２２と直交する方向で、かつ、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷに対して近接又は離間する方向に伸びている。ｒ方向位置調整機構３０は、ｒ方向ガイドレール２０に沿ってｚ方向ガイドレール２２を移動させる。ｒ方向位置調整機構３０は、モータと、モータの回転をｚ方向ガイドレール２２のｒ方向の変位に変換する変換機構により構成されている。ｚ方向ガイドレール２２がｒ方向ガイドレール２０に沿って移動することで、レーザ変位計２４がｒ方向に移動する。即ち、レーザ変位計２４は、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷに対して近接又は離間する方向に移動可能となっている。ｒ方向位置調整機構３０のモータの回転角は、エンコーダにより検出されるようになっている。演算装置１３２は、エンコーダで検出される回転角（ｒ方向位置調整機構３０の駆動量）に基づいて、レーザ変位計２４をｒ軸方向の所定の位置に位置決めすることができる。
【００４４】
照射角調整装置２６は、ｚ方向ガイドレール２２に対するレーザ変位計２４の取付角度を調整する。即ち、レーザ変位計２４は、ｚ方向ガイドレール２２に案内されるスライダ（図示省略）に取付けられている。このスライダには取付軸が設けられており、この取付軸にレーザ変位計２４が回転可能に取付けられている。レーザ変位計２４を取付ける取付軸は、ｚ方向ガイドレール２２とｒ方向ガイドレール２０の両者に直交している。照射角調整装置２６は、この取付軸周りにレーザ変位計２４を回転させることで、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４の照射方向を調整する。取付軸がｚ方向及びｒ方向に直交するため、レーザ変位計２４はｒ−ｚ平面内で回転する。レーザ変位計２４が回転することで、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４が、保持治具１２，１４の回転軸に斜めに交差する方向から照射される。従って、保持治具１２，１４に保持されたコイルばねＷに対して、正面（軸線と直交する方向）からレーザ光３４を照射でき、また、斜め上方又は斜め下方（軸線と斜めに交差する方向）からレーザ光３４を照射できる。
【００４５】
演算装置１３２は、駆動機構（１６，１８）とレーザ変位計２４と調整装置（２０，２２，２６〜３０）の動作を制御すると共に、レーザ変位計２４の計測結果からコイルばねＷの形状を算出する。即ち、演算装置１３２は、駆動機構（１６，１８）と調整装置（２０，２２，２６〜３０）の動作を制御することで、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４がコイルばねＷのどの部分に照射されているかを決定することができる。このため、演算装置１３２は、まず、駆動機構（１６，１８）と調整装置（２０，２２，２６〜３０）の作動状態と、レーザ変位計２４から出力される測定結果とを関連付けて記憶し、次いで、記憶された情報からコイルばねＷの形状を演算する。
【００４６】
次に、上述した形状測定装置１１０を用いたコイルばねＷの形状測定の流れを説明する。なお、実施例１と重複する工程については詳細な説明を省略する。形状測定装置１１０は、図６に示す各工程を実施することで、コイルばねＷの形状を算出する。先ず、図６のステップＳ１０において、形状測定装置１１０にコイルばねＷをセットする。この処理は、実施例１のコイルばねＷをセットする処理と同様に行われる。
【００４７】
図６のステップＳ１２に進むと、形状測定装置１１０は、コイルばねＷの概略形状を測定する粗測定処理を実施する。粗測定処理において、形状測定装置１１０は、コイルばねＷの概略形状を測定し、測定したコイルばねＷの概略形状から詳細な測定を行う際のレーザ変位計２４の移動軌跡等を作成する。粗測定処理について図７を参照して説明する。なお、粗測定処理は、「第１測定工程」の一例に相当する。
【００４８】
（粗測定処理）
図７に示すように粗測定処理では、まず、演算装置１３２は回転機構１６及び調整装置（２０，２２，２６〜３０）を駆動して、レーザ変位計２４の位置、レーザ照射角度、及びコイルばねＷの回転角を調整しながら、レーザ変位計２４によりコイルばねＷの表面形状を測定する（ステップＳ２０）。具体的な測定方法は実施例１と同様である。しかしながら、本実施例では、時間Ｔ（コイルばねＷの回転周期）経過後のレーザ変位計２４の軸方向の移動距離ｄ４（図８参照）とレーザ変位計２４の視野長さｄ１との関係が実施例１と異なっている。具体的には、コイルばねＷの角速度をω１とし、レーザ変位計２４のｚ方向における移動速度がｖ３であるとすると、演算装置１３２は、時間Ｔ経過後のレーザ変位計２４の軸方向の移動距離ｄ４（ｖ３Ｔ）が、レーザ変位計２４の視野長さｄ１よりも大きくなるように、ｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６を制御する。即ち、速度ｖ３は実施例１の速度ｖ１よりも大きく、レーザ変位計２４の軸方向の移動距離ｄ４、視野長さｄ１、速度ｖ３、及びコイルばねＷの角速度ω１との間には、ｄ４＝２πｖ３／ω１＞ｄ１の関係が成立する。別言すれば、コイルばねＷが回転軸周りに一回転する間にレーザ変位計２４が軸方向に移動する距離ｄ４は、レーザ変位計２４の視野長さｄ１よりも大きい。
【００４９】
演算装置１３２が上記のようにｚ方向位置調整機構２８と回転機構１６を駆動したときにレーザ光３４がコイルばねＷにどのように照射されるかについて、図８を参照して説明する。実線で示すレーザ変位計２４は、初期位置（図２のＡに示す位置）から軸方向に直線移動した現在のレーザ変位計２４の位置を示しており、破線で示すレーザ変位計２４の位置から時間Ｔが経過している。即ち、実線のレーザ変位計２４は、破線のレーザ変位計２４から、コイルばねＷが回転軸周りを一回転する間に移動した位置を示している。レーザ変位計２４は、軸方向の長さがｄ１のレーザ光３４を、円柱３６の外周面に螺旋状に照射する。ここで、コイルばねＷが回転軸周りに一回転する間にレーザ変位計２４が軸方向に移動する距離ｄ４は、レーザ変位計２４の視野長さｄ１よりも大きい。このため、円柱３６の外周面には、レーザ光３４が照射されない部分が生じる。レーザ光３４が照射されない部分も螺旋状となっている。この計測は、レーザ変位計２４が保持治具１４よりｚ軸方向外側の位置（図２のＢに示す位置）に移動するまで行われる。粗測定処理では、レーザ変位計２４の移動速度ｖ３を大きく設定することで、短い時間でコイルばねＷの概略形状が計測される。
【００５０】
図７のステップＳ２２に進むと、演算装置１３２は、ステップＳ２０で得られた測定結果を解析して、保持治具１２，１４の位置を検出する。具体的な方法は、実施例１の方法と同様である。
【００５１】
次に、演算装置１３２は、コイルばねＷのばね素線の形状を検出する（ステップＳ２４）。即ち、本実施例において測定対象となるコイルばねＷは、断面円形のばね鋼線をコイリングすることにより形成されている。ステップＳ２４では、ステップＳ２０の測定結果からコイルばねＷの形状を抽出し、その抽出した測定結果からばね素線の形状を特定する。ステップＳ２４の処理については、図９を参照して説明する。
【００５２】
図９に示すように素線検出処理では、まず、ステップＳ２０の測定結果から、保持治具１２，１４の形状を測定したデータを消去する（ステップＳ４０）。具体的な方法は、実施例１の方法と同様である。
【００５３】
次に、演算装置１３２は、ステップＳ２０で得られた測定データ（コイルばねＷの形状データ）のデータ抜けを補間する（ステップＳ４２）。即ち、測定データに抜けが生じている場合、その抜けが生じた測定データの前後の測定データを利用してデータ抜けを補間する。次に、ステップＳ４２で得られた測定データ群の間隔を均一化し（Ｓ４４）、それらのデータ群を平滑化する（Ｓ４６）。そして、得られたデータ群を円形状にフィッティングすることで、コイルばねＷの素線を検出する（Ｓ４８）。
【００５４】
ステップＳ４８でコイルばねＷの素線を検出すると、図７のステップＳ２６に戻り、コイルばねＷのコイル径を推定する（Ｓ２６）。即ち、ステップＳ２０の測定結果から、コイルばねＷのばね素線が検出されている。上述したように、ステップＳ２０の測定では、コイルばねＷの軸方向に照射漏れがあり、コイルばねＷを軸方向に連続して計測しているわけではない。このため、ステップＳ２４において検出したコイルばねＷのばね素線の形状から、演算装置１３２は、コイルばねＷのコイル径を推定する。なお、測定対象となるコイルばねＷには、コイル径が一定の円筒コイルばねの他、コイル径が軸方向に変化するばね（例えば、たる型ばね、円錐ばね等）がある。円筒コイルばねの場合、ステップＳ２６で推定されるコイル径は一定値となり、たる型ばねのようなばねでは、ステップＳ２６で推定されるコイル径は軸方向の位置によって変化する。
【００５５】
（素線位置予測処理）
ステップＳ２６でコイルばねＷのコイル径を推定すると、図６のステップＳ１４に戻り、次のステップＳ１６の詳細測定時に測定されるであろう、コイルばねＷの素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を算出する（Ｓ１４）。ここで、θｓは詳細測定時に測定されるばね素線の周方向の予測位置（予想角度）であり、ｚｓは詳細測定時に測定されるばね素線のｚ方向の予測位置（予想高さ）であり、ｒｓは詳細測定時に測定されるばね素線のｒ方向の予測位置（予想コイル径に相当）である。演算装置１３２は、ステップＳ１２の粗測定処理によって取得したコイルばねＷの素線位置を用いて、詳細測定時におけるコイルばねＷの素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を算出する。
【００５６】
ステップＳ１４の処理を図９を参照して詳細に説明する。図９の実線はコイルばねＷの素線を示し、グレートーンで示す線（範囲）はレーザ変位計２４の移動軌跡（厳密には、レーザ光３４の照射範囲）を示す。ステップＳ１２の粗測定処理によって、演算装置１３２は、コイルばねＷの概略形状を取得している。即ち、レーザ変位計２４がコイルばねＷに照射するレーザ光３４は視野長さｄ１を有するため、レーザ変位計２４がコイルばねＷに対して相対的に螺旋状に移動すると、レーザ光３４はコイルばねＷの素線の一定の範囲に照射されることとなる。これにより、粗測定処理では、コイルばねＷの素線（実線）とレーザ光３４の照射範囲（グレートーンで示す範囲）とが交差する範囲ＲｉｊにおいてコイルばねＷの素線の形状を測定している（ｉは回転機構１６の回転数を表し、ｊは回転機構１６がｉ回転目のときの素線検出順番を表している）。図９に示す例では、粗測定時に、レーザ変位計２４は、回転機構１６が１回転目のときに範囲Ｒ１１及び範囲Ｒ１２の２箇所でコイルばねＷの素線位置を検出し、回転機構１６が２回転目のときに範囲Ｒ２１及び範囲Ｒ２２の２箇所でコイルばねＷの素線位置を検出する。このように、素線が存在する範囲Ｒｉｊが特定されると、範囲Ｒｉｊに位置する素線位置のデータを用いて、隣接する範囲Ｒｉｊ間の素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を内挿法（補間法）により算出する。例えば、２つの範囲Ｒｉｊの間の区間では、ｚｓ，ｒｓが直線的に変化すると仮定し、予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を算出する（図９の（θ１，ｚ１，ｒ１）、（θ２，ｚ２，ｒ２）参照）。一方、Ｒ１１よりも端部側のコイルばねＷの素線予測位置は、Ｒ１１に位置する素線位置のデータを用いて、外挿法により算出する（図９の（θ３，ｚ３，ｒ３）参照）。これにより、詳細測定時に計測されるであろう素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）が算出される。
【００５７】
（詳細測定処理）
ステップＳ１４の素線位置予測処理が終了すると、次に、演算装置１３２は、コイルばねＷの全体の形状を詳細に測定する詳細測定処理を実行する（ステップＳ１６）。詳細測定処理について図１０を参照して説明する。なお、詳細測定処理は、「第２測定工程」の一例に相当する。
【００５８】
図１０に示すように詳細測定処理では、まず、演算装置１３２は、ステップＳ１４で算出した素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）に基づいて回転機構１６及び調整装置（２０，２２，２６〜３０）を駆動して、レーザ変位計２４の位置及びレーザ照射角度を調整しながら、レーザ変位計２４によりコイルばねＷの表面形状を測定する（Ｓ３０）。ステップＳ１４によってコイルばねＷの素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）が算出されているため、ステップＳ３０では、レーザ変位計２４を素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）に対応する位置に順に位置決めすることで、コイルばねＷの表面形状を測定する。
【００５９】
具体的には、各素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）のコイルばねＷを測定するときの、レーザ変位計２４の位置（ｚ方向及びｒ方向）並びに回転機構１６の回転角を算出する。即ち、レーザ変位計２４の視野の中心に素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）が位置するように、レーザ変位計２４の位置（ｚ方向及びｒ方向）並びに回転機構１６の回転角を算出する。具体的には、レーザ変位計２４のｚ方向の位置を予測位置ｚｓとし、レーザ変位計２４のｒ方向の位置を予測位置ｒｓから所定距離（計測に適した距離）だけ離れた位置とし、回転機構１６の回転角をコイルばねＷの回転角θｓの位置がレーザ変位計２４と対向するような回転角とする（図９の（θ１，ｚ１，ｒ１）〜（θ３，ｚ３，ｒ３）参照）。なお、上述の説明から明らかなように、素線予測位置ｒｓが変化する場合（円筒コイルばねでない場合）は、レーザ変位計２４がｒ方向に変位することで、コイルばねＷとの距離が適切な距離に維持される。
【００６０】
次に、演算装置１３２は、回転機構１６及び調整装置（２０，２２，２６〜３０）を駆動して、その素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）と対応する位置にレーザ変位計２４を順に位置決めし、コイルばねＷの表面形状を測定する。レーザ変位計２４はコイルばねＷに対して螺旋状に相対移動しながらコイルばねＷの表面形状を計測する。詳細測定処理では、レーザ変位計２４は、素線予測位置を順に計測していくため、円柱３６の外周面全体にレーザ光３４を照射しなくても、コイルばねＷの形状を精度良く測定できる。このため、測定精度を確保しながら、測定時間を短縮することができる。なお、ステップＳ３０においては、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光３４の照射角度は、ステップＳ２０と同様に、保持治具１２，１４の回転軸と直交する角度となるように調整される。
【００６１】
次に、演算装置１３２は、ステップＳ３０の測定結果を処理して、コイルばねＷのばね素線の形状を検出する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の処理は、既に説明したステップＳ２４の処理（即ち、図１１の処理）と同様に行われる。次に、演算装置１３２は、ステップＳ３２で検出したコイルばねＷの素線データによりばね形状データを更新する（Ｓ３４）。これによって、ばね形状データは、ステップＳ３０で詳細に測定した測定データに置き換えられる。
【００６２】
（形状データ出力処理）
ステップＳ１６の詳細測定処理が終了すると、演算装置１３２は、作成したコイルばねＷの形状データを出力する形状データ出力処理を実行する（ステップＳ１８）。この処理は、実施例１における形状データの出力処理と同様に行われる。
【００６３】
上述したように、本実施例の形状測定装置１１０では、粗測定処理で取得された素線形状（範囲Ｒｉｊにおける計測結果）を用いて素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を算出し、算出した素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）に基づいて、コイルばねＷに対してレーザ変位計２４を移動させてコイルばねＷの形状を詳細に計測する。このため、コイルばねＷに対してレーザ変位計２４が適切な位置に位置決めされた状態で、コイルばねＷの素線の形状が測定される。このため、コイルばねＷの素線の形状を精度良く測定することができる。特に、コイルばねＷの軸方向にコイル径が変化するコイルばねＷを測定する際は、コイルばねＷの最大コイル径に合わせて粗測定をし、その粗測定の結果に応じて詳細測定を行うことができる。このため、コイルばねＷの素線の形状を精度良く測定することができる。また、粗測定処理と詳細測定処理を行う場合であっても、粗測定処理では、コイルばねＷに対してレーザ変位計２４を螺旋状に移動させると共に、螺旋状に移動させる際のピッチを比較的大きな値に設定している。これによって、コイルばねＷの形状測定が長時間化することを抑制することができる。
【実施例４】
【００６４】
次に、図１２を参照して実施例４の形状測定装置２１０について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。実施例５についても同様である。本実施例の形状測定装置２１０は、レーザ変位計２４の代わりに、非接触式変位計の一種であるパターン投影式センサ１４４を用いる。パターン投影式センサ１４４は、面光源を有する３次元のセンサであり、測定対象物に対して互いに交差する２つの方向から面状のパターン光を照射する。
【００６５】
具体的には、パターン投影式センサ１４４は、Ｚ軸方向に間隔を空けて配置された２つの照射部１４６ａ，１４６ｂと、２つの照射部１４６ａ，１４６ｂの間に配置された受光面１４８と、プロセッサ（図示省略）を有する。２つの照射部１４６ａ，１４６ｂは、コイルばねＷの同一部位にパターン光をそれぞれ照射する。厳密には、２つのパターン光がコイルばねＷの少なくとも一部で重複するように照射する。Ｚ軸方向における重複した部分の長さが「第１視野長さ」の一例に相当する。
パターン光はストライプパターンを有する面状の光であり、パターン光の光軸（面状のパターン光の中心軸であり、図１２に破線で示す）上には保持治具１２，１４の回転軸が位置している。パターン投影式センサ１４４をＺ軸方向に移動させることで、コイルばねＷの軸方向の全体にパターン光が照射される。
受光面１４８は、ＣＭＯＳ等の受光素子を有しており、コイルばねＷからの反射光（すなわち、照射部１４６ａ，１４６ｂから照射され、コイルばねＷの同一部位で反射されたパターン光）を受光する。照射部１４６ａ，１４６ｂから照射される光の光軸は、受光面１４８に直交する軸線に対して斜めに交差している。受光面１４８は保持治具１２，１４の回転軸に対して平行とされており、コイルばねＷからの反射光を正面（軸線と直交する方向）から受光する。
プロセッサは、受光面１４８が受光した反射光を解析して、パターン光の照射部位におけるコイルばねＷの３次元形状をリアルタイムで生成する。演算装置３２は、駆動機構（１６，１８）と調整装置（２０，２２，２６〜３０）の作動状態と、パターン投影式センサ１４４から出力される測定結果とを関連付けて記憶し、記憶された情報からコイルばねＷの形状を３次元で生成する。パターン投影式センサ１４４及びコイルばねＷの駆動方法は実施例１と同様である。
【００６６】
本実施例の形状測定装置２１０によると、実施例１の形状測定装置１０と同様の作用効果を奏することができる。また、レーザ変位計２４が（ｚ，ｒ）の２次元データを取得するのに対し、パターン投影式センサ１４４は（θ，ｚ，ｒ）（又は（ｘ，ｚ，ｒ））の３次元データを取得することができる。即ち、パターン投影式センサ１４４は、一回の照射で複数角度のデータを取得することができる（図１３、図１４参照）。このため、パターン投影式センサ１４４を用いることで測定角度間隔を大きくして回転ステージの駆動回数を低減させることができる。結果として測定時間をさらに短縮できる。なお、本実施例のパターン投影式センサ１４４は、実施例２及び実施例３の構成に用いてもよい。
なお、パターン投影式センサ１４４に搭載されるパターン光投影装置としては、様々な種類がある。例えば、パターン光投影装置として、ラインレーザーの出力を変調しながら一次元の共振型スキャナで走査することにより格子状の光（以下、単に格子ということがある）を投影する「レーザ変調格子投影装置」を搭載したパターン投影光センサを用いてもよい。また、光源に複数のＬＥＤを用いて、それらをスイッチングすることにより高速に格子の位相をシフトする「複数ラインＬＥＤ格子投影装置」や「複数光路格子投影装置」を搭載したパターン投影光センサを用いてもよい。また、ビームスプリッタで２分割したビームを重ね合わせることで発生する干渉縞を投影する「干渉縞投影装置」を搭載したパターン投影光センサを用いてもよい。また、液晶プロジェクタにより縞パターンを投影する装置を搭載したパターン投影光センサを用いてもよい。
また、パターン投影・解析方法としては空間コード符号化法を用いてもよいし、位相シフト法を用いてもよいし、その２つを併用して高精度な解析を行ってもよい。また、縞パターンを画像解析する演算装置はパターン投影式センサに内蔵されていてもよいし、パターン投影式センサに接続されたコンピュータを演算装置として用いてもよい。また、パターン光として複数の波長の光を混合したものを投影し、それぞれの波長に対応した受光センサにより反射光を受光し、計測精度を高精度化することも考えられる。例えば、投影光として赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)を適宜混合して作られた縞パターンを投影し、ＲＧＢ素子を持つカラーＣＣＤカメラで受光し、Ｒ素子で受光した画像、Ｇ素子で受光した画像、Ｂ素子で受講した画像を組み合わせて解析し、２次元距離解析精度を向上させることも考えられる。これらの投影方式・画像解析アルゴリズムを適宜組み合わせることで、レーザ変位計よりも高精度・高速測定できるパターン投影式センサを構成できる。
なお、本実施例ではパターン投影式センサの照射部１４６ａ，１４６ｂと受光面１４８とをＺ軸方向に沿って配置したが、照射部１４６ａ，１４６ｂと受光面１４８との位置関係はこれに限られない。例えば、照射部１４６ａ，１４６ｂと受光面１４８とを水平（即ち、Ｚ軸と略直交する平面上）に配置する構成としてもよい。
【実施例５】
【００６７】
次に、図１５を参照して実施例３の形状測定装置３１０について説明する。本実施例の形状測定装置３１０は、レーザ変位計２４の代わりに、波長コンフォーカル方式を用いた光学センサ２４４を用いる。光学センサ２４４は非接触式変位計の一種であり、測定対象物に対して白色光（図１５に破線で図示）を照射する。
【００６８】
光学センサ２４４は、その内部に光源２４６、複数のレンズ（図示省略）、コンフォーカルフィルタ（図示省略）、分光器（図示省略）を有する。光源２４６は、光学センサ２４４の軸方向（ｒ軸方向）の一端に設けられており、他端に向かって軸方向に白色光を放射する。複数のレンズは、光学センサ２４４の内部に軸方向に並んで配置されている。コンフォーカルフィルタは、測定対象物（コイルばねＷ）からの反射光（後述）の経路上に設けられている。分光器は、反射光の進行方向においてコンフォーカルフィルタよりも後方（すなわち、コンフォーカルフィルタに関してコイルばねＷが配置されている側とは反対側）に設けられている。
光源２４６から放射された白色光は、上記複数のレンズを通ることでレンズの色収差により複数の単色光に分解される。複数の単色光に分解された白色光は、コイルばねＷの表面に照射される。白色光は、その光軸上に保持治具１２，１４の回転軸が位置する方向に照射される。Ｚ軸方向における白色光の長さが「第１視野長さ」の一例に相当する。
光学センサ２４４をＺ軸方向に移動させることで、コイルばねＷの軸方向の全体に白色光が照射される。コイルばねＷの表面で反射した反射光（図示省略）のうち、コイルばねＷの表面で焦点が合った波長を有する単色光のみがコンフォーカルフィルタを通過し、焦点が合わなかった単色光はコンフォーカルフィルタで全て遮られる。コンフォーカルフィルタを通過した光は分光器で検出され、検出結果が演算装置３２に出力される。演算装置３２は、駆動機構（１６，１８）と調整装置（２０，２２，２６〜３０）の作動状態と、光学センサ２４４から出力される検出結果とを関連付けて記憶し、記憶された情報からコイルばねＷの形状を生成する。
光学センサ２４４は、保持治具１２，１４の回転軸と直交する方向からコイルばねＷに白色光を照射する。光学センサ２４４及びコイルばねＷの駆動方法は実施例１と同様である。
【００６９】
本実施例の形状測定装置３１０によっても、実施例１の形状測定装置１０と同様の作用効果を奏することができる。また、波長コンフォーカル方式を用いた光学センサ２４４を用いることにより、コイルばねＷの表面が鏡面又は粗面である場合にも適切に測定できる。また、コイルばねＷの表面に合焦した反射光のみから形状測定を行うため、周囲光の影響をほとんど受けることなく優れた空間解像度を得ることができる。なお、複数の波長コンフォーカル方式の点測定センサを、測定光が相互に干渉しないように間隔をおいて直線状に配置するとラインセンサとなり、面状に配置するとエリアセンサとなる。これらのラインセンサ及びエリアセンサを非接触式変位計として搭載することが可能である。また、波長コンフォーカル方式（クロマティック共焦点方式）センサは、測定光の入射角と反射角がほぼ等しくなるように設計されている。なお、本実施例の光学センサ２４４は、実施例２及び実施例３の構成に用いてもよい。
【００７０】
以上、本実施例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００７１】
例えば、実施例１、２では、レーザ光３４が円柱３６の外周面の全体に、重複がなく、且つ、照射漏れがないように照射されたが、このような照射方法に限られない。レーザ光３４は、円柱３６の外周面の全体に照射されなくてもよい。この構成によっても、従来のようにレーザ変位計２４を複数回直線移動させたり、コイルばねＷを送り角ごとに停止させたりする必要がないため、ロスの少ない動作でコイルばねＷの形状を測定できる。
【００７２】
また、実施例１、２では、レーザ変位計２４は、ｚ軸方向と直交する方向（即ち、コイルばねＷとの距離が変化する方向）に移動可能であってもよい。特に、樽型ばねのように、コイル径が変化するばねの場合は、レーザ変位計２４が上記の方向に移動可能であることにより、ばねの表面形状をより正確に計測できる。また、レーザ変位計２４は、レーザ光３４の照射角度をｒ−ｚ平面において調整可能であってもよい。
【００７３】
また、実施例２において、レーザ光３４が円柱３６の外周面の全体に照射される場合は、レーザ変位計２４がｄ３＝ｄ１を満たしながら移動するのであれば、レーザ変位計２４の移動速度は一定でなくてもよいし、コイルばねＷの角速度も一定でなくてもよい。
【００７４】
また、レーザ変位計２４の移動速度は、ｄ２＜ｄ１又はｄ３＜ｄ１となるような速度であってもよい。また、コイルばねＷの計測は、レーザ変位計２４を図２のＢの位置からＡの位置に移動させることで行ってもよい。
【００７５】
また、実施例３に示すように、コイルばねＷの素線の形状を精度良く測定する場合は、コイルばねＷの測定を２段階で行うことがある。すなわち、粗測定によってコイルばねＷの素線の概略形状を測定し、粗測定による測定結果を用いて詳細測定を行う。このような場合にも、本明細書に開示する技術を適用することができ、例えば、粗測定処理に適用することができる。この方法によると、粗測定処理を、従来と比較してロスの少ない動作で実施することができる。なお、実施例３では、詳細測定処理ではレーザ変位計２４をコイルばねＷに対して螺旋状に移動させたが、レーザ変位計２４の駆動方法はこのような方法に限られない。例えば、コイルばねＷをある回転角θｓで位置決めし、レーザ変位計２４をコイルばねＷの回転軸に沿ってｚ方向に移動させてコイルばねＷの形状を測定してもよい。
【００７６】
また、実施例３では、粗測定処理の測定結果に基づいてコイルばねＷのコイル径を推定し（ステップＳ２６）、その後コイルばねＷの素線位置を予測した（ステップＳ１４）が、このような測定方法に限られない。例えば、コイル径が略一定のコイルばねＷの形状を測定する場合は、粗測定処理でばね素線を検出したら（ステップＳ２４）、コイル径の推定処理は実施せずに、ばね素線の検出結果から素線位置を予測してもよい。
【００７７】
また、実施例１〜３では、レーザ変位計２４が直線移動し、コイルばねＷが回転軸周りに回転したが、レーザ変位計２４及びコイルばねＷの動作はこれに限られない。例えば、レーザ変位計２４が停止した状態で、コイルばねＷが回転軸周りに回転すると共に、回転軸に沿って直線移動する構成であってもよい。
【００７８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７９】
１０：形状測定装置
１２，１４：保持治具
１６：回転機構
１８：往復動機構
２０：ｒ方向ガイドレール
２２：ｚ方向ガイドレール
２４：レーザ変位計
２６：照射角調整装置
２８：ｚ方向位置調整機構
３０：ｒ方向位置調整機構
３２：演算装置
３４：レーザ光
３６：円柱
Ｗ：コイルばね
【図１】
0006613128.tif 000002
【図２】
0006613128.tif 000003
【図３】
0006613128.tif 000004
【図４】
0006613128.tif 000005
【図５】
0006613128.tif 000006
【図６】
0006613128.tif 000007
【図７】
0006613128.tif 000008
【図８】
0006613128.tif 000009
【図９】
0006613128.tif 000010
【図１０】
0006613128.tif 000011
【図１１】
0006613128.tif 000012
【図１２】
0006613128.tif 000013
【図１３】
0006613128.tif 000014
【図１４】
0006613128.tif 000015
【図１５】
0006613128.tif 000016