(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コイルばねを配置する配置工程と、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながらコイルばねの素線の表面形状を計測する第１計測工程と、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔よりも小さい第２の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、前記第１計測工程の計測結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置に、コイルばねに対して非接触式変位計を移動させてコイルばねの素線の表面形状を計測する第２計測工程と、
を備えるコイルばねの形状測定方法。
【請求項２】
第２計測工程では、第１計測工程の計測結果から予測されるコイル径に基づいて、コイルばねの径方向に非接触式変位計の位置を調整することで、コイルばねと非接触式変位計との距離が調整される、請求項１に記載のコイルばねの形状測定方法。
【請求項３】
第２計測工程では、非接触式変位計の視野の中心に前記予測位置が位置するように非接触式変位計が移動する、請求項１又は２に記載のコイルばねの形状測定方法。
【請求項４】
第１計測工程では、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度だけ相対的に回転させる第１ステップと、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながらコイルばねの素線の表面形状を計測する第２ステップと、
を繰り返し実行する、請求項１〜３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５】
第２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同時に、前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転移動することで、前記予測位置に非接触式変位計が移動する、請求項１〜４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６】
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コイルばねを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表面形状を計測可能な非接触式変位計と、
保持治具に保持されたコイルばねに対して非接触式変位計の位置を調整する調整機構と、を備え、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、調整機構によってコイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながら、非接触式変位計によってコイルばねの素線の表面形状を計測し、
コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔よりも小さい第２の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、前記コイルばねの素線の表面形状の計測結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置に、調整機構によってコイルばねに対して非接触式変位計を移動させると共に、非接触式変位計によってコイルばねの素線の表面形状を計測する、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、コイルばねを軸周りに回転させながら各回転角について、レーザ照射装置をコイルばねの軸方向に直線移動させてコイルばねの表面形状を計測する。このため、コイルばねの全体の形状を測定するためには、コイルばねの軸周りの回転及びレーザ照射装置の軸方向の移動を繰り返す必要がある。コイルばねの送り角を小さく設定すると、測定精度が向上するものの測定に時間がかかるという問題がある。一方、コイルばねの送り角を大きく設定すると、測定時間を短縮できるものの測定精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本明細書は、短時間で精度よくコイルばねの形状を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、配置工程と第１計測工程と第２計測工程を備える。配置工程は、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コイルばねを配置する。第１計測工程は、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながらコイルばねの素線の表面形状を計測する。第２計測工程は、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔よりも小さい第２の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、第１計測工程の計測結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置に、コイルばねに対して非接触式変位計を移動させてコイルばねの素線の表面形状を計測する。
【０００７】
この形状測定方法では、第１の角度間隔で回転させたときの計測結果を利用して、第２の角度間隔で回転させたときの計測を行う。すなわち、第１の角度間隔で回転させたときの計測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表面形状を計測する。このため、第２計測工程では、コイルばねの素線の表面形状を計測しなければならない範囲を狭くすることができる。その結果、第２の角度間隔を小さく設定しても短時間で計測を行うことができる。この形状測定方法では、短時間で精度よくコイルばねの形状を測定することができる。
【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。すなわち、本明細書に開示する測定装置は、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保持治具と、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、保持治具に保持されたコイルばねに対して非接触式変位計の位置を調整する調整機構と、を備えている。この測定装置では、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、調整機構によってコイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながら、非接触式変位計によってコイルばねの素線の表面形状を計測する。そして、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度間隔よりも小さい第２の角度間隔で相対的に回転させたときの複数の回転角のそれぞれについて、コイルばねの素線の表面形状の計測結果から予測されるコイルばねの素線の予測位置に、調整機構によってコイルばねに対して非接触式変位計を移動させると共に、非接触式変位計によってコイルばねの素線の表面形状を計測する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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】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４】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５】粗測定処理の流れを示すフローチャート。
【図６】詳細測定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】素線検出処理の流れを示すフローチャート。
【図８】実施例２の形状測定装置の構成を模式的に示す図。
【図９】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１０】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１１】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技術では、第２計測工程では、第１計測工程の計測結果から予測されるコイル径に基づいて、コイルばねの径方向に非接触式変位計の位置を調整することで、コイルばねと非接触式変位計との距離が調整されてもよい。このような構成によると、コイルばねの径がコイルばねの軸方向に変化する場合でも、非接触式変位計とコイルばねとの距離が適切な距離に調整されるため、精度良くコイルばねの素線の表面形状を計測することができる。
【００１２】
（特徴２）本明細書が開示する測定技術では、第２計測工程において、非接触式変位計の視野の中心に前記予測位置が位置するように非接触式変位計が移動してもよい。このような構成によると、非接触式変位計の視野の中心にコイルばねの素線が位置し易くなるため、精度良くコイルばねの素線の表面形状を計測することができる。
【００１３】
（特徴３）本明細書が開示する測定技術では、第１計測工程において、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸周りに第１の角度だけ相対的に回転させる第１ステップと、コイルばねに対して非接触式変位計を前記軸と平行な方向に相対的に直線移動させながらコイルばねの素線の表面形状を計測する第２ステップと、を繰り返し実行してもよい。このような構成によると、コイルばねの周方向に第１の角度間隔で、コイルばねの素線の表面形状を効率的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技術では、第２計測工程において、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同時に、前記軸周りをコイルばねに対して相対的に回転移動することで、前記予測位置に非接触式変位計が移動してもよい。このような構成によると、コイルばねに対して非接触式変位計が螺旋状に移動することで、コイルばねの表面形状を計測する時間を短くすることができる。
【実施例１】
【００１５】
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の位置及び角度を調整する調整装置（２０，２２，２６〜３０）と、演算装置３２を備えている。
【００１６】
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。
【００１７】
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に回転角）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。
【００１８】
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に対して軸線方向（Ｚ軸方向）に離間した状態と、保持治具１２に対して軸線方向（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。
【００１９】
レーザ変位計２４は、非接触式変位計の一種であり、測定対象物（すなわち、コイルばねＷ）にレーザ光を照射すると共に、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。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、測定対象物にスリット光を照射する。レーザ変位計２４から照射されるスリット光は、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おり、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。
【００２０】
調整装置（２０，２２，２６〜３０）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の位置及びレーザ照射方向を調整する。具体的には、調整装置（２０，２２，２６〜３０）は、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）と、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。すなわち、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３２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。
【００２３】
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。すなわち、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。したがって、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）からレーザ光を照射できる。
【００２４】
演算装置３２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。すなわち、演算装置３２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。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。
【００２５】
次に、上述した形状測定装置１０を用いたコイルばねＷの形状測定の流れを説明する。形状測定装置１０は、図４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４のステップＳ１０において、形状測定装置１０にコイルばねＷをセットする。すなわち、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。
【００２６】
図４のステップＳ１２に進むと、形状測定装置１０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１０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５を参照して説明する。
【００２７】
（粗測定処理）
図５に示すように粗測定処理では、まず、演算装置３２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（ステップＳ２０）。図２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を所定の回転角θ（保持治具１２，１４の回転軸周りの回転角θ）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及びｒ方向位置調整機構３０を駆動して、レーザ変位計２４を初期位置に位置決めする。さらに、演算装置３２は、レーザ変位計２４から照射されるレーザ光が保持治具１２，１４の回転軸と直交する角度となるように照射角調整装置２６を駆動する。これにより、レーザ変位計２４は、初期状態にセットされる。レーザ変位計２４が初期状態（図２のＡに示す状態）とされると、レーザ変位計２４は、保持治具１２よりＺ方向外側の位置（図２では下方の位置）に位置決めされ（すなわち、コイルばねＷと対向していない）、また、保持治具１２，１４の回転軸から所定の距離の位置にレーザ変位計２４がセットされている。
【００２８】
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方向に移動させながら、レーザ変位計２４によってコイルばねＷの表面形状を計測する。この計測は、レーザ変位計２４が保持治具１４よりＺ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。これによって、コイルばねＷの軸方向の全体に亘って、回転軸の周方向の所定の回転角の位置におけるコイルばねＷの表面形状（素線の位置）が計測される。レーザ変位計２４で計測された表面形状は、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。
【００２９】
以下、回転機構１６を駆動することによる保持治具１２，１４及びコイルばねＷの所定の回転角θへの位置決め、及び、ｚ方向位置調整機構２８を駆動しながらのレーザ変位計２４による計測を繰り返し実行する。これによって、回転軸の周方向の複数の回転角におけるコイルばねＷの表面形状が計測され、その計測結果が演算装置３２に記憶される。粗測定では、例えば、コイルばねＷの周方向の４箇所の表面形状を計測する。この場合、回転機構１６による保持治具１２，１４及びコイルばねＷの回転は９０°間隔で行われる。粗測定処理では、角度間隔を広く設定することで、短い時間でコイルばねＷの概略形状が計測される。
【００３０】
図５のステップＳ２２に進むと、演算装置３２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。上述したように、ステップＳ２０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、ステップＳ２０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。
【００３１】
次に、演算装置３２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）。すなわち、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７を参照して説明する。
【００３２】
図７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）。上述したように、ステップＳ２０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。ここで、ステップＳ２２で検出した保持治具１２，１４の位置から、ステップＳ２０で得られた測定結果（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。ステップＳ４０では、演算装置３２は、ステップＳ２２で検出した保持治具１２，１４の位置を用いて、ステップＳ２０の測定結果から保持治具１２，１４の形状データを削除する。
【００３３】
次に、演算装置３２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）。すなわち、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）。
【００３４】
ステップＳ４８でコイルばねＷの素線を検出すると、図５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）。すなわち、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の測定は、コイルばねＷの周方向の４ヶ所で行われており、コイルばねＷを周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（周方向４ヶ所の形状）から、演算装置３２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。
【００３５】
（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４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は詳細測定時にコイルばねＷを位置決めする回転角であり、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３２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（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）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。
【００３６】
ステップＳ１４の処理を詳細に説明する。ステップＳ１２の粗測定処理によって、演算装置３２は、コイルばねＷの概略形状を取得している。すなわち、粗測定を行った回転角θｉ（ｉ＝１〜ｎ（例えば、４））のそれぞれについて、コイルばねＷの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）を取得している。（ｉｊは回転角θｉのときの素線検出順番ｊ（ｊ巻目）を表している。）コイルばねＷは、ばね線材を螺旋状に巻回して形成されているため、演算装置３２は、まず、粗測定処理によって取得したコイルばねＷの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）を、コイルばねＷの素線に沿った順番に並べ替える。具体的には、コイルばねＷの端末に相当する素線位置から順に、コイルばねの素線に沿ってその素線位置と隣接する素線位置を特定し、以下、コイルばねＷの他端に到達するまで同様の処理を繰り返す。これによって、ステップＳ１２で取得した素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）のそれぞれが隣接する素線位置と関連付けられる。
【００３７】
図３を用いて具体的に説明する。図３には、粗測定処理によって４つの回転角について取得された素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）のうち高さ方向の位置ｚｉｊが、コイルばねＷの素線に沿って並べ替えられている。すなわち、ステップＳ１２では、回転角９０°についてｚ１１，・が取得され、回転角１８０°についてｚ２１，ｚ２２，・・が取得され、回転角２７０°についてｚ３１，ｚ３２，・・が取得され、回転角３６０°についてｚ４１，ｚ４２，・・が取得されている。そして、コイルばねＷの一端に位置するｚ２１から順にｚ３１、ｚ４１、ｚ１１、ｚ２２、ｚ３２・・と特定される。これによって、例えば、ｚ１１に隣接する点はｚ４１とｚ２２であることが判明する。
【００３８】
上記のように、粗測定処理によって取得したコイルばねＷの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）をコイルばねＷの素線に沿って並べ替えると、次に、詳細測定時に計測を行う各回転角θｓについて、その回転角θｓにおいて計測されるであろう素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を算出する。すなわち、回転角θｓが決まると、その回転角θｓにおいて計測されるコイルばねＷの素線は、粗測定処理によって取得した素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）のうちいずれの２点間に位置するかが特定できる。例えば、図３に示すように、回転角θｓが１８０°〜２７０°の間に位置するとき、コイルばねＷの素線は、点ｚ２１と点ｚ３１の間で計測され、また、点ｚ２２と点ｚ３２の間で計測されることが分かる。このように、コイルばねＷの素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）が存在する区間（すなわち、２つの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）で規定される区間）が特定されると、２つの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）のデータを用いて素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を内挿法（補間法）により算出する。例えば、２つの素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）で特定される区間では、ｒｓとｚｓが直線的に変化すると仮定し、予測位置ｒｓとｚｓを算出する。これにより、詳細測定時の素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）が算出される。
【００３９】
（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３２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５を参照して説明する。
【００４０】
図６に示すように詳細測定処理では、まず、演算装置３２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。
【００４１】
具体的には、演算装置３２は、まず、ステップＳ１４によって算出された素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）を、コイルばねＷの素線に沿った順番に並べ替える。並べ替える方法は、上述したステップＳ１４における方法と同一の方法で行われる。これによって、素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）は、コイルばねＷの一端側から他端側に向かって順番に並ぶこととなる。次に、並び替えられた順に各素線予測位置（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。すなわち、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。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。
【００４２】
次に、演算装置３２は、回転機構１６及び調整装置（２０，２２，２６〜３０）を駆動して、並び替えられた素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）の順に、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。ここで、素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）がコイルばねＷの素線に沿った順番に並べ替えられ、レーザ変位計２４は、並び替えられた素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）の順に対応する位置に位置決めされるため、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こととなる。その結果、詳細測定処理における回転角θｓの角度間隔を小さく設定しても、コイルばねＷの表面形状の計測に要する時間が長時間となることが抑制される。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。
【００４３】
次に、演算装置３２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（すなわち、図７の処理）と同様に行われる。次に、演算装置３２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Ｓ１６で詳細に測定した測定データに置き換えられる。
【００４４】
（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３２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）。具体的には、演算装置３２は、作成した形状データを図示しないモニタに出力する。モニタには、作成された形状データに基づいてコイルばねＷが表示される。したがって、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。
【００４５】
上述したように、本実施例の形状測定装置１０では、粗測定処理で取得された素線位置（θｉ，ｚｉｊ，ｒｉｊ）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、詳細測定処理を小さな回転角間隔で行うこととしても、コイルばねＷの表面形状の計測が長時間化することを抑制することができる。したがって、短時間で精度よくコイルばねＷの形状を測定することができる。さらに、詳細測定処理では、素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）がレーザ変位計２４の視野の中心となるように制御され、また、レーザ変位計２４とコイルばねＷとの距離が適切な距離となるように制御される。これによっても、コイルばねＷの形状を精度よく測定することができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、図８を参照して実施例２の形状測定装置１３０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３についても同様である。本実施例の形状測定装置１３０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。
【００４７】
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）。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８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。
実施例１の形状測定装置１０と同様に、形状測定装置１３０も、図４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。
【００４８】
本実施例の形状測定装置１３０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９、図１０参照）。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、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３】
【００４９】
次に、図１１を参照して実施例３の形状測定装置２３０について説明する。本実施例の形状測定装置２３０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１１に破線で図示）を照射する。
【００５０】
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。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。実施例１の形状測定装置１０と同様に、形状測定装置２３０も、図４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。
【００５１】
本実施例の形状測定装置２３０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。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、上記の実施例においては、詳細測定処理においてレーザ変位計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、ステップＳ１２の粗測定処理と同様に、コイルばねＷの回転角θｓの位置決めと、レーザ変位計２４のｚ方向の移動とを別々に行ってもよい。このような駆動方法であっても、素線予測位置（θｓ，ｚｓ，ｒｓ）以外ではコイルばねＷの形状を計測する必要がないため、隣接する素線予測位置間の移動を高速で行うことができる。このため、このような駆動方法でレーザ変位計２４を駆動しても、計測時間が長時間化することを抑制することができる。これは、その他の非接触式変位計についても同様である。
【００５４】
また、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】
【００５５】
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：照射角調整機構
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
３４：３６，３８，４０，４２，４４，４６：測定範囲
５０：校正用治具
Ｗ：コイルばね
【図１】
0006581493.tif 000002
【図２】
0006581493.tif 000003
【図３】
0006581493.tif 000004
【図４】
0006581493.tif 000005
【図５】
0006581493.tif 000006
【図６】
0006581493.tif 000007
【図７】
0006581493.tif 000008
【図８】
0006581493.tif 000009
【図９】
0006581493.tif 000010
【図１０】
0006581493.tif 000011
【図１１】
0006581493.tif 000012