(57)【要約】  従来は光切断法と呼ばれる手法を単一の方向からのみ用いて製品の容積を測定しており、面の傾きが入射光線に対して急峻な場合、精度が低下し所望の結果を得られない。このような容積測定手段を利用した製造方法では精度の高い製品を製造することが困難であった。本発明は、部品を加工する加工ステップと、加工ステップから排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査ステップと、検査ステップで得た部品の容積値とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価ステップと、評価ステップの評価結果に基づき部品を選別し分岐させる分岐ステップと、分岐ステップにより分岐された部品を搬送する搬送ステップとを備えることにより、精度の高い部品の製造方法、及びそれを用いた製造装置を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間容積を有する部品の製造方法であって、
部品を加工する加工ステップと、
前記加工ステップから排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査ステップと、
前記検査ステップで得た部品の容積値とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価ステップと、
前記評価ステップの評価結果に基づき部品を選別し分岐させる分岐ステップと、
前記分岐ステップにより分岐された部品を搬送する搬送ステップと、
を備えることを特徴とする空間容積を有する部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法であって、
前記検査ステップは、光学的手段による複数の距離センサにより前記部品との距離を計測するステップと、
少なくとも該計測した距離データ、前記走査部の位置情報、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から部品形状の３次元分布を算出するステップと、
前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から部品の形状を算出するステップと、
を備えた製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の製造方法であって、
前記算出された形状データのうち、他の計測点の形状データとの差が所定値以上となる計測点の形状データを形状算出の基礎データから除外して形状を算出することを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれかに記載の製造方法であって、
各距離センサから得た形状データを統合し、該統合された形状データの計測点群の密度を平準化することを特徴とする製造方法。
【請求項５】
所定の空間容積を有する部品の製造装置であって、
部品を加工する加工部と、
前記加工部から排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査部と、
前記検査部で得た部品の容積知とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価部と、
前記評価部の評価結果に基づき部品を選別し分岐させる分岐部と、
前記分岐部により分岐された部品を搬送する搬送部と、
を備えることを特徴とする空間容積を有する部品の製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の製造装置であって、
前記検査部は、光学的手段による複数の距離センサを備える距離計測部と、
前記部品と前記距離計測部との少なくとも一方を走査する走査部と、
少なくとも前記距離計測部にて取得した距離データ、前記走査部の位置情報データ、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から部品形状の３次元分布を算出し、前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から部品の形状を算出する形状算出部と、
を備えることを特徴とする製造装置。
【請求項７】
請求項６記載の製造装置であって、
更に前記形状算出部は、前記算出された形状データのうち、他の計測点の形状データとの差が所定値以上となる計測点の形状データを形状算出の基礎データから除外して形状を算出することを特徴とする製造装置。
【請求項８】
請求項６又は７いずれかに記載の製造装置であって、
更に、前記部品の中心と回転中心を算出するための距離計測センサを備えることを特徴とする製造装置。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の製造装置であって、
更に前記形状算出部は、各距離センサから得た形状データを統合し、該統合された形状データの計測点群の密度を平準化することを特徴とする製造装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載の製造装置であって、
前記評価部は、前記形状算出部で算出した形状と所定の基準高さとで囲まれた領域の容積を算出し、該算出された容積と設計値との差が所定の値以上である場合には不良品であると判定することを特徴とする製造装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の製造装置であって、更に、
前記判定部による判定結果に基づき、不良品の割合が一定値以上となった場合に、製造工程の条件変更を自動で行うか、もしくは製造ラインを停止することを特徴とする製造装置。
【請求項１２】
請求項５乃至１１のいずれか記載の製造装置であって、
前記部品は、ピストンであることを特徴とする製造装置。
【請求項１３】
請求項５乃至１２のいずれか記載の製造装置であって、
前記加工部は、鋳造、又は機械加工を行うことを特徴とする製造装置。
【請求項１４】
光学的手段による複数の距離センサにより前記試料との距離を計測するステップと、
少なくとも該計測した距離データ、前記走査部の位置情報、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から試料形状の３次元分布を算出するステップと、
前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から試料の形状を算出するステップと、
を備えた容積測定方法。
【発明の詳細な説明】
【参照による取り込み】
【０００１】
本出願は、２０１４年８月２９日に出願された日本特許出願第２０１４−１７４７５６号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、部品の製造方法及びそれを用いた製造装置、容積測定方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１には、被測定物に直線状のスリット光を照射して上記スリット光の長手方向と垂直方向に所定距離だけ離間した位置から上記被測定物の光切断線を撮像して上記被測定物の断面積を算出し、上記スリット光をその長手方向と垂直方向に相対移動させ、上記光切断線から得られる断面積を累積して上記被測定物の容積を測定する容積測定装置において、測定開始信号を供給された後マスタクロックを発生するマスタクロック発生器を有し、上記マスタクロックに基づいて上記スリット光の相対移動を行なわせると共に、上記マスタクロックに基づいて上記断面積を算出するための光切断線の取込みを行なうよう構成された容積測定装置について記載されている。
特許文献２には、測定装置測定物を所定方向に所定距離移動する移動台と、前記測定物にスリット光を照射するスリット光源と、このスリット光源から出力されたスリット光が被測定物に当たっている時のスリット画像を撮影するカメラと、前記カメラから得られるスリット画像から３次元データを画像処理し１スリット画像毎の容積を演算し、これらを積分して容積全体を求める機能を有する画像処理手段とから非接触容積測定装置を構成されている非接触容積測定装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０８９４５
【特許文献２】特開平４−３０１７０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１,２のような形状計測を応用した容積測定手段では、一般に光切断法と呼ばれる手法を単一の方向からのみ用いており、面の傾きが入射光線に対して急峻な場合、精度が低下し所望の結果を得られない。そのため、このような容積測定手段を利用した製造方法では精度の高い製品を製造することが困難であった。そこで本発明は、精度の高い部品の製造方法等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】
上記課題を解決するため、本発明の製造方法は、部品を加工する加工ステップと、加工ステップから排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査ステップと、検査ステップで得た部品の容積値とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価ステップと、評価ステップの評価結果に基づき部品を選別し分岐させる分岐ステップと、分岐ステップにより分岐された部品を搬送する搬送ステップとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高精度な製品の製造が可能となり、製品の品質管理水準が向上する。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る非接触容積計測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る非接触容積計測装置の走査軌跡を表す模式図である。
【図３】本発明の実施例１に係る非接触容積計測装置の計測手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施例１に係る計測面と距離センサのレーザ入射方向を表す模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る距離センサの計測誤差の面傾き依存性を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例１に係るφｌ＝θｌ＝０のときの計測可能範囲を表す模式図である。
【図７】本発明の実施例１に係る３つの距離センサの最適値、それぞれの計測可能範囲を表す模式図である。
【図８】本発明の実施例１に係る３つの距離センサの計測範囲の統合結果を表す模式図である。
【図９】本発明の実施例１に係る３つの距離センサの照射位置を表す模式図である。
【図１０】本発明の実施例１に係る形状計測部の処理手順を表すフロー図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る形状データ算出時のデータフロー図である。
【図１２】本発明の実施例１に係る形状データ算出の概略図である。
【図１３】本発明の実施例１に係る較正用の基準サンプルの模式図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る容積算出部分を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例１に係る高さ基準を表す模式図である。
【図１６】本発明の実施例１に係る形状比較による合否判定手順を表すフロー図である。
【図１７】本発明の実施例１に係る３つの距離センサの照射位置と偏光板の配置を示す図である。
【図１８】本発明の実施例２に係る非接触容積計測装置の構成図である。
【図１９】本発明の実施例３に係るピストン製造装置及び製造方法を示す図
【図２０】本発明の実施例３に係るピストン製造装置及び製造方法を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
本発明の実施例１を図１〜図１７を用いて説明する。【００１０】
図１に本実施例のピストン容積検査装置の構成図を示す。試料１００の上面の計測面１０１の形状を３台のレーザを用いた非接触式の距離センサ１１０ａ〜１１０ｃにて計測する構成となっており、試料を回転ステージ１２０にて回転させながら、距離センサ１１０ａ〜１１０ｃをｘ軸ステージ１３０ａ、１３０ｂにてｘ軸方向に走査することで計測面１０１をらせん状に全面計測する。距離センサとしては、３角測量に基づく光切断方式センサ、光の位相差を利用するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式、光コム方式、光の干渉を利用したＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、コノスコピックホログラフィを応用した手法など、様々なセンサの利用が考えられる。ｘ軸ステージはｘ軸ステージマスター軸１３０ａとｘ軸ステージスレーブ軸１３０ｂからなり、これら２軸が同期して同時に移動する構成とすることで、距離センサ１１０ａ〜１１０ｃを搭載したプレート１３１を安定して移動させることができる。ここで、距離センサ１１０ａ〜１１０ｃは計測面の任意形状を高精度で計測できる適切な配置となっている。センサ配置の最適化に関しては後述する。【００１１】
図２に、Ｘ軸を移動することで距離センサ１１０ａ〜１１０ｃの測定位置を計測面１０１の中心より外周部に向けて走査した場合の計測点の軌跡１０５を模式的に表す。また、試料１００を外周から抑え込み固定するシリンダ機構１２１、距離センサ１１０ａ〜１１０ｃと試料１００の高さを調整するｚ軸ステージ、試料１００と回転ステージ１２０の中心位置関係を計測する側面用距離センサ１４０を搭載している。【００１２】
試料１００が円柱状に近い形状の場合には、回転ステージ１２０を回転させながら、側面用距離センサ１４０にて距離を連続的に計測し、その距離変動を計測することで、回転ステージ１２０が１回転する間に距離が正弦的に変動する。試料中心と回転ステージ１２０の回転中心のずれ量はこの正弦波の振幅から、ずれ方向は位相から算出することができ、計測前に試料中心と回転ステージ１２０の回転中心の位置関係を把握することができる。【００１３】
また、試料が円筒状に近い場合、この計測結果より事前に試料中心と回転中心が合わせることで、回転により装置全体に生じる振動を低減する効果が得られる。ｚ軸ステージもx軸ステージと同様にｚ軸ステージマスター軸１５０ａとｚ軸ステージスレーブ軸１５０ｂの２軸が同期して同時に移動する構成としている。距離センサ１１０ａ〜１１０ｃからのレーザが計測面１０１に届くようプレート１３１には穴を開けてある。回転ステージ１２０、ｘ軸ステージ１３０ａ、１３０ｂ、ｚ軸ステージ１５０ａ、１５０ｂはステージドライバ１６０により駆動し、制御部１７０を用いて回転ステージ１２０とｘ軸ステージ１３０ａ、１３０ｂと距離センサ１１０ａ〜１１０ｃ、側面用距離センサ１４０の同期検出を行う。計測結果は、信号処理部１８０にて試料１００の良否判定が自動で行われる。また、信号処理部１８０は形状算出部１８１、容積算出部１８２、容積良否判定部１８３からなる。【００１４】
本実施例では、ステージを回転及びＸ軸方向に移動させることにより図２に示したような軌跡を描いているが、必ずしもステージを移動する方法に限らず、例えば距離センサを回転及びＸ軸方向に移動させることによっても実現される。また、回転とＸ軸方向の移動との組合せ以外にも、回転の代わりにＹ軸方向の移動を採用して、Ｘ軸方向の移動とＹ軸方向の移動との組合せで測定面の全域を走査することも可能である。【００１５】
図３に検査フローを示す。試料を回転ステージ上に載置し（Ｓ１００）、Ｓ１００にて載置された試料をシリンダ機構１２１にて抑え固定し（Ｓ１０１）する。非接触の距離センサと計測面との距離を距離センサ１１０ａ〜１１０ｃのワーキングディスタンス以内に抑えるためｚステージにて高さを調整する（Ｓ１０２）。試料の高さ情報が既知の場合、適切なｚ軸ステージの位置を自動で算出することができる。次に、回転ステージとx軸ステージを走査しながら、距離センサにて計測面を計測し、ステージ座標から位置データを、距離センサから距離データを計測する（Ｓ１０３）。Ｓ１０３にて計測した、回転ステージとx軸ステージとｚ軸ステージの位置データと各距離センサにて計測した距離データより、３次元座標系に分布する計測点群を算出し、３つの距離センサの計測点群より計測面の形状を算出する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４にて算出した形状より、別途与えられる高さ基準の値を用いて計測面の容積を算出し（Ｓ１０５），算出した容積と設計データより算出した容積、もしくは良品試料を用いてＳ１００−Ｓ１０５の手順で同様に算出した容積との比較を行い、あらかじめ設定した閾値以下のものは良品、閾値以上のものは不良品と判断する合否判定を行う（Ｓ１０６）。
（距離センサ配置最適化）
図４に計測面と距離センサのレーザ入射方向を表す模式図を示す。図１に示す距離センサ１１０ａ〜１１０ｃは、計測面１０１の任意形状が計測できるよう適切に配置する必要がある。ここで、非接触のレーザを利用した距離センサの計測精度は、計測面の傾きに大きく依存する。図４に示すように、計測面の法線ベクトル１０２の向きをθｓ、φｓ、距離センサの入射レーザ方向ベクトル１１２の向きをθｌ、φｌと表すこととする。また、計測される距離をｌとする。計測面１０１の法線ベクトル１０２と距離センサの入射レーザ方向ベクトル１１２のなす角の絶対値をαとし、距離センサの計測誤差のα依存性の一例を図５に示す。一般に計測誤差はαが大きくなるにつれて大きくなる傾向がある。したがって、事前に、図５に示す誤差のα依存性を基礎データとして取得しておき、計測に必要な誤差の最大値を設定することで、装置構成を決める判断材料となるαの最大値を決めることができる。【００１６】
ここで、距離センサの設定条件の最適化について考える。計測面の向きθｓ、φｓが０＜θｓ＜９０、０＜φｓ＜３６０のあらゆる面方向を含んでいる場合を想定する。α＜αｔｈが計測可能範囲とする。図６に距離センサの入射方向をθｌ＝０、φｌ＝０としたときの、計測面の向きに対する計測可否を示す。斜線部分が計測可能領域２００であり、０＜θｓ＜９０、０＜φｓ＜３６０の全領域の面積に対する計測可能領域の面積をカバー率γとすると、γ＝αｔｈ／９０となる。複数の距離センサの設定位置を組み合わせ、γ＝１となる条件を探索する。そのときの距離センサの設定位置を最適化条件とする。θｌ＝θｌｉ、φｌ＝φｌｉのときの計測可能領域をＡｉと表すと、カバー率γは
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【００１７】
と表すことができる。ここでＮは組み合わせ数を示す。なるべく小さなＮにおいてγ＝１を達成する条件を探索する。例えば、αｔｈ＝７０°を想定し、最適条件を求めると、θｌ１＝θｌ２＝θｌ３＝４５°、｜φｌ１−φｌ２｜＝｜φｌ２−φｌ３｜＝｜φｌ３−φｌ１｜＝１２０°もしくは２４０°と算出される。【００１８】
図７にφ１１＝０のときの各条件、図８に３つの条件を合わせた領域を表す。このような最適化を行うことで、最小の計測回数にてあらゆる形状に対応した計測装置の構成を導出することができる。図１の装置構成では、スループット向上のため、３つの検出条件を同時に計測するため３センサを搭載している。１つの距離センサを用いて３回計測することでもγ＝１を達成することが可能である。【００１９】
ここで、３つの距離センサを同時に扱う場合の装置構成について説明する。レーザを利用した距離センサでは、距離センサから発振したレーザを測定試料に照射し、計測面からの反射、散乱光を受光し、その位相や強度情報から距離を計測する。したがって、複数の距離センサを用いる場合、ある距離センサの入射レーザ１１３ａ〜１１３ｃにより生じる計測面からの反射、散乱光を、他の距離センサにて受光すると、距離計測精度が低下する可能性がある。この計測精度低下は、お互いの距離センサの受光面に、他の距離センサのレーザ光が入らないように装置構成を工夫することで解決できる。図９にその一例を示す。前述した３つの距離センサの装置構成を想定しており、各距離センサからのレーザが試料に照射されている。ここでは、各距離センサの受光面は入射レーザと同軸にあるとする。計測面の計測箇所におけるｚ軸の最低点をＺａとする。また３つの距離センサからのレーザの交点のｚ軸座標をＺｂとする。距離センサの試料面でのスポットをｄだけ離したいときは、
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【００２０】
と設定する。ここでθは、距離センサのｚ軸からの傾きを表しており、この例では、３つの距離センサともに４５°である。今回は計測面よりｚが小さい位置にてレーザが交差することを考えたが、計測面よりｚが大きい場合も同様に考え計測面でのレーザスポットを離すことができる。上記のように、各距離センサのレーザスポット位置が重ならないよう一定以上の距離を離すことにより、形状計測精度を低下させることなく、複数距離センサの同時利用が可能となる。スポット間の距離ｄは、使用する距離センサや、計測対象の面状態を考慮し適切に決める。例えば、散乱光がより多く発生する場合にはｄは大きめに設定する必要がある。【００２１】
また、他のレーザからのノイズの影響を更に低減するための方策として、距離センサ前に偏光板１１４ａ、１１４ｂを配置した装置構成を図１７に示す。偏光板１１４ａは、距離センサの入射レーザ１１３ａを透過する方位に設定する。試料からの反射、散乱光も同様の偏光状態を保持するため偏光板１１４ａを透過し、検出され、距離が計測される。同様に偏光板１１４ｂの方位は入射レーザ１１３ｂに合わせて設定する。ここで、入射レーザ１１３ａと１１３ｂは、入射方向が異なるため、入射レーザ１１３ａによる反射、散乱光は偏光板１１４ｂにて低減され、同様に入射レーザ１１３ｂによる反射、散乱光は偏光板１１４ａにて低減される。このように、他の距離センサに起因するレーザ光を偏光板で低減することにより精度低下を抑制することが可能となる。
（信号処理部）
距離センサによる距離計測結果は、信号処理部にて各種処理が施され、最終的に試料の良否判定まで自動で行う。ここで、信号処理部は、ステージ位置情報と距離センサにて計測した資料と距離センサ間の距離情報より形状を算出する形状算出部、形状算出部にて算出した形状と任意に設定した高さ基準を用いてピストン冠面上の容積を算出する容積算出部、容積算出部にて算出した容積の良否判定を行う良否判定部からなる。以下、各部に関して詳細に説明する。
（形状算出部）
図１０に形状算出部のフローを示し、図１１に形状データ算出時のデータフロー図を示す。図１１のように各距離センサからの距離データ３０１、x軸ステージとθステージの座標データ３０２、そして距離センサとステージの位置関係を表す較正データ３０３より、ｘｙｚ座標系に各計測点を変換し、形状データ（点群）３１０を算出する（Ｓ２０１ａ〜Ｓ２０１ｃ）。Ｓ２０１ａ〜Ｓ２０１ｃにて算出した各形状データに対し、はずれ値などのノイズ成分を統計的処理により除去する（Ｓ２０２ａ〜Ｓ２０２ｃ）。Ｓ２０２ａ〜Ｓ２０２ｃにノイズ除去された形状データに対し、距離センサのレーザ入射方向と計測面の方向のなす角αが閾値以上となる精度が低いと想定される点は除去する（Ｓ２０３ａ〜Ｓ２０３ｃ）。【００２２】
図１２に、形状算出部における処理の概念図を示す。ここでは簡単のため点群を２次元で表す。実線で表された計測面１０１に対し、計測点を点で表す。初めに、計測点それぞれの法線方向を推定する。着目する計測点を中心として、３次元空間内において領域を設定し、その領域に含まれる複数の点の統計的分布より法線を推定する。法泉の推定には、主成分分析（ＰＲＩＮＣＩＰＡＬ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＡＮＡＬＹＳＩＳ、 ＰＣＡ）を用いる。まず、設定した領域内の計測点の集合の重心を算出し、重心と各点の差分より、分散共分散行列を生成する。この分散共分散行列は３ｘ３行列であり、固有値を３つ持つ。冠面計測の場合、計測点は平面を形成しており、３つの固有値の中で１つの固有値がその他の２つの固有値に対し、小さな値をとる。ここで、小さな固有値の方向が領域内の計測点集合の法線方向を示す。この法線方向を着目する計測点の法線ベクトル１０２とする。このとき、領域の設定は、点の数が一定となるよう設定してもよいし、あらかじめ決めた形状・体積の領域でもよい。距離センサの入射レーザ方向を既知とすると、上述の主成分分析より求めた各点の面方向を用いて、不適点の除去した形状データを得ることができる。Ｓ２０３ａ〜Ｓ２０３ｃにて算出した各形状データを表す点群を、ＩＣＰなどを用いた位置合わせを行い統合し統合形状データを取得し（Ｓ２０４）、Ｓ２０４にて算出した統合形状データは場所により密度が大きく異なる場合がある。特に平坦部はどの距離センサでも計測値があるため、傾斜部に比べ密度が高くなる傾向がある。必要以上に点群の密度が高い箇所は、その後の処理に時間がかかるため、低密度化する処理を施し、場所ごとの点群密度を平準化し（Ｓ２０５）、最終的な高精度形状データを得る。【００２３】
ここで、距離センサとステージの位置関係を表す較正データ３０３の取得方法について説明する。図１３に示すような基準平面（平面で一定の傾き）４０１、基準高さ４０２が既知の基準サンプルを用いて計測を行い、距離センサとステージの位置関係を補正する。具体的には計測値が基準サンプルの設計値となるような距離センサの較正データθｌ、φｌ、ｌを各距離センサごとに算出する。
（容積算出部）
図１４を参照しながら容積算出部を説明する。形状算出部で得た高精度形状データと任意の高さ基準３１２とで構成される領域の容積３１３を算出し、試料上面の容積とする。このとき高さ基準３１２は、試料１００が図１５に示すピストンの場合、ピストンピン穴の中心位置から一定の高さを高さ基準３１２ａとする、もしくは冠面上の一部を高さ基準３１２ｂとする方法がある。冠面上に高さ基準３１２ｂを用いる場合は、あらかじめ高さ基準３１２ｂを製造時に作りこんでおくとより高精度な容積検査が可能となる。
（良否判定部）
良否判定部では、容積算出部で算出した容積の良否を判定する。例えば設計値、もしくは良品より求めた容積に対して、閾値を設定し、閾値以上は不良品、閾値以下は良品とする。また、良否判定の傾向から、不良値が続く場合には、製造プロセスへのフィードバックを行うこともできる。試料が鋳物製品の場合は金型の摩耗や、欠損の早期発見に繋がる。さらに、形状算出部にて算出した高精度形状データを設計形状もしくは良品形状と比較することで、より高精度に金型の摩耗、欠損の量、部位を正確に特定することが可能となる。【００２４】
図１６に良否判定部の処理フローを示す。Ｓ４０１〜Ｓ４０４までは、図３に示すＳ１０１〜Ｓ１０４と同様の処理である。Ｓ４０４で算出した形状データを、設計形状（ＣＡＤ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）、良品形状と比較し、その差異に閾値を設定し、合否判定を行う。例えば、各点のずれ量の標準偏差、最大ずれ量、平均ずれ量、重要箇所に重み付けし算出したずれ量の指標などがある。
【実施例２】
【００２５】
図１８を用いて本発明の実施例２を説明する。実施例１を示す図１では距離センサを３つ搭載していたが、本実施例を示す図１８では２つとなっている。実施例１ではｘ軸ステージ１３０の走査距離は試料中心から外周部までであった。この場合、計測面１０１の任意形状を高精度に計測するには３つの距離センサの組合せが必要であった。実施例２では、ｘ軸ステージ１３０の走査距離を試料中心を通る外周から外周までの試料直径分だけ走査することで２つの距離センサに計測面１０１の任意形状を計測することができる。【００２６】
この場合、実施例１と同様にセンサ配置の最適化を行うと、θｌ１＝θｌ２＝４５°、｜φｌ１−φｌ２｜＝９０°と導かれる。【００２７】
実施例２ではセンサ数が２つであるため、実施例１に比べ装置構成が単純となりコスト低減が図れる。一方、計測時間は倍かかるため、高速検査を行う場合には実施例１の構成を用いることが望ましい。なお、距離センサを２つとした場合の処理センサの配置は、図１８に限定されるものではなく、任意の位置に配置することも可能である。
【実施例３】
【００２８】
図１９，２０を用いて本発明の実施例３を説明する。図１９は、ピストン製造ライン中に配置した容積検査部にて加工したピストンを検査する工程を示している。ピストン１を加工するピストン加工部５００、加工したピストン１を搬送する搬送部５１０、ピストンの容積を検査する容積検査部５２０、容積検査部による良否判定結果を表示する表示部５３０と、良否判定結果に応じて良品ピストン１ａと不良品ピストン１ｂの搬送路を分岐する分岐部５４０、検査合格の良品ピストン１ａを搬送する良品ライン５１０ａ、検査不合格の不良品ピストン１ｂを搬送する不良品ライン５１０ｂからなる。【００２９】
各部位の詳細を図２０の検査フロー図を参照しながら説明する。鋳造工程５０１、および機械加工工程５０２からなるピストン加工部５００によりピストン１が加工され、ピストン種や製造番号など識別可能な番号が付与されその情報は刻印等でピストン１にマーキングされ（Ｓ５００）、Ｓ５００にて加工されたピストン１は搬送部５１０により容積検査部５２０へと搬送される（Ｓ５０１）。Ｓ５０１にて搬送されたピストン１は、情報読み取り部５２１にて、ピストン１の種類、製造番号などが読み取られ（Ｓ５０２）、続いて、3つの距離センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと回転・並進ステージ部１５５にて距離計測が行われ、その計測データを元に信号処理部１８０にて容積を算出する（Ｓ５０３）。また、信号処理部１８０では、算出した計測容積と基準容積との差分を計測し（Ｓ５０４）、しきい値判定により良否判定を行い（Ｓ５０４）、その結果と情報読み取り部５２１が読み取った情報とともに表示部５３０に表示する。容積検査部５２０の装置構成、容積算出方法、良否判定方法は、実施例１と同様であるため、詳細は割愛する。表示部５３０には、ピストン１の種類５３１、製造番号５３２、基準容積値５３３、計測容積値５３４、基準容積値と計測容積値との差分および良否判定結果５３５が表示される。信号処理部１８０にて良否判定されたピストン１は、良品ピストン１ａと不良品ピストン１ｂに分岐部５４０にて分岐、搬送される。不良品ピストン１ｂは不良品ライン５１０ｂへ搬送され（Ｓ５０６）、不良部分を追加工・修正するか否かが判断され（Ｓ５０７）、追加工・修正する場合は追加工・修正後、再び容積検査部へと搬送され（Ｓ５０８）、しない場合はそのまま廃棄される（Ｓ５０９）。追加工・修正を行うか、そのまま廃棄するかの判断は、容積検査の結果より決定する。例えば、容積が小さい場合には、加工が不十分で考えられるため、加工不足箇所を追加工する。また、不良品の頻度、傾向から、加工装置の不具合の推定なども可能である。一方、良品と判定されたピストン１は良品ピストン１ａとして良品ライン５１０ａへと搬送され（Ｓ５１０）、梱包・出荷される（Ｓ５１１）。
また、不良の個数、種類の履歴を保存しておき、特定の不良数が一定割合を超えた場合に、加工部５００の鋳造工程５０１、機械加工工程５０２の加工条件を変更する、もしくは加工を停止することで加工されるピストンの品質確保を行うことも可能である。【００３０】
容積検査部５２０では、ピストンの形状から容積を算出しているため、計測したピストン形状と、設計情報や良品とわかっているピストンを計測した結果などの基準ピストン形状を比較することによっても良否判定を行うことができる。形状を元に良否判定を行う際は、管理すべき寸法や、計測した形状と基準形状とを比較し、相違箇所とその偏差の大きさ等にしきい値を設け良否判定を行う。指標が複数ある場合には、それらを重み付けし加算した統合指標を設定し、統合指標に対してしきい値処理を行ってもよい。この場合、表示部５３０には、寸法５３６，５３７、形状比較結果５３８と偏差の大きさを表すカラーバー５３８ａ、比較結果の標準偏差５３９などを表示する。【００３１】
また、欠陥の形状から欠陥種を認識し、分類を行うことで、問題工程を特定し、加工工程の条件変更を自動で行う、もしくは製造ラインを停止することもできる。計測された欠陥は、寸法、アスペクト比、深さ、欠陥部体積、発生個所などにより分類する。欠陥の分類結果に応じて、加工工程のどこに問題が発生しているかを、過去の加工データ、もしくは物理的な工程の特徴から推定し、それに応じた改善、もしくは停止命令を出す。過去の加工データを用いる場合、過去データを分析し、発生した欠陥の種類と、実際に問題となっていた工程をテーブルとして保存しておき、発生した欠陥に応じて問題工程を特定する。工程の特徴を用いる場合、凹欠陥が発生したら鋳巣と判断し鋳造工程が起因と推定したり、アスペクト比の高い欠陥の場合、キズと判断し加工工程で生じた欠陥と推定したりする。このようにピストン製造検査に冠面形状を用いることにより、冠面容積だけと比べより詳細な問題工程の特定、改善が可能となる。【００３２】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一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ない。すなわち、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。
上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１  ピストン
１ａ  良品ピストン
１ｂ  不良品ピストン
１００  試料
１０１  計測面
１０２  法線ベクトル
１０５  軌跡
１１０ａ〜１１０ｃ  距離センサ
１１２  入射レーザ方向ベクトル
１１３ａ〜１１３ｃ  入射レーザ
１１４ａ、１１４ｂ  偏光板
１２０  回転ステージ
１２１  シリンダ機構
１３０ａ  ｘ軸ステージマスター軸
１３０ｂ  ｘ軸ステージスレーブ軸
１３１  プレート
１４０  側面用距離センサ
１５０ａ  ｚ軸ステージマスター軸
１５０ｂ  ｚ軸ステージスレーブ軸
１６０  ステージドライバ
１７０  制御部
１８０  信号処理部
１８１  形状算出部
１８２  容積算出部
１８３  良否判定部
２００  計測可能領域
３０１  距離データ
３０２  座標データ
３０３  較正データ
３１０  形状データ
３１１  高精度形状データ
３１２、３１２ａ、３１２ｂ  高さ基準
３１３  容積
４０１  基準平面
４０２  基準高さ
５００  ピストン加工部
５０１  鋳造工程
５０２  機械加工工程
５１０  搬送部
５１０ａ  良品ライン
５１０ｂ  不良品ライン
５２０  容積検査部
５２１  情報読み取り部
５３０  表示部
５３１  種類
５３２  製造番号
５３３  基準容積値
５３４  計測容積値
５３５  基準容積値と計測容積値との差分
５３６，５３７  寸法
５３８  形状比較結果
５３８ａ  偏差の大きさを表すカラーバー
５３９  比較結果の標準偏差
５４０  分岐部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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