(57)【要約】  薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定する方法およびシステムを説明する。この方法は、光源を撮像センサーと対向させるステップ、光源の少なくとも１つと、対向する撮像センサーの少なくとも１つとの間に位置する設置台の上に部品のサンプルを設置するステップ、および、光源の少なくとも１つで部品のサンプルを照らすステップを含む。制御装置は、部品の画像を撮影し、撮影された画像の第１外縁点Ｐ１の位置を測定し、部品のサンプルを撮像センサーに対して回転させ、回転角がｘ度ずつ互いに異なるｎ個（ｎ×ｘ≧３６０度）の画像を集めるように動作可能である。制御装置は、撮影された画像の間で少なくとも１つの外縁点Ｐ１の測定された位置を比較して、円周振れの程度を測定してもよい。
2021529937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定する方法であって、
（ｉ）光源を撮像センサーと対向させて、前記光源から放出された光が前記撮像センサーの少なくとも一部に照射されるように、前記光源と前記撮像センサーとの間に光路を形成するステップと、
（ｉｉ）前記光源の少なくとも１つと、対向する前記撮像センサーの少なくとも１つとの間に伸びている光路に位置するサンプル設置台の上に、部品のサンプルを設置するステップと、
（ｉｉｉ）前記光源の少なくとも１つで前記部品のサンプルを照らすステップと、
（ｉｖ）前記撮像センサーの少なくとも１つで前記部品の画像を撮影するステップと、
（ｖ）撮影された画像の第１外縁点Ｐ１の位置を測定するステップと、
（ｖｉ）前記部品のサンプルを前記撮像センサーと前記光源とに対し、所定の回転距離ｘだけ回転させるステップと、
（ｖｉｉ）ステップ（ｖ）、（ｖｉ）を繰り返すことにより、前記部品のサンプルの回転角がｘ度ずつ互いに異なる、全部でｎ個（ｎ×ｘ≧３６０度）の画像を集めるステップと、
（ｖｉｉｉ）撮影された画像の間で少なくとも１つの外縁点Ｐ１の測定された位置を比較するステップと
を有する方法。
【請求項２】
撮影された画像が前記部品のサンプルの輪郭である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｖｉｉｉ）に基づいて、
前記部品のサンプルの同心度、
前記部品のサンプルの円筒度、
前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、
前記部品のサンプルの全振れ
のうち、１つ以上を測定するステップを更に有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各画像の縦方向における第１位置に前記部品の外縁点Ｐ１を定めるステップと、
各画像の縦方向における第２位置に前記部品の第２外縁点Ｐ２を定めるステップと、
各画像においてＰ１、Ｐ２間の横方向の距離Ｄ１を測定するステップと
を更に有する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１位置における前記部品の断面と、前記第２位置における前記部品の断面との間で同心度を測定するステップを有する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
撮影された画像の間隔ｘは１５度未満、１０度未満、５度未満、または約２度である、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記光源の光はコリメートされている、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
組み立てラインまたは製造ラインから前記部品のサンプルを自動的に抽出して、前記部品のサンプルを前記サンプル設置台の上に自動的に載せるステップを更に有する、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記部品のサンプルの同心度、
前記部品のサンプルの円筒度、
前記部品のサンプルの円周振れ、および、
前記部品のサンプルの全振れ
を代表する測定値を１以上選択するステップと、
選択された測定値を所定の閾値と比較して、型の一部を交換すべきか判断するステップと
を更に有する、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記部品の第１サンプルについて、前記部品のサンプルの同心度、前記部品のサンプルの円筒度、前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、前記部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第１測定値を選択するステップと、
前記部品の第１サンプルに関係する型を特定するステップと、
前記部品の第１サンプルと型が同じであることが特定された前記部品の第２サンプルについて、前記部品のサンプルの同心度、前記部品のサンプルの円筒度、前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、前記部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第２測定値を選択するステップと、
前記第１測定値を前記第２測定値と比較するステップと、
必要に応じ、前記第１測定値と前記第２測定値との比較に基づいて、前記型の劣化を特定するステップと
を更に有する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定するシステムであって、
部品のサンプルを第１方向から照らす光源と、
前記光源に対向する位置にあって、前記部品の画像を撮影する撮像センサーと、
前記撮像センサーと前記光源との間に位置している、前記撮像センサーと前記光源との間に前記部品を設置するためのサンプル設置台と、
前記サンプル設置台を前記撮像センサーと前記光源とに対して回転させるモーターと、
（ｉ）前記部品のサンプルの第１画像の撮影を制御し、
（ｉｉ）撮影された画像の第１外縁点Ｐ１の位置を測定し、
（ｉｉｉ）前記部品のサンプルを前記撮像センサーと前記光源とに対し、所定の回転距離ｘだけ回転させ、
（ｉｖ）ステップ（ｉｉ）、（ｉｉｉ）を繰り返すことにより、前記部品のサンプルの回転角がｘ度ずつ互いに異なる、全部でｎ個（ｎ×ｘ≧３６０度）の画像を集め、
（ｖ）撮影された画像の間で少なくとも１つの外縁点Ｐ１の測定された位置を比較する
ように構成されている制御装置と
を有するシステム。
【請求項１２】
前記制御装置は、ステップ（ｖ）に基づいて、
前記部品のサンプルの同心度、
前記部品のサンプルの円筒度、
前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、
前記部品のサンプルの全振れ
のうち１以上を測定する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御装置は、
各画像の縦方向における第１位置に前記部品の外縁点Ｐ１を定め、
各画像の縦方向における第２位置に前記部品の第２外縁点Ｐ２を定め、
各画像においてＰ１、Ｐ２間の横方向の距離Ｄ１を測定する、
請求項１１または請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記サンプル設置台は、回転軸Ｒのまわりで回転するように構成されており、前記部品のサンプルを前記回転軸Ｒに揃うように配置するための位置決め機構を更に含む、請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記サンプル設置台は、ピストンを支持する柱を含み、前記柱は、ピストンを収容する部分を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記サンプル設置台は、部品を載せるための架台を複数、交換可能に収容するドックを含む、請求項１１から請求項１５までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記第１位置Ｐ１における前記部品の断面と、前記第２位置における前記部品の断面との間で同心度を測定する、請求項１１から請求項１６までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記光源の光はコリメートされている、請求項１１から請求項１７までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御装置は更に、
測定された円周振れ、全振れ、同心度、および／または円筒度を所定の閾値と比較し、
測定値と前記閾値との比較に基づいて、型の１以上の部分を交換すべきか判断する
請求項１１から請求項１８までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御装置は更に、
前記部品の第１サンプルについて、前記部品のサンプルの同心度、前記部品のサンプルの円筒度、前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、前記部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第１測定値を選択し、
前記部品の第１サンプルに関係する型を特定し、
前記部品の第１サンプルと型が同じであることが特定された前記部品の第２サンプルについて、前記部品のサンプルの同心度、前記部品のサンプルの円筒度、前記部品のサンプルの断面の円周振れ、および、前記部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第２測定値を選択し、
前記第１測定値を前記第２測定値と比較し、
必要に応じ、前記第１測定値と前記第２測定値との比較に基づいて、前記型の劣化を特定する
請求項１１から請求項１９までのいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品、より具体的には、薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定する方法およびシステムに関する。特に本発明は、興味の対象であるサンプル、特に、注射器の栓、プランジャー、またはピストンの１箇所以上の寸法を全方位から光学的に測定する装置、システム、および方法を対象とする。このシステムおよび方法は、成型部品の円周振れの程度または同心度を測定するのに利用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
注射器等の医療装置に用いられる軟質部品の成型では、型の上下の空洞を正しい位置に合わせることが必要である。位置が正しく合っていなければ、栓およびプランジャーにパーティングラインが形成されるという問題だけでなく、組み立てられた装置の中に問題の製品が位置づけられ、または挿入されると、機能的な問題も生じる可能性がある。たとえば、栓およびプランジャーの位置合わせが不十分になる結果、それらが注射器のシリンダーまたは容器の中に上手く収まらず、信頼性に欠ける装置の動作を招き、またはシール部品間のシール性能を劣化させるかも知れない。
【０００３】
製造された部品の位置合わせの正しさを定量的に評価するには、円周振れまたは同心度の測定を完了させなければならない。しかし、既存のシステムの中には、産出されるデータの変動が大きすぎて、サンプルの正確で精密な測定値を出力できないものがある。そのようなデータを得るために測定を行うのは、時間の浪費であるかも知れない。
【０００４】
ここで、同心度（または円周振れ）とは、栓等のサンプルの様々な部分の実際の中心線が互いに重なるかどうかを意味する。それらの中心線が互いからある直線距離だけずれている（すなわち、それらの中心線が、平行ではあるが、互いから外れている）場合、サンプルには（ずれの距離に等しい）偏心が生じている。全振れの測定では一般に、縦軸が一致するように設計された２つの形状の周と周との間から最大距離と最小距離とが探し出され、それらの差の絶対値が計算される。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、成型部品の測定、特に円周振れまたは同心度の測定を行う方法およびシステムの改良を目的とする。
【０００６】
発明の第１の側面は、薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定する方法にある。この方法は、（ｉ）光源を撮像センサーと対向させるステップを含む。これにより、光源と撮像センサーとは、それらの間に光路が形成され、光源から放出された光が撮像センサーの少なくとも一部に照射されるように配置される。この方法は、（ｉｉ）光源の少なくとも１つと、対向する撮像センサーの少なくとも１つとの間に伸びている光路に位置するサンプル設置台の上に、部品のサンプルを設置するステップ、（ｉｉｉ）光源の少なくとも１つで部品のサンプルを照らすステップ、および（ｉｖ）撮像センサーの少なくとも１つで部品の画像を撮影するステップを含む。撮影された部品の画像は、好ましくは２次元画像である。
【０００７】
この方法は更に、（ｖ）撮影された画像の第１外縁点Ｐ１の位置を測定するステップ、（ｖｉ）部品のサンプルを撮像センサーと光源とに対し、所定の回転距離ｘだけ回転させるステップ、（ｖｉｉ）ステップ（ｖ）、（ｖｉ）を繰り返すことにより、部品のサンプルの回転角がｘ度ずつ互いに異なる、全部でｎ個（ｎ×ｘ≧３６０度）の画像を集めるステップ、および（ｖｉｉｉ）撮影された画像の間で少なくとも１つの外縁点Ｐ１の測定された位置を比較するステップを含む。
【０００８】
外縁点Ｐ１の間での位置の違いを測定することにより、部品について円周振れの程度を決定することができる。円周振れは、型の位置ずれ、および／または劣化を示しているだろう。したがって、この明細書で開示される方法を用いた測定は、型の状態を調べるのに使用されてもよい。型の状態を示すパラメーターの測定が改良されれば、型の部品に交換または位置の再調整の必要があることがわかり、部品の大量生産における品質管理が向上するであろう。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態では、撮像センサーで撮影された画像が、部品のサンプルの輪郭である。この輪郭は、部品のサンプルの背後に置かれた撮像センサーに光源の光が入射するのを、部品のサンプルが妨げることによって形成される。理解されるであろうように、「背後」という用語は光源を基準として使用されているので、部品と撮像センサーとの間を光路の方向に伸びている領域を意味する。
【００１０】
この方法は更に、ステップ（ｖｉｉｉ）に基づいて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および、部品のサンプルの全振れのうち１以上を測定するステップを有してもよい。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態では、この方法は更に、第１位置に部品の外縁点Ｐ１を定めるステップと、第２位置に部品の第２外縁点Ｐ２を定めるステップと、各画像においてＰ１、Ｐ２間の横方向の距離Ｄ１を測定するステップとを有してもよい。第１位置と第２位置とは縦方向において、互いに離れている。したがって、距離Ｄ１の違いは、第１位置における部品の断面と第２位置における部品の断面との間での同心度（すなわち位置ずれ）の測定に利用可能である。
【００１２】
撮影された画像の間隔ｘは、好ましくは１５度未満であり、更に好ましくは１０度未満であり、更に好ましくは５度未満であり、更に好ましくは約２度である。理解されるであろうように、撮影された画像の総数ｎ≧３６０／ｘ。たとえば、ｘ＝２度の場合、ｎ≧１８０であり、ｘ＝５度の場合、ｎ≧７２であり、ｘ＝１０度の場合、ｎ≧３６である。
【００１３】
好ましくは、光源の光はコリメートされている。これにより、撮像センサーに投影された輪郭の解像度が向上し、その輪郭の外縁が制御装置によって、より正確に決定されるであろう。
【００１４】
好ましくは、この方法は更に、たとえばロボットアームにより、組み立てラインまたは製造ラインから部品のサンプルを自動的に抽出して、そのサンプルをサンプル設置台の上に自動的に載せるステップを有する。このような方法により、型の性能を監視する目的で画像を用いて円周振れを監視することを、自動化することができる。
【００１５】
必要に応じてこの方法は、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの円周振れ、および部品のサンプルの全振れを代表する測定値を１以上選択するステップと、選択された測定値を所定の閾値と比較して、型の一部を修理し、または交換すべきか判断するステップとを有してもよい。
【００１６】
少なくともいくつかの実施形態では、この方法は次のステップを更に有してもよい。部品の第１サンプルについて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第１測定値を選択するステップ。部品の第１サンプルに関係する型を特定するステップ。部品の第１サンプルと型が同じであることが特定された部品の第２サンプルについて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第２測定値を選択するステップ。第１測定値を第２測定値と比較するステップ。必要に応じ、第１測定値と第２測定値との比較に基づいて型の劣化を特定するステップ。
【００１７】
発明の第２の側面は、薬を投与し、または貯蔵する装置の部品を測定するシステムにある。このシステムは次のものを含む。部品のサンプルを第１方向から照らす光源。この光源に対向する位置にあって、部品の２次元画像を撮影する撮像センサー。撮像センサーと光源との間に位置している、撮像センサーと光源との間に部品を設置するためのサンプル設置台。サンプル設置台を撮像センサーと光源とに対して回転させるモーター。（ｉ）部品のサンプルの第１画像の撮影を制御し、（ｉｉ）撮影された画像の第１外縁点Ｐ１の位置を測定し、（ｉｉｉ）部品のサンプルを撮像センサーと光源とに対し、所定の回転距離ｘだけ回転させ、（ｉｖ）ステップ（ｉ）、（ｉｉ）を繰り返すことにより、部品のサンプルの回転角がｘ度ずつ互いに異なる、全部でｎ個（ｎ×ｘ≧３６０度）の画像を集め、（ｖ）撮影された画像の間で少なくとも１つの外縁点Ｐ１の測定された位置を比較するように構成されている制御装置。
【００１８】
光源はＬＥＤ光源であってもよい。光源の光はコリメートされていてもよい。このシステムは更に、光源の光をコリメートするコリメーターを含んでいてもよい。コリメーターは、光源の光または放射線から平行ビームを生み出すように構成されている。
【００１９】
制御装置は、ステップ（ｖ）に基づいて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および部品のサンプルの全振れのうち１以上を測定してもよい。
【００２０】
制御装置は更に、第１位置に部品の外縁点Ｐ１を定め、第２位置に部品の第２外縁点Ｐ２を定め、各画像においてＰ１、Ｐ２間の横方向の距離Ｄ１を測定してもよい。第１位置と第２位置とは縦方向において、互いに離れていてもよい。
【００２１】
サンプル設置台は、回転軸のまわりで回転するように構成されていてもよく、回転軸に揃うように部品のサンプルを配置するための位置決め機構を更に含んでいてもよい。
【００２２】
サンプル設置台は、ピストンまたは栓を支持する柱を含んでいてもよい。その柱は、必要に応じ、ピストンまたは栓の一部を収容する、窪み等の収容部を含んでいてもよい。
【００２３】
サンプル設置台は、部品を載せるための架台を複数、交換可能に収容するドックを含んでいてもよい。この機構により、サンプル設置台の位置を再設定することなく、複数の異なる部品を正確に設置し、位置決めすることができる。
【００２４】
制御装置は更に、部品の２つの部分の間で、たとえば、第１位置Ｐ１における部品の断面と第２位置における部品の断面との間で、同心度を測定してもよい。システムはまた、測定された円周振れ、全振れ、同心度、および／または円筒度を所定の閾値と比較し、測定値と閾値との比較に基づいて、型の１以上の部分を交換すべきか判断してもよい。測定値と閾値との比較は、型の修理または交換の判断に利用されてもよい。たとえば、制御装置は、測定値が閾値を超えた場合に、型の一部を交換すべき時期を決定してもよい。制御装置は更に、型が閾値を超える時期を予測し、予測された値に基づいて型の一部の残り寿命を予測してもよい。制御装置は更に、部品の第１サンプルについて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第１測定値を選択し、部品の第１サンプルに関係する型を特定し、部品の第１サンプルと型が同じであることが特定された部品の第２サンプルについて、部品のサンプルの同心度、部品のサンプルの円筒度、部品のサンプルの断面の円周振れ、および部品のサンプルの全振れのうち、少なくとも１つを代表する第２測定値を選択し、第１測定値を第２測定値と比較し、必要に応じ、第１測定値と第２測定値との比較に基づいて、型の劣化を特定してもよい。
【００２５】
上記のようにシステムが設計されることにより、型の状態（たとえば、位置ずれ、および／または劣化）を示す成型部品のパラメーターを測定することができる。本発明によるシステムおよび方法はまた、周知のシステムよりも信頼性と正確性とが高く、操作者の間での変動に対しても、測定システムおよび方法に固有の変動に対しても、感度が低い。
【００２６】
これらの利点、および更なる利点は、以下の開示内容を考慮すれば、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の実施形態を、以下の図面に示されているような実施形態の多数の非限定的な例を参照しながら説明する。
【００２８】
【図１】薬を投与し、または貯蔵するシステムの部品を、第１実施形態に従って測定するシステムを示す。
【図２Ａ】図１のシステムによって撮影された画像を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの拡大図である。そこには、発明の実施形態に従って測定された寸法の例が示されている。
【図３】第１部品の測定に使用された先行技術による測定システムのゲージＲ＆Ｒ分析を示す。
【図４】図３に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものを示す。
【図５】第１部品の測定に使用された発明による測定システムのゲージＲ＆Ｒ分析を示す。
【図６】図５に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものを示す。
【図７】第２部品の測定に使用された先行技術による測定システムのゲージＲ＆Ｒ分析を示す。
【図８】図７に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものを示す。
【図９】第２部品の測定に使用された発明による測定システムのゲージＲ＆Ｒ分析を示す。
【図１０】図９に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
発明の実施形態を、発明が実施されている多くのシステムおよび方法の例に挙げて説明する。添付の図面に示されると共に、以下に説明される装置と方法とが発明の非限定的な実施形態の例であり、説明された実施形態に、発明の範囲を逸脱することなく修正を加えることができることは、当業者には理解されるであろう。実施形態の１つの例に関連して図示され、または説明される特徴は他の実施形態の特徴と組み合わされてもよい。また、以下に説明される特徴および／またはステップは、構造的に同様な、および／または機能的に等価な手段またはステップに置き換えられてもよい。そのような修正および変更は、本発明の範囲内に含まれる。
【００３０】
さらに、以下の説明に使用される相対的な用語が便宜上の理由でのみ使用され、発明の範囲の限定を意図していないことは、当業者には理解されるであろう。たとえば、「下側」、「上側」、「上部」、「底部」等の用語は、参照される図面内での方向を示すものである。これらの用語は、以下に説明される装置の方向を限定することを意図するものではない。「有する」、「含む」という用語の使用は、構成要素またはステップのリストが非限定的であることを意味し、発明による装置または方法が、請求の範囲または明細書には列挙されなかった追加の特徴またはステップを含んでもよい。
【００３１】
図１を参照すると、部品のサンプルの同心度および／または円周振れを測定するためのシステム１００は一般に、少なくとも１つの光源１０２、撮像センサー１０４、サンプル設置システム１０６、および、システムの動作を制御する１台以上の制御装置１０８（たとえば、プロセッサー、ＣＰＵ、マイクロコントローラー、またはＡＳＩＣ）を有する。サンプル設置システム１０６には台が設けられており、その上では部品のサンプル１０を撮像センサー１０４と光源１０２との間に設置することができる。台１０６の上に取り付けられた部品のサンプル１０は、システムの動作中、１以上の光源１０２によって照らされる。部品のサンプル１０は（互いに対向している）光源１０２と撮像センサー１０４との間に設置されているので、撮像センサー１０４には部品のサンプル１０の輪郭が投影される。これにより、撮像センサー１０４は部品のサンプル１０の輪郭の画像を撮影する。
【００３２】
システム１００は、サンプル１０を光源１０２と撮像センサー１０４とに対して回転させて、部品のサンプル１０の異なる外観が光源１０２から見えるように構成されている。好ましくは部品のサンプル１０の回転が、光源１０２と撮像センサー１０４とを基準として定義される。したがって、サンプル設置台１０６は回転軸のまわりを回転して、部品のサンプル１０の異なる外観が光源１０２と撮像センサー１０４とから見えるように構成されている。それに代えて、またはそれに加えて、光源１０２と撮像センサー１０４とが、静止したサンプル設置システム１０６のまわりを回転するように構成されていてもよい。
【００３３】
システム１００は更に、表示モニター１１０を１台以上含んでいてもよい。表示モニター１１０には、データ、もしくは撮影された画像等、または、ユーザーインターフェース（たとえば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、制御パネル、制御パッド）等が表示される。しかし、表示装置は省略されても構わない。
【００３４】
図２Ａは、撮像センサー１０４によって撮影された画像の例を示す。図２Ａは、撮像センサー１０４によって撮影された、部品のサンプル１０の輪郭１０ａとサンプル設置台１０６の輪郭１０６ａとを示す。図２Ａに示されているように、光源１０２からの光は、領域２００において、撮像センサー１０４に照射される。ただし、光源からの光が部品のサンプル１０とサンプル設置台１０６とで遮られる領域は除く。図２Ａは、スクリーン１１０に表示された撮影画像を示す。しかし、当業者には、以下に説明される方法および装置が制御装置により、スクリーンに撮影画像を表示することなく実行される方が望ましいであろう。
【００３５】
システム１００は、部品のサンプル１０の各回転位置において、そのサンプル１０に関する寸法を１箇所以上で測定する。たとえば、システム１００は、第１画像を撮影して、第２画像を撮影する前にサンプル設置台１０６を第１所定距離だけ回転させる。この動作は、全方位で部品が測定されるように部品の画像が撮影され、または検出されるまで繰り返される。１つの例では、画像が２度間隔で撮影されてもよい。その結果、全部で１８０個の画像が撮影される。画像はまた、異なる間隔で撮影されてもよい。たとえば、画像が５度以下、または１０度以下の間隔で撮影されてもよい。
【００３６】
システム１００は更に、撮影され、または検出された画像に基づいて部品のサンプル１０の測定を行う。好ましくは画像が保存され、保存された画像に対して測定が行われる。または、撮影された画像が保存されることなく測定が行われ、その結果が保存されてもよい。本願の明細書では、「撮影された」という用語は、撮像センサー１０４によって検出された画像に対しても、それらが関連するメモリーまたは記憶装置に保存されるか否かにかかわらず使用される。
【００３７】
図２Ｂ（図２Ａの示す輪郭の拡大図を示す。）を参照しながら以下に説明するように、上記のシステムでは様々な測定が行われてもよく、これらの測定に基づいて、部品のサンプル１０に関する異なるパラメータが測定されてもよい。
【００３８】
第１実施形態では、システム１００が部品のサンプル１０の円周振れを、次のようにして測定可能である。システム１００は、縦方向において固定された第１位置にある部品のサンプル１０の外縁点のうち、１点Ｐ１の位置を測定する。第１位置は、たとえば、サンプル設置台１０６の上面から縦方向に、ある一定距離だけ離れた位置、または、撮像センサー上の所定の基準軸Ｘから縦方向に、ある一定距離だけ離れた位置である。なお、この実施形態において縦方向とは、図２Ａ、図２Ｂに示されているＹ軸である。部品の端は、図２Ａ、図２Ｂに示されているように、撮像センサーによって撮影された輪郭の端として定義される。
【００３９】
完全な円形の部品が縦軸Ｙのまわりに回転する場合、その部品が３６０度回転する間、点Ｐ１の位置はＹ軸に対して動かない。しかし、断面が円形でない部品のサンプル１０の場合、そのサンプルの回転と共に、縦軸Ｙに対する点Ｐ１の位置が変わる。部品のサンプル１０が回転する際に測定された点Ｐ１の位置は、第１位置における部品のサンプルの円周振れの程度を測定するのに利用可能である。
【００４０】
システムは更に、第２点Ｐ２の位置を測定する。第２点Ｐ２は、縦方向において固定された第２位置にある部品のサンプルの外縁点として定義される。第２位置は、たとえば、サンプル設置台１０６の上面または所定軸Ｘから縦方向に、ある一定距離だけ離れた位置である。第２点Ｐ２の位置を測定することにより、部品のサンプル１０の第２位置における円周振れを測定することができる。それに加えて、またはそれに代えて、部品のサンプル１０の２つの断面の同心度を測定することもできる。たとえば、図２Ｂに示されているように、第１点Ｐ１と第２点Ｐ２との間では横方向（Ｘ軸方向）の第１距離Ｄ１が測定可能である。部品のサンプル１０が完全に同心の円形断面を含む場合、部品のサンプル１０が回転する間、距離Ｄ１は一定のままである。しかし、部品のサンプルの回転に伴う距離Ｄ１の変動は、その部品のサンプルの円周振れとその断面の離心率とのいずれか、および／または、それらの両方を示す。好ましくは、円周振れの程度、離心率等について更に詳細な情報が得られるように、更なる点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、…Ｐｎについても測定が行われる。
【００４１】
実施形態の中には、部品のサンプル１０の回転軸をサンプル設置台１０６の回転軸に揃えることが可能なものがある。これらの回転軸はＹ軸に揃えられていてもよい。これらの実施形態では、撮影された画像における点Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎの絶対位置が、円周振れ、同心度等の測定に利用可能である。これらの実施形態では、好ましくは、サンプル設置台１０６が１以上の位置決め機構を含み、部品のサンプル１０をサンプル設置台１０６の回転軸に揃えることができる。
【００４２】
更なる実施形態ではシステム１００が、サンプル設置台の回転軸に対する部品のサンプル１０の位置ずれを測定して修正することができる。部品のサンプルの位置ずれを測定して修正するように構成されたシステムの一例としては、日本の大阪にある株式会社キーエンスが提供するＴＭ−３０００シリーズ２次元光学式マイクロメーターが挙げられる。
【００４３】
図１を再び参照するに、少なくとも１つの実施形態では、光源１０２が発光ダイオード（ＬＥＤ）を１個以上含む。それらからの光はコリメートされ、部品のサンプル１０に向かって放出される。コリメーター１０３は光源１０２とサンプル設置システム１０６の設置面との間に設置されてもよい。
【００４４】
撮像センサー１０４は、好ましくは、ＣＭＯＳ撮像センサーを１個以上含む。それらは光源１０２と直に対向する部品のサンプルの背後に設置されている。好ましくは、光源１０２と撮像センサー１０４との間の光路が、のぞき窓の位置を決める。好ましい実施形態では、光源１０２と撮像センサー１０４とが、株式会社キーエンス製のＴＭ−３０００シリーズ２次元光学マイクロメーターの一部である。このマイクロメーターはまた、撮像センサーによって撮影された画像から得られた寸法データを測定して保存するための制御装置も含む。
【００４５】
サンプル設置システム１０６は、好ましくは、光源１０２と撮像センサー１０４とに対して回転可能な台である。この台は、好ましくは、平坦部または設置面を含む。この平坦部または設置面は、その上に載せられた部品のサンプル１０がのぞき窓の中に現れるように、光路と交差している。この台の平坦部には、たとえば栓が載せられてもよい。ピストンが載せられる場合、そのピストンがのぞき窓の中に支持され、その中で動くように、柱状の治具が使用されてもよい。台と柱状の治具とは互いに接続可能であってもよく、（動力用ステッピングモーター等の）モーター、または、回転を生み出すためのその他の装置に、交換可能に接続されてもよい。好ましくは、モーターの動作が、デバイスコントローラー１０８の１台以上で実行されるソフトウェアによって駆動され、または制御される。その更なる詳細については後述する。サンプル設置台１０６は、異なる部品を支持するように構成された異なる設置台１０６と交換可能であるように、システム１００に取り外し可能に取り付けられていてもよい。これにより、異なる部品に対しては、それを支持するのに適した異なる設置台１０６を使用することができる。
【００４６】
サンプル設置システム１０６は、好ましくは、部品のサンプル１０が撮像センサーののぞき窓の中で中央に位置するように設置されている。しかし、中央からの位置ずれを修正するのに、画像測定分析におけるソフトウェアでの調整が利用されてもよい。このようにすることで、撮像センサーが部品のサンプルの輪郭を撮影し、その輪郭から寸法の測定値が得られる。好ましくは、測定値の精度はミクロン単位である。ただし、必要に応じて、その他の許容範囲が使用されてもよい。
【００４７】
システムの操作においてユーザーは、ユーザーインターフェースを用いて、測定用サンプルの特定の位置を選択してもよい（たとえば、図２Ｂ参照）。たとえば、ユーザーは栓の２つの部分について、それぞれの外縁を選択し、それら２つの部分Ｐ１、Ｐ２の間で部品のサンプルの全振れを測定してもよい。
【００４８】
図２Ａ、図２Ｂに示されている実施形態では部品１０が、第１直径の第１部分と第２直径の第２部分とを含む栓である。しかし、この明細書に記載されたシステムと方法とは、直径が一定の部品、または直径が３種類以上に異なる部品の測定に適していることが好ましい。また、直径が変化する部品の測定に対しても本発明が実施されてもよい。直径の変化は、滑らかな勾配を持つものであっても、段状であっても、それらの組み合わせであってもよい。
【００４９】
システム１００は部品のサンプルを、撮像センサーに対して３６０度回転させる。そのサンプルが回転する間に撮像センサーは、複数の画像を離散的に撮影する。
【００５０】
ユーザーはまた、サンプル設置システム１０６の回転速度を選択して、撮像センサー１０４によって取得されるべき画像の個数を決めてもよい。好ましい実施形態では、部品のサンプル１０が２度回転する度に、その画像を撮像センサー１０４が撮影するように、同期が取られている。これにより、１８０個の別々な画像が得られる。ただし、発明によるシステムおよび方法は、発明の範囲を逸脱することなく、２度よりも小さい間隔で、または２度よりも大きい間隔で画像を撮影するように修正可能である。このシステムはまた、３６０度を超える範囲で画像を撮影してもよい。これにより、最初に撮影された部品の画像と、最後に撮影された部品の画像との間に、角度が重複するものが現れる。角度が重複した画像を比較することにより、部品のサンプルが初期位置から移動していないことを確かめることができる。
【００５１】
システム１００は、停止して撮影を行うモードで動作しても（すなわち、サンプル設置システム１０６が回転を止める度に画像の撮影が可能になっても）、サンプル設置システムが回転している間に各画像が撮影されるように動作してもよい。さらに、好ましくは、部品のサンプル１０の回転と画像の撮影とのすべてが約８秒間に行われる。ただし、特定の測定の必要性、または装置の能力等に応じて、他の間隔と速度とが使用されてもよい。
【００５２】
撮影された画像の中から選択された複数の寸法は、たとえば、撮像センサー１０４または制御装置１０８によって同時に、または順番に測定される。これらの測定値には、のぞき窓内での点Ｐ１の位置と、部品のサンプル１０の直径を挟んで対向するその外縁の間で測定された横方向（Ｘ軸方向）の距離Ｄ０とが含まれる。複数の外縁点Ｐ１、Ｐ２等が測定され、それらの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３等の間での横方向の距離（たとえばＤ１）が測定されてもよい（たとえば、図２ＢのＤ１参照）。
【００５３】
部品のサンプル１０が回転する間、点Ｐ１、Ｐ２等の位置の変動、すなわち２点間の横方向の距離（たとえば、図２Ｂが示す、Ｐ１、Ｐ２間の距離Ｄ１）の変動が測定可能である。
【００５４】
上記のシステムを使って得られた測定値が、その後、制御装置１０８のうちの１台によって更に処理されることにより、同心度または全振れ等、部品のサンプルの更なる特性を測定することができる。たとえば、実施形態の１つでは、ＴＭ−３０００が各撮影画像から測定されたデータをエクセルファイルへ出力する。そのデータには、全振れを計算するためのマクロ命令が含まれる。部品番号を含むレポートが生成され、保存されてもよい。
【００５５】
この明細書に記載された方法およびシステムはまた、製造ラインまたは組み立てラインにおける品質管理にも利用されてもよい。たとえば、本発明は、成型部品の円周振れを測定して監視することにより、型の劣化または位置ずれを間接的に監視するのに利用されてもよい。
【００５６】
この明細書に記載されたシステムおよび方法は、製造ラインまたは組み立てラインから部品のサンプル１０を自動的に抽出して測定し、上記の測定を１以上行ってもよい。このシステムは、たとえば、測定の際に、部品のサンプルをサンプル設置台の上に載せたり、その上から抽出したりするロボットアームを含んでいてもよい。制御装置は、部品番号、バッチ番号、または、部品の成型に使用された型を識別するための型の識別子を識別してもよい。
【００５７】
制御装置１０８、または関連するプロセッサーは、部品の測定された寸法が所定の閾値を超えた場合、警報を出してもよい。たとえば、システム１００は部品のサンプル１０を抽出し、その同心度、および／または円周振れ（全振れ）を測定してもよい。その部品が型のバッチ番号と関連付けられている場合、警報が、取られるべき是正措置を通知し、または、是正措置が取られるべき時期を予告してもよい。
【００５８】
制御装置１０８は更に、部品のサンプルの同心度、および／または全振れを測定し、測定値を所定の閾値と比較し、および／または、測定値を関連するメモリーに保存してもよい。所定数の連続した測定値（たとえば、１以上、２以上、または３以上の連続した測定値）が閾値を超えた場合、システムが、型の交換を促す警報を出してもよい。実施形態の中には、１台以上の制御装置１０８、またはそれに接続されたシステムが型の部品の劣化を監視し、寿命を予測し、交換を防ぐものがあってもよい。この明細書に記載されたシステムと方法とを組み合わせることにより、型の交換作業が自動化されてもよい。
【００５９】
本発明の実施形態による装置は、部品のサンプルの輪郭全体を更に高い解像度で撮影する能力を備え、測定における一貫性を更に向上させることができ、評価を更に迅速にすることができる。また、同心度または全振れを、輪郭の中から観測可能な他の寸法属性（たとえば、直径、全高、奥行き）と同時に測定することができる。それ故、本発明の実施形態による装置は、複数の測定システムに代えて、使用することができる。
【００６０】
この明細書に記載されたシステムおよび方法は、部品の測定を更に高い正確性で、許容可能な時間内に行うことに加え、測定システムで行われる複数の測定において、操作者に起因する誤差、および／または変動の範囲を低減させることができる。したがって、本発明は、測定システムの信頼性と正確性とを、周知のシステムおよび方法よりも向上させることができる。
【００６１】
図１に示されている上記のシステム１００の反復性および再現性を周知の測定システムと、多数のゲージＲ＆Ｒ分析を使って比較した。それについて、以下の例を参照しながら説明する。
【００６２】
ゲージＲ＆Ｒ分析（たとえば、変動のゲージ解析（ＡＮＯＶＡ）、測定システムの評価に利用されるランダム効果モデル）は、発明の属する技術分野において周知であり、この分析では、測定システム自体によって測定値に誘導される変動の大きさが測定される。その誘導される変動が、観測される全変動と比較されることにより、測定システムの利用可能性が判断される。この分析では、異なる部品から得られる複数の測定値間での変動と、異なる操作者（適用される測定器具）によって得られる複数の測定値間での変動とが観測されることにより、測定システムに固有の変動が定量化される。この分析の目的は、測定方法の反復性（測定装置に起因する結果の変動、すなわち、同じ操作者が同じ部品を同じ装置で繰り返し測定するときに観測される変動）、および、測定方法の再現性（測定システムの使用に起因する変動、すなわち、異なる操作者が同じ部品を同じ装置で測定するときに観測される変動）を決定することにある。
【００６３】
以下、更に詳細に説明するように、図３−１０は、異なる測定システムを使った異なる栓の測定に対するゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。各分析では複数の部品（番号１、２、３、…ｎ等が割り振られている。）と複数の操作者（Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３で特定される。）とが選択された。各操作者は各部品を、ランダムな順序で３回ずつ測定した。それらの結果は図３−１０に示されている。ゲージＲ＆Ｒ分析は、発明の属する技術分野では周知であるので、図３−１０に示されている結果は当業者には理解されるであろう。以下の説明は、図３−１０に示されている結果をまとめたものである。
【００６４】
図３は、周知のレーザーマイクロメーター測定システム（以下、検査方法Ａと呼ぶ。）を使って１３ｍｍの栓に対して行ったゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。図４は、図３に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものである。
【００６５】
図５は、本発明の実施形態による測定システムおよび方法（以下、検査方法Ｂと呼ぶ。）を使って１３ｍｍの栓に対して行ったゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。図６は、図５に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものである。
【００６６】
図７は、検査方法Ａを使って２０ｍｍの栓に対して行ったゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。図８は、図７に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものである。
【００６７】
図９は、検査方法Ｂを使って（すなわち、本発明に従って）２０ｍｍの栓に対して行ったゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。図１０は、図９に示されているゲージＲ＆Ｒ分析の結果を表にまとめたものである。
【００６８】
図３、５、７、および９はそれぞれ、図（ａ）−（ｃ）を含む。
【００６９】
図３（ａ）、５（ａ）、７（ａ）、および９（ａ）はそれぞれ、異なる検査、および／または異なるサンプルに対する変動成分を示す。反復性、再現性、部品間での変動、およびゲージＲ＆Ｒの全変動は、ｘ軸に沿ってグループ分けされている。全変動に対する各変動の％寄与度、％基準変動、および％許容差は、各カテゴリーのｙ軸に沿って示されている。
【００７０】
図３（ｂ）、５（ｂ）、７（ｂ）、および９（ｂ）は、操作者によるＲ管理図を示す。この図からは、部品を測定する操作者ごとの一貫性を見ることができる。
【００７１】
図３（ｃ）、５（ｃ）、７（ｃ）、および９（ｃ）は、操作者によるＸｂａｒ管理図を示す。この図からは、反復性に対して部品間での変動が評価される。
【００７２】
図３（ｄ）、５（ｄ）、７（ｄ）、および９（ｄ）は、各部品についてＴＩＲ（「全振れ量」または「全移動量」）を示す。
【００７３】
図３（ｅ）、５（ｅ）、７（ｅ）、および９（ｅ）は、操作者ごとにＴＩＲを示す。
【００７４】
図３（ｆ）、５（ｆ）、７（ｆ）、および９（ｆ）は、部品と操作者との間の相互作用を示す。これは、各操作者によって得られた測定値の変動と、特定の部品から得られた測定値の変動との間での相互作用を表す。
【００７５】
図３、４に示されているように、周知のレーザーマイクロメーターを用いた上記の測定方法に従って測定された１３ｍｍの栓に対する全ゲージＲ＆Ｒは、３２．６５％である。全変動に対する部品間での変動の寄与度は、６７．３５％である。したがって、図４に示されている値によれば、測定システムに固有の変動は、測定された部品間での全変動と比べて有意である。この結果は、操作者間での再現性を含め、工程による変動成分が大きいことを示す。
【００７６】
図５、６は、寸法が１３ｍｍの栓について本発明の実施形態を上記のように利用したゲージＲ＆Ｒ分析の結果を示す。変動に対する設備の寄与と、操作者に関連する寄与とが大きく減少したことがわかる。図６に示されているように、測定値間の変動に対する測定システムの寄与度は、３．１４％である。これに対し、部品間での変動の寄与度は、９６．８６％である。
【００７７】
図７、８に示されているように、周知のレーザーマイクロメーターを用いた方法に従って測定された２０ｍｍの栓に対するゲージＲ＆Ｒ分析の結果では、Ｒ＆Ｒの寄与度が７１．３７％であり、部品間での変動の寄与度が２８．６３％であった。この結果は、操作者間での再現性を含め、工程による変動成分が大きいことを示す。
【００７８】
図９、１０に示されているように、本発明に従って測定された２０ｍｍの栓に対するゲージＲ＆Ｒ分析の結果では、変動に対するＲ＆Ｒの寄与度が５．９０％であり、部品間での変動の寄与度が９４．１０％である。したがって、先行技術と比べると、本発明によるシステムおよび方法では、変動に対する設備の寄与と、操作者に関連する寄与とが大きく減少したことがわかる。
【００７９】
本発明の実施形態は、製造ラインにおいて複数の応用に利用されてもよい。一例としては、その装置が、栓またはプランジャーの形成に使用される型の品質検査に利用可能である。その型によって形成されるサンプルが測定されることにより、その型から、所望の寸法と適切な特性とを持つ栓またはプランジャーが、正確に生産されていることが確認されてもよい。別の例ではその装置が、生産ラインの終端において、欠陥の検出に利用可能である。これらの応用では、好ましくは、複数台の装置が利用される。これにより、複数のサンプルが評価され、および／または、複数の画角の撮影が同時に行われて検査が迅速化される。たとえば、サンプルの複数の側面の撮影を可能にするミラーシステムが含まれるように、実施形態を変化させることも可能である。
【００８０】
これらの実施形態では、部品のサンプルの画像を全方位から撮影するために、サンプル設置システム１０６が３６０度回転する必要はない。更に別の実施形態では、部品のサンプルの画像を全方位から撮影するのに、複数の撮像センサーと複数の光源とが利用されてもよい。部品のサンプルを３６０度回転させることなく、その全方位の画像を撮影する目的で、鏡、センサー、および撮像センサーが追加されてもよいことは、当業者には歓迎されるであろう。
【００８１】
たとえば、システム１００は撮像センサー１０４を３台備えていてもよい。これらは、サンプル設置システム１０６の周囲に等間隔（１２０度間隔）で配置されている。システム１００は更に、光源１０２を３台備えていてもよい。これらは、３台の撮像センサー１０４のそれぞれと、サンプル設置システム１０６の直径を挟んで対向している。
【００８２】
上記の操作は、単一の制御装置によって行われても、複数の制御装置の間で分散されてもよい。
【００８３】
発明の上記の実施形態が含む発明の広い概念から逸脱することなく、それらの実施形態に変更を加えることができるであろうことは、当業者には歓迎されるであろう。それ故、この発明が、開示された特定の実施形態には限定されず、ここでの開示内容によって定義される本発明の精神および範囲内で行われる修正をも含むことを意図していることは、理解されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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