(57)【要約】【課題】検査体において設計形状との誤差が公差から外れている箇所を検査体上で容易に特定できる物品の形状検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＸＹ平面に設置されたベースと、ベース上に設置された検査体の寸法を計測するセンサユニット３ａ，３ｂと、検査体において、センサユニット３ａ，３ｂによって計測された検査体の形状実測値と予め設定されている設計値との誤差が公差を外れている箇所を特定する処理装置１０と、処理装置１０によって誤差が公差を外れていると判定された箇所にマーキングを行う印字ノズルとを具備する物品の形状検査装置を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹ平面に設置されたベースと、
前記ベース上に設置された検査体の寸法を計測する計測手段と、
前記検査体において、前記計測手段によって計測された前記検査体の形状実測値と予め設定されている設計値との誤差が公差を外れている箇所を特定する処理手段と、
前記処理手段によって前記誤差が公差を外れていると判定された箇所にマーキングを行うマーキング手段と
を具備する物品の形状検査装置。
【請求項２】
前記計測手段は、検査体のＸＹ断面形状の寸法を測定するセンサユニットと、該センサユニットをＺ軸方向に移動させる移動機構とを有しており、
前記マーキング手段は、前記センサユニットに設けられている請求項１に記載の物品の形状検査装置。
【請求項３】
前記センサユニットは、前記検査体の設計形状におけるＸＹ断面形状を膨らませたプロファイルに沿って配置された複数のセンサを有し、
前記マーキング手段は、前記センサのそれぞれに対応して設けられ、対応するセンサの計測位置にマーキングするように前記センサユニットに取り付けられている請求項２に記載の物品の形状検査装置。
【請求項４】
前記センサは、前記検査体に向けて光を射出し、その反射光を受光して、前記検査体表面までの距離を計測するセンサである請求項３に記載の物品の形状検査装置。
【請求項５】
前記センサは、マイクロスイッチや近接スイッチなどのように、前記検査体との距離が所定の距離に達したときにオン状態となるセンサである請求項３に記載の物品の形状検査装置。
【請求項６】
前記処理手段は、前記センサの作動開始から所定の時間内にオンしなかったセンサがあった場合に、そのセンサの計測位置において、実測値と設計値との誤差が公差を外れていると判定する請求項５に記載の物品の形状検査装置。
【請求項７】
前記センサユニットは、前記検査体の断面形状を膨らませたプロファイルを直線近似可能な範囲で分割し、分割した直線をつなぎ合わせることで一のＸＹ平面内において前記検査体の表面を取り囲む一本のレールを形成し、該レール上をセンサが移動することにより前記検査体の断面形状を非接触で計測する構成とされており、
前記マーキング手段は前記センサに一体化されて取り付けられている請求項２に記載の物品の形状検査装置。
【請求項８】
前記検査体における一のＸＹ断面形状の計測からマーキングが終了するまで、前記センサユニットのＺ軸位置は固定されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の物品の形状検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査体の形状を測定し、実測値と設計値との誤差が公差内であるか否かを判定する物品の形状検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物品の寸法を測定する装置として、特許文献１に開示される装置が知られている。特許文献１には、互いに間隔をあけ、平行に配列された複数の探触ピンおよびこれら探触ピンを少なくとも先端側が突出した状態で長手方向摺動可能に支持する支持体を具備した一対の片側検査体と、これら片側検査体を前記各探触ピンの先端を対向させた状態で互いに離間させて支持するとともに、各片側検査体を接触離間させうる検査体開閉機構と、前記各片側検査体の対向し合う各探触ピンの間に、検査すべき箇所を位置決めして物品を固定する物品固定手段とを具備した物品の寸法検査装置が開示されている。また、特許文献１では、寸法検査装置の出力をコンピュータに取り込み、コンピュータ上で検査体の断面形状を推定し、この断面形状と予めコンピュータに入力されている物品の設計形状との誤差を計算し、この誤差が公差内であるか否かを判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−８３１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような従来の物品の寸法検査装置では、コンピュータ上で検査体の断面形状と設計形状とを比較して、その差分が公差内か否かを判定し、その結果をディスプレイ上または印刷することにより、ユーザに提示している。
したがって、表示等された結果と照合しながら、実際の物品において公差を外れている箇所を再度特定しなければならず、該当箇所の特定に相当な労力と時間とを要していた。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検査体において設計形状との誤差が公差から外れている箇所を検査体上で容易に特定できる物品の形状検査装置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に、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ＸＹ平面に設置されたベースと、前記ベース上に設置された検査体の寸法を計測する計測手段と、前記検査体において、前記計測手段によって計測された前記検査体の形状実測値と予め設定されている設計値との誤差が公差を外れている箇所を特定する処理手段と、前記処理手段によって前記誤差が公差を外れていると判定された箇所にマーキングを行うマーキング手段とを具備する物品の形状検査装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、計測手段によって計測された物品形状の実測値と予め規定されている設計形状との誤差が公差内になかった箇所にマーキングが行われる。すなわち、本発明によれば、検査体において、設計値との誤差が公差内になかった箇所に直接マーキングがされるので、検査体において当該箇所を容易に把握することができ、形状の修正作業などの効率を向上させることができる。
【０００８】
上記物品の形状検査装置において、前記計測手段は、検査体のＸＹ断面形状の寸法を測定するセンサユニットと、該センサユニットをＺ軸方向に移動させる移動機構とを有しており、前記マーキング手段は、前記センサユニットに設けられていることとしてもよい。
【０００９】
このように、センサユニットにマーキング手段が設けられているので装置を小型化させることができるとともに、同期して移動させることができる。これにより、センサユニットとマーキング手段とをそれぞれ個別に作動させる場合に比べて作業性を高めることができる。
【００１０】
上記物品の形状検査装置において、前記センサユニットは、前記検査体の設計形状におけるＸＹ断面形状を膨らませたプロファイルに沿って配置された複数のセンサを有し、前記マーキング手段は、前記センサのそれぞれに対応して設けられ、対応するセンサの計測位置にマーキングするように前記センサユニットに取り付けられていることとしてもよい。
【００１１】
このように、検査体の設計形状のＸＹ断面形状を拡張させたプロファイルに沿って複数のセンサが配置されている、すなわち、一のＸＹ平面内で前記検査体の表面を取り囲むように複数のセンサが配置されているので、検査体のＸＹ断面形状の計測を効率的に行うことができる。更に、各センサに対応してマーキング手段が設けられ、対応するセンサの計測位置にマーキングを行うようになっているので、実測値と設計値との誤差が公差を外れていたセンサを特定することで、容易にマーキングを行うことができる。
【００１２】
上記物品の形状検査装置において、前記センサは、例えば、検査体に向けて光を射出し、その反射光を受光して、前記検査体表面までの距離を計測するセンサであってもよい。
【００１３】
このようなセンサは汎用性が高く比較的安価であるため、コスト低減に寄与する。
【００１４】
上記物品の形状検査装置において、前記センサは、マイクロスイッチや近接スイッチなどのように、前記検査体との距離が所定の距離に達したときにオン状態となるセンサであってもよい。
【００１５】
このようなセンサは汎用性が高く比較的安価であるため、コスト低減に寄与する。
【００１６】
上記物品の形状検査装置において、前記処理手段は、前記センサの作動開始から所定の時間内にオンしなかったセンサがあった場合に、そのセンサの計測位置において、実測値と設計値との誤差が公差を外れていると判定することとしてもよい。
また、センサが公差内でオンする距離範囲を時間帯に換算してテーブルを持たせておいて、距離範囲外の位置でオンしたセンサの位置を実測値と設計値との誤差が公差を外れていると判定することにしてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、ＸＹ形状の計測値と設計値とを照合させる必要がなく、非常に容易に該当箇所を検出することができる。
【００１８】
上記物品の形状検査装置において、前記センサユニットは、前記検査体の断面形状を膨らませたプロファイルを直線近似可能な範囲で分割し、分割した直線をつなぎ合わせることで一のＸＹ平面内において前記検査体の表面を取り囲む一本のレールを形成し、該レール上をセンサが移動することにより前記検査体の断面形状を非接触で計測する構成とされており、前記マーキング手段は前記センサに一体化されて取り付けられていることとしてもよい。
【００１９】
このような構成によれば、一つのセンサでＸＹ断面形状を計測することが可能となる。また、マーキング手段も該センサに対応する一つのマーキング手段で足りる。これにより、装置構成を簡易な構成にすることができる。また、上記センサのセンサ軸は、検査体の表面の法線方向と一致するように、前記レール上を移動させられることが好ましい。これにより、計測精度を向上させることができる。
【００２０】
上記物品の形状検査装置において、前記検査体における一のＸＹ断面形状の計測からマーキングが終了するまで、前記センサユニットのＺ軸位置は固定されていることが好ましい。
【００２１】
このように、ＸＹ断面形状の計測からマーキングが終了するまではＺ軸方向における位置が変わらないので、Ｚ軸方向における位置がずれることによるマーキングの精度低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、検査体において設計形状との誤差が公差から外れている箇所を容易に把握することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る物品の形状検査装置の概略構成を示した図である。
【図２】図１に示したセンサユニットについて説明するための図である。
【図３】図１に示したセンサユニットについて説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る物品の形状検査装置の概略構成を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る物品の形状検査装置の処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の物品の形状検査装置をタービン翼の形状検査に適用した場合の実施形態について説明する。なお、本発明の物品の形状検査装置は、タービン翼の形状検査に限定されず、さまざまな検査体の形状検査に広く適用されるものである。
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る物品の形状検査装置について、図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る形状検査装置の概略構成を示した図である。図１（ａ）に示すように、形状検査装置１は、ＸＹ平面に設置されたベース２を有している。ベース２上には、長手方向がＺ方向になるように、検査体であるタービン翼Ａが固定されている。タービン翼Ａの腹側と背側には、ベース２上に設置されたタービン翼ＡのＸＹ断面寸法を計測するためのセンサユニット（計測手段）３ａ，３ｂが配置されている。センサユニット３ａ，３ｂは、図２に示すように、タービン翼ＡのＸＹ断面形状の設計形状を膨張させたプロファイルＰに沿って配置された複数のセンサ４を有している。ここで、各センサ４は、センサ軸がプロファイルＰの翼面の法線と一致するようにそれぞれ取り付け角度が調整されている。
【００２６】
図１（ａ）および図２に示すように、本実施形態では、タービン翼Ａを腹側と背側の２つの領域に分割し、腹側に対応するセンサユニット３ａと背側に対応するセンサユニット３ｂとを用意し、これらを図１（ｂ）及び図２に示すようにタービン翼Ａを挟んで両側から結合させることにより、センサユニット３ａ，３ｂに配置された各センサ４が一のＸＹ平面内でタービン翼の外周（表面）を取り囲むようにし、タービン翼ＡのＸＹ断面形状の寸法を計測する。
また、図３に示すように、センサユニット３ａ，３ｂには、各センサ４に対応するように印字ノズル（マーキング手段）６が設置されている。各印字ノズル６は、それぞれ対応するセンサ４の計測位置にインクが噴射されるように取り付け角度が調整されている。また、印字ノズル６の後方には、インクタンク（図示略）が設けられており、このインクタンクからインクが供給されることにより、インクが噴射される。印字ノズル６の噴射タイミングなどの制御は、後述する処理装置１０（図４参照）によって行われる。
【００２７】
センサユニット３ａ，３ｂにおいて、各センサ４は、タービン翼表面に向けて光を射出し、その反射光を受光して、タービン翼表面までの距離を計測する変位センサであり、変位センサの出射端が上述のように、タービン翼の外周を取り囲むようにセンサユニット３ａ，３ｂにそれぞれ設置されている。また、変位センサの出射端には、各出射端に光を送り込むための光ファイバケーブル７ａ，７ｂが接続されている。
【００２８】
図４に示すように、光ファイバケーブル７ａ，７ｂは、それぞれに対応する光マルチプレクサ８ａ，８ｂに接続されており、この光マルチプレクサ８ａ，８ｂは処理装置１０に接続されている。処理装置１０は、光マルチプレクサ８ａ，８ｂの切り換えや、各光マルチプレクサ８ａ，８ｂのオンオフ走査を制御することにより、各センサユニット３ａ，３ｂにおける各出射端からの光の出射タイミングを制御する。例えば、処理装置１０は各光マルチプレクサ８ａ，８ｂにおいて、１〜Ｎチャネルまでを順次走査することで、各出射端から順番に光を出射させる。なお、このとき、光の干渉を考えて、各チャネルを走査することが好ましい。例えば、各センサユニット３ａ，３ｂにおいて、光の干渉が生ずる領域内で２つ以上の出射端から同時に光が出射されないように制御することが好ましい。
【００２９】
図１に戻り、センサユニット３ａ，３ｂは、これらをＺ軸方向に移動させるＺ軸ステージ（計測手段）９ａ，９ｂに支持されている。更に、Ｚ軸ステージ９ａは腹側直動ステージ５ａに、Ｚ軸ステージ９ｂは背側直動ステージ５ｂに支持されており、腹側直動ステージ５ａ及び背側直動ステージ５ｂがＸ軸方向に沿って互いに移動することで、Ｚ軸ステージ９ａ，９ｂにそれぞれ支持されたセンサユニット３ａ，３ｂが検査体であるタービン翼Ａをはさんで接近／離間させられる構成とされている。
【００３０】
図４に示すように、上記腹側直動ステージ５ａ、背側直動ステージ５ｂ、Ｚ軸ステージ９ａ，９ｂは、ステージコントローラドライバ１２に接続されている。ステージコントローラドライバ１２は処理装置１０に接続されている。ステージコントローラドライバ１２は、処理装置１０からの制御信号に基づいて各ステージを駆動する。これにより、処理装置１０からの指令に基づいて、腹側直動ステージ５ａ、背側直動ステージ５ｂがＸ軸方向に移動することによりセンサユニット３ａ，３ｂが結合／離間させられ、また、Ｚ軸ステージ９ａ，９ｂが所定の位置に移動させられて位置決めされることにより、センサユニット３ａ，３ｂによるタービン翼Ａの断面寸法の計測位置が固定される。
【００３１】
次に、このような構成を備える物品の形状検査装置１の作用について説明する。
まず、測定を開始する際には、処理装置１０がステージコントローラドライバ１１に対して、ユニットセンサ３ａ，３ｂを結合させるような指令を出力する。これにより、腹側直動ステージ５ａ、背側直動ステージ５ｂが互いに近づく方向に移動させられ、ユニットセンサ３ａ，３ｂが結合させられる（図１（ｂ）参照）。これにより、センサユニット３ａ，３ｂの各センサは、図２に示すように、検査体であるタービン翼Ａの表面を一のＸＹ平面で取り囲むように配置される。
【００３２】
この状態で、処理装置１０は、ステージコントローラドライバ１１に対して、Ｚ軸ステージをＺ＝１の位置に移動させる旨の指令を出力する。これにより、Ｚ軸ステージ８ａ，８ｂが同期してＺ軸方向に移動し、センサユニット３ａ，３ｂが結合された状態でＺ＝１の位置に移動させられる（図５のステップＳＡ１）。ここで、Ｚ＝１の位置は、タービン翼Ａの形状検査範囲におけるＺ軸の最も小さい位置を意味する。
【００３３】
続いて、処理装置１０は各センサ４を作動させ、形状計測を実施する（図５のステップＳＡ２）。具体的には、処理装置１０は、各光マルチプレクサのチャネルを順次走査する。これにより、各センサユニット３ａ．３ｂに配置された各出射端から光が出射され、その戻り光が順次受光されて、光マルチプレクサ８ａ，８ｂを介してコントローラ１１ａ，１１ｂに入力される。コントローラ１１ａ．１１ｂは、各出射端から光が出射されてから光を受光するまでの時間からタービン翼表面までの距離をセンサ４毎に計算し、この距離情報をセンサ情報４と対応付けて処理装置１０に出力する。
【００３４】
次に、処理装置１０は、入力された情報に基づいてタービン翼ＡのＺ＝１におけるＸＹ断面形状を作成する（図５のステップＳＡ３）。続いて、作成したＸＹ断面形状と予め登録されている設計形状とを比較し、誤差が公差を外れている箇所があるか判定する（図５のステップＳＡ４）。次に、誤差が公差を外れている箇所が存在した場合には（図５のステップＳＡ５において「ＹＥＳ」）、そのセンサに対応する印字ノズル６を作動させ、インクを噴射させる（図５のステップＳＡ６）。この場合において、各印字ノズル６は、それぞれ対応するセンサ４の計測位置にインクが噴射されるように調整されているので、公差を外れていると判定された測定位置にマーキングが行われることとなる。このように、検査体に対して直接マーキングが行われるので、公差から外れている箇所を容易に確認することができ、修正作業の効率を向上させることができる。
【００３５】
このようにして、Ｚ＝１の位置において、マーキングまで終了すると、Ｚ＝１の位置において取得したＸＹ断面形状の情報および判定結果を保存する（図５のステップＳＡ７）。次に、処理装置１０は、ステージコントローラドライバ１２に対して、Ｚ軸ステージ９ａ，９ｂをＺ＝１の位置から所定量移動させたＺ＝２の位置に移動させる旨の指令を出力する（図５のステップＳＡ１）。そして、Ｚ＝２の位置において上述の処理を実行させる。そして、Ｚ軸における検査範囲全域に対して上記処理が終了すると（図５のステップＳＡ８において「ＹＥＳ」）、処理装置１０はステージコントローラドライバ１２に対して、ユニットセンサ３ａ，３ｂを離間させるような指令を出力する。これにより、腹側直動ステージ５ａ、背側直動ステージ５ｂが互いに離間する方向に移動させられ、元の位置に戻り停止する。
【００３６】
以上説明してきたように、本実施形態に係る物品の形状検査装置１によれば、検査体であるタービン翼Ａの一のＸＹ平面上において、タービン翼の表面を取り囲むようにセンサ４を配置し、更にそのセンサ４の近傍に各センサ４に対応する印字ノズル６を設置し、設計形状との誤差が公差をはずれていると判定されたセンサ箇所においては、そのセンサ４に対応する印字ノズル６を作動させて、マーキングを行わせるので、検査体に対して直接マーキングを行うことができる。これにより、公差から外れている箇所を容易に確認することができ、修正作業の効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、センサ４として光を用いる変位センサを例示したが、これに限定されず、例えば、超音波式、渦電流式、接触式など種々の変位センサを採用することが可能である。
【００３８】
また、上記の変位センサに代えて、例えば、マイクロスイッチや近接スイッチなどのように、検査体であるタービン翼Ａとの距離が所定の距離に達したときにオン状態となるセンサを用いることとしてもよい。ここで、近接スイッチを採用した場合には、光などの干渉の問題が生じるので、干渉が生じる範囲内において複数の近接スイッチを同時に作動させることがないように気をつける必要がある。
【００３９】
また、マイクロスイッチを採用する場合には、マイクロスイッチが配置された腹側および背側のセンサユニット３ａ，３ｂをタービン翼Ａの腹側および背側から徐々に接近させ、マイクロスイッチなどのセンサがタービン翼Ａに接触することによりオン状態とされるタイミングと移動速度とに基づいてタービン翼断面形状を測定することとしてもよい。
このとき、各マイクロスイッチの移動方向と翼面の法線方向とを一致させておくことで、断面形状の寸法計測の精度を向上させることが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態では、処理装置１０が計測したＸＹ断面形状と予め登録されている設計形状とを照合することで誤差を算出し、公差範囲にない箇所を判定していたが、例えば、センサ４としてマイクロスイッチや近接スイッチを用いる場合には、以下の方法により、公差範囲にない箇所を特定することとしてもよい。
例えば、センサとしてマイクロスイッチを採用する場合には、センサ毎に、マイクロスイッチの移動開始時から公差範囲内に入るまでの時間範囲を予め求めて処理装置１０に登録させておき、計測時においては、登録されている時間範囲内にオンされなかったマイクロスイッチによる測定位置を公差範囲から外れている箇所として特定する。なお、このような判定方法を採用する場合には、各センサの移動速度も考慮する必要がある。このように、センサがオン状態となるタイミングによって公差範囲内か否かを判定するので、ＸＹ断面形状と設計形状とを照合する必要がなくなり、判定処理を容易に行うことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態では、センサユニット３ａ，３ｂをＺ軸方向に１つしか設けなかったが、腹側直動ステージ５ａ、背側直動ステージ５ｂのそれぞれにおいて、Ｚ軸方向に間隔をあけて複数のセンサユニット３ａ，３ｂを配置することとしてもよい。このとき、腹側直動ステージ５ａと背側直動ステージ５ｂとでセンサユニット３ａ，３ｂを配置するＺ軸位置を一致させることが必要である。このようにすることで、複数のＺ軸位置において同時に断面形状の計測および公差判定を行うことができ、計測効率を向上させることができる。
【００４２】
また、上記のように、複数のセンサ４を配置するのではなく、一つのセンサ４をタービン翼Ａを取り囲むようにＸＹ平面上を走査させることで、同様の作用効果を得ることとしても良い。以下、この場合について説明する。
例えば、タービン翼の設計断面形状を膨らませた、換言すると、同じ倍率で横および縦に拡張させたプロファイルを作成し、このプロファイルを直線近似可能な範囲で分割し、分割した直線をつなぎ合わせることで、一のＸＹ平面内におけるタービン翼の表面を取り囲む一本のレールを形成する。続いて、このレール上にセンサを取り付け、該レール上をセンサが移動しながら測定をおこなうことで、１つのセンサによりタービン翼の断面形状の寸法を計測する。
【００４３】
ここで用いられるセンサは、例えば、上述した変位センサなどが挙げられる。測定に関する各種設定、例えば、移動速度、移動距離、測定点のセンサ角度などは予め処理装置に設定しておくことで測定を速やかに実行することができる。また、上述した実施形態と同様に、センサの近傍に噴射ノズルを設けておき、リアルタイムで測定を行いながら、誤差が公差範囲にない箇所についてマーキングを実施する構成としてもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、各Ｚ軸位置において、測定処理、判定処理、マーキング処理を行っていたが、これに代えて、例えば、Ｚ軸における検査範囲全域において計測処理を先に行ってしまい、その後、判定処理およびマーキング処理を実施することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  物品の形状検査装置
２  ベース
３ａ，３ｂ  センサユニット
４  センサ
５ａ  腹側直動ステージ
５ｂ  背側直動ステージ
６  印字ノズル
７ａ，７ｂ  光ファイバケーブル
８ａ，８ｂ  光マルチプレクサ
９ａ，９ｂ  Ｚ軸ステージ
１０  処理装置
１１ａ，１１ｂ  コントローラ
１２  ステージコントローラドライバ
【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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