(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部又は凸部を有する物体表面に向けてレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段と、
前記レーザ光線照射手段に隣接配置され、前記物体表面からの反射レーザ光線を受光するレーザ光線受光手段と、
前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段からの信号に基づき前記レーザ光線照射手段から前記物体表面のレーザ光線照射点までの距離を演算する第１演算手段と、
前記凹部又は凸部の存在領域に沿ってレーザ光線を走査すべく前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段を一体型のレーザ光線照射受光組立体として前記物体表面に対して移動させる移動手段と、
前記第１演算手段と前記移動手段からの信号に基づき前記物体表面の凹部又は凸部のプロフィールを演算する第２演算手段とを有し、
前記移動手段が、前記レーザ光線照射受光組立体を、所定の回動ストロークだけ支軸周りで一方に回動させた後、所定の送りストロークだけ支軸方向で一方にシフト移動させ、その後、所定の回動ストロークだけ支軸周りで他方に回動させ、さらにその後、所定の送りストロークだけ支軸方向で一方にシフト移動させるものであり、
前記第２演算手段に、前記回動に伴う前記第１演算手段の演算結果の増減を相殺補正する補正手段が組込まれていることを特徴とする物体表面の凹凸プロフィール計測装置。
【請求項２】
前記物体表面の凹部又は凸部が刻印又は浮出し文字であって、前記第２演算手段により得られた物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前記刻印又は浮出し文字の深さ又は高さ品質を検査するようにしたことを特徴とする請求項１記載の物体表面の凹凸プロフィール計測装置。
【請求項３】
前記物体表面の凹部又は凸部が刻印又は浮出し文字であって、前記第２演算手段により得られた物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前記刻印又は浮出し文字の種類を判別するようにしたことを特徴とする請求項１記載の物体表面の凹凸プロフィール計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車エンジンやトランスミッションなどの製品に付される刻印や浮出し文字の品質を検査したり文字の種類を判別するのに好適な、レーザ光線を使用した物体表面の凹凸プロフィール計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンやトランスミッションには製品を特定するための文字や記号が刻印装置によって刻印される。この刻印の明瞭度ないし刻印深さは常に一定であることが勿論望ましいが、実際の刻印品質は刻印装置の特性や製品の表面状態によって微妙に影響され、刻印深さにバラツキがあるのが実状である。一方、刻印品質については所轄官庁から一定の基準が示されており、かつ、拓本の保存も義務付けられている。従って、自動車会社は製品の刻印が品質基準をクリアしているか否かを全数確認すると共に、拓本を一つずつ手作業で採取しなければならないのであるが、従来の刻印品質の確認方法は刻印をＣＣＤカメラで撮像して得た濃淡画像を閾値設定で画像処理した結果で刻印品質の良否を判別していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像処理による刻印品質の確認方法では、製品に対する照明の加減や反射の具合、あるいは製品の鋳肌状態や表面汚れ等のために、画像濃度と刻印深さとが必ずしも一致せず、画像上は部分的に途切れた刻印部分でも実際は十分な刻印深さが得られていたり、またこの反対に画像上は連続している刻印部分でも実際は刻印深さが基準に達していないなどの不都合が起こり得る。このように画像処理による刻印品質確認は信頼性の点で問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、レーザ測距技術を応用して物体表面の凹凸プロフィールを直接的に計測することにより物体表面の見かけ状態に左右されることなく刻印をはじめとする各種凹凸プロフィールを高精度で計測することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明の物体表面の凹凸プロフィール計測装置は、凹部又は凸部を有する物体表面に向けてレーザ光線を照射するレーザ光線照射手段と、前記レーザ光線照射手段に隣接配置され、前記物体表面からの反射レーザ光線を受光するレーザ光線受光手段と、前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段からの信号に基づき前記レーザ光線照射手段から前記物体表面のレーザ光線照射点までの距離を演算する第１演算手段と、前記凹部又は凸部の存在領域に沿ってレーザ光線を走査すべく前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段を一体型のレーザ光線照射受光組立体として前記物体表面に対して移動させる移動手段と、前記第１演算手段と前記移動手段からの信号に基づき前記物体表面の凹部又は凸部のプロフィールを演算する第２演算手段とを有し、前記移動手段が、前記レーザ光線照射受光組立体を、所定の回動ストロークだけ支軸周りで一方に回動させた後、所定の送りストロークだけ支軸方向で一方にシフト移動させ、その後、所定の回動ストロークだけ支軸周りで他方に回動させ、さらにその後、所定の送りストロークだけ支軸方向で一方にシフト移動させるものであり、前記第２演算手段に、前記回動に伴う前記第１演算手段の演算結果の増減を相殺補正する補正手段が組込まれていることを特徴とする。レーザ光線の種類は赤外線レーザが実用上便利であるが、他種類のレーザ光線を使用することも可能である。
【０００６】
前記物体表面の凹部又は凸部は、典型的には製品表面の刻印又は浮出し文字であって、前記第２演算手段により得られた物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前記刻印又は浮出し文字の深さ又は高さ品質を検査することができる。
【０００７】
また、前記第２演算手段により得られた物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前記刻印又は浮出し文字の種類を判別することも可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る物体表面の凹凸プロフィール計測装置の概略構成を示したもので、図中１は刻印２が付されたプレートであって、エンジンやトランスミッションケースの表面の一部を仮想的に示したものである。また、３はレーザ照射部３ａとレーザ受光部３ｂとが隣接配置されたレーザレーザ測距ユニット、４はパソコン、５はモニタ、６はエンジンやトランスミッション等の製造工程を管理するシーケンサ、７はハードディスクである。
【０００９】
レーザ測距ユニット３は、位置固定で配設された支軸８を中心として図外のサーボモータなどにより左右方向に回動自在に構成され、かつ、右方向又は左方向の一回の回動毎に支軸の軸線方向に定ピッチだけシフト移動されるように構成されている。このようなシフト機構は例えばレーザ測距ユニット３を載置するＸＹテーブルで構成可能であり、また他のシフト機構としてはステッピングモータとラック・アンド・ピニオン機構とを組合わせた装置や、サーボモータと螺子棒とを組合わせた装置などで容易に構成可能である。図２はこのようなレーザ測距ユニット３の回動とシフト移動によりプレート上で走査されるレーザポイントの移動軌跡を表したもので、例えば図中の（１）〜（５）の走査ストロークの順でレーザ光線照射部３ａから照射されたレーザポイントが移動するようになっている。なお、走査ストロークの数は計測対象の種類に応じて増減すればよく、刻印の文字や記号が計測対象の場合は８本程度の走査ストロークで十分である。
【００１０】
プレート１に照射されたレーザ光線はプレート１表面で反射されてレーザ測距ユニット３のレーザ光線受光部３ｂに捕捉され、レーザ光線照射部３ａとレーザ光線受光部３ｂからの信号に基づき、レーザ光線照射部３ａからプレート１表面のレーザ光線照射点ないしレーザ光線反射点までの距離がレーザ測距ユニット３内部の第１演算手段にて演算されるようになっている。このようなレーザ測距ユニット３は市場において容易に入手可能である。
【００１１】
レーザ測距ユニット３から得られた測距データは、支軸８の位置を基準としたものとなり、グラフ化すると例えば図３（Ａ）のようになる。この波形は図２の走査ストローク（２）で得られたデータを表しており、図で左から右が走査方向であり、０〜５０００の目盛りはレーザ光線の照射ポイント数を表している。また図２（Ａ）の縦軸は支軸８を中心としてプレート１表面下側に描いた仮想円弧を基準線としたプレート１表面のレーザ光線照射点までの距離（単位はμｍ）を表している。しかし、図３（Ａ）の円弧状波形のままでは後処理がしにくいため、図３（Ｂ）のように波形変換する。この図３（Ｂ）ではプレート１表面の基準高さが横軸に設定され、この横軸から各波形の上端までの距離が刻印の深さを表している（単位はμｍ）。従って、図３（Ｂ）は図２の走査ストローク（２）に沿った刻印の深さを表していることになる。波形変換は、具体的にはレーザ測距ユニット３の回動に伴う測距データ（図示しない第１演算手段にて演算）の増減変化を相殺補正するアルゴリズムによりなされる。すなわち、支軸８の真下位置（刻印「９」付近）までの距離が最も短く、両端の刻印「Ｊ」及び「３」までの距離が最も長いのであるが、このような距離の変化を相殺して一定とするように測距データを補正するわけである。レーザ測距ユニット３がプレート１表面と平行に直線的に走査移動する場合はこのような波形変換は不要であり、図３（Ｂ）のような波形が直接得られることになる。なお、必要であればレーザ光線の照射ポイント数を走査ストローク（２）に沿った距離に換算する。また、図３の（Ａ）→（Ｂ）の波形変換と併せて、刻印プロフィールの計測では不要なプレート１表面の凸データをノイズとして除去してもよく、図３（Ｂ）では図３（Ａ）の刻印形成に伴うプレート１材料の盛上りの凸波形Ｃをノイズとして除去している。
【００１２】
以上のように刻印の深さデータが計測されるが、実際の刻印と図３（Ｂ）の波形との対応関係を示すと図４のようになる。すなわち、同図（Ａ）のように走査ストローク（３）によって刻印「３」、「０」の順にレーザポイントが移動すると、同図（Ｂ）のような刻印の深さデータがレーザ測距ユニット３によって得られるのである。
【００１３】
次に、前記装置による実際の計測工程を図５に基づき説明する。ステップＳ１で測距ユニットの回動及びシフト移動によるレーザ光線の走査が開始され、ステップＳ２でレーザ測距ユニット３からの測距データがパソコン４のＡ／Ｄ変換回路を介してパソコン４内のメモリに読込まれる。次に、パソコン４内に読込まれた図３（Ａ）のような波形データの凸部をステップＳ３でノイズカットし、ステップＳ４で図３（Ｂ）のように波形変換する。
【００１４】
次に、ステップＳ５で所定回数の走査ストロークにて得られたデータから刻印の三次元プロフィールが図示しない第２演算手段によって作成され、この三次元プロフィールと、パソコン４付属のハードディスクに予め蓄積された文字記号などの標準三次元プロフィールデータとが比較照合され、刻印深さが基準に達しているか否かが判別されると共に、プレート１上の刻印で表された文字や記号が何であるかが判別される。この判別結果はステップＳ７でシーケンサが管理する刻印の文字記号と照合され、判別結果がシーケンサが出力する文字記号と合致していれば予定通りの製品が刻印計測装置を通過しているとしてステップＳ８で製品が刻印計測装置を通過することが許可され、合致しない場合は予定と異なる製品として刻印計測装置の下流側で生産ラインから排除される。ステップＳ８の後は計測データがステップＳ９でクリアされて再びステップＳ１に戻り、同様の工程が繰返される。なお、三次元プロフィールデータの作成にあたっては、図４（Ｂ）の閾値Ｔ１以上で刻印ありと判断し、閾値Ｔ２以上で基準刻印深さ到達と判断するように、ステップＳ５及びステップＳ８の関係プログラムを構成する。
【００１５】
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は製品表面の刻印の凹プロフィール計測に限らず、いろいろな製品物体の凸プロフィール計測にも同様に適用可能であり、さらには凹凸が混在したプロフィール計測にも適用可能である。また、レーザ測距ユニット３の走査のための移動形態としては前述した回動とシフト移動を組合わせた移動形態は、凹凸領域が直線状に長く延在する場合に好適である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は前述のように、レーザ光線を使用して凹凸プロフィールを計測するので、例えば製品表面の刻印の深さデータないし凹プロフィールを製品の見かけの表面状態に左右されることなく正確に計測可能であり、かつ、得られたプロフィールデータを刻印の拓本の代わりに電子的に保管することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る物体表面の凹凸プロフィール計測装置の概略構成図。
【図２】  刻印が付されたプレートの平面図。
【図３】  （Ａ）はレーザ測距ユニットから得られた一次データの波形図、（Ｂ）は前記一次データを波形変換した波形図。
【図４】  （Ａ）はプレート上の刻印の一部の平面図、（Ｂ）は同刻印の凹プロフィールの波形図。
【図５】  本発明の計測装置の計測工程を示すフロー図。
【符号の説明】
１  プレート
２  刻印
３  レーザ測距ユニット
４  パソコン
５  モニタ
６  シーケンサ
７  ハードディスク
８  支軸
【図１】
0004378496.tif 000002
【図２】
0004378496.tif 000003
【図３】
0004378496.tif 000004
【図４】
0004378496.tif 000005
【図５】
0004378496.tif 000006