(57)【要約】【課題】カウンタウェイトの側面部分の測定データが欠落している状態でも、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定できるクランクシャフトの形状測定方法を提供する。【解決手段】複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出する。次に、この点データ群中のカウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部２１ｂに相当する部分の点データの分布にフィットする円弧Ａを得る。そして、この円弧Ａの中心Ｏの位置（Ｘ座標）、半径寸法Ｒ、及び予め設定したクランクシャフトの設計値等の基準位置からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置ｘ１を求め、求められたカウンタウェイト側面位置ｘ１に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求める。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出し、
この点データ群中の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧を得、
この円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求め、
求められたカウンタウェイト側面位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
【請求項２】
複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出し、
この点データ群から前記カウンタウェイトの端面の直線部を求め、この端面直線部の点データ群を用いて近似直線を得、
この近似直線よりもクランクシャフト中心軸側を測定用領域として設定し、その測定用領域内の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧を得、
この円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求め、
求められたカウンタウェイト側面位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
【請求項３】
複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出する第１工程と、
この第１工程で得られた点データ群から前記カウンタウェイトの端面の直線部を求め、この端面直線部の中央位置をクランクシャフト設計値から求め、求められた端面直線部の中央位置からその端面直線部に沿って各々相反する方向に等距離離れた範囲内の端面直線部の点データ群を用いて近似直線を得る第２工程と、
この第２工程で得られた近似直線を基準に点データのばらつきの範囲を求め、このばらつきの範囲内の点データ群でなす直線部を一側辺とし、前記端面直線部の中央位置、及びこの中央位置から前記一側辺に沿って予め決められた距離だけ離れた位置にて、各々前記一側辺からクランクシャフト中心軸側に垂線を引いてこれを対向する一対の他側辺とし、この一対の他側辺及び前記一側辺で三方を囲まれた領域を測定用領域として設定する第３工程と、
この第３工程で設定された測定用領域内の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧をカウンタウェイト端面両側において各々得る第４工程と、
この第４工程で得られた各円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト両側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求める第５工程とを有し、
この第５工程により求められたカウンタウェイト両側面のクランクシャフト中心軸方向の位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
【請求項４】
前記第２工程から第５工程を複数のカウンタウェイトの各々について実行して求めた各カウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置によって、隣接、対向する複数対のカウンタウェイト間の各距離を求めることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフトの形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトのカウンタウェイトピッチの測定に好適なクランクシャフトの形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関のクランクシャフトにおいては、エンジン等の機械の性能を高める上で回転時の重量バランスをカウンタウェイトを用いて正確にとることは重要である。このため、カウンタウェイトを備えたクランクシャフトの形状を測定し、得られた三次元形状を解析、処理することが多々行われている。
従来、このようなクランクシャフトの形状測定が可能な三次元形状の測定技術としては、例えば特許文献１に記載のものがあった。
これは、照明ユニットを用いて被検物の軸方向にライン照明を投影し、被検物上のライン照明が投影された場所を、被検物の軸方向に画素が並べられたラインセンサカメラを用いて撮像する。そして、被検物駆動用モータによって被検物を回転することにより、被検物の全面の撮像を行い、被検物の三次元形状を測定するというものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５７５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術では、次のような問題があった。
すなわち、被測定物（被検物）に光を照射してその三次元形状を測定する手法においては、一般に照射した光の反射光を検出する。内燃機関のクランクシャフトの三次元形状の測定においては、シャフトに備わる複数のカウンタウェイトのうち、光源から見て手前のカウンタウェイトがその後側のカウンタウェイトへの光の照射を妨げないように、つまり後側のカウンタウェイトの測定を不能とすることのないように、シャフト軸方向にほぼ直交する方向から光を照射し、その反射光を検出して三次元形状を測定することがある。
反射光は測定対象面に光が照射されなければ生じないから、照射光の光軸と平行な面は形状測定されないことになる。このため、上記のようにシャフトの軸方向にほぼ直交する方向から光を照射する三次元形状測定によると、シャフト軸方向にほぼ直交する方向に延出するカウンタウェイトの側面（カウンタウェイト回転面に沿う面）については反射光が得られず、その部分の形状は測定されない。
【０００５】
すなわち、クランクシャフトの測定形状は、各カウンタウェイト部分についてはその基部（シャフト本体との連結部分）及び端面（シャフト軸方向に沿う先端面部分）のみが形状として測定されるに過ぎず、カウンタウェイト側面形状に係る測定データは欠落して隣接するカウンタウェイト相互間の距離は測定できなかった。
【０００６】
本発明は、カウンタウェイトについて側面形状が測定されていない等、その側面部分の測定データが欠落している状態でも、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定できる新規なクランクシャフトの形状測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、クランクシャフトの形状測定方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【０００８】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、各々対応する。（５）は請求項に係る発明ではない。
【０００９】
（１）複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出し、この点データ群中の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧を得、この円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求め、求められたカウンタウェイト側面位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
本項の発明は、カウンタウェイトについて側面形状が測定されていない等、その側面部分の測定データが欠落している状態でも、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定できる最も簡単な方法である。
（２）複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出し、この点データ群から前記カウンタウェイトの端面の直線部を求め、この端面直線部の点データ群を用いて近似直線を得、この近似直線よりもクランクシャフト中心軸側を測定用領域として設定し、その測定用領域内の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧を得、この円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求め、求められたカウンタウェイト側面位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
本項の発明は、カウンタウェイトについて側面形状の測定データが欠落している状態でも、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定可能とした上記方法において、カウンタウェイトＲ部に相当する部分の点データ分布にフィットする円弧を得る際に用いる点データ群の範囲（測定用領域）を設定し、測定精度の向上を図った。
（３）複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出する第１工程と、この第１工程で得られた点データ群から前記カウンタウェイトの端面の直線部を求め、この端面直線部の中央位置をクランクシャフト設計値から求め、求められた端面直線部の中央位置からその端面直線部に沿って各々相反する方向に等距離離れた範囲内の端面直線部の点データ群を用いて近似直線を得る第２工程と、この第２工程で得られた近似直線を基準に点データのばらつきの範囲を求め、このばらつきの範囲内の点データ群でなす直線部を一側辺とし、前記端面直線部の中央位置、及びこの中央位置から前記一側辺に沿って予め決められた距離だけ離れた位置にて、各々前記一側辺からクランクシャフト中心軸側に垂線を引いてこれを対向する一対の他側辺とし、この一対の他側辺及び前記一側辺で三方を囲まれた領域を測定用領域として設定する第３工程と、この第３工程で設定された測定用領域内の前記カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データの分布にフィットする円弧をカウンタウェイト端面両側において各々得る第４工程と、この第４工程で得られた各円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト両側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求める第５工程とを有し、この第５工程により求められたカウンタウェイト両側面のクランクシャフト中心軸方向の位置に基づいて隣接するカウンタウェイト間の距離を求めることを特徴とするクランクシャフトの形状測定方法。
本項の発明は、カウンタウェイトについて側面形状の測定データが欠落している状態でも、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定可能とした上記方法において、用いる点データ群の範囲（測定用領域）を更に制限して測定精度の更なる向上を図った。
（４）前記第２工程から第５工程を複数のカウンタウェイトの各々について実行して求めた各カウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置によって、隣接、対向する複数対のカウンタウェイト間の各距離を求めることを特徴とする（３）項に記載のクランクシャフトの形状測定方法。
本項の発明は、（３）項の発明において隣接、対向する複数対のカウンタウェイト間の各距離、つまりカウンタウェイトのピッチの測定を可能とした。
（５）カウンタウェイト両側面のクランクシャフト中心軸方向の位置は、前記クランクシャフトの三次元形状データ上に予め設定した基準位置に基づいて求めることを特徴とする（１）項〜（４）項のいずれか１の項に記載のクランクシャフトの形状測定方法。
本項の発明によれば、（１）項〜（４）項のいずれか１の項の発明において、最適な基準位置を予め設定しておくことにより、隣接するカウンタウェイト間の距離、対をなす全てのカウンタウェイトの各距離（カウンタウェイトピッチ）を迅速、正確に測定できる。最適な基準位置としては、例えばクランクシャフト設計値が用いられる。
【発明の効果】
【００１０】
（１）項に記載の発明によれば、カウンタウェイトについてその側面の形状データが欠落していても、そのままの状態で同側面の位置を求めることができ、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定できる。
（２）項に記載の発明によれば、カウンタウェイトについてその側面の形状データが欠落していても、そのままの状態で同側面の位置を求めることができ、隣接するカウンタウェイト間の距離を精度よく測定できる。
（３）項に記載の発明によれば、カウンタウェイトについてその側面の形状データが欠落していても、そのままの状態で同側面の位置を求めることができ、隣接するカウンタウェイト間の距離を高い精度で測定できる。
（４）項に記載の発明によれば、カウンタウェイトについてその側面の形状データが欠落していても、そのままの状態で隣接、対向する複数対のカウンタウェイト間の各距離、つまりカウンタウェイトのピッチを高い精度で測定できる。
なお、（５）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１〜図６は、本発明によるクランクシャフトの形状測定方法の一実施形態を説明するための図である。
本発明方法においては、予め被測定物である複数のカウンタウェイトを有するクランクシャフトの三次元形状データを用意する。
この三次元形状データとしては、ここではクランクシャフトに光を照射し、その反射光を検出して同クランクシャフトの三次元形状を測定する手法、例えば２次元の非接触スキャナを用いた光切断法により得られた三次元形状データが用いられる。また、光をクランクシャフト軸方向にほぼ直交する方向から照射し、その反射光を光照射側から検出して三次元形状を測定する形態により得られた三次元形状データが用いられる。
【００１２】
図１は、以上のようにして得られたクランクシャフトの三次元形状データにより表されたクランクシャフト三次元形状１１を上方から示した図である。三次元形状１１は、実際には各々光反射位置を示す点データの集合（点データ群）で表されるが、図１では便宜上その輪郭線で示した。また図１は、上記クランクシャフトの三次元形状（データ）１１から、本実施形態に必要な点データ群を取得する位置も示している。なお、図中のＸ，Ｙ，Ｚは直交三次元座標系の各軸を示す。
本実施形態では、まず、クランクシャフトの三次元形状データからクランクシャフト中心軸１２に沿う断面形状（軸方向半割断面形状）を表す多数の点データからなる点データ群（クランクシャフト断面点データ群）を抽出する（第１工程）。
このクランクシャフト断面点データ群を抽出する領域は、ここでは図中ｄに示すように、クランクシャフト中心軸１２を中央に置いてＺ軸方向に±２．５ｍｍ（ｄ＝５ｍｍ）幅の領域としている。
幅寸法を、クランクシャフト中心軸１２から片側２．５ｍｍとしたのは次の理由による。すなわち実験によれば、２．５ｍｍ幅より小さくすると、抽出するクランクシャフト断面点データ群の密度が小さくなる（点間ピッチが粗くなる）ため測定精度が低下する。また２．５ｍｍより大きくすると、三次元的な曲面で構成されたクランクシャフトにおいては断面輪郭線が太くなり、測定精度が低下するからである。
【００１３】
図２に、上記第１工程によって取得されたクランクシャフト断面点データ群によって表されるクランクシャフトの断面形状を示す。
上述したように、本実施形態で用いるクランクシャフトの三次元形状データは、光をクランクシャフト軸方向にほぼ直交する方向から照射し、その反射光を光照射側から検出して得られた三次元形状データである。このため、反射光が得られないカウンタウェイトの側面部分の形状は測定されず、したがってその部分の形状データは欠落し、図２に示すようにその部分の輪郭線は基本的には現われない。なお図２において、２１は各々カウンタウェイト部形状を示す。
【００１４】
図３は、図２中の長方形２２で囲む領域（カウンタウェイト間距離の測定領域）内の形状の拡大図である。本実施形態においては、この図３において破線で示すカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸１２方向の位置（Ｘ座標）を各々求め、隣接するカウンタウェイト相互間の距離（詳しくは隣接する一対のカウンタウェイトの対向する側面相互間の距離）Ｌａ、ひいてはカウンタウェイトのピッチ（隣接、対向する複数対のカウンタウェイト間の距離）を測定しようとするものである。なお図３において、２１ａは各々カウンタウェイト部端面形状を示す。
【００１５】
図４は、図３に示した形状の要部を拡大して示す図である。
本実施形態では、この図４に示すカウンタウェイト断面形状を表す多数の点データからなる点データ群、主としてカウンタウェイトの端面（形状２１ａ参照）から側面にかけてのＲ部２１ｂに相当する部分の点データ群（カウンタウェイト断面点データ群）を用いて、カウンタウェイト側面のＸ座標を求める。カウンタウェイト側面のＸ座標は、本実施形態におけるカウンタウェイト間の距離の測定に用いられる。
【００１６】
以下、このカウンタウェイト間の距離測定の詳細を図５及び図６を参照して説明する。
本実施形態では、上述したようにクランクシャフト断面点データ群が抽出されると、その点データ群、詳しくは点データの分布からカウンタウェイト端面の直線部を求める。そして、このカウンタウェイト端面直線部の中央位置Ｐｃをクランクシャフト設計値に基づいて求め、求められた端面直線部の中央位置Ｐｃからその端面直線部に沿って各々相反する方向に等距離、ここでは１．５ｍｍ離れた範囲内の端面直線部３．０ｍｍ内の点データ群を用い、近似直線５１を得る（第２工程）。
近似直線５１を得るための端面直線部の距離αを３．０ｍｍとしたのは、これによれば、測定に用いる点データ群がＸ軸方向に多少ずれても直線部分（カウンタウェイト部端面形状部分）を外さず、かつ十分に直線近似の精度を得ることができるからである。
【００１７】
本実施形態では、近似直線５１を得ると、この近似直線５１を基準として点データのばらつきの範囲、ここでは±６σ（σ：標準偏差）を求め、このばらつきの範囲±６σ内の点データ群でなす直線部を一側辺５２とする。図６において、一側辺５２の一部に網掛けを付したのは、この一側辺５２をなす直線部が太い直線部となっていることを示すためである。
また、上記端面直線部の中央位置Ｐｃ、及びこの中央位置Ｐｃから上記一側辺５２に沿って、クランクシャフト設計値におけるカウンタウェイト幅Ｗの１／２の距離Ｗ／２だけ離れた位置にて、各々上記一側辺５２からクランクシャフト中心軸側に垂線を引いてこれを、対向する一対の他側辺５３，５４とする。そして、少なくともその一対の他側辺５３，５４及び上記一側辺５２で三方を囲まれた領域を測定用領域５６（右側の測定用領域には５６ｒを付し、左側の測定用領域には５６ｌを付した。）として設定する（第３工程）。
図５及び図６に示す例では、詳細を後述するＲ部２１ｂの半径の設計値Ｒｄを用いて上記他側辺５３，５４の長さも制限し、一側辺５２に対向する一側辺５５を設定し、これらの側辺５２〜５５で四方を囲まれた領域を測定用領域５６ｒ，５６ｌとして設定した。
なお、ばらつきの範囲を±６σとしたのは、この範囲を、測定用領域５６ｒ，５６ｌを区分する一側辺５２とすることで同範囲内の点データを測定用領域５６ｒ，５６ｌ内から除外し、次工程（最小二乗法による円弧を求める工程）で用いられないようにして、カウンタウェイト側面位置の測定精度を高めるためである。
【００１８】
次に、上記測定用領域５６ｒ，５６ｌ内のカウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部２１ｂに相当する部分の点データの分布にフィットする円弧、ここでは最小二乗法による円弧Ａを、カウンタウェイト端面（形状２１ａ参照）の所望の一方側、必要なら両側について求める（第４工程）。この場合、測定用領域５６ｒ，５６ｌ内とは、側辺５２〜５５中、少なくとも側辺５２をなす線上（範囲±６σ）は含まれず、この線上の点データは円弧Ａを求める点データとして用いられない。
なお、図５，図６中の円は上記円弧Ａを含む円（最小二乗円）Ｃを示し、Ｏはその中心、Ｏで直交する一点鎖線は円Ｃの中心線を示す。上下方向の中心線（一点鎖線）はＸ軸に直交する。
図５，図６においては、円弧ＡとＲ部２１ｂとが重なり合っているが、これはＲ部２１ｂの測定値が設計値と一致している例を示しているからである。
【００１９】
次に、上記のようにして得られた円弧Ａの中心位置（Ｘ座標）及びその半径Ｒの寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置（Ｘ座標：ｘ１，ｘ１´）を求める（第５工程）。このカウンタウェイト側面のＸ座標は、クランクシャフトの三次元形状データ上に予め設定した基準位置、例えばクランクシャフト設計値に基づく上記中央位置ＰｃのＸ座標から求められる。
本実施形態では、図７に例示するように、隣接する各対のカウンタウェイト（カウンタウェイト部形状２１参照）の対向する側面のＸ座標ｘ２〜ｘ８を、各々上記Ｘ座標ｘ１と同様にして求め、これらＸ座標ｘ１〜ｘ８に基づいて隣接、対向する各対のカウンタウェイトのピッチｐ１〜ｐ４が求められている。
【００２０】
以上述べた本実施形態によれば、クランクシャフト三次元形状データからクランクシャフト中心軸に沿う断面形状を表す点データ群を抽出し、この点データ群中のカウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データ分布にフィット（適合）する円弧を得、この円弧の中心位置及び半径寸法からカウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置を求め、隣接するカウンタウェイト間の距離を求めるようにしたので、カウンタウェイト側面部分の測定データが欠落していても、隣接するカウンタウェイト間の距離を測定できるという効果がある。
しかも本実施形態では、カウンタウェイト端面から側面にかけてのＲ部に相当する部分の点データ分布にフィットする円弧の取得に際して、上述したように６σ（シックス・シグマ）の概念を採り入れた測定用領域を設定し、この測定用領域内の点データ群を用いるようにしたので、カウンタウェイト側面のクランクシャフト中心軸方向の位置、ひいては隣接するカウンタウェイト間の距離、対をなす全てのカウンタウェイト間の各距離（カウンタウェイトピッチ）を高精度に測定できる。
【００２１】
なお上述実施形態では、３次元形状データとして光切断法により得た形状データを用いているが、これのみに限定されることはない。カウンタウェイトの端面形状及びその両端のＲ部形状は得られるが、カウンタウェイトの側面形状（カウンタウェイト側面部分の輪郭線）が得にくい、あるいは得られない三次元形状測定方法による三次元形状データであれば、そのいずれも用いることができる。
また、測定に用いる（あるいは用いない）点データ群の範囲を区分する測定用領域も上述実施形態に示した領域のみに限定されることはない。カウンタウェイトのＲ部に相当する部分の点データ分布にフィットする円弧を取得するに足りる点データ群が抽出可能な領域であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態において測定に必要な点データ群をクランクシャフト三次元形状データから取得する手順を説明するための図である。
【図２】取得された点データ群によって表されるクランクシャフトの断面形状の一例を示す図である。
【図３】図２中の長方形で囲む測定領域内のカウンタウェイト形状の拡大図である。
【図４】図３に示した形状の要部拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態における工程の要部を説明するための図である。
【図６】図５中の要部拡大図である。
【図７】一実施形態において得られた各カウンタウェイトの側面位置からカウンタウェイトのピッチが測定される様子を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
２１：カウンタウェイト部形状、２１ａ：カウンタウェイト端面の形状、２１ｂ：カウンタウェイトのＲ部、５１：近似直線、５２：一側辺、５３，５４：他側辺、５６（５６ｒ，５６ｌ）：測定用領域、Ａ：円弧、Ｒ：半径、Ｐｃ：カウンタウェイト端面直線部の中央位置。
【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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