JP2014071068A

JP2014071068A - 外形測定装置

Info

Publication number: JP2014071068A
Application number: JP2012219382A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yoshimoto; 明広義本; Hiroshi Nakajima; 啓中島
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: EP2713139B1; JP6057650B2; EP2713139A1

Abstract

【課題】測定対象物の外形を精度良く測定可能な外形測定装置を提供する。
【解決手段】第１チャック１６ａに固定され、第１端部を挿通するための第１挿通孔を有する第１校正プレート１７ａと、第２チャック１６ｂに固定され、第２端部を挿通するための第２挿通孔を有する第２校正プレート１７ｂと、測定対象物の側方に配置され、第１チャック１６ａの回転軸に沿って移動可能であり、回転軸周りに回転する第１校正プレート１７ａ、第２校正プレート１７ｂ及び測定対象物の位置を測定可能なレーザ変位計１９ａと、第１及び第２校正プレートそれぞれのレーザ変位計による測定値データと設計値データとに基づいて、第１及び第２光軸校正値を算出する光軸校正値算出部と、レーザ変位計による測定対象物の測定値データを第１及び第２光軸校正値に基づいて校正することによって、測定対象物の外形を測定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定対象物の外形を測定する外形測定装置に関する。

従来、クランクシャフト素材の両端面にセンタ穴を形成する手法として、回転するクランクシャフト素材の外形をレーザ変位計によって測定し、測定値データから演算によって得られる実外形データに基づいてセンタ穴の位置を決定する手法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２９９９４号公報

しかしながら、回転するクランクシャフト素材の外形をレーザ変位計によって測定する場合、レーザ発振器の光軸がクランクシャフト素材の回転軸からずれていることに起因して、レーザ変位計の測定値データに誤差が生じやすい。そのため、クランクシャフト素材の外形を精度良く測定することが困難であった。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、測定対象物の外形を精度良く測定可能な外形測定装置を提供することを目的とする。

第１の態様に係る外形測定装置は、測定対象物の形状を測定するための外形測定装置である。外形測定装置は、測定対象物の第１端部を把持した状態で回転可能な第１チャックと、測定対象物の第２端部を把持した状態で回転可能な第２チャックと、第１チャックに固定され、第１端部を挿通するための第１挿通孔を有する正円板状の第１校正プレートと、第２チャックに固定され、第２端部を挿通するための第２挿通孔を有する正円板状の第２校正プレートと、測定対象物の側方に配置され、第１チャックの回転軸に沿って移動可能であり、回転軸周りに回転する第１校正プレート、第２校正プレート及び測定対象物の位置を測定可能なレーザ変位計と、レーザ変位計による第１及び第２校正プレートそれぞれの測定値データと、第１及び第２校正プレートそれぞれの設計値データとに基づいて、レーザ変位計の光軸に垂直な方向における光軸と回転軸との間隔を示す第１及び第２光軸校正値を算出する光軸校正値算出部と、レーザ変位計による測定対象物の測定値データを第１及び第２光軸校正値に基づいて校正することによって、測定対象物の外形を測定する外形測定部と、を備える。第１挿通孔の中心は、第１校正プレートの中心から離間しており、第２挿通孔の中心は、第２校正プレートの中心から離間している。

第１の態様に係る外形測定装置によれば、レーザ変位計の光軸と第１及び第２チャックの回転軸との垂直方向における間隔（ずれ）に応じて、レーザ変位計の測定値データを校正できる。そのため、光軸と回転軸とがずれている場合であっても、測定対象物の外形を精度良く測定することができる。

第２の態様に係る外形測定装置は、第１の態様に係り、第１挿通孔の中心と第１校正プレートの中心の間隔は、第１校正プレートの半径の１／４以上である。

第３の態様に係る外形測定装置は、第１又は第２の態様に係り、第２挿通孔の中心と第２校正プレートの中心の間隔は、第２校正プレートの半径の１／４以上である。

第２及び第３の態様に係る外形測定装置によれば、測定値データと設計値データとの誤差値を際立たせることができるため、誤差値がレーザ変位計自体の測定誤差に埋もれてしまうことを抑制できる。

第４の態様に係る外形測定装置は、第１乃至第３の態様に係り、第１及び第２挿通穴に両端部が挿通される棒状部と、棒状部に固定され、回転軸から偏芯された正円板状の中間校正プレートと、を有する校正テストバーを備える。光軸校正値算出部は、レーザ変位計による中間校正プレートの測定値データと、中間校正プレートの設計値データとに基づいて、光軸に垂直な方向における光軸と回転軸との間隔を示す第３光軸校正値を算出する。外形測定部は、測定対象物の測定値データを第１乃至第３光軸校正値に基づいて補正することによって、測定対象物の形状を測定する。

第４の態様に係る外形測定装置によれば、第１光軸校正値と第２光軸校正値とを按分することによって算出された光軸校正値を用いる場合に比べて、現実に存在しているずれに即した校正を実行することができる。そのため、測定対象物の外形をより精度良く測定することができる。

以上のように本発明では、測定対象物の外形を精度良く測定可能な外形測定装置を提供することができる。

クランクシャフト加工システムの概要を示すブロック図クランクシャフト素材の斜視図センタ穴加工機の平面図第１校正プレートの平面図第２校正プレートの平面図センタ穴加工機の動作を説明するためのフロー図外形測定装置の動作を説明するためのフロー図ＣＰＵのうち外形を測定するための構成レーザ変位計の移動順序を説明するための模式図光軸が回転軸からずれている様子を説明するための模式図図１０に示すレーザ変位計によって得られる測定値データの推移を示すグラフ測定値データと設計値データとの誤差値の推移を示すグラフ測定値データと設計値データとの推移を示すグラフカウンタウェイトの外形を測定する工程を説明するための図間隔ａ１及び半径Ｒａと誤差値との関係を示すシミュレーション結果校正テストバーの斜視図

本実施形態では、本発明に係る外形測定装置をクランクシャフト加工システムに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る外形測定装置は以下のクランクシャフト加工システムに限らず、カムシャフトなどの様々な測定対象物の外形を測定するために利用可能である。

［クランクシャフト加工システム１００の概要］
図１は、クランクシャフト加工システム１００の概要を示すブロック図である。クランクシャフト加工システム１００は、クランクシャフト素材１の両端面にセンタ穴を加工するセンタ穴加工機１０と、クランクシャフト素材１の外形に基づいてセンタ穴の位置を決定するコンピュータ２０と、を有する。

センタ穴加工機１０は、クランクシャフト素材１（測定対象物の一例）の外形を測定するための外形測定機１１を備えている。外形測定機１１は、クランクシャフト素材１の外形を測定する。具体的に、外形測定機１１は、後述するようにクランクシャフト素材１のうち８つのカウンタウェイトＣＷ１〜ＣＷ８（図２参照）の外形を測定する。センタ穴加工機１０は、外形測定機１１によって測定されたクランクシャフト素材１の外形に基づいて決定される位置にセンタ穴を形成する。

コンピュータ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３とを有する。

ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１に実行させる各種プログラムや各種情報を記憶する。本実施形態では、ＲＯＭ２２は、クランクシャフト素材１の外形を測定するためのプログラムや、クランクシャフト素材１のセンタ穴位置を決定するためのプログラムを記憶している。

また、本実施形態において、ＲＯＭ２２は、後述する第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂの各種寸法を記憶している。

ＲＡＭ２３は、プログラムやデータを記憶する領域として、あるいはＣＰＵ２１による処理に使用しているデータを格納する作業領域として利用される。

［クランクシャフト素材１の構成］
図２は、クランクシャフト素材１の斜視図である。クランクシャフト素材１は、直列４気筒エンジン用のクランクシャフト素材である。

クランクシャフト素材１は、図２に示すように、メインジャーナルＪ（Ｊ１〜Ｊ５）と、ピンジャーナルＰ（Ｐ１〜Ｐ４）と、カウンタウェイトＣＷ（ＣＷ１〜ＣＷ８）とを有する。クランクシャフト素材１においては、Ｚ軸方向に、メインジャーナルＪ１、カウンタウェイトＣＷ１、ピンジャーナルＰ１、カウンタウェイトＣＷ２、メインジャーナルＪ２、カウンタウェイトＣＷ３、ピンジャーナルＰ２、カウンタウェイトＣＷ４、メインジャーナルＪ３、カウンタウェイトＣＷ５、ピンジャーナルＰ３、カウンタウェイトＣＷ６、メインジャーナルＪ４、カウンタウェイトＣＷ７、ピンジャーナルＰ４、カウンタウェイトＣＷ８、メインジャーナルＪ５の順に並んでいる。

また、クランクシャフト素材１は、図２に示すように、フロントシャフト１ａ（第１端部の一例）と、リアフランジ１ｂ（第２端部の一例）とを有する。フロントシャフト１ａは、後工程においてセンタ穴が形成される第１端面Ｓ１を有する。リアフランジ１ｂは、後工程においてセンタ穴が形成される第２端面Ｓ２を有する。

［センタ穴加工機１０の構成］
図３は、センタ穴加工機１０の平面図である。

センタ穴加工機１０は、図３に示すように、ベース部１２と、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂと、メインクランパ１４と、第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂと、を有する。

第１及び第２側部１３ａ，１３ｂは、ベース部１２の両端において対向して配置されている。第１及び第２側部１３ａ，１３ｂは、図示しない駆動部で駆動されることによって、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に移動可能である。

メインクランパ１４は、ベース部１２に固定されている。メインクランパ１４は、クランクシャフト素材１を把持して固定するための部材であり、クランクシャフト素材１を把持するための第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂと、クランクシャフト素材１の長手方向における位置決めを行うための長手位置決めクランパ１４ｃと、を有している。

第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂは、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂに固定されており、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂの移動に応じてクランクシャフト素材１に対して移動可能である。第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂは、クランクシャフト素材１の第１及び第２端面Ｓ１，Ｓ２をフライス加工するための刃と、第１及び第２端面Ｓ１，Ｓ２にセンタ穴を形成するためのドリルとを有している。

また、センタ穴加工機１０は、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂと、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂと、第１及び第２支持部１８ａ，１８ｂと、変位計アッセンブリ１９と、を有する。第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂ、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂ、第１及び第２支持部１８ａ，１８ｂ、変位計アッセンブリ１９、及び上述のコンピュータ２０は、本実施形態に係る「外形測定機１１」を構成している。

第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂは、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂに固定されており、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂの移動に応じてクランクシャフト素材１に対して移動可能である。第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂのそれぞれは、等角度間隔で配置された３つのチャック爪を有している。第１求芯チャック１６ａは、クランクシャフト素材１のフロントシャフト１ａを把持した状態で回転軸Ｔ周りに回転可能である。第２求芯チャック１６ｂは、クランクシャフト素材１のリアフランジ１ｂを把持した状態で回転軸Ｔ周りに回転可能である。

第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂは、第１及び第２支持部１８ａ，１８ｂを介して、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂに固定されている。従って、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂは、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂとともに回転軸Ｔ周りに回転可能である。ここで、図４は、第１校正プレート１７ａの平面図であり、図５は、第２校正プレート１７ｂの平面図である。

第１校正プレート１７ａは、図４に示すように、中心Ｐａを中心とする半径Ｒａの正円板状に形成された平板部材である。第１校正プレート１７ａには、クランクシャフト素材１のフロントシャフト１ａを挿通するための第１挿通孔１７１が形成されている。第１挿通孔１７１は、中心Ｑａを中心とする半径ｒａの正円状に形成されている。半径ｒａは、フロントシャフト１ａの外径よりも大きければよい。第１挿通孔１７１の中心Ｑａは、第１校正プレート１７ａの中心Ｐａから間隔ａ１だけ離れており、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂの回転軸Ｔと一致している。また、後述するシミュレーション結果（図１５参照）から判るように、中心Ｑａと中心Ｐａとの間隔ａ１は、第１校正プレート１７ａの半径Ｒａの１／４以上であることが好ましい。

第２校正プレート１７ｂは、図５に示すように、中心Ｐｂを中心とする半径Ｒｂの正円板状に形成された平板部材である。第２校正プレート１７ｂには、クランクシャフト素材１のリアフランジ１ｂを挿通するための第２挿通孔１７２が形成されている。第２挿通孔１７２は、中心Ｑｂを中心とする半径ｒｂの正円状に形成されている。半径ｒｂは、リアフランジ１ｂの外径よりも大きければよい。第２挿通孔１７２の中心Ｑｂは、第２校正プレート１７ｂの中心Ｐｂから間隔ａ２だけ離れており、回転軸Ｔと一致している。また、後述するシミュレーション結果から判るように、中心Ｑｂと中心Ｐｂとの間隔ａ２は、第２校正プレート１７ｂの半径Ｒｂの１／４以上であることが好ましい。

変位計アッセンブリ１９は、レーザ変位計１９ａと、レール１９ｂと、によって構成される。レーザ変位計１９ａは、照射するレーザ光Ｂの反射光Ｂ’を検出することによって、レーザ光Ｂが照射された物体までの距離を三角測量法の原理に基づいて測定する。レーザ変位計１９ａは、クランクシャフト素材１の側方に配置されており、図示しない駆動部で駆動されることによって回転軸Ｔと平行に移動する。レーザ変位計１９ａは、後述するように、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂと８つのカウンタウェイトＣＷ１〜ＣＷ８との距離を順次測定する。レーザ変位計１９ａは、測定値データＬ_１をコンピュータ２０に送信する。レール１９ｂは、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂの回転軸Ｔに沿って配置されている。レール１９ｂは、レーザ変位計１９ａをＺ軸方向において移動可能に支持している。

ここで、レーザ変位計１９ａがレール１９ｂに沿って移動する際、レーザ変位計１９ａが回転軸Ｔに垂直な面内で揺動することを完全に抑えることは極めて困難である。そこで、本実施形態では、後述するように、レーザ変位計１９ａの光軸Ｕ（図１０参照）と回転軸Ｔとのずれを校正するための処理が外形測定装置１１において実施されている。これによって、レーザ変位計１９ａの揺動がクランクシャフト素材１の外形測定に与える影響を抑えることができるため、クランクシャフト素材１の外形を精度良く測定することができる。

［センタ穴加工機１０の動作］
次に、センタ穴加工機１０の動作について、図６を参照しながら説明する。図６は、センタ穴加工機１０の動作を説明するためのフロー図である。

ステップＳ１０において、センタ穴加工機１０は、メインクランパ１４のセンタ位置にクランクシャフト素材１を配置し、クランクシャフト素材１の長手方向における位置決めを行うために長手位置決めクランパ１４ｃによってカウンタウェイトＣＷを外側から挟み込む。

ステップＳ２０において、センタ穴加工機１０は、メインクランパ１４の第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂによって、クランクシャフト素材１のメインジャーナルＪ１，Ｊ５を把持する。これによって、クランクシャフト素材１がメインクランプ１５に強固に固定される。

ステップＳ３０において、センタ穴加工機１０は、第１及び第２側部１３ａ，１３ｂをクランクシャフト素材１に近づくように移動させ、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂによってクランクシャフト素材１のフロントシャフト１ａ及びリアフランジ１ｂを把持する。この際、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂに把持されたクランクシャフト素材１は、メインクランパ１４に把持された姿勢を維持している。

ステップＳ４０において、センタ穴加工機１０は、第１及び第２把持部１５ａ，１５ｂによるメインジャーナルＪ１，Ｊ５の把持を解除した後、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂを回転させることによって、クランクシャフト素材１を回転させる。

ステップＳ５０において、センタ穴加工機１０の外形測定装置１１は、レーザ変位計１９ａをレール１９ｂに沿ってＺ軸方向に走査しながら、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂとクランクシャフト素材１（具体的には、カウンタウェイトＣＷ）との外形を測定する。なお、ステップＳ５０における外形測定装置１１の動作については後述する。

ステップＳ６０において、センタ穴加工機１０は、クランクシャフト素材１を第１及び第２把持部１４ａ，１４ｂによって把持した後に、第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂによる把持を解除し、第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂによってクランクシャフト素材１の第１及び第２端面Ｓ１，Ｓ２をフライス加工する。

ステップＳ７０において、センタ穴加工機１０は、ステップＳ５０において測定された外形に基づいて決定される位置に、第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂによってセンタ穴を形成する。

その後、第１及び第２加工刃具１５ａ，１５ｂを退避させるとともに、第１及び第２把持部１５ａ，１５ｂの把持を解除して処理を終了する。

［外形測定装置１１の動作］
外形測定装置１１の動作について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、外形測定装置１１の動作を説明するためのフロー図であり、図６のステップＳ５０の内容を詳細に示している。また、図８は、ＣＰＵ２１のうち外形を測定するための構成を示すブロック図である。

まず、ステップＳ５１において、駆動制御部２１１は、クランクシャフト素材１の側方に配置されたレーザ変位計１９ａの位置を順次ずらしていく。ここで、図９は、レーザ変位計１９ａの移動順序を説明するための模式図である。駆動制御部２１１は、後述するステップＳ５３から処理が戻される度に、図９に示すように、ＰＳＴ１からＰＳＴ１０までレーザ変位計１９ａを順次移動させる。これによって、レーザ変位計１９ａは、第１校正プレート１７ａと第２校正プレート１７ｂとの側方で順次停止された後に、カウンタウェイトＣＷ８〜ＣＷ１の側方で順次停止される。

次に、ステップＳ５２において、測定値データ取得部２１２は、ＰＳＴ１〜ＰＳＴ１０に順次停止される度に、クランクシャフト素材１が回転軸Ｔ周りに３６０°回転する間の測定値データを取得する。測定値データ取得部２１２は、３６０°分の測定値データを取得する度に、３６０°分の測定値データをＲＡＭ２３に格納し、その旨を駆動制御部２１１に通知する。

次に、ステップＳ５３において、駆動制御部２１１は、測定値データ取得部２１２からの通知に応じて、レーザ変位計１９ａをＰＳＴ１〜ＰＳＴ１０までの全ての位置に移動させたか否かを判定する。全ての位置に移動させていない場合、処理はステップＳ５１に戻る。全ての位置に移動させた場合、処理はステップＳ５４に進む。

次に、ステップＳ５４において、半径校正値算出部２１３は、ＰＳＴ１（図９参照）の測定値データＬ_１に基づいて、レーザ変位計１９ａの測定値データを０点校正するための仮の半径校正値を算出する。具体的に、半径校正値算出部２１３は、ＰＳＴ１における３６０°分の測定値データＬ_１から最小二乗法によって第１校正プレート１７ａの仮の中心Ｐａ’を取得する。次に、半径校正値算出部２１３は、仮の中心Ｐａ’を基準として第１校正プレート１７ａの仮の半径Ｒａ’を算出する。次に、半径校正値算出部２１３は、算出された仮の半径Ｒａ’と実際の半径Ｒａとの差を仮の半径校正値として算出する。また、半径校正値算出部２１３は、仮の半径校正値を用いてＰＳＴ１の測定値データＬ_１に仮の半径校正を施すことによって、仮の半径校正が施されたＰＳＴ１の測定値データＬ_２を生成してＲＡＭ２３に格納するとともに、その旨を光軸校正値算出部２１４に通知する。

次に、ステップＳ５５において、光軸校正値算出部２１４は、仮の半径校正が施されたＰＳＴ１の測定値データＬ_２に基づいて、レーザ変位計１７ａの光軸Ｕに垂直な方向（以下、垂直方向という）における光軸Ｕと回転軸Ｔとの第１光軸校正値ｂ１を算出する。

以下、第１光軸校正値ｂ１の算出方法について、図面を参照しながら説明する。図１０は、レーザ変位計１７ａの光軸Ｕが回転軸Ｔからずれている様子を説明するための模式図である。図１１は、図１０に示すレーザ変位計１７ａによって得られる測定値データＬ_２の推移と、測定値データＬ_２の位相に対応する設計値データＬ_０の推移とを示すグラフである。図１２は、測定値データＬ_２と設計値データＬ_０との誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）の推移を示すグラフである。

なお、設計値データＬ_０とは、光軸Ｕが回転軸Ｔからずれていない場合にレーザ変位計１７ａによって取得される値であり、以下の式（Ａ）によって示される。

すなわち、図１１に示すように、設計値データＬ_０は正弦波と余弦波を合成した波形となる。

まず、測定値データＬ_２と設計値データＬ_０との誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が、所定位相を基準とする回転軸Ｔ周りの角度θと第１光軸校正値ｂ１とによって表される関数Ｆ（θ，ｂ１）であるとすれば、次の式（１）が成立する。

また、図１０に示すように第１光軸校正値ｂ１が０より大きい場合には、図１２に示すようにθが２７０°付近であるときに誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）は最大値Ｆ_ＭＡＸとなる。また、図示しないが、第１光軸校正値ｂ１が０より小さい場合には、θが９０°付近であるときに、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）は最大値Ｆ_ＭＡＸとなる。従って、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が最大値Ｆ_ＭＡＸとなるときの位相に基づいて、第１光軸校正値ｂ１が０より大きいか小さいかを判定することができる。

まず、第１光軸校正値ｂ１が０より大きく、θが２７０°付近で誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が最大値Ｆ_ＭＡＸとなるとき、式（１）の左辺は、
a1×sinθ+b1＝a1×sin270°+b1＝a1×（-1）+b1＝-a1+b1
となる。

この際、｜a1｜＞｜b1｜であり、ａ1＞０であるので、-a1+b1＜０が成立する。そのため、次の式（２）が成立する。

一方、第１光軸校正値ｂ１が０より小さく、θが９０°付近で誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が最大値Ｆ_ＭＡＸとなるとき、式（１）の左辺は、
a1×sinθ+b1＝a1×sin90°+b1＝a1+b1
となる。

この際、｜a1｜＞｜b1｜であり、ａ1＞０であるので、a1+b1＞０が成立する。そのため、次の式（３）が成立する。

以上の式（２）と式（３）をまとめると、次の式（４）が導かれる。

このように、誤差値F_maxがθ=90°付近の場合には、第１光軸校正値ｂ１（すなわち、光軸のズレ）は０よりも小さくなる。一方で、誤差値F_maxがθ=270°付近の場合には、光軸のズレは０よりも大きくなる。

光軸校正値算出部２１４は、図１２に示す誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）の推移から、第１光軸校正値ｂ１が０より大きいか０より小さいかを判別した上で、式（４）から第１光軸校正値ｂ１を算出することができる。光軸校正値算出部２１４は、算出した第１光軸校正値ｂ１を外形測定部２１５に通知する。

次に、ステップＳ５６において、光軸校正値算出部２１４は、式（４）から算出された第１光軸校正値ｂ１に基づいて測定値データＬ_２を光軸校正することによって、光軸校正が施されたＰＳＴ１の測定値データＬ_３を生成する。具体的に、測定値データＬ_３は、図１０に示す通り、ｂ１^２+Ｌ_２ ^２の平方根である。光軸校正値算出部２１４は、測定値データＬ_３をＲＡＭ２３に格納する。

次に、ステップＳ５７において、半径校正値算出部２１３は、光軸校正が施されたＰＳＴ１の測定値データＬ_３に基づいて、レーザ変位計１９ａの測定値データを０点校正するための最終の半径校正値ｃを算出する。具体的に、半径校正値算出部２１３は、角度ごとに測定値データＬ_３と設計値データＬ_０との誤差値（Ｌ_３-Ｌ_０）を算出し、全角度における誤差値（Ｌ_３-Ｌ_０）を平均することによって最終の半径校正値ｃを算出する。ここで、図１３は、測定値データＬ_３と設計値データＬ_０との推移を示すグラフである。図１３に示すように、最終の半径校正値ｃは、測定値データＬ_３と設計値データＬ_０との誤差値（Ｌ_３-Ｌ_０）から算出可能である。そして、半径校正値算出部２１３は、測定値データＬ_３から最終の半径校正値ｃを引くことによって、最終測定値データＬ_４を生成してＲＡＭ２３に格納するとともに、その旨を外形測定部２１５に通知する。

次に、ステップＳ５８において、半径校正値算出部２１３及び光軸校正値算出部２１４は、第２校正プレート１７ｂについての光軸校正値ｂを算出する。具体的に、半径校正値算出部２１３及び光軸校正値算出部２１４は、上述のステップＳ５４，Ｓ５５と同様の処理を実行することによって、ＰＳＴ２（図９参照）の測定値データＬ_１１と第２校正プレート１７ｂの設計値データＬ_０１とに基づいて、仮の半径校正が施されたＰＳＴ２の測定値データＬ_１２と、第２光軸校正値ｂ２を算出する。光軸校正値算出部２１４は、算出した第２光軸校正値ｂ２を外形測定部２１５に通知する。

次に、ステップＳ５９において、外形測定部２１５は、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０（図９参照）における測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０と第１光軸校正値ｂ１と第２光軸校正値ｂ２とに基づいて、８つのカウンタウェイトＣＷ１〜ＣＷ８の外形を測定する。

具体的に、外形測定部２１５は、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０それぞれのＰＳＴ１及びＰＳＴ２に対する相対位置に基づいて、第１光軸校正値ｂ１と第２光軸校正値ｂ２とを按分することによって、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０に応じた第３乃至第１０光軸校正値ｂ３〜ｂ１０を算出する。例えば、ＰＳＴ３とＰＳＴ２との間隔を“１”として、ＰＳＴ３とＰＳＴ１との間隔が“１５”である場合、第３光軸校正値ｂ３は、第１光軸校正値ｂ１×1/16と第２光軸校正値ｂ２×15/16との和である。

このように算出された第３乃至第１０光軸校正値ｂ３〜ｂ１０を用いて、外形測定部２１５は、測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０に対して光軸校正を実行する。具体的に、外形測定部２１５は、例えばカウンタウェイトＣＷ３であれば、図１４に示すように、ある角度θに対応する測定値データＬ_１３と第３光軸校正値ｂ３とに基づいて、校正測定値データＬ_１３’を算出する。そして、外形測定部２１５は、校正測定値データＬ_１３’に基づいて、角度校正値δθを算出する。校正測定値データＬ_１３’は、次の式（５）に基づいて算出され、角度校正値δθは、次の式（６）に基づいて算出される。

その後、処理は上述のステップＳ６０（図７参照）に進む。

［校正プレートの好適な構成］
次に、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂの好適な構成について、シミュレーションを通じて検証する。

本実施形態に係るレーザ変位計１９ａの測定値データには、レーザ変位計１９ａ自体の測定誤差も含まれているため、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が小さければ、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）がレーザ変位計１９ａ自体の測定誤差に埋もれてしまうおそれがある。

一方で、第１校正プレート１７ａの中心Ｐａと第１挿通孔１７１の中心Ｑａとの間隔ａ１が大きい程、また、第１校正プレート１７ａの半径Ｒａが小さい程、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）を際だたせることができる。そこで、以下においては、間隔ａ１と半径Ｒａとの特に好適な関係を検証する。

まず、上述の通り、第１光軸校正値ｂ１が０より大きい場合には角度θが２７０°付近であるときに誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）が最大値Ｆ_ＭＡＸとなる。そのため、最大値Ｆ_ＭＡＸと関数Ｆ（２７０°，ｂ１）との間には、次の式（７）が成立する。

ここで、図１５は、式（７）に様々な間隔ａ１と半径Ｒａとを代入した場合における光軸ずれとＦ_ＭＡＸとの関係を示すグラフである。図１５に示すように、（Ｒａ，ａ１）の組合せが、（50、25）（50、20）（75、25）（50、15）（75、20）（100、25）の場合に、2.0以上の良好なＦ_ＭＡＸを得ることができた。このことから、中心Ｑａと中心Ｐａとの間隔ａ１は、第１校正プレート１７ａの半径Ｒａの１／４以上であることが好ましいことが判った。

このことは、第２校正プレート１７ｂについても同様であり、中心Ｑｂと中心Ｐｂとの間隔ａ２は、第２校正プレート１７ｂの半径Ｒｂの１／４以上であることが好ましい。

［作用及び効果］
（１）外形測定装置１１において、光軸校正値算出部２１４は、第１校正プレート１７ａの測定値データＬ_１と、第１校正プレート１７ａの設計値データＬ_０とに基づいて第１光軸校正値ｂ１を算出する。同様に、光軸校正値算出部２１４は、第２校正プレート１７ｂの測定値データＬ_１１と、第２校正プレート１７ｂの設計値データＬ_０１とに基づいて第２光軸校正値ｂ２を算出する。外形測定部２１５は、クランクシャフト素材１の測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０を第１及び第２光軸校正値ｂ１，ｂ２に基づいて校正することによって、クランクシャフト素材１の外形を測定する。

このように、外形測定装置１１によれば、レーザ変位計１９ａの光軸Ｕと回転軸Ｔとの垂直方向における間隔に応じて、レーザ変位計１９ａの測定値データを校正できる。そのため、光軸Ｕと回転軸Ｔとがずれている場合であっても、クランクシャフト素材１の外形を精度良く測定することができる。

（２）第１挿通孔１７１の中心Ｑａと第１校正プレート１７ａの中心Ｐａとの間隔ａ１は、第１校正プレート１７ａの半径Ｒａの１／４以上である。

従って、図１５に示されるシミュレーション結果から判る通り、測定値データＬ_２と設計値データＬ_０との誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）を際立たせることができる。そのため、誤差値（Ｌ_２-Ｌ_０）がレーザ変位計１９ａ自体の測定誤差に埋もれてしまうことを抑制できる。

［他の実施形態］
（ａ）上記実施形態では、本発明に係る外形測定機１１がクランクシャフト素材１のセンタ穴加工機１０に内蔵される場合について説明したが、これに限られるものではない。外形測定機１１は、例えば、カムシャフトなどの他の測定対象物を加工するための加工機に内蔵されていてもよいし、また、外形測定機１１を単独で用いることも可能である。

（ｂ）上記実施形態では、外形測定機１１は、レーザ変位計１９ａを備えることとしたが、これに限られるものではない。外形測定機１１は、レーザ変位計１９ａに代えて、一つの光軸を有する非接触変位計を有していてもよい。このような変位計としては、例えば、赤外線変位計やＬＥＤ式変位センサなどなどが挙げられる。

（ｃ）上記実施形態では、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂそれぞれの構成が互いに異なることとしたが、これに限られるものではない。測定対象物の両端部の形状によっては、第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂそれぞれの構成が互いに同じであってもよい。

（ｄ）上記実施形態では、レーザ変位計１９ａが、図９に示す順番でＰＳＴ１からＰＳＴ１０まで移動することとしたが、これに限られるものではない。レーザ変位計１９ａの動作は適宜設定可能である。

（ｅ）上記実施形態では、外形測定機１１の測定対象物の一例として、クランクシャフト素材１のカウンタウェイトＣＷについて説明したが、測定対象物の外形はこれに限られるものではない。測定対象物の外形は、円形であってもよく、非円形であってもよい。

（ｆ）上記実施形態において、外形測定部２１５は、第１光軸校正値ｂ１と第２光軸校正値ｂ２とを按分することによって、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０に応じた第３乃至第１０光軸校正値ｂ３〜ｂ１０を算出することとしたが、これに限られるものではない。

例えば、外形測定機１１は、図１６に示す校正テストバー２００を備え、測定対象物の外形を測定する前に、予め校正テストバー２００を用いて第１及び第２校正プレート１７ａ，１７ｂの間における光軸校正値を追加的に取得しておいてもよい。

図１６に示すように、校正テストバー２００は、第１及び第２挿通穴１７１，１７２に両端部が挿通される棒状部２１０と、棒状部２１０に固定され、回転軸Ｔから偏芯された正円板状の８枚の中間校正プレート２２０と、を有する。棒状部２１０は、両端部を第１及び第２求芯チャック１６ａ，１６ｂに把持された状態で、回転軸Ｔ周りに回転する。８枚の中間校正プレート２２０は、第１乃至第８中間校正プレート２２１〜２２８を含んでいる。第１乃至第８中間校正プレート２２１〜２２８は、８つのカウンタウェイトＣＷ１〜ＣＷ８に対応する位置に固定されている。このような外形測定機１１では、第１校正プレート１７ａについて第１光軸校正値ｂ１を求めたのと同様に、第１乃至第８中間校正プレート２２１〜２２８それぞれについて光軸校正値（第３光軸校正値の一例）を予め算出しておくことができる。そのため、クランクシャフト素材１の外形を測定する場合には、８つのカウンタウェイトＣＷ１〜ＣＷ８それぞれの測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０を、第１乃至第８中間校正プレート２２１〜２２８それぞれについて算出した光軸校正値によって校正することができる。この場合には、第１光軸校正値ｂ１と第２光軸校正値ｂ２とを按分することによって算出された光軸校正値を用いる場合に比べて、現実に存在しているずれに即した校正を実行することができる。そのため、測定対象物の外形をより精度良く測定することができる。

（ｇ）上記実施形態において、半径校正値算出部２１３は、ＰＳＴ１の測定値データＬ_３に基づいて最終の半径校正値ｃを算出することとしたが、これに限られるものではない。半径校正値算出部２１３は、ＰＳＴ１の測定値データＬ_３に基づいて第１半径校正値ｃ１を算出するとともに、ＰＳＴ２の測定値データＬ_１１に基づいて第２半径校正値ｃ２を算出してもよい。この場合、外形測定部２１５は、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０それぞれのＰＳＴ１及びＰＳＴ２に対する相対位置に基づいて、第１半径校正値ｃ１と第２半径校正値ｃ２とを按分することによって、ＰＳＴ３〜ＰＳＴ１０に応じた第３乃至第１０半径校正値ｃ３〜ｃ１０を算出する。そして、外形測定部２１５は、各半径校正値ｃ３〜ｃ１０を用いて測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０それぞれをオフセットさせた後に、各光軸校正値ｂ３〜ｂ１０を用いて半径校正された測定値データＬ_１３〜Ｌ_２０を光軸校正すればよい。このように、第１及び第２半径校正値ｃ１，ｃ２の按分値を用いることによって、半径校正の精度を向上させることができる。

なお、この場合においても、図１６に示す校正テストバー２００を用いることによって、第３乃至第１０半径校正値ｃ３〜ｃ１０を直接取得することとしてもよい。これによって、半径校正の精度をさらに向上させることができる。

１００…クランクシャフト加工システム、１…クランクシャフト素材、ＣＷ…カウンタウェイト、１０…センタ穴加工機、１１…外形測定機、２０…コンピュータ、２１…ＣＰＵ、２１１…駆動制御部、２１２…測定値データ取得部、２１３…半径校正値算出部、２１４…光軸校正値算出部、２１５…外形測定部１６ａ，１６ｂ…第１及び第２求芯チャック、１７ａ，１７ｂ…第１及び第２校正プレート、１９ａ…レーザ変位計、１９ｂ…レール

Claims

測定対象物の形状を測定するための外形測定装置であって、
前記測定対象物の第１端部を把持した状態で回転可能な第１チャックと、
前記測定対象物の第２端部を把持した状態で回転可能な第２チャックと、
前記第１チャックに固定され、前記第１端部を挿通するための第１挿通孔を有する正円板状の第１校正プレートと、
前記第２チャックに固定され、前記第２端部を挿通するための第２挿通孔を有する正円板状の第２校正プレートと、
前記測定対象物の側方に配置され、前記第１チャックの回転軸に沿って移動可能であり、前記回転軸周りに回転する前記第１校正プレート、前記第２校正プレート及び前記測定対象物の位置を測定可能なレーザ変位計と、
前記レーザ変位計による前記第１及び第２校正プレートそれぞれの測定値データと、前記第１及び第２校正プレートそれぞれの設計値データとに基づいて、前記レーザ変位計の光軸に垂直な方向における前記光軸と前記回転軸との間隔を示す第１及び第２光軸校正値を算出する光軸校正値算出部と、
前記レーザ変位計による前記測定対象物の測定値データを前記第１及び第２光軸校正値に基づいて校正することによって、前記測定対象物の外形を測定する外形測定部と、
を備え、
前記第１挿通孔の中心は、前記第１校正プレートの中心から離間しており、
前記第２挿通孔の中心は、前記第２校正プレートの中心から離間している、
外形測定装置。
前記第１挿通孔の中心と前記第１校正プレートの中心の間隔は、前記第１校正プレートの半径の１／４以上である、
請求項１に記載の外形測定装置。
前記第２挿通孔の中心と前記第２校正プレートの中心の間隔は、前記第２校正プレートの半径の１／４以上である、
請求項１又は２に記載の外形測定装置。
前記第１及び第２挿通穴に両端部が挿通される棒状部と、前記棒状部に固定され、前記回転軸から偏芯された正円板状の中間校正プレートと、を有する校正テストバーを備え、
前記光軸校正値算出部は、前記レーザ変位計による前記中間校正プレートの測定値データと、前記中間校正プレートの設計値データとに基づいて、前記光軸に垂直な方向における前記光軸と前記回転軸との間隔を示す第３光軸校正値を算出し、
前記外形測定部は、前記測定対象物の前記測定値データを前記第１乃至第３光軸校正値に基づいて補正することによって、前記測定対象物の形状を測定する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の外形測定装置。