JP2020134401A - クランクシャフトの軸心挙動計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフト単体の軸心の挙動を計測すること。【解決手段】クランクシャフト２ａの先端に位置するセットボルト３の端面と、セットボルト３以外の位置に定める基準点２１，２２と、を撮像部で撮影し、セットボルト３の端面と、基準点２１，２２とを撮像部１１で撮影した撮影画像を２値化した２値化画像を生成し、２値化画像から、セットボルト３の端面の重心を算出し、２値化画像から、基準点２１，２２の重心を算出し、基準点２１，２２の重心と、セットボルト３の端面の重心から、セットボルト３の端面の重心の偏心量を算出し、算出された偏心量を補正値として用いて、軸心の挙動の計測を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、クランクシャフトの軸心挙動計測方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１２−０５２８１３号公報がある。この公報に記載された軸心挙動の計測方法では、回転体の軸心の振れを画像で検出する構成が開示されている。

具体的にはこの公報には、主軸に回転体を取り付け、回転体の回転軸心に対して垂直な垂直面内に、回転体を挟むようにして対向する３対の発光部と受光部を配置しておき、回転体を主軸ごと回転させながら測定を行うことが記載されている。なお、この測定によるエッジ光の光量に基づいて回転体の断面形状を取得するとともに、回転軸心の運動の軌跡を測定することができる。

特開２０１２−０５２８１３号公報

エンジンの実働の際にクランクシャフトが他部品に与える負荷を把握するために、クランクシャフトの軸心挙動を計測したいという要望がある。しかしながら、前述した従来の回転体の軸心挙動の計測方法は、エンジンに組みつけられたクランクシャフトの計測に適用することが困難である。具体的には、エンジンの振れには、エンジン自体のロール成分に起因する振れと、クランクシャフトの挙動に起因する振れがあり、前述の回転体の軸心挙動の計測方法を適用した場合にはこれらの区別がつかず、クランクシャフト単体の挙動による振れのみを測定することができない。
本発明は、クランクシャフト単体の軸心の挙動を計測するクランクシャフトの軸心挙動計測方法を提供するものである。

本発明にかかるクランクシャフトの軸心挙動計測方法は、エンジンに組みつけられたクランクシャフトの軸心挙動の計測方法であって、クランクシャフトの先端に位置するセットボルトの端面と、前記セットボルト以外の位置に定める基準点と、を撮像部で撮影し、前記セットボルトの端面と、前記基準点とを撮像部で撮影した撮影画像を２値化した２値化画像を生成し、前記２値化画像から、前記セットボルトの端面の重心を算出し、前記２値化画像から、前記基準点の重心を算出し、前記基準点の重心と、前記セットボルトの端面の重心から、前記セットボルトの端面の重心の偏心量を算出し、算出された前記偏心量を補正値として用いて、軸心の挙動の計測を実行する。
これにより、エンジンのロール量による振れとクランクシャフトの軸心の振れを切り分ける補正を行った状態で、計測を実行することができる。

これにより、クランクシャフト単体の軸心の挙動を計測することができる。

測定装置の構成を示す図である。 測定対象であるエンジンとエンジンの一部を拡大した図である。 セットボルトの端部と第１の基準点と第２の基準点の重心を求めた状態を示す図である。 重心偏心量を算出する手順を示した図である。 セットボルトの端面重心をプロットした状態を示した図である。 評価試験を行う手順を示した図である。 エンジンロール量の補正方法を示した図である。 補正後のクランクシャフトの先端の軸心挙動の一例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２に示すように、測定装置１は、エンジン２のクランクシャフト２ａの先端に配置されるセットボルト３を撮影する撮像部１１と、撮像部１１で撮像した画像について画像処理を行う処理部１２と、処理部１２で処理したものを用いてセットボルト３の端面３１の重心の偏心量を算出し、エンジンのロール成分を算出する算出部１３と、を備える。

ここで図２に示すように、エンジン２にはクランクシャフト２ａが設けられており、クランクシャフト２ａにはセットボルト３が設けられているものとする。ここで、クランクシャフト２ａの先端が、セットボルト３の端面３１に該当する。さらにエンジン２上であって、クランクシャフト２ａが設けられているクランクプーリーから外れた位置であるとともに、クランクシャフト２ａの延在方向に対して垂直方向に離れた位置に、任意に定めた第１の基準点２１と、第２の基準点２２と、が設定されている。なお、第１の基準点２１と第２の基準点２２は、タイミングチェーンケース（ＴＣＣ）に、マーカーを設けることで設定されている。

撮像部１１は、エンジン２を撮影するカメラである。例えば撮像部１１は、エンジン２のクランクシャフト２ａの延在方向の略延長上から、エンジン２の撮影を行う。また撮像部１１では、クランクシャフト２ａの先端であるセットボルト３の端面３１と、第１の基準点２１と、第２の基準点２２と、が撮影範囲に収まるように配置されている。なお撮像部１１には高速度カメラを用い、高いサンプリング周期で撮影を行うことで、データ欠損を最小化させることができる。

処理部１２は、撮像部１１で取得した撮影画像について、画像処理を行う。より具体的には、処理部１２では撮影画像の２値化処理を行う。これにより、処理部１２では白黒画像である２値化画像を生成する。例えば、処理部１２による２値化処理により、白黒の二階調の画像が得られる。

算出部１３は、画像の重心の算出を行う。算出部１３では、処理部１２で生成された２値化画像について画像処理を行い、セットボルト３の端面３１の重心の算出と、第１の基準点２１の重心の算出と、第２の基準点２２の重心の算出と、を行う。例えば算出部１３では、２値化画像の白画素の面積重心座標を算出する。例えば図３に示しているように、算出部１３は、セットボルト３の端面３１の重心のＸ、Ｙ座標、第１の基準点２１の重心のＸ、Ｙ座標、第２の基準点２２の重心のＸ、Ｙ座標のそれぞれを算出する。

また算出部１３では、後述するように、セットボルト３の端面３１の偏心量の算出を行う。さらに算出部１３では、評価試験を行う際には、算出した偏心量を利用した偏心量の補正や、エンジンロール量の補正を行い、クランクシャフト２ａの先端の軸心挙動を算出する。

ここで測定装置１では、セットボルト３の端面３１の重心偏心量の算出をあらかじめ行っておき、その後、算出された重心偏心量の値を利用して評価試験を行う。

最初に図４を参照して、クランクシャフト２ａを手回しで回して、セットボルト３の端面３１の重心偏心量を算出する手順について説明する。

撮像部１１を用いてエンジン２を撮影する（Ｓ１）。すなわち撮像部１１は、セットボルト３の端面３１と、第１の基準点２１と、第２の基準点２２と、が撮影された撮影画像を取得する。なお撮像部１１では、クランクシャフト２ａが回転した状態を連続的に撮影する。

処理部１２は、撮像部１１が取得した撮影画像の２値化を行う（Ｓ２）。例えば、処理部１２では、所定の輝度値を閾値として設定し、閾値より低い輝度の画素を黒色、閾値以上の輝度の画素を白色とする２値化を行う。

図３に示すように、算出部１３では、処理部１２で生成した２値化画像について白画素の面積重心座標を算出することで、セットボルト３の端面３１の重心座標を算出する（Ｓ３）。

さらに算出部１３は、処理部１２で生成した２値化画像について白画素の面積重心座標を算出することで、第１の基準点２１の重心座標と、第２の基準点２２の重心座標のそれぞれを算出する（Ｓ４）。

算出部１３は、撮像部１１を用いて撮影した撮影画像のうち最後のフレームまで重心座標の算出を行ったか否かを判定する（Ｓ５）。なお例えば、撮像部１１では、クランクシャフト２ａを１回転させる間に連続的に撮影を行うものとして、算出部１３は１回転の最終フレームの画像まで処理を行ったか否かを判定する。最終フレームまで処理が終わっていれば（Ｓ５でＹｅｓ）、Ｓ６に進む。最終フレームまで処理が終わっていなければ（Ｓ５でＮｏ）、Ｓ２に戻り、処理が行われていない撮影画像について、セットボルト３の端面３１、第１の基準点２１、第２の基準点２２のそれぞれの重心座標を算出する。

セットボルト３の端面３１の偏心量を算出する（Ｓ６）。例えば図５に示すように、クランクシャフト２ａの回転中心と、クランクシャフト２ａを回転させる間のセットボルト３の端面３１の重心位置の移動をＸ、Ｙグラフ上にプロットする。これにより、クランクシャフト２ａの回転中心の周りに、端面３１の重心位置の軌跡が、円に近似できる形状となるようにプロットされる。この近似の円形を用い、クランクシャフト２ａの回転中心と回転角φのときの偏心量ｒを算出できる。

次に、図６を参照して、エンジン２の評価試験を行う手順について説明する。

撮像部１１を用いてエンジン２を撮影する（Ｓ１１）。すなわち撮像部１１は、セットボルト３の端面３１と、第１の基準点２１と、第２の基準点２２と、が撮影された撮影画像を取得する。なお撮像部１１では、クランクシャフト２ａが回転した状態を連続的に撮影する。

処理部１２は、撮像部１１が取得した撮影画像の２値化を行う（Ｓ１２）。例えば、処理部１２では、所定の輝度値を閾値として設定し、閾値より低い輝度の画素を黒色、閾値以上の輝度の画素を白色とする２値化を行う。

算出部１３は、処理部１２で生成した２値化画像について白画素の面積重心座標を算出することで、セットボルト３の端面３１の重心座標を算出する（Ｓ１３）。

さらに算出部１３は、処理部１２で生成した２値化画像について白画素の面積重心座標を算出することで、第１の基準点２１の重心座標と、第２の基準点２２の重心座標のそれぞれを算出する（Ｓ１４）。

算出部１３は、撮像部１１を用いて撮影した撮影画像のうち最後のフレームまで重心座標の算出を行ったか否かを判定する（Ｓ１５）。なお例えば、撮像部１１では、クランクシャフト２ａを所定の数回転させる間、連続的に撮影を行うものとして、算出部１３は最終フレームの画像まで処理を行ったか否かを判定する。最終フレームまで処理が終わっていれば（Ｓ１５でＹｅｓ）、Ｓ１６に進む。最終フレームまで処理が終わっていなければ（Ｓ１５でＮｏ）、Ｓ１２に戻り、処理が行われていない撮影画像について、セットボルト３の端面３１、第１の基準点２１、第２の基準点２２のそれぞれの重心座標を算出する。

算出部１３は、セットボルト３の端面３１の重心の偏心量の補正を行う（Ｓ１６）。すなわち算出部１３では、Ｓ１３で取得した端面３１の重心座標から、上記の重心偏心量の算出においてＳ６で算出した端面３１の重心の偏心量を減算することで、偏心の補正を行う。

算出部１３は、エンジンロール量の補正を行う（Ｓ１７）。ここで算出部１３は、図７に示すように、偏心量の試験時の第１の基準点２１の重心座標と、第２の基準点２２の重心座標と、を用いる。すなわち、第１の基準点２１の重心座標に対して、偏心量算出を行ったときの第２の基準点２２の重心座標と、評価試験での第２の基準点２２の重心座標の角度変化Δθを算出する。これは偏心量算出を行う際に、エンジン２がロールしていないことを前提としている。

さらに算出部１３は、セットボルト３の端面３１の重心の座標を、第１の基準点２１を原点とした回転座標（Ｒ，α）からΔθを減算した（Ｒ，α−Δθ）とする。これにより、エンジン２のロール量を補正することができる。

算出部１３は、クランクシャフト２ａの先端の軸心挙動を算出する（Ｓ１８）。ここで、算出部１３は、セットボルト３の端面３１の重心の偏心量の補正と、エンジン２のロール量の補正を行った後のクランクシャフト２ａの先端の軸心挙動を算出することができる。図８は、補正後のクランクシャフト２ａの先端の軸心挙動をＸ、Ｙ軸グラフにプロットした一例であり、例えばプロットのばらつきの状態から、エンジン２の良品と悪品の判定を行うことができる。

このようにして、性能評価試験前にクランクシャフト２ａの偏心量を算出し、さらに、第１の基準点２１と第２の基準点２２の重心座標を用いて、エンジン２のロール成分を補正することができる。これにより、エンジン２のロール成分とクランクシャフト２ａ単体の振れと、を切り分け、クランクシャフト２ａ単体の軸心の挙動を計測することができる。

撮像部１１で高速度カメラを用い、撮影画像に対して画像処理を行うことで計測を実行しているため、エンジン２に対しては無加工で測定を実行できる。したがって、エンジン２に対してセンサの貼り付けや、配線などの加工が必要なく、重量の変化や強度の変化による計測結果の誤差の発生が抑制される。

また、撮像部１１では高速度カメラを用いてデータ欠損が発生しにくくすることで、例えば仮の対象形状を算出してデータ欠損を補間して偏心量を算出するような場合に比べて、測定誤差の発生を抑制することができる。

また偏心の測定では、エンジン２に対してセンサを９０度方向に２台設置して偏心を計測することも考えられるが、この計測方法に比べて、配置ずれによる計測誤差が低く、スペースによる制限が少ない点で優位性がある。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、算出部１３では処理部１２により２値化された画像を処理することによって重心を算出するものとして記載したが、これに限られない。一例として、処理部１２では２値化処理を行わず、算出部１３は撮像部１１で撮影された撮影画像に基づき、各画素の輝度値を重みとして用い、セットボルト３の端面３１、第１の基準点２１、第２の基準点２２のそれぞれについて重み付き重心を算出してもよい。

１ 測定装置
２ エンジン
２ａ クランクシャフト
３ セットボルト
１１ 撮像部
１２ 処理部
１３ 算出部
２１ 第１の基準点
２２ 第２の基準点
３１ 端面

Claims (1)

1. エンジンに組みつけられたクランクシャフトの軸心挙動計測方法であって、
   クランクシャフトの先端に位置するセットボルトの端面と、前記セットボルト以外の位置に定める基準点と、を撮像部で撮影し、
   前記セットボルトの端面と、前記基準点とを撮像部で撮影した撮影画像を２値化した２値化画像を生成し、
   前記２値化画像から、前記セットボルトの端面の重心を算出し、
   前記２値化画像から、前記基準点の重心を算出し、
   前記基準点の重心と、前記セットボルトの端面の重心から、前記セットボルトの端面の重心の偏心量を算出し、
   算出された前記偏心量を補正値として用いて、軸心の挙動の計測を実行する
   クランクシャフトの軸心挙動計測方法。

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