JP4382699B2

JP4382699B2 - ３次元測定における穴位置測定方法

Info

Publication number: JP4382699B2
Application number: JP2005142788A
Authority: JP
Inventors: 茂齋藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: JP2006317396A

Description

この発明は、３次元形状をなす被測定物における穴位置を、非接触で簡単に３次元測定する方法に関する。

３次元測定方法は公知であり、定点に配置したカメラ等の３次元測定器により被測定物の表面を走査して、被測定物からの反射光を撮影し、得られた多数の測定データを基に演算処理して３次元立体形状を非接触で作成するようになっている。
特開２００２−３１０６４１号公報

反射光により立体形状を作成する従来の非接触式３次元測定器は、エッジ（輪郭）部分を測定しようとすると光の乱反射のためにこれを精度よく検出することができなかった。特に、平面上に形成された円柱穴の位置を測定する場合には、平面と円柱穴内面のそれぞれを、３次元測定器の定点を変えて複数回づつ測定しなければならなかった。

図６は、従来方法により、平面１０１の上に形成された円柱穴１０２の３次元形状を３次元測定器１０５にて測定する方法を示す。図の小さな四角は測定ポイントを示す。この従来方法では、３次元形状を構成する面１０１，１０６，１０７を測定できるが、エッジ１０８及び１０９部分は光の乱反射により測定結果が不正確になった。そこで、３次元測定器１０５の定点を複数に変え、例えば、異なる測定方向Ａ，Ｂ等から、それぞれ複数回測定し、これらを合成して正確な穴１０２を求める必要があり、多くの手間を要した。
そこで本願発明は、穴位置の３次元測定を簡単に行えるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、３次元測定における穴位置測定方法に係る請求項１は、非接触式３次元測定器を用いて被測定物の穴位置を測定する方法において、前記被測定物の基準面上に設けられた前記穴に、一端部がこの穴に挿入される固定部を有するとともに他端部の少なくとも一部が球面状をなす球状部を有する基準治具を挿入し、前記非接触式３次元測定器で前記球状部の少なくとも一部の球面を測定することによりこの球面を構成する全球を算出し、この全球を前記基準面上へ投影することにより前記穴の位置を検知することを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記穴が被測定物の測定部周囲に被測定物と一体に形成された基準穴であり、測定部の周囲２ケ所に設けられることを特徴とする。

請求項１によれば、円柱穴の位置を３次元測定型する際には、その位置に設けられた基準治具の球面状部について少なくともその一部の球面を測定すればよいため、３次元測定器の測定回数を一つの定点における走査で済ませることができ、定点を複数に変えて測定する必要がないので、穴位置の３次元測定を簡単かつ迅速に行うことができる。

請求項２によれば、被測定物の測定部周囲へ一体に形成された２ケ所の基準穴を利用し、これらに上記球状部を有する基準治具を嵌合することにより３次元測定を可能にする。このため、従来は基準点を３点必要としていたところ、基準穴２ケ所に減少させることができ、測定工数を削減することができる。

以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。図１は原理を示す。まず、Ａの測定工程では、基準面１に形成された円柱状の穴２に球面部３を備えた基準治具４を嵌合し、上方の定点Ｐより３次元測定器５で扇形走査等の方法にて表面形状を測定する。

３次元測定器５は、公知の撮影装置であり、例えば、ＣＣＤカメラがある。撮影は被測定物表面からの反射光を検知することにより行われ、自然光等を受ける受動的なものと、赤外線やレーザー光等を照射する能動的なもののいずれの方式も可能である。また、ＣＣＤカメラによる測定をメインとし、これにレーザー光等を照射する方法を組合せることもできる。

Ｂは測定により部分球面データ６を取得する工程を示す。部分球面データ６は、基準治具４の球面部３における全球面を特定するために必要な球面に関するデータであり、球面の一部分に相当するものが得られれば十分である。

Ｃは部分球面データ６を基にして計算により３次元の測定全球７を求める計算工程を示す。測定全球７は球面部３を構成する球と同じである。Ｏ１はこの測定全球７の一次中心であり、測定全球７の特定により、一次中心Ｏ１の高さを含む３次元方向の座標位置も計算で決定される。Ｘ・Ｙ・Ｚは３次元座標軸であり、Ｘ・Ｙ軸は基準面１に平行である。

Ｄは穴位置計算工程であり、測定全球７を穴２が設けられている基準面１と同じ傾斜角度θをなす投影平面８上へ投影して投影円９を形成し、この投影円９より穴位置を決定する。これは全て計算により定まる。この投影円９における二次中心Ｏ２は基準面１上における実際の穴２の中心と一致する。したがって、一次中心Ｏ１における投影平面８（基準面１）からの実際の高さを考慮せずに、実際の穴２の中心位置を特定でき、かつ穴２の径が予め判っていれば、投影平面８（基準面１）上における穴２の形状も正確に定められる。

図２は基準治具４の拡大図であり、基準治具４は半球状の球面部３と、首部の環状溝１０を介して一体に連続する円柱状の固定部１１を備える。球面部３の直径Ｄ１と固定部１１の直径Ｄ２はＤ１＞Ｄ２の関係を維持するように形成される。Ｄ２は穴２の内径とほぼ等しく、固定部１１は穴２へ密に嵌合される。

基準治具４は樹脂や金属等の適宜材料から形成できる。基準治具４に対する３次元測定器５の測定は、定点Ｐのみから行われ、球面部３の表面に沿って測定された部分球面データより、球面部３の球面に相当する全球の球面データを計算により作成する。

図３〜５は、エンジンの吸気ポート形状とノックピン穴位置の測定を行う実施例を示す。図３はシリンダヘッド２０の断面図、図４はその燃焼室２１側から見た底面図である。

燃焼室２１には、吸気ポート２２と排気ポート２３が対向配置されて連通している。各ポートは吸気バルブ２４及び排気バルブ２５で開閉される。２６，２７は吸気側のバルブシート及びバルブガイドであり、２８，２９は排気側のバルブシート及びバルブガイドである。各バルブの軸線Ｃ１，Ｃ２は所定の挟み角をなしている。

図３に示すように、シリンダヘッド２０の下面である割り面３０はシリンダブロック３１の上面に当接し、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３１は割り面３０を挟んでノックピン３２で位置決め結合される。

吸気ポート２２，排気ポート２３は３次元形状をなす。例えば、吸気ポート２２及び排気ポート２３を３次元測定するには、吸気ポート２２，排気ポート２３の軸線３４，３５に沿って上下に分割し、上側部分３６と下側部分３７における吸気ポート２２，排気ポート２３の分割形状を３次元測定し、それぞれを合成して立体形状を得る。このときノックピン穴３３の位置も測定される。

図４に示すように、吸気ポート２２及び排気ポート２３はそれぞれ対をなして燃焼室２１に臨み、割り面３０における燃焼室２１の周囲には、吸気ポート２２の近傍部にノックピン３２のためのノックピン穴３３が、燃焼室２１を挟んで２ケ所形成され、この穴は３次元測定の基準穴としても利用される。

図５は、吸気ポート２２及びノックピン穴３３を測定するため、図３の５−５線に沿って切断された部分を測定して得られた立体測定形状４０を示す。４１は吸気ポート２２に相当する測定吸気ポート、４２は同じく測定された基準治具４の測定治具形状、４３は球面部３に相当する測定球面部である。

この立体測定形状４０は定点Ｐに置かれたＣＣＤカメラからなる３次元測定器５によりワンショットで測定された３次元形状であり、Ｘ・Ｙ・Ｚからなる直交３軸方向の情報を含む。なお、ＣＣＤカメラの測定だけでは陰になる部分が生じ、この部分も測定する必要がある場合には、レーザー光等を照射する測定装置を組合せ、これを平行に走査させることにより、陰の部分を測定して補完させることともできる。

このとき、２ケ所のノックピン穴３３（図４参照）にはそれぞれ予め基準治具４が嵌合されており、その治具の測定治具形状４２も測定される。この測定治具形状４２における測定球面部４３は、基準治具４の球面部３における球面の一部に相当する部分球面データを与えるので、このデータから測定球面部４３の全球を計算し、その一次中心Ｏ１を算出する。続いて、この測定球面部４３を割り面３０に相当する測定基準面４４上に投影処理し、一次中心Ｏ１に対応する二次中心Ｏ２を決定し、これに基づいてノックピン穴３３に相当する測定ノックピン穴４５を決定する。

このようにして測定された立体形状４０は実際の製品に関するものであり、その測定吸気ポート４１及び測定ノックピン穴４５等を設計データと重ね合わせることにより、実際の製品と設計データとの間における誤差を比較できる。このとき、当初測定された測定球面部４３の一次中心Ｏ１は、縦横（Ｘ・Ｙ）方向のみならず、高さ（Ｚ）方向の情報を含んでいる。このため、この測定データを直接用いて設計データと比較しようとすれば、測定データと設計データをＸ・Ｙ・Ｚの３軸方向で正確に位置決めしなければならず、位置決めに多くの手間を要することになる。

しかし、本願発明では予め、測定球面部４３を測定基準面４４上に投影処理し、一次中心Ｏ１を二次中心Ｏ２へ変換することにより、測定基準面４４上に測定ノックピン穴４５の位置を特定してある。したがって、測定基準面４４におけるＸＹ方向位置、すなわち割り面３０における位置合わせをするだけで、Ｚ方向の位置決めをすることなく、ノックピン穴３３と測定ノックピン穴４５の位置を比較できることになる。

このため、測定後の測定データと設計データとの比較作業における位置合わせが容易になり、比較作業を効率化できる。
しかも、穴２（ノックピン穴３３）の位置を測定する際には、その位置に設けられた基準治具４の球面部３について少なくともその球面の一部を測定するだけで全球を計算で求め、さらに穴位置も計算で定めることができる。このため３次元測定器５の測定回数を一つの定点Ｐにおける走査で済ませることができ、定点を複数に変えて測定する必要がないので、穴位置の３次元測定を簡単かつ迅速に行うことができる。

また、被測定物であるシリンダヘッド２０と一体に形成され、測定部である吸入ポート２２等の周囲に設けられた２ケ所のノックピン穴３３を基準穴として利用し、これらに基準治具４を嵌合することにより３次元測定を可能にした。このため、従来は基準点を３点必要としていたところ、基準穴を２ケ所に減少させることができ、測定工数を削減することができる。

なお、この測定方法によれば、種々な基準面における穴位置を３次元測定できる。したがって、エンジンのみならず各種の機械類や金型等における穴位置の３次元測定に広く利用できる。

原理図基準治具の拡大図実施例に係るシリンダヘッドの断面図上記シリンダヘッドの燃焼室側から見た底面図吸気ポートの３次元測定形状従来の３次元測定による穴位置測定方法を示す図

符号の説明

１：基準面、２：穴、３：球面部、４：基準治具、５：３次元形状測定器、６：部分球面データ、７：全球、８：投影平面、９：投影円、１１：固定部、２２：吸気ポート、２３：排気ポート、３３：ノックピン穴

Claims

非接触式３次元測定器を用いて被測定物の穴位置を測定する方法において、
前記被測定物の基準面上に設けられた前記穴に、一端部がこの穴に挿入される固定部を有するとともに他端部の少なくとも一部が球面状をなす球状部を有する基準治具を挿入し、
前記非接触式３次元測定器で前記球状部の少なくとも一部の球面を測定することによりこの球面を構成する全球を算出し、この全球を前記基準面上へ投影することにより前記穴の位置を検知することを特徴とする３次元測定における穴位置測定方法。
前記穴は被測定物の測定部周囲に被測定物と一体に形成された基準穴であり、測定部の周囲２ケ所に設けられることを特徴とする請求項１に記載した３次元測定における穴位置測定方法。