JP6285037B2 - 部品の製造方法及びそれを用いた製造装置、容積測定方法、形状測定方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、測定装置測定物を所定方向に所定距離移動する移動台と、前記測定物にスリット光を照射するスリット光源と、このスリット光源から出力されたスリット光が被測定物に当たっている時のスリット画像を撮影するカメラと、前記カメラから得られるスリット画像から3次元データを画像処理し1スリット画像毎の容積を演算し、これらを積分して容積全体を求める機能を有する画像処理手段とから非接触容積測定装置を構成されている非接触容積測定装置について記載されている。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
(距離センサ配置最適化)
図4に計測面と距離センサのレーザ入射方向を表す模式図を示す。図1に示す距離センサ110a〜110cは、計測面101の任意形状が計測できるよう適切に配置する必要がある。ここで、非接触のレーザを利用した距離センサの計測精度は、計測面の傾きに大きく依存する。図4に示すように、計測面の法線ベクトル102の向きをθs、φs、距離センサの入射レーザ方向ベクトル112の向きをθl、φlと表すこととする。また、計測される距離をlとする。計測面101の法線ベクトル102と距離センサの入射レーザ方向ベクトル112のなす角の絶対値をαとし、距離センサの計測誤差のα依存性の一例を図5に示す。一般に計測誤差はαが大きくなるにつれて大きくなる傾向がある。したがって、事前に、図5に示す誤差のα依存性を基礎データとして取得しておき、計測に必要な誤差の最大値を設定することで、装置構成を決める判断材料となるαの最大値を決めることができる。
(信号処理部)
距離センサによる距離計測結果は、信号処理部にて各種処理が施され、最終的に試料の良否判定まで自動で行う。ここで、信号処理部は、ステージ位置情報と距離センサにて計測した資料と距離センサ間の距離情報より形状を算出する形状算出部、形状算出部にて算出した形状と任意に設定した高さ基準を用いてピストン冠面上の容積を算出する容積算出部、容積算出部にて算出した容積の良否判定を行う良否判定部からなる。以下、各部に関して詳細に説明する。
(形状算出部)
図10に形状算出部のフローを示し、図11に形状データ算出時のデータフロー図を示す。図11のように各距離センサからの距離データ301、x軸ステージとθステージの座標データ302、そして距離センサとステージの位置関係を表す較正データ303より、xyz座標系に各計測点を変換し、形状データ(点群)310を算出する(S201a〜S201c)。S201a〜S201cにて算出した各形状データに対し、はずれ値などのノイズ成分を統計的処理により除去する(S202a〜S202c)。S202a〜S202cにノイズ除去された形状データに対し、距離センサのレーザ入射方向と計測面の方向のなす角αが閾値以上となる精度が低いと想定される点は除去する(S203a〜S203c)。
(容積算出部)
図14を参照しながら容積算出部を説明する。形状算出部で得た高精度形状データと任意の高さ基準312とで構成される領域の容積313を算出し、試料上面の容積とする。このとき高さ基準312は、試料100が図15に示すピストンの場合、ピストンピン穴の中心位置から一定の高さを高さ基準312aとする、もしくは冠面上の一部を高さ基準312bとする方法がある。冠面上に高さ基準312bを用いる場合は、あらかじめ高さ基準312bを製造時に作りこんでおくとより高精度な容積検査が可能となる。
(良否判定部)
良否判定部では、容積算出部で算出した容積の良否を判定する。例えば設計値、もしくは良品より求めた容積に対して、閾値を設定し、閾値以上は不良品、閾値以下は良品とする。また、良否判定の傾向から、不良値が続く場合には、製造プロセスへのフィードバックを行うこともできる。試料が鋳物製品の場合は金型の摩耗や、欠損の早期発見に繋がる。さらに、形状算出部にて算出した高精度形状データを設計形状もしくは良品形状と比較することで、より高精度に金型の摩耗、欠損の量、部位を正確に特定することが可能となる。
また、不良の個数、種類の履歴を保存しておき、特定の不良数が一定割合を超えた場合に、加工部500の鋳造工程501、機械加工工程502の加工条件を変更する、もしくは加工を停止することで加工されるピストンの品質確保を行うことも可能である。
上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
1a 良品ピストン
1b 不良品ピストン
100 試料
101 計測面
102 法線ベクトル
105 軌跡
110a〜110c 距離センサ
112 入射レーザ方向ベクトル
113a〜113c 入射レーザ
114a、114b 偏光板
120 回転ステージ
121 シリンダ機構
130a x軸ステージマスター軸
130b x軸ステージスレーブ軸
131 プレート
140 側面用距離センサ
150a z軸ステージマスター軸
150b z軸ステージスレーブ軸
160 ステージドライバ
170 制御部
180 信号処理部
181 形状算出部
182 容積算出部
183 良否判定部
200 計測可能領域
301 距離データ
302 座標データ
303 較正データ
310 形状データ
311 高精度形状データ
312、312a、312b 高さ基準
313 容積
401 基準平面
402 基準高さ
500 ピストン加工部
501 鋳造工程
502 機械加工工程
510 搬送部
510a 良品ライン
510b 不良品ライン
520 容積検査部
521 情報読み取り部
530 表示部
531 種類
532 製造番号
533 基準容積値
534 計測容積値
535 基準容積値と計測容積値との差分
536,537 寸法
538 形状比較結果
538a 偏差の大きさを表すカラーバー
539 比較結果の標準偏差
540 分岐部
Claims (13)
- 3次元曲面からなる被測定面を有する部品の製造方法であって、
前記部品の前記被測定面を形成する形成ステップと、
前記形成ステップから排出された前記部品の前記被測定面を光学的手段で測定して被測定面形状を特定し、前記被測定面形状に基づき容積値を算出する検査ステップと、
前記検査ステップで得た前記容積値とあらかじめ設定した基準容積値とを比較し前記部品の良否を判定する評価ステップと、
前記評価ステップの良否判定に応じて前記部品を分岐させる分岐ステップと、
前記分岐ステップにより分岐された前記部品毎に搬送する搬送ステップと、
を備え、
前記光学的手段は、前記被測定面に投射したスポット光の反射光を受光して測距する距離センサを備え、
前記検査ステップは、前記光学的手段と前記被測定面とを2次元方向に相対移動させながら、前記距離センサにより前記部品の異なる方向から前記光学的手段と前記被測定面の複数個所との距離を計測して距離データ群を取得するステップと、
前記距離データ群を、前記光学的手段と前記部品との相対位置情報に基づき前記被測定面の3次元座標系の形状データ群に変換するステップと、
前記形状データ群から、前記スポット光の前記部品に対する方向と前記形状データ群から求めた計測点の法線方向との成す角が閾値以上となる測定点を除いて統合した統合形状データを取得するステップと、
前記統合形状データに基づき前記被測定面と任意に設定した高さ基準との間の容積値を取得するステップと、
を有することを特徴とする部品の製造方法。 - 請求項1に記載の部品の製造方法であって、
前記形状データ群の形状データのうち、他の計測点の形状データとの差が所定値以上となる計測点の形状データを前記形状データ群から除外する、
ことを特徴とする部品の製造方法。 - 請求項1に記載の部品の製造方法であって、
前記統合された形状データの計測点群の密度を平準化することを特徴とする部品の製造方法。 - 請求項1に記載の部品の製造方法であって、
前記距離データ群を取得するステップは、前記部品を回転させながら前記光学的手段と前記被測定面とを相対移動することにより前記被測定面をらせん状に計測する、
ことを特徴とする部品の製造方法。 - 3次元曲面からなる被測定面を有する部品の製造装置であって、
前記被測定面を形成する形成部と、
前記形成部から排出された前記部品の前記被測定面を光学的手段で測定して前記被測定面形状を特定し、前記被測定面形状に基づき前記被測定面形状により形成される容積値を算出する検査部と、
前記検査部で得た前記容積値とあらかじめ設定した基準容積値とを比較し前記部品の良否を判定する評価部と、
前記評価部の良否判定に応じて前記部品を分岐させる分岐部と、
前記分岐部により分岐された前記部品毎に搬送する搬送部と、
を備え、
前記検査部は、
前記光学的手段による前記被測定面に投射したスポット光の反射光を受光して測距する距離センサを備える距離計測部と、
前記光学的手段と前記被測定面とを2次元方向に相対移動可能な走査部と、
前記光学的手段にて取得した前記光学的手段と前記被測定面との距離データ群および前記光学的手段と前記部品との相対位置情報から前記被測定面の3次元座標系の形状データ群を算出し、前記形状データ群から前記スポット光の前記部品に対する方向と前記形状データ群から求めた計測点の法線方向との成す角が閾値以上となる測定点を除いて統合した統合形状データを取得する形状算出部と、
を有することを特徴とする部品の製造装置。 - 部品の被測定面を含む容積を、光学的手段を用いて測定する容積測定方法であって、
前記光学的手段は部品に投射したスポット光の反射光を受光して測距する距離センサを備え、
前記光学的手段と前記被測定面とを2次元方向に相対移動させながら、前記距離センサにより前記部品の異なる方向から前記光学的手段と前記被測定面の複数個所との距離を計測して距離データ群を取得するステップと、
前記距離データ群を、前記光学的手段と前記部品との相対位置情報に基づき前記被測定面の3次元座標系の形状データ群に変換するステップと、
前記形状データ群から、前記スポット光の前記部品に対する方向と前記形状データ群から求めた計測点の法線方向との成す角が閾値以上となる計測点を除いて統合した統合形状データを取得するステップと、
前記統合形状データに基づき前記被測定面と任意に設定した高さ基準との間の容積を取得するステップと、
を有することを特徴とする容積測定方法。 - 請求項6に記載の容積測定方法であって、
前記形状データ群の形状データのうち、他の計測点の形状データとの差が所定値以上となる計測点の形状データを前記形状データ群から除外する、
ことを特徴とする容積測定方法。 - 請求項6に記載の容積測定方法であって、
前記統合された形状データの計測点群の密度を平準化する、
ことを特徴とする容積測定方法。 - 請求項6に記載の容積測定方法であって、
前記距離データ群を取得するステップは、前記部品を回転させながら前記光学的手段と前記被測定面とを相対移動することにより前記被測定面をらせん状に計測する、
ことを特徴とする容積測定方法。 - 部品に形成された3次元の被測定面の形状を、光学的手段を用いて測定する形状測定方法であって、
前記光学的手段は前記部品の前記被測定面に投射したスポット光の反射光を受光して測距する距離センサを備え、
前記光学的手段と前記被測定面とを2次元方向に相対移動させながら、前記距離センサにより前記部品の異なる方向から前記光学的手段と前記被測定面の複数個所との距離を計測して距離データ群を取得するステップと、
前記距離データ群を、前記光学的手段と前記部品との相対位置情報に基づき前記被測定面の3次元座標系の形状データ群に変換するステップと、
前記形状データ群から、前記スポット光の前記部品に対する方向と前記形状データ群から求めた計測点の法線方向との成す角が閾値以上となる測定点を除いて統合した統合形状データを取得するステップと、
を有することを特徴とする形状測定方法。 - 請求項10に記載の形状測定方法であって、
前記形状データ群の形状データのうち、他の計測点の形状データとの差が所定値以上となる計測点の形状データを前記形状データ群から除外する、
ことを特徴とする形状測定方法。 - 請求項10に記載の形状測定方法であって、
前記統合された形状データの計測点群の密度を平準化する、
ことを特徴とする形状測定方法。 - 請求項10に記載の形状測定方法であって、
前記距離データ群を取得するステップは、前記部品を回転させながら前記光学的手段と前記被測定面とを相対移動することにより前記被測定面をらせん状に計測する、
ことを特徴とする形状測定方法。
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