JP7171114B2 - シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法 - Google Patents

シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、加工領域におけるシャフトワークの検出方法に関し、特にシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法に関する。
カムシャフトはピストンエンジンの部品であり、バルブの開閉を制御するためのものである。カムシャフトの本体は、シリンダーセットとほぼ同じ長さである円筒形ロッドであり、幾つかのジャーナルとジャーナルの間に嵌め込まれる幾つかのカムを有し、バルブを駆動するためのものである。カムシャフトはエンジンのコア部品であり、その加工精度がエンジンの雑音、パワー性能、経済性などの全体性能指標に直接的に影響を与える。カムシャフトジャーナルの振れ加工精度が検出の必要項目であり、厳しく求められるが、従来の光学機械測定器、接触子測定機器及びサンプル測定では、効率が非常に低く、オフラインで実施するものが多数であり、現在の高精度・高効率・大規模化生産には適用できない。そのため、上記の課題を解決する必要がある。
本発明は、誤差が小さく、検出効果が優れたシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法を提供することを目的とする。
本発明は、
（１）検出システムを構築・校正して、検出座標系を構築する手順と、
（２）ワークの検出システムにおける姿勢を分析して、ワーククランプ装置の座標系を構築する手順と、
（３）シャフトワーク工作機械のクランプ装置の回転を制御し、ラインレーザー測定器によりデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの好適な基準軸線を得る手順と、
（４）レーザー変位センサーにより検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトジャーナルの振れ加工精度実績を得る手順と、
（５）ラインレーザー測定器により検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの同軸度加工精度を得る手順と、を含むことを特徴とする、シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法を開示した。
そのうち、前記手順（１）の具体的な手順として、前記検出システムが工作機械側に位置するラスターガイドレール、並びに順番で間隔を空けながらラスターガイドレールに位置する、ラインレーザー測定器により測定される測定位置Ａ、レーザー変位センサーにより測定される測定位置Ｃ及びラインレーザー測定器により測定される測定位置Ｂを含み、測定位置Ａ及び測定位置Ｂが検出を必要とされる基準位置であり、測定位置Ｃが振れ、同軸度及び輪郭度の検出を必要とされる位置であり、ラインレーザー測定器とレーザー変位センサーの測定方向が同じであり、測定方向における距離Ｌの位置に校正プレートを設置し、ラインレーザー測定器のレーザー通路と直交すると共に、レーザー変位センサーのレーザー通路と垂直となるように、校正プレートの校正面を調整し、ラインレーザー測定器のＸＯＹ面が校正プレートの校正面と平行となり、レーザー変位センサーのレーザー通路がＸＯＹ面と垂直となり、レーザー変位センサーがラスターガイドレールにおける取付け方向においてＹ軸と平行となり、ラインレーザー測定器の位置Ａ及び位置Ｂにおける座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ及び座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢを構築し、レーザー変位センサーのライトスポットがラインレーザー測定器のレーザー通路のＹ軸に位置するように更に調整して、レーザー変位センサーの位置Ｃにおける座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣを構築し、ラインレーザー測定器の測定原点を零点として、ＯＡ、ＯＢのＸ、Ｚ座標が０であり、レーザー変位センサーの測定原点を零点として、ＯＣのＸ、Ｚ座標が０であり、
ラインレーザー測定器によりＸＯＺ面における座標データが得られ、Ｙ軸の座標データがラインレーザー測定器のレーザー通路のラスターガイドレールにおける位置で得られ、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合の座標原点ＯＡを世界座標系の原点として、ＯＡの座標を（０，０，０）とし、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合に測定されたデータが（ｘＡ，ｚＡ）であれば、位置Ａにおける３次元座標が（ｘＡ，０，ｚＡ）であり、
ラインレーザー測定器が位置Ａ及び位置Ｂにある場合のレーザー通路距離をｌＡＢとし、ＯＢの座標を（０，０，ｌＡＢ）として、ラインレーザー測定器が位置Ｂにある場合に測定されたデータが（ｘＢ，ｚＢ）であれば、座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示され、
Figure 0007171114000001
 ラインレーザー測定器及びレーザー変位センサーが位置Ａ及び位置Ｃにある場合のレーザー通路距離をｌＡＣとし、ＯＣの座標を（０，０，ｌＡC）として、レーザー変位センサーが位置Ｃにある場合に測定されたデータが（ｚＣ）であれば、座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示される、
Figure 0007171114000002
好ましくは、前記手順（２）の具体的な手順として、シャフトワークの検出断面法線軸線と好適な基準軸線が同一線上にない場合、即ち、シャフトワークと検出システムとがＸ軸回り方向における回転角度θ及びＺ軸回り方向における回転角度αを有する場合、ラインレーザー測定器のレーザー通路により測定される測定断面が楕円であり、楕円の短軸が軸径であり、楕円の長軸ａｃとＺ軸とが角度をなし、楕円の短軸ｂｄとＸ軸とが角度をなし、得られた楕円輪郭の焦点が中心軸線にあり、測定断面と横断面との角度がλであり、楕円の長軸ａｃ長さがｌａｃであり、短軸ｂｄ長さがｌｂｄであり、λの計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000003
 クランプ装置に１本のシャフトの測定用カラム又はブロックをクランプさせ、ラインレーザー測定器を起動させて測定用カラム又はブロックの断面輪郭を検出し、測定用カラム又はブロックがラインレーザー測定器の測定レーザー通路にある場合、測定用カラム又はブロックと測定レーザー通路との交差断面が楕円輪郭であり、レーザー測定器が位置Ａにある場合に測定用カラム又はブロックが任意位置にある場合の半断面輪郭アーク
Figure 0007171114000004
 が測定できれば、アーク
Figure 0007171114000005
 における輪郭点の座標がＰｎ（ｘｎ，０，ｚｎ），（ｎ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（４）を満たし、
Figure 0007171114000006
 式におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆが定数係数であり、座標点群を代入することにより求められ、
楕円のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における楕円長軸の回転角度φが式（５）により求められ、
Figure 0007171114000007
 楕円の幾何中心ＯＵの座標を（ｘＵ，ｚＵ）とし、式（６）及び（７）により求められ、
Figure 0007171114000008
 長軸長さｌａｃ及び短軸長さｌｂｄがそれぞれ式（８）及び（９）により求められ、
Figure 0007171114000009
 測定用カラム又はブロックの測定断面とその同心横断面によりなされる角度λが式（３）、（４）、（８）及び（９）により求められ、
測定用カラム又はブロックの測定断面Ａ輪郭の短軸がその同心横断面Ａ輪郭の直径であり、
Figure 0007171114000010
 をワーククランプ装置座標系のＸＳ軸とし、測定断面Ａ輪郭の中心ＯＵをワーククランプ装置座標系の原点ＯＳとし、測定用カラム又はブロックの横断面Ａ輪郭と垂直となる軸心軸線をＹＳ軸とし、右手の法則に従うワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳを構築し、
検出システム座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡとワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳとのオフセットが（ｘＵ，０，ＺＵ，φ，λ，０）であり、即ち、検出システム座標系における点（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれｘ軸及びｚ軸方向でｘｕ及びｚｕ移動させてから、更に、Ｘ軸回りで角度λ回転させ、Ｙ軸回りで角度φ回転させることにより、ワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳに対応する点座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を得ることができるため、検出システム座標系とワーククランプ装置座標系との変換関係が下記の通りである、
Figure 0007171114000011
更に、前記手順（３）の具体的な手順として、校正されたクランプ装置にシャフトワークをクランプさせ、ラインレーザー測定器のレーザー通路をシャフトワークの基準軸部にアライメントさせ、位置Ａ及び位置Ｂにあるラインレーザー測定器を起動させて測定し、ラインレーザー測定器が位置Ａにあることとして、得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ（ｘｉ，０，ｚｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１１）を満たし、
Figure 0007171114000012
 方程式を解き、定数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１及びｆ１が求められ、更に式（１２）及び（１３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000013
 ラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ（ｘｊ，ｌ’ＡＢ，ｚｉ），（ｊ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１４）を満たし、
Figure 0007171114000014
 方程式を解き、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２及びｆ２が求められ、更に式（１５）及び（１６）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000015
 測定位置Ａ及び測定位置Ｂにおける、断面輪郭に対応するワーク横断面の中心座標
Figure 0007171114000016
 がそれぞれ得られ、基準軸部の中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りである、
Figure 0007171114000017
更に、前記手順（４）の具体的な手順として、シャフトワークを回転させ、レーザー変位センサーにより測定位置Ｃにおけるリアルタイム測定点の座標が得られ、ある時点の座標がＣ１（０，ｙＣ１，ｚＣ１）であることとして、ラインレーザー測定器によりこの時点の回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ１（ｘｉ１，０，ｚｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（１８）を満たし、
Figure 0007171114000018
 方程式を解き、ａ１１、ｂ１１、ｃ１１、ｄ１１、ｅ１１及びｆ１１が求められ、更に式（１９）及び（２０）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000019
 この時点でラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ１（ｘｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚｉ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２１）を満たし、
Figure 0007171114000020
 方程式を解き、ａ２１、ｂ２１、ｃ２１、ｄ２１、ｅ２１及びｆ２１が求められ、更に式（２２）及び（２３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000021
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000022
 が得られ、この時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄ１が求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000023
 シャフトワークを回転させ、１周回転させた後の各時点で記録されたデータが得られ、計算により全ての時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が得られ、
シャフトワークの径方向の円周振れｔがリアルタイム測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000024
更に、前記手順（５）の具体的な手順として、最初に、ラインレーザー測定器によりシャフトワーク基準軸部の測定位置Ａ及び測定位置Ｂの輪郭を検出し、ラインレーザー測定器によりある回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｉ１（ｘ’ｉ１，０，ｚ’ｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２６）を満たし、
Figure 0007171114000025
 方程式を解き、ａ’１１、ｂ’１１、ｃ’１１、ｄ’１１、ｅ’１１及びｆ’１１が求められ、更に式（２７）及び（２８）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000026
 この時点でラインレーザー測定器により位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｊ１（ｘ’ｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚ’ｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２９）を満たし、
Figure 0007171114000027
 方程式を解き、ａ’２１、ｂ’２１、ｃ’２１、ｄ’２１、ｅ’２１及びｆ’２１が求められ、更に式（３０）及び（３１）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000028
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000029
 が得られ、当該時点の基準軸部の中心点に繋がる中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000030
 ラインレーザー測定器をＹＡ軸方向に沿ってワーク検出軸部の位置Ｃ’まで移動させ、ラスターガイドレールにより移動距離ｌ’が得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ｃ’で得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｋ１（ｘｋ１，ｌ’，ｚｋ１），（ｋ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（３３）を満たし、
Figure 0007171114000031
 方程式を解き、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３、ｅ３及びｆ３が求められ、更に式（３４）及び（３５）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000032
 異なる位置で数回繰り返して検出し、基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000033
 が得られ、測定部横断面の中心座標点群を
Figure 0007171114000034
 とし、検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉが求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000035
 シャフトワーク検出軸部の同軸度φｔが得られた検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉの最大値ｄ’ｍａｘと最小値ｄ’ｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000036
好ましくは、前記シャフトワークがカムシャフトであり、ラインレーザー測定器によりカムシャフトのカム先端のデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトのカム輪郭度の加工精度が得られ、
ラインレーザー測定器をカム先端まで移動させ、一定距離で移動させるごとにデータを収集し、収集されたデータのＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標をアルゴリズムによりＯＳ－ＸＳＹＳＺＳワーククランプ装置座標系における座標に変換し、輪郭点をフィッティングし、更に標準カム輪郭と比較して、輪郭度を算出する。
本発明は、既存技術と比較すれば、下記の明らかなメリットを有する。最初に、本発明は、従来ではプランジャー基準又はＶブロックによるシステム誤差及び補償の難点を回避するために、シャフトワークジャーナルの円心及びその好適な基準軸線をリアルタイムで検出でき、非接触測定座標系の構築により各方面の空間の座標が得られる。本発明によれば、高精度の加工精度検出プロセスが加工現場で直接的に行われ、非接触測定により加工ワークの損傷及び測定機器の損耗が回避され、点と面の結合により複雑な校正プロセス及びパーツのクランプ位置による影響が回避されると共に、複数回のクランプによる位置決め誤差が回避される。本発明は、その他の検出方法と比較すれば、高信頼性、高効率的な検出、短時間などにより、大きいサイズのシャフトワークに対するインサイチュ非接触検出が実現されると共に、大量の固定用治具による制限がなく、自由度が高いことから、幅広い適用性を持つ。
本発明に係る検出システム座標系の模式図を示す。 本発明に係るプロセスの模式図を示す。 本発明に係る検出システム及びワーククランプ装置の構造の模式図を示す。 本発明に係る検出システム座標系の校正の模式図を示す。 本発明に係るラインレーザー測定器により測定される測定用カラム又はブロックのある横断面の座標系の模式図を示す。
以下、図面に合わせて、本発明の技術案を更に説明する。
最初に、検出システム及びワーククランプ装置の座標系を構築・統一して、インサイチュ測定により軸の座標データを検出することで、基準とする軸心軸線を得て、最終的に軸振れの検出結果を得て、図１に示されるように、検出システムの座標系を構築した。ラスターガイドレールに固定されるラインレーザー測定器により測定位置Ａ及び測定位置Ｂにおける基準軸部で断面輪郭を測定し、断面輪郭を測定して円心をＯＵ、ＯＷにフィッティングし、レーザー変位センサーにより測定位置Ｃで振れ検出軸部を測定し、測定点がＯＶを円心とする横断面にあり、ＯＶが軸心軸線にある。検出システムとワーク位置とが偏差があるため、測定断面輪郭と軸心軸線を法線ベクトルとする同心横断面輪郭とが角度λをなす。ラインレーザー測定器がレーザーガイドレールの位置Ａにある場合に構築された座標の原点ＯＡを世界座標系の原点とし、ラインレーザー測定器のＸ０Ｚ面を世界座標系のＸＯＺ面とし、検出システムに基づく世界座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡを構築して、ラインレーザー測定器がラスターガイドレールの位置Ｂにある場合に座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢがあり、レーザー変位センサーがラスターガイドレールの位置Ｃにある場合に座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣがある。
そのため、基準とする軸心軸線ＯＡＯＢ及びＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ世界座標系における測定点の座標（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）を得るために、座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢ及びＯＣ－ＸＣＹＣＺＣをＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ系世界座標系に変換して、ワーククランプ装置の座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳを決める必要がある。その後、ワークを測定し、測定されたデータに対して振れ誤差などのアルゴリズムによる計算を実施して、ワーク振れなどの誤差を得た。
図１及び図２に示されるように、本発明のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法は、下記の手順を含む。
（１）検出システムを構築・校正して、検出座標系を構築する手順
図３及び図４に示されるように、前記検出システムが工作機械側に位置するラスターガイドレール８、並びに順番で間隔を空けながらラスターガイドレールに位置する、ラインレーザー測定器６により測定される測定位置Ａ、レーザー変位センサー７により測定される測定位置Ｃ及びラインレーザー測定器６により測定される測定位置Ｂを含み、ラインレーザー測定器６及びレーザー変位センサー７がラスターガイドレール８のスライダーに取付けられ、測定位置Ａ及び測定位置Ｂが検出を必要とされる基準位置であり、測定位置Ｃが振れ、同軸度及び輪郭度の検出を必要とされる位置であり、図４に示されるように、ラインレーザー測定器、レーザー変位センサー及びラスターリニアガイドレールを平面度が０．００１ｍｍになるように調整し、ラインレーザー測定器とレーザー変位センサーの測定方向が同じであり、測定方向における距離Ｌの位置に校正プレートを設置し、ラインレーザー測定器のレーザー通路と直交すると共に、レーザー変位センサーのレーザー通路と垂直となるように、校正プレートの校正面を調整し、ラインレーザー測定器のＸＯＹ面が校正プレートの校正面と平行となり、レーザー変位センサーのレーザー通路がＸＯＹ面と垂直となり、レーザー変位センサーがラスターガイドレールにおける取付け方向においてＹ軸と平行となり、ラインレーザー測定器の位置Ａ及び位置Ｂにおける座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ及び座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢを構築し、レーザー変位センサーのライトスポットがラインレーザー測定器のレーザー通路のＹ軸に位置するように更に調整して、レーザー変位センサーの位置Ｃにおける座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣを構築し、ラインレーザー測定器の測定原点を零点として、ＯＡ、ＯＢのＸ、Ｚ座標が０であり、レーザー変位センサーの測定原点を零点として、ＯＣのＸ、Ｚ座標が０であり、
ラインレーザー測定器によりＸＯＺ面における座標データが得られ、Ｙ軸の座標データがラインレーザー測定器のレーザー通路のラスターガイドレールにおける位置で得られ、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合の座標原点ＯＡを世界座標系の原点として、ＯＡの座標を（０，０，０）とし、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合に測定されたデータが（ｘＡ，ｚＡ）であれば、位置Ａにおける３次元座標が（ｘＡ，０，ｚＡ）であり、
ラインレーザー測定器が位置Ａ及び位置Ｂにある場合のレーザー通路距離をｌＡＢとし、ＯＢの座標を（０，０，ｌＡＢ）として、ラインレーザー測定器が位置Ｂにある場合に測定されたデータが（ｘＢ，ｚＢ）であれば、座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示され、
Figure 0007171114000037
 ラインレーザー測定器及びレーザー変位センサーが位置Ａ及び位置Ｃにある場合のレーザー通路距離をｌＡＣとし、ＯＣの座標を（０，０，ｌＡＣ）として、レーザー変位センサーが位置Ｃにある場合に測定されたデータが（ｚＣ）であれば、座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示される、
Figure 0007171114000038
本発明は、検出システムにおけるレーザーセンサーによりワークのＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標データを得てから、計算により分析することができる。
（２）ワークの検出システムにおける姿勢を分析して、ワーククランプ装置の座標系を構築する手順
図５に示されるように、ワーククランプ装置が、クランプマシン制御盤１と、クランプマシンチャック２と、測定対象カムシャフト３と、プランジャー４と、プランジャースライドレール５と、を含み、シャフトワークの検出断面法線軸線と好適な基準軸線が同一線上にない場合、即ち、シャフトワークと検出システムとがＸ軸回り方向における回転角度θ及びＺ軸回り方向における回転角度αを有する場合、ラインレーザー測定器のレーザー通路により測定される測定断面が楕円であり、楕円の短軸が軸径であり、楕円の長軸ａｃとＺ軸とが角度をなし、楕円の短軸ｂｄとＸ軸とが角度をなし、得られた楕円輪郭の焦点が中心軸線にあり、測定断面と横断面との角度がλであり、楕円の長軸ａｃ長さがｌａｃであり、短軸ｂｄ長さがｌｂｄであり、λの計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000039
 クランプ装置に１本のシャフトの測定用カラム又はブロックをクランプさせ、ラインレーザー測定器を起動させて測定用カラム又はブロックの断面輪郭を検出し、測定用カラム又はブロックがラインレーザー測定器の測定レーザー通路にある場合、測定用カラム又はブロックと測定レーザー通路との交差断面が楕円輪郭であり、レーザー測定器が位置Ａにある場合に測定用カラム又はブロックが任意位置にある場合の半断面輪郭アーク
Figure 0007171114000040
 が測定できれば、アーク
Figure 0007171114000041
 における輪郭点の座標がＰｎ（ｘｎ，０，ｚｎ），（ｎ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（４）を満たし、
Figure 0007171114000042
 式におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆが定数係数であり、座標点群を代入することにより求められ、
楕円のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における楕円長軸の回転角度φが式（５）により求められ、
Figure 0007171114000043
 楕円の幾何中心ＯＵの座標を（ｘＵ，ｚＵ）とし、式（６）及び（７）により求められ、
Figure 0007171114000044
 長軸長さｌａｃ及び短軸長さｌｂｄがそれぞれ式（８）及び（９）により求められ、
Figure 0007171114000045
 測定用カラム又はブロックの測定断面とその同心横断面によりなされる角度λが式（３）、（４）、（８）及び（９）により求められ、
測定用カラム又はブロックの測定断面Ａ輪郭の短軸がその同心横断面Ａ輪郭の直径であり、
Figure 0007171114000046
 をワーククランプ装置座標系のＸＳ軸とし、測定断面Ａ輪郭の中心ＯＵをワーククランプ装置座標系の原点ＯＳとし、測定用カラム又はブロックの横断面Ａ輪郭と垂直となる軸心軸線をＹＳ軸とし、右手の法則に従うワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳを構築し、
検出システム座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡとワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳとのオフセットが（xＵ，０，ｚＵ，φ，λ，０）であり、即ち、検出システム座標系における点（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれｘ軸及びｚ軸方向でｘＵ及びｚＵ移動させてから、更に、Ｘ軸回りで角度λ回転させ、Ｙ軸回りで角度φ回転させることにより、ワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳに対応する点座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を得ることができるため、検出システム座標系とワーククランプ装置座標系との変換関係が下記の通りである、
Figure 0007171114000047
（３）シャフトワーク工作機械のクランプ装置の回転を制御し、ラインレーザー測定器によりデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの好適な基準軸線を得る手順
校正されたクランプ装置にシャフトワークをクランプさせ、ラインレーザー測定器のレーザー通路をシャフトワークの基準軸部にアライメントさせ、位置Ａ及び位置Ｂにあるラインレーザー測定器を起動させて測定し、ラインレーザー測定器が位置Ａにあることとして、得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ（ｘｉ，０，ｚｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１１）を満たし、
Figure 0007171114000048
 方程式を解き、定数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１及びｆ１が求められ、更に式（１２）及び（１３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000049
 ラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ（ｘｊ，ｌ’ＡＢ，ｚｊ），（ｊ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１４）を満たし、
Figure 0007171114000050
 方程式を解き、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２及びｆ２が求められ、更に式（１５）及び（１６）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000051
 測定位置Ａ及び測定位置Ｂにおける、断面輪郭に対応するワーク横断面の中心座標
Figure 0007171114000052
 がそれぞれ得られ、基準軸部の中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りである、
Figure 0007171114000053
（４）レーザー変位センサーにより検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトジャーナルの振れ加工精度実績を得る手順
シャフトワークを回転させ、レーザー変位センサーにより測定位置Ｃにおけるリアルタイム測定点の座標が得られ、ある時点の座標がＣ１（０，ｙＣ１，ｚＣ１）であることとして、ラインレーザー測定器によりこの時点の回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ１（ｘｉ１，０，ｚｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（１８）を満たし、
Figure 0007171114000054
 方程式を解き、ａ１１、ｂ１１、ｃ１１、ｄ１１、ｅ１１及びｆ１１が求められ、更に式（１９）及び（２０）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000055
 この時点でラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ１（ｘｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２１）を満たし、
Figure 0007171114000056
 方程式を解き、ａ２１、ｂ２１、ｃ２１、ｄ２１、ｅ２１及びｆ２１が求められ、更に式（２２）及び（２３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000057
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000058
 が得られ、この時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄ１が求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000059
 シャフトワークを回転させ、１周回転させた後の各時点で記録されたデータが得られ、計算により全ての時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が得られ、
シャフトワークの径方向の円周振れｔがリアルタイム測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000060
本発明は、リアルタイム検出の中心軸線によりワーククランプ装置の回転偏心による影響を回避することができ、計算精度を向上させた。
（５）ラインレーザー測定器により検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの同軸度加工精度を得る手順
最初に、ラインレーザー測定器によりシャフトワーク基準軸部の測定位置Ａ及び測定位置Ｂの輪郭を検出し、ラインレーザー測定器によりある回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｉ１（ｘ’ｉ１，０，ｚ’ｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２６）を満たし、
Figure 0007171114000061
 方程式を解き、ａ’１１、ｂ’１１、ｃ’１１、ｄ’１１、ｅ’１１及びｆ’１１が求められ、更に式（２７）及び（２８）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000062
 この時点でラインレーザー測定器により位置Ａとの距離がｌ’’’ＡＢである位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｊ１（ｘ’ｊ１，ｌ’’’ＡＢ，ｚ’ｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２９）を満たし、
Figure 0007171114000063
 方程式を解き、ａ’２１、ｂ’２１、ｃ’２１、ｄ’２１、ｅ’２１及びｆ’２１が求められ、更に式（３０）及び（３１）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000064
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000065
 が得られ、当該時点の基準軸部の中心点に繋がる中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000066
 ラインレーザー測定器をＹＡ軸方向に沿ってワーク検出軸部の位置Ｃ’まで移動させ、ラスターガイドレールにより移動距離ｌ’が得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ｃ’で得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｋ１（ｘｋ１，ｌ’，ｚｋ１），（ｋ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（３３）を満たし、
Figure 0007171114000067
 方程式を解き、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３、ｅ３及びｆ３が求められ、更に式（３４）及び（３５）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000068
 異なる位置で数回繰り返して検出し、基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000069
 が得られ、測定部横断面の中心座標点群をＣ’ｉ（ｘＣ’ｉ，ｌ’，ｚＣ’ｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）とし、検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉが求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000070
 シャフトワーク検出軸部の同軸度φtが得られた検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉの最大値ｄ’ｍａｘと最小値ｄ’ｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000071
本発明の方法は、ワークの検出軸部の横断面中心点群を静的且つ非接触的に得ることができ、更に検出軸部の軸線と基準軸線との誤差の大きさを得ることができるため、クランプ装置及びワーク回転偏心による影響、並びにワークを移動させる煩雑な工程を回避することができる。
本発明のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法は、下記の手順を含み、そのうち前記シャフトワークがカムシャフトである。
（１）検出システムを構築・校正して、検出座標系を構築する手順
図３及び図４に示されるように、前記検出システムが工作機械側に位置するラスターガイドレール８、並びに順番で間隔を空けながらラスターガイドレールに位置する、ラインレーザー測定器６により測定される測定位置Ａ、レーザー変位センサー７により測定される測定位置Ｃ及びラインレーザー測定器６により測定される測定位置Ｂを含み、ラインレーザー測定器６及びレーザー変位センサー７がラスターガイドレール８のスライダーに取付けられ、測定位置Ａ及び測定位置Ｂが検出を必要とされる基準位置であり、測定位置Ｃが振れ、同軸度及び輪郭度の検出を必要とされる位置であり、図４に示されるように、ラインレーザー測定器、レーザー変位センサー及びラスターリニアガイドレールを平面度が０．００１ｍｍになるように調整し、ラインレーザー測定器とレーザー変位センサーの測定方向が同じであり、測定方向における距離Ｌの位置に校正プレートを設置し、ラインレーザー測定器のレーザー通路と直交すると共に、レーザー変位センサーのレーザー通路と垂直となるように、校正プレートの校正面を調整し、ラインレーザー測定器のＸＯＹ面が校正プレートの校正面と平行となり、レーザー変位センサーのレーザー通路がＸＯＹ面と垂直となり、レーザー変位センサーがラスターガイドレールにおける取付け方向においてＹ軸と平行となり、ラインレーザー測定器の位置Ａ及び位置Ｂにおける座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ及び座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢを構築し、レーザー変位センサーのライトスポットがラインレーザー測定器のレーザー通路のＹ軸に位置するように更に調整して、レーザー変位センサーの位置Ｃにおける座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣを構築し、ラインレーザー測定器の測定原点を零点として、ＯＡ、ＯＢのＸ、Ｚ座標が０であり、レーザー変位センサーの測定原点を零点として、ＯＣのＸ、Ｚ座標が０であり、
ラインレーザー測定器によりＸＯＺ面における座標データが得られ、Ｙ軸の座標データがラインレーザー測定器のレーザー通路のラスターガイドレールにおける位置で得られ、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合の座標原点ＯＡを世界座標系の原点として、ＯＡの座標を（０，０，０）とし、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合に測定されたデータが（ｘＡ，ｚＡ）であれば、位置Ａにおける３次元座標が（ｘＡ，０，ｚＡ）であり、
ラインレーザー測定器が位置Ａ及び位置Ｂにある場合のレーザー通路距離をｌＡＢとし、ＯＢの座標を（０，０，ｌＡＢ）として、ラインレーザー測定器が位置Ｂにある場合に測定されたデータが（ｘＢ，ｚＢ）であれば、座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示され、
Figure 0007171114000072
 ラインレーザー測定器及びレーザー変位センサーが位置Ａ及び位置Ｃにある場合のレーザー通路距離をｌＡＣとし、ＯＣの座標を（０，０，ｌＡｃ）として、レーザー変位センサーが位置Ｃにある場合に測定されたデータが（ｚＣ）であれば、座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示される、
Figure 0007171114000073
本発明は、検出システムにおけるレーザーセンサーによりワークのＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標データを得てから、計算により分析することができる。
（２）ワークの検出システムにおける姿勢を分析して、ワーククランプ装置の座標系を構築する手順
図５に示されるように、ワーククランプ装置が、クランプマシン制御盤１と、クランプマシンチャック２と、測定対象カムシャフト３と、プランジャー４と、プランジャースライドレール５と、を含み、カムシャフトの検出断面法線軸線と好適な基準軸線が同一線上にない場合、即ち、カムシャフトと検出システムとがＸ軸回り方向における回転角度θ及びＺ軸回り方向における回転角度αを有する場合、ラインレーザー測定器のレーザー通路により測定される測定断面が楕円であり、楕円の短軸が軸径であり、楕円の長軸ａｃとＺ軸とが角度をなし、楕円の短軸ｂｄとＸ軸とが角度をなし、得られた楕円輪郭の焦点が中心軸線にあり、測定断面と横断面との角度がλであり、楕円の長軸ａｃ長さがｌａｃであり、短軸ｂｄ長さがｌｂｄであり、λの計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000074
 クランプ装置に１本のシャフトの測定用カラム又はブロックをクランプさせ、ラインレーザー測定器を起動させて測定用カラム又はブロックの断面輪郭を検出し、測定用カラム又はブロックがラインレーザー測定器の測定レーザー通路にある場合、測定用カラム又はブロックと測定レーザー通路との交差断面が楕円輪郭であり、レーザー測定器が位置Ａにある場合に測定用カラム又はブロックが任意位置にある場合の半断面輪郭アーク
Figure 0007171114000075
 が測定できれば、アーク
Figure 0007171114000076
 における輪郭点の座標がＰｎ（ｘｎ，０，ｚｎ），（ｎ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（４）を満たし、
Figure 0007171114000077
 式におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆが定数係数であり、座標点群を代入することにより求められ、
楕円のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における楕円長軸の回転角度φが式（５）により求められ、
Figure 0007171114000078
 楕円の幾何中心ＯＵの座標を（ｘＵ，ｚＵ）とし、式（６）及び（７）により求められ、
Figure 0007171114000079
 長軸長さｌａｃ及び短軸長さｌｂｄがそれぞれ式（８）及び（９）により求められ、
Figure 0007171114000080
 測定用カラム又はブロックの測定断面とその同心横断面によりなされる角度λが式（３）、（４）、（８）及び（９）により求められ、
測定用カラム又はブロックの測定断面Ａ輪郭の短軸がその同心横断面Ａ輪郭の直径であり、
Figure 0007171114000081
 をワーククランプ装置座標系のＸＳ軸とし、測定断面Ａ輪郭の中心ＯＵをワーククランプ装置座標系の原点ＯＳとし、測定用カラム又はブロックの横断面Ａ輪郭と垂直となる軸心軸線をＹＳ軸とし、右手の法則に従うワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳを構築し、
検出システム座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡとワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳとのオフセットが（xＵ，０，ｚＵ，φ，λ，０）であり、即ち、検出システム座標系における点（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれｘ軸及びｚ軸方向でｘｕ及びｚｕ移動させてから、更に、Ｘ軸回りで角度λ回転させ、Ｙ軸回りで角度φ回転させることにより、ワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳに対応する点座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を得ることができるため、検出システム座標系とワーククランプ装置座標系との変換関係が下記の通りである、
Figure 0007171114000082
（３）カムシャフト工作機械のクランプ装置の回転を制御し、ラインレーザー測定器によりデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトの好適な基準軸線を得る手順
校正されたクランプ装置にカムシャフトをクランプさせ、ラインレーザー測定器のレーザー通路をカムシャフトの基準軸部にアライメントさせ、位置Ａ及び位置Ｂにあるラインレーザー測定器を起動させて測定し、ラインレーザー測定器が位置Ａにあることとして、得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ（ｘｉ，０，ｚｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１１）を満たし、
Figure 0007171114000083
 方程式を解き、定数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１及びｆ１が求められ、更に式（１２）及び（１３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000084
 ラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ（ｘｊ，ｌ’ＡＢ，ｚｊ），（ｊ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１４）を満たし、
Figure 0007171114000085
 方程式を解き、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２及びｆ２が求められ、更に式（１５）及び（１６）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000086
 測定位置Ａ及び測定位置Ｂにおける、断面輪郭に対応するワーク横断面の中心座標
Figure 0007171114000087
 がそれぞれ得られ、基準軸部の中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りである、
Figure 0007171114000088
（４）レーザー変位センサーにより検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトジャーナルの振れ加工精度実績を得る手順
カムシャフトを回転させ、レーザー変位センサーにより測定位置Ｃにおけるリアルタイム測定点の座標が得られ、ある時点の座標がＣ１（０，ｙＣ１，ｚＣ１）であることとして、ラインレーザー測定器によりこの時点の回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ１（ｘｉ１，０，ｚｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（１８）を満たし、
Figure 0007171114000089
 方程式を解き、ａ１１、ｂ１１、ｃ１１、ｄ１１、ｅ１１及びｆ１１が求められ、更に式（１９）及び（２０）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000090
 この時点でラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ１（ｘｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２１）を満たし、
Figure 0007171114000091
 方程式を解き、ａ２１、ｂ２１、ｃ２１、ｄ２１、ｅ２１及びｆ２１が求められ、更に式（２２）及び（２３）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000092
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000093
 が得られ、この時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄ１が求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000094
 カムシャフトを回転させ、１周回転させた後の各時点で記録されたデータが得られ、計算により全ての時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３…）が得られ、
カムシャフトの径方向の円周振れｔがリアルタイム測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３…）の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000095
本発明は、リアルタイム検出の中心軸線によりワーククランプ装置の回転偏心による影響を回避することができ、計算精度を向上させた。
（５）ラインレーザー測定器により検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトの同軸度加工精度を得る手順
最初に、ラインレーザー測定器によりシャフトワーク基準軸部の測定位置Ａ及び測定位置Ｂの輪郭を検出し、ラインレーザー測定器によりある回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｉ１（ｘ’ｉ１，０，ｚ’ｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２６）を満たし、
Figure 0007171114000096
 方程式を解き、ａ’１１、ｂ’１１、ｃ’１１、ｄ’１１、ｅ’１１及びｆ’１１が求められ、更に式（２７）及び（２８）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000097
 この時点でラインレーザー測定器により位置Ａとの距離がｌ’’’ＡＢである位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｊ１（ｘ’ｊ１，ｌ’’’ＡＢ，ｚ’ｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２９）を満たし、
Figure 0007171114000098
 方程式を解き、ａ’２１、ｂ’２１、ｃ’２１、ｄ’２１、ｅ’２１及びｆ’２１が求められ、更に式（３０）及び（３１）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000099
 この時点の基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000100
 が得られ、当該時点の基準軸部の中心点に繋がる中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000101
 ラインレーザー測定器をＹＡ軸方向に沿ってワーク検出軸部の位置Ｃ’まで移動させ、ラスターガイドレールにより移動距離ｌ’が得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ｃ’で得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｋ１（ｘｋ１，ｌ’，ｚｋ１），（ｋ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（３３）を満たし、
Figure 0007171114000102
 方程式を解き、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３、ｅ３及びｆ３が求められ、更に式（３４）及び（３５）により下記のように求められ、
Figure 0007171114000103
 異なる位置で数回繰り返して検出し、基準軸部の中心点座標
Figure 0007171114000104
 が得られ、測定部横断面の中心座標点群をＣ’ｉ（ｘＣｉ，ｌ’，ｚＣｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）とし、検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉが求められ、計算式が下記の通りであり、
Figure 0007171114000105
 カムシャフト検出軸部の同軸度φｔが得られた検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉの最大値ｄ’ｍａｘと最小値ｄ’ｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
Figure 0007171114000106
本発明の方法は、ワークの検出軸部の横断面中心点群を静的且つ非接触的に得ることができ、更に検出軸部の軸線と基準軸線との誤差の大きさを得ることができるため、クランプ装置及びワーク回転偏心による影響、並びにワークを移動させる煩雑な工程を回避することができる。
（６）ラインレーザー測定器によりカムシャフトのカム先端のデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトのカム輪郭度の加工精度が得られる手順
ラインレーザー測定器をカム先端まで移動させ、一定距離で移動させるごとにデータを収集し、収集されたデータのＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標をアルゴリズムによりＯＳ－ＸＳＹＳＺＳワーククランプ装置座標系における座標に変換し、輪郭点をフィッティングし、更に標準カム輪郭と比較して、輪郭度を算出する。
あるディーゼルエンジンメーカーで製造されたカムシャフトを例として、そのカムシャフトジャーナルの直径が１８０ｍｍであり、長さが１７８０ｍｍであり、振れ公差の要求が０．０５ｍｍであり、同軸度公差の要求が０．０５ｍｍであり、カム先端輪郭度の要求が０．０８ｍｍである。そのため、検出カムシャフトの大きさに応じて、検出装置のラインレーザー測定器はある製品のＬＪ-Ｘ８４００タイプに選定され、最大幅３２０ｍｍ、精度５ｕｍで測定でき、ＣＣＤレーザー変位センサーはある製品のＬＫ-Ｇ４００タイプに選定され、精度２ｕｍ、測定範囲４００±１００ｍｍで測定できる。
工作機械側に検出システムを設置し、上記検出システムにより校正されたワーククランプ装置にカムシャフトを設置し、ラインレーザー測定器のレーザー通路をワークの基準軸部にアライメントさせ、位置Ａ、Ｂにおけるラインレーザー測定器を起動させて測定し、ラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ（ｘｉ，０，ｚｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、ラインレーザー測定器により位置Ａとの距離がｌＡＢである位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ（ｘｊ，ｌＡＢ，ｚｊ），（ｊ＝１，２，３・・・）である。計算によりそれぞれ位置Ａ、Ｂにおける断面輪郭に対応するワーク横断面の中心座標ＯＵ（ｘＵ，０，ｚＵ）及びＯＷ（ｘＷ，ｌＡＢ，ｚＷ）が得られ、結果は表１のＯＵ座標及びＯＷ座標を参照する。
ワークを回転させ、レーザー変位センサーによりリアルタイム測定点の座標Ｃｉ（０，ｙＣｉ，ｚＣｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）が得られ、ラインレーザー測定器により当該回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、計算により基準軸部の中心点座標ＯＵｉ（ｘＵｉ，０，ｚＵｉ）及びＯＷｉ（ｘＷｉ，ｌＡＢ，ｚＷｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）が得られる。計算によりリアルタイム測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉが求められ、計算によりワークの径方向の円周振れｔが得られ、結果は表１のｔ値を参照する。
その後、ラインレーザー測定器をＹＡ軸方向に沿ってワーク検出軸部に移動させ、ラスターガイドレールにより移動距離ｌが得られ、計算によりワーク検出軸部輪郭のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標が得られ、計算により検出軸部横断面中心点の座標が得られる。異なる位置で数回繰り返して検出し、測定部横断面中心座標点群が得られ、Ｄｉ（０，ｙＤｉ，ｚＤｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）と記載し、計算により検出軸部横断面中心座標点から基準部中心軸線までの距離ｄｉが求められ、計算によりワーク検出軸部の同軸度φｔが求められ、結果は表１のφｔ値を参照する。
ラインレーザー測定器をカム先端まで移動させ、一定距離で移動させるごとにデータを収集し、収集されたＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系におけるデータ座標を、コンピュータシステムのアルゴリズムによりＯＳ－ＸＳＹＳＺＳワーククランプ装置座標系におけるデータ座標に変換する。システムの２次元又は３次元ソフトにより輪郭点をフィッティングしてから、設計された標準カム輪郭と比較して、輪郭度を計算し、結果は表１の輪郭度値を参照する。
Figure 0007171114000107

Claims (7)

  1. （１）検出システムを構築・校正して、検出座標系を構築する手順と、
    （２）ワークの検出システムにおける姿勢を分析して、ワーククランプ装置の座標系を構築する手順と、
    （３）シャフトワーク工作機械のクランプ装置の回転を制御し、ラインレーザー測定器によりデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの好適な基準軸線を得る手順と、
    （４）レーザー変位センサーにより検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトジャーナルの振れ加工精度実績を得る手順と、
    （５）ラインレーザー測定器により検出位置でデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、シャフトワークの同軸度加工精度を得る手順と、を含むことを特徴とする、シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  2. 前記手順（１）の具体的な手順として、前記検出システムが工作機械側に位置するラスターガイドレール、並びに順番で間隔を空けながらラスターガイドレールに位置する、ラインレーザー測定器により測定される測定位置Ａ、レーザー変位センサーにより測定される測定位置Ｃ及びラインレーザー測定器により測定される測定位置Ｂを含み、測定位置Ａ及び測定位置Ｂが検出を必要とされる基準位置であり、測定位置Ｃが振れ、同軸度及び輪郭度の検出を必要とされる位置であり、ラインレーザー測定器とレーザー変位センサーの測定方向が同じであり、測定方向における距離Ｌの位置に校正プレートを設置し、ラインレーザー測定器のレーザー通路と直交すると共に、レーザー変位センサーのレーザー通路と垂直となるように、校正プレートの校正面を調整し、ラインレーザー測定器のＸＯＹ面が校正プレートの校正面と平行となり、レーザー変位センサーのレーザー通路がＸＯＹ面と垂直となり、レーザー変位センサーがラスターガイドレールにおける取付け方向においてＹ軸と平行となり、ラインレーザー測定器の位置Ａ及び位置Ｂにおける座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ及び座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢを構築し、レーザー変位センサーのライトスポットがラインレーザー測定器のレーザー通路のＹ軸に位置するように更に調整して、レーザー変位センサーの位置Ｃにおける座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣを構築し、ラインレーザー測定器の測定原点を零点として、ＯＡ、ＯＢのＸ、Ｚ座標が０であり、レーザー変位センサーの測定原点を零点として、ＯＣのＸ、Ｚ座標が０であり、
    ラインレーザー測定器によりＸＯＺ面における座標データが得られ、Ｙ軸の座標データがラインレーザー測定器のレーザー通路のラスターガイドレールにおける位置で得られ、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合の座標原点ＯＡを世界座標系の原点として、ＯＡの座標を（０，０，０）とし、ラインレーザー測定器が位置Ａにある場合に測定されたデータが（ｘＡ，ｚＡ）であれば、位置Ａにおける３次元座標が（ｘＡ，０，ｚＡ）であり、
    ラインレーザー測定器が位置Ａ及び位置Ｂにある場合のレーザー通路距離をｌＡＢとし、ＯＢの座標を（０，０，ｌＡＢ）として、ラインレーザー測定器が位置Ｂにある場合に測定されたデータが（ｘＢ，ｚＢ）であれば、座標系ＯＢ－ＸＢＹＢＺＢにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示され、
    Figure 0007171114000108
    ラインレーザー測定器及びレーザー変位センサーが位置Ａ及び位置Ｃにある場合のレーザー通路距離をｌＡＣとし、ＯＣの座標を（０，０，ｌＡＣ）として、レーザー変位センサーが位置Ｃにある場合に測定されたデータが（ｚＣ）であれば、座標系ＯＣ－ＸＣＹＣＺＣにおける座標が座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおいて下記のように示される、
    Figure 0007171114000109
    ことを特徴とする、請求項１に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  3. 前記手順（２）の具体的な手順として、シャフトワークの検出断面法線軸線と好適な基準軸線が同一線上にない場合、即ち、シャフトワークと検出システムとがＸ軸回り方向における回転角度θ及びＺ軸回り方向における回転角度αを有する場合、ラインレーザー測定器のレーザー通路により測定される測定断面が楕円であり、楕円の短軸が軸径であり、楕円の長軸ａｃとＺ軸とが角度をなし、楕円の短軸ｂｄとＸ軸とが角度をなし、得られた楕円輪郭の焦点が中心軸線にあり、測定断面と横断面との角度がλであり、楕円の長軸ａｃ長さがｌａｃであり、短軸ｂｄ長さがｌｂｄであり、λの計算式が下記の通りであり、
    Figure 0007171114000110
    クランプ装置に１本のシャフトの測定用カラム又はブロックをクランプさせ、ラインレーザー測定器を起動させて測定用カラム又はブロックの断面輪郭を検出し、測定用カラム又はブロックがラインレーザー測定器の測定レーザー通路にある場合、測定用カラム又はブロックと測定レーザー通路との交差断面が楕円輪郭であり、レーザー測定器が位置Ａにある場合に測定用カラム又はブロックが任意位置にある場合の半断面輪郭アーク
    Figure 0007171114000111
    が測定できれば、アーク
    Figure 0007171114000112
    における輪郭点の座標がＰｎ（ｘｎ，０，ｚｎ），（ｎ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（４）を満たし、
    Figure 0007171114000113
    式におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆが定数係数であり、座標点群を代入することにより求められ、
    楕円のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における楕円長軸の回転角度φが式（５）により求められ、
    Figure 0007171114000114
    楕円の幾何中心ＯＵの座標を（ｘＵ，ｚＵ）とし、式（６）及び（７）により求められ、
    Figure 0007171114000115
    長軸長さｌａｃ及び短軸長さｌｂｄがそれぞれ式（８）及び（９）により求められ、
    Figure 0007171114000116
    測定用カラム又はブロックの測定断面とその同心横断面によりなされる角度λが式（３）、（４）、（８）及び（９）により求められ、
    測定用カラム又はブロックの測定断面Ａ輪郭の短軸がその同心横断面Ａ輪郭の直径であり、
    Figure 0007171114000117
    をワーククランプ装置座標系のＸＳ軸とし、測定断面Ａ輪郭の中心ＯＵをワーククランプ装置座標系の原点ＯＳとし、測定用カラム又はブロックの横断面Ａ輪郭と垂直となる軸心軸線をＹＳ軸とし、右手の法則に従うワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳを構築し、
    検出システム座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡとワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳとのオフセットが（ｘＵ，０，ＺＵ，φ，λ，０）であり、即ち、検出システム座標系における点（ｘ，ｙ，ｚ）をそれぞれｘ軸及びｚ軸方向でｘｕ及びｚｕ移動させてから、更に、Ｘ軸回りで角度λ回転させ、Ｙ軸回りで角度φ回転させることにより、ワーククランプ装置座標系ＯＳ－ＸＳＹＳＺＳに対応する点座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を得ることができるため、検出システム座標系とワーククランプ装置座標系との変換関係が下記の通りである、
    Figure 0007171114000118
    ことを特徴とする、請求項２に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  4. 前記手順（３）の具体的な手順として、校正されたクランプ装置にシャフトワークをクランプさせ、ラインレーザー測定器のレーザー通路をシャフトワークの基準軸部にアライメントさせ、位置Ａ及び位置Ｂにあるラインレーザー測定器を起動させて測定し、ラインレーザー測定器が位置Ａにあることとして、得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ（ｘｉ，０，ｚｉ），（ｉ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１１）を満たし、
    Figure 0007171114000119
    方程式を解き、定数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１及びｆ１が求められ、更に式（１２）及び（１３）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000120
    ラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ（ｘｊ，ｌ’ＡＢ，ｚｉ），（ｊ＝１，２，３・・・）であり、座標点が式（１４）を満たし、
    Figure 0007171114000121
    方程式を解き、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｅ２及びｆ２が求められ、更に式（１５）及び（１６）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000122
    測定位置Ａ及び測定位置Ｂにおける、断面輪郭に対応するワーク横断面の中心座標
    Figure 0007171114000123
    がそれぞれ得られ、基準軸部の中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りである、
    Figure 0007171114000124
    ことを特徴とする、請求項３に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  5. 前記手順（４）の具体的な手順として、シャフトワークを回転させ、レーザー変位センサーにより測定位置Ｃにおけるリアルタイム測定点の座標が得られ、ある時点の座標がＣ１（０，ｙＣ１，ｚＣ１）であることとして、ラインレーザー測定器によりこの時点の回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｉ１（ｘｉ１，０，ｚｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（１８）を満たし、
    Figure 0007171114000125
    方程式を解き、ａ１１、ｂ１１、ｃ１１、ｄ１１、ｅ１１及びｆ１１が求められ、更に式（１９）及び（２０）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000126
    この時点でラインレーザー測定器により測定位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである測定位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｊ１（ｘｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚｉ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２１）を満たし、
    Figure 0007171114000127
    方程式を解き、ａ２１、ｂ２１、ｃ２１、ｄ２１、ｅ２１及びｆ２１が求められ、更に式（２２）及び（２３）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000128
    この時点の基準軸部の中心点座標
    Figure 0007171114000129
    が得られ、この時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄ１が求められ、計算式が下記の通りであり、
    Figure 0007171114000130
    シャフトワークを回転させ、１周回転させた後の各時点で記録されたデータが得られ、計算により全ての時点の測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）が得られ、
    シャフトワークの径方向の円周振れｔがリアルタイム測定点からリアルタイム中心軸線までの距離ｄｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
    Figure 0007171114000131
    ことを特徴とする、請求項４に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  6. 前記手順（５）の具体的な手順として、最初に、ラインレーザー測定器によりシャフトワーク基準軸部の測定位置Ａ及び測定位置Ｂの輪郭を検出し、ラインレーザー測定器によりある回転位置のリアルタイム輪郭点のデータが得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ａで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｉ１（ｘ’ｉ１，０，ｚ’ｉ１），（ｉ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２６）を満たし、
    Figure 0007171114000132
    方程式を解き、ａ’１１、ｂ’１１、ｃ’１１、ｄ’１１、ｅ’１１及びｆ’１１が求められ、更に式（２７）及び（２８）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000133
    この時点でラインレーザー測定器により位置Ａとの距離がｌ’’ＡＢである位置Ｂで得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰ’ｊ１（ｘ’ｊ１，ｌ’’ＡＢ，ｚ’ｊ１），（ｊ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（２９）を満たし、
    Figure 0007171114000134
    方程式を解き、ａ’２１、ｂ’２１、ｃ’２１、ｄ’２１、ｅ’２１及びｆ’２１が求められ、更に式（３０）及び（３１）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000135
    この時点の基準軸部の中心点座標
    Figure 0007171114000136
    が得られ、当該時点の基準軸部の中心点に繋がる中心軸線のＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における軸線の直線式が下記の通りであり、
    Figure 0007171114000137
    ラインレーザー測定器をＹＡ軸方向に沿ってワーク検出軸部の位置Ｃ’まで移動させ、ラスターガイドレールにより移動距離ｌ’が得られ、この時点でラインレーザー測定器により位置Ｃ’で得られた断面輪郭内点の座標系ＯＡ－ＸＡＹＡＺＡにおける座標がＰｋ１（ｘｋ１，ｌ’，ｚｋ１），（ｋ＝１，２，３・・・）であることとして、座標点が式（３３）を満たし、
    Figure 0007171114000138
    方程式を解き、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３、ｅ３及びｆ３が求められ、更に式（３４）及び（３５）により下記のように求められ、
    Figure 0007171114000139
    異なる位置で数回繰り返して検出し、基準軸部の中心点座標
    Figure 0007171114000140
    が得られ、測定部横断面の中心座標点群を
    Figure 0007171114000141
    とし、検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉが求められ、計算式が下記の通りであり、
    Figure 0007171114000142
    シャフトワーク検出軸部の同軸度φｔが得られた検出軸部横断面の中心座標点から基準部の中心軸線までの距離ｄ’ｉの最大値ｄ’ｍａｘと最小値ｄ’ｍｉｎとの差により求められ、計算式が下記の通りである、
    Figure 0007171114000143
    ことを特徴とする、請求項５に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
  7. 前記シャフトワークがカムシャフトであり、ラインレーザー測定器によりカムシャフトのカム先端のデータを連続的に収集し、収集されたデータを計算により分析して、カムシャフトのカム輪郭度の加工精度が得られ、
    ラインレーザー測定器をカム先端まで移動させ、一定距離で移動させるごとにデータを収集し、収集されたデータのＯＡ－ＸＡＹＡＺＡ座標系における座標をアルゴリズムによりＯＳ－ＸＳＹＳＺＳワーククランプ装置座標系における座標に変換し、輪郭点をフィッティングし、更に標準カム輪郭と比較して、輪郭度を算出する、ことを特徴とする、請求項６に記載のシャフトワークのインサイチュ非接触検出方法。
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