JP7277780B2 - クランクシャフトの形状検査方法及び形状検査装置 - Google Patents

クランクシャフトの形状検査方法及び形状検査装置 Download PDF

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Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いられるクランクシャフトの形状をその製造工程で検査する方法及び装置に関する。特に、本発明は、クランクシャフトのカウンタウェイトの側面寸法及び長手方向位置を精度良く算出可能なクランクシャフトの形状検査方法及び形状検査装置に関する。
図１は、クランクシャフトの一例（直列４気筒エンジン用クランクシャフト）を模式的に示す図である。図１（ａ）はクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの方向から見た正面図であり、図１（ｂ）は回転中心軸Ｌに直交する方向から見た側面図である。
図１に示すように、クランクシャフトＳは、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに設けられたフロントＳＡと、回転中心軸Ｌに設けられた複数のジャーナルＳＢ（図１に示す例では、第１ジャーナルＳＢ１～第５ジャーナルＳＢ５）と、回転中心軸Ｌに設けられた回転バランスを取るための複数のカウンタウェイトＳＣ（図１に示す例では、第１カウンタウェイトＳＣ１～第８カウンタウェイトＳＣ８）と、回転中心軸Ｌ周りの所定角度の位置に設けられたコネクティングロッド（図示せず）を取り付けるための複数のピンＳＤ（図１に示す例では、第１ピンＳＤ１～第４ピンＳＤ４）と、回転中心軸Ｌに設けられたフランジＳＥと、を備えている。ピンＳＤの断面形状は、回転中心軸Ｌから離間した位置を中心とする円形であり、エンジンの軸部に相当するクランクシャフトＳの軸部であるフロントＳＡ、ジャーナルＳＢ及びフランジＳＥの断面形状は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌを中心とする円形である。カウンタウェイトＳＣの断面形状は、左右対称の複雑な形状である。
図１に示すようなクランクシャフトＳは、加熱した素材を上下の金型でプレスして型鍛造することにより、バリを含む鍛造品を成型した後、バリを除去し、ショットブラスト処理を施して製造される。これらの製造工程で製造されたクランクシャフトＳは、自動車のエンジン等に組み込む際に、適切に組み込めるように切削による機械加工が施される。具体的には、クランクシャフトＳの軸部（フロントＳＡ、ジャーナルＳＢ及びフランジＳＥ）と、ピンＳＤは、円柱状に機械加工が施される。これら軸部及びピンＳＤには、機械加工できるように、数ｍｍ程度の加工代が設けられる。
上記のように、クランクシャフトは形状が複雑であるため、鍛造する際に、素材寸法の変動、素材温度のムラ、鍛造操業の変動等により、金型の端部まで素材が充填されない欠肉と称される欠陥や、クランクシャフトの全長に亘る曲がりやねじれが発生することがある。また、クランクシャフトをハンドリングする際に搬送設備等と接触して凹み疵が生じることもある。さらには、クランクシャフトの加工部位である軸部及びピンに十分な加工代を有しないこともある。このため、クランクシャフトの製造工程では、機械加工を施す前に、クランクシャフトの実形状を基準形状と比較して検査し、合否を判定している。
クランクシャフトの合否判定の基準としては、（ａ）クランクシャフトの曲がり及びねじれが所定の許容範囲内にあること、（ｂ）カウンタウェイトに許容範囲を超えた欠肉や凹み疵が無いこと、（ｃ）加工部位である軸部やピンに所定の加工代を有していること、が挙げられる。
上記（ａ）及び（ｂ）は、クランクシャフトの最終製品としての寸法精度や重量バランスを達成するために必要な条件として設定されている。クランクシャフトの曲がりが大きい、又は、ねじれが大きくピンの設置位置が所定角度から大きくずれていると、後工程でどのような加工を施したとしても、クランクシャフトの最終製品としての寸法精度や重量バランスを達成することが困難になるからである。また、欠肉や凹み疵によってカウンタウェイトの形状が設計通りにはならずに重心がずれた場合にも、同様に、クランクシャフトの最終製品としての重量バランスを達成することが困難になるからである。
上記（ｃ）は、機械加工を施すために必要な条件として設定されている。如何に重量バランスの取れたクランクシャフトであっても、十分な加工代が無ければ、機械加工後の寸法精度を達成し難い上に、表面性状の悪い鍛造表面が残存してしまい、エンジンの構成部品として使用することができないからである。
具体的には、クランクシャフトの曲がりの合否は、クランクシャフトを機械加工時の座標系（図１のＸＹＺ座標系）に合わせ込んだときの軸部（フロント、ジャーナル及びフランジ）の回転中心軸からのずれ量を管理指標とし、この管理指標が公差以内（例えば、±１ｍｍ以内）であるか否かによって合否が判定される。また、クランクシャフトのねじれの合否は、ピンの分割角度を管理指標とし、この管理指標が規定以内（例えば、±１°）であるか否かによって合否が判定される。
また、カウンタウェイトの形状の合否は、図１（ａ）に示すようなクランクシャフトの回転中心軸方向から見たカウンタウェイトの側面寸法（幅、高さ、外周径）を管理指標として判定される。この管理指標は、クランクシャフトの回転バランスを確保するために必要である。また、カウンタウェイトの形状の合否は、図１（ｂ）に示すようなクランクシャフトの回転中心軸に直交する方向から見たカウンタウェイトの長手方向位置も管理指標として判定される。この管理指標は、カウンタウェイトの厚み（回転軸方向に沿った寸法）や倒れを検出するために必要である。上記のカウンタウェイトの形状に関する管理指標には、それぞれ公差が決められている（例えば、±１ｍｍ、±２ｍｍ）。
さらに、軸部の形状の合否については、型鍛造の精度を把握可能な鍛造厚みや鍛造型ずれが、製造工程における管理指標として使用されている。
従来のクランクシャフトを検査する方法は、ピン及びカウンタウェイトの基準形状に合致するように形成された各板ゲージを、クランクシャフトの検査するピン及びカウンタウェイトにそれぞれあてがい、各板ゲージとピン及びカウンタウェイトとの隙間をスケールで測定して、その隙間の寸法（形状誤差）が許容範囲内であれば、そのクランクシャフトを合格と判定するものであった。この方法は、ピン及びカウンタウェイトの基準形状に合致するように形成された板ゲージを用いて、オペレータの手作業によって行われるので、検査精度に個人差が生じるばかりでなく、検査に多大な時間を要するという問題を有していた。このため、自動で正確な検査を行うために、特許文献１～６に示すような種々のクランクシャフトの形状検査方法が提案されてきた。
しかしながら、従来の形状検査方法には、ショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトの形状、特に、カウンタウェイトの側面寸法及び長手方向位置を精度良く算出可能な方法が提案されていない。
特開昭５９－１８４８１４号公報 特開平６－２６５３３４号公報 特開平１０－６２１４４号公報 特開２００７－２１２３５７号公報 国際公開第２０１６／１９４７２８号 国際公開第２０１７／１５９６２６号
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、クランクシャフトのカウンタウェイトの側面寸法及び長手方向位置を精度良く算出可能なクランクシャフトの形状検査方法及び形状検査装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、第１の方法として、以下の第１～第５ステップを含むクランクシャフトの形状検査方法を提供する。
（１）第１ステップ：光学式の３次元形状測定装置によってクランクシャフトの表面形状を測定することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを取得する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで取得した前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる。
（４）第４ステップ：前記第３ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
（５）第５ステップ：前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する。
本発明に係る第１の方法によれば、第１ステップを実行することにより、クランクシャフト表面の３次元点群データが取得される。
次いで、本発明に係る第１の方法によれば、第２ステップを実行することにより、３次元点群データに孤立点除去処理が施される。本発明者らの知見によれば、ショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトの場合、第１ステップで取得された３次元点群データに、クランクシャフト表面に対応する本来の３次元点群データ以外のデータ点が本来の３次元点群データから孤立して発生する場合があり、この孤立したデータ点が測定精度の悪化の原因になっている。したがい、３次元点群データに孤立点除去処理を施すことで、測定精度の悪化を抑制可能である。特に、本発明に係る第１の方法の第２ステップでは、最近接データ点（注目しているデータ点に最も近いデータ点）までの距離が第１しきい値以上のデータ点が除去された第１点群データが生成されると共に、最近接データ点までの距離が第２しきい値（第２しきい値＞第１しきい値）以上のデータ点が除去された第２点群データが生成される。本発明者らの知見によれば、第１点群データは、カウンタウェイトの側面寸法（幅、高さ、外周径等）を精度良く算出する上で有効であり、第２点群データは、カウンタウェイトの長手方向位置（クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向の位置）を精度良く算出する上で有効である。
次いで、本発明に係る第１の方法によれば、第３ステップを実行することにより、第１点群データ及び第２点群データが、例えば、設計仕様に基づく３次元ＣＡＤデータを変換することにより三角メッシュ等で構成された表面形状モデルに重ね合わせられる。すなわち、第１点群データ及び第２点群データと表面形状モデルとの距離が最小となるように、第１点群データ及び第２点群データが平行移動及び回転移動する。なお、本発明に係る第１の方法における「クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となる」とは、第１点群データ及び第２点群データを構成する各データ点と表面形状モデルとの距離の総和、又は、距離の二乗和の総和が最小となることを意味する。
次いで、本発明に係る第１の方法によれば、第４ステップを実行することにより、第１点群データ及び第２点群データから、予め決められた加工基準部位（クランクシャフトの２箇所の軸部等）の点群データである加工基準部位点群データが抽出される。加工基準部位点群データの位置は、表面形状モデルから認識可能である一方、第３ステップで第１点群データ及び第２点群データが表面形状モデルに重ね合わせられているため、第１点群データ及び第２点群データにおける加工基準部位点群データの位置も認識可能である。このため、第１点群データ及び第２点群データから加工基準部位点群データを抽出可能である。
そして、第４ステップを実行することにより、抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準（クランクシャフトの２箇所の軸部それぞれの中心等）の座標が、クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、第１点群データ及び第２点群データが平行移動及び回転移動する。これにより、クランクシャフトの機械加工時の座標系でクランクシャフトの第１点群データ及び第２点群データが表される、換言すれば、クランクシャフトの機械加工時の状態を再現することが可能になる。
最後に、本発明に係る第１の方法によれば、第５ステップを実行することにより、第４ステップで移動した後の第１点群データ及び第２点群データのそれぞれから、クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出する。カウンタウェイト点群データの位置は、機械加工時の座標系で認識可能である一方、第４ステップを実行することで第１点群データ及び第２点群データがクランクシャフトの機械加工時の座標系で表されているため、第１点群データ及び第２点群データにおけるカウンタウェイト点群データの位置も認識可能である。このため、第１点群データ及び第２点群データのそれぞれからカウンタウェイト点群データを抽出可能である。
そして、本発明に係る第１の方法によれば、第５ステップを実行することにより、第１点群データから抽出したカウンタウェイト点群データを用いてカウンタウェイトの側面寸法を算出し、第２点群データから抽出したカウンタウェイト点群データを用いてカウンタウェイトの長手方向位置を算出することで、前述の本発明者らの知見の通り、カウンタウェイトの側面寸法及び長手方向位置を精度良く算出可能である。
以上に説明した第１の方法では、第２ステップで第１点群データ及び第２点群データを生成し、第３ステップで第１点群データ及び第２点群データを表面形状モデルに重ね合わせているが、この順番が逆であっても、同様の作用効果を奏する。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、第２の方法として、以下の第１～第５ステップを含むクランクシャフトの形状検査方法としても提供される。
（１）第１ステップ：光学式の３次元形状測定装置によってクランクシャフトの表面形状を測定することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを取得する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで取得した前記３次元点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記３次元点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する。
（４）第４ステップ：前記第３ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
（５）第５ステップ：前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する。
なお、本発明に係る第２の方法における「クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となる」とは、３次元点群データを構成する各データ点と表面形状モデルとの距離の総和、又は、距離の二乗和の総和が最小となることを意味する。
本発明に係る第１及び第２の方法では、前記第４ステップにおいて、前記加工基準部位は、前記クランクシャフトの２箇所の軸部、１箇所のピン及び隣り合う２箇所のカウンタウェイトであり、前記加工基準は、前記２箇所の軸部それぞれの中心、前記１箇所のピンの中心及び前記２箇所のカウンタウェイトの対向する側面（クランクシャフトの回転中心軸に直交し、クランクシャフトの回転中心軸方向に対向する側面）であることが好ましい。
本発明に係る第１及び第２の方法では、前記第４ステップにおいて、前記加工基準部位のうち、前記２箇所の軸部及び前記１箇所のピンについて、加工基準部位点群データとして、前記クランクシャフトを固定するための固定チャックが接触する部位の点群データを抽出することが好ましい。
本発明に係る第１及び第２の方法では、３次元形状測定装置として、特許文献６に記載の形状測定装置と同様の３次元形状計測装置を用いることが好ましい。
具体的には、本発明に係る第１及び第２の方法では、前記３次元形状測定装置は、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置であり、前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに角度βだけ傾斜しており、前記第１ステップにおいて、前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成し、前記第５ステップにおいて、前記３次元点群データの長手方向（クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向）の測定ピッチをΔｘとし、前記第１しきい値をＴｈ１とし、前記第２しきい値をＴｈ２とした場合に、以下の式（１）を満足する前記第１しきい値Ｔｈ１を用いて生成した前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、以下の式（２）を満足する前記第２しきい値Ｔｈ２を用いて生成した前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出することが好ましい。
Δｘ＜Ｔｈ１＜４Δｘ ・・・（１）
Δｘ／ｔａｎ（ａｂｓ（β））＜Ｔｈ２ ・・・（２）
上記の式（２）において、ａｂｓ（β）はβの絶対値を意味する。
なお、上記の好ましい方法において、「逆向きに角度βだけ傾斜」とは、一方がクランクシャフトのフロント側に角度βだけ傾斜しているとすれば、他方はクランクシャフトのフランジ側に角度βだけ傾斜していることを意味する。また、角度β＝５°のとき、式（２）は１１．４Δｘ＜Ｔｈ２になり、角度β＝１０°のとき、式（２）は５．７Δｘ＜Ｔｈ２になる。通常、角度βは数度程度に設定されるため、式（１）を満足するＴｈ１と、式（２）を満足するＴｈ２は、Ｔｈ１＞Ｔｈ２の関係になる。
また、前記課題を解決するため、本発明は、第１の手段として、前記何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法を実行するためのクランクシャフトの形状検査装置であって、特許文献６に記載の形状測定装置と同様の３次元形状計測装置を備えるクランクシャフトの形状検査装置としても提供される。
具体的には、前記課題を解決するため、本発明は、第１の手段として、前記何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法を実行するためのクランクシャフトの形状検査装置であって、クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置と、前記４つの３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜しており、前記演算装置には、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき作成された前記クランクシャフトの表面形状モデルが予め記憶されており、前記演算装置は、以下の第１～第５ステップを実行するクランクシャフトの形状検査装置を提供する。
（１）第１ステップ：前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで取得した前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる。
（４）第４ステップ：前記第３ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
（５）第５ステップ：前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する。
上記の第１の手段では、演算装置が、第２ステップで第１点群データ及び第２点群データを生成し、第３ステップで第１点群データ及び第２点群データを表面形状モデルに重ね合わせているが、この順番が逆であっても、同様の作用効果を奏する。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、第２の手段として、前記何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法を実行するためのクランクシャフトの形状検査装置であって、クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置と、前記４つの３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜しており、前記演算装置には、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき作成された前記クランクシャフトの表面形状モデルが予め記憶されており、前記演算装置は、以下の第１～第５ステップを実行するクランクシャフトの形状検査装置としても提供される。
（１）第１ステップ：前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで生成した前記３次元点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記３次元点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する。
（４）第４ステップ：前記第３ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
（５）第５ステップ：前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する。
本発明によれば、クランクシャフトのカウンタウェイトの側面寸法及び長手方向位置を精度良く算出可能である。
クランクシャフトの一例（直列４気筒エンジン用クランクシャフト）を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の第１ステップで取得される３次元点群データの一例を示す図である。 ノイズが生じる原因を説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の第２ステップで生成される第１点群データ及び第２点群データの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の第４ステップを説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の第４ステップを説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の第４ステップを説明する説明図である。 カウンタウェイトの幅及び高さを説明する説明図である。 カウンタウェイトの外周径を説明する説明図である。 カウンタウェイトの長手方向位置を説明する説明図である。 孤立点除去処理におけるしきい値がカウンタウェイトの幅測定及び長手方向位置測定の測定成功率に及ぼす影響を調査した結果の一例を示す。 クランクシャフトの曲がりを説明する説明図である。 クランクシャフトの鍛造厚み及び鍛造型ずれを説明する説明図である。 クランクシャフトのねじれを説明する説明図である。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図２～図４は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの形状検査装置（以下、単に「形状検査装置」という）の概略構成を示す図である。図２は、クランクシャフトＳの回転中心軸の方向（Ｘ軸方向）から見た正面透視図である。図３（ａ）は、図２の矢符Ａに示す方向から見た側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分的拡大側面図である。図４は、図２の矢符Ｂに示す方向から見た側面図である。なお、図２～図４において、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じていない場合のクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに平行な方向をＸ軸方向、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する水平方向をＹ軸方向、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する鉛直方向をＺ軸方向としている。また、図３及び図４では、演算装置２の図示を省略している。
図２～図４に示すように、本実施形態に係る形状検査装置１００は、光学式の３次元形状測定装置１と、演算装置２と、移動機構３と、支持装置４と、を備えている。
３次元形状測定装置１は、クランクシャフトＳに対して光を投受光することでクランクシャフトＳの３次元形状を測定する装置である。具体的には、本実施形態の３次元形状測定装置１は、クランクシャフトＳに向けてクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に延びる線状のレーザ光を投光する投光手段１１と、クランクシャフトＳの表面で反射した光を受光して撮像する受光手段１２とを具備し、線状のレーザ光の変形を解析する光切断法によってクランクシャフトＳの３次元形状を測定する構成である。ただし、本発明の３次元形状測定装置としては、これに限るものではなく、縞パターンや格子パターンを投影して空間符号化法によってクランクシャフトＳの３次元形状を測定する構成を採用することも可能である。
本実施形態の３次元形状測定装置１は、仮にクランクシャフトＳの回転中心軸の方向（Ｘ軸方向）に直交する面に対して角度βだけ傾斜した位置に配置し、クランクシャフトＳまでの距離が４００ｍｍであるときに、クランクシャフトＳの周方向の測定視野が１８０ｍｍである。また、クランクシャフトＳの周方向の測定分解能は０．３ｍｍであり、測定周期が５００ＨｚのときのクランクシャフトＳの径方向の測定分解能は約０．０２ｍｍである。このような３次元形状測定装置１としては、例えば、キーエンス社製の超高速インラインプロファイル測定器「ＬＪ－Ｖ７３００」を用いることができる。後述の移動機構３で３次元形状測定装置１をＸ軸方向に２００ｍｍ／ｓｅｃで移動させた場合、Ｘ軸方向（クランクシャフトＳの軸方向）の測定分解能が０．４ｍｍで、クランクシャフトＳの径方向の測定分解能が０．３ｍｍで、クランクシャフトＳの径方向の測定分解能が０．０２ｍｍであるクランクシャフトＳの３次元形状を測定可能である。
本実施形態の形状検査装置１００は、３次元形状測定装置１として、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌ周りに９０°ピッチで配置された４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄを備えている。３次元形状測定装置１ａは、投光手段１１ａ及び受光手段１２ａを具備し、３次元形状測定装置１ｂは、投光手段１１ｂ及び受光手段１２ｂを具備し、３次元形状測定装置１ｃは、投光手段１１ｃ及び受光手段１２ｃを具備し、３次元形状測定装置１ｄは、投光手段１１ｄ及び受光手段１２ｄを具備している。このように４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄを備えることで、クランクシャフトＳを回転中心軸Ｌ周りに回転させなくても、クランクシャフトＳ全体の３次元形状を測定可能である。
そして、４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄのうち、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌ周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向がクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜している。
例えば、図３（ｂ）に示すように、３次元形状測定装置１ａの投光手段１１ａからの光の投光方向は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向ＬＶ１に対してフランジＳＥ側に角度βだけ傾斜しているのに対して、３次元形状測定装置１ａに隣り合う３次元形状測定装置１ｂの投光手段１１ｂからの光の投光方向は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向ＬＶ２に対してフロントＳＡ側に角度βだけ傾斜している。図４を参照すれば分かるように、３次元形状測定装置１ａに隣り合う３次元形状測定装置１ｄの投光手段１１ｄからの光の投光方向は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に対してフロントＳＡ側に傾斜（図示を省略するが角度βだけ傾斜）しており、３次元形状測定装置１ｂ及び１ｄに隣り合う３次元形状測定装置１ｃの投光手段１１ｃからの光の投光方向は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に対してフランジＳＥ側に傾斜（図示を省略するが角度βだけ傾斜）している。
本実施形態に係る３次元形状測定装置１のように、光の投光方向をクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に対して傾斜させることで、カウンタウェイトＳＣの側面（クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向の側面）の形状を測定可能である。また、隣り合う３次元形状測定装置１の光の投光方向がクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜しているため、カウンタウェイトＳＣの両側面（フロントＳＡ側の側面及びフランジＳＥ側の側面）の形状を測定可能である。角度βが５°の場合、カウンタウェイトＳＣの側面のＹ軸方向の測定ピッチは４．５ｍｍ（＝０．４ｍｍ／ｔａｎ５°）である。
演算装置２は、３次元形状測定装置１による測定結果に対して所定の演算を実行する。具体的には、演算装置２は、４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄによる測定結果を合成することで、クランクシャフトＳ表面全体の３次元点群データを生成（取得）する。そして、後述する各種の演算を実行する。演算装置２は、例えば、上記の演算を実行するプログラムやアプリケーションがインストールされたコンピュータから構成される。具体的には、例えば、オープンソース系の「ＰＣＬ（Point Cloud Library）」や、ＭＶＴｅｃ社製「ＨＡＬＣＯＮ」のような公知の点群処理ライブラリをコンピュータに実装することで、演算装置２を構成可能である。上記の点群処理ライブラリは、点群データに加えて、表面データ（円筒、平面、三角メッシュ等で構成されたデータ）を扱うことが可能であり、スムージングや間引き処理等の前処理、座標や距離等に基づく点群データの抽出、座標変換、マッチング処理、フィッティング処理、点群データの寸法測定、立体表面の生成など、点群データや表面データに関する種々の演算を実行可能である。後述する孤立点除去処理も上記の点群処理ライブラリによって実行可能である。
また、演算装置２には、クランクシャフトＳの設計仕様に基づき作成されたクランクシャフトＳの表面形状モデルが予め記憶されている。具体的には、演算装置２には、設計仕様に基づく３次元ＣＡＤデータが入力され、演算装置２は、この入力されたＣＡＤデータを三角メッシュ等で構成された表面形状モデルに変換して記憶する。表面形状モデルはクランクシャフトＳの品種毎に作成し記憶しておけばよいので、同じ品種のクランクシャフトＳを連続して検査する場合には、検査毎に表面形状モデルを作成する必要はない。
移動機構３は、３次元形状測定装置１をクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに平行なＸ軸方向に相対的に移動させるものである。移動機構３としては、例えば、一軸ステージを用いることができる。移動機構３に用いる一軸ステージとしては、０．１ｍｍ以下の分解能で位置決め又は位置を把握できるものが好ましい。本実施形態では、４つの３次元形状測定装置１を独立して移動させるために、３次元形状測定装置１毎に移動機構３が設けられている。なお、本実施形態の移動機構３は、３次元形状測定装置１の方を移動させるものであるが、必ずしもこれに限るものではなく、クランクシャフトＳの方をＸ軸方向に移動させる機構とすることも可能である。３次元形状測定装置１がＸ軸方向に相対的に移動しながら、クランクシャフトＳに対して光を投受光することで、クランクシャフトＳ全体の３次元形状を測定可能である。
なお、４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄのＸ軸方向の測定位置が互いに近いと、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄから投光される光が互いに干渉して誤測定が発生するおそれがある。このため、例えば、４つの各移動機構３は、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄがＸ軸方向に２００ｍｍ程度の間隔を隔てるように、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄを移動させる。
支持装置４は、基台４１と、基台４１の両端部からそれぞれＺ軸方向に延在する一対の支持部４２と、を具備する。一方の支持部４２は、クランクシャフトＳのフロントＳＡを支持し、他方の支持部４２は、クランクシャフトＳのフランジＳＥを支持する。支持部４２の上端はＶ字状に形成されており、これにより、クランクシャフトＳは、安定した姿勢で支持される。
なお、本実施形態に係る形状検査装置１００が備える３次元形状測定装置１、移動機構３及び支持装置４としては、それぞれ特許文献６に記載の形状検査装置、移動装置及び支持装置と同様の構成を採用可能であるため、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
以下、上記の構成を有する形状検査装置１００を用いたクランクシャフトＳの形状検査方法について説明する。
本実施形態に係る形状検査方法は、第１ステップ～第５ステップを含むことを特徴としている。以下、各ステップについて順次説明する。
＜第１ステップ＞
第１ステップでは、３次元形状測定装置１によってクランクシャフトＳの表面形状を測定することで、クランクシャフトＳ表面の３次元点群データを取得する。
具体的には、クランクシャフトＳを支持装置４上に配置し、移動機構３で４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄをＸ軸方向にフロントＳＡ側に移動させる。そして、移動機構３で４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄをＸ軸方向にフランジＳＥ側に移動させながらクランクシャフトＳに対して光を投受光することで、クランクシャフトＳの３次元形状を測定する。この際、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄから投光される光が互いに干渉して誤測定が発生しないように、例えば、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄがＸ軸方向に２００ｍｍ程度の間隔を隔てるように、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄを移動させる。例えば、各３次元形状測定装置１ａ～１ｄを２００ｍｍ／ｓで移動させる場合には、１ｓｅｃずつ遅らせて各３次元形状測定装置１ａ～１ｄを移動させる。クランクシャフトＳの長さは３～６気筒のエンジン用であれば、最大７００ｍｍ程度であるので、移動距離を８００ｍｍとしても、８ｓｅｃ以内でクランクシャフトＳの全長に亘る３次元点群データを取得可能である。
上記のようにして取得されたクランクシャフトＳの全長に亘る３次元点群データは、イーサネット（登録商標）等を介して、演算装置２に入力され、記憶される。演算装置２は、４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄによる測定結果を合成することで、クランクシャフトＳ表面全体の３次元点群データを生成（取得）する。
図５は、第１ステップで取得される３次元点群データの一例を示す図である。図５（ａ）は表面が錆びた状態のクランクシャフトＳについて取得される３次元点群データの一例を、図５（ｂ）はショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳについて取得される３次元点群データの一例を示す。なお、図５には、４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄによる測定結果を合成するとき等に使用する位置合わせターゲットの３次元点群データも表示されているが、この位置合わせターゲットは特許文献６に記載のものと同様の機能を奏するため、ここでは詳細な説明を省略する。
図５（ｂ）に示すように、ショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳについて取得される３次元点群データにおいては、図５（ａ）に示す表面が錆びた状態のクランクシャフトＳについて取得される３次元点群データでは生じていないノイズ（破線で囲んだデータ点）が、カウンタウェイト近傍に生じている。このノイズがカウンタウェイトの形状に関する測定精度を悪化させることになる。
図６は、上記ノイズが生じる原因を説明する説明図である。図６に示す投光手段１１から投光されたレーザ光は、ジャーナルＳＢの点Ｐに照射される。点Ｐは、図６の右側に隣接するカウンタウェイトＳＣによって、受光手段１２の死角に位置するため、点Ｐで反射した光が受光手段１２で直接受光されることはない。しかしながら、ジャーナルＳＢの点Ｐで正反射した光が図６の左側に隣接するカウンタウェイトＳＣの側面の点Ｐ’で更に正反射して、迷光として受光手段１２で受光される場合がある。この場合、点Ｐが図６に示す位置Ｐ''（投光手段１１の投光軸と受光手段１２の受光軸が交差する点）に存在するかのように、投光手段１１からの距離が測定されてしまう。ショットブラスト処理を施した直後のクランクシャフトＳは、表面が金属光沢を有するため、上記の迷光の強度が強く、クランクシャフトＳ表面の３次元点群データの一部として取得される場合があることが分かった。
上記の迷光に起因したノイズを低減する対策としては、投光手段１１から投光するレーザ光の強度を下げたり、受光手段１１での光の検出しきい値を上げることも考えられる。しかしながら、このような対策では、カウンタウェイトＳＣの側面など、元々反射光の強度が小さい部位の形状測定が更に困難になる。そこで、本発明では、投光手段１１や受光手段１２に対する対策ではなく、迷光に起因したノイズを含んだ３次元点群データを取得した後に、後述の第２ステップにおいて、この３次元点群データに孤立点除去処理を施すことで、ノイズを低減する対策を採用している。
＜第２ステップ＞
第２ステップでは、演算装置２が、第１ステップで取得した３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値Ｔｈ１以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が第１しきい値Ｔｈ１よりも大きな第２しきい値Ｔｈ２以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する。
具体的には、第１点群データについては、演算装置２が、３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値Ｔｈ１未満の点群データを一つの塊として連結し、その塊毎にラベリング処理を施す。次いで、演算装置２が、ラベリングされた各塊のデータ点数と寸法（最外データ点間の距離）とを演算して、小さな塊（例えば、データ点数１０以下、寸法１０ｍｍ以下）を除去して、残った大きな塊のみを結合する。このような処理により、クランクシャフト表面に対応する本来の３次元点群データ（大きな塊）以外の第１しきい値Ｔｈ１以上離れた位置にあるデータ点（小さな塊を構成するデータ点）のみが除去されることになる。第２点群データについても、しきい値として第１しきい値Ｔｈ１よりも大きな第２しきい値Ｔｈ１を用いる点を除き同様である。
ここで、３次元点群データの長手方向（クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに平行な方向）の測定ピッチをΔｘとすると、カウンタウェイトＳＣの幅、高さ、外周径等の側面寸法を算出するために用いるカウンタウェイトＳＣの周面の点群データは、Ｘ軸方向にΔｘのピッチで生成されるが、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置を算出するために用いるカウンタウェイトの側面の点群データは、Ｙ軸方向にΔｘ／ｔａｎ（ａｂｓ（β））のピッチで生成されることになる。なお、ａｂｓ（β）はβの絶対値を意味する。したがい、迷光に起因したノイズの影響を低減するには、カウンタウェイトＳＣの側面寸法を算出する際に、以下の式（１）を満足する第１しきい値Ｔｈ１を用いて生成した第１点群データを用い、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置を算出する際に、以下の式（２）を満足する第２しきい値Ｔｈ２を用いて生成した第２点群データを用いるのが好ましい。
Δｘ＜Ｔｈ１＜４Δｘ ・・・（１）
Δｘ／ｔａｎ（ａｂｓ（β））＜Ｔｈ２ ・・・（２）
例えば、Δｘ＝０．４ｍｍ、β＝５°とすると、０．４ｍｍ＜Ｔｈ１＜１．６ｍｍとなり、４．５ｍｍ＜Ｔｈ２となる。
図７は、第２ステップで生成される第１点群データ及び第２点群データの一例を示す図である。図７（ａ）は、ショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳについて第１しきい値Ｔｈ１＝１．０ｍｍで生成した第１点群データを示す。図７（ｂ）は、ショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳについて第２しきい値Ｔｈ２＝１０ｍｍで生成した第２点群データを示す。図７（ａ）に示すように、小さな第１しきい値Ｔｈ１で生成した第１点群データは、カウンタウェイトＳＣの側面の点群データが一部欠落しているものの、カウンタウェイトＳＣ近傍にノイズは全く存在せず、完全に除去されている。一方、図７（ｂ）に示すように、大きな第２しきい値Ｔｈ２で生成した第２点群データは、カウンタウェイトＳＣの側面の点群データが十分に存在するものの、カウンタウェイトＳＣ近傍にノイズが残存している。
＜第３ステップ＞
第３ステップでは、演算装置２が、第２ステップで生成した図７に示すような第１点群データ及び第２点群データと、クランクシャフトＳの設計仕様に基づき予め用意されたクランクシャフトＳの表面形状モデルとの距離が最小となるように、第１点群データ及び第２点群データを平行移動及び回転移動させて、表面形状モデルに重ね合わせる。すなわち、演算装置２は、第１点群データ及び第２点群データを構成する各データ点と表面形状モデルとの距離の総和、又は、距離の二乗和の総和が最小となるように、第１点群データ及び第２点群データを平行移動及び回転移動させて、表面形状モデルに重ね合わせる。
＜第４ステップ＞
第４ステップでは、演算装置２が、第３ステップで表面形状モデルに重ね合わせられた第１点群データ及び第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、第１点群データ及び第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
図８～図１０は、第４ステップを説明する説明図である。図８（ａ）は、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じていない場合のクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの方向から見た正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に対応するクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向から見た側面図である。図９（ａ）は、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じている場合のクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌの方向から見た正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に対応するクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向から見た側面図である。図１０は、クランクシャフトＳの回転中心軸Ｌに直交する方向から見た第１点群データ又は第２点群データの一例を示す図である。
図８～図１０に示すように、本実施形態では、加工基準部位は、クランクシャフトＳの２箇所の軸部（具体的には、第１ジャーナルＳＢ１及びフランジＳＥ）、１箇所のピン（具体的には、第１ピンＳＤ１）及び隣り合う２箇所のカウンタウェイト（具体的には、第４カウンタウェイトＳＣ４及び第５カウンタウェイトＳＣ５）に設定されている。また、加工基準は、２箇所の軸部（第１ジャーナルＳＢ１及びフランジＳＥ）それぞれの中心ＰＫ０、ＰＫ１、１箇所のピン（第１ピンＳＤ１）の中心ＰＡ及び２箇所のカウンタウェイト（第４カウンタウェイトＳＣ４及び第５カウンタウェイトＳＣ５）の対向する側面ＰＮ０、ＰＮ１に設定されている。
具体的には、第４ステップにおいて、演算装置２は、加工基準部位であるクランクシャフトＳの２箇所の軸部（第１ジャーナルＳＢ１及びフランジＳＥ）について、加工基準部位点群データとして、クランクシャフトＳを固定するための固定チャック（具体的には、芯出しチャック、図示せず）が接触する部位の点群データＢＫ０、ＢＫ１を抽出する。点群データＢＫ０は、固定チャックの爪が接触する第１ジャーナルＳＢ１の周方向４箇所の点群データであり、その位置は、第１点群データ及び第２点群データに重ね合わせられた表面形状モデルから認識可能である。同様に、点群データＢＫ１は、固定チャックの爪が接触するフランジＳＥの周方向４箇所の点群データであり、その位置は、第１点群データ及び第２点群データに重ね合わせられた表面形状モデルから認識可能である。実際には、点群データＢＫ０、ＢＫ１の範囲は、表面形状モデルから認識される位置の近傍も含むように、やや大きめに設定される。やや大きめに設定することで、後述のフィッティング処理における円筒の中心の算出精度を向上させることができる。
なお、点群データＢＫ０、ＢＫ１の抽出には、第１点群データを用いるのが好ましい。
そして、演算装置２は、抽出した４箇所の点群データＢＫ０及び４箇所の点群データＢＫ１に対して、それぞれ円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施し、フィッティングされた円筒の中心を算出して、この算出した中心を加工基準である２箇所の軸部（第１ジャーナルＳＢ１及びフランジＳＥ）それぞれの中心ＰＫ０、ＰＫ１とする。演算装置２は、加工基準ＰＫ０、ＰＫ１の座標が、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系（図８～図１０のＸＹＺ座標系）において予め決められた座標と合致するように、第１点群データ及び第２点群データを平行移動及び回転移動させる。具体的には、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系における加工基準ＰＫ０、ＰＫ１の座標をそれぞれＰＫ０（ｘｋ０，ｙｋ０，ｚｋ０）、ＰＫ１（ｘｋ１，ｙｋ１，ｚｋ１）とし、Ｙ軸方向の平行移動量をｙＴとし、Ｙ軸周りの回転角度をｙＲ［ｒａｄ］とし、Ｚ軸方向の平行移動量をｚＴとし、Ｚ軸周りの回転角度をｚＲ［ｒａｄ］とすると、演算装置２は、加工基準ＰＫ０、ＰＫ１がＸ軸上に位置するように、以下の式（３）～（６）に従って、第１点群データ及び第２点群データを平行移動及び回転移動させる。
ｙＴ＝（ｘＫ０・ｙＫ１－ｙＫ０・ｘＫ１）／（ｘＫ０－ｘＫ１） ・・・（３）
ｚＴ＝（ｘＫ０・ｚＫ１－ｙＫ０・ｘＫ１）／（ｘＫ０－ｘＫ１） ・・・（４）
ｙＲ＝－１８０／π・ｔａｎ－１（（ｚＫ１－ｚＫ０）／（ｘＫ１－ｘＫ０）） ・・・（５）
ｚＲ＝１８０／π・ｔａｎ－１（（ｙＫ１－ｙＫ０）／（ｘＫ１－ｘＫ０）） ・・・（６）
また、第４ステップにおいて、演算装置２は、加工基準部位であるクランクシャフトＳの１箇所のピン（第１ピンＳＤ１）について、加工基準部位点群データとして、クランクシャフトＳを固定するための固定チャック（具体的には、位相クランプ、図示せず）が接触する部位の点群データＢＡを抽出する。点群データＢＡは、固定チャックの爪が接触する第１ピンＳＤ１の周方向２箇所の点群データであり、その位置は、第１点群データ及び第２点群データに重ね合わせられた表面形状モデルから認識可能である。実際には、点群データＢＡの範囲は、表面形状モデルから認識される位置の近傍も含むように、やや大きめに設定される。やや大きめに設定することで、第１ピンＳＤ１の実際の角度や位置がずれることで、固定チャックの実際に接触する位置が設計位置からずれたとしても、精度良く第１ピンＳＤ１の中心を算出することができる。
なお、点群データＢＡの抽出には、第１点群データを用いるのが好ましい。
そして、演算装置２は、抽出した２箇所の点群データＢＡの最大のＺ軸座標と最小のＺ軸座標との中間座標ｚＡを算出して、加工基準である１箇所のピン（第１ピンＳＤ１）の中心ＰＡ（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ）を求める。ここで、ｘＡ，ｙＡは、それぞれ、設計仕様で決められた第１ピンＳＤ１の形状において、Ｘ軸方向の中心となるＸ軸座標と、Ｙ軸方向の中心となるＹ軸座標である。演算装置２は、加工基準ＰＡの座標が、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系（図６～図８のＸＹＺ座標系）において予め決められた座標と合致するように、第１点群データ及び第２点群データを回転移動させる。具体的には、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系における加工基準ＰＡの座標をＰＡ（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ）とし、Ｘ軸周りの回転角度をｘＲ［ｒａｄ］とすると、演算装置２は、加工基準ＰＡがＸＹ平面内に位置するように、以下の式（７）に従って、第１点群データ及び第２点群データを回転移動させる。
ｘＲ＝１８０／π・ｔａｎ－１（ｚＡ／ｙＡ） ・・・（７）
さらに、第４ステップにおいて、演算装置２は、加工基準部位であるクランクシャフトＳの隣り合う２箇所のカウンタウェイト（第４カウンタウェイトＳＣ４及び第５カウンタウェイトＳＣ５）について、加工基準部位点群データとして、対向する側面の２箇所の点群データＢＮ０、ＢＮ１を抽出する。点群データＢＮ０、ＢＮ１の位置は、第１点群データ及び第２点群データに重ね合わせられた表面形状モデルから認識可能である。実際には、点群データＢＮ０、ＢＮ１の範囲は、表面形状モデルから認識される位置の近傍も含むように、やや大きめに設定される。やや大きめに設定することで、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置がずれたとしても、この設定した範囲に入っていれば、長手方向位置を算出可能である。
なお、点群データＢＮ０、ＢＮ１の抽出には、第２点群データを用いるのが好ましい。
そして、演算装置２は、抽出した２箇所の点群データＢＮ０、ＢＮ１のそれぞれについてＸ軸座標の平均値を算出して、この算出したＸ軸座標を有する点を加工基準である２箇所のカウンタウェイトの対向する側面ＰＮ０、ＰＮ１とする。演算装置２は、加工基準ＰＮ０、ＰＮ１の座標が、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系（図６～図８のＸＹＺ座標系）において予め決められた座標と合致するように、第１点群データ及び第２点群データを平行移動させる。具体的には、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系における加工基準ＰＮ０、ＰＮ１のＸ軸座標をそれぞれｘＮ０，ｘＮ１とし、Ｘ軸方向の平行移動量をｘＴとすると、演算装置２は、加工基準ＰＮ０、ＰＮ１がＹＺ平面内に位置するように、以下の式（８）に従って、第１点群データ及び第２点群データを平行移動させる。
ｘＴ＝－（ｘＮ０＋ｘＮ１）／２ ・・・（８）
図８に示すように、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じていない場合には、第４ステップを実行しても、第１点群データ及び第２点群データは平行移動及び回転移動しない、又は移動量はわずかである。これに対して、図９に示すように、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じている場合には、第４ステップを実行することで、図９（ａ）のＹ軸近傍に示す破線（Ｘ軸方向から見て加工基準ＰＫ０、ＰＡを通る直線）がＹ軸に合致し、図９（ｂ）のＸ軸近傍に示す破線（Ｚ軸方向から見て加工基準ＰＫ０、ＰＫ１を通るクランクシャフトＳの回転中心軸Ｌ）がＸ軸に合致するように、第１点群データ及び第２点群データが平行移動及び回転移動することになる。
以上に説明した第４ステップを実行することで、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系でクランクシャフトＳの第１点群データ及び第２点群データが表される、換言すれば、クランクシャフトＳの機械加工時の状態を再現することが可能になる。
＜第５ステップ＞
第５ステップでは、演算装置２が、第４ステップで移動した後の第１点群データ及び第２点群データのそれぞれから、クランクシャフトＳのカウンタウェイトＳＣの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出する。カウンタウェイト点群データの位置は、機械加工時の座標系で認識可能である一方、第４ステップを実行することで第１点群データ及び第２点群データがクランクシャフトＳの機械加工時の座標系で表されているため、第１点群データ及び第２点群データにおけるカウンタウェイト点群データの位置も認識可能である。
次いで、第５ステップでは、演算装置２が、第１点群データから抽出したカウンタウェイト点群データを用いてカウンタウェイトＳＣの側面寸法を算出し、第２点群データから抽出したカウンタウェイト点群データを用いてカウンタウェイトＳＣの長手方向位置を算出する。
以下、第５ステップで算出するカウンタウェイトＳＣの側面寸法及び長手方向位置について、具体的に説明する。
［カウンタウェイトＳＣの幅Ｗ、高さＨ１、Ｈ２］
図１１は、カウンタウェイトＳＣの側面寸法の一種であるカウンタウェイトＳＣの幅Ｗ及び高さＨ１、Ｈ２を説明する説明図である。
演算装置２は、図１１（ａ）に破線で示すカウンタウェイト点群データを、カウンタウェイトＳＣの向きがＹ軸の正方向となるように、Ｘ軸周りに回転させる。図１１（ａ）に示す例では、－１８０°（反時計回りに１８０°）回転させることになる。図１１（ｂ）に示す破線は、回転後のカウンタウェイト点群データである。次いで、演算装置２は、回転後のカウンタウェイト点群データから、予め決められた幅・高さ測定範囲（例えば、Ｙ軸方向の基準位置±１０ｍｍの範囲）に含まれる点群データを抽出し、その点群データを構成するデータ点のＺ軸座標の最大値ｚｍａｘ及び最小値ｚｍｉｎを算出する。
そして、演算装置２は、カウンタウェイトＳＣの幅Ｗを以下の式（９）によって算出し、カウンタウェイトＳＣの高さＨ１、Ｈ２を以下の式（１０）及び式（１１）によって算出する。
Ｗ＝ｚｍａｘ－ｚｍｉｎ ・・・（９）
Ｈ１＝ａｂｓ（ｚｍａｘ） ・・・（１０）
Ｈ２＝ａｂｓ（ｚｍｉｎ） ・・・（１１）
上記の式（１０）において、ａｂｓ（ｚｍａｘ）はｚｍａｘの絶対値を意味する。上記の式（１１）において、ａｂｓ（ｚｍｉｎ）はｚｍｉｎの絶対値を意味する。
［カウンタウェイトＳＣの外周径Ｒ］
図１２は、カウンタウェイトＳＣの側面寸法の一種であるカウンタウェイトＳＣの外周径Ｒを説明する説明図である。
演算装置２は、図１２（ａ）に破線で示すカウンタウェイト点群データを、予め決められた外周径測定方向の向きがＹ軸の正方向となるように、Ｘ軸周りに回転させる。図１２（ａ）に示す例では、－θＲ（反時計回りにθＲ）回転させることになる。図１２（ｂ）に示す破線は、回転後のカウンタウェイト点群データである。次いで、演算装置２は、回転後のカウンタウェイト点群データから、予め決められた外周径測定範囲（例えば、Ｚ軸方向の０±５ｍｍの範囲）に含まれる点群データを抽出し、その点群データを構成するデータ点のＹ軸座標の最大値ｙｍａｘを算出する。
そして、演算装置２は、カウンタウェイトＳＣの外周径Ｒを以下の式（１２）によって算出する。
Ｒ＝ａｂｓ（ｙｍａｘ） ・・・（１２）
上記の式（１２）において、ａｂｓ（ｙｍａｘ）はｙｍａｘの絶対値を意味する。
［カウンタウェイトＳＣの長手方向位置ｎＦＲ、ｎＦＬ］
図１３は、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置ｎＦＲ、ｎＦＬを説明する説明図である。
演算装置２は、図１３に破線で示すカウンタウェイト点群データから、予め決められた長手方向位置測定範囲（例えば、Ｘ軸方向の基準位置±２．５ｍｍ、Ｙ軸方向の基準位置±２．５ｍｍ、Ｚ軸方向の基準位置±５ｍｍの範囲）に含まれる点群データを抽出し、その点群データを構成するデータ点のＸ軸座標の平均値を算出する。カウンタウェイトＳＣのフロントＳＡ側の側面に位置する点群データの平均値をｘＦＲ、カウンタウェイトＳＣのフランジＳＥ側の側面に位置する点群データの平均値をｘＦＬとし、表面形状モデルにおけるカウンタウェイトＳＣのフロントＳＡ側の側面のＸ軸座標をｘＦＲ０、表面形状モデルにおけるカウンタウェイトＳＣのフランジＳＥ側の側面のＸ軸座標をｘＦＬ０とすると、演算装置２は、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置ｎＦＲ、ｎＦＬを以下の式（１３）及び式（１４）によって算出する。
ｎＦＲ＝ｘＦＲ０－ｘＦＲ ・・・（１３）
ｎＦＬ＝ｘＦＬ－ｘＦＬ０ ・・・（１４）
長手方向位置ｎＦＲ、ｎＦＬは、カウンタウェイトＳＣが表面形状モデルよりも厚くなる（Ｘ軸方向の寸法が大きくなる）ときに正となる値である。
図１４は、孤立点除去処理におけるしきい値（第１しきい値Ｔｈ１又は第２しきい値Ｔｈ２）がカウンタウェイトＳＣの幅測定及び長手方向位置測定の測定成功率に及ぼす影響を調査した結果の一例を示す。図１４（ａ）は表面が錆びた状態のクランクシャフトＳについて得られた結果を、図１４（ｂ）はショットブラスト処理を施した直後の表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳについて得られた結果を示す。何れの場合も、クランクシャフトＳに曲がりやねじれが生じていない良品のクランクシャフトＳを用いて、８つのカウンタウェイトＳＣの幅と、２４箇所の長手方向位置とを測定し、測定不能や誤測定がなく、正しく測定できた数の割合を測定成功率とした。
図１４（ａ）に示すように、表面が錆びた状態のクランクシャフトＳの場合、迷光に起因したノイズが生じないため、孤立点除去処理におけるしきい値に関わらず、カウンタウェイトＳＣの幅を１００％測定可能であった。一方、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置については、カウンタウェイトＳＣの側面の測定ピッチ（Ｙ軸方向の測定ピッチ）が４．５ｍｍであるため、しきい値が５ｍｍよりも小さくなるにつれて測定成功率が低下している。
また、図１４（ｂ）に示すように、表面が金属光沢を有するクランクシャフトＳの場合も、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置については、図１４（ａ）に示す表面が錆びた状態のクランクシャフトＳの場合と同等の測定成功率である。一方、カウンタウェイトＳＣの幅については、迷光に起因したノイズが生じるため、しきい値が１ｍｍ（Ｘ軸方向の測定ピッチΔＸ＝０．４ｍｍの２．５倍）を超えたあたりから、測定成功率が低下している。
以上の結果から、前述のように、カウンタウェイトＳＣの幅等の側面寸法を算出する際に、式（１）を満足する第１しきい値Ｔｈ１を用いて生成した第１点群データを用い、カウンタウェイトＳＣの長手方向位置を算出する際に、式（２）を満足する第２しきい値Ｔｈ２を用いて生成した第２点群データを用いるのが好ましいことが分かる。
なお、本実施形態の演算装置２は、カウンタウェイトＳＣの幅、高さ、外周径及び長手方向位置に限らず、その他のクランクシャフトＳの形状も算出可能に構成されている。以下、演算装置２で算出可能な他の形状の例を説明する。
［曲がりｍ］
図１５は、クランクシャフトＳの曲がりｍを説明する説明図である。
演算装置２は、第１点群データから、クランクシャフトＳの軸部（フロントＳＡ、ジャーナルＳＢ及びフランジＳＥ）の点群データを抽出する。図１５には、一例として、ジャーナルＳＢの点群データを破線で示している。
次いで、演算装置２は、抽出した軸部の点群データに対して、円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施し、フィッティングされた円筒の中心Ｃを算出する。この算出した中心Ｃの座標をＣ（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）とすると、演算装置２は、クランクシャフトの曲がりｍを以下の式（１５）によって算出する。
ｍ＝（ｙＣ ２＋ｚＣ ２）１／２ ・・・（１５）
［鍛造厚みＴ、鍛造型ずれＤＴ］
図１６は、クランクシャフトＳの鍛造厚みＴ及び鍛造型ずれＤＴを説明する説明図である。図１６（ａ）は鍛造厚みＴを、図１６（ｂ）は鍛造型ずれＤＴを説明する説明図である。
演算装置２は、第１点群データから、クランクシャフトＳの軸部（フロントＳＡ、ジャーナルＳＢ及びフランジＳＥ）の点群データを抽出する。図１６には、一例として、ジャーナルＳＢの点群データを破線で示している。
次いで、演算装置２は、図１６（ａ）に示すように、抽出した軸部の点群データを内包する直方体（直方体を構成する各面がＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸の何れかに直交する直方体）を作成し、その直方体のＺ軸座標の最大値ｚｍａｘ及び最小値ｚｍｉｎを算出する。演算装置２は、クランクシャフトＳの鍛造厚みＴを以下の式（１６）によって算出する。
Ｔ＝ｚｍａｘ－ｚｍｉｎ ・・・（１６）
また、演算装置２は、図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）に示す軸部の点群データをＸ軸周りに４５°（時計回りに４５°）回転させ、回転後の軸部の点群データを内包する直方体（直方体を構成する各面がＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸の何れかに直交する直方体）を作成し、その直方体のＺ軸座標の最大値ｚｍａｘ及び最小値ｚｍｉｎと、その直方体のＹ軸座標の最大値ｙｍａｘ及び最小値ｙｍｉｎとを算出する。Ｔ＋４５＝ｚｍａｘ－ｚｍｉｎとし、Ｔ－４５＝ｙｍａｘ－ｙｍｉｎとすると、演算装置２は、クランクシャフトＳの鍛造型ずれＤＴを以下の式（１７）によって算出する。
ＤＴ＝Ｔ＋４５－Ｔ－４５ ・・・（１７）
［ねじれαＰ］
図１７は、クランクシャフトＳのねじれαＰを説明する説明図である。
演算装置２は、第１点群データから、クランクシャフトＳのピンＳＤの点群データを抽出する。図１７には、ピンＳＤの点群データを破線で示している。
次いで、演算装置２は、抽出したピンＳＤの点群データに対して、円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施し、フィッティングされた円筒の中心Ｃを算出する。この算出した中心Ｃの座標をＣ（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）とすると、演算装置２は、クランクシャフトのねじれαＰを以下の式（１８）によって算出する。
Figure 0007277780000001
以上に説明した本実施形態に係るクランクシャフトＳの形状検査方法では、演算装置２が、第２ステップで３次元点群データに対して孤立点除去処理を施して第１点群データ及び第２点群データを生成し、その後に第３ステップで第１点群データ及び第２点群データを表面形状モデルに重ね合わせているが、この順番が逆であってもよい。すなわち、演算装置２が、３次元点群データを表面形状モデルに重ね合わせた後に、３次元点群データに対して孤立点除去処理を施して第１点群データ及び第２点群データを生成する方法を採用することも可能である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・３次元形状測定装置
２・・・演算装置
３・・・移動機構
４・・・支持装置
１００・・・形状検査装置
Ｓ・・・クランクシャフト
ＳＣ・・・カウンタウェイト

Claims (7)

  1. 光学式の３次元形状測定装置によってクランクシャフトの表面形状を測定することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを取得する第１ステップと、
    前記第１ステップで取得した前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する第２ステップと、
    前記第２ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる第３ステップと、
    前記第３ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる第４ステップと、
    前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する第５ステップと、
    を含むクランクシャフトの形状検査方法。
  2. 光学式の３次元形状測定装置によってクランクシャフトの表面形状を測定することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを取得する第１ステップと、
    前記第１ステップで取得した前記３次元点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記３次元点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる第２ステップと、
    前記第２ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する第３ステップと、
    前記第３ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる第４ステップと、
    前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する第５ステップと、
    を含むクランクシャフトの形状検査方法。
  3. 前記第４ステップにおいて、
    前記加工基準部位は、前記クランクシャフトの２箇所の軸部、１箇所のピン及び隣り合う２箇所のカウンタウェイトであり、
    前記加工基準は、前記２箇所の軸部それぞれの中心、前記１箇所のピンの中心及び前記２箇所のカウンタウェイトの対向する側面である、
    請求項１又は２に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  4. 前記第４ステップにおいて、
    前記加工基準部位のうち、前記２箇所の軸部及び前記１箇所のピンについて、加工基準部位点群データとして、前記クランクシャフトを固定するための固定チャックが接触する部位の点群データを抽出する、
    請求項３に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  5. 前記３次元形状測定装置は、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置であり、
    前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに角度βだけ傾斜しており、
    前記第１ステップにおいて、前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成し、
    前記第５ステップにおいて、前記３次元点群データの長手方向の測定ピッチをΔｘとし、前記第１しきい値をＴｈ１とし、前記第２しきい値をＴｈ２とした場合に、以下の式（１）を満足する前記第１しきい値Ｔｈ１を用いて生成した前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、以下の式（２）を満足する前記第２しきい値Ｔｈ２を用いて生成した前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する、
    請求項１から４の何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法。
    Δｘ＜Ｔｈ１＜４Δｘ ・・・（１）
    Δｘ／ｔａｎ（ａｂｓ（β））＜Ｔｈ２ ・・・（２）
    上記の式（２）において、ａｂｓ（β）はβの絶対値を意味する。
  6. 請求項１から５の何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法を実行するためのクランクシャフトの形状検査装置であって、
    クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置と、
    前記４つの３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、
    前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜しており、
    前記演算装置には、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき作成された前記クランクシャフトの表面形状モデルが予め記憶されており、
    前記演算装置は、
    前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成する第１ステップと、
    前記第１ステップで取得した前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する第２ステップと、
    前記第２ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる第３ステップと、
    前記第３ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる第４ステップと、
    前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する第５ステップと、
    を実行するクランクシャフトの形状検査装置。
  7. 請求項１から５の何れかに記載のクランクシャフトの形状検査方法を実行するためのクランクシャフトの形状検査装置であって、
    クランクシャフトの回転中心軸周りに９０°ピッチで配置され、前記クランクシャフトの回転中心軸に平行な方向に相対的に移動しながら前記クランクシャフトに対して光を投受光することで前記クランクシャフトの３次元形状を測定する４つの光学式の３次元形状測定装置と、
    前記４つの３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、
    前記４つの３次元形状測定装置のうち、前記クランクシャフトの回転中心軸周りに隣り合う３次元形状測定装置は、光の投光方向が前記クランクシャフトの回転中心軸に直交する方向に対して互いに逆向きに傾斜しており、
    前記演算装置には、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき作成された前記クランクシャフトの表面形状モデルが予め記憶されており、
    前記演算装置は、
    前記４つの３次元形状測定装置による測定結果を合成することで、前記クランクシャフト表面の３次元点群データを生成する第１ステップと、
    前記第１ステップで生成した前記３次元点群データと、前記クランクシャフトの設計仕様に基づき予め用意された前記クランクシャフトの表面形状モデルとの距離が最小となるように、前記３次元点群データを平行移動及び回転移動させて、前記表面形状モデルに重ね合わせる第２ステップと、
    前記第２ステップで前記表面形状モデルに重ね合わせられた前記３次元点群データに対して、最近接データ点までの距離が第１しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第１点群データを生成すると共に、最近接データ点までの距離が前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して第２点群データを生成する第３ステップと、
    前記第３ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データから、予め決められた加工基準部位の点群データである加工基準部位点群データを抽出し、前記抽出した加工基準部位点群データによって定まる加工基準の座標が、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系において予め決められた座標と合致するように、前記第１点群データ及び前記第２点群データを平行移動及び回転移動させる第４ステップと、
    前記第４ステップで移動した後の前記第１点群データ及び前記第２点群データのそれぞれから、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの点群データであるカウンタウェイト点群データを抽出し、前記第１点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの側面寸法を算出し、前記第２点群データから抽出した前記カウンタウェイト点群データを用いて前記カウンタウェイトの長手方向位置を算出する第５ステップと、
    を実行するクランクシャフトの形状検査装置。
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