JPWO2016031364A1 - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
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 (14)
- 所定の空間容積を有する部品の製造方法であって、
部品を加工する加工ステップと、
前記加工ステップから排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査ステップと、
前記検査ステップで得た部品の容積値とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価ステップと、
前記評価ステップの評価結果に基づき部品を選別し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部品を搬送する搬送ステップと、
を備えることを特徴とする空間容積を有する部品の製造方法。 - 請求項1記載の製造方法であって、
前記検査ステップは、光学的手段による複数の距離センサにより前記部品との距離を計測するステップと、
少なくとも該計測した距離データ、前記走査部の位置情報、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から部品形状の3次元分布を算出するステップと、
前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から部品の形状を算出するステップと、
を備えた製造方法。 - 請求項2に記載の製造方法であって、
前記算出された形状データのうち、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形状算出の基礎データから除外して形状を算出することを特徴とする製造方法。 - 請求項2又は3のいずれかに記載の製造方法であって、
各距離センサから得た形状データを統合し、該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製造方法。 - 所定の空間容積を有する部品の製造装置であって、
部品を加工する加工部と、
前記加工部から排出された部品の容積を光学的手段で測定し算出する検査部と、
前記検査部で得た部品の容積知とあらかじめ設定した基準値とを比較し部品の品質を判定する評価部と、
前記評価部の評価結果に基づき部品を選別し分岐させる分岐部と、
前記分岐部により分岐された部品を搬送する搬送部と、
を備えることを特徴とする空間容積を有する部品の製造装置。 - 請求項5記載の製造装置であって、
前記検査部は、光学的手段による複数の距離センサを備える距離計測部と、
前記部品と前記距離計測部との少なくとも一方を走査する走査部と、
少なくとも前記距離計測部にて取得した距離データ、前記走査部の位置情報データ、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から部品形状の3次元分布を算出し、前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から部品の形状を算出する形状算出部と、
を備えることを特徴とする製造装置。 - 請求項6記載の製造装置であって、
更に前記形状算出部は、前記算出された形状データのうち、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形状算出の基礎データから除外して形状を算出することを特徴とする製造装置。 - 請求項6又は7いずれかに記載の製造装置であって、
更に、前記部品の中心と回転中心を算出するための距離計測センサを備えることを特徴とする製造装置。 - 請求項6乃至8のいずれかに記載の製造装置であって、
更に前記形状算出部は、各距離センサから得た形状データを統合し、該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製造装置。 - 請求項6乃至9のいずれかに記載の製造装置であって、
前記評価部は、前記形状算出部で算出した形状と所定の基準高さとで囲まれた領域の容積を算出し、該算出された容積と設計値との差が所定の値以上である場合には不良品であると判定することを特徴とする製造装置。 - 請求項10記載の製造装置であって、更に、
前記判定部による判定結果に基づき、不良品の割合が一定値以上となった場合に、製造工程の条件変更を自動で行うか、もしくは製造ラインを停止することを特徴とする製造装置。 - 請求項5乃至11のいずれか記載の製造装置であって、
前記部品は、ピストンであることを特徴とする製造装置。 - 請求項5乃至12のいずれか記載の製造装置であって、
前記加工部は、鋳造、又は機械加工を行うことを特徴とする製造装置。 - 光学的手段による複数の距離センサにより前記試料との距離を計測するステップと、
少なくとも該計測した距離データ、前記走査部の位置情報、前記距離センサと前記走査部との相対位置データを含むデータ群から試料形状の3次元分布を算出するステップと、
前記距離センサの方向と前記データ群から算出された計測面の方向との成す角が所定値以上となる計測点を除いた測定点群から試料の形状を算出するステップと、
を備えた容積測定方法。
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