WO2022224404A1 - クランクシャフトの形状検査方法、演算装置、プログラム及び形状検査装置 - Google Patents

クランクシャフトの形状検査方法、演算装置、プログラム及び形状検査装置 Download PDF

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cloud data
crankshaft
counterweight
point
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良仁 伊勢居
康輔 酒井
真也 池田
祐輝 臼谷
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a crankshaft shape inspection method, an arithmetic device, a program, and a shape inspection device for inspecting the shape of crankshafts used in automobile engines and the like.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing an example of a crankshaft (a crankshaft for an in-line four-cylinder engine).
  • 1A is a front view of the crankshaft S viewed from the direction of the rotation center axis L
  • FIG. 1B is a side view of the crankshaft S viewed from a direction orthogonal to the rotation center axis L.
  • the crankshaft S includes a front SA provided on the rotation center axis L of the crankshaft S and a plurality of journals SB provided on the rotation center axis L (see FIGS. 1A and 1B).
  • the first journal SB1 to fifth journal SB5) and a plurality of counterweights SC for balancing the rotation provided on the rotation center axis L (in the example shown in FIGS. 1A and 1B, the first counterweight SC1 to eighth counterweight SC8), and a plurality of pins SD (in the example shown in FIGS. 1A and 1B, 1st pin SD1 to 4th pin SD4) and a flange SE provided on the rotation center axis L.
  • the cross-sectional shape of the pin SD is a circle centered at a position spaced apart from the rotation center axis L. , a circle around the rotation center axis L of the crankshaft S.
  • the cross-sectional shape of the counterweight SC is a bilaterally symmetrical complex shape.
  • a crankshaft S as shown in FIGS. 1A and 1B is formed by die forging by pressing a heated material with upper and lower dies to form a forged product including burrs, after which the burrs are removed and shot blasting is performed.
  • Manufactured with The crankshaft S manufactured by these manufacturing processes is subjected to machining by cutting so that it can be properly incorporated when incorporated into an automobile engine or the like.
  • the shaft portion (front SA, journal SB and flange SE) of crankshaft S and pin SD are machined into a cylindrical shape.
  • These shafts and pins SD are provided with machining margins of several millimeters so that they can be machined.
  • the shape of the crankshaft is complicated, so during forging, the material may not be filled to the end of the die due to variations in material dimensions, uneven material temperature, and fluctuations in forging operations. Bending or twisting along the length of the crankshaft may occur. In addition, when the crankshaft is handled, it may come into contact with a conveying facility or the like, resulting in dents. Furthermore, there may be cases in which there is not sufficient machining allowance for the shaft portion and pin, which are machining portions of the crankshaft. For this reason, in the crankshaft manufacturing process, the actual shape of the crankshaft is inspected by comparing it with a reference shape before machining to determine whether the crankshaft is acceptable.
  • Criteria for judging whether the crankshaft is acceptable are: (a) bending and twisting of the crankshaft are within a predetermined allowable range; c) having a predetermined machining allowance for the shaft portion and the pin, which are machined parts.
  • the above (a) and (b) are set as necessary conditions for achieving the dimensional accuracy and weight balance of the crankshaft as a final product. If the bending of the crankshaft is large, or the pin installation position is greatly deviated from the predetermined angle due to the large twist, the dimensional accuracy and weight of the final product of the crankshaft will be affected regardless of what processing is applied in the post-process. This is because it becomes difficult to achieve balance.
  • crankshaft bends is determined by the rotation of the shaft (front, journal, and flange) when the crankshaft is aligned with the coordinate system during machining (the XYZ coordinate system in FIGS. 1A and 1B).
  • the amount of deviation from the central axis is used as a control index, and pass/fail is determined depending on whether or not this control index is within tolerance (for example, within ⁇ 1 mm).
  • pass/fail is determined depending on whether or not this control index is within tolerance (for example, within ⁇ 1 mm).
  • whether the torsion of the crankshaft is acceptable or not is determined based on whether or not the split angle of the pin is used as a management index, and whether or not this management index is within a specified range (for example, ⁇ 1°).
  • whether or not the shape of the counterweight is acceptable is determined using the side dimensions (width, height, outer diameter) of the counterweight as seen from the rotation center axis direction of the crankshaft as shown in FIG. 1A as a management index. This control index is necessary to ensure the rotational balance of the crankshaft. Further, whether or not the shape of the counterweight is acceptable is also determined as a control index by the longitudinal position of the counterweight as viewed from the direction perpendicular to the rotation center axis of the crankshaft as shown in FIG. 1B. This management index is necessary for detecting the thickness (dimension along the rotation axis direction) and tilt of the counterweight.
  • Tolerances are determined for each of the above-described control indicators relating to the shape of the counterweight (eg, ⁇ 1 mm, ⁇ 2 mm). Furthermore, regarding the acceptability of the shape of the shank, the forging thickness and forging die misalignment, which enable the accuracy of die forging to be grasped, are used as management indicators in the manufacturing process.
  • a conventional method for inspecting a crankshaft is to attach plate gauges formed to conform to the reference shapes of pins and counterweights to the pins and counterweights to be inspected of the crankshaft, respectively, and to The gap between the weight and the weight was measured with a scale, and if the size of the gap (shape error) was within the allowable range, the crankshaft was determined to be acceptable.
  • This method is manually performed by an operator using a plate gauge formed to match the reference shape of the pin and counterweight. had the problem of requiring For this reason, various crankshaft shape inspection methods have been proposed as shown in Patent Documents 1 to 6 in order to automatically and accurately inspect the crankshaft.
  • the surface of the crankshaft immediately after shot blasting has a metallic luster. Due to this metallic luster, noise is generated when measuring the three-dimensional shape of the crankshaft for shape inspection of the crankshaft, and there is a concern that this may lead to deterioration in measurement accuracy. If noise occurs in the vicinity of the counterweight, there is a risk that the side dimensions and longitudinal position of the counterweight cannot be calculated with high accuracy.
  • proposals have been made to enable accurate calculation of the shape of a crankshaft whose surface has a metallic luster immediately after shot blasting, especially the lateral dimension and longitudinal position of the counterweight. do not have.
  • the crankshaft shape inspection method of the present invention includes: an acquiring step of acquiring three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft by measuring the surface shape of the crankshaft with a three-dimensional shape measuring device; Using the three-dimensional point cloud data acquired in the acquisition step, the point cloud data generated by performing isolated point removal processing for removing data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a first threshold value Point cloud data generated by applying isolated point removal processing to remove data points whose distance to the closest data point is greater than the first threshold value and is equal to or greater than the second threshold value a generating step of generating second point cloud data based on Based on the first point cloud data and the second point cloud data generated in the generating step, counterweight point cloud data, which is point cloud data of the counterweight of the crankshaft, is extracted, and the first point cloud data is extracted.
  • the arithmetic device of the present invention is A computing device for inspecting the shape of a crankshaft, comprising: Acquisition means for acquiring three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft based on the result of measuring the surface shape of the crankshaft with a three-dimensional shape measuring device; Using the three-dimensional point cloud data acquired by the acquisition means, point cloud data generated by performing isolated point removal processing for removing data points whose distance to the nearest data point is greater than or equal to a first threshold value Point cloud data generated by applying isolated point removal processing to remove data points whose distance to the closest data point is greater than the first threshold value and is equal to or greater than the second threshold value generating means for generating second point cloud data based on Based on the first point cloud data and the second point cloud data generated by the generating means, counterweight point cloud
  • the program of the present invention is A program for shape inspection of a crankshaft, comprising: acquisition means for acquiring three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft based on the result of measuring the surface shape of the crankshaft with a three-dimensional shape measuring device; Using the three-dimensional point cloud data acquired by the acquisition means, point cloud data generated by performing isolated point removal processing for removing data points whose distance to the nearest data point is greater than or equal to a first threshold value Point cloud data generated by applying isolated point removal processing to remove data points whose distance to the closest data point is greater than the first threshold value and is equal to or greater than the second threshold value generating means for generating second point cloud data based on Based on the first point cloud data and the second point cloud data generated by the generating means, counterweight point cloud data, which is point cloud data of the
  • the crankshaft shape inspection device of the present invention includes: It is arranged around the rotation center axis of the crankshaft, and projects and receives light to and from the crankshaft while relatively moving in a direction parallel to the rotation center axis of the crankshaft, thereby determining the three-dimensional shape of the crankshaft.
  • the computing device is Acquisition means for acquiring three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft based on the result of measuring the surface shape of the crankshaft by the three-dimensional shape measuring device; Using the three-dimensional point cloud data acquired by the acquisition means, point cloud data generated by performing isolated point removal processing for removing data points whose distance to the nearest data point is equal to or greater than a first threshold value Point cloud data generated by applying isolated point removal processing to remove data points whose distance to the closest data point is greater than the first threshold value and is equal to or greater than the second threshold value generating means for generating second point cloud data based on Based on the first point cloud data and the second point cloud
  • FIG. 1A is a diagram schematically showing an example of a crankshaft.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing an example of a crankshaft.
  • FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of a crankshaft shape inspection device according to the embodiment.
  • 2B is a diagram illustrating the functional configuration of the arithmetic device according to the embodiment;
  • FIG. 2C is a flowchart illustrating processing executed by the arithmetic device according to the embodiment;
  • FIG. 3A is a diagram showing a schematic configuration of a crankshaft shape inspection device according to the embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing a schematic configuration of the crankshaft shape inspection device according to the embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram schematically showing an example of a crankshaft.
  • FIG. 1B is a diagram schematically showing an example of a crankshaft.
  • FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of a crankshaft shape inspection device according to the
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the crankshaft shape inspection device according to the embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram showing an example of three-dimensional point cloud data acquired in an acquisition step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram showing an example of three-dimensional point cloud data acquired in an acquisition step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the cause of noise.
  • FIG. 7A is a diagram showing an example of basic data of first point cloud data generated in an isolated point removing step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram showing an example of basic data of the second point cloud data generated in the isolated point removing step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram illustrating a moving step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 8B is an explanatory diagram illustrating a moving step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram illustrating a moving step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 9B is an explanatory diagram illustrating a moving step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the moving step of the crankshaft shape inspection method according to the embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the width and height of the counterweight.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the outer diameter of the counterweight.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the longitudinal position of the counterweight.
  • FIG. 14A shows an example of the result of investigating the influence of the threshold value in the isolated point removal process on the measurement success rate of width measurement and longitudinal position measurement of the counterweight.
  • FIG. 14B shows an example of the result of investigating the influence of the threshold in the isolated point removal process on the measurement success rate of width measurement and longitudinal position measurement of the counterweight.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining bending of the crankshaft.
  • FIG. 16A is an explanatory diagram illustrating the forging thickness of the crankshaft.
  • FIG. 16B is an explanatory diagram for explaining the forging die deviation of the crankshaft.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the torsion of the crankshaft.
  • FIG. 2A to 4 are diagrams showing a schematic configuration of a crankshaft shape inspection device (hereinafter simply referred to as "shape inspection device") 100 according to the embodiment.
  • FIG. 2A is a front perspective view of the shape inspection device 100 viewed from the direction of the rotation center axis (X-axis direction) of the crankshaft S (crankshaft for an in-line four-cylinder engine).
  • FIG. 2B is a diagram showing the functional configuration of the arithmetic device 2.
  • FIG. 2C is a flow chart showing the processing executed by the arithmetic device 2.
  • FIG. 3A is a side view seen from the direction indicated by arrow A in FIG. 2A.
  • FIG. 3B is a partially enlarged side view of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a side view seen from the direction indicated by arrow B in FIG. 2A.
  • the direction parallel to the rotation center axis L of the crankshaft S when the crankshaft S is not bent or twisted is the X-axis direction
  • the horizontal direction perpendicular to the rotation center axis L of the crankshaft S is the Y-axis direction.
  • the vertical direction orthogonal to the rotation center axis L of the crankshaft S is defined as the Z-axis direction.
  • 3A, 3B, and 4 illustration of the arithmetic unit 2 is omitted.
  • the shape inspection device 100 includes an optical three-dimensional shape measuring device 1, an arithmetic device 2, a moving mechanism 3, and a support device 4.
  • FIG. 1 the shape inspection device 100 includes an optical three-dimensional shape measuring device 1, an arithmetic device 2, a moving mechanism 3, and a support device 4.
  • the three-dimensional shape measuring device 1 is a device that measures the three-dimensional shape of the crankshaft S by projecting and receiving light onto the crankshaft S.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 1 includes a light projecting unit 11 for projecting a linear laser beam extending in a direction orthogonal to the rotation center axis L of the crankshaft S toward the crankshaft S;
  • a light-receiving unit 12 for receiving and imaging light reflected by the surface of the crankshaft S is provided, and the three-dimensional shape of the crankshaft S is measured by a light section method that analyzes the deformation of linear laser light.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus is not limited to this, and may be configured to measure the three-dimensional shape of the crankshaft S by a spatial encoding method by projecting a striped pattern or grid pattern. It is also possible to adopt
  • the three-dimensional shape measuring device 1 is arranged, for example, at a position inclined by an angle ⁇ with respect to a plane orthogonal to the direction of the rotation center axis (X-axis direction) of the crankshaft S, and the distance to the crankshaft S is 400 mm.
  • the circumferential measurement field of view of the crankshaft S is 180 mm.
  • the measurement resolution in the circumferential direction of the crankshaft S is 0.3 mm, and the measurement resolution in the radial direction of the crankshaft S when the measurement cycle is 500 Hz is approximately 0.02 mm.
  • an ultra-high-speed in-line profile measuring device “LJ-V7300” manufactured by Keyence Corporation can be used.
  • the measurement resolution in the X-axis direction (the axial direction of the crankshaft S) is 0.4 mm, and the crankshaft S
  • the three-dimensional shape of the crankshaft S can be measured with a radial measurement resolution of 0.3 mm and a radial measurement resolution of the crankshaft S of 0.02 mm.
  • the shape inspection device 100 includes four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d arranged around the rotation center axis L of the crankshaft S at a pitch of 90° as the three-dimensional shape measuring device 1.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 1a includes a light projecting section 11a and a light receiving section 12a
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 1b includes a light projecting section 11b and a light receiving section 12b
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 1c includes a light projecting section 11b and a light receiving section 12b
  • the three-dimensional shape measuring device 1d includes a light projecting portion 11d and a light receiving portion 12d.
  • the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d the three-dimensional shape measuring devices that are adjacent to each other around the rotation center axis L of the crankshaft S have their light projection directions orthogonal to the rotation center axis L of the crankshaft S. are slanted in opposite directions to each other.
  • the light projecting direction of the light from the light projecting unit 11a of the three-dimensional shape measuring device 1a is at an angle to the flange SE side with respect to the direction LV1 orthogonal to the rotation center axis L of the crankshaft S.
  • the light projection direction of the light from the light projection unit 11b of the three-dimensional shape measurement device 1b adjacent to the three-dimensional shape measurement device 1a is perpendicular to the rotation center axis L of the crankshaft S. It is inclined by an angle ⁇ to the front SA side with respect to the direction LV2.
  • the direction of light projection from the light projecting unit 11d of the three-dimensional shape measuring device 1d adjacent to the three-dimensional shape measuring device 1a is perpendicular to the rotation center axis L of the crankshaft S.
  • the light projecting direction is inclined toward the flange SE side with respect to the direction perpendicular to the rotation center axis L of the crankshaft S (not shown, but inclined by an angle ⁇ ).
  • the side surface of the counterweight SC (the direction orthogonal to the rotation center axis L of the crankshaft S) side) can be measured.
  • both side surfaces of the counterweight SC front The shape of the side surface on the SA side and the side surface on the flange SE side
  • the arithmetic device 2 executes a predetermined arithmetic operation on the measurement result obtained by the three-dimensional shape measuring device 1 .
  • the arithmetic device 2 includes an acquisition unit 21, a generation unit 22, a movement unit 23, and a calculation unit 24.
  • the acquiring unit 21 generates (acquires) three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft S based on the result of measuring the surface shape of the crankshaft S by the three-dimensional shape measuring device 1 .
  • the generation unit 22 uses the three-dimensional point cloud data acquired by the acquisition unit 21 to perform isolated point removal processing for removing data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a first threshold value Th1.
  • first point cloud data based on the point cloud data. Further, the generation unit 22 uses the three-dimensional point cloud data acquired by the acquisition unit 21 to generate data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a second threshold value Th2, which is greater than the first threshold value Th1.
  • the second point cloud data is generated based on the point cloud data generated by performing the isolated point removal process.
  • the moving unit 23 moves the first point cloud data and the second point cloud data generated by the generating unit 22 so as to be aligned with the coordinate system used when the crankshaft S is machined.
  • the calculation unit 23 extracts the counterweight point cloud data, which is the point cloud data of the counterweight SC of the crankshaft S, based on the first point cloud data and the second point cloud data after being moved by the moving unit 23 .
  • the computing device 2 is configured by a computer device including, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc., and its functions are realized by the CPU executing a predetermined program.
  • the computing device 2 is configured by implementing a known point cloud processing library such as the open source "PCL (Point Cloud Library)" or "HALCON" manufactured by MVTec on the computer device. It is possible.
  • the above point cloud processing library can handle surface data (data composed of cylinders, planes, triangular meshes, etc.). It is possible to execute various operations related to point cloud data and surface data, such as extraction of point cloud data based on distance, coordinate conversion, matching processing, fitting processing, dimension measurement of point cloud data, generation of three-dimensional surfaces, and the like. An isolated point removal process, which will be described later, can also be executed by the above point cloud processing library.
  • the calculation device 2 stores a surface shape model of the crankshaft S prepared in advance based on the design specifications of the crankshaft S. Specifically, three-dimensional CAD data based on design specifications is input to the arithmetic unit 2, and the arithmetic unit 2 converts the input CAD data into a surface shape model composed of a triangular mesh or the like and stores the model. do. Since the surface shape model may be created and stored for each type of crankshaft S, it is not necessary to create a surface shape model for each inspection when crankshafts S of the same type are continuously inspected.
  • the moving mechanism 3 relatively moves the three-dimensional shape measuring device 1 in the X-axis direction parallel to the rotation center axis L of the crankshaft S.
  • a uniaxial stage can be used as the moving mechanism 3.
  • the uniaxial stage used for the moving mechanism 3 it is preferable that the positioning or position can be grasped with a resolution of 0.1 mm or less.
  • a moving mechanism 3 is provided for each three-dimensional shape measuring device 1 in order to move four three-dimensional shape measuring devices 1 independently.
  • the moving mechanism 3 moves the three-dimensional shape measuring apparatus 1, it is not necessarily limited to this, and a mechanism for moving the crankshaft S in the X-axis direction is also possible. be.
  • the three-dimensional shape of the entire crankshaft S can be measured by projecting and receiving light to and from the crankshaft S while the three-dimensional shape measuring device 1 moves relatively in the X-axis direction. If the measurement positions in the X-axis direction of the four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are close to each other, the light projected from each three-dimensional shape measuring device 1a to 1d may interfere with each other, resulting in erroneous measurement. There is for this reason, for example, the four moving mechanisms 3 move the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d so that the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are spaced about 200 mm apart in the X-axis direction.
  • the support device 4 includes a base 41 and a pair of support portions 42 extending from both ends of the base 41 in the Z-axis direction.
  • One supporting portion 42 supports the front SA of the crankshaft S, and the other supporting portion 42 supports the flange SE of the crankshaft S.
  • the upper end of the support portion 42 is formed in a V shape, thereby supporting the crankshaft S in a stable posture.
  • the three-dimensional shape measuring device 1, the moving mechanism 3, and the support device 4 included in the shape inspection device 100 according to the present embodiment have the same configuration as the shape inspection device, the moving device, and the supporting device described in Patent Document 6, respectively. can be employed, so further detailed description is omitted here.
  • four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are provided in the present embodiment, five or more three-dimensional shape measuring devices may be provided to measure the three-dimensional shape of the crankshaft S. .
  • the shape inspection method includes an acquisition step, an isolated point removal step, a superposition step, a movement step, and a calculation step.
  • the arithmetic unit 2 performs an acquisition step in step S1, an isolated point removal step in step S2, a superposition step in step S3, and a movement step in step S4.
  • the calculation step is executed in step S5.
  • the three-dimensional point cloud data of the crankshaft S surface is acquired by measuring the surface shape of the crankshaft S with the three-dimensional shape measuring device 1 .
  • the crankshaft S is arranged on the supporting device 4, and the moving mechanism 3 moves the four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d toward the front SA in the X-axis direction.
  • the moving mechanism 3 moves the four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d toward the front SA in the X-axis direction.
  • light is emitted to and received from the crankshaft S, thereby measuring the three-dimensional shape of the crankshaft S. Measure.
  • the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are separated from each other by about 200 mm in the X-axis direction so that the light projected from each of the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d does not interfere with each other and cause an erroneous measurement.
  • the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are moved so as to be separated from each other. For example, when moving the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d at 200 mm/s, the three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d are moved with a delay of 1 sec.
  • the maximum length of the crankshaft S is about 700mm for engines with 3 to 6 cylinders, so even if the moving distance is 800mm, it is possible to acquire 3D point cloud data over the entire length of the crankshaft S within 8 seconds. is.
  • the three-dimensional point cloud data over the entire length of the crankshaft S obtained as described above is input to and stored in the arithmetic unit 2 via Ethernet (registered trademark) or the like.
  • the acquisition unit 21 of the arithmetic device 2 generates (acquires) three-dimensional point cloud data of the entire surface of the crankshaft S by synthesizing the measurement results obtained by the four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d.
  • 5A and 5B are diagrams showing an example of three-dimensional point cloud data acquired in the acquisition step.
  • FIG. 5A shows an example of three-dimensional point cloud data acquired for a crankshaft S with a rusted surface.
  • 5B shows an example of three-dimensional point cloud data acquired for a crankshaft S whose surface has a metallic luster immediately after shot blasting.
  • 5A and 5B also show three-dimensional point cloud data of alignment targets used when combining the measurement results of the four three-dimensional shape measuring devices 1a to 1d. Since the target has the same function as that described in Patent Document 6, detailed description is omitted here.
  • FIG. 5B in the three-dimensional point cloud data obtained for the crankshaft S having a surface with metallic luster immediately after shot blasting, the crankshaft S with the rusted surface shown in FIG. Noise (data points enclosed by dashed lines) that does not occur in the acquired three-dimensional point cloud data occurs near the counterweight. This noise will degrade the accuracy of the measurement of the shape of the counterweight.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the cause of the above noise.
  • a point P of the journal SB is irradiated with laser light projected from the light projecting section 11 shown in FIG. Since the point P is positioned in the blind spot of the light receiving section 12 by the counterweight SC adjacent to the right side in FIG. However, the light specularly reflected at the point P of the journal SB may be further specularly reflected at the point P' on the side surface of the counterweight SC adjacent to the left in FIG. In this case, the distance from the light projecting unit 11 is as if the point P exists at the position P'' shown in FIG. is measured.
  • the above stray light has a high intensity and may be acquired as part of the three-dimensional point cloud data of the surface of the crankshaft S. I found out.
  • reducing the intensity of the laser light projected from the light projecting section 11 or increasing the light detection threshold in the light receiving section 11 is also conceivable.
  • such countermeasures make it more difficult to measure the shape of a portion where the intensity of the reflected light is originally low, such as the side surface of the counterweight SC.
  • this three-dimensional point group The noise is reduced by removing isolated points from the data.
  • ⁇ Isolated point removal step> the generation unit 22 of the arithmetic unit 2 removes data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a first threshold value Th1 from the three-dimensional point cloud data acquired in the acquisition step.
  • An isolated point removal process is performed to generate basic data of the first point cloud data, and data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a second threshold Th2 (>first threshold th1) are removed.
  • Basic data of the second point cloud data is generated by performing isolated point removal processing. Specifically, for the basic data of the first point cloud data, the generation unit 22 generates point cloud data in which the distance to the closest data point is less than the first threshold value Th1 for the three-dimensional point cloud data.
  • the generation unit 22 calculates the number of data points and the size (distance between the outermost data points) of each labeled lump, and removes small lumps (for example, the number of data points is 10 or less and the size is 10 mm or less). , to combine only the remaining large chunks.
  • the generation unit 22 calculates the number of data points and the size (distance between the outermost data points) of each labeled lump, and removes small lumps (for example, the number of data points is 10 or less and the size is 10 mm or less). , to combine only the remaining large chunks.
  • the first threshold value Th1 or more other than the original three-dimensional point cloud data (large clusters) corresponding to the surface of the crankshaft S are extracted. will be removed.
  • the second threshold Th2 is used as the threshold.
  • the measurement pitch in the longitudinal direction of the three-dimensional point cloud data (the direction parallel to the rotation center axis L of the crankshaft S) is ⁇ x
  • the side dimensions such as the width, height, and outer diameter of the counterweight SC are calculated.
  • the point cloud data of the peripheral surface of the counterweight SC used for calculating the longitudinal position of the counterweight SC is generated at a pitch of ⁇ x in the X-axis direction.
  • abs( ⁇ ) means the absolute value of ⁇ .
  • the first point when calculating the longitudinal position of the counterweight SC using the basic data of the group data, the basic data of the second point cloud data generated using the second threshold value Th2 that satisfies the following equation (2): preferably used.
  • ⁇ x ⁇ Th1 ⁇ 4 ⁇ x (1) ⁇ x/tan(abs( ⁇ )) ⁇ Th2 (2)
  • the equation (2) becomes 11.4 ⁇ x ⁇ Th2
  • the equation (2) becomes 5.7 ⁇ x ⁇ Th2.
  • Th1 that satisfies Equation (1) and Th2 that satisfies Equation (2) have a relationship of Th1>Th2.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing an example of the basic data of the first point cloud data and the basic data of the second point cloud data generated in the isolated point removal step.
  • the basic data of the first point cloud data generated with a small first threshold value Th1 is missing part of the point cloud data on the side surface of the counterweight SC, but it is in the vicinity of the counterweight SC.
  • the three-dimensional point cloud data acquired in the acquisition step includes the crankshaft Data points other than the original 3D point cloud data corresponding to the S surface may occur isolated from the original 3D point cloud data, and these isolated data points cause deterioration in measurement accuracy. . Therefore, by subjecting the three-dimensional point cloud data to the isolated point removal process, deterioration of the measurement accuracy can be suppressed.
  • the basic data of the first point cloud data is generated from which the data points whose distance to the closest data point (the data point closest to the data point of interest) is equal to or greater than the first threshold value Th1 are removed, and , basic data of the second point cloud data is generated from which data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than the second threshold value Th2 (>first threshold value th1) are removed.
  • the basic data of the first point cloud data is effective in accurately calculating the side dimensions (width, height, outer diameter, etc.) of the counterweight SC.
  • the basic data of the group data is effective in accurately calculating the longitudinal position of the counterweight SC (the position in the direction parallel to the central axis of rotation of the crankshaft).
  • ⁇ Superposition step> the generation unit 22 of the arithmetic device 2 generates the basic data of the first point cloud data and the basic data of the second point cloud data as shown in FIGS. 7A and 7B generated in the isolated point removal step, and the crank
  • the basic data of the first point cloud data and the basic data of the second point cloud data are translated and rotated so as to minimize the distance from the surface figure model of the shaft S, and superimposed on the surface figure model. be the first point cloud data and the second point cloud data.
  • the generation unit 22 determines that the sum of the distances between each data point that constitutes the basic data of the first point cloud data and the basic data of the second point cloud data and the surface shape model, or the sum of the squared sums of the distances is the minimum.
  • the basic data of the first point cloud data and the basic data of the second point cloud data are translated and rotated so as to be superimposed on the surface shape model.
  • the moving unit 23 of the arithmetic device 2 converts the first point cloud data and the second point cloud data superimposed on the surface shape model in the superimposing step to the point cloud data of the predetermined machining reference portion.
  • a certain machining reference part point cloud data is extracted, and the coordinates of the machining reference determined by the extracted machining reference part point cloud data match the coordinates predetermined in the coordinate system during machining of the crankshaft S,
  • the first point cloud data and the second point cloud data are translated and rotated.
  • FIG. 8A to 10 are explanatory diagrams explaining the moving steps.
  • 8A is a front view of the crankshaft S viewed from the direction of the rotation center axis L when the crankshaft S is not bent or twisted
  • FIG. 8B is the rotation center of the crankshaft S corresponding to FIG. 8A.
  • 3 is a side view seen from a direction perpendicular to axis L
  • FIG. 9A is a front view of the crankshaft S when the crankshaft S is bent or twisted, viewed from the direction of the rotation center axis L
  • FIG. 9B is a rotation center of the crankshaft S corresponding to FIG. 9B.
  • 3 is a side view seen from a direction perpendicular to axis L
  • the machining reference portions are two shaft portions of the crankshaft S (specifically, the first journal SB1 and the flange SE) and one pin (specifically, the first journal SB1 and the flange SE). Specifically, it is set to the first pin SD1) and two adjacent counterweights (specifically, the fourth counterweight SC4 and the fifth counterweight SC5).
  • the machining standards are the respective centers P K0 and P K1 of the shaft portions (first journal SB1 and flange SE) at two locations, the center P A of the pin (first pin SD1) at one location, and the counterweight at two locations ( (Fourth counterweight SC4 and Fifth counterweight SC5) facing side surfaces (side surfaces perpendicular to the rotation center axis of the crankshaft S and facing in the rotation center axis direction of the crankshaft S) P N0 and P N1 there is
  • the moving unit 23 converts the crankshaft S
  • Point cloud data BK0 and BK1 of a portion contacted by a fixing chuck (specifically, a centering chuck, not shown) for fixing is extracted.
  • the point cloud data BK0 is point cloud data of four points in the circumferential direction of the first journal SB1 with which the claws of the fixed chuck come into contact. It is recognizable from the shape model.
  • the point cloud data BK1 is point cloud data of four points in the circumferential direction of the flange SE with which the claws of the fixed chuck are in contact, and the positions thereof are superimposed on the first point cloud data and the second point cloud data. It is recognizable from the surface topography model.
  • the range of the point cloud data BK0 and BK1 is set slightly larger so as to include the vicinity of the position recognized from the surface shape model. By setting it to be slightly larger, it is possible to improve the calculation accuracy of the center of the cylinder in the fitting process described later.
  • the first point cloud data is preferably used for extracting the point cloud data BK0 and BK1.
  • the moving unit 23 performs fitting processing for fitting a cylinder to each of the extracted point cloud data BK0 and four extracted point cloud data BK1, calculates the center of the fitted cylinder, and calculates the center of the fitted cylinder.
  • the calculated centers are defined as the respective centers P K0 and P K1 of the two shaft portions (the first journal SB1 and the flange SE), which are machining references.
  • the moving part 23 moves the coordinates of the machining references P K0 and P K1 so that they match the coordinates predetermined in the coordinate system (the XYZ coordinate system in FIGS. 8A to 10) during machining of the crankshaft S.
  • the first point cloud data and the second point cloud data are translated and rotated.
  • the coordinates of the machining references P K0 and P K1 in the coordinate system during machining of the crankshaft S are respectively P K0 (x k0 , y k0 , z k0 ) and P K1 (x k1 , y k1 , z k1 ),
  • the translation amount in the Y-axis direction is yT
  • the rotation angle around the Y-axis is yR [rad]
  • the translation amount in the Z-axis direction is zT
  • the rotation angle around the Z-axis is z
  • the moving unit 23 moves the first point cloud data and the second point Translate and rotate group data.
  • y T (x K0 ⁇ y K1 ⁇ y K0 ⁇ x K1 )/(x K0 ⁇ x K1 ) (3)
  • zT ( xK0 - zK1 - yK0 - xK1 )/( xK0 - xK1 ) (4)
  • y R ⁇ 180/ ⁇ tan ⁇ 1 ((z K1 ⁇ z K0 )/(x K1 ⁇ x K0 )) (5)
  • z R 180/ ⁇ tan ⁇ 1 ((y K1 ⁇ y K0 )/(x K1 ⁇ x K0 )) (6)
  • the moving unit 23 moves a fixing chuck for fixing the crankshaft S as machining reference part point cloud data for one pin (first pin SD1) of the crankshaft S, which is a machining reference part.
  • the phase clamp extracts the point cloud data BA of the contact portion.
  • the point cloud data BA is point cloud data of two points in the circumferential direction of the first pin SD1 with which the jaws of the fixed chuck are in contact, and the positions thereof are on the surface superimposed on the first point cloud data and the second point cloud data. It is recognizable from the shape model.
  • the range of the point cloud data BA is set slightly larger so as to include the vicinity of the position recognized from the surface shape model.
  • the actual angle and position of the first pin SD1 shifts, and even if the actual contact position of the fixed chuck deviates from the design position, the center of the first pin SD1 can be calculated with high accuracy. can do. Note that it is preferable to use the first point cloud data for extracting the point cloud data BA.
  • the moving unit 23 calculates an intermediate coordinate zA between the maximum Z - axis coordinate and the minimum Z-axis coordinate of the extracted two points of the point cloud data BA, and selects one pin (first Find the center P A (x A , y A , z A ) of pin SD1).
  • x A and y A are respectively the X-axis coordinate that is the center of the X-axis direction and the Y-axis coordinate that is the center of the Y-axis direction in the shape of the first pin SD1 determined by the design specifications.
  • the moving unit 23 moves the first point group so that the coordinates of the machining reference P A match the coordinates predetermined in the coordinate system (the XYZ coordinate system in FIGS.
  • the moving unit 23 rotationally moves the first point cloud data and the second point cloud data according to the following formula (7) so that the processing reference PA is positioned within the XY plane.
  • x R 180/ ⁇ tan ⁇ 1 (z A /y A ) (7)
  • the moving portion 23 and two adjacent counterweights (fourth counterweight SC4 and fifth counterweight SC5) of the crankshaft S, which are machining reference parts, are set as machining reference part point group data.
  • Point cloud data BN0 and BN1 are extracted at two locations on the side surface. The positions of the point cloud data BN0 and BN1 can be recognized from the surface shape model superimposed on the first point cloud data and the second point cloud data. In practice, the range of the point cloud data BN0 and BN1 is set slightly larger so as to include the vicinity of the position recognized from the surface shape model.
  • the longitudinal position can be calculated as long as it is within the set range.
  • the moving unit 23 calculates the average value of the X-axis coordinates for each of the two extracted point cloud data BN0 and BN1, and uses the points having the calculated X-axis coordinates as the machining reference at the two counters. Let the opposite sides of the weight be P N0 and P N1 .
  • the moving part 23 moves the coordinates of the machining references P N0 and P N1 so that they match the coordinates predetermined in the coordinate system (the XYZ coordinate system in FIGS. 8A to 10) during machining of the crankshaft S.
  • the first point cloud data and the second point cloud data are translated.
  • the movement The unit 23 translates the first point cloud data and the second point cloud data according to the following equation (8) so that the processing references P N0 and P N1 are positioned within the YZ plane.
  • x T -(x N0 +x N1 )/2 (8)
  • FIGS. 8A and 8B when the crankshaft S is not bent or twisted, even if the movement step is executed, the first point cloud data and the second point cloud data are translated and rotated. No, or the amount of movement is slight.
  • FIGS. 9A and 9B when the crankshaft S is bent or twisted, by executing the moving step, the dashed line (X-axis A straight line passing through the machining references P K0 and P A as viewed from the Z-axis direction coincides with the Y-axis, and a dashed line shown in the vicinity of the X-axis in FIG.
  • the first point cloud data and the second point cloud data are translated and rotated so that the center axis of rotation (L) of is coincident with the X-axis.
  • point cloud data of predetermined machining reference portions are obtained from the first point cloud data and the second point cloud data.
  • a certain processing reference portion point cloud data is extracted. While the position of the machining reference portion point cloud data can be recognized from the surface topography model, the first point cloud data and the second point cloud data are superimposed on the surface topography model in the superimposition step. The position of the machining reference portion point cloud data in the group data and the second point cloud data can also be recognized. Therefore, the machining reference portion point cloud data can be extracted from the first point cloud data and the second point cloud data.
  • the coordinates of the machining reference (the center of each of the two shaft portions of the crankshaft S, etc.) determined by the extracted machining reference part point cloud data are changed to the coordinates of the machining of the crankshaft S.
  • the first point cloud data and the second point cloud data are translated and rotated so as to match predetermined coordinates in the system.
  • the first point group data and the second point group data of the crankshaft S are expressed in the coordinate system during machining of the crankshaft S. In other words, the state of the crankshaft S during machining is reproduced. becomes possible.
  • the calculator 24 of the arithmetic device 2 calculates the counterweight, which is the point cloud data of the counterweight SC of the crankshaft S, from each of the first point cloud data and the second point cloud data after the movement in the movement step. Extract point cloud data.
  • the position of the counterweight point cloud data can be recognized in the coordinate system during machining, while the first point cloud data and the second point cloud data are converted to the coordinates during machining of the crankshaft S by executing the moving step. Since it is represented by the system, the position of the counterweight point cloud data in the first point cloud data and the second point cloud data can also be recognized.
  • the calculator 24 calculates the side dimensions of the counterweight SC using the counterweight point cloud data extracted from the first point cloud data, and the counterweight point cloud data extracted from the second point cloud data. is used to calculate the longitudinal position of the counterweight SC.
  • the side dimension and longitudinal position of the counterweight SC calculated in the calculation step will be specifically described below.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the width W and heights H 1 and H 2 of the counterweight SC, which are one type of side dimensions of the counterweight SC.
  • the calculator 24 rotates the counterweight point cloud data indicated by the dashed line in the left diagram of FIG. 11 about the X-axis so that the direction of the counterweight SC is the positive direction of the Y-axis. In the example shown in FIG. 11, the rotation is -180° (180° counterclockwise).
  • the dashed line shown in the right diagram of FIG. 11 is the counterweight point cloud data after rotation.
  • the calculation unit 24 extracts point cloud data included in a predetermined width/height measurement range (for example, a range of ⁇ 10 mm from the reference position in the Y-axis direction) from the counterweight point cloud data after rotation. , the maximum value zmax and the minimum value zmin of the Z-axis coordinates of the data points forming the point cloud data are calculated. Then, the calculation unit 24 calculates the width W of the counterweight SC by the following formula (9), and calculates the heights H 1 and H 2 of the counterweight SC by the following formulas (10) and (11). .
  • a predetermined width/height measurement range for example, a range of ⁇ 10 mm from the reference position in the Y-axis direction
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the outer diameter R of the counterweight SC, which is one of the side dimensions of the counterweight SC.
  • the calculator 24 rotates the counterweight point cloud data indicated by the dashed line in the left diagram of FIG. 12 about the X-axis so that the predetermined outer diameter measurement direction is the positive direction of the Y-axis.
  • the rotation is - ⁇ R (counterclockwise ⁇ R ).
  • the dashed line shown in the right diagram of FIG. 12 is the counterweight point cloud data after rotation.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating longitudinal positions n FR and n FL of the counterweight SC.
  • the calculation unit 24 calculates a predetermined longitudinal position measurement range (for example, the reference position in the X-axis direction of ⁇ 2.5 mm, the reference position in the Y-axis direction of ⁇ 2. 5 mm, the range of the reference position ⁇ 5 mm in the Z-axis direction) is extracted, and the average value of the X-axis coordinates of the data points forming the point cloud data is calculated.
  • a predetermined longitudinal position measurement range for example, the reference position in the X-axis direction of ⁇ 2.5 mm, the reference position in the Y-axis direction of ⁇ 2. 5 mm, the range of the reference position ⁇ 5 mm in the Z-axis direction
  • x FR be the average value of the point cloud data located on the side surface of the counterweight SC on the front SA side
  • x FL be the average value of the point cloud data located on the side surface of the counterweight SC on the flange SE side
  • the counter in the surface shape model Assuming that the X-axis coordinate of the side surface of the weight SC on the front SA side is xFR0 , and the X-axis coordinate of the side surface of the counterweight SC on the flange SE side in the surface shape model is xFL0 , the calculation unit 24 calculates the longitudinal direction of the counterweight SC. Positions n FR and n FL are calculated by the following equations (13) and (14).
  • the longitudinal positions n FR , n FL are positive values when the counterweight SC is thicker than the surface model (larger in the X-axis direction).
  • FIG. 14A and 14B show the effect of the threshold value (first threshold value Th1 or second threshold value Th2) in the isolated point removal process on the measurement success rate of width measurement and longitudinal position measurement of the counterweight SC.
  • first threshold value Th1 or second threshold value Th2 second threshold value
  • FIG. 14A shows the results obtained for a crankshaft S with a rusted surface
  • FIG. 14B shows the results obtained for a crankshaft S having a metallic luster surface immediately after shot blasting.
  • the measurement success rate was defined as the ratio of the number of samples that could be measured correctly.
  • the longitudinal position of the counterweight SC is the same as in the case of the crankshaft S with the rusted surface shown in FIG. 14A. is the measurement success rate.
  • the width of the counterweight SC noise caused by stray light occurs. rate is declining.
  • the side dimensions of the counterweight SC are calculated using the counterweight point cloud data extracted from the first point cloud data, and the counterweight points extracted from the second point cloud data are calculated.
  • the longitudinal position of the counterweight SC is calculated using the group data, it is possible to accurately calculate the side dimension and the longitudinal position of the counterweight SC, as the findings of the inventors described above.
  • the calculation device 2 is configured to be able to calculate not only the width, height, outer diameter and longitudinal position of the counterweight SC, but also other shapes of the crankshaft S. Other examples of shapes that can be calculated by the computing device 2 will be described below.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the bend m of the crankshaft S.
  • the computing device 2 extracts point cloud data of the shaft portion (front SA, journal SB and flange SE) of the crankshaft S from the first point cloud data.
  • the point cloud data of the journal SB are indicated by dashed lines.
  • FIGS. 16A and 16B are explanatory diagrams for explaining the forging thickness T and the forging die deviation DT of the crankshaft S.
  • FIG. 16A is an explanatory diagram for explaining the forging thickness T
  • FIG. 16B is an explanatory diagram for explaining the forging die deviation DT .
  • the computing device 2 extracts point cloud data of the shaft portion (front SA, journal SB and flange SE) of the crankshaft S from the first point cloud data.
  • the point cloud data of the journal SB are indicated by dashed lines.
  • the arithmetic unit 2 generates a rectangular parallelepiped containing the extracted point cloud data of the shaft portion (a rectangular parallelepiped in which each surface constituting the rectangular parallelepiped is orthogonal to any of the X-axis, Y-axis, and Z-axis). and calculate the maximum value zmax and minimum value zmin of the Z-axis coordinates of the rectangular parallelepiped.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating the torsion ⁇ P of the crankshaft S.
  • the computing device 2 extracts point cloud data of the pin SD of the crankshaft S from the first point cloud data.
  • the point cloud data of the pin SD are indicated by dashed lines.
  • the computing device 2 performs fitting processing for fitting a cylinder to the extracted point cloud data of the pin SD, and calculates the center C of the fitted cylinder. Assuming that the coordinates of the calculated center C are C(x C , y C , z C ), the arithmetic unit 2 calculates the torsion ⁇ P of the crankshaft by the following equation (18).
  • the generation unit 22 of the arithmetic device 2 first executes the isolated point removal step as generation steps for generating the first point cloud data and the second point cloud data, and then performs the superimposition step. , but the order may be reversed. That is, the generation unit 22 of the arithmetic unit 2 translates and rotates the 3D point cloud data so that the distance between the 3D point cloud data acquired in the acquisition step and the surface shape model is minimized, A superimposing step of superimposing on the surface topographic model, and removal of data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a first threshold for the three-dimensional point cloud data superimposed on the surface topographic model in the superimposing step.
  • the first point cloud data is generated by performing an isolated point removal process to generate the first point cloud data, and the isolated point removal process is performed to remove data points whose distance to the closest data point is equal to or greater than a second threshold value, thereby generating a second point cloud data. and an isolated point removal step that generates .
  • the distance from the surface topography model is minimized means that the sum of the distances between each data point constituting the three-dimensional point cloud data and the surface topography model, or the sum of the squared sums of the distances, is minimized. means.

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Abstract

クランクシャフトの形状検査方法は、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取得ステップと、３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、最近接データ点までの距離が第２しきい値Ｔｈ２（＞第１のしきい値Ｔｈ１）以上のデータ点を除去する孤立点除去処理を施して生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成ステップと、第１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算出ステップと、を含む。

Description

クランクシャフトの形状検査方法、演算装置、プログラム及び形状検査装置
　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検査するクランクシャフトの形状検査方法、演算装置、プログラム及び形状検査装置に関する。
　図１Ａ、図１Ｂ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１Ａ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１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ、図１Ｂ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１Ａ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１Ｂ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。
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
　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の表面は金属光沢を有する。この金属光沢に起因して、クランクシャフトの形状検査のためにクランクシャフトの３次元形状を測定する際にノイズが発生して、測定精度の悪化につながる懸念がある。ノイズがカウンタウェイト近傍に生じている場合、カウンタウェイトの側面寸法や長手方向位置を精度良く算出できなくなるおそれがある。
　従来の形状検査方法では、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にするような提案はなされていない。
　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にすることを課題とする。
　本発明のクランクシャフトの形状検査方法は、
　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の表面の３次元点群データを取得する取得ステップと、
　前記取得ステップで取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成ステップと、
　前記生成ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出ステップと、
を含む。
　本発明の演算装置は、
　クランクシャフトの形状検査のための演算装置であって、
　３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
を備える。
　本発明のプログラムは、
　クランクシャフトの形状検査のためのプログラムであって、
　３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
してコンピュータを機能させる。
　本発明のクランクシャフトの形状検査装置は、
　クランクシャフトの回転中心軸周りに配置され、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複数の光学式の３次元形状測定装置と、
　前記複数の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３次元形状測定装置のうち少なくとも一部は、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相互に異なるように傾斜して配置され、
　前記演算装置は、
　前記３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
を備える。
　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。
図１Ａは、クランクシャフトの一例を模式的に示す図である。 図１Ｂは、クランクシャフトの一例を模式的に示す図である。 図２Ａは、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。 図２Ｂは、実施形態に係る演算装置の機能構成を示す図である。 図２Ｃは、実施形態に係る演算装置が実行する処理を示すフローチャートである。 図３Ａは、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。 図３Ｂは、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。 図４は、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。 図５Ａは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の取得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５Ｂは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の取得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６は、ノイズが生じる原因を説明する説明図である。 図７Ａは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の孤立点除去ステップで生成される第１点群データの基礎データの一例を示す図である。 図７Ｂは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の孤立点除去ステップで生成される第２点群データの基礎データの一例を示す図である。 図８Ａは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の移動ステップを説明する説明図である。 図８Ｂは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の移動ステップを説明する説明図である。 図９Ａは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の移動ステップを説明する説明図である。 図９Ｂは、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の移動ステップを説明する説明図である。 図１０は、実施形態に係るクランクシャフトの形状検査方法の移動ステップを説明する説明図である。 図１１は、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。 図１２は、カウンタウェイトの外周径を説明する説明図である。 図１３は、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。 図１４Ａは、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。 図１４Ｂは、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。 図１５は、クランクシャフトの曲がりを説明する説明図である。 図１６Ａは、クランクシャフトの鍛造厚みを説明する説明図である。 図１６Ｂは、クランクシャフトの鍛造型ずれを説明する説明図である。 図１７は、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２Ａ～図４は、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）１００の概略構成を示す図である。図２Ａは、クランクシャフトＳ（直列４気筒エンジン用クランクシャフト）の回転中心軸の方向（Ｘ軸方向）から見た形状検査装置１００の正面透視図である。図２Ｂは、演算装置２の機能構成を示す図である。図２Ｃは、演算装置２が実行する処理を示すフローチャートである。図３Ａは、図２Ａの矢符Ａに示す方向から見た側面図である。図３Ｂは、図３Ａの部分的拡大側面図である。図４は、図２Ａの矢符Ｂに示す方向から見た側面図である。なお、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３Ａ、図３Ｂ及び図４では、演算装置２の図示を省略している。
　図２Ａ～図４に示すように、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、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部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部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、本発明を適用するにあたり、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。
　３次元形状測定装置１は、例えばクランクシャフト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。
　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、投光部１１ａ及び受光部１２ａを具備し、３次元形状測定装置１ｂは、投光部１１ｂ及び受光部１２ｂを具備し、３次元形状測定装置１ｃは、投光部１１ｃ及び受光部１２ｃを具備し、３次元形状測定装置１ｄは、投光部１１ｄ及び受光部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３Ｂに示すように、３次元形状測定装置１ａの投光部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の投光部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の投光部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の投光部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。
　上記のように、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、図２Ｂに示すように、演算装置２は、取得部２１と、生成部２２と、移動部２３と、算出部２４とを備える。
　取得部２１は、３次元形状測定装置１によってクランクシャフトＳの表面形状を測定した結果に基づいて、クランクシャフトＳの表面の３次元点群データを生成（取得）する。
　生成部２２は、取得手段２１で取得した３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データを生成する。また、生成部２２は、取得手段２１で取得した３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第２点群データを生成する。
　移動部２３は、生成部２２で生成した第１点群データ及び第２点群データを、クランクシャフトＳの機械加工時の座標系に合わせるように移動させる。
　算出部２３は、移動部２３で移動した後の第１点群データ及び第２点群データに基づいて、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。そして、算出部２３は、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。
　演算装置２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により構成され、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより、その機能が実現される。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装置に実装することで、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、立体表面の生成等、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予め用意されたクランクシャフトＳの表面形状モデルが記憶されている。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、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。
　また、本実施形態では４つの３次元形状測定装置１ａ～１ｄを備えるとしたが、５つ以上の３次元形状測定装置を備えて、クランクシャフトＳの３次元形状を測定するようにしてもよい。
　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、取得ステップ、孤立点除去ステップ、重ね合わせステップ、移動ステップ、算出ステップを含む。図２Ｃに示すように、演算装置２は、ステップＳ１で取得ステップを実行し、ステップＳ２で孤立点除去ステップを実行し、ステップＳ３で重ね合わせステップを実行し、ステップＳ４で移動ステップを実行し、ステップＳ５で算出ステップを実行する。以下、各ステップについて順次説明する。
　＜取得ステップ＞
　取得ステップでは、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の取得部２１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５Ａ、図５Ｂは、取得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５Ａ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示す。図５Ｂ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５Ａ、図５Ｂ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５Ｂ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５Ａ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に示す投光部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、受光部１２の死角に位置するため、点Ｐで反射した光が受光部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、迷光として受光部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''（投光部１１の投光軸と受光部１２の受光軸が交差する点）に存在するかのように、投光部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、投光部１１から投光するレーザ光の強度を下げたり、受光部１１での光の検出しきい値を上げたりす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の側面等、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、本実施形態では投光部１１や受光部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、後述の孤立点除去ステップにおいて、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。
　＜孤立点除去ステップ＞
　孤立点除去ステップでは、演算装置２の生成部２２が、取得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点群データの基礎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２しきい値Ｔｈ２（＞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２点群データの基礎データを生成する。
　具体的には、第１点群データの基礎データについては、生成部２２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、生成部２２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Ｓ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点群データの基礎データについても、しきい値として第２しきい値Ｔｈ２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。したがって、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点群データの基礎データを用い、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点群データの基礎データを用いるのが好ましい。
　Δｘ＜Ｔｈ１＜４Δｘ　・・・（１）
　Δｘ／ｔａｎ（ａｂｓ（β））＜Ｔｈ２　・・・（２）
　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。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７Ａ、図７Ｂは、孤立点除去ステップで生成される第１点群データの基礎データ及び第２点群データの基礎データ一例を示す図である。図７Ａ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点群データの基礎データを示す。図７Ｂ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点群データの基礎データを示す。図７Ａに示すように、小さな第１しきい値Ｔｈ１で生成した第１点群データの基礎データは、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７Ｂに示すように、第２しきい値Ｔｈ２で生成した第２点群データの基礎データは、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。
　以上のように、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Ｓの場合、取得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Ｓ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。したがって、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、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Ｔｈ１以上のデータ点が除去された第１点群データの基礎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Ｔｈ２（＞第１しきい値ｔｈ１）以上のデータ点が除去された第２点群データの基礎データが生成される。本発明者らの知見によれば、第１点群データの基礎データは、カウンタウェイトＳＣ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点群データの基礎データは、カウンタウェイトＳＣ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。
　＜重ね合わせステップ＞
　重ね合わせステップでは、演算装置２の生成部２２が、孤立点除去ステップで生成した図７Ａ、図７Ｂに示すような第１点群データの基礎データ及び第２点群データの基礎データと、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点群データの基礎データ及び第２点群データの基礎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たものを第１点群データ及び第２点群データとする。すなわち、生成部２２は、第１点群データの基礎データ及び第２点群データの基礎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点群データの基礎データ及び第２点群データの基礎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。
　＜移動ステップ＞
　移動ステップでは、演算装置２の移動部２３が、重ね合わせ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８Ａ～図１０は、移動ステップを説明する説明図である。図８Ａ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８Ｂは、図８Ａ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９Ａ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９Ｂは、図９Ｂ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８Ａ～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（クランクシャフトＳの回転中心軸に直交し、クランクシャフトＳの回転中心軸方向に対向する側面）ＰＮ０、ＰＮ１に設定されている。
　具体的には、移動ステップにおいて、移動部２３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、移動部２３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。移動部２３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８Ａ～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、移動部２３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、移動ステップにおいて、移動部２３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、移動部２３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。移動部２３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８Ａ～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、移動部２３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、移動ステップにおいて、移動部２３、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、移動部２３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。移動部２３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８Ａ～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、移動部２３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８Ａ、図８Ｂ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、移動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９Ａ、図９Ｂ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、移動ステップを実行することで、図９Ａ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９Ｂ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。
　以上のように、移動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Ｓ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、重ね合わせステップで第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、移動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Ｓ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。
　＜算出ステップ＞
　算出ステップでは、演算装置２の算出部２４が、移動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、移動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、算出ステップでは、算出部２４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、算出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。
　算出部２４は、図１１の左図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の右図に示す破線は、回転後のカウンタウェイト点群データである。次いで、算出部２４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、算出部２４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。
　算出部２４は、図１２の左図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の右図に示す破線は、回転後のカウンタウェイト点群データである。次いで、算出部２４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、算出部２４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。
　算出部２４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、算出部２４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１４Ａ、図１４Ｂ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１４Ａ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１４Ｂ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１４Ａ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１４Ｂ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１４Ａ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。
　以上のように、算出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ことで、上述した本発明者らの知見の通り、カウンタウェイトＳＣ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。
　なお、本実施形態において、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１６Ａ、図１６Ｂ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１６Ａは鍛造厚みＴを、図１６Ｂ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１６Ａ、図１６Ｂ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１６Ａ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１６Ｂに示すように、図１６Ａ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 JPOXMLDOC01-appb-M000001
　以上に説明した実施形態では、演算装置２の生成部２２が、第１点群データ及び第２点群データを生成する生成ステップとして、まず孤立点除去ステップを実行し、その後に重ね合わせステップを実行するが、この順番が逆であってもよい。すなわち、演算装置２の生成部２２が、取得ステップで取得した３次元点群データと、表面形状モデルとの距離が最小となるように、３次元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重ね合わせステップと、重ね合わせステップで表面形状モデルに重ね合わせた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孤立点除去ステップと、を実行するようにしてもよい。「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。
　以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

Claims (14)

  1. 　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の表面の３次元点群データを取得する取得ステップと、
    　前記取得ステップで取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成ステップと、
    　前記生成ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出ステップと、
    を含むクランクシャフトの形状検査方法。
  2. 　前記生成ステップとして、
    　前記取得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前記第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点群の基礎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点群の基礎データを生成する孤立点除去ステップと、
    　前記孤立点除去ステップで生成した前記第１点群の基礎データ及び前記第２点群の基礎データと、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点群の基礎データ及び前記第２点群の基礎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たものを前記第１点群データ及び前記第２点群データとする重ね合わせステップと、を実行する、
    請求項１に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  3. 　前記生成ステップとして、
    　前記取得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重ね合わせステップと、
    　前記重ね合わせステップで前記表面形状モデルに重ね合わせた前記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前記第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前記第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前記第２点群データを生成する孤立点除去ステップと、を実行する、
    請求項１に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  4. 　前記生成ステップで生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データを、前記クランクシャフトの機械加工時の座標系に合わせるように移動させる移動ステップを有し、
    　前記算出ステップでは、前記移動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、
    請求項１に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  5. 　前記移動ステップにおいて、
    　前記生成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、
    請求項４に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  6. 　前記移動ステップにおいて、
    　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５に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  7. 　前記移動ステップにおいて、
    　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６に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  8. 　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複数の光学式の３次元形状測定装置である、
    請求項１から７の何れか１項に記載のクランクシャフトの形状検査方法。
  9. 　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つ以上の光学式の３次元形状測定装置であり、
    　前記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同じ向きに角度βだけ傾斜した第１グループの形状測定装置と、第１グループの形状測定装置とは異なる方向に角度βだけ傾斜した第２グループの形状測定装置、とに区別され、
    　前記クランクシャフトの回転中心軸周りにおいて、前記第１グループの形状測定装置の間に、前記第２グループの形状測定装置が配置され、
    　前記取得ステップにおいて、前記４つ以上の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の表面の３次元点群データを生成し、
    　前記算出ステップにおいて、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７の何れか１項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。
  10. 　クランクシャフトの形状検査のための演算装置であって、
    　３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
    　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
    　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
    を備える演算装置。
  11. 　クランクシャフトの形状検査のためのプログラムであって、
    　３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
    　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
    　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
    してコンピュータを機能させるためのプログラム。
  12. 　クランクシャフトの回転中心軸周りに配置され、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複数の光学式の３次元形状測定装置と、
    　前記複数の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３次元形状測定装置のうち少なくとも一部は、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相互に異なるように傾斜して配置され、
    　前記演算装置は、
    　前記３次元形状測定装置によって前記クランクシャフトの表面形状を測定した結果に基づいて、前記クランクシャフトの表面の３次元点群データを取得する取得手段と、
    　前記取得手段で取得した前記３次元点群データを用いて、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生成される点群データに基づく第１点群データと、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生成される点群データに基づく第２点群データとを生成する生成手段と、
    　前記生成手段で生成した前記第１点群データ及び前記第２点群データに基づいて、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算出手段と、
    を備えるクランクシャフトの形状検査装置。
  13. 　４つ以上の光学式の前記３次元形状測定装置を備え、
    　前記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同じ向きに角度βだけ傾斜した前記第１グループの形状測定装置と、第１グループの形状測定装置とは異なった方向に角度βだけ傾斜した第２グループの形状測定装置、とに区別され、
    　前記クランクシャフトの回転中心軸周りにおいて、前記第１グループの形状測定装置の間に、前記第２グループの形状測定装置が配置される、
    請求項１２に記載のクランクシャフトの形状検査装置。
  14. 　前記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角度βだけ傾斜し、
    　前記算出手段は、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１２又は１３に記載のクランクシャフトの形状検査装置。
    　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。
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