曲轴的检查方法和装置与流程

本发明涉及一种对汽车的发动机等中使用的曲轴在其制造工序中进行检查的方法和装置。特别是，本发明涉及一种能够将缺肉、凹痕等在曲轴局部产生的缺陷与遍及曲轴全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测的曲轴的检查方法和装置。

背景技术：

利用上下模具对加热后的原材料进行压制来进行模锻，由此使包含毛边的锻件成型，之后将毛边去除，实施喷丸处理来制造曲轴。通过这些制造工序制造出的曲轴在被组装到汽车的发动机等中时，被实施切削以能够适当地进行组装。

图1是示意性地表示曲轴的一例(串联四缸发动机用曲轴)的图。图1的(a)是从曲轴s的旋转中心轴l的方向观察到的主视图，图1的(b)是从与旋转中心轴l正交的方向观察到的侧视图。

如图1所示，曲轴s具备多个轴颈s3、设置于绕旋转中心轴l的规定角度的位置的用于安装连杆(未图示)的多个销s1以及用于将相邻的销s1与轴颈s3连接的多个臂s2。臂s2有时具备平衡重(counterweight)，以取得旋转平衡。在图1所示的例子中，所有的臂s2都具备平衡重。销s1的截面形状是以从曲轴s的旋转中心轴l离开的位置为中心的圆形，轴颈s3的截面形状是以曲轴s的旋转中心轴l为中心的圆形。臂s2的截面形状是左右对称或非对称的复杂的形状。

如上述那样，曲轴的形状复杂，因此在进行锻造时，有时由于原材料尺寸的变动、原材料温度的不均匀、锻造作业的变动等而发生原材料未被填充至模具的端部的被称为缺肉的缺陷、遍及曲轴的全长的弯曲、扭转。另外，在对曲轴进行处理时，还存在与搬运设备等接触而产生凹痕的情况。因此，在曲轴的制造工序中，在实施切削之前，将曲轴的实际形状与基准形状进行比较来进行检查，以判定是否合格。

作为判定曲轴是否合格的基准，能够列举：

(a)曲轴的弯曲和扭转在规定的允许范围内；

(b)不存在无法确保足够的切削余量的深度的缺肉、凹痕。

如上述(a)那样，曲轴的弯曲和扭转在规定的允许范围内成为判定是否合格的基准之一的理由是：当曲轴的弯曲大或扭转大而销的设置位置相对于规定角度大幅地偏离时，在后续工序中无论实施哪种加工都难以实现作为最终产品的尺寸精度、重量平衡。

另外，如上述(b)那样，不存在无法确保足够的切削余量的深度的缺肉、凹痕成为判定是否合格的基准之一的理由是：当切削余量过小时，在后续工序中实施切削的余地少，难以实现作为最终产品的尺寸精度、重量平衡。

在以往的检查曲轴的方法中，将形成为与销及臂的基准形状一致的各板规(plategauge)分别紧靠于曲轴的要检查的销和臂，用标尺测定各板规与销及臂之间的间隙，如果该间隙的尺寸(形状误差)在允许范围内，则将该曲轴判定为合格。使用形成为与销及臂的基准形状一致的板规，通过操作员的手动作业来进行该方法，因此具有不仅检查精度产生个体差异、而且检查需要大量的时间这样的问题。因此，为了自动地进行准确的检查，提出了各种曲轴的检查方法。

在专利文献1中提出了如下一种方法：将一维图像传感器以其受光元件排列方向为与曲轴的长边方向正交的方向的方式配置在曲轴的一侧，将光源配置在另一侧，使一维图像传感器沿曲轴的长边方向移动，基于一维图像传感器的检测结果来计算曲轴的规定部分的长边方向尺寸。

专利文献1所记载的方法是计算曲轴的规定部分的长边方向尺寸的方法，因此有可能能够运算弯曲，但是无法检测缺肉等局部的缺陷、扭转。

在专利文献2中提出了如下一种方法：一边用夹具固定曲轴的两端并使曲轴绕旋转中心轴进行旋转，一边利用激光测距仪测定离曲轴表面的距离，由此计算曲轴的销和平衡重的角度位置。

在专利文献3中提出了如下一种方法：利用二维激光测距仪测定离曲轴的平衡重的距离并与基准形状进行比较，由此检测平衡重的缺肉。

通过专利文献2所记载的方法能够检测曲轴的扭转，通过专利文献3所记载的方法能够检测缺肉，但是由于使用了一维激光测距仪(专利文献2)、二维激光测距仪(专利文献3)，因此在遍及曲轴的全长地测定距离时需要大量的时间。因而，在曲轴的制造工序中难以进行遍及曲轴的全长的检查，需要进行抽样检查或者限定曲轴的需要最低限度检查的部位进行检查。

在专利文献4中提出了如下一种方法：利用三维形状测定装置来测定曲轴整体的表面形状，另一方面，根据判定用三维模型是否满足规定的基准来检查曲轴，其中，该判定用三维模型是利用补充用三维模型对无法测定的部分进行补充而得到的。

在专利文献4所记载的方法中，在判定是否满足规定的基准时，例如基本上考虑使利用三维形状测定装置得到的三维点群数据(判定用三维模型)与根据基于曲轴的设计规格的cad数据等生成的曲轴的表面形状模型相匹配来评价其偏移量。然而，难以高精度地区别该偏移量是因缺肉等局部的缺陷而产生的、还是因遍及曲轴的全长的弯曲等而产生的。

专利文献1：日本特开昭59-184814号公报

专利文献2：日本特开平6-265334号公报

专利文献3：日本特开平10-62144号公报

专利文献4：日本特开2007-212357号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明是为了解决上述那样的现有技术的问题点而完成的，其课题在于提供一种能够将缺肉、凹痕等在曲轴局部产生的缺陷与遍及曲轴的全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测的曲轴的检查方法和装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明的发明人们进行专门研究的结果是，得到如下见解，进而完成了本发明，所述见解是：在使由三维形状测定装置获取到的曲轴表面的三维点群数据(三维坐标的集合体)与基于设计规格生成的表面形状模型相匹配时，如果将三维点群数据分割为多个小区域来生成多个小区域三维点群数据并按每个小区域三维点群数据进行匹配，则能够将缺肉、凹痕等在曲轴局部产生的缺陷与遍及曲轴的全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测。

即，为了解决上述课题，本发明提供一种曲轴的检查方法，其特征在于，包括以下的第一步骤～第五步骤。

(1)第一步骤：将光学式的三维形状测定装置相对于曲轴在与该曲轴的旋转中心轴正交的方向上相向配置，所述三维形状测定装置通过针对测定对象投射光和接收光来测定该测定对象的三维形状。

(2)第二步骤：通过利用在所述第一步骤中配置的三维形状测定装置测定所述曲轴的表面形状，来获取遍及所述曲轴的测定对象区域全长的所述曲轴表面的三维点群数据。

(3)第三步骤：将在所述第二步骤中获取到的三维点群数据分割为沿与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向的多个小区域，来生成多个小区域三维点群数据。

(4)第四步骤：针对在所述第三步骤中生成的每个小区域三维点群数据，使所述小区域三维点群数据分别以与基于所述曲轴的设计规格预先准备的所述曲轴的表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动来叠加于所述表面形状模型。

(5)第五步骤：计算在所述第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与所述表面形状模型之间的距离，基于计算出的该距离来检测所述曲轴的缺肉等局部的缺陷。

根据本发明，通过执行第一步骤和第二步骤来获取遍及曲轴的测定对象区域(例如，跨越位于曲轴的两端部的臂的区域)的全长的曲轴表面的三维点群数据。

而且，通过执行第三步骤和第四步骤，将进行分割所得到的多个小区域三维点群数据分别单独地叠加于表面形状模型(使各小区域三维点群数据以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动)。因此，以相比于不对三维点群数据进行分割而将该三维点数据直接叠加(使三维点群数据直接以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动)的情况而言降低了遍及曲轴全长的弯曲、扭转的影响的状态叠加于表面形状模型。

因而，在第五步骤中，能够计算在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离，并基于计算出的该距离来将曲轴的缺肉等局部的缺陷与遍及曲轴全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测。

此外，本发明中的“分割为多个小区域”是包括相邻的小区域沿着与曲轴的旋转中心轴平行的方向具有重叠的部分的情况和不具有重叠的部分的情况这两种情况的概念。无论哪种情况，都意味着如果将进行分割所得到的多个小区域进行合成，则合成后的区域与获取到三维点群数据的曲轴的测定对象区域相当。

另外，本发明中的“与曲轴的表面形状模型之间的距离最小”意味着构成小区域三维点群数据的各数据点与表面形状模型之间的距离的总和或距离的平方和的总和最小。

在此，如果三维形状测定装置的测定视野大，则一次能够测定表面形状的曲轴的区域也变大，因此在能够缩短测定时间这一点上是优选的。然而，一般来说，随着三维形状测定装置的测定视野增大，测定分辨率下降。另一方面，如果将测定分辨率高的(测定视野小的)三维形状测定装置在与曲轴的旋转中心轴平行的方向上设置多个，则成本增加并且维护性变差。

因此，在本发明中，优选的是，在所述第二步骤中，交替地重复进行所述三维形状测定装置对所述曲轴的表面形状的测定以及所述三维形状测定装置在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上的相对移动。

如果如上述优选的方法那样重复进行利用三维形状测定装置的测定和三维形状测定装置的相对移动，则具有能够提高测定分辨率并且能够缓和成本的增加、维护性的下降这样的优点。

在本发明中，优选的是，还包括第六步骤，在该第六步骤中，基于在所述第四步骤中使所述小区域三维点群数据进行平行移动和旋转移动时的移动距离和旋转角度，来评价所述曲轴的弯曲和扭转。

根据上述优选的方法，不仅能够检测曲轴的缺肉等局部的缺陷，还能够评价曲轴的弯曲和扭转。具体地说，能够通过对各小区域三维点群数据的移动距离进行累加来评价弯曲，通过对各小区域三维点群数据的旋转角度进行累加来评价扭转。

在本发明中，优选的是，在所述第五步骤中要求的缺陷的检测精度为±δe[mm]的情况下，在所述第三步骤中，以满足以下的式(1)的方式决定所要分割的小区域的在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上的尺寸lp[mm]。

lp≤2l·δe/(δb+δa·r)···(1)

其中，在上述的式(1)中，l[mm]表示所述曲轴的设计规格上的全长，r[mm]表示所述曲轴的设计规格上的最大半径，δa[rad]表示遍及所述曲轴的全长的假定的扭转角度，δb[mm]表示遍及所述曲轴的全长的假定的弯曲。

在遍及曲轴的全长的假定的弯曲为δb[mm]、曲轴的设计规格上的全长为l[mm]的情况下，能够假定每尺寸lp[mm]的弯曲为δb×lp/l[mm]。另外，在遍及曲轴的全长的假定的扭转角度为δa[rad]、曲轴的设计规格上的全长为l[mm]、曲轴的设计规格上的最大半径为r[mm]的情况下，能够假定每尺寸lp[mm]的扭转为δa×r×lp/l[mm]。因此，如果满足以下的式(2)，则认为能够以±δe[mm]的检测精度检测缺肉等局部的缺陷。

δb·lp/l+δa·r·lp/l≤2·δe···(2)

对该式(2)进行变形，得到上述的式(1)。因而，如果以满足式(1)的方式决定所要分割的小区域的尺寸(与曲轴的旋转中心轴平行的方向上的尺寸)lp，则能够以±δe[mm]的检测精度检测缺肉等局部的缺陷。

此外，在上述优选的方法中，能够基于与检查对象相同品种的曲轴的过去的制造实际状况、产品交付目的地的要求规格等来决定假定的扭转角度δa和假定的弯曲δb(例如，使用过去的制造实际状况中的扭转角度、弯曲的最大值、平均值)。

上述优选的方法中的“扭转角度”是指在使设置于曲轴的一个端部侧的臂与基于设计规格的cad数据的臂一致时、设置于另一个端部侧的臂相对于cad数据的臂旋转的角度。

另外，上述优选的方法中的“弯曲”是指在使曲轴的一个端部与基于设计规格的cad数据的一个端部一致时、与旋转中心轴正交的方向上的另一个端部与cad数据的另一个端部之间离开的距离。

并且，“曲轴的设计规格上的最大半径”是指基于设计规格的cad数据中与距曲轴的旋转中心轴的距离最大的曲轴表面(具体地说，是臂表面)之间的距离。

在此，曲轴的弯曲、扭转主要在轴颈或销处产生。因此，优选的是，在所述第三步骤中，以使所要分割的小区域的在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上的两端位于所述曲轴的相邻的轴颈、或位于相邻的销、或位于相邻的轴颈和销的方式，来决定所述小区域。

此外，在以满足上述的式(1)的方式决定所要分割的小区域的尺寸lp的情况下，当lp过小时，将小区域三维群数据叠加于表面形状模型时的叠加精度变差。因此，并非lp越小越好，优选的是，以相邻的轴颈之间的距离、相邻的销之间的距离以及相邻的轴颈与销之间的距离中的最小值为下限来决定lp。

根据上述优选的方法，在容易发生弯曲、扭转的部位分割为小区域，因此能够在有效降低了弯曲、扭转的影响的状态下将小区域三维点群数据叠加于表面形状模型。因此，能够将曲轴的缺肉等局部的缺陷与遍及曲轴全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测。

在本发明的第五步骤中，如上述那样计算在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离。换句话说，得到包括构成小区域三维点群数据的各数据点的三维坐标以及与各数据点相关联的距离的大量数值信息。如果直接使用该大量数值信息，则不容易检测曲轴的缺肉等局部的缺陷。

因此，在本发明中，优选的是，在所述第五步骤中，制作二维浓淡图像(日文：2次元濃淡画像)，基于通过对该二维浓淡图像实施规定的图像处理而得到的特征量来检测所述曲轴的局部的缺陷，其中，所述二维浓淡图像是将在所述第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据投影到同所述三维形状测定装置与所述曲轴相向的方向正交的平面而得到的，构成该二维浓淡图像的像素具有同在所述第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与所述表面形状模型之间的距离相应的浓度。

根据上述优选的方法，大量数值信息被转换为具有同在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离相应的像素浓度的二维浓淡图像，因此能够对该二维浓淡图像实施与以往的一般的检查方法相同的图像处理。例如，能够提取具有超过规定阈值的浓度的像素区域(与表面形状模型之间的距离大的像素区域)，使用根据所提取出的像素区域的面积、浓度等计算出的特征量，容易地自动检测缺肉等局部的缺陷。

在本发明中，优选的是，还包括第七步骤，在该第七步骤中，制作二维图像并显示该二维图像，其中，所述二维图像是将在所述第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据投影到同所述三维形状测定装置与所述曲轴相向的方向正交的平面而得到的，构成该二维图像的像素具有同在所述第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与所述表面形状模型之间的距离相应的浓度或颜色。

根据上述优选的方法，制作/显示同表面形状模型之间的距离大的像素区域的浓度或颜色与周边的像素区域的浓度或颜色不同的二维图像。因此，操作员通过视觉确认该二维图像，能够容易地检测与表面形状模型之间的距离大的像素区域、即缺肉等局部的缺陷。

另外，为了解决上述课题，本发明还提供一种曲轴的检查装置，其特征在于，具备：光学式的三维形状测定装置，其相对于曲轴在与该曲轴的旋转中心轴正交的方向上相向配置，通过针对测定对象投射光和接收光来测定该测定对象的三维形状；以及控制运算装置，其控制所述三维形状测定装置的动作，并且对所述三维形状测定装置的测定结果执行规定的运算，其中，在所述控制运算装置中预先存储有基于所述曲轴的设计规格制作出的所述曲轴的表面形状模型，所述控制运算装置被输入通过利用所述三维形状测定装置测定所述曲轴的表面形状而获取到的遍及所述曲轴的测定对象区域全长的所述曲轴表面的三维点群数据，所述控制运算装置执行以下步骤：将所输入的所述三维点群数据分割为沿与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向的多个小区域，来生成多个小区域三维点群数据；针对所生成的每个所述小区域三维点群数据，使所述小区域三维点群数据分别以与所存储的所述表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动来叠加于所述表面形状模型；以及计算叠加后的所述小区域三维点群数据与所述表面形状模型之间的距离，基于计算出的该距离来检测所述曲轴的缺肉等局部的缺陷。

优选的是，本发明所涉及的曲轴的检查装置还具备移动机构，该移动机构使所述三维形状测定装置在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上相对地移动，由所述控制运算装置控制该运算装置的动作，所述控制运算装置对所述三维形状测定装置和所述移动机构的动作进行控制，使得交替地重复进行所述三维形状测定装置对所述曲轴的表面形状的测定以及所述移动机构使所述三维形状测定装置在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上进行的相对移动。

作为所述三维形状测定装置，例如能够使用图案投影方式的三维形状测定装置。

作为图案投影方式的三维形状测定装置，公知有能够在1秒～2秒左右的时间内以0.1mm左右的测定分辨率测定几百毫米(mm)正方的表面形状的装置。曲轴的长度为350mm～600mm左右，因此如果如上述优选的装置那样使图案投影方式的三维形状测定装置在与曲轴的旋转中心轴平行的方向上相对地移动来进行测定，则能够通过重复进行2～3次测定来高精度地测定全长，并且具有测定所需要的时间也为10秒以内的短时间就足够的优点。

优选的是，本发明所涉及的曲轴的检查装置具备四个所述三维形状测定装置，四个所述三维形状测定装置绕所述曲轴的旋转中心轴以90°间距配置，所述移动机构能够使四个所述三维形状测定装置在与所述曲轴的旋转中心轴平行的方向上相独立地移动，所述控制运算装置能够对利用四个所述三维形状测定装置测定所述曲轴的表面形状的定时以及利用所述移动机构使四个所述三维形状测定装置移动的定时分别独立地进行控制。

根据上述优选的装置，四个三维形状测定装置绕曲轴的旋转中心轴以90°间距配置，因此不使曲轴沿周向相对地旋转，就能够进行曲轴的测定对象区域全长/整周的形状测定，能够缩短测定时间。另外，根据上述优选的装置，移动机构能够使四个三维形状测定装置在与曲轴的旋转中心轴平行的方向上相独立地移动，并且，控制运算装置能够对利用四个三维形状测定装置测定曲轴的表面形状的定时以及利用移动机构使四个三维形状测定装置移动的定时分别独立地进行控制。因此，能够执行能够避免某一个三维形状测定装置的投射光进入到正在进行测定的与该三维形状测定装置不同的其它三维形状测定装置的测定视野内而该其它三维形状测定装置无法进行测定这样的状况的三维形状测定装置的位置控制、三维形状测定装置的测定/移动的定时控制。

更具体地说，优选的是，所述控制运算装置对所述移动机构及四个所述三维形状测定装置的动作进行控制，使得在四个所述三维形状测定装置中的配置于彼此相向的方向上的任一组的三维形状测定装置正在测定所述曲轴的表面形状的期间内，配置于彼此相向的方向上的另一组的三维形状测定装置进行移动而不进行测定，并且避免构成正在测定所述曲轴的表面形状的一组三维形状测定装置的一个三维形状测定装置的投射光进入到另一个三维形状测定装置的测定视野内。

根据上述优选的装置，在配置于彼此相向的方向上的任一组的三维形状测定装置正在测定曲轴的表面形状的期间内，配置于彼此相向的方向上的另一组的三维形状测定装置进行移动而不进行测定。因此，来自正在测定曲轴的表面形状的一组三维形状测定装置的投射光不会对进行移动而不进行测定的另一组的三维形状测定装置产生影响。另外，根据上述优选的装置，进行控制以避免构成正在测定表面形状的一组三维形状测定装置中的一个三维形状测定装置的投射光进入到另一个三维形状测定装置的测定视野内，因此能够避免另一个三维形状测定装置无法进行测定这样的状况。

发明的效果

根据本发明，能够将缺肉、凹痕等在曲轴局部产生的缺陷与遍及曲轴的全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测。

附图说明

图1是示意性地表示曲轴的一例(串联四缸发动机用曲轴)的图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的曲轴的检查装置的概要结构的图。

图3是说明针对不存在弯曲、扭转的曲轴不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。

图4是说明针对存在弯曲的曲轴不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。

图5是说明针对存在弯曲的曲轴、使用本发明所涉及的检查方法将进行分割所得到的小区域三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。

图6是说明本发明所涉及的检查方法的第三步骤中的小区域的决定方法的一例的说明图。

图7是表示针对存在缺肉和扭转的曲轴不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的情况下所得到的二维图像的一例的图。

图8是表示针对存在缺肉和扭转的曲轴、使用本发明所涉及的检查方法将进行分割所得到的小区域三维点群数据叠加于表面形状模型的情况下所得到的二维图像的一例的图。

图9是说明针对存在缺肉和扭转的曲轴、使用本发明所涉及的检查方法使小区域三维点群数据进行平行移动和旋转移动时的移动距离和旋转角度的一例的说明图。

图10是表示本发明的第二实施方式所涉及的曲轴的检查装置的概要结构的图。

图11表示对本发明的第二实施方式所涉及的检查装置的曲轴的表面形状测定时间进行评价所得到的结果的一例。

具体实施方式

下面，适当地参照附图来说明本发明的实施方式。

<第一实施方式>

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的曲轴的检查装置(下面，简称为“检查装置”)的概要结构的图。图2的(a)是从曲轴s的旋转中心轴l的方向观察到的主视图，图2的(b)是从与旋转中心轴l正交的方向观察到的侧视图。在图2的(a)中，将曲轴s以透视的方式进行图示，并且省略了控制运算装置2的图示。

如图2所示，本实施方式所涉及的检查装置100具备光学式的三维形状测定装置1、控制运算装置2、移动机构3以及旋转装置4。

三维形状测定装置1是通过针对测定对象(在本发明中是曲轴s)投射光和接收光来测定该测定对象的三维形状的装置。具体地说，三维形状测定装置1向曲轴s投射光并接收由曲轴s的表面反射的光，来测定曲轴s的表面形状。三维形状测定装置1相对于曲轴s在与曲轴s的旋转中心轴l正交的方向(铅垂方向、图2所示的z方向)上相向配置。

作为本实施方式的三维形状测定装置1，使用图案投影方式的三维形状测定装置。一般来说，图案投影方式的三维形状测定装置具备液晶或dmd(数字微镜器件)方式的图案投影仪和摄像机。而且，从图案投影仪朝向测定对象投影条纹图案，并用摄像机拍摄被投影条纹图案后的测定对象来分析条纹图案的变形，利用三角测量的原理对测定对象的表面形状进行测定。优选使用利用空间编码法的三维形状测定装置(例如，shapedrive公司制造的sd-3k)，该空间编码法是对亮部和暗部以任意的宽度交替配置而成的条纹图案进行投影来对空间进行二进制编码的方法。

作为本实施方式的三维形状测定装置1，使用在离测定对象的距离为400mm时测定视野为200mm(与曲轴s的旋转中心轴l平行的方向、图2所示的x方向)×100mm(与x方向及z方向正交的方向、图2所示的y方向)×80mm(图2所示的z方向)的图案投影方式的三维形状测定装置。x方向和y方向的测定分辨率为0.1mm，z方向的测定分辨率为0.02mm。测定时间为2秒以内。

控制运算装置2对三维形状测定装置1、移动机构3及旋转装置4的动作进行控制，并且对三维形状测定装置1的测定结果执行规定的运算。控制运算装置2例如由安装有用于执行上述的控制、运算的程序、应用程序的个人计算机构成。

另外，在控制运算装置2中预先存储有基于曲轴s的设计规格制作出的曲轴s的表面形状模型。具体地说，向控制运算装置2输入基于设计规格的三维cad数据，控制运算装置2将所输入的该cad数据转换为由三角网格构成的表面形状模型后进行存储。只要事先针对曲轴s的每个品种制作并存储表面形状模型即可，因此在连续地检查相同品种的曲轴s的情况下，不需要在每次检查时都制作表面形状模型。

移动机构3使三维形状测定装置1在与曲轴s的旋转中心轴l平行的方向(图2所示的x方向)上相对地移动。作为移动机构3，例如能够使用单轴工作台。作为移动机构3中使用的单轴工作台，优选能够以0.1mm以下的分辨率掌握定位或位置的工作台。此外，本实施方式的移动机构3是使三维形状测定装置1移动的机构，但是未必限定于此，还能够设为使曲轴s在x方向上移动的机构。

旋转装置4夹住曲轴s的端部来将该曲轴s固定并进行旋转，由此使曲轴s绕旋转中心轴l旋转。作为旋转装置4，为了能够掌握曲轴s的旋转角度，优选通过步进马达进行旋转或者在旋转中心具备旋转编码器的旋转装置等能够以0.1°以下的间距掌握旋转定位或旋转位置的旋转装置。

下面，对使用具有上述结构的检查装置100的曲轴s的检查方法进行说明。

本实施方式所涉及的检查方法的特征在于，包括第一步骤～第五步骤。下面，依次说明各步骤。

(1)第一步骤

在第一步骤中，三维形状测定装置1相对于曲轴s在与曲轴s的旋转中心轴l正交的方向(z方向)上相向配置。具体地说，通过将曲轴s以其旋转中心轴l呈水平的方式安装且固定于旋转装置4，三维形状测定装置1相对于曲轴s在z方向上相向配置。

(2)第二步骤

在第二步骤中，通过利用三维形状测定装置1测定曲轴s的表面形状，来获取遍及曲轴s的测定对象区域全长的曲轴s表面的三维点群数据。具体地说，控制运算装置2对三维形状测定装置1和移动机构3的动作进行控制，使得交替地重复利用三维形状测定装置1进行的曲轴s的表面形状的测定以及利用移动机构3使三维形状测定装置1在x方向上进行的移动。即，当利用三维形状测定装置1进行的上述一个测定视野中的曲轴s的表面形状的测定结束时，三维形状测定装置3通过移动机构3沿x方向移动，在下一个测定视野中测定曲轴s的表面形状。将这些多个测定视野合成所得到的区域遍及曲轴s的测定对象区域全长。如果用于3～6缸的发动机，则曲轴s的长度为350mm～600mm左右，三维形状测定装置3的x方向上的视野为200mm，因此通过重复进行2～3次测定，能够获取遍及曲轴s的测定对象区域全长的曲轴s表面的三维点群数据。

通过上述的那样获取到的遍及曲轴s的测定对象区域全长的曲轴s表面的三维点群数据经由以太网(注册商标)等而被输入并存储到控制运算装置2。

(3)第三步骤

在第三步骤中，控制运算装置2将如上述那样输入并存储的三维点群数据分割为沿与曲轴s的旋转中心轴l平行的方向(x方向)的多个小区域来生成多个小区域三维点群数据。在后面记述小区域的决定方法。

此外，根据需要而对所存储的三维点群数据实施向规定间距位置处插入数据点的间除处理(例如，在x方向和y方向上对0.5mm间距位置处进行间除处理)，以降低噪音并且去除孤立的数据点、提高处理速度。并且，根据需要而对间除处理后的三维点群数据实施平滑处理，以降低噪音。在根据需要而实施这些信号处理之后，生成多个小区域三维点群数据。

(4)第四步骤

在第四步骤中，控制运算装置2针对所生成的每个小区域三维点群数据，使小区域三维点群数据分别以与通过上述那样存储的表面形状模型之间的距离最小(构成小区域三维点群数据的各数据点与表面形状模型之间的距离的总和或距离的平方和的总和最小)的方式进行平行移动和旋转移动来将该小区域三维点群数据叠加于表面形状模型。此时，表面形状模型也与小区域三维点群数据同样地被分割为x方向上的多个区域。而且，各小区域三维点群数据被叠加于与各小区域三维点群数据对应的区域的分割所得的各表面形状模型。

(5)第五步骤

在第五步骤中，控制运算装置2计算通过上述那样叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离，基于计算出的该距离来检测曲轴s的缺肉等局部的缺陷。在后面记述具体的检测方法。

此外，例如能够使用市场上出售的三维分析软件(例如，mvtec公司制造的halcon12)来执行以上所说明的控制运算装置2的第三步骤～第五步骤的运算。

通过执行上述的第一步骤～第五步骤，针对曲轴s的周向上的规定部位的检查结束。接着，通过控制运算装置2来驱动旋转装置4，通过旋转装置4使曲轴s绕旋转中心轴l旋转(例如旋转90°)后停止。然后，通过针对曲轴s的周向上的其它部位执行上述的第二步骤～第五步骤，针对该其它部位的检查结束。通过重复进行以上动作，来进行曲轴s的测定对象区域全长/整周的检查。

此外，在第二步骤中，也能够是，通过旋转装置4使曲轴s旋转，由此先获取遍及曲轴s的测定对象区域全长/整周的曲轴s表面的三维点群数据，之后依次执行第三步骤～第五步骤。

根据本实施方式所涉及的检查方法，通过执行第一步骤和第二步骤，来获取遍及曲轴s的测定对象区域全长的曲轴s表面的三维点群数据。

然后，通过执行第三步骤和第四步骤，来使进行分割所得到的多个小区域三维点群数据分别单独地叠加于表面形状模型(使各小区域三维点群数据以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动)。因此，在相比于不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据直接叠加(使三维点群数据直接以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动)的情况而言降低了遍及曲轴s全长的弯曲、扭转的影响的状态下叠加于表面形状模型。

因而，在第五步骤中，能够计算在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离，基于计算出该的距离，将曲轴s的缺肉等局部的缺陷与遍及曲轴全长的弯曲、扭转加以区别地高精度地进行检测。

下面，参照附图来更具体地说明上述的内容。

图3是说明针对不存在弯曲、扭转的曲轴s不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。图4是说明针对存在弯曲的曲轴s不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。图5是说明针对存在弯曲的曲轴s、使用本实施方式所涉及的检查方法将进行分割所得到的小区域三维点群数据叠加于表面形状模型的状况的示意图。各图的(a)表示表面形状模型。各图的(b)表示三维点群数据。各图的(c)表示使三维点群数据以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动来进行叠加的结果。

如图3所示，如果曲轴s中不存在弯曲、扭转，则即使不对三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型，也能够检测产生了缺肉、凹痕等局部的缺陷的部位(图3的(c)的被f包围的部位)。

然而，如图4所示，如果曲轴s中存在弯曲，则即便使三维点群数据以与表面形状模型之间的距离最小的方式进行平行移动和旋转移动而进行了叠加，表面形状模型的旋转中心轴l1与三维点群数据的中心轴l2之间的偏差也大，除了产生缺肉、凹痕等局部的缺陷的部位(图4的(c)的被f包围的部位)以外，还产生不重合的部位(例如，图4的(c)的被f’、f”包围的部位)。因此，即使探测出存在某种形状不合格，也无法区别该形状不合格是缺肉、凹痕等曲轴s中局部产生的缺陷还是遍及曲轴的全长的弯曲、扭转，其大小也不定量。

另一方面，如图5所示，即使曲轴s中存在弯曲，根据本实施方式所涉及的检查方法，将三维点群数据分割为多个小区域(在图5所示的例子中为四个小区域a1～a4)，使每个小区域三维数据群进行平行移动和旋转移动来叠加于表面形状模型，因此表面形状模型的旋转中心轴l1与由小区域三维数据群的各旋转中心轴构成的旋转中心轴l2之间的偏差变小，弯曲的影响降低。因此，能够高精度地检测产生了缺肉、凹痕等局部的缺陷的部位(图5的(c)的被f包围的部位)。

下面，对本实施方式所涉及的检查方法的第三步骤中的小区域的决定方法进行说明。

图6是说明小区域的决定方法的一例的说明图。如图6所示，将曲轴s的设计规格上的全长(不存在弯曲的情况下的全长)设为l[mm]，将曲轴s的设计规格上的最大半径设为r[mm](未图示)，将遍及曲轴s的全长的假定的扭转角度设为δa[rad]，将遍及曲轴s的全长的假定的弯曲设为δb[mm]。

在此，曲轴s的设计规格上的最大半径r是指基于设计规格的cad数据中与距曲轴s的旋转中心轴的距离最大的曲轴s表面(具体地说，是臂s2表面)之间的距离。另外，扭转角度δa是指在使设置在曲轴s的一个端部侧的臂s21与基于设计规格的cad数据的臂s21一致时、设置于另一个端部侧的臂s22相对于cad数据的臂s22旋转的角度。并且，弯曲δb是指在使曲轴s的一个端部与基于设计规格的cad数据的一个端部一致时、与旋转中心轴正交的方向上的另一个端部与cad数据的另一个端部之间的距离。

在上述的情况下，能够假定每尺寸lp[mm]的弯曲为δb×lp/l[mm]。另外，能够假定尺寸lp[mm]的扭转为δa×r×lp/l[mm]。因此，如果满足以下的式(2)，则认为能够以±δe[mm]的检测精度检测缺肉等局部的缺陷。

δb·lp/l+δa·r·lp/l≤2·δe···(2)

对上述的式(2)进行变形，得到下述的式(1)。

lp≤2l·δe/(δb+δa·r)···(1)

如果以满足式(1)的方式决定所要分割的小区域a的尺寸(与曲轴s的旋转中心轴平行的方向上的尺寸)lp，则能够以±δe[mm]的检测精度检测缺肉等局部的缺陷。

例如，在曲轴s用于串联四缸发动机的情况下，当将曲轴s的设计规格上的全长设为l＝450mm、将遍及曲轴s的全长的假定的弯曲设为δb＝1mm、将遍及曲轴s的全长的假定的扭转角度设为δa＝0[rad]时，在要以检测精度δe＝0.2mm检测缺肉、凹痕时，上述(1)式的右边为180mm(＝2×450×0.2/1)，因此需要将小区域的尺寸lp设为180mm以下。

例如，如果相邻的轴颈的间隔为100mm，则如果以使小区域的两端位于相邻的轴颈的方式决定小区域，则能够满足上述的式(1)，并且能够降低弯曲、扭转的影响。除此之外，还能够考虑以使小区域的两端位于相邻的销或位于相邻的轴颈与销的方式决定小区域。

下面，具体地说明本实施方式所涉及的检查方法的第五步骤中的缺陷检测方法。

在第五步骤中，控制运算装置2制作二维浓淡图像，该二维浓淡图像是将在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据投影到同三维形状测定装置1与曲轴s相向的方向(z方向)正交的平面(xy平面)而得到的，构成该二维浓淡图像的像素具有同在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离相应的浓度。然后，控制运算装置2基于通过对制作出的二维浓淡图像实施规定的图像处理而得到的特征量，来检测曲轴s的缺肉等局部的缺陷。

根据上述的缺陷检测方法，例如能够提取具有超过规定阈值的浓度的像素区域(与表面形状模型之间的距离大的像素区域)，使用根据所提取出的像素区域的面积、浓度等计算出的特征量容易地自动检测缺肉等局部的缺陷。

此外，控制运算装置2还具有制作二维图像并将该二维图像显示于监视器的功能，该二维图像是将在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据投影到同三维形状测定装置1与曲轴s相向的方向(z方向)正交的平面(xy平面)而得到的，构成该二维图像的像素具有同在第四步骤中叠加后的小区域三维点群数据与表面形状模型之间的距离相应的浓度或颜色。

操作员通过视觉确认该二维图像，能够容易地检测与表面形状模型之间的距离大的像素区域、即缺肉等局部的缺陷。

图7是表示针对存在缺肉和扭转的串联四缸发动机用的曲轴s不对三维点群数据进行分割而将该三维点数据叠加于表面形状模型的情况下得到的二维图像(具有与距离相应的浓度的二维浓淡图像)的一例的图。图8是表示针对存在与图7相同的缺肉及扭转的曲轴s、使用本发明所涉及的检查方法将进行分割所得到的小区域三维点群数据叠加于表面形状模型的情况下得到的二维图像(具有与距离相应的浓度的二维浓淡图像)的一例的图。

如图7所示，可知在不对针对测定对象区域(图7的(a))获取到的三维点群数据进行分割而将该三维点群数据叠加于表面形状模型的情况下得到的二维图像(图7的(b))中，即使是不存在缺肉的部分，也因扭转的影响而覆盖大范围地产生了0.5mm以上的距离。

另一方面，如图8所示，在将针对曲轴s的全长450mm中的除两端50mm以外的350mm的测定对象区域获取到的三维点群数据以小区域的两端位于相邻的轴颈的方式分割为尺寸为lp＝100mm的每个小区域(a1～a4)(图8的(a))(以相邻的小区域具有重叠的部分的方式进行分割)后叠加于表面形状模型的情况下得到的二维图像(图8的(b))中，能够清晰地视觉确认出产生了三个具有1mm以上距离的缺肉的部位(被f1～f3包围的部位)。其中一个部位(被f1包围的部位)在图7所示的二维图像中无法清晰地视觉确认。

在图7和图8中，列举供操作员进行视觉确认的二维图像为例进行了说明，但是还能够通过对该二维图像实施图像处理来容易地自动检测缺肉等局部的缺陷。

此外，控制运算装置2如果事先存储有在第四步骤的叠加时使小区域三维点群数据进行平行移动和旋转移动时的移动距离和旋转角度，则能够基于该移动距离和旋转角度来评价曲轴s的弯曲和扭转。

图9表示针对存在与图7及图8相同的缺肉及扭转的曲轴s、使分割所得的每个小区域(a1～a4)的小区域三维点群数据进行平行移动和旋转移动时的移动距离和旋转角度。

如图9所示，无论哪个小区域的y方向和z方向上的移动距离、即与曲轴s的旋转中心轴l垂直的方向上的移动距离都约为0mm，因此能够评价为不存在弯曲的曲轴s。另一方面，绕x方向的旋转角度存在-0.3°～0.7°的范围内的偏差，能够评价为每个小区域(每个气缸)中发生了扭转。

<第二实施方式>

图10是表示本发明的第二实施方式所涉及的检查装置的概要结构的图。图10的(a)是从曲轴s的旋转中心轴l的方向观察到的主视图，图10的(b)是图10的(a)的nn矢量截面图。在图10的(a)中省略了控制运算装置2的图示，在图10的(b)中省略了支承机构5的图示。

如图10所示，本实施方式所涉及的检查装置100a也与第一实施方式所涉及的检查装置100同样地具备光学式的三维形状测定装置1、控制运算装置2以及移动机构3。在使用本实施方式所涉及的检查装置100a进行检查的情况下也执行第一步骤～第五步骤，这一点与第一实施方式相同。

但是，本实施方式所涉及的检查装置100a与第一实施方式的不同点在于，检查装置100a不具备旋转装置4，而具备夹住曲轴s的端部来将该曲轴s固定(不具有使曲轴s旋转的功能)的支承机构5来代替该旋转装置4。另外，在本实施方式所涉及的检查装置100a中，四个三维形状测定装置1(1a～1d)绕曲轴s的旋转中心轴l以90°间距配置，这一点与第一实施方式不同。并且，移动机构3具备四个单轴工作台以使得四个三维形状测定装置1在与曲轴s的旋转中心轴l平行的方向(x方向)上能够相独立地移动，这一点也与第一实施方式不同。

本实施方式所涉及的检查装置100a的控制运算装置2能够对利用四个三维形状测定装置1测定曲轴s的表面形状的定时以及利用移动机构3使四个三维形状测定装置1移动的定时分别独立地进行控制。

如以上那样，在本实施方式所涉及的检查装置100a中，四个三维形状测定装置1绕曲轴s的旋转中心轴l以90°间距配置，因此不使曲轴s沿周向相对地进行旋转(因而，如上所那样不需要旋转装置4)就能够进行曲轴s的测定对象区域全长/整周的形状测定，从而能够缩短测定时间。

另外，移动机构3能够使四个三维形状测定装置1在x方向上相独立地移动，并且控制运算装置2能够对利用四个三维形状测定装置1测定曲轴s的表面形状的定时和利用移动机构3使四个三维形状测定装置1移动的定时分别独立地进行控制。因此，能够执行能够避免某一个三维形状测定装置1的投射光进入正在进行测定的与该三维形状测定装置1不同的其它三维形状测定装置1的测定视野内而该其它三维形状测定装置1无法进行测定这样的状况的三维形状测定装置1的位置控制、三维形状测定装置1的测定/移动的定时控制。

具体地说，本实施方式的控制运算装置2对移动机构3和四个三维形状测定装置1的动作进行控制，使得在四个三维形状测定装置1中的配置于彼此相向的方向上的任一组三维形状测定装置(例如，三维形状测定装置1a、1b)正在测定曲轴s的表面形状的期间、配置于彼此相向的方向上的另一组三维形状测定装置(例如，三维形状测定装置1c、1d)进行移动而不进行测定，并且避免构成正在测定曲轴s的表面形状的一组三维形状测定装置1a、1b的一个三维形状测定装置(例如，三维形状测定装置1a)的投射光进入到另一个三维形状测定装置(例如，三维形状测定装置1b)的测定视野内。

如上述那样，在配置于彼此相向的方向上的任一组三维形状测定装置1正在测定曲轴s的表面形状的期间，配置于彼此相向的方向上的另一组三维形状测定装置1进行移动而不进行测定。因此，来自正在测定曲轴s的表面形状的一组三维形状测定装置1的投射光不会对进行移动而不进行测定的另一组三维形状测定装置1产生影响。另外，进行控制以避免构成正在测定表面形状的一组三维形状测定装置1中的一个三维形状测定装置1的投射光进入到另一个三维形状测定装置1的测定视野内，因此能够避免另一个三维形状测定装置1无法进行测定这样的状况。

图11表示对本实施方式所涉及的检查装置100a测定曲轴s的表面形状的表面形状测定时间(测定对象区域全长/整周的形状测定所需要的时间)进行评价所得到的结果的一例。

在评价测定时间时，假设以下情形：将曲轴s的全长设为600mm，将三维形状测定装置1的x方向上的测定视野设为200mm，如图11的(a)所示那样，在x方向上的p1～p3这三个测定视野(三次测定)内对除两端以外的测定对象区域全长的表面形状进行测定。假设一个测定视野内的测定(一次测定)所需要的时间为2秒，假设利用移动机构3移动至下一个测定视野的移动时间为2秒。

图11的(b)是利用本实施方式所涉及的检查装置100a能够执行的测定/移动的定时控制的一例。如图11的(b)所示，在配置于彼此相向的方向上的一组三维形状测定装置1a、1b在曲轴s的任一测定视野内测定表面形状的期间，配置于彼此相向的方向上的另一组三维形状测定装置1c、1d进行移动而不进行测定。相反地，在另一组三维形状测定装置1c、1d正在测定表面形状的期间，一组三维形状测定装置1a、1b进行移动而不进行测定。而且，正在测定表面形状的一组三维形状测定装置1分别在不同的测定视野内测定表面形状。例如，三维形状测定装置1a、1b这一组三维形状测定装置测定表面形状直至经过时间为2秒为止，但三维形状测定装置1a在测定视野p1内测定表面形状，三维形状测定装置1b在测定视野p2捏测定表面形状。即，三维形状测定装置1a和三维形状测定装置1b在与曲轴s的旋转中心轴平行的x方向上的相错开的位置处测定表面形状。因此，一个三维形状测定装置1a或1b的投射光不会进入到另一个三维形状测定装置1b或1a的测定视野内。在三维形状测定装置1c、1d这一组三维形状测定装置测定表面形状的情况下也是相同的。

根据本实施方式所涉及的检查装置100a，实质上仅用四次的测定时间和两次的移动时间就能够实现测定对象区域全长/整周的形状测定，因此测定时间为2秒×4+2秒×2＝12秒，能够大幅度地缩短测定时间。

与此相对，在第一实施方式所涉及的检查装置100的情况下，在针对曲轴s的周向上的规定部位对测定对象区域全长进行形状测定时，需要三次的测定时间和两次的移动时间，因此耗费2秒×3+2秒×2＝10秒。如果使曲轴s以90°间距进行旋转来对整周进行形状测定，则需要10秒×4＝40秒。并且，如果将使曲轴s旋转90°所需要的时间假设为2秒，则为了对整周进行形状测定需要进行三次旋转，因此还需要2秒×3＝6秒，合计的测定时间需要40秒+6秒＝46秒。

另外，在不能使四个三维形状测定装置1a～1d相独立地移动的情况下(在四个三维形状测定装置1a～1d的x方向上的摄像视野相同的情况下)，不能利用四个三维形状测定装置1同时进行测定，而是按顺序进行测定，因此对一个测定视野的整周进行形状测定需要耗费2秒×4＝8秒。在对测定对象区域全长进行形状测定时，需要进行三次该一个测定视野的整周的形状测定以及两次的移动，因此需要8秒×3+2秒×2＝28秒，相比于本实施方式所涉及的检查装置100a而言时间变长。

附图标记说明

1：三维形状测定装置；2：控制运算装置；3：移动机构；4：旋转装置；100：检查装置；s：曲轴。