特許 5978338 製品を生産する方法及び立体形状を測定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5978338

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】製品を生産する方法及び立体形状を測定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20160817BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20160817BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 K

   G01B11/30 A

   B23K31/00 L

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-51999(P2015-51999)

(22)【出願日】2015年3月16日

【審査請求日】2016年1月7日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】及川 圭太

(72)【発明者】

【氏名】大西 恭平

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０８３４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９５０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３７７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１１５６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９２０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４７８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７１２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８４７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７６２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３３２７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１２５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０９４３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０９３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６９００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

(a) 鏡面を含む表面を有する形状物を準備する工程と、
(b) 鏡面を含む被測定面を前記表面から選択する工程と、
(c) 鏡面を含む被測定面から鏡面を排除する工程と、
(d) 鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状を光切断法を用いて拡散反射光により測定する工程と、
(e) 測定された立体形状が条件に適合するか否かを判定する工程と、
(f) 条件に適合すると判定された立体形状を持つ被測定面を有する形状物から製品を得る工程と、
を備え、
工程(c)は、
(c-1) ブラシを準備する工程と、
(c-2) 前記ブラシで鏡面をこすることにより鏡面にこすり痕をつけ、鏡面にこすり痕をつけることにより鏡面を排除する工程と、
を備え、
工程(d)は、
(d-1) 鏡面が排除された被測定面の全体を切断位置で走査方向に走査する工程と、
(d-2) 工程(d-1)を行いながら、
(d-2-1) 鏡面が排除された被測定面の一部を占め複数の画素領域からなる被撮像領域に光切断像を描写する工程と、
(d-2-2) 前記被撮像領域を撮像することにより、前記複数の画素領域の各々の階調情報を表現する画素を含み複数の画素からなり光切断像が写った画像を生成する工程と、
(d-2-3) 写った光切断像の形状から鏡面が排除された被測定面の立体形状を得る工程と、
を繰り返し行う工程と、
を備え、
前記こすり痕が複数本の線状痕からなり、
前記複数本の線状痕の各々が前記走査方向に伸び、
前記複数本の線状痕における前記走査方向と垂直をなす方向についての線状痕のピッチが、前記複数の画素領域における前記走査方向と垂直をなす方向についての画素領域のピッチより狭い
製品を生産する方法。

【請求項2】

(a) 鏡面を含む表面を有する形状物を準備する工程と、
(b) 鏡面を含む被測定面を前記表面から選択する工程と、
(c) 鏡面を含む被測定面から鏡面を排除する工程と、
(d) 鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状を光切断法を用いて拡散反射光により測定する工程と、
(e) 測定された立体形状が条件に適合するか否かを判定する工程と、
(f) 条件に適合すると判定された立体形状を持つ被測定面を有する形状物から製品を得る工程と、
を備え、
工程(c)は、
(c-1) ブラシを準備する工程と、
(c-2) 前記ブラシで鏡面をこすることにより鏡面にこすり痕をつけ、鏡面にこすり痕をつけることにより鏡面を排除する工程と、
を備え、
工程(d)は、
(d-1) 鏡面が排除された被測定面の全体を切断位置で走査方向に走査する工程と、
(d-2) 工程(d-1)を行いながら、
(d-2-1) 鏡面が排除された被測定面の一部を占め複数の画素領域からなる被撮像領域に光切断像を描写する工程と、
(d-2-2) 前記被撮像領域を撮像することにより、前記複数の画素領域の各々の階調情報を表現する画素を含み複数の画素からなり光切断像が写った画像を生成する工程と、
(d-2-3) 写った光切断像の形状から鏡面が排除された被測定面の立体形状を得る工程と、
を繰り返し行う工程と、
を備え、
前記こすり痕が複数本の線状痕からなり、
前記複数本の線状痕の各々が前記走査方向と垂直をなす方向に伸び、
前記複数本の線状痕における前記走査方向についての線状痕のピッチが、描写された光切断像の前記走査方向についての太さより狭い
製品を生産する方法。

【請求項3】

準備される形状物は、
第１の構造物及び第２の構造物を備え、前記第２の構造物が前記第１の構造部に溶接され、鏡面を含む溶接痕を有する接合体
を備える
請求項１または請求項２の製品を生産する方法。

【請求項4】

前記第１の構造物が円筒状であり端部及び外周面を有し、
前記外周面が前記第１の構造物の円筒軸の周りを周方向に一周し、
前記端部に開口が露出し、
前記第２の構造物が円板状であり前記端部に溶接され前記開口を塞ぎ、
前記外周面に溶接痕が残り、
前記溶接痕が前記円筒軸の周りを周方向に一周する、
請求項３の製品を生産する方法。

【請求項5】

工程(c-2)は、
鏡面を含む被測定面に前記ブラシを当てたまま鏡面を含む被測定面に対して前記ブラシを相対移動させる
請求項１から４までのいずれかの製品を生産する方法。

【請求項6】

工程(e)は、
測定された立体形状から凹状の欠陥の大きさを求め、前記大きさが基準より小さい場合に測定された立体形状が条件に適合すると判定する
請求項１から５までのいずれかの製品を生産する方法。

【請求項7】

(a) 鏡面を含む被測定面を有する形状物を準備する工程と、
(b) 鏡面を含む被測定面から鏡面を排除する工程と、
(c) 鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状を光切断法を用いて測定する工程と、
を備え、
工程(b)は、
(b-1) ブラシを準備する工程と、
(b-2) 前記ブラシで鏡面をこすることにより鏡面にこすり痕をつけ、鏡面にこすり痕をつけることにより鏡面を排除する工程と、
を備え、
工程(c)は、
(c-1) 鏡面が排除された被測定面の全体を切断位置で走査方向に走査する工程と、
(c-2) 工程(c-1)を行いながら、
(c-2-1) 鏡面が排除された被測定面の一部を占め複数の画素領域からなる被撮像領域に光切断像を描写する工程と、
(c-2-2) 前記被撮像領域を撮像することにより、前記複数の画素領域の各々の階調情報を表現する画素を含み複数の画素からなり光切断像が写った画像を生成する工程と、
(c-2-3) 写った光切断像の形状から鏡面が排除された被測定面の立体形状を得る工程と、
を繰り返し行う工程と、
を備え、
前記こすり痕が複数本の線状痕からなり、
前記複数本の線状痕の各々が前記走査方向に伸び、
前記複数本の線状痕における前記走査方向と垂直をなす方向についての線状痕のピッチが、前記複数の画素領域における前記走査方向と垂直をなす方向についての画素領域のピッチより狭い
立体形状を測定する方法。

【請求項8】

(a) 鏡面を含む被測定面を有する形状物を準備する工程と、
(b) 鏡面を含む被測定面から鏡面を排除する工程と、
(c) 鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状を光切断法を用いて測定する工程と、
を備え、
工程(b)は、
(b-1) ブラシを準備する工程と、
(b-2) 前記ブラシで鏡面をこすることにより鏡面にこすり痕をつけ、鏡面にこすり痕をつけることにより鏡面を排除する工程と、
を備え、
工程(c)は、
(c-1) 鏡面が排除された被測定面の全体を切断位置で走査方向に走査する工程と、
(c-2) 工程(c-1)を行いながら、
(c-2-1) 鏡面が排除された被測定面の一部を占め複数の画素領域からなる被撮像領域に光切断像を描写する工程と、
(c-2-2) 前記被撮像領域を撮像することにより、前記複数の画素領域の各々の階調情報を表現する画素を含み複数の画素からなり光切断像が写った画像を生成する工程と、
(c-2-3) 写った光切断像の形状から鏡面が排除された被測定面の立体形状を得る工程と、
を繰り返し行う工程と、
を備え、
前記こすり痕が複数本の線状痕からなり、
前記複数本の線状痕の各々が前記走査方向と垂直をなす方向に伸び、
前記複数本の線状痕における前記走査方向についての線状痕のピッチが、描写された光切断像の前記走査方向についての太さより狭い
立体形状を測定する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製品を生産する方法及び立体形状を測定する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一の構造物を他の構造物に溶接した接合体の溶接痕に含まれる欠陥を検出することが望まれている。特許文献１及び２は、その例である。

【0003】

特許文献１に記載された技術及び特許文献２に記載された技術のいずれにおいても、光切断法により溶接痕の立体形状が測定され、溶接痕の立体形状から溶接痕に含まれる欠陥が検出される。

【0004】

光切断法により溶接痕の立体形状が測定される場合は、溶接痕にライン光が照射され、溶接痕に輝線が描写され、輝線の形状から溶接痕の立体形状が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−８９９２３号公報

【特許文献2】特開２０１４−９２３９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

光切断法により溶接痕の立体形状が測定される場合は、溶接痕に含まれる鏡面が溶接痕の立体形状の測定を阻害する。溶接痕が鏡面を含む場合は、ライン光が鏡面に照射された場合に光量の大きい正反射光が発生し、輝線の形状を検出するのに適した拡散反射光の光量が小さくなるからであり、取得された輝線に欠落が生じやすいからである。この問題は、溶接痕の立体形状を測定する場合以外においても生じる。

【0007】

本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明が解決しようとする課題は、形状物が有する被測定面の表面が鏡面を含む場合においても、被測定面が切断光を正反射しにくくし、取得された光切断像に欠落を生じにくくし、被測定面の立体形状を欠落なく測定することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下に記載される発明は、製品を生産する方法に関する。以下に記載される発明においては、鏡面を含む表面を有する形状物が準備される。鏡面を含む被測定面が表面から選択される。鏡面を含む被測定面から鏡面が排除される。ブラシが準備され、ブラシで鏡面をこすることにより鏡面にこすり痕がつけられ、鏡面にこすり痕をつけることにより鏡面が排除される。鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状が光切断法を用いて拡散反射光により測定される。測定された立体形状が条件に適合するか否かが判定される。条件に適合すると判定された立体形状を持つ被測定面を有する形状物から製品が得られる。以下に記載される発明は、立体形状を測定する方法にも向けられる。
鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状が光切断法を用いて拡散反射光により測定される場合は、鏡面が排除された被測定面の全体が切断位置で走査方向に走査される。走査が行われながら、鏡面が排除された被測定面の一部を占め複数の画素領域からなる被撮像領域に光切断像を描写し、被撮像領域を撮像することにより、複数の画素領域の各々の階調情報を表現する画素を含み複数の画素からなり光切断像が写った画像を生成し、写った光切断像の形状から鏡面が排除された被測定面の立体形状を得ることが繰り返し行われる。
こすり痕は、複数本の線状痕からなる。複数本の線状痕の各々は、走査方向または走査方向と垂直方向をなす方向に伸びる。
複数本の線状痕の各々が走査方向に伸びる場合は、複数本の線状痕における走査方向と垂直をなす方向についての線状痕のピッチが、複数の画素領域における走査方向と垂直をなす方向についての画素領域のピッチより狭い。
複数本の線状痕の各々が走査方向と垂直方向をなす方向に伸びる場合は、複数本の線状痕における走査方向についての線状痕のピッチが、描写された光切断像の走査方向についての太さより狭い。

【発明の効果】

【0009】

形状物が有する被測定面の表面が鏡面を含む場合においても、被測定面が切断光を正反射しにくくなり、取得された光切断像に欠落が生じにくく、被測定面の立体形状が欠落なく測定される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】円筒容器を生産する装置を示す模式図である。

【図2】作製される円筒容器状の形状物を示す模式図である。

【図3】作製される円筒容器状の形状物を示す模式図である。

【図4】ブラシ及び円筒容器状の形状物を示す模式図である。

【図5】高さ画像生成機構及び被測定面を示す模式図である。

【図6】高さ画像生成機構及び被測定面を示す模式図である。

【図7】３次元カメラのブロック図である。

【図8】生成される画像を示す模式図である。

【図9】生成される画像を示す模式図である。

【図10】輝度頂点等を示す模式図である。

【図11】被測定面の切断位置における高さ画像を示す模式図である。

【図12】被測定面の全体の高さ画像を示す模式図である。

【図13】高さ画像生成機構及び被測定面を示す模式図である。

【図14】生成される画像を示す模式図である。

【図15】被撮像領域を示す模式図である。

【図16】被撮像領域を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１ 円筒容器の生産の概略
この実施形態は、円筒容器を生産する方法に関する。

【0012】

図１の模式図は、円筒容器を生産する装置１０００を示す。

【0013】

図１に示される円筒容器を生産する装置１０００は、この実施形態の円筒容器を生産する方法を自動化するために提供される。

【0014】

円筒容器を生産する装置１０００は、図１に示されるように、溶接機構１０１０、鏡面排除機構１０１１、形状測定機構１０１２、搬送機構１０１３、制御機構１０１４等を備える。

【0015】

溶接機構１０１０は、溶接を行い、溶接痕１０３０を有する円筒容器状の形状物１０２０を作製する。鏡面排除機構１０１１は、溶接痕１０３０に含まれる鏡面を排除する。形状測定機構１０１２は、鏡面が排除された溶接痕１０３１の立体形状を測定し、その合否を判定する。溶接痕１０３１の立体形状が合格であると判定された円筒容器状の形状物１０２１は、製品の円筒容器になる。搬送機構１０１３は、作製された円筒容器状の形状物１０２０を溶接機構１０１０から鏡面排除機構１０１１へ搬送し、鏡面が排除された円筒容器状の形状物１０２１を鏡面排除機構１０１１から形状測定機構１０１２へ搬送する。制御機構１０１４は、溶接機構１０１０、鏡面排除機構１０１１、形状測定機構１０１２、搬送機構１０１３等を制御する。

【0016】

溶接痕１０３０から鏡面を排除するのは、鏡面が溶接痕１０３０の立体形状の測定を阻害するためである。溶接痕１０３１の立体形状を測定するのは、円筒容器の内容物の漏れの原因となる欠陥を検出するためである。

【0017】

円筒容器状の形状物１０２０を作製することに代えて円筒容器状の形状物１０２０を他の事業者から仕入れることにより円筒容器状の形状物１０２０を準備してもよい。円筒容器を生産する工程の一部を手作業で行ってもよい。例えば、円筒容器状の形状物１０２０又は１０２１を手作業で搬送してもよい。溶接痕１０３１の立体形状が合格であると判定された円筒容器状の形状物１０２１をさらに加工したものを製品の円筒容器にしてもよい。

【0018】

２ 円筒容器状の形状物
図２の模式図及び図３の模式図の各々は、作製される円筒容器状の形状物を示す。図２は、斜視図である。図３は、断面図である。

【0019】

図２に示される円筒容器状の形状物１０２０の材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金である。円筒容器状の形状物１０２０の材質がアルミニウム以外の金属又はアルミニウム合金以外の合金であってもよい。

【0020】

円筒容器状の形状物１０２０は、接合体１０４０からなる。

【0021】

接合体１０４０は、円筒状の構造物１０５０及び円板状の構造物１０５１を備える。円板状の構造物１０５１は、円筒状の構造物１０５０の一方の端部１０６０に溶接され、一方の端部１０６０に露出する開口１０７０を塞ぐ。

【0022】

円筒容器状の形状物１０２０においては、円筒状の構造物１０５０の外周面１０６１に溶接痕１０３０が残る。円筒状の構造物１０５０の外周面１０６１は、円筒状の構造物１０５０の円筒軸１０８０の周りを周方向に１周する。溶接痕１０３０も、円筒軸１０８０の周りを周方向に１周する。

【0023】

円筒容器状の形状物１０２０が接合体１０４０以外の構成物を備えてもよい。例えば、円筒容器状の形状物１０２０が蓋を備えてもよい。接合体１０４０が、円筒状の構造物１０５０及び円板状の構造物１０５１以外の構造物を備えてもよい。例えば、接合体１０４０が取手状の構造物を備えてもよい。

【0024】

３ 溶接機構
溶接は、電子ビーム溶接法により行われる。電子ビーム溶接法以外の溶接法により溶接が行われてもよい。例えば、アーク溶接法、ガス溶接法、レーザー溶接法等により溶接が行われてもよい。

【0025】

溶接が電子ビーム溶接法により行われる場合は、図１に示されるように、溶接機構１０１０は、溶接ヘッド１０９０、回転機構１０９１等を備える。

【0026】

溶接が行われる場合は、円板状の構造物１１１１が円筒状の構造物１１１０の一方の端部に当てられた仮組品１１００が溶接に先だって準備される。

【0027】

溶接ヘッド１０９０は、仮組品１１００を構成する円筒状の構造物１１１０の外周面１１２０に電子ビーム１１３０を照射する。回転機構１０９１は、円筒状の構造物１１１０の円筒軸１１４０を中心として仮組品１１００を円筒状の構造物１１１０の周方向に回転させる。溶接ヘッド１０９０が電子ビーム１１３０を照射しながら回転機構１０９１が仮組品１１００を回転させることにより、電子ビーム１１３０の照射スポットで円筒状の構造物１１１０の外周面１１２０が円筒状の構造物１１１０の周方向に走査され、円板状の構造物１１１１が円筒状の構造物１１１０の一方の端部に円筒状の構造物１１１０の周方向の全体にわたって溶接される。これにより、円筒容器状の形状物１０２０が得られる。

【0028】

溶接により、先に説明したように、円筒容器状の形状物１０２０を構成する円筒状の構造物１０５０の外周面１０６１に溶接痕１０３０が残る。

【0029】

溶接痕１０３０は、円筒状の構造物１０５０の外周面１０６１にあり円筒状の構造物１０５０の周方向に伸びる溶接ビード面により形成される。溶接ビード面の終端部以外は粗面であるが、溶接ビード面の終端部は鏡面である。このため、溶接痕１０３０は鏡面を含み、円筒状の構造物１０５０の外周面１０６１は溶接痕１０３０を含むことにより鏡面を含み、円筒容器状の形状物１０２０の表面は溶接痕１０３０を含むことにより鏡面を含む。溶接ビード面の終端部が鏡面であるのは、溶接ビード面の終端部が形成される溶接の末期においては、被溶接物を溶融させるエネルギーが絞られ、被溶接物の表面が溶融させられた後にただちに凝固させられるからである。

【0030】

４ 被測定面の選択
形状測定機構１０１２において溶接痕１０３０の立体形状を測定するため、円筒容器状の形状物１０２０の外周面１０６１から溶接痕１０３０を含む被測定面１１５０が選択される。被測定面１１５０は、円筒状の構造物１０５０の一方の端部１０６０に近接し、円筒状の構造物１０５０の周方向に延び、円筒状の構造物１０５０の円筒軸１０８０の周りを一周する。溶接痕１０３０は、被測定面１１５０の一部を占める。溶接痕１０３０が被測定面１１５０の全体を占めてもよい。

【0031】

５ 鏡面排除機構
図４の模式図は、ブラシ及び円筒容器状の形状物を示す。

【0032】

鏡面排除機構１０１１は、図１に示されるように、ブラシ１１６０、回転機構１１６１、回転機構１１６２等を備える。

【0033】

ブラシ１１６０は、図４に示されるように、被測定面１１５０に当てられる。回転機構１１６１は、円筒状の構造物１０５０の円筒軸１０８０を中心として円筒容器状の形状物１０２０を円筒状の構造物１０５０の周方向に回転させる。ブラシ１１６０が被測定面１１５０に当てられたまま回転機構１１６１が円筒容器状の形状物１０２０を回転させることにより、ブラシ１１６０で被測定面１１５０の全体がこすられ、被測定面１１５０の全体にこすり痕がつけられる。これにより、鏡面が排除された円筒容器状の形状物１０２１が得られる。こすり痕は、複数本の線状痕からなる。線状痕のピッチは、主にブラシ１１６０の仕様により決まる。複数本の線状痕の各々は、周方向に伸びる。こすり痕をつける工程が複雑になるが、複数本の線状痕の各々が円筒状の構造物１０５０の周方向以外に伸びてもよい。例えば、複数本の線状痕の各々が円筒状の構造物１０５０の軸方向に伸びてもよい。

【0034】

ブラシ１１６０で被測定面１１５０の全体がこすられ被測定面１１５０の全体にこすり痕がつけられた場合は、被測定面１１５０に含まれる鏡面がブラシ１１６０でこすられ、被測定面１１５０に含まれる鏡面にこすり痕がつけられる。鏡面にこすり痕がつけられた場合は、鏡面に凹凸が形成され、鏡面が粗面になり、鏡面が拡散反射面になり、被測定面１１５０から鏡面が排除される。これにより、鏡面が排除された被測定面１１７０が得られる。拡散反射面は、入射した光をほとんど正反射せず、入射した光をもっぱら拡散反射する。

【0035】

ブラシ１１６０で被測定面１１５０の全体がこすられるようにするために、ブラシ１１６０が被測定面１１５０に当てられたまま、ブラシ１１６０が被測定面１１５０に対して円筒状の構造物１０５０の周方向に相対移動させられる。円筒軸１０８０を中心として円筒容器状の形状物１０２０を回転させることに代えて、又は、円筒軸１０８０を中心として円筒容器状の形状物１０２０を回転させることに加えて、円筒軸１０８０を中心としてブラシ１１６０を回転させることにより、ブラシ１１６０を被測定面１１５０に対して円筒状の構造物１０５０の周方向に相対移動させてもよい。

【0036】

回転機構１１６２は、ブラシ１１６０の中心軸１１８０を中心としてブラシ１１６０を回転させる。ブラシ１１６０が回転する場合は、被測定面１１５０にこすり痕がつきやすくなり、短時間で被測定面１１５０から鏡面を排除できる。ただし、短時間で被測定面１１５０から鏡面を排除する必要がない場合は、ブラシ１１６０が回転させられなくてもよい。

【0037】

ブラシ１１６０で被測定面１１５０をこする処理以外の表面処理により被測定面１１５０から鏡面が排除されてもよい。当該表面処理には、鏡面から物質を除去することにより凹凸を形成する処理及び鏡面に物質を付加することにより凹凸を形成する処理がある。前者の処理は、例えば、レーザーアブレーションである。後者の処理は、例えば、ミストを鏡面に付着させる処理である。

【0038】

ブラシ１１６０で被測定面１１５０をこする処理により鏡面が排除される場合は、鏡面の回復を阻止でき、低いコストで鏡面を排除できる。これに対して、レーザー光を被測定面１１５０に照射することにより鏡面が排除される場合は、鏡面の回復を阻止できるが、低いコストで鏡面を排除できない。また、蒸気を被測定面１１５０に噴霧することにより鏡面が排除される場合は、低いコストで鏡面を排除できるが、鏡面の回復を阻止できない。ただし、これらの欠点を許容できる場合は、レーザー光を被測定面１１５０に照射することにより鏡面が排除されてもよく、蒸気を被測定面１１５０に噴霧することにより鏡面が排除されてもよい。

【0039】

６ 形状測定機構
形状測定機構１０１２は、図１に示されるように、高さ画像生成機構１２００、回転機構１２０１等を備える。

【0040】

形状測定機構１０１２は、被測定面１１７０がもつ立体形状を光切断法を用いて測定する。立体形状は、被測定面１１７０の高さの分布を表現する高さ画像で表現される。

【0041】

高さ画像生成機構１２００は、被測定面１１７０の切断位置における高さ画像を生成する。被測定面１１７０の切断位置における高さ画像は、被測定面１１７０の切断位置における高さの分布を表現した画像である。回転機構１２０１は、円筒容器状の形状物１０２１を構成する円筒状の構造物１２１０の円筒軸１２２０を中心として円筒容器状の形状物１０２１を円筒状の構造物１２１０の周方向に回転させる。これにより、切断位置で被測定面１１７０の全体が円筒状の構造物１２１０の周方向に走査され、円筒状の構造物１２１０の周方向が走査方向になり、円筒状の構造物１２１０の軸方向が幅方向になる。円筒容器状の形状物１０２１を円筒状の構造物１２１０の周方向に回転させることに代えて、高さ画像生成機構１２００を円筒状の構造物１２１０の周方向に回転させることにより、切断位置で被測定面１１７０の全体が円筒状の構造物１２１０の周方向に走査されてもよい。走査が複雑になるが、走査方向が変更されてもよい。

【0042】

形状測定機構１０１２においては、回転機構１２０１が、切断位置に被測定面１１７０を走査させながら、高さ画像生成機構１２００が、被測定面１１７０の切断位置における高さ画像を繰り返し生成する。これにより、切断位置が互いに異なる複数の高さ画像が生成される。高さ画像生成機構１２００は、切断位置が互いに異なる複数の高さ画像から被測定面１１７０の全体の高さ画像を生成する。

【0043】

７ 高さ画像生成機構
図５及び図６の模式図の各々は、高さ画像生成機構及び被測定面を示す。図５に示される被測定面は、切断位置に欠陥を有しない。図６に示される被測定面は、切断位置に欠陥を有する。

【0044】

高さ画像生成機構１２００は、図５及び図６に示されるように、青色ラインレーザー１２３０、３次元カメラ１２３１等を備える。

【0045】

８ 青色ラインレーザー
青色ラインレーザー１２３０は、被測定面１１７０の切断位置にライン光１２４０を照射する。ライン光１２４０は、その中心光線束と垂直をなす断面において、線状の断面形状を有する。このため、ライン光１２４０が被測定面１１７０に照射された場合は、輝線１２５０が被測定面１１７０に描写される。輝線１２５０の形状は、被測定面１１７０の切断位置における立体形状に一致する。このため、青色ラインレーザー１２３０は、被測定面１１７０にライン光１２４０を照射することにより、輝線１２５０からなる光切断像１２６０を被測定面１１７０に描写する。

【0046】

青色ラインレーザー１２３０は、ライン光１２４０を含む面が円筒状の構造物１２１０の軸方向と平行をなすようにライン光１２４０を被測定面１１７０に照射する。これにより、図５に示されるように切断位置において被測定面１１７０を円筒面とみなすことができる場合は光切断像１２６０が直線状になり、図６に示されるように切断位置において欠陥１２６５の存在のため被測定面１１７０を円筒面とみなすことができない場合は光切断像１２６０が折れ曲がる。このように、光切断像１２６０の形状が切断位置における被測定面１１７０の立体形状に応じて変化するため、被測定面１１７０の切断位置における立体形状の測定に光切断像１２６０を利用できる。ライン光１２４０を含む面が円筒状の構造物１０５０の円筒軸１０８０と平行をなさない場合も、光切断像１２６０の形状が複雑になるが、被測定面１１７０の切断位置における立体形状の測定に光切断像１２６０を利用できることは同様である。

【0047】

ライン光１２４０がレーザー光である場合は、ライン光１２４０が細くなり、輝線１２５０が細くなり、立体形状の測定の精度が向上する。これに対して、ライン光１２４０がＬＥＤスリット光である場合は、ライン光１２４０が太くなり、輝線１２５０が太くなり、立体形状の測定の精度が低下する。ただし、立体形状の測定の精度が低下することが許容される場合は、ライン光１２４０がＬＥＤスリット光であってもよい。ライン光１２４０がレーザー光及びＬＥＤスリット光以外であってもよい。

【0048】

ライン光１２４０がレーザー光である場合は、ライン光１２４０の波長が短くなるほどライン光１２４０を細くできる。このため、ライン光１２４０がレーザー光である場合は、望ましくはライン光１２４０が青色のレーザー光又は青色が属する波長より短い波長を有するレーザー光である。ただし、立体形状の測定の精度が低下することが許容される場合は、ライン光１２４０が青色が属する波長より長い波長を有するレーザー光であってもよい。

【0049】

ライン光１２４０に代えてスポット光が被測定面１１７０に照射されてもよい。スポット光は、その中心光線束と垂直をなす断面において、点状の断面形状を有する。このため、スポット光が被測定面１１７０に照射された場合は、輝点が被測定面１１７０に描写される。スポット光が被測定面１１７０に照射される場合は、輝点で被測定面１１７０が線状に走査される。スポット光が被測定面１１７０に照射される場合は、スポット光を被測定面１１７０に照射するのに加えて輝点で被測定面１１７０を線状に走査することにより被測定面１１７０に線状の光切断像が描写される。

【0050】

９ ３次元カメラ
図７のブロック図は、３次元カメラを示す。

【0051】

図７に示されるように、３次元カメラ１２３１は、検出器１３００、演算器１３０１等を備える。

【0052】

検出器１３００は、ＣＭＯＳイメージセンサー、光学系等を備える。検出器１３００の構成が変更されてもよい。

【0053】

検出器１３００は、被測定面１１７０の一部を占める被撮像領域１２７０を撮像することにより画像を生成する。被撮像領域１２７０には光切断像１２６０が描写されるので、被撮像領域１２７０を撮像することにより生成される画像には光切断像が写る。

【0054】

検出器１３００は、正反射光をよけて被撮像領域１２７０を撮像する。検出器１３００が正反射光をよけて被撮像領域１２７０を撮像する場合は、拡散反射光が検出器１３００に入射するが正反射光が検出器１３００に入射せず、拡散反射光により被測定面１１７０の立体形状が測定される。これに対して、検出器１３００が正反射光をよけずに光切断像１２６０を撮像する場合は、正反射光が検出器１３００に入射する。正反射光が検出器１３００に入射する場合は、正反射光の光量が過剰であるため、イメージセンサーが備える電荷蓄積部から蓄積電荷が溢れ出し受光量を正しく検出できない等の不具合が発生しやすい。

【0055】

検出器１３００は、一定のフレームレートで被撮像領域１２７０を撮像する。これにより、切断位置が互いに異なる複数の画像が生成される。フレームレートが可変であってもよい。

【0056】

演算器１３０１は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等を備える。演算器１３０１の構成が変更されてもよい。

【0057】

演算器１３０１は、切断位置が互いに異なる複数の画像の各々から切断位置における高さ画像を生成する。これにより、切断位置が互いに異なる複数の高さ画像が生成される。

【0058】

演算器１３０１は、切断位置が互いに異なる複数の高さ画像から被測定面１１７０の全体の高さ画像を生成する。

【0059】

演算器１３０１の機能の全部又は一部が、制御機構１０１４に担われてもよく、３次元カメラ１２３１の外部に備えられたパーソナルコンピューター等の汎用演算器に担われてもよい。

【0060】

１０ 生成される画像
図８及び図９の模式図の各々は、生成される画像を示す。図８は、図５に示される被撮像領域が撮像された場合に生成される画像を示す。図９は、図６に示される被撮像領域が撮像された場合に生成される画像を示す。図８に示される画像及び図９に示される画像の各々においては、画素に描かれるハッチングのピッチにより画素が表現する輝度が示され、画素が表現する輝度が明るくなるほど画素に描かれるハッチングのピッチが広くなる。

【0061】

光切断像１２６０の形状は被測定面１１７０の切断位置における立体形状に応じて変化するため、生成される画像１３１０に写る光切断像１３１５の形状も被測定面１１７０の切断位置における立体形状に応じて変化する。図５に示されるように切断位置に欠陥がなく直線状の光切断像１２６０が被測定面１１７０に描写される場合は、図８に示されるように直線状の光切断像１３１５が生成される画像１３１０に写る。図６に示されるように切断位置に欠陥があり折れ曲がった光切断像１２６０が被測定面１１７０に描写される場合は、図９に示されるように折れ曲がった光切断像１３１５が生成される画像１３１０に写る。

【0062】

生成される画像１３１０においては、写った光切断像１３１５上の各点の横方向の位置が切断位置における幅方向位置を示し、写った光切断像１３１５上の各点の縦方向の位置が当該幅方向位置における被測定面１１７０の高さを示す。縦方向の位置が被測定面１１７０の高さを示し横方向の位置が幅方向位置を示すようにされてもよい。

【0063】

生成される画像１３１０においては、写った光切断像１３１５の中心線の位置において輝度が最も高くなり、写った光切断像１３１５の中心線から離れるにしたがって輝度が低くなる。

【0064】

１１ 高さ画像を生成する処理
図９に示される画像に着目して高さ画像を生成する処理を説明する。

【0065】

図１０の模式図は、輝度頂点等を示す。図１１の模式図は、被測定面の切断位置における高さ画像を示す。図１２の模式図は、被測定面の全体の高さ画像を示す。図１１に示される画像及び図１２に示される画像の各々においては、画素に描かれるハッチングのピッチにより画素が表現する輝度が示され、画素が表現する輝度が明るくなるほど画素に描かれるハッチングのピッチが広くなる。

【0066】

演算器１３０１は、図１０に示されるように、画像１３１０の複数の列の各々における輝度頂点１３２０を求める。輝度頂点１３２０の各点の横方向の位置は切断位置における幅方向位置を示し、縦方向の位置は当該幅方向位置における被測定面１１７０の高さを示す。

【0067】

続いて、演算器１３０１は、図１１に示されるように、被測定面１１７０の切断位置における高さ画像（１次元画像）１３４０を生成する。高さ画像１３４０においては、各画素の横方向の位置が切断位置における幅方向位置を示し、各画素が表現する輝度が当該幅方向位置における被測定面１１７０の高さを示す。このため、高さ画像１３４０は、被測定面１１７０の切断位置における立体形状を示す。

【0068】

さらに続いて、演算器１３０１は、図１２に示されるように、切断位置が互いに異なる複数の高さ画像１３４０を合成することにより高さ画像（２次元画像）１３５０を生成する。高さ画像１３５０においては、各画素の横方向の位置が幅方向位置を示し、各画素の縦方向位置が走査方向位置を示し、各画素が表現する輝度が当該幅方向位置及び当該走査方向位置における被測定面１１７０の高さを示す。このため、高さ画像１３５０は、被測定面１１７０の全体の立体形状を示す。

【0069】

１２ 鏡面を排除することの利点
図１３の模式図は、高さ画像生成機構及び被測定面を示す。図１３に示される被測定面は、切断位置に鏡面を有する。図１４の模式図は、生成される画像を示す。図１４は、図１３に示される被測定面が撮像された場合に生成される画像を示す。

【0070】

図１３に示されるように被撮像領域１２７０が鏡面１３６０を有する場合は、ライン光１２４０が被測定面１１７０に照射された場合に鏡面１３６０がライン光１２４０を正反射し、光量の大きい正反射光１３７０が発生する。光量の大きい正反射光１３７０が発生した場合は、発生する拡散反射光１３７１の光量が小さくなり、検出器１３００に入射する拡散反射光１３７１の光量が小さくなる。このため、図１４に示されるように、画像に写る光切断像１３１５に欠落１３８０が生じやすく、被測定面１１７０の立体形状の測定に欠落が生じやすい。

【0071】

しかし、作製される円筒容器状の形状物１０２０の表面が鏡面を含む場合においても、鏡面排除機構１０１１により被測定面１１５０から鏡面があらかじめ排除された場合は、被測定面１１７０がライン光１２４０を正反射しにくくなり、光切断像１３１５が欠落しにくくなり、被測定面１１７０の立体形状が欠落なく測定される。

【0072】

１３ 判定
制御機構１０１４は、測定された被測定面１１７０の立体形状から凹状の欠陥の径及び深さを求め、求められた凹状の欠陥の径が基準より小さく求められた凹状の欠陥の深さが基準より小さい場合に測定された被測定面１１７０の立体形状が条件に適合すると判定し、条件に適合すると判定された立体形状を持つ被測定面１１７０を有する円筒容器状の形状物１０２１を搬送機構１０１３に選択させる。選択された円筒容器状の形状物１０２１は、製品の円筒容器になる。これにより、製品の円筒容器が得られる。凹状の欠陥の径及び深さの片方が判定対象から除外されてもよい。凹状の欠陥の径及び深さの両方又は片方が欠陥の他の部分の大きさに置き換えられてもよい。凹状の欠陥以外の欠陥の大きさが判定対象にされてもよい。

【0073】

１４ 線状痕のピッチ
図１５の模式図及び図１６の模式図の各々は、被撮像領域を示す。

【0074】

図１５に示されるように、被撮像領域１２７０は、行列状に配列された複数の画素領域１３９０からなる。

【0075】

生成される画像１３１０は、図８及び図９に示されるように、複数の画素領域１３９０の各々の輝度を表現する画素１４２０を含むことにより、複数の画素１４２０からなる。画素が輝度以外の階調情報を表現してもよい。

【0076】

こすり痕は、図１５に示されるように、複数本の線状痕１４００からなる。

【0077】

複数本の線状痕１４００の各々が図１５に示されるように矢印１４１０で示される走査方向に伸びる場合は、複数本の線状痕１４００における走査方向と垂直をなす方向についての線状痕のピッチが、複数の画素領域１３９０における走査方向と垂直をなす方向についての画素領域のピッチより狭くなるように、ブラシ１１６０の仕様が選択される。これにより、複数の画素領域１３９０の各々が少なくとも１本の線状痕１４００を含み、複数の画素領域１３９０の全部において正反射が抑制されもっぱら拡散反射が起こり、複数の画素１４２０の全部において光切断像１３１５の欠落が抑制される。

【0078】

複数本の線状痕１４００の各々が図１６に示されるように走査方向と垂直をなす方向に伸びる場合は、複数の画素領域１３９０における走査方向についての線状痕のピッチが走査方向についての光切断像１２６０の太さより狭くなるようにブラシ１１６０の仕様が選択される。これにより、光切断像１２６０が幅方向の全体にわたって線状痕１４００がつけられた領域に描写され、正反射が抑制され、もっぱら拡散反射が起こり、光切断像１３１５の欠落が抑制される。

【0079】

１５ 生産する製品
この実施形態の円筒容器を生産する方法は、円筒容器以外の製品の生産にも転用される。円筒容器を生産する方法が円筒容器以外の製品の生産に転用される場合は、生産される製品に応じた形状物が準備される。例えば、円板状の構造物でない一の構造物が円筒状の構造物でない他の構造物に溶接された接合体を備える形状物が準備され、接合体が有する溶接痕の立体形状が測定されてもよい。一の構造物が他の構造物に溶接以外の接合方法により接合された接合体を備える形状物が準備され、鏡面を含む接合痕の立体形状が測定されてもよい。例えば、はんだ付け痕の立体形状が測定されてもよい。準備される形状物が接合体を備えなくてもよく、接合痕でない鏡面が被測定面から排除された後に被測定面の立体形状が測定されてもよい。製品の生産以外の用途に立体形状を測定する方法が転用されてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１０００ 円筒容器を生産する装置
１０１０ 溶接機構
１０１１ 鏡面排除機構
１０１２ 形状測定機構
１０１３ 搬送機構
１０１４ 制御機構
１０２０ 円筒容器状の形状物
１０２１ 円筒容器状の形状物
１０３０ 溶接痕
１０３１ 溶接痕
１０４０ 接合体
１１６０ ブラシ
１２７０ 被撮像領域
１３１０ 画像
１３１５ 光切断像
１３６０ 鏡面

【要約】      （修正有）

【課題】形状物が有する被測定面の表面が鏡面を含む場合においても、被測定面が切断光を正反射しにくくし、光切断像を欠落しにくくし、被測定面の立体形状を欠落なく測定する方法を提供する。
【解決手段】円筒容器の生産においては、鏡面を含む表面を有する円筒容器状の形状物１０２０が準備される。鏡面を含む被測定面が表面から選択される。鏡面を含む被測定面から鏡面が排除される。鏡面が排除された被測定面が持つ立体形状が光切断法を用いて拡散反射光により測定される。測定された立体形状が条件に適合するか否かが判定される。条件に適合すると判定された立体形状を持つ被測定面を有する円筒容器状の形状物から円筒容器が得られる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】