特許 7381312 破断面検査装置及び破断面検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】破断面検査装置及び破断面検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20231108BHJP

   G01M 13/00 20190101ALI20231108BHJP

   G01M 17/007 20060101ALN20231108BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G01M13/00

G01M17/007 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019217865

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021089150

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000139687

【氏名又は名称】株式会社安永

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 僚祐

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１１１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－７３１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６５９１１３１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１６－１７０６２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

Ｇ０１Ｍ １３／００

Ｇ０１Ｍ １７／００７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品の破断分割により生じる第１破断面及び第２破断面を検査する破断面検査装置であって、
前記第１破断面及び前記第２破断面のそれぞれの二次元データ及び三次元データを取得するデータ取得部と、
前記二次元データから前記第１破断面の第１輪郭及び前記第２破断面の第２輪郭を抽出する輪郭抽出部と、
前記第２輪郭をアフィン変換して前記第１輪郭に変換するときの変換量を算出する変換量算出部と、
前記第２破断面の前記三次元データを前記変換量でアフィン変換して歪み補正データを算出する歪み補正部と、
前記第１破断面の前記三次元データと前記歪み補正データとを比較する比較部と、を備える破断面検査装置。

【請求項2】

前記データ取得部は、前記二次元データ及び前記三次元データを同一の位置から同一の角度で取得する、請求項１に記載の破断面検査装置。

【請求項3】

前記三次元データから前記第１破断面の第１最小二乗平面及び前記第２破断面の第２最小二乗平面を算出する平面算出部と、
前記第１最小二乗平面を前記第２最小二乗平面に変換するときの補正量を算出する補正量算出部と、を備え、
前記比較部は、前記第１破断面の前記三次元データと前記補正量により補正された前記歪み補正データとを比較する、請求項１又は２に記載の破断面検査装置。

【請求項4】

前記第１破断面及び前記第２破断面の少なくとも一方の最小二乗平面に対する最小二乗誤差を所定の誤差閾値と比較する起伏判定部を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の破断面検査装置。

【請求項5】

部品の破断分割により生じる第１破断面及び第２破断面を検査する破断面検査方法であって、
前記第１破断面及び前記第２破断面のそれぞれの二次元データ及び三次元データを取得するデータ取得工程と、
前記二次元データから前記第１破断面の第１輪郭及び前記第２破断面の第２輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
前記第２輪郭をアフィン変換して前記第１輪郭に変換するときの変換量を算出する変換量算出工程と、
前記第２破断面の前記三次元データを前記変換量でアフィン変換して歪み補正データを算出する歪み補正工程と、
前記第１破断面の前記三次元データと前記歪み補正データとを比較する比較工程と、を含む破断面検査方法。

【請求項6】

前記データ取得工程においては、前記二次元データ及び前記三次元データが同一の位置から同一の角度で取得される、請求項５に記載の破断面検査方法。

【請求項7】

前記三次元データから前記第１破断面の第１最小二乗平面及び前記第２破断面の第２最小二乗平面を算出する平面算出工程と、
前記第１最小二乗平面を前記第２最小二乗平面に変換するときの補正量を算出する補正量算出工程と、を含み、
前記比較工程においては、前記第１破断面の前記三次元データと前記補正量により補正された前記歪み補正データとを比較する、請求項５又は６に記載の破断面検査方法。

【請求項8】

前記第１破断面及び前記第２破断面の少なくとも一方の最小二乗平面に対する最小二乗誤差を所定の誤差閾値と比較する起伏判定工程を含む、請求項５乃至７のいずれかに記載の破断面検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、破断面検査装置及び破断面検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等のエンジンに使用されるコネクティングロッド（コンロッド）は、ピストンとクランクシャフトとを連結し、当該ピストンの往復運動を当該クランクシャフトの回転運動に変換する部材として広く使用されている。コンロッドは、いわゆるＦＳ（Fracture Splitting）工法により、大端部をロッド部とキャップ部とに破断して分割（半割）し、クランクシャフトに組み付けて互いをボルト締結することにより、互いの破断面に生じた凹凸を位置決めに用いて安価に製造することができる。

【0003】

ここで、ＦＳ工法により形成されるコンロッドは、ロッド部とキャップ部とに破断するときに破断面の一部が欠損した場合には、両者の破断面を再結合させた結合面において空隙が生じて強度が低下することになる。このような問題に対し、例えば特許文献１及び２に開示された従来技術では、コンロッドの破断面の凹凸形状を測定し、破断時の欠損を評価する破断面検査方法が用いられている。

【0004】

より具体的には、特許文献１の従来技術は、破断分割したロッド部及びキャップ部を固定用治具に配置すると共に、破断面に照射したレーザ光の投射像を異なる角度から撮像することにより凹凸の三次元データを取得し、一方の破断面の撮像データを上下左右に反転して他方の撮像データとの凹凸高さの差分を算出することにより、生産ラインに対してオンラインで破断面の検査を行う方法である。

【0005】

また、特許文献２の従来技術は、ロッド部及びキャップ部の破断面を撮像するＣＣＤカメラの合焦制御情報により凹凸の三次元データを取得し、破断面の輪郭上に設定した複数の特徴点から双方に共通する基準面を設定すると共に、当該基準面と破断面との距離を測定点ごとにロッド部とキャップ部とで比較することにより、複雑なプログラムを用いることなく破断面の検査を行う方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－２１１１９５号公報

【文献】特開２０１２－７３１４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記の各従来技術では、撮像装置に対する破断面の傾斜角及び距離がロッド部とキャップ部とで互いに異なる場合、当該撮像装置の画角に対する撮像破断面の比率も異なることから、対応する２つの破断面でデータ点の座標が一致しないことにより測定精度が低下する虞が生じる。特に、特許文献１の従来技術では、同時に測定したロッド部及びキャップ部の破断面の三次元データにおいて、撮像データの平面上の位置座標により破断面の領域を特定しているため、データ取得の時点で既に破断面の座標が一致しない場合には、ロッド部とキャップ部との対応するデータ点が全てずれてしまい、適切な破断面検査を行うことができない。

【0008】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる破断面検査装置、及び破断面検査方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、部品の破断分割により生じる第１破断面及び第２破断面を検査する破断面検査装置であって、前記第１破断面及び前記第２破断面のそれぞれの二次元データ及び三次元データを取得するデータ取得部と、前記二次元データから前記第１破断面の第１輪郭及び前記第２破断面の第２輪郭を抽出する輪郭抽出部と、前記第２輪郭をアフィン変換して前記第１輪郭に変換するときの変換量を算出する変換量算出部と、前記第２破断面の前記三次元データを前記変換量でアフィン変換して歪み補正データを算出する歪み補正部と、前記第１破断面の前記三次元データと前記歪み補正データとを比較する比較部と、を備える破断面検査装置である。

【0010】

破断面検査装置は、検査対象となる第１破断面及び第２破断面について、二次元データに基づいて第１輪郭及び第２輪郭をそれぞれ算出すると共に、第２輪郭を第１輪郭にアフィン変換する変換量を用いて第２破断面の三次元データをアフィン変換する。このとき得られる第２破断面についての歪み補正データは、三次元データを取得する方向から平面視した場合に第１破断面の三次元データとデータ点の座標がそれぞれ一致することになる。そのため、破断面検査装置は、第１破断面の三次元データと第２破断面の歪み補正データとをそれぞれのデータ点ごとに比較することができる。また、アフィン変換に係る変換量の算出、及び歪み補正データへのアフィン変換は、二次元座標においてのみ演算されるため、演算処理を高速化することが可能となる。従って、本発明の第１の態様に係る破断面検査装置によれば、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0011】

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記データ取得部は、前記二次元データ及び前記三次元データを同一の位置から同一の角度で取得する、破断面検査装置である。

【0012】

本発明の第２の態様に係る破断面検査装置によれば、各破断面の二次元データ及び三次元データが例えば同一の撮像装置により取得されることで、両者の撮像領域が必ず完全に一致することになり、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0013】

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記三次元データから前記第１破断面の第１最小二乗平面及び前記第２破断面の第２最小二乗平面を算出する平面算出部と、前記第１最小二乗平面を前記第２最小二乗平面に変換するときの補正量を算出する補正量算出部と、を備え、前記比較部は、前記第１破断面の前記三次元データと前記補正量により補正された前記歪み補正データとを比較する、破断面検査装置である。

【0014】

本発明の第３の態様に係る破断面検査装置によれば、各破断面のそれぞれの最小二乗平面を算出し、両者の相対的な傾斜角に対応する補正量に基づいて、歪み補正データのそれぞれのデータ点がアフィン変換に対して垂直な方向に補正されるため、第１破断面と第２破断面との相対的な傾斜角が比較的大きい場合であっても、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0015】

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１乃至３のいずれかの態様において、前記第１破断面及び前記第２破断面の少なくとも一方の最小二乗平面に対する最小二乗誤差を所定の誤差閾値と比較する起伏判定部を備える、破断面検査装置である。

【0016】

本発明の第４の態様に係る破断面検査装置によれば、各破断面の三次元データに基づいて各破断面と近似平面としての最小二乗平面との最小二乗誤差を算出することにより、各破断面の凹凸がＦＳ工法に適した十分な起伏を有しているか否かを判定することができる。

【0017】

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、部品の破断分割により生じる第１破断面及び第２破断面を検査する破断面検査方法であって、前記第１破断面及び前記第２破断面のそれぞれの二次元データ及び三次元データを取得するデータ取得工程と、前記二次元データから前記第１破断面の第１輪郭及び前記第２破断面の第２輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、前記第２輪郭をアフィン変換して前記第１輪郭に変換するときの変換量を算出する変換量算出工程と、前記第２破断面の前記三次元データを前記変換量でアフィン変換して歪み補正データを算出する歪み補正工程と、前記第１破断面の前記三次元データと前記歪み補正データとを比較する比較工程と、を含む破断面検査方法である。

【0018】

破断面検査方法においては、検査対象となる第１破断面及び第２破断面について、二次元データに基づいて第１輪郭及び第２輪郭がそれぞれ算出されると共に、第２輪郭を第１輪郭にアフィン変換する変換量を用いて第２破断面の三次元データがアフィン変換される。このとき得られる第２破断面についての歪み補正データは、三次元データを取得する方向から平面視した場合に第１破断面の三次元データとデータ点の座標がそれぞれ一致することになる。そのため、破断面検査方法によれば、第１破断面の三次元データと第２破断面の歪み補正データとをそれぞれのデータ点ごとに比較することができる。また、アフィン変換に係る変換量の算出、及び歪み補正データへのアフィン変換は、二次元座標においてのみ演算されるため、演算処理を高速化することが可能となる。従って、本発明の第５の態様に係る破断面検査方法によれば、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0019】

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、上記した本発明の第５の態様において、前記データ取得工程においては、前記二次元データ及び前記三次元データが同一の位置から同一の角度で取得される、破断面検査方法である。

【0020】

本発明の第６の態様に係る破断面検査方法によれば、各破断面の二次元データ及び三次元データが例えば同一の撮像装置により取得されることで、両者の撮像領域が必ず完全に一致することになり、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0021】

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、上記した本発明の第５又は６の態様において、前記三次元データから前記第１破断面の第１最小二乗平面及び前記第２破断面の第２最小二乗平面を算出する平面算出工程と、前記第１最小二乗平面を前記第２最小二乗平面に変換するときの補正量を算出する補正量算出工程と、を含み、前記比較工程においては、前記第１破断面の前記三次元データと前記補正量により補正された前記歪み補正データとを比較する、破断面検査方法である。

【0022】

本発明の第７の態様に係る破断面検査方法によれば、各破断面のそれぞれの最小二乗平面が算出され、両者の相対的な傾斜角に対応する補正量に基づいて、歪み補正データのそれぞれのデータ点がアフィン変換に対して垂直な方向に補正されるため、データ取得部に対して第１破断面と第２破断面との相対的な傾斜角が比較的大きい場合であっても、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0023】

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、上記した本発明の第５乃至７の態様において、前記第１破断面及び前記第２破断面の少なくとも一方の最小二乗平面に対する最小二乗誤差を所定の誤差閾値と比較する起伏判定工程を含む、破断面検査方法である。

【0024】

本発明の第８の態様に係る破断面検査方法によれば、各破断面の三次元データに基づいて各破断面と近似平面としての最小二乗平面との最小二乗誤差を算出することにより、各破断面の凹凸がＦＳ工法に適した十分な起伏を有しているか否かを判定することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明に係る破断面検査の対象となる部品の正面図及び分解図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置の全体構成図である。

【図3】第１破断面及び第２破断面が撮像装置に対して互いに異なる角度で撮像される状態を模式的に示す側面図である。

【図4】第１破断面及び第２破断面が撮像装置に対して互いに異なる距離で撮像される状態を模式的に示す側面図である。

【図5】本発明に係る破断面検査方法の手順を示すフローチャートである。

【図6】第１破断面及び第２破断面の二次元データの一例を表す模式図である。

【図7】第１破断面及び第２破断面の三次元データの一例を表す模式図である。

【図8】平面算出工程を示す模式図である。

【図9】第２破断面の歪み補正データを傾斜角に応じて補正する工程を示す模式図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る破断面検査装置の全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

【0028】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る破断面検査の対象となる部品の正面図及び分解図である。より具体的には、本実施形態における部品は、一般の車両用エンジンを構成する金属製部品としてのコネクティングロッド（以下、コンロッド１という）である。尚、本発明に係る破断面検査が適用される部品は、破断分割により生じる２つの破断面の噛み合わせ検査を要する部品であればよく、コンロッド１に限定されるものではない。

【0029】

本実施形態に係るコンロッド１は、図１(a)に示すように、ピストンピン孔２を有する小端部３と、クランクピン孔４を有する大端部５と、これら小端部３と大端部５とを連結するロッド６とを有している。また、大端部５は、図示しないクランクピンを挟み込めるよう、ロッド部Ｐ１と半円弧形のキャップ部Ｐ２とに分割される（ＦＳ工法：Fracture Splitting）。そして、コンロッド１は、ロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２とを連通するように形成された一対のボルト孔７にボルト８をそれぞれ挿入することにより、クランクピンをクランクピン孔４に挟み込んだ状態でロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２とが締結される。これにより、コンロッド１は、互いの破断面に生じた凹凸を位置決めに用いて安価に製造することができる。

【0030】

ここで、コンロッド１は、ロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２とを破断分割することにより、図１(ｂ)に示すように、一対の第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２が生じると共に、一対の第３破断面ＦＳ３及び第４破断面ＦＳ４が生じることになる。また、本実施形態においては、平面視した場合の各破断面の形状が略長方形であるものとし、第１破断面ＦＳ１及びこれに対応する第２破断面ＦＳ２のそれぞれの頂点をＡ～Ｄ、Ａ´～Ｄ´として説明する。尚、以下では、主に第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２について説明することとし、両者と同様の関係にある第３破断面ＦＳ３及び第４破断面ＦＳ４については詳細な説明を省略する。

【0031】

ところで、ＦＳ工法により形成されるコンロッド１は、ロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２とに破断するときに破断面の一部が欠損した場合には、両者の破断面を再結合させた結合面において空隙が生じて強度が低下する虞が生じる。そのため、コンロッド１は、各破断面の凹凸の三次元データに基づいて、欠損の有無等の破断面の状態に関する破断面検査を行う必要が生じる。

【0032】

図２は、本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置１０の全体構成図である。破断面検査装置１０は、ロッド部Ｐ１及びキャップ部Ｐ２からなる検査対象物Ｐの破断面における三次元データを取得して破断面検査を行う。ここで、本実施形態においては、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の三次元データを個別に取得するものとして説明するが、両者を同時に取得してもよく、更には第１破断面ＦＳ１～第４破断面ＦＳ４の三次元データを同時に取得してもよい。破断面検査装置１０は、データ取得部２０、照明装置３０、搬送装置４０、及び制御装置５０を備える。

【0033】

データ取得部２０は、検査対象物Ｐの第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２のそれぞれの二次元データ及び三次元データを取得する。より具体的には、本実施形態に係るデータ取得部２０は、例えばＣＣＤカメラからなる撮像装置２１、及びプロジェクタとしての投射装置２２を含む。そして、データ取得部２０は、各破断面の画像としての二次元データを取得すると共に、各破断面の三次元データを取得する。本実施形態に係る当該三次元データは、制御装置５０において、公知の位相シフト法により生成される。

【0034】

より具体的には、制御装置５０は、投射装置２２から検査対象物Ｐの破断面に対し正弦波状の光強度分布を有する光パターンを当該正弦波の位相を変化させながら投射し、撮像装置２１を介して当該破断面の複数の三次元データ生成用画像を取得する。そして、制御装置５０は、検査対象物Ｐに投射された光パターンが破断面の凹凸に伴い歪むことを利用して、複数の三次元データ生成用画像に基づいて、破断面における凹凸の三次元データを構成することができる。

【0035】

照明装置３０は、撮像装置２１によって検査対象物Ｐの二次元データを取得する場合の光源として用いられると共に、三次元データを取得する場合の補助光源として用いてもよい。尚、本実施形態においては、検査対象物Ｐの両側から照明光を投射しているが、照明装置３０の数及び配置は、条件に応じて適宜変更することができる。

【0036】

搬送装置４０は、例えばベルトコンベアからなり、破断面検査を行うための位置、すなわち本実施形態においては撮像装置２１の直下に検査対象物Ｐを搬送する。このとき、検査対象物Ｐは、破断面が撮像装置２１を向くように搬送装置４０上の台座部４０ａに固定されている。

【0037】

制御装置５０は、例えば予め記憶されたプログラムを実行可能な公知のマイコン制御回路又は汎用計算機からなり、データ取得部２０、照明装置３０、及び搬送装置４０に接続されることにより各接続先の制御及び信号送受を行いつつ、後述する破断面検査方法に係る手順を実行するなど、破断面検査装置１０の全体を統括制御する。また、制御装置５０は、データ処理に係る機能的なモジュールとして、輪郭抽出部５１、変換量算出部５２、歪み補正部５３、平面算出部５４、補正量算出部５５、比較部５６、及び起伏判定部５７を含む。各モジュールの働きについては後述する破断面検査方法と共に説明する。

【0038】

次に、破断面検査における課題について図３及び図４を用いて説明する。図３は、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２が撮像装置２１に対して互いに異なる角度で撮像される状態を模式的に示す側面図である。より具体的には、ロッド部Ｐ１の第１破断面ＦＳ１が撮像装置２１のレンズ面に対して略平行となる状態で撮像される場合が図３(ａ)で表され、キャップ部Ｐ２の第２破断面ＦＳ２が撮像装置２１のレンズ面に対して傾斜した状態で撮像される場合が図３(ｂ)で表されている。例えば、キャップ部Ｐ２が台座部４０ａに対して僅かに傾斜した状態で固定されている場合等に図３(ｂ)のような状態となり得る。尚、図３(ｂ)では、第２破断面ＦＳ２の傾斜角を大幅に強調して示している。また、図３及び図４においては、撮像装置２１が画角内を等角でサンプリングする概念を放射状の破線で示している。

【0039】

第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２のそれぞれが図３に示される状態で撮像された場合、各破断面の撮像画像におけるデータ数が異なるほか、仮に対応する点Ａ及び点Ａ´の位置座標を揃えるように平行移動させたとしても、対応する２つの破断面でデータ点の座標がずれて一致しなくなってしまい、対応する位置どうしの比較ができなくなってしまう。更に、ロッド部Ｐ１及びキャップ部Ｐ２は、破断分割の際に大端部５に対して破断面自体が傾斜して形成されることもあるため、台座部４０ａに固定される際の傾斜と相まって、両者の比較が一層困難になる。

【0040】

図４は、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２が撮像装置２１に対して互いに異なる距離で撮像される状態を模式的に示す側面図である。より具体的には、ロッド部Ｐ１の第１破断面ＦＳ１が撮像装置２１のレンズ面に対して相対的に近い状態で撮像される場合が図４(ａ)で表され、キャップ部Ｐ２の第２破断面ＦＳ２が撮像装置２１のレンズ面に対して相対的に遠い状態で撮像される場合が図４(ｂ)で表されている。例えば、ロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２との形状の違いに伴って台座部４０ａへの固定形態が異なる場合や、大端部５における破断位置が僅かにずれた場合等に図４(ｂ)のような状態となり得る。尚、図４では、撮像装置２１から第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２までのそれぞれの距離差を大幅に強調して示している。

【0041】

第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２のそれぞれが図４に示される状態で撮像された場合、各破断面の撮像画像におけるデータ数が異なるほか、仮に対応する点Ａ及び点Ａ´の位置座標を揃えるように平行移動させたとしても、対応する２つの破断面でデータ点の座標がずれて一致しなくなってしまい、やはり対応する位置どうしの比較ができなくなってしまう。

【0042】

続いて、破断面検査における上記課題を解決するための本発明の破断面検査方法について説明する。図５は、本発明に係る破断面検査方法の手順を示すフローチャートである。制御装置５０は、図５のフローチャートに示すプログラムを実行することにより、ロッド部Ｐ１及びキャップ部Ｐ２の破断面を検査する。

【0043】

破断面検査方法に係るプログラムがスタートすると、制御装置５０は、撮像装置２１の直下にロッド部Ｐ１を搬送するよう搬送装置４０を制御した上で、撮像装置２１を介して第１破断面ＦＳ１の二次元データを取得する（ステップＳ１）。すなわち、撮像装置２１は、ロッド部Ｐ１の第１破断面ＦＳ１を撮像する。

【0044】

続いて、制御装置５０は、搬送装置４０を停止させたまま、データ取得部２０を介して位相シフト法により複数の三次元データ生成用画像を取得すると共に、第１破断面ＦＳ１の三次元データを取得する（ステップＳ２）。尚、ステップＳ１及びステップＳ２における撮像装置２１及び第１破断面ＦＳ１の位置関係に変動はないため、両ステップで撮像された二次元データと三次元データとの撮像領域は全く同じものとなる。

【0045】

次に、制御装置５０は、撮像装置２１の直下にキャップ部Ｐ２を搬送するよう搬送装置４０を制御した上で、撮像装置２１を介して第２破断面ＦＳ２の二次元データを取得する（ステップＳ３）。すなわち、撮像装置２１は、キャップ部Ｐ２の第２破断面ＦＳ２を撮像する。

【0046】

また、制御装置５０は、搬送装置４０を停止させたまま、データ取得部２０を介して位相シフト法により複数の三次元データ生成用画像を取得すると共に、第２破断面ＦＳ２の三次元データを取得する（ステップＳ４）。尚、ステップＳ３及びステップＳ４における撮像装置２１及び第２破断面ＦＳ２の位置関係についても変動はないため、両ステップで撮像された二次元データと三次元データとの撮像領域は全く同じものとなる。

【0047】

ここで、本実施形態においては、二次元データ及び三次元データの取得を第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２に対して個別に行なっているが、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２のそれぞれに対して、データ取得部２０が二次元データ及び三次元データを同一の位置から同一の角度で取得する限り、ステップＳ１乃至ステップＳ４の順序は問わず、又は並行して同時に行なってもよい（データ取得工程）。

【0048】

各破断面の二次元データ及び三次元データが取得されると、制御装置５０の輪郭抽出部５１は、ロッド部Ｐ１及びキャップ部Ｐ２のそれぞれの二次元データにおいて、第１破断面ＦＳ１の第１輪郭及び第２破断面ＦＳ２の第２輪郭をそれぞれ抽出する（ステップＳ５、輪郭抽出工程）。輪郭抽出は、画像処理分野で一般的に使用されるエッジ検出等の手法を用いて行うことができる。

【0049】

図６は、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の二次元データの一例を表す模式図である。ここで、本実施形態においては、第１破断面ＦＳ１は、例えば図４(a)に示されるように撮像装置２１のレンズ面に対して略平行に配置されている場合には、図６においてIｍｇ(ＦＳ１)で示されるような第１破断面ＦＳ１の二次元データが取得される。この場合、輪郭抽出部５１は、ステップＳ５のタイミングにおいて、第１破断面ＦＳ１の二次元データIｍｇ(ＦＳ１)から長方形の第１輪郭ＡＢＣＤを抽出することになる。

【0050】

これに対し、第２破断面ＦＳ２は、例えば図３(ｂ)及び図４(ｂ)に示されるように撮像装置２１のレンズ面に対して傾斜し且つ相対的に遠くに配置され、更に画角中心からずれた状態で撮像される場合には、図６において第２破断面ＦＳ２の二次元データIｍｇ(ＦＳ２)で示されるような二次元データが取得される。この場合、輪郭抽出部５１は、ステップＳ５のタイミングにおいて、第２破断面ＦＳ２の二次元データIｍｇ(ＦＳ２)から台形の第２輪郭Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´を抽出することになる。尚、各破断面の輪郭は、撮像装置２１に対する傾斜角及び傾斜方向により他の形状にもなり得る。

【0051】

ここで、図６における第２破断面ＦＳ２の二次元データIｍｇ(ＦＳ２)には、破線によって第１破断面ＦＳ１の第１輪郭を重ねて示している。このように、第１輪郭と第２輪郭とが互いに異なる場合には、撮像装置２１のレンズ面に対して平行な平面（ＸＹ平面）上において、第１破断面ＦＳ１と第２破断面ＦＳ２との間で対応する位置座標どうしを単純に比較できないことになる。そのため、制御装置５０の変換量算出部５２は、抽出された第２輪郭を第１輪郭に一致させるようにアフィン変換し、そのときの変換量Ｘ(affine)を算出する（ステップＳ６、変換量算出工程）。

【0052】

次に、制御装置５０の歪み補正部５３は、二次元データに基づいて算出された変換量Ｘ(affine)を使用して、第２破断面ＦＳ２の三次元データをアフィン変換する（ステップＳ７、歪み補正工程）。図７は、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の三次元データの一例を表す模式図である。ここで、図７においては、データ取得工程において取得された第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の三次元データをそれぞれVol(ＦＳ１)、Vol(ＦＳ２)として示している。

【0053】

歪み補正工程においては、歪み補正部５３は、第２破断面ＦＳ２の三次元データVol(ＦＳ２)に対し、図中の矢印Ｔｘ、Ｔｙで示すようにＸＹ平面の軸方向に変換量Ｘ(affine)でアフィン変換することで、第２破断面ＦＳ２についての歪み補正データαVol(ＦＳ２)を算出する。このとき、歪み補正部５３は、歪み補正データαVol(ＦＳ２)におけるデータ点の座標位置が第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)の座標位置のそれぞれと一致するように補完処理によりデータ数を増加させている。補完処理については、画像処理分野で一般的に使用される線形補完等の手法を用いて行うことができる。

【0054】

ここで、撮像装置２１のレンズ面に対する第１破断面ＦＳ１と第２破断面ＦＳ２との相対的な傾斜角が無視できる程度に小さい場合には、第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)と第２破断面ＦＳ２の歪み補正データαVol(ＦＳ２)とを比較することにより破断面検査を行うことができる。一方、当該傾斜角が無視できない程度に大きい場合には、制御装置５０は、次に説明する平面算出工程により当該傾斜角の大きさを算出し、ＸＹ平面に垂直なＺ方向に対して歪み補正データαVol(ＦＳ２)を補正してもよい。

【0055】

図８は、平面算出工程を示す模式図である。制御装置５０の平面算出部５４は、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の三次元データの相対的な傾斜角を把握するため、第１破断面ＦＳ１を平面で近似する第１最小二乗平面Ｓls１と第２破断面ＦＳ２を平面で近似する第２最小二乗平面Ｓls２とを算出する（ステップＳ８、平面算出工程）。

【0056】

より具体的には、平面算出部５４は、第１破断面ＦＳ１の三次元データに対し、傾斜角を変数とする平面との最小二乗誤差を算出することにより、第１破断面ＦＳ１との二乗誤差が最小となる傾斜角の第１最小二乗平面Ｓls１を特定する。また、平面算出部５４は、第２破断面ＦＳ２の三次元データに対しても同様に、第２破断面ＦＳ２との二乗誤差が最小となる傾斜角の第２最小二乗平面Ｓls２を特定する。これにより平面算出部５４は、三次元データにおいてＸＹ平面に垂直な高さ情報（Ｚ方向）を揃えるため、第２最小二乗平面Ｓls２を第１最小二乗平面Ｓls１に変換するときの補正量Ｘ(angle)を算出する（ステップＳ９、補正量算出工程）。尚、最小二乗誤差の算出方法自体については公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、それぞれの最小二乗誤差のうち少なくとも一方は、後の工程においても使用する。

【0057】

図９は、第２破断面ＦＳ２の歪み補正データαVol(ＦＳ２)を傾斜角に応じて補正する工程を示す模式図である。ここでは、制御装置５０の歪み補正部５３は、第２破断面ＦＳ２の歪み補正データαVol(ＦＳ２)におけるそれぞれのデータ点を、補正量Ｘ(angle)に基づいて図中の矢印Ｔｚで示すようにＺ方向に補正することで、Ｚ方向に補正された歪み補正データβVol(ＦＳ２)を算出する（ステップＳ１０）。これにより、第２破断面ＦＳ２の凹凸は、第１破断面ＦＳ１に対する相対的な傾斜角が比較的大きい場合であっても、第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)と比較可能な歪み補正データβVol(ＦＳ２)として算出されることになる。

【0058】

そして、ステップＳ１０において歪み補正データβVol(ＦＳ２)が得られると、制御装置５０の比較部５６は、第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)と第２破断面ＦＳ２の歪み補正データβVol(ＦＳ２)とを対応する座標位置ごとに比較することにより、第１破断面ＦＳ１と第２破断面ＦＳ２との凹凸形状の対応関係を算出する。より具体的には、比較部５６は、第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)と歪み補正データβVol(ＦＳ２)との破断面どうしの差分値（欠損量）を算出し、当該差分値が予め任意に設定される所定の欠損閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１、比較工程）。ステップＳ１１において差分値が欠損閾値よりも小さいと判定されることにより（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ロッド部Ｐ１とキャップ部Ｐ２とを再結合させる場合の欠損量が十分に少ないことが確認できる。

【0059】

ところで、第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の欠損量が十分に少ない状態であっても、各破断面の凹凸が極めて小さく平坦度が高い場合には、各破断面の互いの凹凸を位置決めに用いるＦＳ工法の効果を十分に発揮できない可能性が生じる。そのため、制御装置５０は、上記の欠損評価に加え、各破断面に十分な凹凸が存在するか否かの起伏判定を行う。

【0060】

より具体的には、平面算出工程において算出された第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２の少なくとも一方の最小二乗誤差を破断面の凹凸の指標とすることができることから、制御装置５０の起伏判定部５７は、当該最小二乗誤差が予め任意に設定される所定の誤差閾値よりも大きい場合に、各破断面に十分な凹凸が存在しているものと判定することができる（ステップＳ１２、起伏判定工程）。これにより、制御装置５０は、各破断面における欠損評価に加え、各破断面の起伏が十分か否かを評価することができる。

【0061】

そして、制御装置５０は、各破断面の上記した欠損評価及び起伏評価が共に良好である場合に（ステップＳ１２でＹｅｓ）、検査対象物Ｐの各破断面が再結合に適した良好な状態であるとしてＯＫ判定を行い（ステップＳ１３）、破断面検査方法に係る一連のプログラムを終了する。

【0062】

一方、制御装置５０は、各破断面の上記した欠損評価及び起伏評価のいずれかが良好でない場合には（ステップＳ１１又はステップＳ１２でＮｏ）、検査対象物Ｐの各破断面が良好な状態でないとしてＮＧ判定を行い（ステップＳ１４）、破断面検査方法に係る一連のプログラムを終了する。尚、複数の検査対象物Ｐを連続的に検査する場合には、当該プログラムを連続的に実行してもよい。

【0063】

以上のように、本発明に係る破断面検査装置１０は、検査対象となる第１破断面ＦＳ１及び第２破断面ＦＳ２について、それぞれの二次元データIｍｇ(ＦＳ２)、Iｍｇ(ＦＳ１)に基づいて第１輪郭及び第２輪郭をそれぞれ算出すると共に、第２輪郭を第１輪郭にアフィン変換する変換量Ｘ(affine)を用いて第２破断面ＦＳ２の三次元データVol(ＦＳ２)をアフィン変換する。このとき得られる第２破断面についての歪み補正データαVol(ＦＳ２)は、三次元データを取得する方向から平面視した場合に第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)とデータ点の座標がそれぞれ一致することになる。そのため、破断面検査装置１０は、第１破断面ＦＳ１の三次元データVol(ＦＳ１)と第２破断面ＦＳ２の歪み補正データαVol(ＦＳ２)とをそれぞれのデータ点ごとに比較することができる。また、アフィン変換に係る変換量Ｘ(affine)の算出、及び歪み補正データαVol(ＦＳ２)へのアフィン変換は、二次元座標においてのみ演算されるため、演算処理を高速化することが可能となる。従って、本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置１０によれば、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0064】

また、本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置１０によれば、各破断面の二次元データ及び三次元データが同一の撮像装置２１により取得されることで、両者の撮像領域が必ず完全に一致することになり、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0065】

更に、本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置１０によれば、第１破断面ＦＳ１の第１最小二乗平面Ｓls１と第２破断面ＦＳ２の第２最小二乗平面Ｓls２とをそれぞれ算出し、両者の相対的な傾斜角に対応する補正量Ｘ(angle)に基づいて、歪み補正データαVol(ＦＳ２)のそれぞれのデータ点をアフィン変換に対して垂直な方向Ｔｚに補正することにより、データ取得部２０に対して第１破断面ＦＳ１と第２破断面ＦＳ２との相対的な傾斜角が比較的大きい場合であっても、より高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0066】

そして、本発明の第１実施形態に係る破断面検査装置１０によれば、各破断面の三次元データに基づいて各破断面と近似平面としての最小二乗平面との最小二乗誤差を算出することにより、各破断面の凹凸がＦＳ工法に適した十分な起伏を有しているか否かを判定することができる。

【0067】

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る破断面検査装置６０について説明する。第２実施形態に係る破断面検査装置６０は、上記した実施形態の破断面検査装置１０におけるデータ取得部２０の構成、及び検査対象物Ｐのデータ取得方法が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる部分について説明することとし、第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0068】

図１０は、本発明の第２実施形態に係る破断面検査装置６０の全体構成図である。破断面検査装置６０のデータ取得部２０は、検査対象物Ｐの斜め上方から破断面の２次元データを取得するよう配置される第１実施形態と同様の撮像装置２１、及び検査対象物Ｐの直上から破断面の三次元データを取得するための３Ｄ測定装置２３から構成されている。ここで、３Ｄ測定装置２３としては、例えばレーザを利用した公知の非接触表面測定機を採用することができる。

【0069】

すなわち、第２実施形態においては、各破断面の二次元データ及び三次元データが、撮像装置２１と３Ｄ測定装置２３とのそれぞれによって独立して取得される。このとき、撮像装置２１と３Ｄ測定装置２３とは、座標変換により測定領域の位置合わせができるよう、相対配置及び画角の相対角度が固定且つ既知に設定されている。

【0070】

そのため、第２実施形態に係る破断面検査装置６０は、各破断面の二次元データ及び三次元データを同一の位置から同一の角度で取得せずとも、図５に示す破断面検査方法の手順をそのまま適用することができる。従って、破断面検査装置６０は、第１実施形態と同様に、第２破断面ＦＳ２の三次元データVol(ＦＳ２)を変換量Ｘ(affine)で変換することにより歪み補正データαVol(ＦＳ２)を算出することができ、高速かつ高精度で部品の破断面を検査することができる。

【0071】

以上で、本発明に係る実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の第１実施形態では、コンロッド１の各破断面を平面視した場合の輪郭形状を長方形として例示したが、実際の当該輪郭形状はこれに限られず様々な形状を取り得る。また、上記の第１実施形態では、位相シフト法により三次元データを取得する方法を例示したが、二次元データ取得用の撮像装置２１により三次元データを取得することができれば、他の方法であってもよい。更に、上記の第１実施形態では、ロッド部Ｐ２の第２破断面ＦＳ２をキャップ部Ｐ１の第１破断面ＦＳ１に合わせるように変換する形態を例示したが、キャップ部Ｐ１の第１破断面ＦＳ１をロッド部Ｐ２の第２破断面ＦＳ２に合わせるように変換してもよい。そして、上記の第１実施形態では、図５に示す破断面検査方法において、ステップＳ７におけるアフィン変換の後にステップＳ１０における補正を行う形態を例示したが、変換量Ｘ(affine)と補正量Ｘ(angle)とを合成した新たな補正量により、第２破断面ＦＳ２の三次元データVol(ＦＳ２)から歪み補正データβVol(ＦＳ２)を算出してもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ コンロッド
１０、６０ 破断面検査装置
２０ データ取得部
５０ 制御装置
５１ 輪郭抽出部
５２ 変換量算出部
５３ 歪み補正部
５４ 平面算出部
５５ 補正量算出部
５６ 比較部
５７ 起伏判定部
Ｐ１ キャップ部
Ｐ２ ロッド部
ＦＳ１ 第１破断面
ＦＳ２ 第２破断面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】