JP5085387B2 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体の形状精度を検査する検査方法及び検査装置に関する。

自動車のＡＢＳ（アンチスキッド・ブレーキ・システム）のハウジング等は、アルミニウム合金鋳塊を押出加工した後、所定の寸法に切断して押出材半製品を得、これを必要に応じて鍛造した後、切削加工を行って最終製品に仕上げる。ＡＢＳのハウジング等は高い表面精度が要求されるため、押出材半製品の段階で押出材切断面を検査し、所定の形状精度を満たさないものは不良品として排除される。

形状精度を検査する方法として、従来から接触式計測方法が使用されている。これは切断面に接触式のセンサを走査させて切断面上のポイント毎の３次元位置を測定し、切断長さ、両切断端面の平行度、及び各切断端面の押出方向に対する垂直度等の形状精度を検査する方法である。しかし、接触式計測方法は、被検査体の表面上の測定点毎にセンサを走査させて位置を測定するため測定に時間がかかる。従って、生産工程で検査による時間ロスを生じさせないため、すなわち生産性を損なわないため、全数検査ではなくサンプリング検査が行われているが、不良品の検査としては十分でない。
一方、レーザ変位計を用いた非接触式計測方法も知られているが（特許文献１〜３参照）、前記のような形状精度を知るには、いずれにしても被検査体自体をレーザ変位計の前で移動させるかレーザ変位系を走査させる必要があり、測定に時間がかかる点は同様である。

特許第２５１９３７５号公報 特開平５−９９６３６号公報 特開平８−２３３３５４７号公報

本発明は、アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体の形状精度を検査する場合における前期従来技術の問題点にかんがみてなされたもので、ごく短時間で被検査体の形状精度を検査できるようにすることを目的とする。

本発明は、アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体の形状精度を検査する検査方法において、所定間隔を開けてそれぞれ対向配置したＮ（Ｎ：２以上の整数）組のレーザ変位計の間に、前記被検査体を押出方向が前記レーザ変位計のレーザビームの照射光軸に平行に向くように位置決めし、各レーザ変位計から前記被検査体の両切断端面にレーザビームを照射し、各レーザ変位計の検出信号に基づき、前記被検査体について各測定ポイント毎に予め標準試料に対して設定された基準位置からの変位を求め、この変位に基づいて前記被検査体の形状精度を検査することを特徴とする。この形状精度には、具体的には切断長さ、両切断端面の平行度、各切断端面の押出方向に対する直角度が含まれる。また、アルミニウム押出材には純アルミニウム及びアルミニウム合金が含まれる。

本発明において、標準試料とは、長さ方向（被検査体の押出方向に相当）両端の端面（被検査体の切断端面に相当）が長さ方向に対し正確に垂直で、両端面間の長さが被検査体の目標値と正確に一致する試料である。被検査体の形状精度の検査に先立ち、各レーザ変位計のキャリブレーション（前記基準位置の設定）が行われる。
キャリブレーションでは、所定間隔を置いて対向配置されたＮ組のレーザ変位計の間に、標準試料を長さ方向が照射ビームに対し平行になるように位置決めし、レーザビームを照射して標準試料の両端面までの距離を測定し、この位置を各測定ポイントにおける基準位置（ゼロ点）として設定する。なお、標準試料の代わりに、両端の端面が長さ方向に対し正確に垂直で、両端面間の長さが標準試料とは異なるが既知の他の試料を用いて、標準試料に対応する基準位置を設定（補正が必要）することもできる。

次に被検査体を押出方向を照射ビームの光軸に平行になるように位置決めし、前記各レーザ変位計からレーザビームを照射して、前記被検査体の両切断端面の各測定ポイント毎に、各基準位置（ゼロ点）からの変位を測定する。
図１（ａ）に示すように、標準試料１の長さをＬ_０、対向配置されたレーザ変位計２，３から標準試料１の端面までの距離をα_０，β_０、レーザ変位計２，３間の距離をＷとしたとき、次式が成立する。
Ｗ＝Ｌ_０＋（α_０＋β_０）・・・（１）
次に図１（ｂ）に示すように、被検査体４の長さをＬ、被検査体４の端面までの距離をα，βとしたとき、次式が成立する。
Ｗ＝Ｌ＋（α＋β）・・・（２）
（１）、（２）式より、次式が成立する。
Ｌ＝Ｌ_０−｛（α−α_０）＋（β−β_０）｝・・・（３）

（α−α_０）と（β−β_０）は、それぞれ標準試料に対して設定された基準位置からの変位であるから、これをそれぞれΔα，Δβとすると、次式のようになる。
Ｌ＝Ｌ_０−（Δα＋Δβ）・・・（４）
このように、標準試料に対して設定された基準位置からの変位Δα，Δβに基づいて、被検査体４の押出方向に沿った長さ（切断長さ）を算出することができる。本発明では被検査体４の両切断端面にＮ組の測定ポイントが設定されるから、被検査体４の断面のＮ組の測定ポイントにおいて切断長さを算出することになる。なお、切断長さを求める場合、対向配置されたレーザ変位計は、照射光軸をなるべく正確に一直線上に置くようにすることが望ましい。続いて算出した切断長さＬを基準値Ｌ_０と比較し、当該被検査体４の切断長さＬが予め設定した公差範囲内であるかどうかを判定する。

前記切断端面が矩形（押出断面が矩形）の場合、Ｎ≧４とされ、それぞれの測定ポイントとして少なくとも各切断端面の４つの隅部が設定されることが望ましい。この場合、切断長さだけでなく、前記変位に基づいて、被検査体の両切断端面の平行度、及び／又は被検査体の各切断端面の押出方向に対する直角度を合わせて求めることができる。
両切断端面の平行度については、対向配置されたレーザ変位計に対応するＮ組の測定ポイント毎に、前記変位に基づいて前記被検査体の切断長さを求め、その最大値Ｌmaxと最小値ＬminからΔＬ＝Ｌmax−Ｌminを両切断端面の平行度として算出する。必要に応じてΔＬが公差範囲内（平行度の基準値は０）であるかどうかを判定する。
各切断端面の押出方向に対する直角度については、各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち一方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記一方の組の対辺の他方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＹ方向直角度として求め、このＹ方向直角度が公差範囲内（Ｙ方向直角度の基準値はゼロ）であるかどうかを判定する。同時に、各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち他方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記他方の組の対辺の他方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＺ方向直角度として求め、このＺ方向直角度が公差範囲内（Ｚ方向直角度の基準値はゼロ）であるかどうかを判定することもできる。Ｙ方向及びＺ方向は互いに垂直で、かついずれも被検査体の押出方向に垂直である。
なお、切断長さを求めるのでなければ、対向配置されたレーザ変位計は、必ずしも照射光軸を一直線上に置く必要はない。

本発明に係る検査装置は、上記検査方法を実施可能な装置であり、前記被検査体の両切断端面にレーザビームを照射できるように所定間隔を開けてそれぞれ対向配置されたＮ（Ｎ：２以上の整数）組のレーザ変位計と、対向配置されたレーザ変位計の間で前記被検査体を載せる定盤と、前記被検査体の側面を当接させて押出方向が前記レーザ変位計のレーザビームの照射光軸に平行になるように前記被検査体を位置決めする位置決め部材と、定盤上に載せた被検査体を位置決めのため位置決め部材に当接させる当接部材と、各レーザ変位計の検出信号に基づき、前記被検査体について各測定ポイント毎に予め標準試料に対して設定された基準位置からの変位を求め、この変位に基づいて前記被検査体の形状精度を検査する制御装置を備える。

本発明によれば、対向配置した複数組のレーザ変位計により、アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体における複数箇所の切断長さ、両切断端面の平行度、各切断端面の押出方向に対する直角度などの３次元的形状を正確に測定し、その形状精度を基準値と比較して公差範囲内かどうかを判定し、しかもこれをごく短時間に行うことができる。
検査工程が短時間で行えることから、例えば全数検査しても生産性が特に阻害されるようなこともなく、また、必要に応じて、検査結果に基づいて被検査体の良否判定を行い、直ちに良品と不良品を仕分けることもできるから、切断工程と検査工程、さらには鍛造、切削等の製品製造工程をインライン化することも可能となる。

以下、図２〜６に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
図２は、断面矩形のアルミニウム合金押出材を押出方向に垂直に所定長さに切断した被検査体の形状精度を検査する方法及び装置を説明するもので、４組（計８個）のレーザ変位計Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２，Ｄ１−Ｄ２が，被検査体４の長さより所定間隔長い距離を置いて対向配置され、対向配置された（同じ組の）レーザ変位計（例えばＡ１とＡ２）はいずれもレーザビームの照射光軸がそれぞれ一直線上になるように設定されている。また、各レーザ変位計の測定ポイントａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、位置決めされた被検査体４の切断端面の各隅部に位置し、かつ各切断端面の測定ポイントａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１、及びａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２を仮に線分でつなぐと矩形となるように位置設定されている。

図３〜図５に示すように、対向配置されたレーザ変位計Ａ１〜Ｄ１とレーザ変位計Ａ２〜Ｄ２の間に、被検査体４を載置する水平面を有する定盤５が配置され、その一端に前記レーザ変位計Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２の照射光軸に平行な位置決め面を有する位置決め部材６が設置され、その反対側に位置決め部材６に向けて進退する当接部材（プッシャー）７が設置されている。この当接部材７は、前進して被検査体４を押し、被検査体４の側面を位置決め部材６に当接させて、被検査体４の押出方向がレーザビームの照射光軸と平行になるように位置決めする機能を有する。レーザ変位計Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２はいずれも先に述べたように予め標準試料を用いてキャリブレーションされ、各々基準位置（ゼロ点）が設定されている。

図示しない手段により定盤５上に被検査体４が載置されると、当接部材７が前進して被検査体４の側面を位置決め部材６の位置決め面に当接させ、ここでレーザ変位計Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２から両切断端面４ａ，４ｂにレーザビームが照射され、検出信号が制御装置８（図２参照）に送られ、その検出信号に基づき、各測定ポイントａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２毎に前記基準位置からの変位が求められ、さらにこの変位に基づいて被検査体４の形状精度が算出及び検査され、続いて当接部材７が後退し、図示しない手段により被検査体４が定盤５上から排出される。なお、図３〜５において９はレーザ変位計Ａ１〜Ｄ１及びレーザ変位計Ａ２〜Ｄ２を設置した共通のフレームである。

前記制御装置８による一連の制御手順の例について、図６のフローチャート及び図２を参照して説明する。
被検査体４の位置決め後、ステップ１において、レーザ変位計Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２から両切断端面４ａ，４ｂにレーザビームを照射し、それぞれの検出信号に基づき、各測定ポイントａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２毎に基準位置からの変位（それぞれΔａ１，Δａ２，Δｂ１，Δｂ２，Δｃ１，Δｃ２，Δｄ１，Δｄ２とする）を求める。ステップ２において、対向配置されたレーザ変位計に対応する４組の測定ポイント（ａ１とａ２，ｂ１とｂ２，ｃ１とｃ２，ｄ１とｄ２）毎に、求めた変位（Δａ１とΔａ２，Δｂ１とΔｂ２，Δｃ１とΔｃ２，Δｄ１とΔｄ２）から切断長さを算出する。切断長さは４つ算出される。

ステップ３において、算出した切断長さを基準長さと比較し、切断長さが予め設定した公差範囲内かどうかを判定する。ＮＯと判定したとき、ステップ１０においてこの被検査体を不良品と判定し、ステップ１１において排出指令を出し、製品製造工程に供給することなくライン外に排出する。なお、ステップ３における判定の仕方として、例えば算出した４つの切断長さ毎に基準長さと比較し、あるいは４つの切断長さの平均値をとって基準長さと比較するなど、具体的な比較の仕方は適宜設定できる。
ステップ３においてＹＥＳのとき、ステップ４において、算出した切断長さに基づいて両切断端面の平行度を算出する。具体的には、切断長さの最大値Ｌmaxと最小値ＬminからΔＬ＝Ｌmax−Ｌminを両切断端面の平行度として算出する。ステップ５において、算出した平行度ΔＬが予め設定した公差範囲内であるかどうかを判定する。ＮＯと判定したとき、ステップ１０においてこの被検査体を不良品と判定し、ステップ１１において排出指令を出し、製品製造工程に供給することなくライン外に排出する。

ステップ５においてＹＥＳのとき、ステップ６において、各切断端面４ａ，４ｂのＹ方向直角度を算出する。なお、図２の例では、Ｙ方向は、被検査体４の押出方向（Ｘ方向）に対し垂直、かつ押出方向に平行な２組の対面（４ｃと４ｄ、４ｅと４ｆ）のうち一方の組の対面（４ｅと４ｆ）に平行な方向とされ、Ｚ方向は、被検査体４の押出方向（Ｘ方向）に対し垂直、かつ押出方向に平行な２組の対面（４ｃと４ｄ、４ｅと４ｆ）のうち他方の組の対面（４ｃと４ｄ）に平行な方向とされ、Ｙ方向とＺ方向は垂直である。
切断端面４ａのＹ方向直角度は、切断端面４ａに設定された４つの測定ポイントａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１のうち、切断端面４ａのＹ方向に向く１組の対辺４ａｃ，４ａｄの一方の辺４ａｃの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントａ１，ｃ１で測定された変位Δａ１，Δｃ１の差（変位差＝｜Δａ１−Δｃ１｜）を算出し、他方の辺４ａｄの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントｂ１，ｄ１で測定された変位Δｂ１，Δｄ１の差（変位差＝｜Δｂ１−Δｄ１｜）を算出し、２つの変位差を比較していずれか大きい方として求められる。一方、切断端面４ｂのＹ方向直角度は、切断端面４ｂに設定された４つの測定ポイントａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２のうち、切断端面のＹ方向に向く１組の対辺４ｂｃ，４ｂｄの一方の辺４ｂｃの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントａ２，ｃ２で測定された変位Δａ２，Δｃ２の差（変位差＝｜Δａ２−Δｃ２｜）を算出し、他方の辺４ｂｄの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントｂ２，ｄ２で測定された変位Δｂ２，Δｄ２の差（変位差＝｜Δｂ２−Δｄ２｜）を算出し、２つの変位差を比較していずれか大きい方として求められる。

ステップ７において、算出した各切断端面４ａ，４ｂのＹ方向直角度がそれぞれ予め設定した公差範囲内であるかどうかを判定する。ＮＯと判定したとき、ステップ１０においてこの被検査体を不良品と判定し、ステップ１１において排出指令を出し、製品製造工程に供給することなくライン外に排出する。
ステップ７においてＹＥＳのとき、ステップ８において、各切断端面４ａ，４ｂのＺ方向直角度を算出する。切断端面４ａのＺ方向直角度は、切断端面４ａに設定された４つの測定ポイントａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１のうち、切断端面のＺ方向に向く１組の対辺４ａａ，４ａｂの一方の辺４ａａの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントａ１，ｂ１で測定された変位Δａ１，Δｂ１の差（変位差＝｜Δａ１−Δｂ１｜）を算出し、他方の辺４ａｂの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントｃ１，ｄ１で測定された変位Δｃ１，Δｄ１の差（変位差＝｜Δｃ１−Δｄ１｜）を算出し、２つの変位差を比較していずれか大きい方として求められる。一方、切断端面４ｂのＺ方向直角度は、切断端面４ｂに設定された４つの測定ポイントａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２のうち、切断端面４ｂのＺ方向に向く１組の対辺４ｂａ，４ｂｂの一方の辺４ｂａの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントａ２，ｂ２で測定された変位Δａ２，Δｂ２の差（変位差＝｜Δａ２−Δｂ２｜）を算出し、他方の辺４ｂｂの両側の隅部に設定された２つの測定ポイントｃ２，ｄ２で測定された変位Δｃ２，Δｄ２の差（変位差＝｜Δｃ２−Δｄ２｜）を算出し、２つの変位差を比較していずれか大きい方として求められる。

ステップ９において、算出した各切断端面４ａ，４ｂのＺ方向直角度がそれぞれ予め設定した公差範囲内であるかどうかを判定する。ＮＯと判定したとき、ステップ１０においてこの被検査体を不良品と判定し、ステップ１１において排出指令を出し、製品製造工程に供給することなくライン外に排出する。
ステップ９においてＹＥＳと判定したとき、この被検査体４はステップ１２において良品と判定し、ステップ１３において製品製造工程に供給する。
なお、各被検査物毎にスタートからエンドまでの制御が行われる。また、この検査方法では、切断長さ、両切断端面の平行度、各切断端面のＹ方向垂直度及びＺ方向垂直度の全てについて形状精度を算出し、その３次元的形状精度が予め設定した公差の範囲内かどうかを判定したが、これらの一部のみについて算出及び判定することもできる。

被検査物の切断端面の基準位置からの変位の意味について説明する図である。 本発明に係る検査装置の構成を示す斜視図である。 その平面図である。 同じく側面断面図である。 同じく正面断面図である。 本発明に係る検査方法における処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 標準試料
２，３ レーザ変位計
４ 被検査体
５ 定盤
６ 位置決め部材
７ 当接部材（プッシャー）
８ 制御装置
Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２ レーザ変位計
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２ 測定ポイント

Claims (11)

1. アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体の形状精度を検査する検査方法において、所定間隔を開けてそれぞれ対向配置したＮ（Ｎ：２以上の整数）組のレーザ変位計の間に、前記被検査体を押出方向が前記レーザ変位計のレーザビームの照射光軸に平行に向くように位置決めし、各レーザ変位計から前記被検査体の両切断端面にレーザビームを照射し、各レーザ変位計の検出信号に基づき、前記被検査体について各測定ポイント毎に予め標準試料に対して設定された基準位置からの変位を求め、対向配置されたレーザ変位計に対応するＮ組の測定ポイント毎に、前記変位に基づいて前記被検査体の切断長さを算出し、切断長さの基準値と比較して公差範囲内であるかどうかを判定することを特徴とする検査方法。
2. 前記被検査体を、前記レーザビームの照射光軸に平行に設置した定盤の面上に置き、次いで前記被検査体の側面を位置決め部材に当接させて位置決めすることを特徴とする請求項１に記載された検査方法。
3. 前記切断端面が矩形であり、Ｎ≧４であり、それぞれの測定ポイントとして少なくとも各切断端面の４つの隅部近傍が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された検査方法。
4. 対向配置されたレーザ変位計に対応するＮ組の測定ポイント毎に、前記変位に基づいて前記被検査体の切断長さを求め、その最大値Ｌmaxと最小値ＬminからΔＬ＝Ｌmax−Ｌminを両切断端面の平行度として算出し、このΔＬが平行度の公差範囲内であるかどうかを判定することを特徴とする請求項３に記載された検査方法。
5. 各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち一方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記一方の組の対辺の他方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＹ方向直角度として求め、このＹ方向直角度が公差範囲内であるかどうかを判定することを特徴とする請求項３又は４に記載された検査方法。
6. 各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち他方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記他方の組の対辺の他方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＺ方向直角度として求め、このＺ方向直角度が公差範囲内であるかどうかを判定することを特徴とする請求項５に記載された検査方法。
7. アルミニウム押出材を押出方向に対し垂直に切断して得られた被検査体の形状精度を検査する検査装置において、前記被検査体の両切断端面にレーザビームを照射できるように所定間隔を開けてそれぞれ対向配置されたＮ（Ｎ：２以上の整数）組のレーザ変位計と、対向配置されたレーザ変位計の間で前記被検査体を載せる定盤と、前記被検査体の側面を当接させて押出方向が前記レーザ変位計のレーザビームの照射光軸に平行になるように前記被検査体を位置決めする位置決め部材と、定盤上に載せた被検査体を位置決めのため位置決め部材に当接させる当接部材と、各レーザ変位計の検出信号に基づき、前記被検査体について各測定ポイント毎に予め標準試料に対して設定された基準位置からの変位を求め、対向配置されたレーザ変位計に対応するＮ組の測定ポイント毎に、前記変位に基づいて前記被検査体の切断長さを算出し、切断長さの基準値と比較して公差範囲内であるかどうかを判定する制御装置を備えることを特徴とする検査装置。
8. 前記被検査体の切断端面が矩形であり、Ｎ≧４であり、それぞれの測定ポイントとして少なくとも各切断端面の４つの隅部が設定されていることを特徴とする請求項７に記載された検査装置。
9. 前記制御装置が、対向配置されたレーザ変位計に対応するＮ組の測定ポイント毎に、前記変位に基づいて前記被検査体の切断長さを求め、その最大値Ｌmaxと最小値ＬminからΔＬ＝Ｌmax−Ｌminを両切断端面の平行度として算出し、このΔＬが平行度の公差範囲内であるかどうかを判定するものであることを特徴とする請求項８に記載された検査装置。
10. 前記制御装置が、各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち一方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記一方の組の対辺の他方の辺の両側に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＹ方向直角度として求め、このＹ方向直角度が公差範囲内であるかどうかを判定するものであることを特徴とする請求項８又は９に記載された検査装置。
11. 前記制御装置が、各切断端面の隅部に設定された４つの測定ポイントのうち、各切断端面の２組の対辺のうち他方の組の対辺の一方の辺の両側の隅部に設定された２つの測定ポイントの変位差と、前記他方の組の対辺の他方の辺の両側に設定された２つの測定ポイントの変位差を算出して、いずれか大きい方を被検査体の各切断端面の押出方向に対するＺ方向直角度として求め、このＺ方向直角度が公差範囲内であるかどうかを判定するものであることを特徴とする請求項１０に記載された検査装置。

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