JP2009020009A

JP2009020009A - 回転体のセンタリング方法及び装置

Info

Publication number: JP2009020009A
Application number: JP2007183256A
Authority: JP
Inventors: Yuya Ogawa; 祐哉小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】最終バランス修正のバラツキ低減が図れると共に、同じ用途の回転体であって似た種類の粗形材についてのセンタ位置算出をほぼ共通の機構を用いて行える回転体のセンタリング方法及び装置を提供する。
【解決手段】粗形材１の形状をデジタルデータにて３Ｄ形状データとして取得する非接触３Ｄ形状測定装置３を設けた。そして、その粗形材１の３Ｄ形状データから最終製品形状にて粗形材１の形状が残る部分を抽出し、抽出された部分から重心位置を演算し、最終製品形状における回転軸中心位置を算出する画像演算処理装置４を設け、これにより算出した位置に実際の粗形材１の回転軸中心位置を位置決めするセンタリング装置５を設けた。最終製品形状におけるバランス状態を粗形材１の状態で十分に把握でき、最終バランス修正のバラツキを最小限に抑えることができる構成とした。また、粗形材１を回転させないでセンタリングを可能とし、共通の設備でセンタリングを行う構成を容易にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体、特に回転中心から離れた位置に重量部分を有するクランクシャフト等の回転体のセンタリング方法及び装置に関するものである。

例えば自動車エンジンのクランクシャフトのような回転体においては、エンジン等の機械の特性、性能を高める上でその回転時の重量バランスを正確にとることは重要であり、したがって、その回転軸のセンタリングは重要である。
従来、この種のセンタリング技術としては特許文献１に記載のものがあった。
これは、クランクシャフト等の回転体の粗形材の寸法を測定するステップと、該測定値と真の値との差によるアンバランス量を打ち消すためのセンタ穴位置を決定するステップとを有して、仕上げ加工後のバランス取りに要する工数を減少させるというものである。

特開平９−１７４３８２号公報

しかしながら上記従来技術では、回転体のセンタリング工程において、鍛造や鋳造等による粗形材の段階でのアンバランスを、粗形材を回転させてその振動を測定することにより算出し、そのアンバランスを打ち消すようにセンタリングを行っているため、次のような問題を有していた。
１）センタリング加工後のバランス状態を粗形材の状態で十分に予測できず、加工後に除去してしまう粗形材部分も含めて評価するため、最終バランス修正のバラツキが大きくなった。また、最終工程におけるバランス修正分を見込んだ製品設計を行うことになり、特に回転体のシャフトのスリム化が難しかった。
２）振動測定のために粗形材を回転させるため、多種生産（加工）を行おうとする場合であって、共通の設備でセンタリングを行おうとしてもその構成が難しいかった。例えば、同じ用途の回転体（クランクシャフト）であっても粗形材の種類（Ｌ４エンジン用、Ｖ６エンジン用、Ｖ８エンジン用等）が異なると、共通の機構を用いたセンタリングを行うことは難しく、フレキシブルなセンタ位置算出工程（手段）を構成することが困難であった。
３）振動測定のために粗形材を高速で回転させるため、高速回転機構が必要となった。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、最終バランス修正のバラツキ低減が図れると共に、同じ用途の回転体であって似た種類の粗形材についてのセンタ位置算出をほぼ共通の機構を用いて行え、更に、振動測定のために高速で回転させる機構が不要となる回転体のセンタリング方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題は、回転体のセンタリング方法及び装置を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に各々対応する。

（１）粗形材の３次元形状データを取得する第１工程と、この第１工程により取得した３次元形状データから最終製品形状にて粗形材の形状が残る部分を抽出する第２工程と、この第２工程により抽出された部分から重心位置を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置を算出する第３工程と、この第３工程により算出された回転軸中心位置に前記粗形材の回転軸中心位置を位置決めする第４工程とを具備することを特徴とする回転体のセンタリング方法。
（２）粗形材の３次元形状データを取得する第１手段と、この第１手段により取得した３次元形状データから最終製品形状にて粗形材の形状が残る部分を抽出する第２手段と、この第２手段により抽出された部分から重心位置を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置を算出する第３手段と、この第３手段により算出された回転軸中心位置に前記粗形材の回転軸中心位置を位置決めする第４手段とを具備することを特徴とする回転体のセンタリング装置。

本発明によれば、最終バランス修正のバラツキ低減が図れると共に、同じ用途の回転体であって似た種類の粗形材についてのセンタ位置算出をほぼ共通の機構を用いて行え、更に、振動測定のために高速で回転させる機構が不要となる回転体のセンタリング方法及び装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明方法が適用された装置（回転体のセンタリング装置）の一実施形態を示す構成図である。
図中、１は、鍛造や鋳造等により得られたセンタリング前の回転体、つまり粗形材である。ここでは自動車エンジンのクランクシャフトの粗形材を示している。
本実施形態による回転体のセンタリング装置は、位置調整装置２、非接触３次元形状測定装置３、画像演算処理装置４及びセンタリング装置（位置調整制御装置）５を備えて構成されている。

ここで、位置調整装置２は、粗形材１を支持すると共にその粗形材１の回転軸位置を調整可能な装置である。
また、非接触３次元形状測定装置３は、位置調整装置２で支持された粗形材１の３次元（以下、３Ｄと記す。）形状をカメラ、レーザ光等を用いて非接触で測定し、デジタルデータで保持あるいは出力する装置（所謂、非接触３Ｄデジタイザ）である。

画像演算処理装置４は、非接触３Ｄ形状測定装置３で測定して得られた３Ｄ形状をソリッドモデル化する装置である。
またこの画像演算処理装置４は、本実施形態では上記３Ｄ形状のソリッドモデルから、最終製品形状にて粗形材１の形状が残る部分を抽出する機能、及びその抽出した粗形材部分（ソリッドモデル上の部分）によりバランスシミュレーションをする機能も有する。
更にこの画像演算処理装置４は、上記バランスシミュレーションをする機能を用いて重心位置（回転時の重量バランス位置）を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置（センタ位置）を算出する機能も有する。ここで算出された回転軸中心位置は、いうまでもなく最終製品形状における回転時の重量アンバランスが最小となるようにされた位置である。
上記３Ｄ形状のソリッドモデルから抽出された、最終製品形状にて粗形材１の形状が残る部分（完成品形状での粗形材部分）の一例を図２に示す。ここでは、クランクシャフトのアーム部・バランスウェイト部が示されている。
この図２に示す抽出画像２１を含め、画像演算処理装置４における演算、処理等の結果、例えば数値や画像は、画像演算処理装置４に付設されたディスプレイ４ａに表示される。
なお画像演算処理装置４は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、非接触３Ｄ形状測定装置３で測定して得られた３Ｄ形状をソリッドモデル化する機能を含め、上記各機能は内部に格納されたプログラムの実行により作動される。

センタリング装置５は、画像演算処理装置４により算出された最終製品形状における回転軸中心位置（センタ位置）データを受けて上記位置調整装置２を制御し、上記の算出された回転軸中心位置に実際の粗形材１の回転軸中心位置を位置決め、つまりセンタリングする装置（位置調整制御装置）である。

次に、上述実施形態による回転体、ここでは粗形材１のセンタリング手順について、図３のフローチャートを併用して説明する。
図３に示すように、ステップ３０１では、位置調整装置２で支持された粗形材１の３Ｄ形状を非接触３Ｄ形状測定装置３によって非接触で測定する。
本実施形態では、粗形材１にレーザ光を照射してその反射光を検出し、三角測量法の原理により距離計測して粗形材１の３Ｄ形状を測定するタイプの非接触３Ｄ形状測定装置３が用いられている。したがって、粗形材１の３Ｄ形状測定は、基本的には上記レーザ光が粗形材１の測定すべき部分の全てに亘って照射され、かつその反射光を検出できれば（死角が生じないようにレーザ光の照射、検出が可能ならば）、どの箇所からどの方向に向けてレーザ光を照射（走査）するようにしてもよい。

ステップ３０２では、ステップ３０１で得られた粗形材１の３Ｄ形状をデジタルデータにて受けた画像演算処理装置４がソリッドモデル化する。
更にこの画像演算処理装置４は、上記３Ｄ形状のソリッドモデルから、最終製品形状にて粗形材１の形状が残る部分（図２参照）を抽出し、その抽出した粗形材部分（ソリッドモデル上の部分）によりバランスシミュレーションをする（ステップ３０３、３０４参照）。
画像演算処理装置４は、バランスシミュレーションを終えると、その結果に基づいて重心位置（回転時の重量バランス位置）を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置を算出する（ステップ３０５参照）。
ここで算出された回転軸中心位置は、最終製品形状における回転時の重量アンバランスが最小となるようにされた位置である。
また、ステップ３０４、３０５における演算、算出は、図２に示す抽出画像２１、すなわち、ステップ３０２で得られたソリッドモデルからステップ３０３で抽出した粗形材部分を用いて行われる。

ステップ３０６では、センタリング装置５が、画像演算処理装置４により算出された最終製品形状における回転軸中心位置（センタ位置）データを受けて位置調整装置２を制御する。これにより、上記の算出された回転軸中心位置に実際の粗形材１の回転軸中心位置が位置決め（センタリング）され、本実施形態による回転体、ここでは粗形材１のセンタリングを終了する。

上述した実施形態によれば、粗形材１の３Ｄ形状データを取得し、その３Ｄ形状データから最終製品形状にて粗形材１の形状が残る部分を抽出し、抽出された部分から重心位置を演算し、最終製品形状における回転軸中心位置を算出して、その位置に実際の粗形材１の回転軸中心位置を位置決めするようにしたので、以下のような効果を発揮できる。
１）センタリング後のバランス状態（最終製品形状におけるバランス状態）を粗形材１の状態で十分に把握でき、最終バランス修正のバラツキを最小限に抑えることができ、粗形材１の取り代の低減、回転体のシャフトのスリム化が可能となる。
２）粗形材１を回転させる必要がなくなり、共通の設備でセンタリングを行う構成が容易となる。したがって、例えば同じ用途の回転体（クランクシャフト）であって粗形材１の種類（Ｌ４エンジン用、Ｖ６エンジン用、Ｖ８エンジン用等）が異なる場合において、共通の機構を用いてそれらのセンタリングを行うことが簡単になる。すなわち、フレキシブルなセンタリング工程（手段）を容易に構成できるようになる。
３）粗形材１を高速回転させる必要がないので、高速回転機構が不要になる。

本発明方法が適用された装置（回転体のセンタリング装置）の一実施形態を示す構成図である。３Ｄ形状のソリッドモデルから抽出された、最終製品形状にて粗形材の形状が残る部分の一例を示す図である。本発明方法における粗形材のセンタリング手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１：粗形材、２：位置調整装置、３：非接触３Ｄ形状測定装置（第１手段）、４：画像演算処理装置（第２手段、第３手段）、５：センタリング装置（第４手段）。

Claims

粗形材の３次元形状データを取得する第１工程と、この第１工程により取得した３次元形状データから最終製品形状にて粗形材の形状が残る部分を抽出する第２工程と、この第２工程により抽出された部分から重心位置を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置を算出する第３工程と、この第３工程により算出された回転軸中心位置に前記粗形材の回転軸中心位置を位置決めする第４工程とを具備することを特徴とする回転体のセンタリング方法。
粗形材の３次元形状データを取得する第１手段と、この第１手段により取得した３次元形状データから最終製品形状にて粗形材の形状が残る部分を抽出する第２手段と、この第２手段により抽出された部分から重心位置を演算し、この演算結果から最終製品形状における回転軸中心位置を算出する第３手段と、この第３手段により算出された回転軸中心位置に前記粗形材の回転軸中心位置を位置決めする第４手段とを具備することを特徴とする回転体のセンタリング装置。