正反射光を用いた非接触方式によるオンマシン金型形状計測システムの開発

自動車ボディ等の自由曲面形状を有するプレス部品の成形工程において、異物混入等による金型の突発的変形や局部的な金型磨耗により成形不良を生じることがある。金型の形状変化に起因する成形不良を早期発見し、不良品発生の拡大を防ぐと共に不良原因を究明するためは、加工サイクル中の金型曲面の形状変化を素早く検出する必要がある。しかるに、金型に代表される金属光沢の曲面形状を非接触かつ短時間に計測することは難しく、自動車関連メーカーから実用的な計測方法の研究開発が要望されている。本研究では、上記課題を解決するために、加工サイクル中の金型をオンマシンで短時間に計測可能な新しい計測方法を開発する。 本提案システムは、液晶プロジェクタにより金型表面に縞パターンを投影し、投影された縞パターンをカメラで撮影し、空間コード化法により短時間に非接触3次元形状計測を実現するものである。縞パターンを投影された任意形状の測定面を撮影するためには、測定面は拡散反射面でなければならない。しかし、プレス金型には部分的に被加工材と高い圧力で接触しながら相対移動する箇所が存在し、この部分は磨耗により鏡面に近い状態となっているため、直接撮影することが困難である。この場合の対策として、測定面に白色粉末を塗布し拡散反射の状態にする前処理が考えられる。しかし、クリーンな環境を要求される製造工程では、微粉末を塗布することは好ましくない。また、塗布作業に時間がかかることや精度低下の問題も生ずる。 本研究では、白色粉末を塗布せず鏡面を計測するために、カメラを正反射状態となるよう配置し正反射光により測定する手法を提案する。通常の撮影条件で鏡面状態でない金型の大部分を計測した後、鏡面状態の部分を正反射状態となるよう配置された複数台のカメラにより撮影し、3次元データに変換した後合成する。なお、必要なカメラの台数と配置位置は、鏡面状態となる部分が予め予測可能であるため、光線追跡シミュレーションにより算出しておく。

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