CN105659060B - 轴向力测量方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种轴向力测量方法，该方法包括：计算位于以头部(11)的重心位置(C)为中心的最小圆(K10)内部的像素的高度的平均值作为最小点的步骤；基于像素的像素值从像素中提取具有相对大的高度的像素并且计算所提取的像素的高度的平均值作为最大点的步骤；基于最小点与最大点之间的差计算头部(11)的位移量的步骤；以及通过将头部(11)的位移量代入到轴向力与头部(11)的位移量的关系表达式中计算轴向力的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及用于对被紧固到要被紧固对象的螺栓的轴向力进行测量的轴向力测量方法。
背景技术
例如，对被紧固到要被紧固对象的螺栓的轴向力进行测量以验证螺栓的紧固状态。轴向力与螺栓头部的位移量(即，紧固前状态与紧固后状态之间头部的凹进量的差)之间存在相关性。因此，通常通过预先获取轴向力与头部的位移量之间的相关性、当实际上测量轴向力时测量头部的位移量以及然后基于相关性测量轴向力来测量轴向力。
在“A Measurement Method of Bolt Loads Based on Deformation of a TopSurface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中，基于头部的中心(重心)的位移量与两端的位移量之间的差测量头部的表面形状以及测量头部的位移量。在“A Measurement Method of Bolt LoadsBased on Deformation of a Top Surface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society of MechanicalEngineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中，通过六阶多项式对头部的表面形状的测量结果进行近似，并且根据近似结果计算头部的位移量以抑制在对由表面粗糙度造成的不规则而导致的头部的位移量的计算中的误差。
然而，在这种情况下，对两端处的位移量的测量结果不能进行准确地近似，即，通过近似获得的端部不准确，不是不太可能。因此，采用在“A Measurement Method of BoltLoads Based on Deformation of a Top Surface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society of MechanicalEngineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中所公开的技术，不能准确地测量头部的位移量。因此，不能准确地测量轴向力不是不太可能的。
此外，采用在“A Measurement Method of Bolt Loads Based on Deformationof a Top Surface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中所公开的技术，根据在三个位置即在头部的中心和两端的位移量来测量头部的位移量。因此，采用在“A Measurement Method of Bolt Loads Basedon Deformation of a Top Surface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中所公开的技术，其中改变头部的两端的测量位置，在头部的表面粗糙度或者在头部处形成的不规则的影响下，即使在轴向力是相同的情况下，头部的位移量的测量结果也可以变化。换言之，采用在“A Measurement Method ofBolt Loads Based on Deformation of a Top Surface of a Bolt Head(基于螺栓头部的顶面变形的螺栓载荷的测量方法)”，Transactions of the Japan Society ofMechanical Engineers(日本机械学会论文集)，C 73(733)，2612-2618中所公开的技术，不能稳定地测量轴向力不是不可能的。
发明内容
本发明提供了一种轴向力测量方法，通过该方法可以准确且稳定地测量轴向力。
根据本发明的一方面，一种用于对被紧固到要被紧固对象的螺栓的轴向力进行测量的轴向力测量方法包括：通过采用距离传感器测量所述螺栓头的高度来获取以高度为像素值的距离图像；通过对所述距离图像进行二值化处理以获取二值化图像并且从所述二值化图像中提取所述螺栓头的图像来计算所述螺栓头的重心位置；通过对所述距离图像进行掩模处理并且仅提取位于以所述螺栓头的重心位置为中心的最小圆内部的像素来计算位于所述最小圆内部的像素的高度的平均值作为最小点；通过基于所述距离图像的像素的像素值从所述像素中提取具有相对大的高度的像素来计算所提取的具有相对大的高度的像素的高度的平均值作为最大点；基于所述最小点的计算结果与所述最大点的计算结果之间的差来计算所述螺栓头的位移量；以及通过将所述螺栓头的位移量的计算结果代入到轴向力与所述螺栓头的位移量的预先计算的关系表达式中来计算轴向力。
在轴向力测量方法中，当计算最大点时，可以通过从距离图像中提取位于虚拟直线上的像素来基于所提取的像素的像素值提取具有相对大的高度的像素，虚拟直线从螺栓头的重心位置朝向螺栓的外部以恒定角度间隔延伸。
在轴向力测量方法中，当计算最大点时，可以通过对距离图像进行掩模处理来提取像素，要被提取的像素位于以螺栓头的重心位置为中心的第一圆外部，第一圆大于最小圆，以及要被提取的像素还位于以螺栓头的重心位置为中心的第二圆内部，第二圆大于第一圆，以及可以从所提取的像素中提取位于虚拟直线上的像素。
在轴向力测量方法中，当计算最大点时，可以通过对所述距离图像进行掩模处理来从所述像素中提取像素作为具有相对大的高度的像素，要被提取的像素位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第一圆外部，所述第一圆大于所述最小圆，以及要被提取的像素还位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第二圆内部，所述第二圆大于所述第一圆并且所述第二圆小于所述螺栓头。
在轴向力测量方法中，最小圆可以小于螺栓头的凹部，凹部形成在螺栓头的重心位置。
根据本发明的方面所表明的效果是能够准确且稳定地测量轴向力。
附图说明
将在下面参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相似的附图标记表示相似的元件，以及在附图中：
图1是示出根据第一实施例的用于实施轴向力测量方法的装置的配置的说明图；
图2示出了根据第一实施例的轴向力测量方法的过程；
图3示出了距离图像；
图4示出了二值化图像；
图5示出了标记图像；
图6示出了头部提取图像；
图7示出了关于通过对距离传感器的测量结果进行反转而获得的距离图像所执行的标记处理的结果；
图8示出了已计算出头部的重心位置的距离图像；
图9示出了用于计算最小点的掩模图像；
图10示出了用于计算最大点的掩模图像；
图11示出了从掩模图像中提取位于虚拟直线上的像素中的具有相对大的高度的像素；
图12示出了多个虚拟直线和掩模图像；
图13示出了轴向力与头部的位移量之间的关系；
图14示出了用于获取轴向力与头部的位移量之间的关系的装置的配置；
图15示出了用于获取轴向力与头部的位移量之间的关系的过程；以及
图16示出了用于在第二实施例中计算最大点的掩模图像。
具体实施方式
将在下面描述根据第一实施例的轴向力测量方法。
如图1中所描绘的，轴向力测量方法用于对被紧固到要被紧固对象W的螺栓10的轴向力进行测量。
假设第一实施例的螺栓10为其中凹部11a形成在头部11的重心(中心)以及外端部形成为平坦顶部11b的六角螺栓。此外，在螺栓10中，凸缘12形成在头部11的下方。凹部11a位于低于顶部11b的位置。
当螺栓10被紧固时，凹部11a在以重心为中心的情况下凹进，以及头部11的位移量随着轴向力的增大而增大(参见由图1中的双点划线所指示的紧固前状态下的凹部11a)。换言之，在紧固前和紧固后，轴向力与头部11的位移量之间存在相关性(参见图13)。
采用轴向力测量方法，测量头部11的位移量，并且基于位移量测量结果和相关性来测量轴向力。在这种情况下，轴向力测量方法明显不同于其中使用图像处理来测量头部11的位移量的相关技术。
作为轴向力测量方法的测量对象的螺栓并不限于第一实施例的螺栓10，以及可以是例如具有平头的螺栓。当对这样的具有平头的螺栓的轴向力进行测量时，关于头部的顶部是即使在紧固后也不凹进的部分，即接近头部的外边缘部。此外，作为轴向力测量方法的测量对象的螺栓可以具有或不具有形成在其上的凸缘。
首先，将在下面描述用于实施轴向力测量方法的装置的配置。
在轴向力测量方法中，使用距离传感器20和个人计算机30对轴向力进行测量。
距离传感器20设置在螺栓10上方即头部11的一侧，并且对距螺栓10的头部11的距离进行测量。因此距离传感器20对头部11的高度进行测量。距离传感器20设置有存储装置和计算装置，存储装置对用于关于距头部11的距离的测量结果执行图像处理(后述的平滑处理等)的程序进行存储，计算装置用于执行所述程序。距离传感器20电连接到个人计算机30并且将测量结果输入到个人计算机30中。
个人计算机30设置有存储装置以及还有计算装置，存储装置对用于执行图像处理(后述的二值化处理和掩模处理)和用于实施轴向力测量方法的计算处理的程序进行存储，计算装置用于执行所述程序。个人计算机30将轴向力与头部11的位移量之间的相关性即呈现在图13中的这样的相关性的关系表达式存储在存储装置中。个人计算机30还将紧固前凹部11a(参见由图1中的双点划线所描绘的凹部11a)的凹进量存储在存储装置中。
下面将描述轴向力测量方法的过程。
如图1和图2中所描绘的，在轴向力测量方法中，首先，执行采用距离传感器20获取被紧固到要被紧固对象W的螺栓10的头部11的距离图像21的步骤(步骤S10)。在这种情况下，在轴向力测量方法中，例如，通过在沿水平方向移动距离传感器20时测量螺栓10的头部11的高度来对螺栓10的头部11的高度进行测量。
因此，如图3中所描绘的，在轴向力测量方法中，获取具有像素值形式的高度的距离图像21。
在距离图像21中，螺栓10的头部11、凸缘12以及要被紧固对象W的上表面的高度被指示为像素值。图3中的参考符号A表示其中在灰尘等的影响下所测量的高度大于实际高度的部分。
如图2和图3中所示，在获取距离图像21之后，在轴向力测量方法中，通过距离传感器20将离群值从距离图像21中去除(S20)。在这种情况下，在轴向力测量方法中，例如，从距离图像21中提取预定范围的像素并且基于所提取的像素的像素值计算预定范围的高度的简单平均数。此外，在轴向力测量方法中，将距所计算的简单平均数的结果大距离的像素值确定为离群值并且将其从预定范围的像素中去除。
为了简单说明起见，图3中所描绘的距离图像21被描述为从其中已去除这种离群值的图像。
在去除离群值之后，在轴向力测量方法中，采用距离传感器20对从其中已去除离群值的距离图像21进行平滑处理(步骤S30)。执行平滑处理使像素值平滑。
在轴向力测量方法中，例如，关于距离图像21所执行的平滑处理是所谓的高斯滤波处理，其中所关注像素的像素值以及所关注像素周围的像素的像素值的加权平均值作为滤波后的像素值。
在轴向力测量方法中，平滑处理还可以是所谓的中值滤波处理，其中所关注像素的像素值以及所关注像素周围的像素的像素值的中心值作为滤波后的像素值。
因此，在轴向力测量方法中，获取距离图像21，从距离图像21中去除头部11的表面粗糙度(细小的不规则)和测量误差作为噪声分量。如图1所示，距离传感器20将已进行平滑处理的距离图像21输入到个人计算机30(参见图1中所示的箭头21)。
在轴向力测量方法中，还可以在个人计算机中执行步骤S20和步骤S30。
如图2和图4中所示，在关于距离图像21执行平滑处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30对已进行平滑处理的距离图像21进行二值化处理(步骤S40)。在二值化处理中，通过使用像素值的阈值作为参考对距离图像21着色两种不同的颜色。
在轴向力测量方法中，设置像素值的阈值以使得头部11具有一种颜色(例如，白色)以及凸缘12和要被紧固对象W具有另一颜色(例如，黑色)，以及对已进行平滑处理的距离图像21进行二值化处理。基于在实际测量轴向力之前执行的测试来设置像素值的这种阈值。
因此，在轴向力测量方法中，获取其中头部11和除了头部11以外的其他部分以两种不同颜色着色的二值化图像31。
在第一实施例中，假设在二值化处理之后，表示由于灰尘等的影响而大于实际高度的测量结果的部分A具有与头部11相同的颜色。
如图2和图5中所示，在二值化处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30对二值化图像31进行标记处理(步骤S50)。在标记处理中，将相同编号分配给具有相同连续像素值的像素，并且针对每个编号(通过表面面积)对像素进行颜色编码。
在轴向力测量方法中，关于二值化图像31执行的这样的标记处理产生标记图像32，其中，表示由于灰尘等的影响而大于实际高度的测量结果的部分A、头部11以及其他部分以三种不同颜色着色。
如图2和图6中所描绘的，在标记处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30从标记图像32中提取头部11的图像(步骤S60)。
在这种情况下，在轴向力测量方法中，对来自标记图像32的被颜色编码的像素组的表面面积进行计算并且去除其中计算结果小于预定表面面积的颜色的像素组。在轴向力测量方法中，基于像素组的表面面积及其位置确定对应于头部11的像素组。在轴向力测量方法中，关于标记图像32执行下述处理：将被确定为头部11的像素组的像素值变为白色(即，255)以及将其他像素组的像素值变为黑色(即，0)。
在轴向力测量方法中，创建其中头部11和其他部分因此以两种不同颜色着色的头部提取图像33。
因此，在轴向力测量方法中，例如，即使在灰尘等附着至头部11的情况下，也可以通过去除附着有灰尘等的部分来提取头部11的图像。因此，能够准确地提取头部11的图像。
在这种情况下，如图7中所描绘的，当沿高度方向相对于凸缘12和要被紧固对象W超过距离传感器20的测量范围时，即，当凸缘12的高度位置在距离传感器20的测量范围内但要被紧固对象W的高度位置在距离传感器20的测量范围外时，要被紧固对象W的高度能够被反转(变得大于实际高度)。在轴向力测量方法中，其中对这样的距离图像21进行二值化处理，可以创建其中头部11和要被紧固对象W具有相同颜色的二值化图像31。
采用轴向力测量方法，即使在这种情况下，也可以通过对二值化图像31进行标记处理来对头部11和除了头部11以外的其他部分进行不同地着色。因此，采用轴向力测量方法，即使当在凸缘12与要被紧固对象W之间超过距离传感器20的测量范围时，也能够准确地提取头部11的图像。
如图2和图8中所描绘的，在提取头部11的图像之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30根据头部提取图像33计算头部11的重心位置C(即，与头部11的重心对应的像素)(步骤S70)。
在这种情况下，在轴向力测量方法中，例如，在头部提取图像33中绘制连接头部11的六角形状的相对顶点的三条直线，并且计算直线的交叉点作为头部11的重心位置C。
在轴向力测量方法中，不总是需要绘制三条直线，以及连接相对顶点的两条直线的交叉点也可以被计算为头部的重心。
因此，在轴向力测量方法中，执行从头部提取图像33中提取螺栓10的头部11的图像并且计算螺栓10的头部11的重心位置C的步骤。
此外，在轴向力测量方法中，不总是需要对二值化图像进行标记处理。换言之，在轴向力测量方法中，可以从在步骤S40中创建的二值化图像31或在步骤S60中创建的头部提取图像33中提取螺栓头的图像。
然而，在轴向力测量方法中，优选地，如在第一实施例中那样，当提取螺栓头的图像时使用头部提取图像33。因此，在轴向力测量方法中，可以通过去除表示由于灰尘等的影响而大于实际高度的测量结果的部分来计算头部的重心位置，并且因此可以更准确地计算重心位置。
如图2和图9中所描绘的，在计算出重心位置C之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30对已进行平滑处理的距离图像21进行掩模处理(步骤S80)。掩模处理是显示图像的一部分并且不显示即隐藏图像的另一部分的处理。
在轴向力测量方法中，创建参考图像K1，其中绘制出以头部11的重心位置C为中心的最小圆K10。在步骤S80中的参考图像K1中，最小圆K10的外部变黑。因此，步骤S80中的参考图像K1用来隐藏最小圆K10外部的部分。
参考图像K1的最小圆K10小于凹部11a。
在图9所描绘的参考图像K1中，为了方便起见，呈现指示重心位置C的黑色圆以指示重心位置C。换言之，实际参考图像是通过从图9所描绘的参考图像K1中去除指示重心位置C的黑色圆而获得的图像。
在轴向力测量方法中，参考图像K1交叠在已进行平滑处理的距离图像21上并且创建其中仅位于最小圆K10内部的像素被显示在已进行平滑处理的距离图像21中的掩模图像34。
因此，在轴向力测量方法中，从已进行平滑处理的距离图像21中提取仅位于最小圆K10内部的像素。
在执行掩模处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30根据已进行掩模处理并且被提取即被连续显示在掩模图像34中的距离图像21的像素的像素值计算最小点(步骤S90)。
在第一实施例中，最小点是头部11在重心周边的高度，即，在紧固时头部11的最凹进部分(位于低位置处)的高度。
如上所述，参考图像KI的最小圆Κ10是以头部11的重心位置C为中心的圆。因此，连续显示在掩模图像34中的距离图像21的每个像素与头部11在重心周边的高度的测量结果对应。
因此，在轴向力测量方法中，对连续显示在掩模图像34中的距离图像21的像素即位于最小圆K10内部的像素的高度的简单平均数进行计算。在轴向力测量方法中，计算这种简单平均数的结果作为最小点。
换言之，在轴向力测量方法中，不仅头部11的重心的高度即仅一个点的高度是最小点计算对象，而且头部11的重心周边的高度也是最小点计算对象。
因此，在轴向力测量方法中，即使在所计算重心位置C相对于实际重心位置偏移的情况下也可以减小计算最小点的误差。此外，在轴向力测量方法中，即使在头部11的重心的周边形成小的不规则的情况下也可以减小由不规则所引起的最小点的变化。换言之，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量最小点的高度。
因此，在轴向力测量方法中，执行计算位于最小圆K10内部的像素的高度的平均值作为最小点的步骤。
步骤S80中的最小圆的大小没有特别限制，只要最小圆的大小足够大到不超过头部的范围即可，但是优选的是被设置在凹部内部的圆，例如，具有约几毫米半径的圆。采用这样的大小，在轴向力测量方法中，可以更准确地计算重心位置周边的高度。
如图2和图10中所描绘的，在计算出最小点之后，在轴向力测量方法中，个人计算机30对已进行平滑处理的距离图像21进行与步骤S80的处理的处理内容不同的掩模处理(步骤S100)。
此时，在轴向力测量方法中，创建其中包括第一圆K21和第二圆K22的参考图像K2，第一圆K21大于参考图像KI的最小圆K10并且以头部11的重心位置C为中心，第二圆K22大于第一圆K21并且以头部11的重心位置C为中心。在步骤S100中的参考图像K2中，第一圆K21的内部、第二圆K22的外部都变黑。换言之，步骤S100中的参考图像K2用来隐藏第一圆K21内部的区域和第二圆K22外部的区域。
第一圆K21小于头部11。换言之，第一圆K21比整个头部11小其未变黑的部分。特别优选地，这种第一圆K21的大小为约凹部11a的大小。
第二圆K22大于头部11并且小于凸缘12。特别优选地，这样的第二圆K22的大小为约头部11的外接圆的大小。
在图10中所描绘的参考图像K2中，为了方便起见，呈现指示重心位置C的白色圆以指示重心位置C。换言之，实际参考图像是通过从图10所描绘的参考图像K2中去除指示重心位置C的白色圆而获得的图像。
在轴向力测量方法中，参考图像K2交叠在已进行平滑处理的距离图像21上并且创建其中仅位于圆K21与圆K22之间的像素被显示在已进行平滑处理的距离图像21中的掩模图像35。
因此，在轴向力测量方法中，从已进行平滑处理的距离图像21中仅提取位于第一圆K21外部和第二圆K22内部的像素。
在执行掩模处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30根据已进行掩模处理并且被提取即被连续显示在掩模图像35中的距离图像21计算最大点(步骤S110)。
在第一实施例中，最大点是头部11的顶部11b的高度，即，在紧固时不凹进的部分的高度。
如上所述，第一圆K21大于掩模图像34中的最小圆K10并且设置在头部11内部。第二圆K22设置在头部11外部。因此，连续显示在掩模图像35中的距离图像21的像素与关于凹部11a的外边缘、顶部11b、以及凸缘12的高度的测量结果对应。
如图11中所描绘的，在轴向力测量方法中，从通过执行掩模处理提取的像素中提取位于从重心位置C向外延伸的虚拟直线L上的像素。然后，在轴向力测量方法中，基于所提取的像素的像素值提取具有相对大的高度的多个(例如，30个)像素(参见图11的下方的掩模图像35下面所描绘的圆)。在这种情况下，可以从在虚拟直线L上提取的像素中提取其高度以递减顺序从最大高度布置的多个像素作为具有大的高度的像素。
图11的下端部所描绘的曲线表示位于虚拟直线L上的像素值的高度。示出了高度沿图11中的向上方向增大。
如图12所示，在轴向力测量方法中，提取位于以恒定角度间隔(例如，1°)延伸的多个虚拟直线L上的像素并且关于每条虚拟直线L实施“从位于虚拟直线L″上的所提取的像素中提取具有相对大的高度的多个像素”的上述处理。
在图12中，虚拟直线L的角度间隔是20°，从而可以容易地看到掩模图像35。
因此，在轴向力测量方法中，通过提取位于虚拟直线L上的具有大的高度的多个像素来从掩模图像35中提取顶部11b的像素，关于以恒定角度间隔延伸的多个虚拟直线L执行该处理。在轴向力测量方法中，计算所提取的像素的高度的简单平均数并且将计算结果作为最大点。更特别地，通过对虚拟直线L上所提取的像素的高度的简单平均数(针对每条虚拟直线L的像素的简单平均数)进行计算以及还对关于每条虚拟直线L的简单平均值的简单平均数进行计算来计算最大点。
换言之，在轴向力测量方法中，将顶部11b的整个周边作为最大点计算对象，而不是计算很少位置即顶部11b的一个或两个点的高度。
因此，在轴向力测量方法中，即使在头部11的相位不同或者小的不规则形成在顶部11b的情况下，也可以减小最大点的变化。换言之，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量最大点。
因此，该轴向力测量方法包括基于距离图像21的像素的像素值提取具有大的高度的像素并且计算所提取的具有大的高度的像素的高度的平均值作为最大点的步骤。
此外，在轴向力测量方法中，当计算最大点时不总是需要关于距离图像21执行掩模处理。换言之，在轴向力测量方法中，可以从距离图像21中提取位于虚拟直线L上的像素。
然而，在轴向力测量方法中，优选地，如在第一实施例中那样，从掩模图像中提取位于虚拟直线L上的像素。因此，可以防止在计算最大点时提取接近凹部的外边缘所形成的小的突出部。因此，以该轴向力测量方法可以更准确地计算最大点。因此，在轴向力测量方法中，特别地，当测量具有平头的螺栓的轴向力时，可以更准确和稳定地测量最大点的高度。
如图2中所示，在计算出最大点之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30基于最小点的计算结果与最大点的计算结果之间的差来执行计算头部11的位移量的步骤(步骤S120)。
此时，在轴向力测量方法中，通过计算最小点的计算结果与最大点的计算结果之间的差以及通过计算最小点和最大点之间的差的计算结果与紧固前已预先计算的头部11的凹进量(从凹部11a的顶部11b到底部的高度方向尺寸)之间的差来计算头部11的位移量。
在轴向力测量方法中，可以基于被准确且稳定地计算出的最小点和最大点来计算头部11的位移量。因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地计算头部11的位移量。
如图2和图13中所描绘的，在计算出头部11的位移量之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30执行计算轴向力的步骤(步骤S130)。在这种情况下，在轴向力测量方法中，通过将头部11的位移量的计算结果代入到轴向力与头部11的位移量的预先计算的关系表达式中来计算轴向力。
在轴向力测量方法中，将被准确且稳定地计算出的头部11的位移量代入到轴向力与头部11的位移量的关系表达式中。因此，采用轴向力测量方法，即使在小的不规则形成在头部11的顶部11b和重心的周边的情况下，也可以防止将明显不同于实际位移量的位移量代入到轴向力与头部11的位移量的关系表达式中。因此，采用轴向力测量方法，可以准确且稳定地测量轴向力。
计算最小点和最大点的顺序不限于第一实施例的顺序，以及可以在计算最大点之后计算最小点。
将在下文说明用于计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式的过程。首先，将对用于计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式的装置的配置进行说明。
如图14中所描绘的，在轴向力测量方法中，使用距离传感器20、个人计算机30以及测压元件40来计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式。距离传感器20和个人计算机30是当测量轴向力时使用的距离传感器20和个人计算机30。个人计算机30将用于执行计算处理的程序存储在存储装置中，所述计算处理用于计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式。
测压元件40置于螺栓10与要被紧固对象W之间并且测量轴向力。测压元件40电连接到个人计算机30并且将轴向力的测量结果输入到个人计算机30中(参见图14中指示测压元件40的箭头)。
将在下文说明用于计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式的过程。
在轴向力测量方法中，在例如当螺栓的材料和类型变化时轴向力与作为轴向力测量对象的螺栓头的位移量的关系表达式能够变化时计算轴向力与头部的位移量的关系表达式。
如图14和图15中所描绘的，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30计算紧固前头部11的凹进量(步骤S210)。
此时，在轴向力测量方法中，在测压元件40的测量结果为0kN的状态即没有产生轴向力的状态下执行当测量轴向力时所执行的步骤S10至步骤S110。因此，在轴向力测量方法中，对螺栓10在紧固前的最小点和最大点进行计算。此外，在轴向力测量方法中，通过计算最小点的计算结果与最大点的计算结果之间的差来计算紧固前头部11的凹进量。在轴向力测量方法中，将紧固前头部11的凹进量的计算结果存储在个人计算机30的存储装置中。
将在这样的步骤S210中计算的紧固前头部11的凹进量用作当实际计算头部11的位移量(步骤S130)时的紧固前头部11的凹进量。
因此，在轴向力测量方法中，可以正确且稳定地计算紧固前头部11的位移量。
在轴向力测量方法中，适时执行步骤S210，以及在例如当大量螺栓10变化时在作为轴向力测量对象的螺栓10紧固前头部11的凹进量能够变化时获取紧固前头部11的凹进量。
在计算出紧固前头部11的凹进量之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30计算头部11的位移量(步骤S220)。
此时，在轴向力测量方法中，在螺栓10被紧固到要被紧固对象W并且产生轴向力的状态下执行当测量轴向力时所执行的步骤S10至步骤S120。因此，在轴向力测量方法中，计算头部11的位移量。
在轴向力测量方法中，将测压元件40的测量结果和头部11的位移量的计算结果彼此关联地存储到个人计算机30的存储装置中。
在轴向力测量方法中，当改变轴向力时多次重复对头部11的位移量的这样的计算。
因此，采用轴向力测量方法，可以准确且稳定地获取轴向力与头部11的位移量之间的关系。
在计算出紧固时的头部11的位移量之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式(步骤S230)。
此时，在轴向力测量方法中，将在步骤S220中已获取的轴向力(即，测压元件40的测量结果)与头部11的位移量之间的关系(参见图13中的黑色圆)设置在其中头部11的位移量绘制在横坐标以及轴向力绘制在纵坐标的曲线图上。此外，在轴向力测量方法中，通过采用单项式对轴向力和头部11的位移量的测量结果进行近似来获取轴向力与头部11的位移量之间的关系。
因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地计算轴向力与头部11的位移量的关系表达式。因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量轴向力。
将在下面说明第二实施例的轴向力测量方法。
在第二实施例的轴向力测量方法中，在计算最大点期间所执行的掩模处理的内容和最大点的计算内容不同于第一实施例的轴向力测量方法的内容。因此，将在下文中详细描述实施掩模处理的步骤和计算最大点的步骤(对应于第一实施例的步骤S100和步骤S110的步骤)，并且省略对其他步骤的说明。
如图16中所描绘的，在第二实施例的轴向力测量方法中，创建其中包括第一圆K31和第二圆K32的参考图像K3，第一圆K31与第一实施例的第一圆K21相同并且以螺栓10的头部11的重心位置C为中心，第二圆K32小于第一实施例的第二圆K22并且以螺栓10的头部11的重心位置C为中心。在参考图像K3中，第一圆K31的内部和第二圆K32的外部都变黑。换言之，参考图像K3是用于隐藏比第一实施例的轴向力测量方法的范围更大的范围的图像(参见图11)。
第二圆K32大于第一圆K31并且小于步骤S60中所提取的头部11。优选地，这样的第二圆K32的大小为约头部11的内切圆的大小。
在图16所描绘的参照图像K3中，为了方便起见，呈现指示重心位置C的白色圆以指示重心位置C。换言之，实际参考图像是通过从图16所描绘的参考图像K3中去除指示重心位置C的白色圆而获得的图像。
在轴向力测量方法中，参考图像K3交叠在已进行平滑处理的距离图像21上并且创建其中仅位于圆K31与圆K32之间的像素被显示在已进行平滑处理的距离图像21中的掩模图像135。换言之，在第二实施例的轴向力测量方法中，创建具有窄于第一实施例中所示的显示范围的显示范围的掩模图像135。
第一圆K31小于头部11。第二圆K32与头部11的内切圆一样小。因此，在第二实施例的轴向力测量方法中，提取仅接近顶部11b的外边缘的像素。
在第二实施例的轴向力测量方法中，因此对距离图像21实施掩模处理，以及提取位于第一圆K31外部并且还位于第二圆K32内部的像素作为具有大的高度的像素。
在执行掩模处理之后，在轴向力测量方法中，通过个人计算机30计算通过执行掩模处理所提取的像素即连续显示在掩模图像135中的距离图像21的像素的高度的简单平均数作为最大点。
换言之，在第二实施例的轴向力测量方法中，将接近顶部11b的外边缘的所有像素的高度的平均值作为最大点的高度。
因此，在轴向力测量方法中，不论头部11的相位如何或者不论存在或不存在形成在顶部11b上的小的不规则，都可以减小最大点的变化。因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量最大点。因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量轴向力。
此外，在轴向力测量方法中，可以在不使用从重心位置C向外延伸的虚拟直线的情况下获取最大点。因此，可以简化用于测量轴向力的处理。
此外，在第二实施例的轴向力测量方法中，通过使用第二实施例的轴向力测量方法预先获取紧固前头部11的凹进量。此外，在第二实施例的轴向力测量方法中，通过使用第二实施例的轴向力测量方法预先获取轴向力与头部11的位移量的关系表达式。
因此，在轴向力测量方法中，可以使用被准确且稳定地计算出的紧固前头部11的位移量以及轴向力与头部11的位移量的关系表达式来测量轴向力。因此，在轴向力测量方法中，可以准确且稳定地测量轴向力。
Claims (5)
1.一种用于对被紧固到要被紧固对象的螺栓的轴向力进行测量的轴向力测量方法，其特征在于，该方法包括：
通过采用距离传感器测量所述螺栓头的高度来获取以高度为像素值的距离图像；
通过对所述距离图像进行二值化处理以获取二值化图像并且从所述二值化图像中提取所述螺栓头的图像来计算所述螺栓头的重心位置；
通过对所述距离图像进行掩模处理并且仅提取位于以所述螺栓头的重心位置为中心的最小圆内部的像素来计算位于所述最小圆内部的像素的高度的平均值作为最小点；
通过基于所述距离图像的像素的像素值从所述像素中提取具有相对大的高度的像素来计算所提取的具有相对大的高度的像素的高度的平均值作为最大点；
基于所述最小点的计算结果与所述最大点的计算结果之间的差来计算所述螺栓头的位移量；以及
通过将所述螺栓头的位移量的计算结果代入到轴向力与所述螺栓头的位移量的预先计算的关系表达式中来计算轴向力。
2.根据权利要求1所述的轴向力测量方法，其中，
当计算所述最大点时，
通过从所述距离图像中提取位于虚拟直线上的像素来基于所述像素的像素值从所提取的像素中提取具有相对大的高度的像素，所述虚拟直线从所述螺栓头的重心位置朝向所述螺栓的外部以恒定角度间隔延伸。
3.根据权利要求2所述的轴向力测量方法，其中，
当计算所述最大点时，
通过对所述距离图像进行掩模处理来提取像素，要被提取的像素位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第一圆外部，所述第一圆大于所述最小圆，以及要被提取的像素还位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第二圆内部，所述第二圆大于所述第一圆，以及
从所提取的像素中提取所述位于虚拟直线上的像素。
4.根据权利要求1所述的轴向力测量方法，其中，
当计算所述最大点时，
通过对所述距离图像进行掩模处理来从所述像素中提取像素作为具有相对大的高度的像素，要被提取的像素位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第一圆外部，所述第一圆大于所述最小圆，以及要被提取的像素还位于以所述螺栓头的重心位置为中心的第二圆内部，所述第二圆大于所述第一圆并且所述第二圆小于所述螺栓头。
5.根据权利要求1所述的轴向力测量方法，其中，
所述最小圆小于所述螺栓头的凹部，所述凹部形成在所述螺栓头的重心位置。
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