CN111919085A - 螺纹形状的测定装置以及测定方法 - Google Patents

螺纹形状的测定装置以及测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及螺纹形状的测定装置以及测定方法。螺纹形状的测定装置(100)具备：第一照明部(1)，具有与包含螺纹轴(A)的截面(M)正交的方向的光轴，射出平行光对螺纹部进行照明；第二照明部(2)，在相对于与截面正交的方向成为比螺纹部的导程角(γ)大的角度(θ)的方向上具有光轴，射出平行光对螺纹部进行照明；摄像部(3)，具有与第一照明部(1)的光轴平行的视轴，具备远心透镜(32)，并且截面与其聚焦位置一致，对从第一照明部(1)或者第二照明部(2)射出的平行光中未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像；以及运算部(4)，基于由摄像部(3)摄像的摄像图像，对螺纹部的形状进行运算。

Description

螺纹形状的测定装置以及测定方法
技术领域
本发明涉及对螺纹部的螺纹形状进行测定的测定装置以及测定方法。特别是，本发明适合于对油井管等在端部形成有螺纹的带螺纹管的螺纹形状进行测定的情况。此外，本发明除了能够通过以往的光投影法来测定的螺纹形状以外，还适合于对通过光投影法、使用接触探测器的方法、三角测距方式的激光位移仪难以测定的螺纹形状(齿侧面的角度，特别是，齿侧面中钩状齿侧面的角度，螺纹底的端部的曲率半径等)进行测定的情况。
背景技术
以往，在将油井管等管的端部彼此进行连结的情况下，使用如下方法：在管的端部的外周面上形成有螺纹部(雄螺纹部)的两个带螺纹管之间，分别紧固在内周面上形成有螺纹部(雌螺纹部)的接头。
当管的端部所形成的螺纹部的尺寸精度较低时，与接头之间的紧固状态有可能松缓，而管彼此的连结被解除而脱落、或者在管内部流动的流体向外部泄漏。特别是，在油井管的情况下，随着近年来的油井环境的苛刻化，对于螺纹部的尺寸精度、品质保证等级的要求逐年严格化。
图1A以及图1B是示意性地表示油井管的端部形状的一个例子的端面图。图1A是油井管的端部的径向单侧的端面图(以包含螺纹轴A的面切断而得到的端面图)。图1B是图1A所示的由符号C的虚线包围的区域的放大端面图。
如图1A所示那样，油井管P的端部包括：设置有螺纹牙P1以及螺纹槽P2的螺纹部；与螺纹部相邻接地设置于比螺纹部靠管端面侧的坡口部；以及与坡口部相邻接地设置于比坡口部靠管端面侧的包含密封等的唇部。
近年，使用有如下的油井管P：对螺纹部的各螺纹牙P1进行划分的一对齿侧面P3(处于螺纹牙P1的顶面P11与螺纹槽P2的底面P21之间的面)中，例如，位于与管端面侧相反侧的齿侧面P3倾斜为，随着从螺纹牙P1的顶面P11朝向螺纹槽P2的底面P21而向管端面侧接近。此外，相反地，也有时使用有如下的油井管：位于管端面侧的齿侧面P3倾斜为，随着从螺纹牙P1的顶面P11朝向螺纹槽P2的底面P21而向与管端面相反侧接近。
如此，将随着从螺纹牙P1的顶面P11朝向螺纹槽P2的底面P21而向与齿侧面P3所位于的一侧相反一侧接近的齿侧面，适当地称为“钩状齿侧面P3h”。图1A、图1B所示的油井管P，位于与管端面侧相反侧的齿侧面P3为钩状齿侧面P3h。
以往，齿侧面P3的角度(齿侧面P3与螺纹轴A的垂线N所成的角度)β、螺纹底的端部(齿侧面P3与螺纹槽P2的底面P21交叉的部分)P4的曲率半径，使用公知的方法而离线地评价，通过将其与允许范围进行比较来判定是否合格。
上述那样的评价需要大量的时间和劳力。由此，油井管P的检查，难以对全部进行，成为对相同制造批次的最初和最后的油井管P进行检查等的抽样检查。
此外，由于仅通过与允许范围进行比较来判定是否合格，因此难以进行螺纹形状的定量的评价。
为了解决这样的问题，例如，在专利文献1～3中提出有如下方法(光投影法)：从与包含螺纹轴A的截面正交的方向或者沿着螺纹槽P2的底面P21射出平行光，对未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测，由此对螺纹部的外形(表面的凹凸形状。螺纹轮廓)进行测定。可以认为，如果通过该光投影法能够高精度地测定出螺纹部的螺纹轮廓，则根据该螺纹轮廓也能够高精度地计算出齿侧面P3的角度、螺纹底的端部P4的曲率半径。
然而，在对透射光进行检测的光投影法中，齿侧面P3隐藏在螺纹牙P1的稜线的阴影中，因此有时无法正确地检测齿侧面P3。特别是，在齿侧面P3为钩状齿侧面P3h的情况下，在光投影法中无法检测。此外，对于位于齿侧面P3与螺纹槽P2的底面P21交叉的部分的螺纹底的端部P4也是同样的。
因此，本发明人如专利文献4所记载那样，提出有如下方法：在基于光投影法的测定的基础上，使用接触探测器进行与螺纹部的齿侧面P3相关的测定。
然而，由于使接触探测器依次移动，并使前端所安装的球状的触头与齿侧面P3接触而进行测定，因此测定时间必然变长。为了在油井管P的生产线上进行测定，需要使测定时间缩短到一定时间以下，因此必然无法得到足够的测定点数。因此，当在设置有测定装置的环境气中浮游的粉尘等微小颗粒附着于某个测定点时，在通过较少的测定点数来进行直线近似的情况下误差会变大，有时无法高精度地测定齿侧面P3的角度。在颗粒附着于触头的情况下也同样。为了抑制颗粒向油井管P的螺纹部、接触探测器的触头附着，需要进行设置有测定装置的环境气的净化、螺纹部的清洗、触头的清洗等，根据情况还需要进行触头的交换、校正，存在花费劳力这样的问题。此外，触头会由于反复使用而磨损，因此还存在由于磨损而使测定精度劣化的问题。
此外，触头的直径为0.1mm以上(专利文献4的段落0067)，因此难以对数百μm程度的螺纹底的端部P4的曲率半径进行测定。
并且，例如，在专利文献5、6中提出有使用三角测距方式的激光位移仪对螺纹形状进行测定的方法。
然而，油井管等带螺纹管的端部的表面是切削加工后的金属面。因此，当带螺纹管的端部的表面的反射光的正反射光成分过强时，通过激光位移仪无法充分地检测反射光(散射光成分)，有时测定精度降低、或者变得无法测定。此外，激光位移仪对来自本来的测定部位以外的部位的反射光(重叠反射光)进行检测，因此有时测定精度会降低。由此，在使用了激光位移仪的螺纹形状测定方法中，难以进行稳定的测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3552440号公报
专利文献2：日本特开昭63－212808号公报
专利文献3：日本特开2010－38554号公报
专利文献4：日本专利第4486700号公报
专利文献5：日本专利第5952269号公报
专利文献6：日本特开2016－75502号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是要解决上述的现有技术的问题点，本发明以提供除了能够通过以往的光投影法来测定的螺纹形状以外，还能够提供对通过光投影法、使用接触探测器的方法、三角测距方式的激光位移仪难以测定的螺纹形状进行测定的螺纹形状的测定装置等为课题。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明人锐意研究了利用用于实施光投影法的光学系统是否能够对齿侧面、螺纹底的端部进行检测。本发明人研究了使用如下的照明部的情况：该照明部具有与包括螺纹部的螺纹轴的应测定的截面正交的方向的光轴，射出平行光对螺纹部进行照明。此外，本发明人研究了使用如下的光学系统的情况：该光学系统具备摄像部，该摄像部具有与照明部的光轴平行的视轴，具备远心透镜，并且该摄像部的聚焦位置与上述截面一致，检测并摄像从照明部射出的平行光中、未被螺纹部遮挡而通过了的光。在此，所谓聚焦位置，是上述应测定的截面中、与螺纹牙的顶面、螺纹槽的底面相当的外缘的对比度的值成为峰值的位置，即，夹着上述外缘的两侧的浓淡(明暗)之差或者比成为最大状态的位置。
作为其结果，本发明人发现：通过在使摄像部保持不变的状态下，使照明部的光轴比螺纹部的导程角更倾斜，由此能够得到在与齿侧面、螺纹底的端部相当的像素区域中产生了干涉条纹那样的浓淡图样的摄像图像。本发明人发现：通过提取该摄像图像中的产生了浓淡图样的像素区域，能够对齿侧面、螺纹底的端部的形状进行计算。
由此，本发明人得知：使用利用用于实施光投影法的通常的光学系统(照明部的光轴与摄像部的视轴平行的光学系统)而得到的摄像图像，能够对螺纹牙的顶面、螺纹槽的底面的形状进行计算，使用利用使照明部的光轴倾斜了的光学系统而得到的摄像图像，能够对齿侧面、螺纹底的端部的形状进行计算。此外，由于两个光学系统的摄像部共通(摄像区域共通)，因此能够容易地将通过两个光学系统得到的形状进行合成，因此本发明人得知使用合成后的形状能够容易地运算出螺纹形状。
本发明是基于上述的本发明人的见解而完成的。
即，为了解决上述课题，本发明提供一种螺纹形状的测定装置，具备：第一照明部，具有与螺纹部的包含螺纹轴的截面正交的方向的光轴，射出平行光对上述螺纹部进行照明；第二照明部，在相对于与上述截面正交的方向成为比上述螺纹部的导程角大的角度的方向上具有光轴，射出平行光对上述螺纹部进行照明；摄像部，具有与上述第一照明部的光轴平行的视轴，具备远心透镜，并且上述截面与其聚焦位置一致，对从上述第一照明部或者上述第二照明部射出的平行光中、未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像；以及运算部，基于由上述摄像部摄像的摄像图像，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算，上述运算部为，通过对第一摄像图像实施图像处理，由此计算出上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第一外形，上述第一摄像图像是对从上述第一照明部射出的平行光中未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像而得到的，通过对第二摄像图像实施图像处理，由此计算出上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第二外形，上述第二摄像图像是对从上述第二照明部射出的平行光中未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像而得到的，基于上述计算出的第一外形以及第二外形，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算。
通过本发明所涉及的螺纹形状的测定装置所具备的第一照明部对螺纹部进行照明，通过摄像部对未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像，由此得到的第一摄像图像中，被螺纹部遮挡的像素区域变暗，未被遮挡的像素区域变亮。因此，运算部对第一摄像图像实施例如二值化等图像处理，由此能够计算出包含螺纹轴的截面中的沿着螺纹轴的轴向的螺纹部的部分的外形即第一外形。在该第一外形中包含螺纹牙的顶面、螺纹槽的底面，但不包含齿侧面、螺纹底的端部。
另一方面，通过本发明所涉及的螺纹形状测定装置所具备的第二照明部对螺纹部进行照明，通过摄像部对未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像，由此得到的第二摄像图像，成为在与齿侧面、螺纹底的端部相当的像素区域中产生干涉条纹那样的浓淡图样的图像。因此，运算部对第二摄像图像实施提取产生干涉条纹那样的浓淡图样的像素区域的图像处理，由此能够计算出上述截面的沿着螺纹轴的轴向的螺纹部的部分的外形即第二外形。在该第二外形中包含齿侧面、螺纹底的端部。即，运算部能够对包含螺纹部的齿侧面以及螺纹底的端部的外形的第二外形进行计算。
然后，运算部基于计算出的第一外形以及第二外形，对螺纹部的形状进行运算。例如，运算部基于第一外形，能够运算与螺纹轴的轴向的螺纹牙的位置相当的螺纹牙的相位、从管端面起的螺纹轴的轴向的规定位置处的螺纹牙的外径即螺纹径、沿着螺纹轴的轴向的螺纹槽的底面的直径变化即锥角等。此外，例如，运算部基于第二外形，能够运算齿侧面的角度、螺纹底的端部的曲率半径。并且，运算部能够计算第一外形以及第二外形被合成的合成外形，基于计算出的合成外形，能够运算螺纹牙宽度以及螺纹谷宽度。
如上所述，根据本发明所涉及的螺纹形状的测定装置，使用第一摄像图像能够测定通过以往的光投影法能够测定的螺纹形状，使用第二摄像图像能够测定通过以往的光投影法、使用接触探测器的方法、三角测距方式的激光位移仪难以测定的螺纹形状。
此外，本发明所涉及的螺纹形状的测定装置所具备的摄像部为，其聚焦位置与包含螺纹轴的截面(应测定螺纹形状的截面)一致。即，摄像部的聚焦位置位于应测定的截面中的螺纹牙的顶面以及螺纹槽的底面。此外，在摄像部的聚焦位置与包含螺纹轴的截面不一致的情况下，使摄像部沿着视轴方向移动而进行调整。
此外，本发明所涉及的螺纹形状的测定装置所具备的第一照明部以及第二照明部，虽然能够成为完全独立的照明部，但不限定于此。例如，第一照明部以及第二照明部也可以采用如下构成：通过对构成相同照明部的部件的位置、倾斜进行变更等，由此对作为第一照明部的功能以及作为第二照明部的功能进行切换。
优选为，上述运算部为，通过对上述第二摄像图像实施图像处理，由此对构成上述第二摄像图像的像素的聚焦测度进行计算，基于该计算出的聚焦测度，对上述第二外形进行计算。
如上所述，第二摄像图像成为在与齿侧面、螺纹底的端部相当的像素区域产生了干涉条纹那样的浓淡图样的图像。作为对产生了该干涉条纹那样的浓淡图样的区域进行提取的方法，可以考虑利用聚焦测度。在此，所谓聚焦测度，是表示焦点对准的程度的量。具体地说，作为聚焦测度，例如能够使用周围像素间的对比度、浓度偏差。运算部能够将构成第二摄像图像的像素中聚焦测度较高的像素作为第二外形来进行计算。
例如，在第二摄像图像中，与应计算的第二外形(齿侧面等)大致垂直的方向(将该方向的轴称为“像素方向轴”)，能够根据预先计算出的第一外形、设计图而几何学地推断。运算部还能够对使横轴为像素方向轴、使纵轴为聚焦测度的聚焦测度分布进行计算，求出该聚焦测度分布的近似曲线(向上凸的曲线)，将该近似曲线的顶点采用为构成第二外形的点。由此，以比像素分辨率高的分辨率，计算出由最聚焦测度较高的点构成的第二外形。
此外，为了解决上述课题，本发明提供包括以下各工序的螺纹形状的测定方法。
(1)第一照明工序：通过第一照明部对上述螺纹部进行照明，该第一照明部具有与螺纹部的包含螺纹轴的截面正交的方向的光轴，射出平行光。
(2)第一摄像工序：通过摄像部对从上述第一照明部射出的平行光中的未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像，该摄像部具有与上述第一照明部的光轴平行的视轴，具备远心透镜，并且上述截面与其聚焦位置一致。
(3)第二照明工序：通过第二照明部对上述螺纹部进行照明，该第二照明在相对于与上述截面正交的方向成为比上述螺纹部的导程角大的角度的方向上具有光轴，射出平行光。
(4)第二摄像工序：通过上述摄像部，对从上述第二照明部射出的平行光中的未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像。
(5)第一外形计算工序：对通过上述第一摄像工序摄像的第一摄像图像实施图像处理，由此对上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第一外形进行计算。
(6)第二外形计算工序：对通过上述第二摄像工序摄像的第二摄像图像实施图像处理，对上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第二外形进行计算。
(7)螺纹形状运算工序：基于通过上述第一外形计算工序计算出的第一外形以及通过上述第二外形计算工序计算出的第二外形，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算。
此外，本发明所涉及的螺纹形状的测定方法所包含的各工序，不一定需要按照所记载的顺序执行。但是，对于利用其他工序的执行结果的工序来说，需要在执行结果被利用的工序之后执行。
例如，也能够在依次执行了第二照明工序以及第二摄像工序之后，依次执行第一照明工序以及第一摄像工序。此外，也能够在依次执行了第一照明工序、第一摄像工序以及第一外形计算工序之后，依次执行第二照明工序、第二摄像工序以及第二外形计算工序。并且，也能够在依次执行了第二照明工序、第二摄像工序以及第二外形计算工序之后，依次执行第一照明工序、第一摄像工序以及第一外形计算工序。
发明的效果
根据本发明，除了通过以往的光投影法能够测定的螺纹形状以外，还能够测定通过以往的光投影法、使用接触探测器的方法、三角测距方式的激光位移仪难以测定的螺纹形状。
附图说明
图1A是表示油井管的端部形状的一个例子的端面图。
图1B是将图1A的一部分放大的放大图。
图2A是表示本实施方式的螺纹形状的测定装置的一个例子的主视图。
图2B是表示本实施方式的螺纹形状的测定装置的一个例子的侧视图。
图3A是表示照明部200A的构成例的侧视图。
图3B是表示照明部200B的构成例的侧视图。
图3C是表示照明部200C的构成例的侧视图。
图3D是表示照明部200D的构成例的侧视图。
图4是表示运算部4的构成的一个例子的图。
图5是表示本实施方式所涉及的螺纹形状的测定方法的一个例子的流程图。
图6A是表示第一摄像图像的一个例子的图。
图6B是图6A的一部分放大的放大图。
图7A是表示第二摄像图像的一个例子的图。
图7B是将图7A的一部分放大的放大图。
图7C是将图7A的一部分放大的放大图。
图7D是将图7A的一部分放大的放大图。
图8A是用于说明在第二摄像图像中产生浓淡图样的原因的图。
图8B是用于说明在第二摄像图像中产生浓淡图样的原因的图。
图9是用于说明计算像素间浓度偏差的方法的图。
图10是在第二摄像图像上覆盖了聚焦测度的重心位置的图。
图11是表示第一外形以及第二外形的合成外形的一个例子的图。
图12是表示通过本实施例的测定方法以及接触式的测定方法对螺纹形状进行了测定的结果的图。
图13A是表示图12所示的测定结果中的钩状齿侧面P3h附近的放大图的图。
图13B是表示图12所示的测定结果中的钩状齿侧面P3h附近的放大图的图。
图14是表示图12所示的测定结果中的与螺纹底的端部P4以及螺纹牙的端部相当的部位的测定结果的图。
具体实施方式
以下，适当地参照附图，对本发明的一个实施方式所涉及的螺纹形状的测定装置以及测定方法进行说明。此外，在本实施方式中，说明对在带螺纹管的端部形成的螺纹部的螺纹形状进行测定的情况，但也能够能够应用于对其他的螺纹形状进行测定的情况。
＜螺纹形状的测定装置＞
图2A以及图2B是示意性地表示本实施方式所涉及的螺纹形状的测定装置的概略构成的图。图2A是从螺纹轴A的轴向(X方向)观察的主视图。图2B是从与螺纹轴A正交、与包含螺纹轴A的截面(在本实施方式中为水平面)M平行的方向(Y方向)观察的侧视图。此外，图2B图示出图2A的位于右侧的光学系统。
如图2A所示那样，本实施方式所涉及的螺纹形状的测定装置100是对形成在带螺纹管P的端部的螺纹部的螺纹形状进行测定的装置。螺纹形状的测定装置100具备第一照明部1、第二照明部2、摄像部3、以及运算部4。
第一照明部1、第二照明部2以及摄像部3相对于在上下方向(Z方向)上延伸的梁5安装为能够在上下方向上一体地移动。此外，第一照明部1以及第二照明部2由照明部200构成。照明部200为，通过对构成照明部200的部件的位置、倾斜进行变更等，能够切换作为第一照明部1的功能以及作为第二照明部2的功能。并且，本实施方式的测定装置100为了对夹着带螺纹管P的螺纹轴A而在Y方向上对置的部位进行照明、摄像，而具备两组相同的光学系统(第一照明部1、第二照明部2以及摄像部3)。
此外，在图2A、图2B中，仅图示出螺纹形状的一部分(一部分的螺纹牙P1以及一部分的螺纹槽P2)。此外，在图2B中，带螺纹管P的未施加影线的部分是带螺纹管P的端部。在带螺纹管P的端部形成有螺纹部、坡口部以及唇部(参照图1A)。在通过螺纹形状的测定装置100对螺纹形状进行测定时，通过卡盘(未图示)等固定带螺纹管P。
以下，对螺纹形状的测定装置100所具备的各构成部依次进行说明。
[第一照明部1以及第二照明部2]
第一照明部1具有与包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M正交的方向(Z方向)的光轴，射出平行光L1(图2B所示的实线的箭头)来对带螺纹管P的端部进行照明。
第二照明部2在相对于与截面M正交的方向(Z方向)成为比螺纹部的导程角γ大的角度θ的方向上具有光轴，射出平行光L2(图2B所示的虚线的箭头)来对带螺纹管P的端部进行照明。平行光L2被齿侧面P3反射，需要通过摄像部3对该反射光的正反射成分检测并摄像，因此角度θ优选设定为大约2γ。
实际上，根据螺纹的种类不同，导程角γ具有偏差(以下，将最大导程角设为γmax，将最小导程角设为γmin)等，优选根据测定对象的螺纹部的导程角γ对光轴进行调整，以使第二照明部2的光轴的角度θ成为θ＝2γ。在实际应用上，由于2(γmax－γmin)不是太大，因此也可以设定为光轴的角度θ≒(γmax+γmin)，而从第二照明部2射出具有与2(γmax－γmin)为相同程度的扩展的平行光L2。
具体地说，对设备的制约、带螺纹管P的弯曲等进行考虑，并使其具有余量，由此第二照明部2的光轴的角度θ优选设定为θ≦4°。
此外，从与螺纹轴A正交、且与截面M平行的方向(Y方向)观察，角度θ是相对于Z方向、处于与导程角γ相同一侧(在图2B所示的例之中为逆时针方向)的角度。
以下，参照图3A、图3B、图3C、图3D对第一照明部1以及第二照明部2(在本实施方式中为照明部200)的具体的构成例进行说明。此外，在图3A、图3B、图3C、图3D中省略带螺纹管P的图示。
图3A是示意性地表示第一构成例所涉及的照明部200A的侧视图。
照明部200A具备光源11和测角工作台12。
光源11例如使用带透镜LED照明、带透镜卤素灯、激光等。但是，光源11只要射出平行光，则不限定。
测角工作台12以使光源11的光轴围绕Y方向的轴转动的方式进行驱动。图3A的由实线表示的状态的光源11，具有与包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M正交的方向(Z方向)的光轴，射出平行光L1(在图3A中仅图示平行光L1的光轴)而对带螺纹管P的端部进行照明。即，由实线表示的状态的照明部200A作为第一照明部1A起作用。
图3A的由虚线表示的状态的光源11，在相对于与截面M正交的方向(Z方向)成为角度θ的方向上具有光轴，射出平行光L2(在图3A中仅图示平行光L2的光轴)而对带螺纹管P的端部进行照明。即，由虚线表示的状态的照明部200A作为第二照明部2A起作用。
图3B是示意性地表示第二构成例所涉及的照明部200B的侧视图。
照明部200B具备两个LED13a、13b以及透镜14。
一方的LED13a配置在透镜14的光轴上，另一方的LED13b配置于从透镜14的光轴向X方向偏离的位置。LED13a、13b与透镜14之间的Z方向的距离与透镜14的焦距几乎相等。
从LED13a射出的光，通过透镜14而成为平行光L1(在图3B中仅图示平行光L1的光轴)，从与包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M正交的方向(Z方向)对带螺纹管P的端部进行照明。即，LED13a以及透镜14的组合作为第一照明部1B起作用。
从LED13b射出的光，通过透镜14而成为平行光L2(在图3B中仅图示平行光L2的光轴)，从相对于与截面M正交的方向(Z方向)成为角度θ的方向对带螺纹管P的端部进行照明。即，LED13b以及透镜14的组合作为第二照明部2B起作用。
图3C是示意性地表示第三构成例所涉及的照明部200C的侧视图。
照明部200C具备光源11以及扩散板15。
光源11被配置为，其光轴为相对于与包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M正交的方向(Z方向)成为角度θ的方向。此外，光源11能够使用与在图3A说明了的光源11同样的光源。
扩散板15为，一端安装于设置在梁5上的转动轴16，能够围绕转动轴16(围绕Y方向的轴)转动。扩散板15能够在从光源11射出的平行光所照射的位置(图3C的由实线所示的位置)与从光源11射出的平行光不照射的位置(图3C的由虚线所示的位置)之间转动。
在图3C中，在扩散板15为由实线所示的状态的情况下，从光源11射出的平行光L2(在图3C中仅图示平行光L2的光轴)，通过照射于扩散板15而扩散。此时，产生扩散光中、具有与截面M正交的方向(Z方向)的光轴的平行光L1(在图3C中仅图示平行光L1的光轴)的成分，通过该成分对带螺纹管P的端部进行照明。即，由实线所示的状态的扩散板15以及光源11的组合，作为第一照明部1C起作用。
此外，在图3C中，在扩散板15为由虚线所示的状态的情况下，从光源11射出的平行光L2，未照射于扩散板15而直接前进。由此，光源11从相对于与截面M正交的方向(Z方向)成为角度θ的方向，通过平行光L2对带螺纹管P的端部进行照明。即，由虚线所示的状态的扩散板15以及光源11的组合，作为第二照明部2C起作用。
此外，也可以代替照明部200C所具备的扩散板15，而使用具有楔形的玻璃板(正反面不平行的玻璃板)。如果使该玻璃板的楔形角(表面与反面所成的角度)设为角度θ，则在从光源11射出的平行光L2照射到玻璃板的表面或者反面的情况下，平行光L2折射而成为平行光L1。
图3D是示意性地表示第四构成例所涉及的照明部200D的侧视图。
照明部200D具备光源11以及转动部件17。
光源11安装于转动部件17。此外，光源11能够使用与在图3A中说明了的光源11同样的光源。
转动部件17为，一端安装于设置在梁5上的转动轴18，能够围绕转动轴18(围绕Y方向的轴)转动。
通过使转动部件17转动，由此光源11的光轴围绕Y方向的轴转动。图3D的由实线所示的状态的光源11，具有与包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M正交的方向(Z方向)的光轴，射出平行光L1(在图3D中仅图示平行光L1的光轴)而对带螺纹管P的端部进行照明。即，由实线所示的状态的照明部200D作为第一照明部1D起作用。
图3D的由虚线所示的状态的光源11，在相对于与截面M正交的方向(Z方向)成为角度θ的方向上具有光轴，射出平行光L2(在图3D中仅图示平行光L2的光轴)而对带螺纹管P的端部进行照明。即，由虚线所示的状态的照明部200D作为第二照明部2D起作用。
此外，与照明部200(200A～200D)的第一照明部1(1A～1D)以及第二照明部2(2A～2D)分别射出的平行光L1以及平行光L2的光束的光轴垂直的截面，与摄像部3进行检测并摄像的范围(即，摄像视野)相比为足够大的面积。
[摄像部3]
摄像部3对从第一照明部1射出的平行光L1或者从第二照明部2射出的平行光L2中、未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像。
如图2A、图2B所示那样，摄像部3具备摄像主体部31、以及安装于摄像主体部31的远心透镜32。摄像主体部31具备二维配置的CCD、CMOS等摄像元件。此外，摄像部3通过具备远心透镜32，能够在摄像主体部31的摄像元件中容易地受光平行光成分。
摄像部3具有与第一照明部1的光轴平行的视轴(即，Z方向的视轴)。即，摄像部3为，对来自第一照明部1的光进行受光的受光面(摄像元件的摄像面)与第一照明部1的光轴正交。然后，摄像部3由于具备远心透镜32，因此物面附近的视场角为0°、倍率为固定，因此适合于尺寸测定。此外，在视轴为Z方向的情况下具有如下优点：对于通过光投影法来计算第一外形所使用的摄像图像，能够抑制实施所谓的子像素处理的情况下的误差，能够实现高分辨率化。此外，摄像部3为，包含带螺纹管P的螺纹轴A的截面M与其聚焦位置一致。具体地说，如上所述，摄像部3相对于梁5能够在上下方向(Z方向)上移动(能够与照明部200一体地移动)，其上下方向位置被调整为使摄像部3的聚焦位置与截面M一致。
[运算部4]
运算部4基于由摄像部3摄像的摄像图像，对形成在带螺纹管P的端部的螺纹部的螺纹形状进行运算。
运算部4由个人计算机等运算处理装置40的一部分构成。图4是表示运算处理装置40的构成的一个例子的图。运算处理装置40具备运算部4、操作部41、显示部42、存储部43、通信部44等。
运算部4为至少一个处理器(也包括电路)。运算部4通过处理器执行存储部43所存储的程序，来实现运算部4的功能。运算部4具有第一摄像图像取得部45、第二摄像图像取得部46、第一外形计算部47、第二外形计算部48、螺纹形状运算部49、以及推断部50。此外，运算部4对操作部41、显示部42、存储部43、以及通信部44进行控制。
第一摄像图像取得部45经由通信部44从摄像部3取得后述的第一摄像图像。第二摄像图像取得部46经由通信部44从摄像部3取得后述的第二摄像图像。
第一外形计算部47基于第一摄像图像取得部45取得的第一摄像图像，对螺纹形状的第一外形进行计算。第二外形计算部48基于第二摄像图像取得部46取得的第二摄像图像，对螺纹形状的第二外形进行计算。
螺纹形状运算部49基于第一外形计算部47计算出的第一外形以及第二外形计算部48计算出的第二外形，对螺纹形状进行运算。
推断部50对第二摄像图像中第二外形所位于的范围进行推断。
操作部41用于供测定者对运算部4等输入指示，例如是键盘、鼠标、触摸板等。显示部42对各种信息进行显示，例如是液晶显示器、有机EL显示器等。存储部43存储各种信息，例如是RAM、ROM、硬盘驱动器等。存储部43中至少存储有用于执行后述的运算处理(第一外形计算工序S5、第二外形计算工序S6以及螺纹形状运算工序S7)的程序。通信部44用于与摄像部3、外部设备进行通信。
＜螺纹形状测定方法＞
接下来，对使用了上述螺纹形状的测定装置100的螺纹形状测定方法进行说明。图5是表示本实施方式所涉及的螺纹形状的测定方法的概略工序的流程图。
本实施方式所涉及的螺纹形状的测定方法包括第一照明工序S1、第一摄像工序S2、第二照明工序S3、第二摄像工序S4、第一外形计算工序S5、第二外形计算工序S6、以及螺纹形状运算工序S7。
对各工序依次进行说明。
[第一照明工序S1]
在第一照明工序S1中，照明部200的第一照明部1对带螺纹管P的端部进行照明。例如，在图3B所示的照明部200B的情况下，为了使照明部200B作为第一照明部1B起作用，测定者使LED13a点亮(LED13b熄灭)。由此，LED13a的平行光L1经由透镜14对带螺纹管P的端部进行照明。
[第一摄像工序S2]
在第一摄像工序S2中，摄像部3对从第一照明部1射出的平行光L1中、未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像。将在第一摄像工序S2中摄像的摄像图像称为第一摄像图像。第一摄像图像相当于通过以往的光投影法得到的摄像图像。摄像部3可以根据测定者的摄像指示来进行摄像，也可以根据所检测到的光量来自动地进行摄像。摄像部3将摄像的第一摄像图像向运算部4发送。
图6A、图6B是表示通过第一摄像工序S2摄像的第一摄像图像的一个例子的图。图6A是表示第一摄像图像的整体的图。图6B是表示齿侧面P3(钩状齿侧面P3h)附近的放大图的图。
如图6A、图6B所示那样，第一摄像图像的被螺纹部遮挡的像素区域变暗，未被遮挡的像素区域变亮。此外，第一摄像图像中的与螺纹牙P1的顶面P11、螺纹槽P2的底面P21相当的像素区域，对比度变高。因此，如后述那样，运算部4能够通过对第一摄像图像实施例如二值化等图像处理，由此对螺纹牙P1的顶面P11、螺纹槽P2的底面P21的外形进行计算。
另一方面，如图6A、图6B所示那样，在第一摄像图像中的与齿侧面P3相当的像素区域中，由于齿侧面P3隐藏在螺纹牙P1的稜线的阴影中，因此其对比度变低。因此，即使对第一摄像图像实施二值化等图像处理，也无法对齿侧面P3的外形进行计算。此外，对于螺纹底的端部P4，也无法对外形进行计算。
[第二照明工序S3]
在第二照明工序S3中，照明部200的第二照明部2对带螺纹管P的端部进行照明。例如，在图3B所示的照明部200B的情况下，为了使照明部200B作为第二照明部2B起作用，测定者使LED13b点亮(LED13a熄灭)。由此，LED13b的平行光L2经由透镜14对带螺纹管P的端部进行照明。
[第二摄像工序S4]
在第二摄像工序S4中，摄像部3对从第二照明部2射出的平行光L2中、未被螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像。此时，摄像部3在维持第一摄像工序S2中的摄像条件的基础上、即在维持了摄像部3的位置的状态下进行摄像。将在第二摄像工序S4中摄像的摄像图像称为第二摄像图像。摄像部3可以根据测定者的摄像指示来进行摄像，也可以根据所检测到的光量来自动地进行摄像。摄像部3将摄像的第二摄像图像向运算部4发送。
图7A～7D是表示在第二摄像工序S4中摄像的第二摄像图像的一个例子的图。图7A是第二摄像图像中的齿侧面P3(钩状齿侧面P3h)附近的放大图。图7B是将图7A所示的放大图中的齿侧面(钩状齿侧面P3h)进一步放大了的放大图。图7C是将图7A所示的放大图中的螺纹底的端部P4进一步放大了的放大图。图7D是将图7A所示的放大图中的螺纹牙的端部(齿侧面P3与螺纹牙P1的顶面P11交叉的部分)进一步放大了的放大图。
如图7A～图7D所示那样，在第二摄像图像中，在与齿侧面P3、螺纹底的端部P4(进而，螺纹牙的端部)相当的像素区域中，产生干涉条纹那样的浓淡图样(参照图7A所示的由虚线D包围的区域)。另一方面，即使通过以往公知的观察方法进行观察，在实际的螺纹表面上无法发现反映这种浓淡图样的形状、色调、纹理。如此，由于在第二摄像图像中产生浓淡图样，因此如后述那样，能够通过运算部4实施图像处理来对构成第二摄像图像的像素的聚焦测度进行计算，并基于计算出的聚焦测度，对齿侧面P3、螺纹底的端部P4的外形进行计算。
接下来，参照图8A、图8B，对本发明人想到的上述干涉条纹那样的浓淡图样所产生的原因。
图8A、图8B是示意性地说明在第二摄像图像中产生干涉条纹那样的浓淡图样的原因的图(从Y方向观察的图)。如图8A、图8B所示那样，考虑从第二照明部2射出的平行光L2中的平行光L21以及平行光L22(以及在其之间存在的平行光)被齿侧面P3(钩状齿侧面P3h)反射，在摄像部3的摄像元件3a上成像的情况。如上所述，第二照明部2在相对于Z方向成为比螺纹部的导程角γ大的角度θ的方向上具有光轴，因此平行光L21以及平行光L22会到达齿侧面P3并被齿侧面P3反射。此外，在图8A、图8B中，为了便于说明，导程角γ以及角度θ被图示得比实际角度大。
如图8A所示那样，如果假设从Y方向观察、齿侧面P3为直线，则处于平行光L21的光路上的线段AB的长度、与处于平行光L22的光路上的线段CD的长度相等，因此在平行光L21与平行光L22中不会产生光路差。对于在平行光L21与平行光L22之间存在的平行光L2(向齿侧面P3的线段BC照射的平行光)也同样不会产生光路差。此外，对于向齿侧面P3的线段BC以外的部位照射的平行光L2(在摄像元件3a以外的摄像元件上成像的平行光)也同样不会产生光路差。由此，在图8A所示的情况下，在第二摄像图像中，在与齿侧面P3相当的像素区域中不会产生干涉条纹那样的浓淡图样。
然而，如图8B所示那样，实际的齿侧面P3由于其角度β、导程角γ的影响，从Y方向观察成为平缓的曲线。因此，处于平行光L21的光路上的线段AB的长度、与处于平行光L22的光路上的线段CC’的长度和线段C’D’的长度之和不同，在平行光L21和平行光L22中产生光路差。关于该光路差，对于在平行光L21与平行光L22之间存在的平行光L2(向齿侧面P3的曲线BC’照射的平行光)也同样产生光路差。此外，对于向齿侧面P3的曲线BC’以外的部位照射的平行光L2(在摄像元件3a以外的摄像元件上成像的平行光)也同样产生光路差。由于所产生的光路差并非固定，因此可以认为，在图8B所示的实际的齿侧面P3的情况下，在第二摄像图像中，在与齿侧面P3相当的像素区域中产生干涉条纹那样的浓淡图样。
接下来，对第一外形计算工序S5～螺纹形状运算工序S7进行说明。这些工序通过运算部4执行存储部43所存储的程序来实现。运算部4根据测定者的开始测定的指示来开始执行程序。
[第一外形计算工序S5]
在第一外形计算工序S5中，运算部4的第一摄像图像取得部45为，经由通信部44从摄像部3取得在第一摄像工序S2中由摄像部3摄像的第一摄像图像。例如，第一摄像图像取得部45为，将从测定开始(程序执行开始)起首先取得的摄像图像作为第一摄像图像来处理。接下来，运算部4的第一外形计算部47对第一摄像图像实施图像处理，由此对截面M中的沿着螺纹轴A的轴向的螺纹部的部分的外形即第一外形进行计算。例如，第一外形计算部47为，通过将第一摄像图像以规定的阈值进行二值化，由此进行对较亮的像素区域(未被螺纹部遮挡的像素区域)进行提取、或者对较暗的像素区域(被螺纹部遮挡的像素区域)进行提取的图像处理，对所提取的像素区域的边缘进行检测，由此对第一外形进行计算。此外，对像素区域进行提取的含义为，不限定于实际对像素区域进行提取的情况，也包含从第一摄像图像分割像素区域的处理。
在此，在第一外形中包含螺纹牙P1的顶面P11、螺纹槽P2的底面P21，但不包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4。第一外形计算部47将计算出的第一外形与表示为第一外形的识别信息建立关联地存储于存储部43。此外，第一外形计算部47也可以将第一摄像图像以及计算出的第一外形以测定者能够确认的方式显示于显示部42。
[第二外形计算工序S6]
在第二外形计算工序S6中，运算部4的第二摄像图像取得部46经由通信部44从摄像部3取得在第二摄像工序S4中由摄像部3摄像的第二摄像图像。例如，第二摄像图像取得部46将从测定开始(开始执行程序)起第二个取得的摄像图像作为第二摄像图像进行处理。接下来，运算部4的第二外形计算部48对第二摄像图像实施图像处理，由此对截面M中的沿着螺纹轴A的轴向的螺纹部的部分的外形即第二外形进行计算。例如，第二外形计算部48对构成第二摄像图像的像素的聚焦测度进行计算，并基于该计算出的聚焦测度对第二外形进行计算。更具体地说，第二外形计算部48基于该计算出的聚焦测度的X方向以及Y方向的重心位置对第二外形进行计算。在此，在第二外形中包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4。第二外形计算部48将计算出的第二外形与表示是第二外形的识别信息建立关联地存储于存储部43。此外，第二外形计算部48也可以将第二摄像图像以及计算出的第二外形以测定者能够确认的方式显示于显示部42。
作为聚焦测度，例如能够使用周围像素间的对比度、浓度偏差。在本实施方式中，作为聚焦测度，使用周围像素间的浓度偏差(以下，称为“像素间浓度偏差”)。在此，所谓浓度是指像素值。第二外形计算部48将构成第二摄像图像的像素中的像素间浓度偏差较高的像素作为第二外形进行计算。
具体地说，将构成第二摄像图像的各像素的浓度设为I(x，y)，将各像素的像素间浓度偏差设为ML(x，y)。像素间浓度偏差ML(x，y)例如由使用了各像素的浓度以及其附近4个像素的浓度的以下的式(1)表示。此外，x是指在XY平面上表示的第二摄像图像(参照图7A)中的各像素的X坐标。此外，y是指在XY平面上表示的第二摄像图像中的各像素的Y坐标。此外，(x，y)也可以认为是在作为摄像部3的摄像元件使用的CCD、CMOS等二维摄像元件中、将其二维平面上的位置以像素单位进行了表示的向量。
[数式1]
ML(x，y)＝|2I(x，y)-I(x-p，y)-I(x+p，y)|+|2I(x，y)-I(x，y-p)-I(x，y+p)|…(1)
或者，像素间浓度偏差ML(x，y)由使用了各像素的浓度其附近8个像素的浓度的以下的式(2)表示。
[数式2]
ML(x，y)＝|2I(x，y)-I(x-p，y)-I(x+p，y)|+|2I(x，y)-I(x，y-p)-I(x，y+p)|+|2I(x，y)-I(x-p，y-p)-I(x+p，y+p)|+|2I(x，y)-I(x-p，y+p)-I(x+p，y-p)|…(2)
此外，式(1)以及式(2)的p是任意的自然数，例如，p＝2。
图9是用于说明对像素间浓度偏差ML(x，y)进行计算的方法的图。在此，假定对5×5像素的中心像素的像素间浓度偏差ML(x，y)进行计算的情况。
在设为P＝2而通过式(1)对中心像素的像素间浓度偏差ML(x，y)进行计算的情况下，基于中心像素的浓度I(x，y)以及4个像素60a～像素60d的浓度，来计算像素间浓度偏差ML(x，y)。
此外，在设为P＝2而通过式(2)对中心像素的像素间浓度偏差ML(x，y)进行计算的情况下，基于中心像素的浓度I(x，y)、4个像素60a～像素60d的浓度、以及4个像素70a～70d的浓度，来计算像素间浓度偏差ML(x，y)。
此外，关于像素间浓度偏差ML(x，y)，可以对构成第二摄像图像的全部像素进行计算，但也可以仅对第二摄像图像中的与齿侧面P3、螺纹底的端部P4相当的像素区域的位置以及范围内的像素进行计算。具体地说，运算部4的推断部50根据第一摄像图像取得部45取得的第一摄像图像或者第一外形计算部47计算出的第一外形，对第二外形所位于的范围、具体地说是包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4的像素区域的范围进行推断。例如，推断部50将第一外形中从将螺纹牙P1的顶面P11的端部与螺纹槽P2的底面P21的端部相连的假想线、向x方向的管端面侧以及其相反侧分别离开了预定距离的范围，推断为包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4的像素区域的范围。作为预定的距离，例如能够使用第一外形的螺纹牙的管端面侧的端部所出现的X方向的间隔的1/8～1/16的距离等。此外，推断部50也可以将存储部43所存储的螺纹部的设计图数据读出，基于设定图数据对包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4的像素区域的范围进行推断。例如，推断部50使附图数据相对于第一摄像图像相对平行移动，以使图数据与第一外形大致一致。接下来，推断部50将画面数据上的与包含齿侧面、螺纹底的端部的周边区域对应的第一摄像图像的区域，推断为包含齿侧面P3、螺纹底的端部P4的像素区域的范围。第二外形计算部48仅对处于推断部50推断出的像素区域的范围内的像素计算像素间浓度偏差ML(x，y)，由此能够提高处理速度。
第二外形计算部48在对全部像素(或者推断出的像素区域的范围内)的像素间浓度偏差ML(x，y)进行了计算之后，例如对各像素周围的(2N+1)×(2M+1)个像素的像素间浓度偏差ML(x，y)的平均值FM(x，y)进行计算。能够将该像素间浓度偏差的平均值FM(x，y)用作为各像素的聚焦测度。N、M是任意的自然数，例如N＝M＝2。此外，第二外形计算部48也可以根据图像来变更N、M的值，也可以使用对计算出规定值以上的聚焦测度的N、M的值进行探索而求出的N、M的值。
在此，具体地说，在设为N＝M＝2而对图9所示的5×5像素的中心像素的平均值FM(x，y)进行计算的情况下，将25个像素的像素间浓度偏差ML相加并除以25，由此计算出中心像素的平均值FM(x，y)。同样，计算出全部像素(或者推断出的像素区域的范围内)的像素的平均值FM(x，y)。
此外，在代替像素间浓度偏差而使用对比度的情况下，在将局部的像素区域中的最大浓度设为Imax、最小浓度设为Imin时，第二外形计算部48将由(Imax－Imin)/(Imax+Imin)、Imax/Imin表示的值用于聚焦测度的计算即可。
此外，第二外形计算部48也可以将由式(1)表示的像素间浓度偏差ML(x，y)除以各像素的浓度以及其附近4个像素的浓度的平均值而得到的值，用于聚焦测度的计算。此外，第二外形计算部48也可以将由式(2)表示的像素间浓度偏差ML(x，y)除以各像素的浓度以及其附近8个像素的浓度的平均值而得到的值，用于聚焦测度的计算。
最后，第二外形计算部48例如对聚焦测度FM(x，y)的X方向的重心位置、Y方向的重心位置进行计算，由此能够将该重心位置作为第二外形而进行计算。具体地说，X方向的重心位置Xg由以下的式(3)表示，Y方向的重心位置Yg由以下的式(4)表示。在计算第二外形时，能够使用式(3)或者式(4)的任一个。
第二外形计算部48在确定的Y坐标上决定X方向的像素的基准和计算范围。例如，将X方向的像素中聚焦测度为最大值的像素决定为基准，将从基准的像素起的沿着X方向的预定范围(例如，±20像素)设为计算范围。接下来，第二外形计算部48使用式(3)对计算范围内的X方向的重心位置Xg进行计算。第二外形计算部48为，在被计算聚焦测度的范围内每当变更确定的Y坐标时，就反复进行同样地计算X方向的重心位置Xg的处理，并通过将计算出的重心位置Xg相连来计算第二外形。
此外，第二外形计算部48在确定的X坐标上决定Y方向的像素的基准以及计算范围。例如，将Y方向的像素中聚焦测度为最大值的像素决定为基准，将从基准的像素起的沿着Y方向的预定范围(例如，±30像素)设为计算范围。接下来，第二外形计算部48使用式(4)对计算范围内的Y方向的重心位置Yg进行计算。第二外形计算部48为，在被计算聚焦测度的范围内每当变更确定的X坐标时，就反复进行同样地计算Y方向的重心位置Yg的处理，并通过将计算出的重心位置Yg相连来计算第二外形。
[数3]
Figure BDA0002698494190000221
Figure BDA0002698494190000222
图10是在上述图7A所述的第二摄像图像中覆盖计算出的聚焦测度FM(x，y)的重心位置的图。如图10所示那样，可知能够高精度计算齿侧面P3、螺纹底的端部P4的外形。
此外，第二外形的计算方法不限定于上述方法。例如，第二外形计算部48也可以对将横轴作为像素方向轴、将纵轴作为聚焦测度的聚焦测度分布进行计算。接下来，第二外形计算部48求出该聚焦测度分布的近似曲线(向上凸的曲线)，将该近似曲线的顶点采用为构成第二外形的点(所谓的子像素处理)。
[螺纹形状运算工序S7]
在螺纹形状运算工序S7中，运算部4的螺纹形状运算部49基于通过第一外形计算工序S5计算出的第一外形以及通过第二外形计算工序S6计算出的第二外形，对螺纹部的螺纹形状进行运算。
具体地说，螺纹形状运算部49能够基于第一外形，运算与螺纹轴A的轴向的螺纹牙P1的位置相当的螺纹牙P1的相位、从管端面起的螺纹轴A的轴向的规定位置处的螺纹牙P1的外径即螺纹径、沿着螺纹轴A的轴向的螺纹槽P2的底面P21的直径、该直径的变化即锥角等。
此外，例如，螺纹形状运算部49能够基于第二外形，运算齿侧面P3的角度、螺纹底的端部P4的曲率半径。
如此，通过螺纹形状运算部49运算螺纹部的螺纹形状，由此测定出螺纹形状。螺纹形状运算部49也可以将螺纹部的各测定值显示于显示部42、或者存储于存储部43。
此外，螺纹形状运算部49能够对图11所示那样的第一外形以及第二外形被合成的合成外形进行计算。图11中由实线所示的外形为第一外形，图11中由虚线所示的外形为第二外形。在计算第一外形时使用的第一摄像图像、以及在计算第二外形时使用的第二摄像图像，是使用共通的摄像部3来摄像的，因此能够将第一外形以及第二外形容易地进行合成。
螺纹形状运算部49能够基于计算出的合成外形，运算螺纹牙宽度以及螺纹谷宽度。
螺纹形状运算部49也可以将计算出的合成外形显示于显示部42、或者存储于存储部43。此时，如图11所示那样，螺纹形状运算部49例如优选通过改变线种类、线粗细、或者线颜色等而将第一外形与第二外形以能够识别的方式进行显示。
如此，根据本实施方式所涉及的螺纹形状的测定装置100以及测定方法，使用第一摄像图像能够测定通过以往的光投影法能够测定的螺纹形状，使用第二摄像图像能够测定通过以往的光投影法、使用接触探测器的方法、三角测距方式的激光位移仪难以测定的螺纹形状。
接下来，说明通过本实施方式所涉及的螺纹形状的测定方法和接触式的螺纹形状的测定方法对分别相同的带螺纹管(油井管)的螺纹形状进行了测定的结果的一个例子。
作为接触式的螺纹形状测定方法，使用利用了三丰公司制的轮廓测量仪(触针(记录针)的前端角度20°、前端半径25μm)的触针式的测定方法。
图12是表示通过本实施方式所涉及的螺纹形状的测定方法和接触式的螺纹形状的测定方法，在相同的带螺纹管的螺纹部中对从螺纹牙P1到螺纹槽P2为止的大约2个周期量进行了测定的结果的图。在图12中，通过本实施方式所涉及的螺纹形状测定方法(以下，适当地称为“实施例”)测定的结果由粗线表示，通过接触式的螺纹形状测定方法(以下，适当地称为“接触式”)测定的结果由细线表示。对于后述的图13A、图13B以及图14也同样。如果根据图12可知的那样，实施例的测定结果与接触式的测定结果几乎重合。
图13A、13B表示图12所示的测定结果中的钩状齿侧面P3h附近的放大图。图13A是钩状齿侧面P3h附近的放大图。图13B是对于图13A所示的测定结果中的实施例的测定结果、提取了与钩状齿侧面P3h相当的部位的测定结果的结果的图。
图13A所示的实施例的测定结果为，将图12所示的实施例的测定结果中的螺纹牙P1的顶面P11以及螺纹槽P2的底面P21、根据各个测定结果通过大致X方向的直线进行近似，且从图12所示的实施例的测定结果中除去了与这些近似直线相当的部分。此外，图13B所示的实施例的测定结果为，将图13A所示的实施例的测定结果中的螺纹底的端部P4以及螺纹牙的端部、根据各个测定结果进行圆近似，且从图13A所示的实施例的测定结果中除去与这些近似圆相当的部分。
对如图13B所示那样提取的实施例的钩状齿侧面P3h进行直线近似，对同样地提取的接触式的钩状齿侧面P3h进行直线近似，并在实施例的测定结果以及接触式的测定结果中对这些钩状齿侧面P3h的近似直线的倾斜(螺纹槽P2的底面P21与近似直线所成的角度)进行了比较。图12的左侧所示的实施例的钩状齿侧面P3h的近似直线的倾斜，按照连续4次测定的平均值为84.71°(标准偏差为0.024°)，接触式的钩状齿侧面P3h的近似直线的倾斜为84.44°。两者的偏差为－0.27°。此外，同样，图12的右侧所示的实施例的钩状齿侧面P3h的近似直线的倾斜(连续4次测定的平均值)与接触式的钩状齿侧面P3h的近似直线的倾斜之间的偏差为0.15°。4次测定的标准偏差为0.018°。即，实施例的钩状齿侧面P3h的测定结果与接触式的钩状齿侧面P3h的测定结果成为良好地一致的测定结果。
图14是表示将图12所示的测定结果中、与螺纹底的端部P4以及螺纹牙的端部相当的部位的测定结果进行了提取的结果的图。
图14的左侧所示的实施例的螺纹底的端部P4的近似圆的曲率半径，按照连续4次测定的平均值为0.327mm(标准偏差为0.00096mm)，接触式的螺纹底的端部P4的近似圆的曲率半径为0.362mm。两者的偏差为0.035mm。此外，图14的右侧所示的实施例的螺纹底的端部P4的近似圆的曲率半径，按照连续4次测定的平均值为0.339mm(标准偏差为0.00052mm)，接触式的螺纹底的端部P4的近似圆的曲率半径为0.368mm。两者的偏差为0.029mm。即，实施例的螺纹底的端部P4的测定结果与接触式的螺纹底的端部P4的测定结果成为良好一致的测定结果。关于螺纹牙的端部也是同样的。
工业上的可利用性
本发明能够利用于对螺纹部的螺纹形状进行测定的情况。

Claims (7)

1.一种螺纹形状的测定装置，其特征在于，具备：
第一照明部，具有与螺纹部的包含螺纹轴的截面正交的方向的光轴，射出平行光对上述螺纹部进行照明；
第二照明部，在相对于与上述截面正交的方向成为比上述螺纹部的导程角大的角度的方向上具有光轴，射出平行光对上述螺纹部进行照明；
摄像部，具有与上述第一照明部的光轴平行的视轴，具备远心透镜，并且上述截面与其聚焦位置一致，对从上述第一照明部或者上述第二照明部射出的平行光中、未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像；以及
运算部，基于由上述摄像部摄像的摄像图像，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算，
上述运算部为，
通过对第一摄像图像实施图像处理，由此计算出上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第一外形，上述第一摄像图像是对从上述第一照明部射出的平行光中未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像而得到的，
通过对第二摄像图像实施图像处理，由此计算出上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第二外形，上述第二摄像图像是对从上述第二照明部射出的平行光中未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像而得到的，
基于上述计算出的第一外形以及第二外形，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算。
2.如权利要求1所述的螺纹形状的测定装置，其特征在于，
上述运算部为，通过对上述第二摄像图像实施图像处理，由此对构成上述第二摄像图像的像素的聚焦测度进行计算，基于该计算出的聚焦测度，对上述第二外形进行计算。
3.如权利要求2所述的螺纹形状的测定装置，其特征在于，
上述运算部为，基于聚焦测度的X方向以及Y方向的重心位置，对上述第二外形进行计算。
4.如权利要求2或3所述的螺纹形状的测定装置，其特征在于，
上述运算部为，对上述第二摄像图像中的上述第二外形所处于的范围进行推断，对上述推断出的范围的像素的聚焦测度进行计算。
5.如权利要求1至4任一项所述的螺纹形状的测定装置，其特征在于，
上述运算部为，对包含上述螺纹部的齿侧面以及上述螺纹部的螺纹底的端部的外形的上述第二外形进行计算。
6.如权利要求1至5任一项所述的螺纹形状的测定装置，其特征在于，
上述螺纹部是形成在带螺纹管的端部的螺纹部。
7.一种螺纹形状的测定方法，其特征在于，包括：
第一照明工序，通过第一照明部对螺纹部进行照明，该第一照明部具有与上述螺纹部的包含螺纹轴的截面正交的方向的光轴，射出平行光；
第一摄像工序，通过摄像部对从上述第一照明部射出的平行光中的未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像，该摄像部具有与上述第一照明部的光轴平行的视轴，具备远心透镜，并且上述截面与其聚焦位置一致；
第二照明工序，通过第二照明部对上述螺纹部进行照明，该第二照明在相对于与上述截面正交的方向成为比上述螺纹部的导程角大的角度的方向上具有光轴，射出平行光；
第二摄像工序，通过上述摄像部，对从上述第二照明部射出的平行光中的未被上述螺纹部遮挡而通过了的光进行检测并摄像；
第一外形计算工序，对通过上述第一摄像工序摄像的第一摄像图像实施图像处理，由此对上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第一外形进行计算；
第二外形计算工序，对通过上述第二摄像工序摄像的第二摄像图像实施图像处理，对上述截面中的沿着上述螺纹轴的轴向的上述螺纹部的部分的外形即第二外形进行计算；以及
螺纹形状运算工序，基于通过上述第一外形计算工序计算出的第一外形以及通过上述第二外形计算工序计算出的第二外形，对上述螺纹部的螺纹形状进行运算。
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