JP2001272215A - ねじの測定方法及びその装置並びにねじ形状合否判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、例えばテーパねじの如きねじの測
定方法及びその装置並びにねじ形状合否判定装置に関
し、無接触で、ねじの外形，有効径，テーパ角度の測定
を行なうことができ、両端先細り状のテーパねじの形状
の異常監視を自動化を図ることができるねじの測定方法
及びその装置並びにねじ形状合否判定装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向
とし、ねじの中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
て、レーザからレーザビームをＹ軸方向に平行に投光し
てねじの表面に光スポットを形成し、この光スポットか
らの拡散反射光の検出結果に基づいてＺ軸方向の任意の
位置Ｚ(i)における前記レーザから光スポットまでのＹ
軸方向の距離Ｙ(i)を測定し、前記レーザとねじとのＺ
軸方向の相対走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ
(i)）を求めてねじの外形を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばテーパねじ
の如きねじの測定方法及びその装置並びにねじ形状合否
判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、テーパねじの形状検査の例とし
て、製鋼用電気炉に用いられる人造黒鉛電極の両端にね
じ止めされるニップルの製品検査がある。ニップルは、
例えば図２４に示すように、炭素を材料として、中心軸
方向の両端に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパ
ねじである。図２４において、ニップル１０１の有効径
は符号Ｄで示され、テ−パ角度は符号θで示される。こ
のニップル１０１の製品検査は、「人造黒鉛電極の試験
方法(ＪＩＳ Ｒ７２０２−1979)試験項目: ねじ精度」
に基づいて人手によりテーパねじの有効径及びテ−パ角
度の測定・検査を行なうものである。

【０００３】前記試験方法に基づくねじ精度検査では、
図２５のニップル１０１にリングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ
３が人手により嵌め合わせられ、各リングゲージＲ１，
Ｒ２，Ｒ３及びブロックゲージＲ４，Ｒ５の間隔がダイ
ヤルゲージ及び測定用補助器具を用いて測定され、前記
試験方法で示された算出式に各測定値を代入することに
よりテーパねじ１０１の有効径Ｄ及びテーパ角度θが算
出され、合否判定が行なわれる。

【０００４】また、テーパねじの形状検査例として特開
昭５８−４５５０６号公報に示すねじ要素測定方法及び
装置が知られている。このねじ要素測定方法及び装置で
は、油井管として用いられる鋼管の端部に他の鋼管と接
続のために外周に切られたねじ部のねじ要素が、レーザ
ビーム等の細径光ビームを利用することにより非接触で
測定される。この測定では、ねじ山頂とねじ谷底が平坦
なねじ山で形成された平行ねじが、測定対象となってお
り、ねじ山頂及びねじ谷底のねじ高さ方向の変位量のみ
が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例の前者の試験方法に基づくねじ精度検査では、ニ
ップル１０１のねじ精度検査の際に次の問題があった。
各リングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３には規定の締付けトル
クが定められており、ニップル１０１の形状を正しく測
定するためにはトルクを測定して確認しながら締め付け
る必要がある。そのため、作業性が悪く、測定時間が長
くなる。また、ニップル１０１には長さ６６cm、重量８
０kg以上の大型で非常に重い種類のものもあり、ニップ
ル１０１の測定を行なう際には作業員が補助機械等を使
用してニップル１０１を持ち上げ、リングゲージＲ３を
ニップル１０１の下側から嵌め込む作業を行なうことを
余儀なくされ、作業性が悪く、測定時間が長くなる。

【０００６】さらに、ニップル１０１の種類は１０種類
以上あり、検査するためには各ニップル１０１にそれぞ
れに対応したリングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３が必要とな
り、検査するニップル１０１の種類が変わった場合、そ
の度にこのリングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３を交換する必
要がある。そのため、作業性が悪くなる。このように、
ＪＩＳに基づくねじ精度検査においては、特に大型のニ
ップル１０１は作業が大変で測定までの段取りに時間が
かかり、検査できる処理量に限界があった。従って、製
品検査は抜取り検査で対応せざるを得ず全品検査が困難
なものとなる。

【０００７】さらに、現状のＪＩＳに基づくねじ精度検
査においては、リングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３の締付け
やダイヤルゲージの読取り等が人手により行なわれてい
るため、熟練度による個人差や読取りミス等が生ずるこ
とになる。また、前述の如く、ニップル１０１にリング
ゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３を嵌め合わせる作業工程におい
て、リングゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３や器具類を製品であ
るニップル１０１にぶつけて損傷させる可能性がある。

【０００８】そこで、上述の従来例の後者の特開昭５８
−４５５０６号公報に記載のねじ要素測定装置をニップ
ル１０１に適用して測定することが考えられる。この場
合には、以下の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）に説明するように、ねじ山頂及びねじ谷底のねじ
高さ方向の変位量のみの測定は可能であるが、ニップル
１０１の外形、有効径，テーパ角度の測定を行なうこと
ができず、実用に供することは困難である。

【０００９】（ａ）特開昭５８−４５５０６号公報のね
じ要素測定装置では、ねじのフランクは測定対象になっ
ておらず、ねじ山頂及びねじ谷底のねじ高さ方向の変位
量のみを測定対象としている。従って、ねじの外形は測
定対象にはなっておらず、また、有効径も測定対象にな
っていない。 （ｂ）特開昭５８−４５５０６号公報のねじ要素測定装
置では、被測定物（鋼管）の中心軸を回転中心として、
被測定物を回転させることのできる機構が無く、また変
位量の測定を行なえる装置が１台であるため、被測定物
の直径（または有効径）の測定を行なうことができな
い。

【００１０】（ｃ）特開昭５８−４５５０６号公報のね
じ要素測定装置では、被測定物である鋼管は、搬送台の
上に水平方向に置かれ、搬送される。また、測定装置本
体は、水平定置された鋼管の側方に位置し、上下に移動
できる機構を備えており、鋼管の径に応じてねじ要素の
測定が行なわれる。従って、鋼管の有効径（または直
径）が既知であれば、測定装置本体から投光させるレー
ザビームを鋼管の中心軸に一致させて照射させることが
でき、正確にねじ要素の測定が行なえる。しかし、被測
定物の有効径（または直径）が未知の場合、中心軸位置
は解らないため、レーザビームを鋼管の中心軸に一致さ
せることができず、正確なねじ要素測定を行なうことが
できない。

【００１１】（ｄ）特開昭５８−４５５０６号公報のね
じ要素測定装置では、水平定置させた鋼管の中心軸と、
測定装置本体の水平移動軸とが平行であることがねじ要
素の測定を行なう際の条件である。従って、ニップル１
０１の如きテーパねじを被測定物とした場合、図２６に
示すように、ニップル１０１の中心軸１０１Ａと、測定
装置本体の水平移動軸とが平行でなくなり、レーザビー
ムを前記中心軸１０１Ａに一致させての測定は行なうこ
とができない。従って、ニップル１０１の有効径，テー
パ角度の測定を行なうことができない。

【００１２】（ｅ）ニップル１０１は、外周のほぼ全域
にねじが形成されているため、ニップル１０１を水平定
置させることは、ねじ部を損傷させる可能性がある。ま
た、上述のように、ニップル１０１の外形、有効径，テ
ーパ角度の測定を行なうことができないことから、ニッ
プル１０１の形状の異常監視を自動化できず、監視の省
力化を図ることができないという問題があった。

【００１３】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、無接触で、ねじの外形，
有効径，テーパ角度の測定を行なうことができ、両端先
細り状のテーパねじの形状の異常監視の自動化を図るこ
とができるねじの測定方法及びその装置並びにねじ形状
合否判定装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向とし、ねじの中
心軸方向に直交する方向をＹ軸方向として、レーザから
レーザビームをＹ軸方向に平行に投光してねじの表面に
光スポットを形成し、この光スポットからの拡散反射光
の検出結果に基づいてＺ軸方向の任意の位置Ｚ(i) にお
ける前記レーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ
(i) を測定し、前記レーザとねじとのＺ軸方向の相対走
査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてね
じの外形を測定することを特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明は、測定すべきねじの
中心軸方向をＺ軸方向とし、ねじの中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、レーザビームをＹ軸方向に平
行に投光するレーザと、前記レーザによりねじの表面に
形成された光スポットからの拡散反射光を検出するレー
ザ光検出手段と、前記レーザとねじとをＺ軸方向に相対
走査させるＺ軸方向走査手段と、前記レーザ光検出手段
の検出結果に基づいてＺ軸方向の任意の位置Ｚ(i) にお
ける前記レーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ
(i) を測定する距離算出手段と、前記レーザとねじとの
相対走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求
めてねじの外形を測定する外形測定手段とを備えている
ことを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、測定すべきねじの
中心軸方向をＺ軸方向とし、ねじの中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、レーザからレーザビームをＹ
軸方向に平行に投光してねじの表面に光スポットを形成
し、この光スポットからの拡散反射光の検出結果に基づ
いてＺ軸方向の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザか
ら光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定し、前
記レーザとねじとのＺ軸方向の相対走査によりＺ軸方向
に平行な少なくとも２以上の切断面における光スポット
の座標（Ｙ(i)，Ｚ(i)）を求めてねじの外形断面を測定
し、各外形断面におけるピッチ線を求め、Ｚ軸を切断す
る平面と前記ピッチ線とが交わる前記平面上の少なくと
も３つの交点の座標値を用いてねじの中心軸の座標を算
出することを特徴とする。

【００１７】請求項４記載の発明は、測定すべきねじの
中心軸方向をＺ軸方向とし、ねじの中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、レーザビームをＹ軸方向に平
行に投光するレーザと、前記レーザによりねじの表面に
形成された光スポットからの拡散反射光を検出するレー
ザ光検出手段と、前記レーザとねじとをＺ軸方向に相対
走査させるＺ軸方向走査手段と、前記レーザ光検出手段
の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i) に
おける前記レーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離
Ｙ(i) を測定する距離算出手段と、前記レーザとねじの
Ｚ軸方向の相対走査によりＺ軸方向に平行な少なくとも
２以上の切断面における光スポットの座標（Ｙ(i)，Ｚ
(i)）を求めて各切断面におけるねじの外形断面を測定
する外形測定手段と、前記レーザと前記切断面との相対
位置を変更する位置変更手段と、各外形断面におけるピ
ッチ線を求めるピッチ線算出手段と、Ｚ軸を切断する平
面と前記ピッチ線とが交わる前記平面上の少なくとも３
つの交点の座標値を用いてねじの中心軸の座標を算出す
るねじ中心軸算出手段とを備えていることを特徴とす
る。請求項５記載の発明は、請求項２または請求項４記
載のねじの測定装置において、前記レーザは、Ｙ軸方向
におけるねじの両側に対向して配置され、前記両レーザ
の投光軸は同軸線上に位置していることを特徴とする。

【００１８】請求項６記載の発明は、中心軸方向の両端
に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパねじの、前
記中心軸方向をＺ軸方向とし、前記中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、前記テーパねじの有効径を測
定するものであって、レーザからレーザビームをＹ軸方
向に平行に投光して前記テーパねじの表面に光スポット
を形成し、この光スポットからの拡散反射光の検出結果
に基づいてＺ軸方向の任意の位置Ｚ(i) における前記レ
ーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定
し、レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致さ
せた状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の
相対走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求
めて前記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外
形断面を測定し、前記一対の外形断面における前記テー
パねじの中心軸方向の一端側の一対の第１ピッチ線及び
他端側の一対の第２ピッチ線を求め、前記一対の第１ピ
ッチ線と前記一対の第２ピッチ線とが交わる２つの交点
を求め、両交点間の距離を算出して前記テーパねじの有
効径を求めることを特徴とする。

【００１９】請求項７記載の発明は、中心軸方向の両端
に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパねじの、前
記中心軸方向をＺ軸方向とし、前記中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、前記テーパねじの有効径を測
定するものであって、レーザビームをＹ軸方向に平行に
投光するレーザと、前記レーザにより前記テーパねじの
表面に形成された光スポットからの拡散反射光を検出す
るレーザ光検出手段と、前記レーザと前記テーパねじと
をＺ軸方向に相対走査させるＺ軸方向走査手段と、前記
レーザ光検出手段の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向の任
意の位置Ｚ(i)における前記レーザから光スポットまで
のＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段と、レ
ーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致させた状
態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の相対走
査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて前
記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外形断面
を測定する外形測定手段と、前記一対の外形断面におけ
る前記テーパねじの中心軸方向の一端側の一対の第１ピ
ッチ線及び他端側の一対の第２ピッチ線を求めるピッチ
線算出手段と、前記一対の第１ピッチ線と前記一対の第
２ピッチ線とが交わる２つの交点を求め、両交点間の距
離を算出して前記テーパねじの有効径を求める有効径算
出手段とを備えていることを特徴とする。

【００２０】請求項８記載の発明は、中心軸方向の両端
に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパねじの、前
記中心軸方向をＺ軸方向とし、前記中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、前記テーパねじのテーパ角度
を測定するものであって、レーザからレーザビームをＹ
軸方向に平行に投光して前記テーパねじの表面に光スポ
ットを形成し、この光スポットからの拡散反射光の検出
結果に基づいてＺ軸方向の任意の位置Ｚ(i) における前
記レーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を
測定し、レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一
致させた状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方
向の相対走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）
を求めて前記テーパねじの中心軸の切断面における一対
の外形断面を測定し、前記一対の外形断面における前記
テーパねじの中心軸方向の一端側に一対の第１ピッチ線
を求めるとともに、前記一対の外形断面における前記テ
ーパねじの中心軸方向の他端側に前記一対の第１ピッチ
線に交わる一対の第２ピッチ線を求め、前記一対の第１
ピッチ線，前記一対の第２ピッチ線から、前記テーパね
じのテーパ角度を求めることを特徴とする。

【００２１】請求項９記載の発明は、中心軸方向の両端
に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパねじの、前
記中心軸方向をＺ軸方向とし、前記中心軸方向に直交す
る方向をＹ軸方向として、前記テーパねじのテーパ角度
を測定するものであって、レーザビームをＹ軸方向に平
行に投光するレーザと、前記レーザにより前記テーパね
じの表面に形成された光スポットからの拡散反射光を検
出するレーザ光検出手段と、前記レーザと前記テーパね
じとをＺ軸方向に相対走査させるＺ軸方向走査手段と、
前記レーザ光検出手段の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向
の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光スポット
までのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段
と、レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致さ
せた状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の
相対走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求
めて前記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外
形断面を測定する外形測定手段と、前記一対の外形断面
における前記テーパねじの中心軸方向の一端側に一対の
第１ピッチ線を求めるとともに、前記一対の外形断面に
おける前記テーパねじの中心軸方向の他端側に前記一対
の第１ピッチ線に交わる一対の第２ピッチ線を求めるピ
ッチ線算出手段と、前記一対の第１ピッチ線，前記一対
の第２ピッチ線から、前記テーパねじのテーパ角度を求
めるテーパ角度算出手段とを有していることを特徴とす
る。

【００２２】請求項１０記載の発明は、請求項７または
請求項９記載のねじの測定装置において、前記レーザ
は、Ｙ軸方向におけるねじの両側に対向して配置され、
前記両レーザの投光軸は同軸線上に位置していることを
特徴とする。請求項１１記載の発明は、請求項２，請求
項４，請求項５，請求項７，請求項９，請求項１０のい
ずれか１項に記載のねじの測定装置において、前記レー
ザと前記レーザ光検出手段とは一体構造であることを特
徴とする。

【００２３】請求項１２記載の発明は、請求項２，請求
項４，請求項５，請求項７，請求項９ないし請求項１１
のいずれか１項に記載のねじの測定装置において、前記
レーザ光検出手段は、ＣＣＤであることを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、中心軸方向の両端に向けて縮
径してなる両端先細り状のテーパねじの有効径の測定値
と予め設定された設定値とを比較するとともに、前記テ
ーパねじのテーパ角度の測定値と予め設定された設定値
とを比較する比較手段と、比較手段から出力された信号
により、前記有効径の測定値が前記設定値の許容範囲外
の場合に前記テーパねじの形状を不合格と判定するとと
もに、前記テーパ角度の測定値が前記設定値の許容範囲
外の場合に前記テーパねじの形状を不合格と判定するね
じ形状判定手段とを備えていることを特徴とする。

【００２４】（作用）請求項１記載の発明においては、
レーザビームが、レーザ投光方向（Ｙ軸方向）がねじの
中心軸方向（Ｚ軸方向）に直交するようにレーザから照
射される。ねじの表面に光スポットが形成され、この光
スポットからの拡散反射光がレーザ光検出手段により検
出される。

【００２５】そして、Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i) にお
けるレーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i)
が測定される。さらに、前記レーザとねじのＺ軸方向の
相対走査によりＺ(i)とＹ(i)とが対応付けされ、光スポ
ットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてねじの外形が測定
される。 請求項２記載の発明においては、レーザが、
測定すべきねじの中心軸方向（Ｚ軸方向）にレーザ投光
方向（Ｙ軸方向）が直交した状態で配置され、レーザか
らねじの表面にレーザビームが照射される。

【００２６】これにより、ねじの表面にスポット光が形
成される。光スポットから拡散反射光が反射され、拡散
反射光はレーザ光検出手段に入り、検出される。レーザ
光検出手段の検出結果に基づいて、距離算出手段によ
り、Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i)におけるレーザから光
スポットまでの距離Ｙ(i)が測定される。

【００２７】Ｚ軸方向走査手段により、レーザとねじと
がＺ軸方向に相対走査され、Ｚ(i)にＹ(i)が対応付けさ
れる。外形測定手段により、Ｚ(i)に距離Ｙ(i)が対応付
けされた光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）が求めら
れ、ねじの外形が測定される。

【００２８】請求項３記載の発明においては、先ず、レ
ーザを、ねじに対してＺ軸方向に平行な少なくとも２以
上の切断面において位置させた状態で請求項１記載の発
明と同様にして、ねじの外形断面が測定される。そし
て、ねじの外形断面からピッチ線が求められる。さら
に、Ｚ軸に交わる平面と前記ピッチ線とが交わる前記平
面上の少なくとも３つの交点の座標値を用いてねじの中
心軸の座標が算出される。

【００２９】請求項４記載の発明においては、例えば、
位置変更手段により、レーザがねじに対してＺ軸方向に
平行な少なくとも２以上の切断面において位置決めされ
る。この状態で、Ｚ軸方向走査手段により、レーザとね
じとがＺ軸方向に相対走査されて、請求項２記載の発明
と同様にして、ねじの外形断面が測定される。そして、
ピッチ線算出手段により、ピッチ線が求められる。

【００３０】さらに、ねじ中心軸算出手段により、Ｚ軸
に交わる平面と前記ピッチ線とが交わる前記平面上の少
なくとも３つの交点の座標値を用いてねじの中心軸の座
標が算出される。請求項５記載の発明においては、レー
ザは、Ｙ軸方向におけるねじの両側に対向して配置さ
れ、両レーザの投光軸は同軸線上に位置しているので、
両レーザのＺ軸方向における１回の走査で、両レーザに
おけるレーザから光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ
(i) が同時に測定される。

【００３１】請求項６記載の発明においては、測定対象
は、中心軸方向（Ｚ軸方向）の両端に向けて縮径してな
る両端先細り状のテーパねじであり、測定部位は前記テ
ーパねじの有効径である。レーザは、レーザビームを前
記テーパねじの中心軸上に一致させた状態で、位置決め
される。この状態で、請求項１記載の発明と同様にし
て、前記テーパねじの一対の外形断面が測定される。

【００３２】そして、前記テーパねじの中心軸方向の一
端側の一対の第１ピッチ線及び他端側の一対の第２ピッ
チ線が求められる。さらに、前記一対の第１ピッチ線と
前記一対の第２ピッチ線とが交わる２つの交点が求めら
れ、両交点間の距離を算出することにより前記テーパね
じの有効径が算出される。

【００３３】請求項７記載の発明においては、測定対象
は、中心軸方向（Ｚ軸方向）の両端に向けて縮径してな
る両端先細り状のテーパねじであり、測定部位は前記テ
ーパねじの有効径である。請求項６記載の発明と同様に
して、前記テーパねじの中心軸方向の一端側の一対の第
１ピッチ線及び他端側の一対の第２ピッチ線が求められ
る。

【００３４】さらに、有効径算出手段により、前記一対
の第１ピッチ線と前記一対の第２ピッチ線とが交わる２
つの交点が求められ、両交点間の距離が算出され、前記
テーパねじの有効径が算出される。請求項８記載の発明
においては、測定対象は、中心軸方向（Ｚ軸方向）の両
端に向けて縮径してなる両端先細り状のテーパねじであ
り、測定部位は前記テーパねじのテーパ角度である。

【００３５】請求項６記載の発明と同様にして、前記テ
ーパねじのＺ軸方向の一端側の一対の第１ピッチ線及び
他端側の一対の第２ピッチ線が算出される。一対の第１
ピッチ線，一対の第２ピッチ線から、前記テーパねじの
テーパ角度が求められる。請求項９記載の発明において
は、測定対象は、中心軸方向（Ｚ軸方向）の両端に向け
て縮径してなる両端先細り状のテーパねじであり、測定
部位は前記テーパねじのテーパ角度である。

【００３６】請求項６記載の発明と同様にして、ピッチ
線算出手段により、前記テーパねじのＺ軸方向の一端側
の一対の第１ピッチ線及び他端側の一対の第２ピッチ線
が算出される。テーパ角度算出手段により、前記一対の
第１ピッチ線，前記一対の第２ピッチ線から、前記テー
パねじのテーパ角度が求められる。

【００３７】請求項１０記載の発明においては、請求項
５記載の発明と同様の作用が生じる。 請求項１１記載
の発明においては、レーザとレーザ光検出手段とは同時
に移動される。請求項１２記載の発明においては、測定
すべきねじのフランクに当たったレーザビームは、拡散
反射光となって、その一部がレーザ光検出手段に向かう
とともに、拡散反射光の一部は、このねじのフランクに
向かい合って隣接しているねじのフランクに当たり、こ
のねじのフランクから２次の拡散反射光が拡散反射され
る。２次の拡散反射光がレーザ光検出手段に検出され
る。このようにして２次，３次の拡散反射光がレーザ光
検出手段に検出される。

【００３８】２次，３次の拡散反射光の減衰は大きいの
で、ＣＣＤでは、強い入射光に対応する一番強い出力信
号のＰＤ（フォトダイオード）の位置が２次，３次の拡
散反射光に対して区別されて検出される。これにより、
レーザ光検出手段は拡散反射光の影響を受けず、レーザ
から光スポットまでの距離が正確に測定される。請求項
１３記載の発明においては、比較手段により、前記テー
パねじの有効径の測定値と予め設定された前記テーパね
じの有効径の設定値とが比較されるとともに，前記テー
パねじのテーパ角度の測定値と予め設定された前記テー
パねじのテーパ角度の設定値とが比較される。

【００３９】そして、ねじ形状判定手段により、前記テ
ーパねじの有効径の測定値が前記テーパねじの有効径の
設定値の許容範囲外の場合に前記テーパねじの形状が不
合格と判定されるとともに、前記テーパねじのテーパ角
度の測定値が前記テーパねじのテーパ角度の設定値の許
容範囲外の場合に前記テーパねじの形状が不合格と判定
される。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。図１ないし図１６に基づいて、
請求項１，請求項３，請求項６，請求項８記載の発明に
係わるねじの測定方法及び請求項２，請求項４，請求項
５，請求項７，請求項９，請求項１０ないし請求項１２
記載の発明に係わるねじの測定装置並びに請求項１３記
載の発明に係わるねじ形状合否判定装置の一実施の形態
（以下「実施の形態１」という）について説明する。

【００４１】ねじとしてニップルからなるテーパねじを
例に挙げ、このニップルを測定対象として説明する。な
お、ニップルは、図２４に示すように、従来例と同様に
中心軸方向の両端に向けて縮径してなる両端先細り状に
形成されている。従来例と同様にニップル１０１の有効
径を符号Ｄで示し、テ−パ角度を符号θで示す。図１な
いし図３において、ねじの測定装置１は、ベースプレー
ト２を有している。ベースプレート２上には水平レール
２Ａ，２Ａが設置され、この水平レール２Ａ，２ＡにＸ
軸テーブル３が移動自在に装着されている。

【００４２】Ｘ軸テーブル３には、フレーム４が垂直に
固定して設けられている。フレーム４上には縦レール４
Ａ，４Ａが設置され、この縦レール４Ａ，４ＡにＺ軸テ
ーブル５が移動自在に装着されている。Ｚ軸テーブル５
とＸ軸テーブル３は直交している。ここで、Ｘ軸テーブ
ル３の移動する方向をＸ軸方向として，Ｚ軸テーブル５
が移動する方向をＺ軸方向として、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向
に直交する方向をＹ軸方向として直角座標系Σを図１に
示すように定義する。直角座標系Σにおいて、符号６を
原点とし、Ｘ軸を符号７で示し、Ｙ軸を符号８で示し、
Ｚ軸を符号９で示し、矢印方向を＋方向とする。

【００４３】Ｘ軸テーブル３上には、ニップル１０１が
図示しない治具にセットされている。セットされたニッ
プル１０１は、その中心軸方向がＺ軸方向に一致してい
る。そして、Ｚ軸テーブル５には、ブラケット１０がＺ
軸テーブル５に垂直状態で固定して設けられている、ブ
ラケット１０は、Ｚ軸方向から見て断面門形形状になっ
ており、対向するアーム１１,１１を有している。両ア
ーム１１,１１の先端には、それぞれ一対の距離センサ
１２，１３が装着されている。

【００４４】図１４に示すように、一方の距離センサ１
２は、レーザ１４と、これに一体構造になっているレー
ザ光検出手段１５と、距離算出手段１６とでそれぞれ構
成され、他方の距離センサ１３は、レーザ１７と、これ
に一体構造になっているレーザ光検出手段１８と、距離
算出手段１９とでそれぞれ構成されている。距離センサ
１２，１３は、レーザ１４，１７からニップル１０１の
表面上の光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を以下
のように測定するものである。ここで、ｉ＝１，２，
３，・・・，Ｎである。

【００４５】レーザ１４，１７は、赤色半導体レーザか
らなり、レーザビームをニップル１０１の表面上に放射
するものである。レーザ１４，１７は、Ｙ軸方向におけ
るニップル１０１の両側に対向して配置され、その投光
軸１４Ａ，１７Ａは、Ｙ軸方向に平行になっており、同
軸線上に位置している。従って、レーザ１４，１７から
レーザビームがＹ軸方向に平行に投光されると、ニップ
ル１０１の表面に光スポットが同軸線上に形成される。

【００４６】レーザ光検出手段１５，１８は、レーザ１
４，１７によりニップル１０１の表面に形成された光ス
ポットからの拡散反射光を検出するものである。レーザ
光検出手段１５，１８には、ＣＣＤが用いられている。
距離算出手段１６，１９は、前記レーザ光検出手段１
５，１８の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向の任意の位置
Ｚ(i) におけるレーザ１４，１７からニップル１０１の
表面までのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定するものであ
る。

【００４７】かかる構成の距離センサ１２，１３は、ニ
ップル１０１の表面状態に影響することなく、また、反
射光量の少ない黒色表面，光沢のある金属表面に対して
検出可能となっている。

【００４８】そして、ニップル１０１が図示しない治具
に固定してセットされていることから、Ｚ軸テーブル５
は、前記距離センサ１２，１３とニップル１０１とをＺ
軸方向に相対走査させるＺ軸方向走査手段に対応してい
る。Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５には、テーブルコ
ントローラ２０が接続されている。テーブルコントロー
ラ２０は、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５の位置，移
動速度を制御し、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５のそ
れぞれの現在位置を出力する機能を有するものである。
テーブルコントローラ２０は、Ｘ軸方向位置変更手段２
０Ａ（図１４に図示）からなる位置変更手段と、Ｚ軸方
向位置変更手段２０Ｂ（図１４に図示）からなるＺ軸方
向走査手段とを有している。Ｘ軸方向位置変更手段２０
Ａは、ニップル１０１と距離センサ１２，１３とのＸ軸
方向の相対位置を変えて距離センサ１２，１３のレーザ
１４，１７を３つの位置（図４にて示すＸ(C)，Ｘ(1)，
Ｘ(2) での切断面の位置）に変更するものである。Ｚ軸
方向位置変更手段２０Ｂは、ニップル１０１と距離セン
サ１２，１３とのＺ軸方向の相対位置を変更するもので
ある。

【００４９】図１４に示すように、テーブルコントロー
ラ２０，距離センサ１２，１３は、制御手段２１に接続
されている。制御手段２１は、第１の測定値記憶手段２
２Ａを有する第１の外形測定手段２２と、第２の測定値
記憶手段２３Ａを有する第２の外形測定手段２３と、第
１のピッチ線算出手段２４と、第２のピッチ線算出手段
２５と、ねじ中心軸算出手段２６と、ねじ形状算出手段
２７と、ねじ形状設定値記憶手段２８と、ねじ形状合否
判定装置２９とで構成されている。

【００５０】制御手段２１の出力側であるねじ形状合否
判定装置２９は、ねじ形状合否表示装置３０に接続され
ている。テーブルコントローラ２０からの信号は，Ｘ軸
テーブル３，Ｚ軸テーブル５に出力され、Ｘ軸テーブル
３，Ｚ軸テーブル５を駆動させる。

【００５１】一方の距離センサ１２からの信号は、第１
の測定値記憶手段２２Ａ及び第２の測定値記憶手段２３
Ａに送られる。他方の距離センサ１３からの信号は、第
１の測定値記憶手段２２Ａ及び第２の測定値記憶手段２
３Ａに送られる。第１の外形測定手段２２の信号は、第
１のピッチ線算出手段２４に送られる。第２の外形測定
手段２３の信号は、第２のピッチ線算出手段２５に送ら
れる。第１のピッチ線算出手段２４の信号は、ねじ中心
軸算出手段２６に送られ、ねじ中心軸算出手段２６の信
号は、Ｘ軸方向位置変更手段２０Ａに送られる。

【００５２】第２のピッチ線算出手段２５の信号は、ね
じ形状算出手段２７に送られる。ねじ形状算出手段２７
の信号及びねじ形状設定値記憶手段２８の信号は、ねじ
形状合否判定装置２９に送られる。第１の外形測定手段
２２は、距離センサ１２，１３のレーザ１４，１７をＸ
軸方向に移動させて２つの位置（Ｘ(1)，Ｘ(2)）に位置
させた状態で、距離センサ１２，１３のＺ軸方向の走査
により、光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてニ
ップル１０１の外形断面１０１Ｂ，１０１Ｂを測定する
ものである。

【００５３】第２の外形測定手段２３は、Ｘ軸上におけ
るレーザ１４，１７の位置を、両レーザの投光軸１４
Ａ，１７Ａから照射されたレーザビームがニップル１０
１の中心軸１０１Ａ上に一致するようにした状態で、距
離センサ１２，１３のＺ軸方向の走査により光スポット
の座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて前記中心軸１０１Ａの
切断面における一対の外形断面１０１Ｃ，１０１Ｃ（図
１１に図示）を測定するものである。

【００５４】第１の測定値記憶手段２２Ａは、Ｘ(1)，
Ｘ(2)における光スポットの座標（Ｙ(i) ，Ｚ(i) ）を
記憶するものである。第２の測定値記憶手段２３Ａは前
記中心軸１０１Ａの座標値Ｘ(C) における光スポットの
座標（Ｙ(i) ，Ｚ(i) ）を記憶するものである。

【００５５】第１のピッチ線算出手段２４は、Ｘ軸上の
位置（Ｘ(1)，Ｘ(2)）におけるニップル１０１の外形断
面１０１Ｂ，１０１Ｂからニップル１０１の４本のピッ
チ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４（図４に図示）を求めるも
のである。第２のピッチ線算出手段２５は、前記中心軸
１０１Ａにおける一対の外形断面１０１Ｃ，１０１Ｃ
（図１１に図示）から、前記中心軸１０１Ａの一端側
（図１１の上側）の一対の上側ピッチ線３１，３２及び
他端側（図１１の下側）の一対の下側ピッチ線３３，３
４を求めるものである（図６に図示）。

【００５６】ねじ中心軸算出手段２６は、前記中心軸１
０１Ａの座標(Ｘ(C)，Ｙ(C))を算出するものである。ね
じ形状算出手段２７は、有効径算出手段２７Ａと、テー
パ角度算出手段２７Ｂとで構成され、ニップル１０１の
有効径Ｄの測定値，テーパ角度θの測定値を算出するも
のである。

【００５７】ねじ形状設定値記憶手段２８は、ニップル
１０１の有効径Ｄの設定値，テーパ角度θの設定値及び
許容範囲（公差）を格納するものである。ねじ形状合否
判定装置２９は、ニップル１０１の形状の合否を判定す
るもので、比較手段２９Ａと、ねじ形状判定手段２９Ｂ
とで構成されている。次に、本実施の形態１における作
用について説明する。

【００５８】図１５は、本実施形態に係わるねじの測定
装置のニップル１０１の中心軸１０１Ａの座標を算出す
るフローチャートである。このフローチャートに従っ
て、距離センサ１２，１３及び制御手段２１により、以
下の動作が行なわれる。先ず、図示しない治具上にニッ
プル１０１をセットすることにより、Ｘ軸テーブル３に
対して前記中心軸１０１Ａが垂直に位置決めされる。従
って、ニップル１０１の軸心１０１Ｄは、前記中心軸１
０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）上に位置することにな
る。

【００５９】ステップＳ１において、テーブルコントロ
ーラ２０の指令により、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル
５は初期位置に復帰される。Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テー
ブル５の初期位置は、距離センサ１２，１３の図３の二
点鎖線Ｗ０で示す位置に対応する位置である。ステップ
Ｓ２において、テーブルコントローラ２０の指令によ
り、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５は、初期位置Ｗ０
から走査１回目の走査開始位置に移動される。これに対
応して、距離センサ１２，１３は、Ｘ軸上で位置Ｘ(1)
に位置するとともに、Ｚ軸上で位置Ｚ(1S)に位置する
（図２，図３，図４に図示）。すなわち、距離センサ１
２，１３の走査１回目の各走査開始位置（ＳＴ１）は、
Ｘ(1)，Ｚ(1S)である。なお、距離センサ１２，１３に
おいては、レーザ１４，１７とレーザ光検出手段１５，
１８とは一体構造になっているので、距離センサ１２，
１３を移動させる際には、レーザ１４，１７とレーザ光
検出手段とは１５，１８とは同時に移動され、構造を簡
単にすることができる。

【００６０】Ｘ(1) は、ねじの測定装置１の所定領域１
Ａ（図４に図示）のＸ軸方向の中心位置Ｘ(C) からＸ軸
「一」方向へ、ニップル１０１の外形断面を得ることの
できる所定距離はなれたＸ軸座標値を示す。Ｚ(1S)は、
次式で与えられる。 Ｚ(1S)＝Ｚ(1Ｅ)＋ｄ・Ｎ(1)・・・ ここで、Ｚ(1E)；ニップルの長さの1/2におけるＺ軸座
標値 ｄ；距離センサのＺ軸方向の測定ピッチ Ｎ(1)；測定回数 ｄ・Ｎ(1)；距離センサのＺ軸方向走査距離 である。

【００６１】距離センサ１２，１３では、次の作用が生
じる。レーザビームがレーザ１４，１７からニップル１
０１の表面に照射され、レーザビームは拡散反射光とし
て反射される。ニップル１０１の表面（山頂，谷底，フ
ランク）にはスポット光（例えば７０μｍ）が形成され
る。光スポットからの拡散反射光は、レーザ光検出手段
１５，１８により検出される。

【００６２】そして、レーザ光検出手段１５としてＣＣ
Ｄが用いられていることから、レーザ光検出手段１５は
拡散反射光の影響を受けず、距離センサ１２，１３は、
レーザ１４，１７から光スポットまでの距離を正確に測
定することができる。これを、図１３により説明する。
図に示すように、レーザ１４，１７からニップル１０１
の１つのフランク１０２Ａに照射されて当たったレーザ
ビームは、拡散反射光となる。その一部が１次の拡散反
射光レーザとしてレーザ光検出手段１５，１８に向かう
とともに、拡散反射光の他の一部は、このフランク１０
２Ａに向かい合って隣接しているフランク１０２Ｂに当
たり、このフランク１０２Ｂから２次の拡散反射光が拡
散反射される。２次の拡散反射光はレーザ光検出手段１
５，１８に検出される。このようにして２次，３次の拡
散反射光はレーザ光検出手段１５，１８に１次の拡散反
射光とともに検出される。２次，３次の拡散反射光の減
衰が大きいので、ＣＣＤでは、フランク１０２Ａからの
拡散反射により出力された強い入射光に対応する一番強
い出力信号１５ＡのＰＤ（フォトダイオード）位置を２
次，３次の拡散反射光に対して区別して検出することに
より、レーザ光検出手段１５，１８は拡散反射光の影響
を受けず、距離センサ１２，１３は、レーザ１４，１７
から光スポットまでの距離を正確に測定することができ
る。

【００６３】ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５において、Ｘ軸
テーブル３を固定状態に保持して、Ｚ軸テーブル５がＺ
軸「一」方向へ移動される。Ｚ軸テーブル５が移動する
ことにより、距離センサ１２，１３がＺ軸「一」方向へ
測定ピッチｄずつ走査される。距離センサ１２，１３が
走査される際、距離センサ１２，１３の任意の高さＺ
(i) は、図８，図９に示される。図に示すように、距離
センサ１２，１３が測定時刻ｔにおけるＺ(i)の位置か
ら測定時刻(ｔ+1)におけるＺ(i+1)の位置に変化する。
Ｚ(i)に対応して距離センサ１２，１３により検出され
る距離はＹ12(i)，Ｙ13(i)であり、Ｚ(i+1)に対応して
距離センサ１２，１３により電圧として検出される距離
はＹ12(i+1)，Ｙ13(i+1)である。このようにして、（Ｚ
(i)，Ｙ12(i)）及び（Ｚ(i)，Ｙ13(i)）が測定される
（ｉ＝１，２，３，・・・Ｎ）（図４，図５に図示）。

【００６４】ステップＳ６において、(i)が測定回数Ｎ
(1)に達したか否かが判断される。(i)が測定回数Ｎ(1)
に達しない場合には、ＮＯと判断され、ステップＳ３に
戻り、繰返し処理が行なわれる。(i)が距離センサ１
２，１３の測定回数Ｎ(1)に達すると、ＹＥＳと判断さ
れ、ステップＳ７に進む。このようにして、Ｚ(1S)から
Ｚ(1Ｅ)に至るまでのすべての光スポットの座標（Ｚ
(i)，Ｙ12(i)）及び座標（Ｚ(i)，Ｙ13(i)）が測定され
る。第１の測定値記憶手段２２Ａに、Ｚ(i)に対応付け
された距離Ｙ12(i)，Ｙ13(i)）が格納される。 そし
て、ステップＳ７において、すべての（Ｚ(i)，Ｙ12
(i)）及び（Ｚ(i)，Ｙ13(i)）をプロットすることによ
り、Ｘ(1) におけるニップル１０１の外形断面１０１
Ｂ，１０１Ｂ（図１０に図示）が得られる。なお、図１
０のねじ山は、理解を容易にするために、実際のニップ
ル１０１の大きさに比して拡大して示しているが、例え
ば、ニップル１０１の有効径に対してねじ山高さが1/10
0 の大きさのものが用いられる。

【００６５】Ｘ(1) におけるニップル１０１の外形断面
１０１Ｂ，１０１Ｂが得られると、走査１回目が終了す
る（ステップＳ８）。走査１回目が終了すると、ステッ
プＳ９に進む。ステップＳ９において、テーブルコント
ローラ２０の指令により、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブ
ル５は、走査２回目の走査開始位置に移動され、これに
対応して、距離センサ１２，１３は、Ｘ軸上でＸ(2) に
位置するとともに、Ｚ軸上でＺ(1S)に位置する（図４，
図５に図示）。すなわち、距離センサ１２，１３の走査
２回目の走査開始位置ＳＴ２は、Ｘ(2)，Ｚ(1S)であ
る。

【００６６】走査２回目においても、前述の走査１回目
の手順と同様にして、ステップＳ９〜ステップＳ１４に
より、Ｘ(2)におけるニップル１０１の外形断面（Ｘ(1)
における外形断面１０１Ｂ，１０１Ｂと同様の外形断面
であり、説明を省略する）が得られ、走査２回目が終了
する（ステップ１５）。

【００６７】次に、ステップＳ１６において、図４，図
５に示すように、Ｘ(1) における一方の距離センサ１２
に対応するピッチ線Ｐ１，Ｘ(1) における他方の距離セ
ンサ１３に対応するピッチ線Ｐ２，Ｘ(2) における一方
の距離センサ１２に対応するピッチ線Ｐ３，Ｘ(2) にお
ける他方の距離センサ１３に対応するピッチ線Ｐ４が算
出される。

【００６８】以下、ねじ外形断面からピッチ線Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３，Ｐ４を算出する方法について説明する。ピッ
チ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を算出する方法は、同じな
ので、ピッチ線Ｐ１を算出する方法（以下「ピッチ線算
出方法」という）を例に挙げて図１２により説明する。
図１２は、図１０の一部を拡大したねじ山２つ分の断面
を示す。

【００６９】図において、第１の測定値記憶手段２２Ａ
に格納されているニップル１０１の外形断面の各フラン
ク１０２における測定データが用いられる。最小二乗法
により前記外形断面とフランク１０２が交差してジグザ
グ状の直線１０３が求められ、とがり三角形が連続的に
形成される。これにより、例えばジグザグ状の直線１０
３の各要素の線分の交点Ｋ１，Ｋ３は，とがり三角形の
ねじ山頂点となり、Ｋ２はとがり三角形のねじ谷底点と
なる。この交点Ｋ１と交点Ｋ２の中点Ｋ４、交点Ｋ２と
交点Ｋ３の中点Ｋ５が求められ、中点Ｋ４，Ｋ５を結ぶ
ことにより直線１０４が求められる。なお、中点はＫ
４、Ｋ５と２ヶ所になっているが、３ヶ所以上でも良
い。

【００７０】この直線１０４は次式で与えられ、ニップ
ル１０１のピッチ線Ｐ１を形成する。 Ｚ＝ａ・Ｙ＋ｂ
・・・ ここで、ａ；ピッチ線の傾き ｂ；ピッチ線とＺ軸との切片 である。

【００７１】なお、ニップル１０１の複数の異なるフラ
ンク１０２から同様にそれぞれのピッチ線を求め、平均
化することにより、さらに高精度にピッチ線を求めるこ
とができる。次に、ステップＳ１７において、図４，図
５に示すように、Ｚ軸方向における走査開始点Ｚ(1S)と
走査終了点Ｚ(1E)の中点Ｚ(1C)で切断されたＸ−Ｙ平面
１０５と、前記４本のピッチ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４
とが交差する４つの交点Ｐ１(XY)，Ｐ２(XY)，Ｐ３(X
Y)，Ｐ４(XY)のＸ−Ｙ座標値を用いて円の方程式より前
記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）が算出され
る。ここで、Ｐ１(XY)は、Ｚ(1C)でのピッチ線Ｐ１とＸ
−Ｙ平面１０５との交点である。Ｐ２(XY)はＺ(1C)での
ピッチ線Ｐ２とＸ−Ｙ平面１０５との交点である。Ｐ３
(XY)はＺ(1C)でのピッチ線Ｐ３とＸ−Ｙ平面１０５との
交点である。Ｐ４(XY)はＺ(1C)でのピッチ線Ｐ４とＸ−
Ｙ平面１０５との交点である。

【００７２】前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ
(C)）を算出する方法について説明する。 式を適用
することにより、第１の測定値記憶手段２２Ａに記憶さ
れている走査１回目（一方の距離センサ１２のＸ軸座標
値Ｘ(1)）の測定データ（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）より求まっ
たピッチ線Ｐ１の式はＺ=ａ₁・Ｙ＋ｂ₁となる。交点Ｐ
１(XY)の座標（Ｘ，Ｙ）は次式で与えられる。

【００７３】 （Ｘ,Ｙ）＝［Ｘ(1)，（Ｚ(1C)−ｂ₁）／ａ₁］・・・ 式を適用することにより、第１の測定値記憶手段２２
Ａに記憶されている走査１回目（他方の距離センサ１３
のＸ軸座標値Ｘ(1)）の測定データ（Ｚ(i)，Ｙ1３(i)）
より求まったピッチ線Ｐ２の式はＺ=ａ₂・Ｙ＋ｂ₂とな
る。交点Ｐ２(XY)の座標（Ｘ,Ｙ）は次式で与えられ
る。

【００７４】 （Ｘ,Ｙ）＝［Ｘ(1)，（Ｚ(1C)−ｂ₂）／ａ₂］・・・ 式を適用することにより、第１の測定値記憶手段２２
Ａに記憶されている走査２回目（一方の距離センサ１２
のＸ軸座標値Ｘ(2)）の測定データ（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）
より求まったピッチ線Ｐ３の式はＺ=ａ₃・Ｙ＋ｂ₃とな
る。交点Ｐ３(XY)の座標（Ｘ,Ｙ）は次式で与えられ
る。

【００７５】 （Ｘ,Ｙ）＝［Ｘ(2)，（Ｚ(1C)−ｂ₃）／ａ₃］・・・ 式を適用することにより、第１の測定値記憶手段２２
Ａに記憶されている走査２回目（他方の距離センサ１３
のＸ軸座標値Ｘ(2)）における測定データ（Ｚ(i)，Ｙ13
(i)）より求まったピッチ線Ｐ４の式はＺ=ａ₄・Ｙ＋ｂ₄
となる。交点Ｐ４(XY)の座標（Ｘ,Ｙ）は次式で与えら
れる。

【００７６】 （Ｘ,Ｙ）＝［Ｘ(2)，（Ｚ(1C)−ｂ₄）／ａ₄］・・・ 次に、式，式，式より求まった前記３つの交点Ｐ
１(XY)，Ｐ２(XY)，Ｐ３(XY)のＸ−Ｙ座標（Ｘ,Ｙ）を
円の方程式 (Ｘ−ｘ)²＋(Ｙ−ｙ)²＝(ｒ)²・・・ に代入し、円の中心座標(ｘ₁，ｙ₁)が求められる。

【００７７】以下、組合わせを変えて、円の中心座標
(ｘ₂，ｙ₂)，(ｘ₃,ｙ₃)，(ｘ₄,ｙ₄），が求められる。
求まった４点の中心座標(ｘ₁，ｙ₁)，(ｘ₂，ｙ₂)，
(ｘ₃,ｙ₃)，(ｘ₄,ｙ₄）を次式に代入して円の中心座標
(Ｘ(C)，Ｙ(C))が求められる。 Ｘ(C)＝（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４・・・ Ｙ(C)＝（ｙ₁＋ｙ₂＋ｙ₃＋ｙ₄）／４・・・ 以上の方法により求まった円の中心座標（Ｘ(C)，Ｙ
(C)）が測定した前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ
(C)）となる。

【００７８】なお、本実施の形態１では、距離センサ１
２，１３のＺ軸方向への走査は、２つの位置Ｘ(1)，Ｘ
(2)になっており、走査回数は最低限必要な２回に止め
ているが、より検出精度，安定性を向上させるために、
距離センサ１２，１３のＸ軸上での走査開始位置を変え
て走査回数を増すこともできる。次に、ニップル１０１
の有効径及びテーパ角度の算出方法を、図１１，図１
４，図１６に従って説明する。

【００７９】図１６は、本実施の形態１に係わるねじの
測定装置の有効径及びテーパ角度を算出するフローチャ
ートである。このフローチャートに従って、距離センサ
１２，１３及び制御手段２１により、以下の動作が行な
われる。ステップＳ２１において、テーブルコントロー
ラ２０の指令により、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５
は初期位置に復帰される。

【００８０】なお、前述の測定された前記中心軸１０１
Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）の信号は、ねじ中心軸算出手
段２６からテーブルコントローラ２０に送られている。
ステップＳ２２において、テーブルコントローラ２０の
指令により、Ｘ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル５は、図
６，図７に示すように、走査開始位置（ＳＴ３）に移動
され、これに対応して、距離センサ１２，１３は、Ｘ軸
上でＸ(C) に位置するとともに、Ｚ軸上でＺ座標値Ｚ
(2)に位置する。すなわち、距離センサ１２，１３の走
査開始位置ＳＴ３は、Ｘ(C)，Ｚ(2)である。この走査開
始位置（ＳＴ３）にレーザ１４，１７の投光軸１４Ａ，
１７Ａが位置される。

【００８１】Ｚ(2)は、次式で与えられる。 Ｚ(2)＝Ｚ(2C)＋ｄ・Ｎ(2)／２ ここで、Ｚ(2C)；ニップルの長さの1/2におけるＺ軸座
標値 ｄ；距離センサのＺ軸方向の測定ピッチ Ｎ(2)；測定回数 ｄ・Ｎ(2)；距離センサのＺ軸方向走査距離 である。

【００８２】ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５におい
て、Ｘ軸テーブル３が固定状態に位置決めされて、Ｚ軸
テーブル５がＺ軸「−」方向へ移動される。Ｚ軸テーブ
ル５が移動することにより、距離センサ１２，１３がＺ
軸「−」方向へ測定ピッチｄずつ走査される。距離セン
サ１２，１３が走査される際、距離センサ１２，１３の
任意の高さＺ(i) は、図８，図９に示される。走査１回
目の動作と同様にして、距離センサ１２，１３によりＺ
(i)にＹ12(i)及びＹ13(i)が対応付けされ、（Ｚ(i)，Ｙ
12(i)）及び（Ｚ(i)，Ｙ13(i)）が測定される（ｉ＝
１，２，３，・・・Ｎ）。

【００８３】（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）及び（Ｚ(i)，Ｙ13
(i)）の測定データは、第２の測定値記憶手段２３Ａに
送られ、格納される。ステップＳ２６において、(i)が
測定回数Ｎ(2)に達したか否かが判断される。(i)が測定
回数Ｎ(2)に達しない場合には、ＮＯと判断され、ステ
ップＳ２３に戻り、繰返し処理が行なわれる。(i)が測
定回数Ｎ(2)に達すると、ＹＥＳと判断され、ステップ
Ｓ２７に進む。

【００８４】このようにして、Ｚ(2)からＺ軸走査方向
距離Ｎ(2)×ｄの距離に亘る間におけるニップル１０１
上に形成されたすべての光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ1
2(i)）及び座標（Ｚ(i)，Ｙ13(i)）が測定され，第２の
測定値記憶手段２３Ａに格納される。ステップＳ２７に
おいて、すべての（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）及び（Ｚ(i)，Ｙ1
3(i)）をプロットすることにより、Ｘ(C)におけるニッ
プル１０１の外形断面１０１Ｃ，１０１Ｃ（図１１に図
示）が得られる。なお、図１１のねじ山は、理解を容易
にするために、実際のニップル１０１の大きさに比して
拡大して示しており、例えば、ニップル１０１の有効径
に対してねじ山高さが1/100 の大きさのものが用いられ
る。

【００８５】Ｘ(C) におけるニップル１０１の外形断面
１０１Ｃ，１０１Ｃが得られると、ステップ２８に進
む。ステップ２８において、第２のピッチ線算出手段２
５により、以下のように、Ｚ軸方向の一端側の一対の上
側ピッチ線（第１ピッチ線）３１，３２及びＺ軸方向の
他端側の一対の下側ピッチ線（第２ピッチ線）３３，３
４が以下のように算出される。

【００８６】すなわち、図１１に示すように、前記一対
の外形断面１０１Ｃ，１０１Ｃから、前述の「ピッチ線
算出方法」に従って、最小二乗法により前記外形断面と
フランク１０２が交差してジグザグ状の直線１０６が求
められ、とがり三角形が連続的に形成される。これによ
り、例えばジグザグ状の直線１０６の各要素の線分の交
点Ｋ６，Ｋ６は，とがり三角形のねじ山頂点となり、Ｋ
７，Ｋ７はとがり三角形のねじ谷底点となる。この交点
Ｋ６，Ｋ６と交点Ｋ７，Ｋ７の中点Ｋ８，Ｋ８が求めら
れる。なお、中点Ｋ８は２ヶ所になっているが、３ヶ所
以上でも良い。そして、前記中点Ｋ８，Ｋ８を結ぶこと
により前記Ｚ軸方向の一端側の一対の上側ピッチ線３
１，３２及び前記Ｚ軸方向の他端側の一対の下側ピッチ
線３３，３４が算出される。

【００８７】ステップＳ２９において、有効径算出手段
２７Ａにより、一対の上側ピッチ線３１，３２と一対の
下側ピッチ線３３，３４とが交わる２つの交点３５，３
６が求められる。両交点３５，３６間のＹ軸方向の距離
が、交点３６のＹ軸方向の座標値から交点３５のＹ軸方
向の座標値を減ずることにより得られる。また、両交点
３５，３６間のＹ軸方向の距離は、（一方の距離センサ
１２のレーザ１４から他方の距離センサ１３のレーザ１
７までの既知の距離）−（レーザ１４から交点３５まで
のＹ軸方向の距離＋レーザ１７から交点３６までのＹ軸
方向の距離）と計算することにより得ることもできる。
このように、両交点３５，３６間のＹ軸方向の距離を算
出することによりニップル１０１の有効径Ｄの測定値が
求められる。

【００８８】ステップＳ３０において、テーパ角度算出
手段２７Ｂにより以下の演算が行なわれる。前記交点３
５における上側ピッチ線３１の傾きａ(31)に対応する角
度α(31)，下側ピッチ線３３の傾きａ(33)に対応する角
度α(33)が求められる。また、前記交点３６における前
記上側ピッチ線３２の傾きａ(32)に対応する角度α(3
2)，前記下側ピッチ線３４の傾きａ(34)に対応する角度
α(34)が求められる。

【００８９】ニップル１０１の上側のテーパ角度θは、
図１１にθ(A)として図示され、上側のテーパ角度θ(A)
＝１８０度−[α(31)＋α(32)]と計算され、求められ
る。また、ニップル１０１の下側のテーパ角度θは、図
１１にθ(B)として図示され、下側のテーパ角度θ(B)＝
１８０度−[α(33)＋α(34)]と計算され、求められる。
ステップＳ３１において、上述のように測定されたニッ
プル１０１の有効径Ｄの測定値，テーパ角度θ(A)，θ
(B)の測定値は、ねじ形状合否判定装置２９に送られ、
次の如く判定される。

【００９０】すなわち、比較手段２９Ａにおいて、ニッ
プル１０１の有効径Ｄの測定値と予め設定されたニップ
ル１０１の有効径Ｄの設定値とが比較されるとともに，
テーパ角度θ(A)，θ(B)の測定値と予め設定されたニッ
プル１０１のテーパ角度θ(A)，θ(B)の設定値とが比較
される。そして、比較手段２９Ａから出力された信号
は、ねじ形状判定手段２９Ｂに入力される。

【００９１】ねじ形状判定手段２９Ｂにおいて、ニップ
ル１０１の有効径Ｄの測定値がニップル１０１の有効径
Ｄの設定値の許容範囲外の場合にニップル１０１の形状
が不合格と判定されるとともに、ニップル１０１のテー
パ角度θ(A)，θ(B)の測定値がニップル１０１のテーパ
角度θ(A)，θ(B)の設定値の許容範囲外の場合に前記ニ
ップル１０１の形状が不合格と判定される。

【００９２】この信号はねじ形状合否表示装置３０に送
られ、表示される。以上の動作により、ニップル１０１
の形状の測定から形状合否の表示までの一連の検査が終
了する。本実施の形態１におけるニップル１０１の有効
径Ｄの測定値及びテーパ角度θ(A)，θ(B)の測定値は、
例えば次の表１に示すように確認されている。

【表１】 以上の如き構成によれば、次の効果を奏する。第１に、
距離算出手段１６，１９により、Ｚ軸方向の任意の位置
Ｚ(i) におけるレーザ１４，１７からニップル１０１の
表面上の光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定
することができる。従って、無接触で、ニップル１０１
の山部と谷部の高さの変位のみならず、レーザ１４，１
７からニップル１０１のフランク１０２上の光スポット
の距離を測定でき、ニップル１０１の外形を測定でき
る。 ここで、変位センサ（測定対象物の位置が変化し
た場合に位置の変化量を測定するもの）を用いた場合、
ある状態から他の状態に測定対象物が変位した場合の変
位を測定することを利用して、ニップル１０１の山部と
谷部の高さの変位を検出できるが、変位センサからニッ
プル１０１のフランク１０２上に形成された光スポット
までの距離を測定することはできず、従って、ニップル
１０１の外形を測定できない。

【００９３】あくまで、無接触で、距離算出手段１６，
１９を用いることにより、レーザ１４，１７からニップ
ル１０１の表面上の光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ
(i)を測定することによりニップル１０１の外形の測定
が可能になる。第２に、ニップル１０１の有効径（また
は直径）が未知であっても、前記中心軸１０１Ａを算出
できるので、レーザビームを前記中心軸１０１Ａ上に一
致させた状態で照射でき、無接触で、ニップル１０１の
外形，有効径Ｄ（または直径），テーパ角度θを測定で
きる。従来の特開昭５８−４５５０６号公報において
は、被測定物の径に応じてねじ要素の測定を行なうこと
が前提条件であったが、かかる条件は不要である。

【００９４】第３に、レーザ１４，１７は、Ｙ軸方向に
おけるニップル１０１の両側に対向して配置され、レー
ザ１４，１７の投光軸１４Ａ，１７Ａは同軸線上に位置
しているので、次の効果を奏する。 前記中心軸１０１Ａの座標(Ｘ(C),Ｙ(C))を求める
際、レーザ１４，１７のＺ軸方向の１回の走査で、距離
算出手段１６，１９からニップル１０１上の光スポット
からフランク１０２までの距離Ｙ(i)を同時に測定でき
るので、４つの交点の座標値Ｐ１(XY)，Ｐ２(XY)，Ｐ３
(XY)，Ｐ４(XY)の測定データの収集を速くでき、測定時
間を短縮できる。

【００９５】距離Ｙ(i)はＺ軸の高さで同じになって
いるので、Ｚ軸に直交して切ったＸ−Ｙ平面に円の方程
式を適用して、前記中心軸１０１Ａの座標(Ｘ(C),Ｙ
(C))を求めることができる。 レーザ１４，１７は、Ｙ軸方向におけるニップル１０
１の両側に対向して配置され、図５に示すように、４本
のピッチ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のうちの少なくとも
３本のピッチ線の間に前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ
(C)，Ｙ(C)）が囲まれて位置することになり、図１７に
示す距離センサ３１,３２，３３を前記中心軸１０１Ａ
の座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）の一側に並べて配置した場合に
比して、前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）の
算出精度を高めることができる。

【００９６】第４に、レーザ光検出手段１５，１８は、
ＣＣＤであるので、ニップル１０１のフランク１０２に
当たって反射する２次，３次の拡散反射光があっても、
拡散反射光の影響を受けず、距離センサ１２，１３は、
レーザ１４，１７から光スポットまでの距離を正確に測
定することができる。第５に、ニップル１０１の有効径
Ｄ（または直径）が未知であっても、レーザビームを前
記ニップル１０１の中心軸１０１Ａ上に一致させた状態
で照射して、無接触で、正確に前記ニップル１０１の有
効径Ｄ，テーパ角度θを測定できる効果を奏する。

【００９７】第６に、制御手段２１は、ねじ形状合否判
定装置２９を備えており、ニップル１０１の外形１０１
Ｃ, １０１Ｃ，有効径Ｄ，テーパ角度θの測定を行なう
ことができるので、ニップル１０１の形状の異常監視を
自動化できるとともに、監視の省力化に貢献できる利点
がある。なお、本実施の形態１は上述した通りである
が、本発明に対して以下の適用例が可能である。

【００９８】第１に、本実施の形態１においては、距離
センサ１２，１３のレーザ１４，１７を移動させること
により、ニップル１０１と前記レーザ１４，１７とのＸ
軸方向の相対的な位置を変えているが、距離センサ１
２，１３を固定して、ニップル１０１を移動させること
により、ニップル１０１と前記レーザ１４，１７とのＸ
軸方向の相対的な位置を変える場合にも、本発明を適用
できる。

【００９９】第２に、本実施の形態１においては、一対
のレーザ１４，１７が対向して配置され、レーザの数は
２個になっているが、１つのレーザのみを用いる場合に
も、本発明を適用できる。また、３個以上のレーザを配
置して適切に用いる場合にも、本発明を適用できる。第
３に、本実施の形態１においては、ニップル１０１を固
定して配置し、距離センサ１２，１３をＺ軸方向に走査
させているが、距離センサ１２，１３を固定して配置
し、ニップル１０１をＺ軸方向に走査させて測定する場
合にも、本発明を適用できる。

【０１００】第４に、本実施の形態１においては、レー
ザ１４，１７とレーザ光検出手段１５，１８とは一体構
造になっているが、レーザ１４，１７とレーザ光検出手
段１５，１８とを別体にすることもできる、第５に、本
実施の形態１においては、距離算出手段１６，１９は距
離センサ１２，１３の側に属しているが、レーザ１４，
１７及びレーザ光検出手段１５，１８を距離センサの側
に属させるとともに、距離算出手段１６，１９を制御手
段側に属させる場合にも、本発明を適用することができ
る。

【０１０１】第６に、本実施の形態１においては、Ｘ
(1)，Ｘ(2)における座標（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）及び座標
（Ｚ(i)，Ｙ13(i)） は、第１の測定値記憶手段２２Ａ
に一時的に記憶されて、第１のピッチ線算出手段２４に
出力されているが、第１の測定値記憶手段２２Ａを介さ
ずに第１のピッチ線算出手段２４に直接送る場合にも、
本発明を適用することができる。

【０１０２】第７に、本実施の形態１においては、Ｘ
(C) における座標（Ｚ(i)，Ｙ12(i)）及び座標（Ｚ
(i)，Ｙ13(i)）は、第２の測定値記憶手段２３Ａに一時
的に記憶されて、第２のピッチ線算出手段２５に出力さ
れているが、第２の測定値記憶手段２３Ａを介さずに第
２のピッチ線算出手段２５に直接送る場合にも、本発明
を適用することができる。

【０１０３】第８に、本実施の形態１においては、Ｘ−
Ｙ平面１０５と４本のピッチ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４
を用いて前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）を
算出しいるが、４本のピッチ線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４
のうちの少なくとも３本のピッチ線を用いることによ
り、前記中心軸１０１Ａの座標（Ｘ(C)，Ｙ(C)）を算出
する場合にも、本発明を適用することができる。

【０１０４】第９に、本実施の形態１においては、レー
ザ１４，１７として赤色半導体レーザが用いられている
が、赤色半導体レーザに限定されることなく、他の色の
半導体レーザやＨe−Ｎeレーザ等の他のレーザに対して
も、本発明を適用することができる。第１０に、本実施
の形態１においては、Ｘ軸はＺ軸に直角に交わっている
直交座標系を例に挙げて説明したが、Ｘ軸とＺ軸とが直
角以外の角度で交わる座標系についても、本発明を適用
できる。

【０１０５】第１１に、本実施の形態１においては、距
離センサ１２，１３をＸ軸方向に直交させてＸ軸方向に
移動させているが、図１８に示すように距離センサ１
２，１３をＸ軸方向に対して斜めにした状態で、レーザ
ビームを照射して外形を測定する場合にも、本発明を適
用できる。第１２に、本実施の形態１においては、図示
しない治具上にニップル１０１をセットすることによ
り、Ｘ軸テーブル３に対して前記中心軸１０１Ａが垂直
に位置決めされている例について述べたが、２つ以上の
Ｘ−Ｙ平面でニップルを切断することにより、各Ｘ−Ｙ
平面上における円の中心軸の座標を結んでニップルの中
心軸を求め、このニップルの中心軸がＸ軸テーブル３に
対して垂直であることを確認する場合にも、本発明を適
用できる。また、ニップルの中心軸がＸ軸テーブル３に
対して垂直から若干の角度傾いている場合には、ニップ
ルの中心軸を垂直に補正して、レーザビームをニップル
の中心軸上に一致させた状態で、前記レーザとニップル
のＺ軸方向の相対走査により光スポットの座標（Ｚ
(i)，Ｙ(i)）を求めてニップルの中心軸の切断面におけ
る一対の外形断面を測定する場合にも、本発明を適用で
きる。或いは、ニップルの中心軸がＸ軸テーブル３に対
して垂直から若干の角度傾いた状態のまま、レーザビー
ムをニップルの中心軸上に一致させた状態で、前記レー
ザとニップルのＺ軸方向の相対走査により光スポットの
座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてニップルの中心軸の切断
面における一対の外形断面を測定する場合にも、本発明
を適用できる。

【０１０６】第１３に、本実施の形態１においては、ね
じとしてニップルからなるテーパねじを例に挙げて説明
したが、図１９，図２０に示す一端先細り状のテーパね
じ１１０を測定対象とし、請求項１記載の発明に係わる
ねじの測定方法、請求項２記載の発明に係わるねじの測
定装置、請求項３記載の発明に係わるねじの測定方法、
請求項４記載の発明に係わるねじの測定装置において適
用することもできる。

【０１０７】本発明に係わる実施の形態２は、例えば、
図２２に示される。図に示すように、テーパねじ１１０
がねじの測定装置１にセットされている。なお、図中、
符号は実施の形態１と同様であり、説明を省略する。実
施の形態２においては、測定対象をニップル１０１に代
えてテーパねじ１１０とするのみで、その他は実施の形
態１と同様であり、説明を省略する。

【０１０８】実施の形態２によれば、測定対象が相違し
ていても、実施の形態１と同様の作用が生じ、また、実
施の形態１の第１〜第４の効果の効果に加えて、実施の
形態１の第５の効果と同様に次の効果を奏する。テーパ
ねじ１１０の有効径(または直径)が未知であっても、テ
ーパねじ１１０の中心軸１１０Ｓを算出できるので、レ
ーザビームを前記中心軸１１０Ｓ上に一致させて照射す
ることにより、テーパねじ１１０の有効径Ｄ１，テーパ
角度θ１の測定を無接触で行なうことができる。

【０１０９】なお、上述の第１〜第１２の適用例を、本
発明に対して適用することができる。 第１４に、本実
施の形態１においては、ねじとしてニップルからなるテ
ーパねじを例に挙げて説明したが、テーパねじに代え
て、図２１に示す平行ねじを測定対象にすることによ
り、請求項１記載の発明に係わるねじの測定方法、請求
項２記載の発明に係わるねじの測定装置、請求項３記載
の発明に係わるねじの測定方法、請求項４記載の発明に
係わるねじの測定装置において適用することもできる。
本発明に係わる実施の形態３は、例えば、図２３に示さ
れる。図に示すように、平行ねじ１１１がねじの測定装
置１にセットされている。なお、図中、符号は実施の形
態１と同様でであり、説明を省略する。

【０１１０】実施の形態３においては、測定対象をニッ
プル１０１に代えて平行ねじ１１１とするのみで。その
他は実施の形態１と同様であり、説明を省略する。実施
の形態３によれば、測定対象が相違していても、実施の
形態１と同様の作用が生じ、また、実施の形態１の第１
〜第４の効果に加えて、実施の形態１の第５の効果と同
様に次の効果を奏する。

【０１１１】平行ねじ１１１の有効径(または直径)が未
知であっても、平行ねじ１１１の中心軸１１１Ｓを算出
できるので、レーザビームを前記中心軸１１１Ｓ上に一
致させて照射することにより、平行ねじ１１１の有効径
Ｄ２の測定を無接触で行なうことができる。なお、上述
の第１〜第１２の適用例を、本発明に対して適用するこ
とができる。

【０１１２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、Ｚ軸方向
の任意の位置Ｚ(i) におけるレーザからねじの表面上の
光スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i)を測定すること
ができる。従って、ねじの山部と谷部の高さの変位のみ
ならず、レーザからねじのフランクまでの距離を測定で
き、ひいては、ねじの外形を無接触で、測定できる。

【０１１３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様の効果を奏する。請求項３記載の発明に
よれば、ねじの有効径(または直径)が未知であっても、
ねじの中心軸の座標を算出できるので、ねじの中心軸の
座標を利用してレーザビームをねじの中心軸上に一致さ
せて照射できる。

【０１１４】従って、ねじの有効径(または直径)が未知
であっても、ねじの中心軸における外形を無接触で測定
できる。従来の特開昭５８−４５５０６号公報において
は、被測定物の径に応じてねじ要素の測定を行なうこと
が前提条件であったが、かかる前提条件は不要である。
また、両端先細り状のテーパねじ、一端先細り状のテー
パねじの有効径（または直径），テーパ角度を無接触で
測定でき、或いは、平行ねじの有効径(または直径)を無
接触で測定できる。

【０１１５】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明と同様の効果を奏する。請求項５記載の発明に
よれば、ねじの中心軸の座標を求める際、レーザのＺ軸
方向の１回の走査で、距離算出手段からねじのフランク
までの距離Ｙ(i) を同時に測定できるので、前記交点の
座標値の測定データの測定時間を短縮できる。請求項６
記載の発明によれば、両端先細り状のテーパねじの有効
径（または直径）が未知であっても、レーザビームを前
記テーパねじの中心軸上に一致させた状態で照射して、
無接触で、正確に前記テーパねじの有効径を測定できる
効果を奏する。

【０１１６】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明と同様の効果を奏する。請求項８記載の発明に
よれば、両端先細り状のテーパねじの有効径（または直
径）が未知であっても、レーザビームを前記テーパねじ
の中心軸上に一致させて照射して、無接触で、前記テー
パねじのテーパ角度を測定することができる。請求項９
記載の発明によれば、請求項８記載の発明と同様の効果
を奏する。

【０１１７】請求項１０記載の発明によれば、請求項５
記載の発明と同様の効果を奏する。請求項１１記載の発
明によれば、レーザとレーザ光検出手段とは一体構造で
あるので、これらを同時に移動させることができ、構造
が簡単になる効果を奏する。 請求項１２記載の発明に
よれば、レーザ光検出手段は、ＣＣＤであるので、測定
すべきねじのフランクに当たって反射する２次，３次の
拡散反射光があっても、拡散反射光の影響を受けず、従
って、レーザ光検出手段を用いてレーザから光スポット
までの距離を正確に測定することができる利点がある。

【０１１８】請求項１３記載の発明によれば、両端先細
り状のテーパねじの外形、有効径，テーパ角度の測定を
行なうことができるので、ねじ形状の異常監視を自動化
できるとともに、監視の省力化に貢献できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係わるねじの測定装置を示す斜
視図である。

【図２】同ねじの測定装置を示す平面図である。

【図３】同ねじの測定装置を示す側面図である。

【図４】ニップルの中心軸の座標の算出を説明する斜視
図である。

【図５】ニップルの中心軸の座標の算出を説明する平面
図である。

【図６】ニップルの有効径及びテーパ角度の算出を説明
する斜視図である。

【図７】ニップルの有効径及びテーパ角度の算出を説明
する平面図である。

【図８】ニップルの外形を求める際のレーザビームの平
面経路を示す説明図である。

【図９】ニップルの外形を求める際のレーザビームの側
面経路を示す説明図である。

【図１０】ニップルのＸ軸上のＸ(1)における外形断面
を示す図である。

【図１１】ニップルのＸ軸上のＸ(C)における外形断面
を示す図である。

【図１２】ニップルの外形断面からピッチ線を求める際
の拡大図である。

【図１３】レーザ光検出手段としてＣＣＤを用いること
による作用の説明図である。

【図１４】実施の形態１に係わるねじの測定装置のブロ
ック図である。

【図１５】実施の形態１に係わるねじの測定装置のニッ
プルの中心軸の座標を算出するフローチャートである。

【図１６】実施の形態１に係わるねじの測定装置のニッ
プルの有効径，テーパ角度を算出するフローチャートで
ある。

【図１７】距離センサを並べて配置する場合を示す平面
図である。

【図１８】距離センサをＸ軸方向に対して斜めにした状
態で、レーザビームを照射して外形を測定する場合の説
明図である。

【図１９】一端先細り状のテーパ部からなるテーパねじ
を示す平面図である。

【図２０】図１９のＭ−Ｍ断面図である。

【図２１】平行ねじの平面図である。

【図２２】実施の形態２に係わるねじの測定装置を示す
側面図である。

【図２３】実施の形態３に係わるねじの測定装置を示す
側面図である。

【図２４】ニップルを示す側面図である。

【図２５】従来におけるニップルの測定方法を示す説明
図である。

【図２６】従来における特開昭５９−４５５０６号公報
に記載のねじ要素測定装置をニップルに適用する場合の
説明図である。

【符号の説明】

１ ねじの測定装置 ３ Ｘ軸テーブル ５ Ｚ軸テーブル １２ 一方の距離センサ １３ 他方の距離センサ １４ レーザ １４Ａ レーザの投光軸 １５ レーザ光検出手段 １６ 距離算出手段 １７ レーザ １７Ａ レーザの投光軸 １８ レーザ光検出手段 １９ 距離算出手段 ２０Ａ Ｘ軸方向位置変更手段（位置変更手段） ２１ 制御手段 ２２ 第１の外形測定手段 ２２Ａ 第１の測定値記憶手段 ２３ 第２の外形測定手段 ２３Ａ 第２の測定値記憶手段 ２４ 第１のピッチ線算出手段 ２５ 第２のピッチ線算出手段 ２６ ねじ中心軸算出手段 ２７ ねじ形状算出手段 ２８ ねじ形状設定値記憶手段 ２９ ねじ形状合否判定装置 ２９Ａ 比較手段 ２９Ｂ ねじ形状判定手段 ３０ ねじ形状合否表示装置 ３１ 上側ピッチ線（第１ピッチ線） ３２ 上側ピッチ線（第１ピッチ線） ３３ 下側ピッチ線（第２ピッチ線） ３４ 下側ピッチ線（第２ピッチ線） ３５ 交点 ３６ 交点 １０１ ニップル １０１Ａ 中心軸 １０１Ｂ 外形断面 １０１Ｃ 外形断面 １０２ フランク １０５ Ｘ−Ｙ平面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 裕輝 東京都大田区蒲田本町１−３−20 株式会 社新潟鉄工所蒲田別館内 (72)発明者 佐藤 克之 東京都大田区蒲田本町１−３−20 株式会 社新潟鉄工所蒲田別館内 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA53 BB05 CC04 DD00 DD06 FF01 FF09 GG04 HH04 JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 KK01 MM01 MM07 PP03 PP22 QQ23 TT02 UU03 UU05

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向
   とし、ねじの中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、 レーザからレーザビームをＹ軸方向に平行に投光してね
   じの表面に光スポットを形成し、 この光スポットからの拡散反射光の検出結果に基づいて
   Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i)における前記レーザから光
   スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i)を測定し、 前記レーザとねじとのＺ軸方向の相対走査により光スポ
   ットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてねじの外形を測定
   することを特徴とするねじの測定方法。
2. 【請求項２】 測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向
   とし、ねじの中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、 レーザビームをＹ軸方向に平行に投光するレーザと、 前記レーザによりねじの表面に形成された光スポットか
   らの拡散反射光を検出するレーザ光検出手段と、 前記レーザとねじとをＺ軸方向に相対走査させるＺ軸方
   向走査手段と、 前記レーザ光検出手段の検出結果に基づいてＺ軸方向の
   任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光スポットま
   でのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段と、 前記レーザとねじとの相対走査により光スポットの座標
   （Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めてねじの外形を測定する外形測
   定手段とを備えていることを特徴とするねじの測定装
   置。
3. 【請求項３】 測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向
   とし、ねじの中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、 レーザからレーザビームをＹ軸方向に平行に投光してね
   じの表面に光スポットを形成し、 この光スポットからの拡散反射光の検出結果に基づいて
   Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i)における前記レーザから光
   スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i)を測定し、 前記レーザとねじとのＺ軸方向の相対走査によりＺ軸方
   向に平行な少なくとも２以上の切断面における光スポッ
   トの座標（Ｙ(i)，Ｚ(i)）を求めてねじの外形断面を測
   定し、 各外形断面におけるピッチ線を求め、 Ｚ軸を切断する平面と前記ピッチ線とが交わる前記平面
   上の少なくとも３つの交点の座標値を用いてねじの中心
   軸の座標を算出することを特徴とするねじの測定方法。
4. 【請求項４】 測定すべきねじの中心軸方向をＺ軸方向
   とし、ねじの中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、 レーザビームをＹ軸方向に平行に投光するレーザと、 前記レーザによりねじの表面に形成された光スポットか
   らの拡散反射光を検出するレーザ光検出手段と、 前記レーザとねじとをＺ軸方向に相対走査させるＺ軸方
   向走査手段と、 前記レーザ光検出手段の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向
   の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光スポット
   までのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段
   と、 前記レーザとねじのＺ軸方向の相対走査によりＺ軸方向
   に平行な少なくとも２以上の切断面における光スポット
   の座標（Ｙ(i)，Ｚ(i)）を求めて各切断面におけるねじ
   の外形断面を測定する外形測定手段と、 前記レーザと前記切断面との相対位置を変更する位置変
   更手段と、 各外形断面におけるピッチ線を求めるピッチ線算出手段
   と、 Ｚ軸を切断する平面と前記ピッチ線とが交わる前記平面
   上の少なくとも３つの交点の座標値を用いてねじの中心
   軸の座標を算出するねじ中心軸算出手段とを備えている
   ことを特徴とするねじの測定装置。
5. 【請求項５】 前記レーザは、Ｙ軸方向におけるねじの
   両側に対向して配置され、 前記両レーザの投光軸は同軸線上に位置していることを
   特徴とする請求項２または請求項４記載のねじの測定装
   置。
6. 【請求項６】 中心軸方向の両端に向けて縮径してなる
   両端先細り状のテーパねじの、前記中心軸方向をＺ軸方
   向とし、前記中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、前記テーパねじの有効径を測定するものであって、 レーザからレーザビームをＹ軸方向に平行に投光して前
   記テーパねじの表面に光スポットを形成し、 この光スポットからの拡散反射光の検出結果に基づいて
   Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i)における前記レーザから光
   スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i)を測定し、 レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致させた
   状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の相対
   走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて
   前記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外形断
   面を測定し、 前記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方
   向の一端側の一対の第１ピッチ線及び他端側の一対の第
   ２ピッチ線を求め、 前記一対の第１ピッチ線と前記一対の第２ピッチ線とが
   交わる２つの交点を求め、 両交点間の距離を算出して前記テーパねじの有効径を求
   めることを特徴とするねじの測定方法。
7. 【請求項７】 中心軸方向の両端に向けて縮径してなる
   両端先細り状のテーパねじの、前記中心軸方向をＺ軸方
   向とし、前記中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、前記テーパねじの有効径を測定するものであって、 レーザビームをＹ軸方向に平行に投光するレーザと、 前記レーザにより前記テーパねじの表面に形成された光
   スポットからの拡散反射光を検出するレーザ光検出手段
   と、 前記レーザと前記テーパねじとをＺ軸方向に相対走査さ
   せるＺ軸方向走査手段と、 前記レーザ光検出手段の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向
   の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光スポット
   までのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段
   と、 レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致させた
   状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の相対
   走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて
   前記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外形断
   面を測定する外形測定手段と、 前記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方
   向の一端側の一対の第１ピッチ線及び他端側の一対の第
   ２ピッチ線を求めるピッチ線算出手段と、 前記一対の第１ピッチ線と前記一対の第２ピッチ線とが
   交わる２つの交点を求め、両交点間の距離を算出して前
   記テーパねじの有効径を求める有効径算出手段とを備え
   ていることを特徴とするねじの測定装置。
8. 【請求項８】 中心軸方向の両端に向けて縮径してなる
   両端先細り状のテーパねじの、前記中心軸方向をＺ軸方
   向とし、前記中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、前記テーパねじのテーパ角度を測定するものであっ
   て、 レーザからレーザビームをＹ軸方向に平行に投光して前
   記テーパねじの表面に光スポットを形成し、 この光スポットからの拡散反射光の検出結果に基づいて
   Ｚ軸方向の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光
   スポットまでのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定し、 レー
   ザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致させた状態
   で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の相対走査
   により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて前記
   テーパねじの中心軸の切断面における一対の外形断面を
   測定し、 前記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方
   向の一端側に一対の第１ピッチ線を求めるとともに、前
   記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方向
   の他端側に前記一対の第１ピッチ線に交わる一対の第２
   ピッチ線を求め、 前記一対の第１ピッチ線，前記一対
   の第２ピッチ線から、前記テーパねじのテーパ角度を求
   めることを特徴とするねじの測定方法。
9. 【請求項９】 中心軸方向の両端に向けて縮径してなる
   両端先細り状のテーパねじの、前記中心軸方向をＺ軸方
   向とし、前記中心軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし
   て、前記テーパねじのテーパ角度を測定するものであっ
   て、 レーザビームをＹ軸方向に平行に投光するレーザと、 前記レーザにより前記テーパねじの表面に形成された光
   スポットからの拡散反射光を検出するレーザ光検出手段
   と、 前記レーザと前記テーパねじとをＺ軸方向に相対走査さ
   せるＺ軸方向走査手段と、 前記レーザ光検出手段の検出結果に基づいて、Ｚ軸方向
   の任意の位置Ｚ(i) における前記レーザから光スポット
   までのＹ軸方向の距離Ｙ(i) を測定する距離算出手段
   と、 レーザビームを前記テーパねじの中心軸上に一致させた
   状態で、前記レーザと前記テーパねじのＺ軸方向の相対
   走査により光スポットの座標（Ｚ(i)，Ｙ(i)）を求めて
   前記テーパねじの中心軸の切断面における一対の外形断
   面を測定する外形測定手段と、 前記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方
   向の一端側に一対の第１ピッチ線を求めるとともに、前
   記一対の外形断面における前記テーパねじの中心軸方向
   の他端側に前記一対の第１ピッチ線に交わる一対の第２
   ピッチ線を求めるピッチ線算出手段と、 前記一対の第１ピッチ線，前記一対の第２ピッチ線か
   ら、前記テーパねじのテーパ角度を求めるテーパ角度算
   出手段とを有していることを特徴とするねじの測定装
   置。
10. 【請求項１０】 前記レーザは、Ｙ軸方向におけるねじ
    の両側に対向して配置され、 前記両レーザの投光軸は同軸線上に位置していることを
    特徴とする請求項７または請求項９記載のねじの測定装
    置。
11. 【請求項１１】 前記レーザと前記レーザ光検出手段と
    は一体構造であることを特徴とする請求項２，請求項
    ４，請求項５，請求項７，請求項９，請求項１０のいず
    れか１項に記載のねじの測定装置。
12. 【請求項１２】 前記レーザ光検出手段は、ＣＣＤであ
    ることを特徴とする請求項２，請求項４，請求項５，請
    求項７，請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記
    載のねじの測定装置。
13. 【請求項１３】 中心軸方向の両端に向けて縮径してな
    る両端先細り状のテーパねじの有効径の測定値と予め設
    定された設定値とを比較するとともに、前記テーパねじ
    のテーパ角度の測定値と予め設定された設定値とを比較
    する比較手段と、比較手段から出力された信号により、
    前記有効径の測定値が前記設定値の許容範囲外の場合に
    前記テーパねじの形状を不合格と判定するとともに、前
    記テーパ角度の測定値が前記設定値の許容範囲外の場合
    に前記テーパねじの形状を不合格と判定するねじ形状判
    定手段とを備えていることを特徴とするねじ形状合否判
    定装置。