JP2016156679A - 雌ねじ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ山裏面を短時間で検査することのできる雌ねじ検査装置を提供する。【解決手段】雌ねじ検査装置１０は、光源１と、導光体３と、円錐ミラー５と、カメラ７とを備える。導光体３は、光源１から出射された光が入射する一端面３１、及び、一端面３１から入射した光が出射する他端面３２を有する。円錐ミラー５は、導光体３の他端面３２側に設けられており、雌ねじ９に挿入されたとき、導光体３の他端面３２から出射された光を鏡面反射させてねじ山裏面９７に入射させ、かつ、ねじ山裏面９７で反射された光を中心軸Ｃ１に平行な方向に鏡面反射させて導光体３の他端面３２に入射させる側面５１を有する。カメラ７は、導光体３の一端面３１側に設けられており、円錐ミラー５の中心軸Ｃ１と同軸の光軸Ｃ２を有する。これにより、カメラ７は、雌ねじ９の全周におけるねじ山裏面９７の像を撮像可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、雌ねじ検査装置に関する。

従来、雌ねじについて、その内周面における鋳巣等の形状欠陥の有無を確認するために、作業者が目視検査することが行われている。また、投光素子及び受光素子を有するプローブを雌ねじに挿入することによって雌ねじの内周面の画像を取得し、得られた画像に基づいて雌ねじの形状を検査する方法が知られている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００９−１４３４７号公報

従来の目視検査では、作業者が雌ねじを開口側から覗いて検査を行うが、有底の雌ねじの場合、開口側とは反対側に面するねじ山のフランク面（ねじ山裏面と称する）について検査を行うことができない。
また、特許文献１などに用いられるプローブによる視野は狭いため、雌ねじの内周面を検査するために、雌ねじを相対的に３６０度回転させることが必要であり、検査に時間がかかる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ねじ山裏面を短時間で検査することのできる雌ねじ検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、雌ねじを検査する雌ねじ検査装置であって、光源と、導光体と、円錐ミラーと、撮像部と、を備える。ここで、雌ねじのねじ山を成すフランク面のうち、軸方向の一方側に面するフランク面を第１フランク面とし、他方側に面するフランク面を第２フランク面とする。

導光体は、柱状であって、光源から出射された光が入射する一端面、及び、当該一端面から入射した光を出射する他端面を有する。
円錐ミラーは、導光体の他端面側に設けられている。また、円錐ミラーは、雌ねじに第１フランク面側から挿入されたとき、導光体の他端面から出射された光を鏡面反射させて第２フランク面に入射させ、かつ、第２フランク面で反射した光を中心軸に平行な方向に鏡面反射させて導光体の他端面に入射させる側面を有する。
撮像部は、導光体の一端面側に設けられており、円錐ミラーの中心軸と同軸の光軸を有する。

ここで、第２フランク面は、円錐ミラーが挿入される雌ねじの開口側とは反対側に面しており、雌ねじが有底の場合、従来の目視検査では検査できないねじ山裏面に相当する。

本発明の雌ねじ検査装置を用いて雌ねじを検査するとき、円錐ミラーは雌ねじに挿入される。このとき、光源から出射された光は、導光体に導かれ、円錐ミラーの側面で鏡面反射することによって、円錐ミラーの中心軸を中心とする放射状に進み、第２フランク面に照射される。また、第２フランク面で反射した光の一部は、再び円錐ミラーの側面で鏡面反射することによって光軸に平行な方向に進み、導光体を介して、撮像部に入射する。これによって、撮像部は、円錐ミラーの側面に写る像、すなわち雌ねじの全周における第２フランク面の像を、一度に撮像可能である。

よって、本発明によれば、雌ねじの全周における第２フランク面を一度に検査することができるため、従来技術のように雌ねじを相対的に３６０度回転させる工程が必要なく、検査に要する時間を短縮することができる。
したがって、本発明の雌ねじ検査装置は、従来の目視検査では検査できない第２フランク面を短時間で検査することができる。

本発明の一実施形態による雌ねじ検査装置を示す模式図である。 図１の雌ねじ検査装置の構成例、及び、撮像される画像の例を示す模式図である。 図１の雌ねじ検査装置の他の構成例、及び、撮像される画像の他の例を示す模式図である。 他の実施形態による雌ねじ検査装置を示す模式図である。

（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態による雌ねじ検査装置について、図面に基づいて説明する。本実施形態による雌ねじ検査装置は、雌ねじを検査するために用いる雌ねじの内周面の画像を取得することができる。また、本実施形態による雌ねじ検査装置は、例えばダイカストなどにより製造される雌ねじについて、鋳巣等の形状欠陥の有無を確認するために用いることができる。

まず、図１を参照し、雌ねじ検査装置１０の概略構成について説明する。図１は、雌ねじ検査装置１０が雌ねじ９の内周面の画像を取得するときの様子を示している。

なお、本実施形態の検査対象である雌ねじ９は、工業用ねじとして一般的に用いられるメートルねじ等であり、その内周面にねじ山９１が形成されている。ねじ山９１の角度は６０度である。
また、雌ねじ９は、軸方向の一方側に開口９２を有している。図１では、雌ねじ９の軸方向の他方側の図示を省略しているが、雌ねじ９は、軸方向の他方側に開口を有していてもよいし、有していなくてもよい。

以下では、雌ねじ９のねじ山９１を構成するフランク面について、雌ねじ９の開口９２側に面するフランク面（第１フランク面）をねじ山表面９６と称し、ねじ山表面９６の反対側のフランク面（第２フランク面）をねじ山裏面９７と称する。

図１に示すように、雌ねじ検査装置１０は、光源１、ホルダ２、導光体３、位置調整ねじ４、円錐ミラー５、ミラー保持部６、及び、カメラ７等を備える。

光源１は、例えばＬＥＤ等であり、導光体３に向かって光を出射する。
ホルダ２は、径の異なる大径部２１及び小径部２２、並びに、これらの間を繋ぐテーパ部２３を備えており、全体として筒状の部材である。本実施形態では、ホルダ２の大径部２１の内側に複数の光源１が周方向に沿って均等に配置されている。
また、ホルダ２は、テーパ部２３の内側に光拡散面２４を有している。光拡散面２４は、細かな凹凸を有する面であり、光源１から出射された光を拡散反射させる。

導光体３は、例えば円柱状であり、一端面３１から入射した光を他端面３２から出射することが可能な透明部材である。導光体３の一端面３１は、ホルダ２の小径部２２の内側に挿入されており、導光体３の他端面３２は、ホルダ２の外側に露出している。

位置調整ねじ４は、ホルダ２の小径部２２の外側から内側に向かってねじ込まれており、導光体３の側面３３に当接することにより、小径部２２における導光体３の位置を保持している。

円錐ミラー５は、導光体３の他端面３２側に配置されており、円錐面を成す側面５１を有している。雌ねじ９を検査するとき、円錐ミラー５は、雌ねじ９に開口９２から挿入される。

本実施形態において、円錐ミラー５は円錐台形状である。また、本実施形態において、円錐ミラー５の中心軸Ｃ１は、導光体３の中心軸と同軸であり、円錐ミラー５の底面５３の直径Ｄは導光体３の直径と略等しい。

円錐ミラー５の側面５１には、鏡面加工が施されている。円錐ミラー５の側面５１は、導光体３の他端面３２から出射した光を鏡面反射させてねじ山裏面９７に入射させ、かつ、ねじ山裏面９７で反射した光を中心軸Ｃ１に平行な方向に鏡面反射させて導光体３の他端面３２に入射させることが可能である。
具体的には、本実施形態において、円錐ミラー５のテーパ角αは、６０度よりも大きく１２０度以下に設定されている。

また、円錐ミラー５の高さＨは、ねじ山９１のピッチに合わせて、側面５１が少なくとも３山分のねじ山裏面９７に対面可能であるように設定されている。すなわち、側面５１は、少なくとも３山分のねじ山裏面９７で反射した光を鏡面反射させることができる。

ミラー保持部６は、例えば円柱状であり、その一端は、円錐ミラー５の上面５２に固定されている。また、ミラー保持部６は、導光体３の他端面３２の中央に形成された凹部３５に嵌合している。これにより、円錐ミラー５は、ミラー保持部６を介して、導光体３に保持されている。

カメラ７は、ホルダ２の大径部２１側に配置されている。カメラ７の光軸Ｃ２は、円錐ミラー５の中心軸Ｃ１と同軸である。また、カメラ７と大径部２１の端部２１５との間には、光を遮断可能なマスクプレート２９が配置されている。
なお、図１では、カメラ７のレンズ部分を模式的に示している。

次に、図１を参照し、雌ねじ検査装置１０を用いて雌ねじ９を検査するときの光の経路について説明する。なお、図１では、中心軸Ｃ１（光軸Ｃ２）の右側に、光源１から出射された光が雌ねじ９に照射されるまでの経路Ｌ１を実線で示しており、中心軸Ｃ１（光軸Ｃ２）の左側に、雌ねじ９で反射した光がカメラ７に入射するまでの経路Ｌ２を点線で示している。

まず、図１の右側に示すように、光源１から出射された光が、ホルダ２内の光拡散面２４で拡散反射し、導光体３の一端面３１から導光体３に入射する。導光体３に入射した光は、導光体３の内側で内面反射を繰り返しながら導光体３の内部を進み、導光体３の他端面３２から出射される。導光体３の他端面３２から出射された光は、円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射することにより、中心軸Ｃ１を中心とする放射状に進んで、雌ねじ９のねじ山裏面９７（及びねじ山表面９６）に照射される。

また、図１の左側に示すように、ねじ山裏面９７（及びねじ山表面９６）で反射した光のうち、一部の光は、再び円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射することにより、光軸Ｃ２に平行な方向に向かって進み、導光体３を介してカメラ７に入射する。
これにより、カメラ７は、円錐ミラー５の側面５１に写るねじ山裏面９７（及びねじ山表面９６）の像を、導光体３を介して撮像することができる。

次に、円錐ミラー５の構成例及びカメラ７に撮像される画像について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２及び図３では、説明のために、片側に配置される３山分のねじ山９１の断面のみを示している。

例えば、円錐ミラー５のテーパ角αが６０度よりも大きく、かつ、１２０度より小さい場合を図２に示す。なお、図２では、例としてテーパ角αは６８度である。
この場合、ねじ山表面９６で反射した光、及び、ねじ山裏面９７で反射した光は、それぞれ円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射して光軸Ｃ２に平行な方向に向かうことができる。これにより、カメラ７は、画像８１を撮像する。画像８１では、円錐ミラー５の上面５２の像８１０を中心として、ねじ山表面９６の像８１６とねじ山裏面９７の像８１７とが渦巻状に配置されている。

画像８１における像８１６、８１７の渦巻１周分は、それぞれ、ねじ山表面９６の１山分、ねじ山裏面９７の１山分に対応する。すなわち、画像８１では、３山分のねじ山表面９６の像８１６、及び、３山分のねじ山裏面９７の像８１７が撮像されている。

また、円錐ミラー５のテーパ角αが１２０度である場合を図３に示す。
この場合、ねじ山裏面９７で反射した光のみが、円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射して光軸Ｃ２に平行な方向に向かうことができる。これにより、カメラ７は、画像８２を撮像する。画像８２では、円錐ミラー５の上面５２の像８２０を中心として、ねじ山裏面９７の像８２７が渦巻状に配置されている。

画像８２における像８２７の渦巻１周分は、ねじ山裏面９７の１山分に対応する。すなわち、画像８２では、３山分のねじ山裏面９７の像８２７が撮像されている。

カメラ７によって撮像された画像８１、８２は、例えばカメラ７に接続されたモニターに映し出されて使用者にチェックされたり、カメラ７に接続されたパソコンによって解析されたりする。これにより、雌ねじ９の３山分のねじ山裏面９７（及びねじ山表面９６）について、一度に検査することができる。

なお、円錐ミラー５のテーパ角αが１２０度よりも小さくなるほど、撮像されるねじ山裏面９７の像は圧縮される。このため、撮像された画像８１に対して、円錐ミラー５のテーパ角αに合わせた補正を行ってもよい。

本実施形態は、特に、工業製品の部品として最も使用頻度の高い規格であるＭ５又はＭ６の雌ねじ９を検査対象とすることが可能である。
なお、Ｍ５の雌ねじ９について、内径は４．１３４ｍｍであり、ピッチは０．８ｍｍである。Ｍ６の雌ねじ９について、内径は４．９１７ｍｍであり、ピッチは１．０ｍｍである。

Ｍ５又はＭ６の雌ねじ９を検査対象とする場合、円錐ミラー５の底面５３の直径Ｄを雌ねじ９に干渉しない径（例えば約４．１０ｍｍ）に設定した上で、上述の条件を満たすようにテーパ角αおよび高さＨを設定するとよい。すなわち、テーパ角αは、６０度よりも大きく、かつ、６８度以下に設定され、高さＨは、３．０〜３．６ｍｍ程度に設定される。最も好ましい設定は、テーパ角αが６８度であり、高さＨが３．０ｍｍである。

（効果）
本実施形態の雌ねじ検査装置１０の効果について説明する。
（１）上述したように、本実施形態の雌ねじ検査装置１０を用いて雌ねじ９を検査するとき、円錐ミラー５は雌ねじ９に挿入される。このとき、光源１から出射された光は、導光体３に導かれ、円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射することによって、円錐ミラー５の中心軸Ｃ１を中心とする放射状に進み、ねじ山裏面９７に照射される。また、ねじ山裏面９７で反射した光の一部は、再び円錐ミラー５の側面５１で鏡面反射することによって、光軸Ｃ２に平行な方向に進み、導光体３を介して、カメラ７に入射する。これによって、カメラ７は、円錐ミラー５の側面５１に写る像、すなわち雌ねじ９の全周におけるねじ山裏面９７の像を、一度に撮像可能である。

よって、本実施形態によれば、雌ねじ９の全周におけるねじ山裏面９７を一度に検査することができるため、従来技術のように雌ねじ９を相対的に３６０度回転させる工程が必要なく、検査に要する時間を短縮することができる。

また、ねじ山裏面９７は、雌ねじ９の開口９２側とは反対側に面しており、雌ねじ９が有底の場合、従来の目視検査ではねじ山裏面９７を検査することができない。
本実施形態の雌ねじ検査装置１０は、従来の目視検査では検査できないねじ山裏面９７を短時間で検査することができる。

また、雌ねじ９が長孔の奥側に形成されている場合などには、円錐ミラー５だけでなく柱状の導光体３を当該長孔に挿入することにより、円錐ミラー５を雌ねじ９の付近にまで到達させ、雌ねじ９を検査することができる。

（２）本実施形態において、円錐ミラー５の側面５１は、少なくとも３山分のねじ山裏面９７に対面可能である。

一般に、雄ねじが挿入される雌ねじの開口側の第１山から第３山までの３山のねじ山が、ねじ締結時の荷重の過半を受けることが知られている。すなわち、ねじの締め付け力は、この最初の３山のねじ山に集中する。このため、一般的な雌ねじの検査では、少なくとも、この最初の３山について検査が行われる。

本実施形態の雌ねじ検査装置１０によれば、雌ねじ９の開口９２側の第１山から第３山までの３山のねじ山９１について、ねじ山裏面９７の画像を一度に撮像することができる。よって、雌ねじ９の検査をより短時間で行うことが可能である。

（３）本実施形態において、円錐ミラー５のテーパ角αは、６０度より大きく、かつ、１２０度以下である。
上記構成によれば、工業用ねじとして一般的に用いられるメートルねじ等、ねじ山９１の角度が６０度である雌ねじ９について、ねじ山裏面９７を検査することができる。
なお、テーパ角αが６０度より大きく、かつ、１２０度よりも小さい場合には、ねじ山裏面９７だけでなく、ねじ山表面９６についても検査することができる。

（４）また、本実施形態において、円錐ミラー５のテーパ角αは、６０度より大きく、かつ、６８度以下であることが好ましい。
上記構成によれば、工業用ねじとして最も使用頻度の高い規格であるＭ５又はＭ６のメートルねじについて好適に検査を行うことができる。

（５）本実施形態の雌ねじ検査装置１０は、導光体３の一端面３１が内側に、他端面３２が外側に配置されるように、導光体３を保持している筒状のホルダ２をさらに備えている。ホルダ２は、光源１から出射された光を拡散反射させるテーパ状の光拡散面２４を内側に有する。
上記構成によれば、光源１から出射された光を効率よく導光体３の一端面３１に入射させることができる。

（６）本実施形態の雌ねじ検査装置１０は、ホルダ２の外側から内側に向かってねじ込まれており、導光体３の側面に当接することによりホルダ２における導光体３の位置を保持している位置調整ねじ４をさらに備える。

上記構成によれば、ホルダ２に対する導光体３の位置を調整することができるため、雌ねじ９が長孔の奥側に形成されている場合であっても、円錐ミラー５を雌ねじ９の付近に位置させることが容易になる。

［他の実施形態］
（ア）他の実施形態において、導光体３の他端面３２の外周部分には、図４に示すような切り欠き３７、３８が形成されていてもよい。なお、図４の右側には、段差状の切り欠き３７を例示しており、図４の左側には、段差を面取りした形状の切り欠き３８を例示しているが、実際には、切り欠き３７又は３８が他端面３２の外周に一周形成されている。

図４では、光源１から出射された光が導光体３から出射するまでの経路Ｌ３を実線で示している。図４に示す構成によれば、光が導光体３の切り欠き３７、３８部分から出射されるため、雌ねじ９の開口９２付近を照らすことができる。これにより、円錐ミラー５の挿入時、雌ねじ９の開口９２位置を確認し易くなるため、円錐ミラー５が雌ねじ９の開口９２の縁部分に接触することを避けることができる。

（イ）上記実施形態は３山分のねじ山裏面９７を一度に検査可能であるように構成されているが、本発明はこれに限られず、一度に検査可能なねじ山裏面９７の数は、３山分よりも少なくてもよいし、多くてもよい。

（ウ）上記実施形態では、メートルねじ等、ねじ山９１の角度が６０度である雌ねじ９を検査対象とすることを前提としているが、本発明はこれに限られず、ねじ山９１の角度が６０度以外であってもよい。この場合、円錐ミラー５のテーパ角αは、ねじ山９１の角度βに基づいて、β＜α≦２βの範囲に設定されることが好ましい。

（エ）本発明の雌ねじ検査装置は、ダイカストに限らず、樹脂成型など他の製造方法によって製造された雌ねじについても検査可能である。

以上、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・光源
３ ・・・導光体
３１・・・一端面
３２・・・他端面
５ ・・・円錐ミラー
５１・・・側面
７ ・・・カメラ（撮像部）
９ ・・・雌ねじ
９１・・・ねじ山
９６・・・ねじ山表面（第１フランク面）
９７・・・ねじ山裏面（第２フランク面）

Claims (7)

1. 雌ねじ（９）を検査する雌ねじ検査装置（１０）であって、
   前記雌ねじのねじ山（９１）を構成する２つのフランク面のうち、軸方向の一方側に面するフランク面を第１フランク面（９６）とし、他方側に面するフランク面を第２フランク面（９７）とすると、
   光源（１）と、
   前記光源から出射された光が入射する一端面（３１）、及び、当該一端面から入射した光が出射する他端面（３２）を有する柱状の導光体（３）と、
   前記導光体の前記他端面側に設けられており、前記雌ねじに前記第１フランク面側から挿入されたとき、前記導光体の前記他端面から出射された光を鏡面反射させて前記第２フランク面に入射させ、かつ、当該第２フランク面で反射した光を中心軸（Ｃ１）に平行な方向に鏡面反射させて前記導光体の前記他端面に入射させる側面（５１）を有する円錐ミラー（５）と、
   前記導光体の前記一端面側に設けられており、前記円錐ミラーの前記中心軸と同軸の光軸（Ｃ２）を有する撮像部（７）と、
   を備えることを特徴とする雌ねじ検査装置。
2. 前記円錐ミラーの前記側面は、少なくとも３山分の前記ねじ山の前記第２フランク面に対面可能であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記円錐ミラーのテーパ角（α）は、６０度より大きく、かつ、１２０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の雌ねじ検査装置。
4. 前記円錐ミラーのテーパ角は、６０度より大きく、かつ、６８度以下であることを特徴とする請求項３に記載の雌ねじ検査装置。
5. 前記導光体の前記一端面が内側に、前記他端面が外側に配置されるように、前記導光体を保持している筒状のホルダ（２）をさらに備え、
   前記ホルダは、前記光源から出射された光を拡散反射させるテーパ状の光拡散面（２４）を内側に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の雌ねじ検査装置。
6. 前記ホルダの外側から内側に向かってねじ込まれており、前記導光体の側面（３３）に当接することにより前記ホルダにおける前記導光体の位置を保持している位置調整ねじ（４）をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の雌ねじ検査装置。
7. 前記導光体の前記他端面の外周部分には、切り欠き（３７、３８）が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の雌ねじ検査装置。

Images