JP2018036183A - System for automatically measuring screw shape - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ねじ形状自動計測システムに係り、特に、ねじを計測対象ワークとして、ワークの仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する座面の角度を算出して出力するねじ形状自動計測システムに関する。 The present invention relates to a screw shape automatic measurement system, and in particular, a screw shape automatic measurement that calculates and outputs the angle of a seating surface with respect to a normal bearing surface line orthogonal to a virtual axis direction line of the workpiece, using a screw as a measurement target workpiece. About the system.
ねじ製造メーカでは、製造されたねじを予め定めた規格を満たす製品として出荷するためにねじの各種寸法測定を行う。ねじの各種寸法にはそれぞれ規格があり、これらの規格に対する計測のために、マイクロメータ、ノギス、ねじゲージ等の多種多様の計測機器を使い分けながら、計測のほとんどにおいて検査員の手作業によるねじ寸法検査が行われる。その検査結果は検査表に作業員の手書きによって記録される。 A screw manufacturer measures various dimensions of a screw in order to ship the manufactured screw as a product that satisfies a predetermined standard. There are standards for various screw dimensions, and in order to measure to these standards, various types of measuring instruments such as micrometers, vernier calipers, screw gauges, etc. are used properly. Inspection is performed. The inspection result is recorded on the inspection table by the handwriting of the worker.
このようなねじ寸法測定には多大の手間と時間を要する。いくつかの自動測定方法が提案されている。例えば、特許文献1には、ねじ検査装置として、ねじの頭部をチャックユニットで固定し、ねじ部を含む部分に発光器から平行光線を照射し、ねじ部に対し発光器と逆の側に設けた受光器によってねじ部の明暗映像を取得し、ねじ部の取得映像に対してコンピュータにより計算を行ってねじの長さ、径幅、ねじ山等の測定情報を表示することが開示されている。発光器と受光器はねじ部の軸方向に沿って移動でき、ねじの頭部を回転してねじ部の向きを変えることでねじの外周を360度に亘って検査できると述べられている。
Such a screw dimension measurement requires a lot of labor and time. Several automatic measurement methods have been proposed. For example, in
特許文献2には、ねじ形状測定装置として、光をねじの螺旋に平行に照射する光源と、光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみを結像させるテレセントリックレンズを用い、ねじの軸に直交する方向の1次元画像を取得するラインセンサを有する撮像装置を有するものが開示されている。
In
従来技術では、ねじ部の寸法関係の自動測定が提案されているが、ねじの頭部の座面角度を計測する面からは改良の余地がある。例えば、ねじの座面と軸方向とのなす角度(座面角度)は90度になるように設計されるが、製造上の誤差等によりその角度が90度からずれる可能性がある。このとき、特にこの角度が90度より小さくなるときには、頭部の外周側部分が中心側部分に被さることにより、頭部の座面のねじ軸との連結部が外側から見えなくなる。これにより、特許文献1、2に記載された構成のように、発光器からねじに向けて平行光線を照射し、受光器でねじ部の明暗映像を取得した場合でも、その映像から座面角度を計測することが困難である。
In the prior art, automatic measurement of the dimensional relationship of the screw portion has been proposed, but there is room for improvement in terms of measuring the bearing surface angle of the screw head. For example, the angle between the seat surface of the screw and the axial direction (seat surface angle) is designed to be 90 degrees, but the angle may deviate from 90 degrees due to manufacturing errors or the like. At this time, particularly when this angle is smaller than 90 degrees, the outer peripheral portion of the head covers the central portion, so that the connecting portion with the screw shaft of the seating surface of the head cannot be seen from the outside. Thus, as in the configurations described in
本発明の目的は、計測対象ワークであるねじの座面の角度を自動的に精度よく計測できるねじ形状自動計測システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a screw shape automatic measurement system that can automatically and accurately measure the angle of the seating surface of a screw that is a workpiece to be measured.
本発明に係るねじ形状自動計測システムは、ねじを計測対象ワークとして、前記ワークのおねじ側の軸方向一方端を把持する把持部と、前記把持部を軸方向周りに360度回転駆動する把持回転部と、前記把持部によって前記おねじの軸方向一方端が把持された前記ワークの周方向一部において、前記ワークのねじ軸の外周面と前記ワークの頭部の座面とにレーザ光を照射する照射部、及び前記レーザ光の反射光を受光する受光部を含み、前記ねじ軸の外周面の母線と前記座面の母線との変位を計測する変位計と、前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも第1位置において前記変位計で計測された変位に基づく2次元形状を示すデータと、前記変位計の照射軸方向を示す基準線とから、前記ねじ軸の軸方向に対応する仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する前記座面の角度である第1座面角度を算出する演算制御装置とを備える。 The screw shape automatic measurement system according to the present invention uses a screw as a measurement target workpiece, a gripping portion that grips one end of the workpiece on the screw side in the axial direction, and gripping that rotates the gripping portion 360 degrees around the axial direction. Laser light is applied to the outer peripheral surface of the screw shaft of the workpiece and the seating surface of the head of the workpiece in a part in the circumferential direction of the workpiece in which one end in the axial direction of the male screw is held by the rotating portion and the holding portion. A displacement meter for measuring the displacement between the generatrix of the outer peripheral surface of the screw shaft and the generatrix of the seat surface, and an axial direction of the workpiece Of the plurality of positions in the circumferential direction, at least the first position, the data indicating the two-dimensional shape based on the displacement measured by the displacement meter, and the reference line indicating the irradiation axis direction of the displacement meter, the screw shaft Temporary corresponding to the axial direction And a calculation control unit for calculating a first seat cushion angle is the angle of the seat surface relative to normal seat line perpendicular to the axial direction line.
上記構成によれば、レーザ光を用いた変位計によりワークのねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位が計測され、その変位に基づく2次元形状を示すデータと、変位計の照射軸方向を示す基準線とから座面角度が算出されるので、座面の角度を自動的に精度よく計測できる。 According to the above configuration, the displacement between the generatrix of the outer peripheral surface of the screw shaft of the workpiece and the generatrix of the seat surface is measured by the displacement meter using laser light, the data indicating the two-dimensional shape based on the displacement, Since the seating surface angle is calculated from the reference line indicating the irradiation axis direction, the seating surface angle can be automatically and accurately measured.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第1位置における前記第1座面角度の算出値を出力する。 In the configuration according to the present invention, preferably, the arithmetic and control unit outputs a calculated value of the first seating surface angle at the first position.
上記の好ましい構成によれば、座面の角度の算出値が出力されるので、座面の角度をユーザが確認できる。 According to the above preferred configuration, since the calculated value of the seating surface angle is output, the user can check the seating surface angle.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第1位置とは前記ワークの軸方向周りで180度異なる第2位置において前記変位計で計測された変位に基づく2次元形状を示すデータと、前記基準線とから、前記正規座面線に対する前記座面の角度である第2座面角度を算出し、前記正規座面線に対する前記座面の傾き方向を正負で分けた場合において、前記第1座面角度及び前記第2座面角度の和の正負の符号から前記座面の傾き方向を判定する。 In the configuration according to the present invention, it is preferable that the arithmetic control device is a two-dimensional device based on a displacement measured by the displacement meter at a second position that is 180 degrees different from the first position around the axial direction of the workpiece. A second seating surface angle that is an angle of the seating surface with respect to the normal seating surface line is calculated from data indicating a shape and the reference line, and the inclination direction of the seating surface with respect to the normal seating surface line is divided into positive and negative. In this case, the inclination direction of the seating surface is determined from the sign of the sum of the first seating surface angle and the second seating surface angle.
上記の好ましい構成によれば、座面の傾き方向を精度よく判定できる。 According to said preferable structure, the inclination direction of a seat surface can be determined accurately.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記第1座面角度の絶対値と前記第2座面角度の絶対値とから前記座面の平均傾き量を算出する。 In the configuration according to the present invention, preferably, the average inclination amount of the seating surface is calculated from the absolute value of the first seating surface angle and the absolute value of the second seating surface angle.
上記の好ましい構成によれば、座面の平均傾き量を判定できる。また、座面の傾き状態をより精度よく判断できる。 According to said preferable structure, the average inclination amount of a seat surface can be determined. Moreover, the inclination state of the seating surface can be determined with higher accuracy.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第1位置及び前記第2位置において、前記座面の外周端が前記ワークの一端側に向かうように前記座面が傾斜する場合を逆V型とし、前記座面の外周端が前記ワークの他端側に向かうように前記座面が傾斜する場合をV型とし、前記座面の傾き方向が0の場合を直線型とした場合において、前記座面が逆V型に傾斜するかまたは直線型である場合に合格判定を行い、前記座面がV型に傾斜する場合に不合格判定を行う。 In the configuration according to the present invention, preferably, the arithmetic control device is configured such that the seating surface is inclined so that an outer peripheral end of the seating surface is directed to one end side of the workpiece at the first position and the second position. The case where the seating surface is inclined so that the outer peripheral end of the seating surface is directed toward the other end side of the workpiece is the V-type, and the case where the inclination direction of the seating surface is 0 is the linear type. In this case, a pass determination is made when the seat surface is inclined to an inverted V shape or a linear shape, and a failure determination is made when the seat surface is inclined to a V shape.
上記の好ましい構成によれば、使用可能なワークか否かを適切に判断できる。 According to said preferable structure, it can be determined appropriately whether it is a work which can be used.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、軸方向をY方向とし、Y方向に垂直な面をXZ平面として、XZ平面に平行な上面を有する基台を備え、前記把持部は、前記基台の上側に軸方向周りに回転可能に設けられ、前記頭部、または前記頭部の頭部穴に係合された頭部係合アダプタを撮像する画像投影部を備え、前記演算制御装置は、前記画像投影部で撮像された前記頭部または前記頭部係合アダプタの軸周りの寸法の変化に応じて、前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する。 In the configuration according to the present invention, it is preferable that the base has an upper surface parallel to the XZ plane, with the axial direction being the Y direction, the plane perpendicular to the Y direction being the XZ plane, and the gripping portion being the base An image projection unit that images the head or a head engaging adapter that is engaged with the head hole or the head hole of the head is provided on the upper side of the table so as to be rotatable about the axial direction. The angle of the seating surface with respect to the normal seating surface line is calculated according to a change in the dimension around the axis of the head or the head engaging adapter captured by the image projection unit.
上記の好ましい構成によれば、ワークの頭部または頭部穴の形状で定まるワークの周方向位置に応じて、座面の角度を自動的に計測できる。 According to said preferable structure, the angle of a seat surface can be automatically measured according to the circumferential direction position of the workpiece | work determined by the shape of the head of a workpiece | work or a head hole.
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記画像投影部は、前記ワークのY方向中心線に対しZ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、前記ワークのY方向中心線に対しZ方向の他方側に配置され、前記光源からの前記平行光線を受けて前記ワークの影となる投影形状について前記光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをXY平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、を有する。 In the configuration according to the present invention, preferably, the image projection unit is disposed on one side in the Z direction with respect to the Y-direction center line of the workpiece, and outputs a parallel light beam, and the Y-direction center line of the workpiece. The projection shape which is arranged on the other side in the Z direction and receives the parallel rays from the light source and becomes a shadow of the workpiece has only the light receiving optical axis identical to that of the light source and parallel to the optical axis. A projection imaging camera of a telecentric optical system that forms an image on an imaging surface parallel to a plane and images the image.
上記の好ましい構成によれば、ワークの外形をより高精度に取得できる。 According to said preferable structure, the external shape of a workpiece | work can be acquired more accurately.
前記演算制御装置は、前記投影撮像カメラで撮像された投影形状から前記頭部または前記頭部係合アダプタのX方向の幅が最大または最小となる前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置における前記2次元形状を示す前記データを作成し、前記データから前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する。 The arithmetic and control unit is provided at a plurality of circumferential positions around the axial direction of the workpiece at which the width in the X direction of the head or the head engaging adapter is maximum or minimum from the projection shape captured by the projection imaging camera. The data indicating the two-dimensional shape is created, and the angle of the seating surface with respect to the normal seating surface line is calculated from the data.
上記の好ましい構成によれば、ワークの頭部または頭部穴の形状で定まるワークの周方向位置に応じて、座面の角度を自動的に計測できる。 According to said preferable structure, the angle of a seat surface can be automatically measured according to the circumferential direction position of the workpiece | work determined by the shape of the head of a workpiece | work or a head hole.
本発明に係るねじ形状自動計測システムによれば、計測対象ワークであるねじの座面の角度を自動的に精度よく計測できる。 According to the screw shape automatic measuring system according to the present invention, the angle of the bearing surface of the screw that is the workpiece to be measured can be automatically and accurately measured.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ねじを計測対象ワークとして、ねじの呼びがM12で呼び長さが30mmの頭部が六角形であるボルトを主として述べるが、これは説明のための例示である。ねじの種類としてはメートル並目ねじの他に、メートル細目ねじ、管用テーパねじ、管用平行ねじ、ウイットウォース並目ねじ、ユニファイ並目ねじ、ユニファイ細目ねじ、ミニチュアねじ、メートル台形ねじであってもよい。また、呼び長さは30mm以外のものであってもよい。頭部には頭部穴が形成されてもよい。頭部穴は頭部に設けられる締付工具用の回し溝または回し穴である。頭部穴は、六角穴の他に、すりわり(マイナス溝)、十字穴、プラスマイナス穴、四角穴、トルクス(登録商標)やその改良版であるトルクス・プラス(登録商標)等の六角星形の穴であるヘクスローブ穴、三角穴であってもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, a screw is mainly used as a workpiece to be measured, and a bolt having a nominal size of M12 and a nominal length of 30 mm and having a hexagonal head is described for illustrative purposes. In addition to metric coarse threads, the types of screws are metric fine threads, pipe taper screws, pipe parallel threads, Whitworth coarse threads, unified coarse threads, unified fine threads, miniature screws, metric trapezoidal screws. Also good. The nominal length may be other than 30 mm. A head hole may be formed in the head. The head hole is a turning groove or turning hole for a tightening tool provided in the head. The head hole is a hexagonal star such as a slot (minus groove), cross hole, plus / minus hole, square hole, Torx (registered trademark) or its improved version Torx Plus (registered trademark) in addition to a hexagonal hole. It may be a hex lobe hole or a triangular hole which is a shape hole.
以下で述べる形状、寸法、材質、計測箇所等は、説明のための例示であって、ねじ形状自動計測システムの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略もしくは簡略化する。 The shapes, dimensions, materials, measurement locations and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the screw shape automatic measurement system. Also, in the following, the same reference numerals are given to the same elements in all the drawings, and overlapping descriptions are omitted or simplified.
図1は、実施の形態のねじ形状自動計測システム10の構成図である。図2は、図1に示すねじ形状自動計測装置12の右側面図である。図3は、ねじ形状自動計測装置12の一部の上面図である。ねじ形状自動計測システム10は、ねじ形状自動計測装置12と、演算制御装置100と、空圧制御装置102とを含んで構成される。なお、以下では、空圧制御される把持部62を構成する締付チャック70が空圧制御装置102から供給される空気圧で動作する場合を説明するが、締付チャックを電動制御装置によって制御される電動型とすることもできる。ねじ形状自動計測装置12は、架台(図示せず)の上に固定された基台16を含んで構成される。基台16は、架台の上に設けられるケース(図示せず)の内部に配置される。架台の代わりに防振台が用いられてもよい。図1は、ねじ形状自動計測装置12の正面図を示している。図2は、ねじ形状自動計測装置12において、ケースの内側部分についての右側面図である。図3は、図1のねじ形状自動計測装置12の一部の上面図である。図1〜3では、直交するX方向、Y方向、及びZ方向が示される。XZ平面は基台16の上面に平行な面で、基台16の上面に垂直な方向が重力方向であるY方向である。Z方向は、図1の正面図における左右方向で、X方向は図2の右側面図における左右方向である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a screw shape
図1では、ねじ形状自動計測装置12の構成要素ではないが、計測対象のワーク8を示している。ワーク8は、ねじの呼びがM12で呼び長さが30mmの頭部が六角形であるボルトである。ワーク8の軸方向はY方向に平行な方向である。換言すればY方向はワーク8の軸方向である。
In FIG. 1, although it is not a component of the screw shape
ねじ形状自動計測装置12は、ガントリ型である。具体的には、ねじ形状自動計測装置12の基台16の上面を形成する上面板には柱部材18が立設して固定される。柱部材18は、図3に示すようにY方向から見た場合の形状が略矩形である。柱部材18の正面(図1の手前側面、図2の左側面、図3の下側面)には、昇降アクチュエータ20が取り付けられる。
The screw shape
昇降アクチュエータ20は、柱部材18の正面(+X方向側)に固定されたアクチュエータケース20aと、Yモータ20bと、ねじ軸(図示せず)及びナット部材(図示せず)とを含む。アクチュエータケース20aは、上下方向であるY方向に沿って長い長尺状である。アクチュエータケース20aの上面には、Yモータ20bのケースが固定される。Yモータ20bから下方(−Y方向)に伸びる出力軸には、ねじ軸がアクチュエータケース20a内に−Y方向に沿って伸びて配置され、アクチュエータケース20aに回転可能に支持される。これによりYモータ20bの回転によりねじ軸が回転する。Yモータ20bの駆動は演算制御装置100によって制御される。
The elevating
アクチュエータケース20aの正面側(+X側)にはYテーブル22がY方向に移動可能に支持される。Yテーブル22は、YZ平面に沿う略平板状のテーブル本体22aと、テーブル本体22aの−Y側端部の下端部に+X方向に伸びるように固定された光源テーブル22bとを含む。光源テーブル22bの下側には後述する光源36が固定される。図1では分かりやすくするために、Yテーブル22のテーブル本体22aを砂地で示している。
A Y table 22 is supported on the front side (+ X side) of the
アクチュエータケース20a内のナット部材は、ねじ軸のねじ部に複数のボールを介して噛合して、ボールねじ機構を構成する。ナット部材の一部は、アクチュエータケース20aにY方向に形成されたガイド孔を通じて+X方向側に突出してYテーブル22に固定される。これによりYモータ20bの回転に伴って、Yテーブル22がY方向に沿って移動される。
The nut member in the
さらに、図2に示すように、アクチュエータケース20aの+Z側端部にはリニアスケール方式の位置センサ24が取り付けられる。すなわち、Yテーブル22のY方向位置を位置センサ24が検出する。位置センサ24は、例えばYテーブル22に取り付けられた移動部材のY方向位置を光学的または磁気的に高精度に検出する。例えば磁気的な位置センサ24は、移動部材において、電流を流す励磁コイルと検出コイルとが取り付けられ、アクチュエータケース20aに固定された固定側部材のY方向複数位置に固定側コイル(図示しない)が配置される。移動部材がY方向に移動した場合には、移動部材の励磁コイル及び検出コイルが複数の固定側コイルの1つに近接対向し、検出コイルの両端の電圧変化から移動部材の位置が検出される。移動部材の検出位置を示す信号は、演算制御装置100(図1)に送信される。
Further, as shown in FIG. 2, a linear scale
Yテーブル22の正面(+X方向)側には、光学的計測装置32が支持される。光学的計測装置32は、ワーク8の寸法及び形状を光学的に非接触的に計測する。光学的計測装置32は、ワーク8の軸方向及び軸周りの寸法を計測するための画像投影部34と、ワーク8の頭部の寸法及び形状を画像投影によって計測するための頭部計測部40と、レーザ変位計50とを含んで形成される。頭部計測部40は、ワーク8の頭部の上面に頭部穴が形成される場合に頭部穴の深さを計測する機能を有してもよい。
An
画像投影部34は、ワーク8のY方向の中心線に対しZ方向の一方側(図1の左側)に配置され平行光線を出力する光源36と、ワーク8のY方向中心線に対しZ方向の他方側(図1の右側)に配置された第1カメラ群38とを含む。光源36は、Yテーブル22の正面側にX方向に突出するように固定された光源テーブル22bの下側に固定される。光源36として、コリメータ等の適当な光線平行化手段を有する光源、またはテレセントリック光学系を含む光源を用いることができる。Yテーブル22の正面側において、+Z側端部(図1の右端部)には、第1カメラZ移動テーブル35がZ方向に移動可能に支持される。第1カメラ群38は、第1カメラZ移動テーブル35の正面側に、第1カメラY移動テーブル25を介してY方向に移動可能に取り付けられる。また、光源テーブル22bの下側において、光源36からX方向において異なる部分には、ブラケット23が固定される。
The
そして、ブラケット23の先端部(下端部)において、XY平面に対して傾斜する板部23aにはレーザ変位計50が固定される。レーザ変位計50は、レーザ光をワーク8に照射し、その反射光の受光に基づいて、ワーク8のねじ軸の外周面の母線と頭部の座面(図1の下側面)の母線とを含む2次元形状を示すデータを作成する。このデータは、演算制御装置100において、頭部の座面の基準線に対する角度を計測するために用いられる。レーザ変位計50の構成は後で詳しく説明する。
And the
第1カメラZ移動テーブル35の正面側には、第1カメラY移動テーブル25がY方向に移動可能に支持される。第1カメラY移動テーブル25の正面側には3つの第1カメラ39a、39b、39cがY方向に並んで−Z方向にそれぞれのレンズが向くように取り付けられている。以下では、第1カメラ39a、39b、39cが3つである場合を説明するが、3つに限定するものではなく1つまたは2つまたは4つ以上としてもよい。3つの第1カメラ39a、39b、39cは、第1カメラ群38を構成する。3つの第1カメラ39a、39b、39cは異なる倍率のレンズを有する。以下では第1カメラ39a、39b、39cを総称して第1カメラ39と記載する場合がある。
A first camera Y movement table 25 is supported on the front side of the first camera Z movement table 35 so as to be movable in the Y direction. On the front side of the first camera Y moving table 25, three
第1カメラZ移動テーブル35は、第1カメラ移動アクチュエータ37によって、Yテーブル22に対しZ方向に移動される。第1カメラ移動アクチュエータ37は、電動モータと、ボールねじ機構(図示せず)とを含み、電動モータの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材(図示せず)をZ方向に移動させる。第1カメラZ移動テーブル35は、ナット部材に固定されており、ナット部材のZ方向の移動により第1カメラZ移動テーブル35もZ方向に移動する。そして、第1カメラY移動テーブル25がY方向に移動することによって、ワーク8に面するカメラを、3つの第1カメラ39の中から切換可能に構成される。具体的には、第1カメラY移動テーブル25は、カメラ切換アクチュエータ45によって、第1カメラZ移動テーブル35に対しY方向に移動される。カメラ切換アクチュエータ45は、電動モータ45aと、ボールねじ機構(図示せず)とを含み、電動モータ45aの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材(図示せず)をY方向に移動させる。第1カメラY移動テーブル25は、ナット部材に固定されており、ナット部材のY方向の移動により第1カメラY移動テーブル25もY方向に移動する。作業者が図示しない第1切替操作部を操作することによって、演算制御装置100は電動モータ45aの作動を制御する。これによって、電動モータ45aが回転して、ワーク8に−Z方向に面する第1カメラが3つの第1カメラ39の中から切り替えられる。そして、3つの第1カメラ39のうちの1つと光源36とは、撮像対象のねじであるワーク8を挟んで、Z方向に対向する。3つの第1カメラ39は、テレセントリック光学系の投影撮像カメラである。3つの第1カメラ39は、その中の1つが、ワーク8に−Z方向に面した場合に、光源36からの平行光線を受けてワーク8の影となる投影形状について光源36と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをXY平面に平行な撮像面上に結像させて撮像する。上記の構成によって、ワーク8に面する第1カメラ39が自動で切り替えられるので、ワーク8の大きさに対応する適切な倍率のレンズを有するカメラに容易に切り替えられる。これにより、ねじ形状自動計測システムにおいて第1カメラとして1つのみを有する構成の場合と異なり、ワーク8の大きさに応じて1つの第1カメラでレンズを作業者が手作業で交換する手間が生じない。このため、1つの第1カメラでレンズを交換する際に生じる問題、例えばレンズを外した状態で第1カメラの内部に異物が入り込むことが生じない。各第1カメラ39として、CCDイメージセンサを用いたCCDカメラ、またはCMOSイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。カメラ切換アクチュエータ45を構成する電動モータ45aとして、ACサーボモータまたはステッピングモータを用いることができる。
The first camera Z movement table 35 is moved in the Z direction with respect to the Y table 22 by a first
頭部計測部40は、Yテーブル22の正面側にZ方向に移動可能に取り付けられた第2カメラ群42を含む。具体的には、Yテーブル22の+Y側端部(上端部)には、第2カメラ移動テーブル44がZ方向に移動可能に支持される。第2カメラ移動テーブル44の正面側には3つの第2カメラ43a、43b、43cがZ方向に並んでレンズが下を向くように取り付けられる。以下では、第2カメラ43a、43b、43cが3つである場合を説明するが、3つに限定するものではなく1つまたは2つまたは4つ以上としてもよい。3つの第2カメラ43a、43b、43cは第2カメラ群42を構成する。3つの第2カメラ43a、43b、43cは異なる倍率のレンズを有する。以下では第2カメラ43a、43b、43cを総称して第2カメラ43と記載する場合がある。
The
そして、第2カメラ移動テーブル44がZ方向に移動することによって、ワーク8の頭部に面するカメラを、3つの第2カメラ43の中から切換可能に構成される。また、3つの第2カメラ43は、ワーク8の頭部の真上から−Z側に退避可能に構成される。具体的には、第2カメラ移動テーブル44は、第2カメラ移動アクチュエータ46によって、Yテーブル22に対しZ方向に移動される。第2カメラ移動アクチュエータ46は、電動モータ46aと、ボールねじ機構(図示せず)とを含み、電動モータ46aの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材(図示せず)をZ方向に移動させる。第2カメラ移動テーブル44は、ナット部材に固定されており、ナット部材のZ方向の移動により第2カメラ移動テーブル44もZ方向に移動する。作業者が図示しない第2切替操作部を操作することによって、演算制御装置100は電動モータ46aの作動を制御する。これによって、電動モータ46aが回転して、ワーク8の頭部に−Y方向に面する第2カメラが3つの第2カメラ43の中から切り替えられる。3つの第2カメラ43のそれぞれは、頭部撮像カメラであり、後述のようにワーク8の頭部をXZ平面に平行な撮像面上で撮像する。第2カメラ43で撮像した撮像データは、演算制御装置100に送信され、演算制御装置100は、頭部の直径寸法、頭部穴の二面幅寸法等の頭部の寸法を算出することができる。第2カメラ43として、CCDイメージセンサを用いたCCDカメラまたはCMOSイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。第2カメラ移動アクチュエータ46を構成する電動モータ46aとして、ACサーボモータまたはステッピングモータを用いることができる。各第2カメラ43の−Y方向側にはリング状の照明部190が設けられ、ワーク8の上面を照明する。照明部190は、Yテーブル22の−Z側端部(図1の左端部)の正面側に、照明移動機構192によってZ方向に移動可能に支持される。照明移動機構192は、照明移動アクチュエータ(図示せず)によって照明部190をZ方向に移動させる。照明移動機構192は、照明部190をワーク8の上側を囲んで照射する照射位置と、この照射位置から−Z側に退避させた位置とに移動可能に構成される。照明移動機構192は、上記の各移動アクチュエータ37,46と同様に、電動モータ、ボールねじ機構を含んで構成することができる。
Then, the second camera moving table 44 moves in the Z direction so that the camera facing the head of the
また、ねじ形状自動計測装置12は、ワーク8を把持する把持部62を備える。把持部62は、把持回転部60を介して基台16の上側に軸方向回りに回転可能に設けられ、ワーク8のおねじ側の軸方向一方端を把持する。把持部62は、図4に示すように円板状の外形を有するアダプタ80とアダプタ80の外周側面を少なくとも3点で挟持して固定する締付チャック70とを含んで構成される。把持回転部60は、締付チャック70を軸方向周りに360度回転駆動するθモータ(図示せず)を含んで構成される。
Further, the screw shape
θモータの回転動作は、演算制御装置100によって制御される。かかるθモータとしては、ACサーボモータまたはDCサーボモータを用いることができる。また、θモータの回転は、把持回転部60の回転と同期する。このθモータの回転角度は、図示しないロータリエンコーダにより検出される。ロータリエンコーダの検出信号は、演算制御装置100に入力される。
The rotation operation of the θ motor is controlled by the arithmetic and
図4は、把持部62の詳細を示す分解図である。ここでは、把持部62を構成する締付チャック70と、締付チャック70によって固定されるアダプタ80と、アダプタ80に把持されるワーク8とのそれぞれの詳細構成が示される。図4の(a)から(c)は、締付チャック70とアダプタ80とワーク8のそれぞれの断面図を示し、(d)はアダプタ80の分解図を示し、(e)から(g)は、締付チャック70とアダプタ80とワーク8のそれぞれの上面図を示す。
FIG. 4 is an exploded view showing details of the
ワーク8は、おねじ部2と、頭部4と、おねじ部2と頭部4の間の首下部3とを含んで構成される。
The
締付チャック70は、支持台72の上に移動可能に配置された3つのスライド台74を含む。初期状態では、3つのスライド台74が支持台72の外周側に退避している。空圧制御装置102(図1)から供給される空気圧でピストン・シリンダ機構のピストン78a、78bが動作することによって、3つのスライド台74が同期して、支持台72の外周側と中心軸側との間で移動駆動される。
The clamping
3つのスライド台74にはそれぞれ爪部76a、76b、76cが取り付けられる。3つの爪部76a、76b、76cの先端部はそれぞれ支持台72の中心軸の方向を向くように配置される。初期状態では爪部76a、76b、76cも支持台72の外周側に退避している。3つのスライド台74が同期して支持台72の中心軸側に移動されることで、爪部76a、76b、76cの先端部は同期して支持台72の中心軸側に集まるように移動する。そして、3つのスライド台74は、支持台72の中心に配置されるアダプタ80を中心軸の位置に合うようにセンタリングしながらアダプタ80の外周側面を挟持して固定して締め付け状態とする。このように、締付チャック70は、退避状態と締付状態との間で空気圧によって移動駆動される三つ割チャック機構である。
締付チャック70のセンタリング挟持動作は、演算制御装置100の制御の下で行われる。締付チャック70によるアダプタ80の挟持は、3つの爪部76a、76b、76cの先端部で行われる。アダプタ80の外周側面の挟持は少なくとも3点で行えばよい。例えば、爪部の先端部の形状をV字形として、互いに向かい合う2つの爪部でアダプタ80の外周側面を挟持する構造としてもよい。この場合には、4点でアダプタ80の外周側面が挟持される。
The centering clamping operation of the clamping
図5は、図4(b)に示すアダプタ80の拡大図である。アダプタ80は、締付チャック70に挟持される円板状の外形部を有し、ワーク8のおねじ部2の先端部をねじ込んだときに、ワーク8の軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するワーク固定治具である。
FIG. 5 is an enlarged view of the
アダプタ80は、リングゲージ82及びホルダ86が一体化して構成される。リングゲージ82は、ワーク8のおねじ部2の先端部が所定の噛み合わせ長さでねじ込まれる。ホルダ86は、締付チャック70によって挟持される円板状の外形部を有する。
The
リングゲージ82は、円板状の形状を有し、その中心軸に沿って基準めねじ83が刻まれた部材である。基準めねじ83は、ワーク8のおねじ部2のねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有するめねじである。かかるリングゲージ82は、ねじ検査に用いられるねじ外径ゲージをそのまま用いることができる。標準的なねじ外径ゲージは、M12の場合、8ピッチの基準めねじ83aが刻まれる。1ピッチ=1.75mmであるので、リングゲージ82は、例えば設計値としての厚さが8ピッチ=14.00mmになるように製作される。基準めねじ83は、不完全ねじ部を有しない。
The
ワーク8のおねじ部2の先端部は、リングゲージ82の一方端面側である上面側から所定の噛み合わせ長さでねじ込まれる。所定の噛み合わせ長さは、ワーク8のおねじ部2の先端部をリングゲージ82の基準めねじ83にねじ込んで噛み合わせたときに、ワーク8が軸方向にぶれない程度に設定される。ワーク8の軸方向のぶれ量はゼロであることが好ましいが、ワーク8の各種寸法の計測精度に影響がない範囲であれば許容される。ワーク8が良品であれば、ワーク8のおねじ部2の有効ねじ部を約1ピッチ分、リングゲージ82の基準めねじ83aに噛み合わせれば、ほぼワーク8の軸方向のぶれが許容範囲に収まる。ワーク8のおねじ部2は最大で2ピッチ分の不完全ねじ部を有するので、ワーク8のねじ込み量である所定の噛み合わせ長さは、(不完全ねじ部のピッチ数分の長さ+完全ねじ部の1ピッチ分の長さ)よりもできるだけ長く設定することが好ましい。
The distal end portion of the
以下では、設計値としての所定の噛み合わせ長さ=ワーク8のおねじ部2の3ピッチ分の長さ=5.25mmとする。所定の噛み合わせ長さを1ピッチの長さの整数倍である3ピッチ分の長さとするのは、ワーク8のおねじ部2の先端部のリングゲージ82aへのねじ込み深さを1ピッチの整数倍と略同一とするためである。ワーク8はM12のねじ呼びで呼び長さが30mmのメートル並目ねじであり、日本工業規格値によればおねじ部2の不完全ねじ部は最大で2ピッチである。そこで、この最大の2ピッチに1ピッチを加算して、少なくとも1ピッチは完全ねじ部で噛み合わせられるように、所定の噛み合わせ長さを3ピッチ分の長さとした。
In the following, a predetermined meshing length as a design value = a length corresponding to three pitches of the
なお、品質レベルの低いワーク8の場合は、不完全ねじ部が2ピッチ以上あることもあり、噛み合わせ長さが3ピッチ分の長さとしてもワーク8が軸方向にぶれることがある。そのような場合には、所定の噛み合わせ長さを3ピッチ分の長さから1ピッチ分の長さを単位として長くする。例えば、所定の噛み合わせ長さを4ピッチ分の長さ、あるいは5ピッチ分の長さとする。逆に、高精度用に加工されたねじ等の場合で不完全ねじ部が1ピッチ以下で収まる場合には、所定の噛み合わせ長さを3ピッチ分の長さから1ピッチ分の長さ単位で短くしてもよい。例えば、所定の噛み合わせ長さを2ピッチ分の長さとしてもよい。所定の噛み合わせ長さの1ピッチ単位の調整は、スペーサ84aの枚数を増減することによって行われる。また、上記で説明した所定の噛み合わせ長さは、設計上の長さである。実際には、設計上の長さに基づいてワーク8の首下長さ等の軸方向の長さの算出を行うのではなく、ホルダ86のおねじ92に、リングゲージ82の基準めねじ83を、リングゲージ82がホルダ86の上面に突き当たるまでねじ込んだ状態で、基準めねじ83において、ワーク8のねじ部をねじ込み可能な軸方向の隙間長さを、ダイヤルゲージ等を用いて実測する。そして、設計上の目標隙間長さに対して実測で得られた隙間長さの増減量をオフセット値として、演算制御装置100にプリセットとして事前登録する。一方、ワーク8の大きさに応じて所定の形状及び大きさのリングゲージ82及びホルダ86が用意される。そして、ワーク8の実際の計測時には、予めワーク8の大きさに応じてリングゲージ82及びホルダ86の組み合わせを選択し、演算制御装置100にはその組み合わせを表す情報が入力される。これにより、演算制御装置100は、事前登録されたオフセット値と目標隙間長さとを用いて、ワーク8の首下長さ等の軸方向長さの算出を行う。
In the case of the
ホルダ86は、リングゲージ82の基準めねじ83に噛み合うおねじ92が突き出る一方端面である上面を有する円板状の部材である。リングゲージ82にワーク8のおねじ部2がねじ込まれる側をリングゲージ82の上面側とすると、ホルダ86のおねじ92は、リングゲージ82の下面側からねじ込まれる。ホルダ86は、挟持リング部88と、挟持リング部88より外径が大きいストッパ鍔部90とを有する。挟持リング部88は、ワーク8の呼び寸法が異なっても同じ外径を有することが締付チャック70を標準化できるので好ましい。ストッパ鍔部90の−Y方向側の端面である下面が締付チャック70の3つの爪部76a、76b、76cの上面に当接することで、ホルダ86が締付チャック70によって挟持されるときのY方向位置決めが正確に行われる。
The
おねじ92は、ホルダ86のストッパ鍔部90の一方側端面である上面から予め設定された突出量で突き出す。
The
おねじ92がリングゲージ82の基準めねじ83にねじ込まれる長さは、{(リングゲージ82の厚さ)−(リングゲージ82にワーク8のおねじ部2が噛み合う所定の噛み合わせ長さ)}に正確に設定される。おねじ92の突出量は、設計上は、ピッチの整数倍となることを狙いに設定される。例えば、リングゲージ82aの基準めねじ83aにおいて、上側のワーク8(図4)をねじ込み可能な部分の設計上の軸方向の隙間長さが、ワーク8のおねじ部2の2ピッチ、3ピッチ等のnピッチ分(nは正の整数である。)の長さになるように、ホルダ86が製作される。
The length of the
リングゲージ82にワーク8のおねじ部2をねじ込む場合には、リングゲージ82の下面側からホルダ86のおねじ92をリングゲージ82の基準めねじ83に噛み合わせる。そして、リングゲージ82の上面側からワーク8のおねじ部2の先端をリングゲージ82の基準めねじ83にねじ込む。これにより、ワーク8のおねじ部2の先端部はホルダ86のおねじ92の先端のところで止まる。ワーク8のおねじ部2の先端部のリングゲージ82へのねじ込み深さは、{(リングゲージ82の厚さ)−(リングゲージ82にホルダ86のおねじ92がねじ込まれる長さ)}である。
When screwing the
ここで、アダプタ80を構成するリングゲージ82とホルダ86のおねじ92とは、ワーク8の種類によってそれぞれ異なる厚さやねじ部を有するものを採用できる。一方、挟持リング部88とストッパ鍔部90とは、ワーク8の種類によらず共通の形状と寸法を有する。
Here, the
図1に戻って、演算制御装置100は、ねじ形状自動計測装置12を構成するアクチュエータ、モータ等の各要素と、空圧制御装置102との動作を全体として制御し、ワーク8の軸方向及び軸周りの寸法を算出し、算出した結果をプリンタ等の出力装置104に伝送する。出力装置104は検査書をプリントアウトさせる機能を有する。かかる演算制御装置100は、適当なコンピュータで構成することができる。出力装置は、画面に検査書の内容を表示するディスプレイ、または検査書の内容を記録媒体に記録させる記録装置であってもよい。また、出力装置は、検査書の内容が記録されたファイルを外部に出力または送信するものであってもよい。
Returning to FIG. 1, the arithmetic and
演算制御装置100は、頭部寸法計測、首下丸み部半径計測、円筒部径計測、ねじ径計測、円筒部長さ計測、首下長さ算出、曲がり計測及び計測結果出力の各機能を有する。これらの機能は、演算制御装置100が実行するソフトウェアによって実現でき、具体的には、ねじ自動計測プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。さらに、演算制御装置100は、ワーク8の頭部4の座面7(図6B参照)の角度を算出するために後述する2次元形状作成部110及び座面角度算出部112を有する。
The arithmetic and
上記のねじ形状自動計測システム10の作用、特に演算制御装置100の各機能について、図6Aから図9Bを用いて詳細に説明する。図6Aは実施形態のねじ形状自動計測システム10における計測手順の1例を示すフローチャートである。図6Bは、ねじ形状自動計測システム10におけるワーク8の計測箇所を示す図である。図6B(a)は、側面図における計測箇所を示し、図6B(b)は、上面図における計測箇所を示す図である。
The operation of the automatic thread
ワーク8の計測を行うときには、ねじ形状自動計測システム10の初期化がまず行われる。初期化は、電源をオン状態とし、空圧制御装置102を始動させ、演算制御装置100を初期状態とする。これによって、Yテーブル22は所定の初期Y位置に戻る。初期Y位置は、把持部62の先端位置よりもY方向に沿って十分高い位置に設定される。把持部62は所定の初期角度位置に戻る。締付チャック70の3つの爪部76a、76b、76cは退避状態に戻る。
When the
初期化が終わると、アダプタ80にワーク8をセットする(S10)。次いで、把持部62の締付チャック70にアダプタ80をセットする。図4、図5で説明したように、ワーク8は、おねじ部2の先端部が把持部62に把持されて固定される。このときおねじ部2の先端は、アダプタ80にねじ込まれたホルダ86のおねじ92の先端に突き当たって止まる。次に、ワーク8を把持したアダプタ80を、締付チャック70の退避状態にある3つの爪部76a、76b、76cの間の空間にセットする(S11)。ここまでの処理は、作業者の手作業で行われる。
When the initialization is completed, the
把持部62にワーク8がセットされると、作業者が締付固定ボタン等を押すことで、演算制御装置100が空圧制御装置102に指令を出して、把持部62の締付チャック70のピストン・シリンダ機構に所定の締付用空気圧を供給させる。これによって3つの爪部76a、76b、76cが同期して支持台72の中心軸側に移動し、ワーク8をしっかりと締付固定する。この状態からワーク8の形状寸法の計測が開始される。
When the
その後、頭部寸法計測、首下丸み部半径計測、円筒部径計測、ねじ径計測、円筒部長さ計測、首下長さ算出、曲がり計測が順に行われる。これらの処理は、演算制御装置100によって実行される。具体的には、演算制御装置100は、第1カメラ移動アクチュエータ37、カメラ切換アクチュエータ45、昇降アクチュエータ20、第2カメラ移動アクチュエータ46等の各アクチュエータ、及びθモータを制御する。なお、昇降アクチュエータ20、第1カメラ移動アクチュエータ37、カメラ切換アクチュエータ45、及び第2カメラ移動アクチュエータ46のいずれか1つ以上のアクチュエータとして、ロボシリンダが用いられてもよい。例えば、ロボシリンダは、ボールねじ、モータ、リニアガイド機構が組み込まれた一体型の製品であり、位置決めと位置読み出しとが可能に構成される。
Thereafter, head dimension measurement, neck round radius measurement, cylinder diameter measurement, screw diameter measurement, cylinder length measurement, neck length calculation, and bending measurement are sequentially performed. These processes are executed by the arithmetic and
図6Aにおいて、一点鎖線G1で囲んだ部分で示すように、S12からS21の計測処理は、第1カメラ39を用いて行われる。一方、図6Aで、一点鎖線G2で囲んだ部分で示すS22の計測処理は、第2カメラ43を用いて行われる。
In FIG. 6A, the measurement process from S <b> 12 to S <b> 21 is performed using the
まず、演算制御装置100では予めワーク8の軸方向長さに対応する種類またはパラメータが設定されるので、第1カメラ39は、予めその軸方向長さに応じて、計測しやすい位置に待機する。そして、第1カメラ39でワーク8を上側から下側等へ移動させることで各部位の計測を行う。まず、頭部寸法計測(S12、S13)が行われる。このとき、まず、カメラ切換アクチュエータ45の作動によって第1カメラ39を選択し、選択された第1カメラ39によって取得されたワーク8の撮像データに基づいて、ワーク8の軸方向及び軸周りの寸法の算出が行われる。また、第1カメラ39は、計測前の状態で、第1カメラ移動アクチュエータ37によって、図1の右側に退避しており、計測直前に図1の左側に移動される。
First, since the type or parameter corresponding to the axial length of the
第1カメラ39によって撮像されたワーク8の投影形状データで必要なのは、白データから黒データに遷移する位置のデータである。ワーク8はおねじ部2も頭部4もXY平面上で円筒状またはこれに螺旋ねじが刻まれたものである。
What is necessary for the projection shape data of the
そして、演算制御装置100は、輪郭データ算出を行う。具体的には、ワーク8の投影形状データの白黒境界をワーク8の投影形状の輪郭として輪郭追跡処理を行って1次的なねじ輪郭プロファイルのデータを算出する。そして、この1次的なねじ輪郭プロファイルのデータについて、ワーク8の断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去するスムージング化処理を行って2次的なねじ輪郭プロファイルを算出する。このノイズ除去されたねじ輪郭プロファイルを以後の各種寸法の算出のための輪郭データとする。
Then, the arithmetic and
例えば、輪郭データ算出では、輪郭データの分解能を上げるために、第1カメラ39によって撮像されたワーク8の投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの2次元データに変換する。例えば、第1カメラ39の撮像面における画素分解能が約8μmであれば、1画素を8×8のサブ画素に分割して位置分解能が1μmの2次元ビットマップに変換される。このようにして、十分な位置分解能を有する2次元ビットマップを得ることができ、その後、2次元ビットマップのデータを用いて輪郭追跡処理と、ノイズ除去処理が行われる。
For example, in the contour data calculation, in order to increase the resolution of the contour data, the projection shape data of the
輪郭追跡処理は、2次元ビットマップにおける白黒境界を追跡する処理であり、予め定めたルールにしたがって1つの黒データ位置から次に連続する黒データの位置を探して連続線を形成する。 The contour tracking process is a process for tracking a black-and-white boundary in a two-dimensional bitmap, and searches for the position of the next continuous black data from one black data position according to a predetermined rule to form a continuous line.
そして、輪郭追跡処理で得られる輪郭プロファイルデータに予め定めたノイズ判断基準を適用してノイズを除去するスムージング化処理を行い、ワーク8のねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを算出することができる。
Then, smoothing processing for removing noise is performed by applying a predetermined noise judgment standard to the contour profile data obtained by the contour tracking processing, and contour data indicating the screw contour profile of the
輪郭データ算出の処理が終わると、第1カメラ39が取得するワーク8の投影形状データを用いて、各種の寸法計測が行われる。
When the contour data calculation process is completed, various dimension measurements are performed using the projection shape data of the
具体的には、図6Bに示すように、ワーク8の頭部4の投影形状データを用いて、頭部4の直径dkを計測する。ここでは、頭部4のX方向長さの全体が入るように、Yモータ20bの動作を制御する。そして、θモータを駆動し、ワーク8を軸周りに360度回転させ、1回転当たりに対応する360度について360の逓倍で、例えば360個のサンプリングした投影形状データを用いて、直径dkの最大値を求める。直径dkの最大値が、頭部4の六角形の頂点位置を結ぶ対角線について計測した頭部直径として計測される(S12)。
Specifically, as shown in FIG. 6B, the diameter dk of the
次に、頭部4の上面のY位置Y10と、下面のY位置Y9とを計測する。ここでは、ワーク8を軸周りに360度回転させながら、第1カメラ39が取得した頭部4の上面について、360の逓倍でサンプリングした輪郭データのY方向の位置を2次元ビットマップ上で求める。例えば、1μm単位でY10の精密な値の変位を算出する。このとき、輪郭データは、θモータの回転角度を検出するロータリエンコーダの出力信号のパルスに同期した画像データをサンプリングする。各輪郭データで、算出したY10の精密な変位について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ24の高精度なデータ値を加算して、Y10の最大値、最小値、平均値とする。
Next, the Y position Y 10 on the upper surface of the
同様に、頭部4の下面についても、位置センサ24からのデータを取得する。次いでワーク8を軸周りに回転させながら、第1カメラ39が取得した頭部4の下面の輪郭データのY方向の位置を2次元ビットマップ上で求め、例えば、1μm単位でY9の基準値からの精密な値の変位を算出する。また、サンプリングデータごとに、算出されたY9の精密な変位について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ24からの基準値に対応するデータ値を加算して、Y9の最大値、最小値、平均値とする。そして、Y10、Y9の最大値、最小値、平均値から頭部高さk(図6B)の最大値、最小値、平均値が算出されて計測される(S13)。このとき、Y10、Y9の平均値から頭部高さkの平均値だけが算出されてもよい。
Similarly, data from the
頭部4の高さ寸法計測が終わると、Yテーブル22をY方向に下降させ、首下丸み部の半径計測(S14)が行われる。首下丸み部半径は、頭部4とおねじ部2との間の首下部における曲率半径である。具体的には、第1カメラ39が取得したワーク8の首下部3の輪郭データを、上記のねじ輪郭プロファイルの算出で説明した方法を用いて2次元ビットマップ上で求める。
When the measurement of the height dimension of the
このとき、ワーク8を軸周りに360度回転させる。そして、それぞれのサンプリングした輪郭データで、首下丸み部の両側の2直線を回帰直線で求め、2直線のなす角度を2等分する角度分割線に向かって、2直線と首下丸み部の円弧との2つの接点からそれぞれ垂線を引く。そして、それぞれの垂線の長さの平均値を算出し、各データで算出された垂線の長さの平均値を首下丸み部半径の値として算出する。このとき、各輪郭データから、首下丸み部半径の最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
At this time, the
次いで頭部4の丸み移行円の直径daについて、それぞれのサンプリングした頭部4の輪郭データから平均値が算出される。座面7は輪郭データで直線状であり、頭部4の下面におけるX方向両側の2つの直線部と首下丸み部との2つの交点のX方向距離から、丸み移行円の直径daが計測される(S15)。このとき、各輪郭データから、直径daの最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
Next, for the diameter da of the round transition circle of the
次に、円筒部9の直径dsが計測される(S16)。円筒部9は、ワーク8において、頭部4とおねじ部2との間でねじ部が形成されない軸部である。このとき、それぞれのサンプリングした円筒部9の輪郭データから円筒部直径dsの平均値が算出される。この場合に、各輪郭データから、円筒部9の直径dsの最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
Next, the diameter ds of the
次に、ねじ径計測として、山径計測及び谷径計測が行われる(S17)。山径はねじ山の外径寸法であり、谷径はねじ谷の内径寸法である。山径計測と谷径計測とは、ワーク8のおねじ部2の軸方向に沿って1箇所または複数箇所について行われる。図6Bでは、山径計測及び谷径計測が行われる1箇所のY位置Y8を示している。計測箇所の数は、Y方向にワーク8のおねじ部2の長さによって適宜定めることができる。
Next, as a screw diameter measurement, a crest diameter measurement and a trough diameter measurement are performed (S17). The thread diameter is the outer diameter dimension of the thread, and the valley diameter is the inner diameter dimension of the thread valley. The crest diameter measurement and the trough diameter measurement are performed at one place or a plurality of places along the axial direction of the
図7は、山径計測の方法を示す図である。図7(a)、(c)は、2次元ビットマップ上におけるワーク8のおねじ部2の輪郭データを示す図で、(b)は(a)の一部の拡大図である。
FIG. 7 is a diagram showing a method for measuring a mountain diameter. FIGS. 7A and 7C are diagrams showing the contour data of the
山径計測の計測アルゴリズムは、次の(1)〜(5)の処理によって行われる。
(1)ワーク8の軸方向回りの所定角度毎に、ロータリエンコーダの出力信号のパルスに同期した画像データをサンプリングする。例えば、360度に対して360の逓倍でサンプリングが行われる。例えば、画像データは、ワークの1回転当たりで360個がサンプリングされる。
(2)サンプリングしたデータを上記のように二値化してフィルタ処理を行う。このような処理は、図6BにY8で示すように、予めティーチングでおねじ部2の一部に設定された矩形範囲に対して行うことができる。図7(a)には、ワーク8のおねじ部2の2つの輪郭データ170,171が示される。2つの輪郭データ170,171は、ワーク8のおねじ部2の左右両側の輪郭形状を示すデータである。
(3)2つの輪郭データのうち、左右方向一方側(例えば図7(a)の左側)の輪郭データが表わすおねじ部2の外形に回帰直線172を引く。図7(b)は、図7(a)の部分拡大図で、これを用いて輪郭データ170の回帰直線172を求める方法が示される。回帰直線172は、おねじ部2の複数の山部頂点及び谷部底点である複数のエッヂにおける平均位置を通る直線である。
The measurement algorithm of the mountain diameter measurement is performed by the following processes (1) to (5).
(1) The image data synchronized with the pulse of the output signal of the rotary encoder is sampled at every predetermined angle around the
(2) The sampled data is binarized as described above, and filtering is performed. Such process, as shown by Y 8 in Figure 6B, may be made to set the rectangular area in a portion of the
(3) A
(4)回帰直線172を求めた後、輪郭データ170の全体について回帰直線172よりも外径側(図7(b)の左側)にある輪郭データ170に垂線173を引く。垂線173と外径側の輪郭データ170との交点との距離aを求める。このような垂線173をY軸方向にピクセル単位で走査して、矩形範囲等の設定された範囲での距離aの最大値Aを求める。距離aの最大値Aは、回帰直線172から見て輪郭データ170において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。
(4) After obtaining the
(5)次に、図7(c)に示すように、回帰直線172から、左右方向他方側(例えば図7(c)の右側)の輪郭データ171に向かって垂線173を引く。そして、垂線173が山部または谷部のエッヂに接触するときの回帰直線からエッヂまでの距離bを求める。このような垂線173をY軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離bの最大値Bを求める。図7(c)では、走査される垂線173のうち、一部の垂線173のみを示している。距離bの最大値Bは、輪郭データ171において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。山径は、ワーク8のおねじ部2における山部の外径であるので、距離aの最大値Aと、距離bの最大値Bの和(A+B)として算出される。
(5) Next, as shown in FIG. 7C, a
上記のようにロータリエンコーダのパルスに同期した複数の画像データに基づいて、(A+B)が求められる。各画像データの(A+B)の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその計測箇所における山径の計測値とする。山径の計測値として平均値のみが算出されてもよい。 As described above, (A + B) is obtained based on a plurality of image data synchronized with the pulses of the rotary encoder. When the value of (A + B) of each image data is obtained, the maximum value, the minimum value, and the average value are set as the measured values of the mountain diameter at the measurement location. Only the average value may be calculated as the measured value of the mountain diameter.
図8は、谷径計測の方法を示す図である。図7と同様に、図8(a),(c)は、2次元ビットマップ上におけるワーク8のおねじ部2の輪郭データを示す図で、(b)は(a)の一部の拡大図である。図8(a)には図7と同じ2つの輪郭データ170,171が示される。谷径計測は、山径計測に似ていて、山径計測で説明した(1)〜(5)の処理のうち、(1)〜(3)は同じである。(1)〜(3)の処理の後、(4a)〜(5a)の処理を行う。
FIG. 8 is a diagram illustrating a valley diameter measurement method. Similarly to FIG. 7, FIGS. 8A and 8C are diagrams showing the contour data of the
(4a)回帰直線172を求めた後、輪郭データ170の全体について回帰直線172よりも内径側(図8(b)の右側)にある輪郭データ170に垂線177を引く。垂線177と内径側の輪郭データ170との交点との距離cを求める。このような垂線177をY軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離cの最大値Cを求める。距離cの最大値Cは、回帰直線172から見て輪郭データ170において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。
(4a) After obtaining the
(5a)次に、図8(c)に示すように、回帰直線172から、左右方向他方側(例えば図7(c)の右側)の輪郭データ171に向かって垂線177を引く。そして、垂線177が山部または谷部のエッヂに接触するときの回帰直線からエッヂまでの距離dを求める。このような垂線177をY軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離dの最小値Dを求める。図8(c)では、走査される垂線177のうち、一部の垂線177のみを示している。距離dの最小値Dは、輪郭データ171において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。谷径は、ワーク8のおねじ部2における谷部の最小外径であるので、距離cの最大値Cと、距離dの最小値Dとの差である(D−C)として算出される。
(5a) Next, as shown in FIG. 8C, a
上記のようにロータリエンコーダのパルスに同期した複数の画像データに基づいて、(D−C)が求められる。各画像データの(D−C)の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその計測箇所における谷径の計測値とする。谷径の計測値として平均値のみが算出されてもよい。 As described above, (DC) is obtained based on a plurality of image data synchronized with the pulses of the rotary encoder. When the (DC) value of each image data is obtained, the maximum value, the minimum value, and the average value are used as the measured values of the valley diameter at the measurement location. Only the average value may be calculated as the measured value of the valley diameter.
また、山径の計測値と谷径の計測値とが算出されると、有効径が算出される。有効径は、例えばJISB0205の規格に基づいて、次の(1)式で算出される。
(有効径)=(谷径)+((山径)−(谷径))×2/5・・・(1)
Further, when the measured value of the peak diameter and the measured value of the valley diameter are calculated, the effective diameter is calculated. The effective diameter is calculated by the following equation (1) based on the standard of JISB0205, for example.
(Effective diameter) = (valley diameter) + ((crest diameter) − (valley diameter)) × 2/5 (1)
有効径についても最大値と最小値と平均値とを算出する。有効径として平均値のみが算出されてもよい。なお、有効径として、(有効径)=(山径+谷径)/2等の他の算出式で算出する場合もあり、その場合には、その算出式に基づいて有効径が算出される。このように本システムによれば、三針法で有効径を計測する場合と異なり、有効径を簡易に計測できる。 For the effective diameter, the maximum value, the minimum value, and the average value are calculated. Only an average value may be calculated as the effective diameter. The effective diameter may be calculated by another calculation formula such as (effective diameter) = (mountain diameter + valley diameter) / 2. In this case, the effective diameter is calculated based on the calculation formula. . Thus, according to the present system, the effective diameter can be easily measured, unlike the case where the effective diameter is measured by the three-needle method.
次に、ねじがない円筒部の長さLsの計測(S18)と、円筒部の長さLgの計測(S19)とが行われる。ねじがない円筒部の長さLsは、円筒部9とねじ部からつながるテーパ部との交点から頭部4の座面7までの距離であり、頭部高さkの計測処理と同様に、座面7と円筒部9の下端とのY方向位置を求めることにより計測される。また、円筒部の長さLgは、座面7とおねじ部2の完全ねじ部の開始位置との距離であり、長さLgも、座面7及びおねじ部2の完全ねじ部の上端位置とのY方向位置を求めることにより計測される。なお、長さLs,Lgの計測には、ワーク8のねじ軸の上側に上側リングゲージを装着しないで画像を用いて計測する、いわゆる裸ワーク画像処理で計測する方法と、ねじ軸の上側にねじリングゲージを装着して計測する方法とがある。ねじリングゲージは、リング状で中心部にネジ孔が軸方向に貫通して形成される。ねじ軸にねじリングゲージを装着して計測する方法では、ワーク8をアダプタ80から取り外した状態で、ねじ軸の先端(図6Bの下端)から図6Bの上側に向かってねじリングゲージ(図示せず)をねじ込む。これにより、ねじリングゲージは、おねじ部2の完全ねじの開始位置(図6の上端位置)で止まる。そして、例えば、ねじリングゲージがワーク8に嵌め込まれて止まった位置と、頭部4の座面7とのY方向位置を画像撮影で取得し、それら2つのY方向位置の距離を計測することにより、長さLgが計測される。例えば、計測時において、1回目、2回目・・・というサイクルでワークをアダプタから取り外し、そのサイクルの中でねじリングゲージを装着させて計測することができる。予め設定されたサイクルを完了した後に、総合的に長さLgの最終計測値を決定することができる。
Next, measurement of the length Ls of the cylindrical part without a screw (S18) and measurement of the length Lg of the cylindrical part (S19) are performed. The length Ls of the cylindrical portion without the screw is the distance from the intersection of the
次に首下長さ計測が行われる(S20)。首下長さLは、ワーク8の座面7からおねじ部2の先端までの距離である。この計測では、おねじ部2の先端部を把持するアダプタ80のリングゲージ82の上面のY位置Y1の計測が行われる。具体的には、既に説明した頭部4の上面のY位置Y10と下面のY位置Y9の計測と同様の手順で行うことができる。すなわち、第1カメラ39の撮像面にリングゲージ82の上面を示す輪郭データが入るように、Yモータ20bの動作を制御し、位置センサによって、Y1のデータ値を取得する。次いで、ワーク8を軸周りに360度回転させながら、第1カメラ39が取得したリングゲージ82の上面の360の逓倍でサンプリングした輪郭データのY方向位置を2次元ビットマップ上で求める。例えば、1μm単位でY1の精密な値の変位を算出する。各輪郭データで、算出したY1の精密な値について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ24のデータ値を加算して、Y1の最大値、最小値、平均値とする。
Next, the length under the neck is measured (S20). The neck length L is a distance from the
次に既に計測されたY位置Y9,Y1の値と、リングゲージ82の基準めねじ83aとワーク8のおねじ部2の先端部との噛み合わせ長さについて、実測に基づくオフセット値で修正された値L1とに基づいて、ワーク8の首下長さLが算出される。首下長さLの算出は、Y9,Y1のそれぞれの最大値、最小値、平均値に基づいて、首下長さLの最大値、最小値、平均値が算出される。このとき、Y9,Y1の平均値から首下長さLの平均値が算出されてもよい。
Next, the values of the Y positions Y 9 and Y 1 that have already been measured and the meshing length between the reference
また、首下長さの計測は、Y位置Y9,Y1を直接に求めずに次のようにして行うこともできる。図9は、首下長さの計測方法の1例を示す図である。図9(a)はアダプタ80に固定したワーク8と第1カメラ39及び光源36との位置関係の2例を示す図であり、(b)は第1カメラ39が(a)のPa1位置にあるときに取得された画像データを示す図である。図9(c)は第1カメラ39が(a)のPa2位置にあるときに取得された画像データを示す図である。
Further, the measurement of the length under the neck can be performed as follows without directly obtaining the Y positions Y 9 and Y 1 . FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a method for measuring the length under the neck. FIG. 9A is a diagram showing two examples of the positional relationship between the
図9に示す例では、位置センサ24の検出信号からYテーブル22に固定され選択された第1カメラ39のY位置が検出される。そして、第1カメラ39のY位置が図9のPa1であるときに、下側に設定される原点からPa1位置までの距離がE1である。このとき、第1カメラ39では、図9(b)で示す白黒の画像データが取得される。また、第1カメラ39のY位置が図9のPa2であるときに、原点OからPa2位置までの距離がE2である。このとき、第1カメラ39では、図9(c)で示す白黒の画像データが取得される。図9(c)では、おねじ部2の山部及び谷部の形状は示さずに直線状で示している。
In the example shown in FIG. 9, the Y position of the
そして、演算制御装置100が、第1カメラ39がPa1位置にあるときの画像データから頭部首下位置である座面7のY位置について、画像データの下端から座面7までの距離H1を求める。また、演算制御装置100は、第1カメラ39がPa2位置にあるときの画像データからアダプタ80とワーク8との結合位置の上端のY位置について、画像データの下端から結合位置上端までの距離H2を求める。
Then, the arithmetic and
そして、首下長さLは次の(2)式で求められる。このとき、第1カメラ39がPa1位置にあるときのワーク8の回転角度と、第1カメラ39がPa2位置にあるときのワーク8の回転角度とについて、1回転中での同列のサンプリングパルスでの距離H1,H2の計測値が用いられる。
L=E1−E2+(H1−H2)+L1・・・(2)
And the neck length L is calculated | required by following (2) Formula. At this time, the rotation angle of the
L = E1-E2 + (H1-H2) + L1 (2)
また、(2)式では、リングゲージ82の基準めねじ83とワーク8のおねじ部2の先端部との噛み合わせ長さについて、実測に基づくオフセット値で修正された値L1が用いられる。これにより、首下長さLを計測することができる。S13の頭部高さk、S18の円筒部長さLs、S19の円筒部長さLgについても、図9の首下長さLの計測方法と同様に、異なるY位置に配置された第1カメラ39の取得画像から計測することができる。
Further, in the expression (2), a value L1 corrected with an offset value based on actual measurement is used for the meshing length between the reference
続いてワーク8の曲がりの計測が行われる(S21)。曲がりは、例えば第1カメラ39によりねじ軸の軸方向複数位置、例えば上、中間、下の3個所位置で撮影した画像のうち、上、下の画像でねじ軸の径方向の中心を結び、中間の画像において、ねじ軸の径方向の中心のずれを最大振れ幅と設定する。そして、曲がりは、最大振れ幅と、最大振れ幅位置でのねじ径との和として算出される。最大振れ幅は、ねじ軸の画像からねじ軸の中心線を求めて、その中心線の横方向への振れ幅の最大値として算出してもよい。
Subsequently, the bending of the
次に、頭部4の二面幅計測が行われる(S22)。このとき、第1カメラ移動アクチュエータ37の駆動によって、第1カメラ39が図1の右側に退避される。そして、第2カメラ移動アクチュエータ46の駆動により、第2カメラ移動テーブル44が移動することによって、選択された第2カメラ43をZ軸方向に沿ってワーク8の頭部4の真上に移動させる。これとともに、またはこれと前後して、照明移動機構192によって照明部190を、ワーク8の上側を照射する照射位置に移動させる。そして、Yテーブル22を下降させ、第2カメラ43の焦点位置がちょうどワーク8の頭部4の上面の位置になるようにする。そして、第2カメラ43でワーク8の頭部4の形状の撮像データを取得し、撮像データを2値化し、エッジ検出法等を用いて、頭部4の二面幅寸法Sa(図6B)を算出する。二面幅寸法Saは、ワーク8の頭部4において、六角形の向かい合う2つの辺の間の寸法である。このときは、第1カメラ39で取得される白黒の投影画像と異なり、光の反射で得られた画像が取得されることになる。二面幅計測が終了した後では、第2カメラ移動テーブル44を移動させ、第2カメラ43を待機位置に戻す。そして、第1カメラ39も待機位置に戻す。なお、二面幅寸法Saは、頭部4の最小外径であるので、頭部直径dkを第1カメラ39で計測するときに、合わせて、頭部4のX方向寸法が最小値となるときのX方向寸法を二面幅寸法Saとして算出することにより計測してもよい。また、ワーク8が頭部の上面に頭部穴として六角穴を有する場合において、六角穴の二面幅寸法及び対角位置の直径である対角寸法を算出してもよい。なお、第2カメラ43で頭部4を計測するときに、第2カメラ43がワーク8の真上に移動したときに第1カメラ39と干渉しないように、カメラ切換アクチュエータ45の駆動により、第1カメラ39が上方向に移動される構成としてもよい。この構成を採用した場合には、第1カメラ39をZ軸方向に移動させる機構を省略してもよい。
Next, the two-sided width measurement of the
このようなワーク8の各種寸法の計測データの算出が終了すると、計測結果の出力が行われる(S23)。具体的には、頭部の直径、頭部高さ、首下丸み部半径、丸み移行円の直径、円筒部の直径、ねじ径、円筒部長さLs、円筒部の長さLg、首下長さ、及び曲がりの計測値等が所定の検査書に印刷されて出力される。このとき、検査書では、予め設定された所定のフォーマットに従って所定の記入箇所に各種の計測値が記入される。このとき、検査書は、各計測項目のヘッダと計測値をカンマで区切ったテキストファイルであるCSVファイルで出力されてもよい。また、検査書は、表計算ソフトウェア等の任意のフォーマットに計測結果が割り付けられて出力されてもよい。
When calculation of measurement data of various dimensions of the
このように、ねじ形状自動計測システム10によれば、ねじに関する各種寸法を自動的に計測でき、その計測結果を所定または任意のフォーマットの検査書として自動的に出力できる。
Thus, according to the screw shape
また、上記の計測シーケンスは1例であり、ねじ形状自動計測システム10では、計測項目と計測順とを、作業者が演算制御装置100の操作部を用いて入力または選択する等により、ティーチングと呼ばれる処理で設定することもできる。例えば、コンピュータのディスプレイにおいて、アダプタ80の上側に直立するように一体化したワーク8の模式的な図形を表示させる。そして、その図形に対して、ユーザがキーボードまたはマウス等の操作部を用いて矩形の枠部を描いて単純な操作で計測個所を指示することができる。例えばねじ部の軸方向中間部を囲うように枠部を描き、所定のキーボタンの押し下げ等の所定の単純な操作を行うことで、ねじの枠部で囲んだ部分の山径、谷径、有効径の少なくともいずれかを計測させる指示を行うこともできる。また、ねじの頭部からアダプタ80にわたるように枠部を描き、所定の操作を行うことでねじの首下長さを計測させる指示を行うこともできる。ねじ形状自動計測システムは、それらの指示に応じて自動的に計測個所の計測を行う。また、計測個所、計測方法及び計測手順は、作業者が予め対応するパラメータを設定して演算制御装置100に設定することもできる。また、計測ロジックは、種々の補助計測ロジックが、幾何学的な関係で求められる計算式である幾何計算式の組み合わせを用いられ、計測項目に割り当てられることで実行される。例えば、補助計測ロジックは、水平距離計測、垂直距離計測、角度計測、曲率半径計測、計算、ピッチの計測または既知の値の代入等である。白黒画像は二値化して、例えばXY座標系でプロットし、幾何計算式を用いて、補助計測ロジックを実行することができる。幾何計算式では、二値化画像のデータが白黒−黒白、白黒−黒白・・・のように抽象化されて計算されてもよい。
The above-described measurement sequence is an example. In the screw shape
上記の各種寸法計測を行うときにおいて、ワーク8の頭部に六角穴である頭部穴が形成されている場合に、頭部穴深さの計測を行うこともできる。例えば、図6Aで説明した手順において、S12の頭部直径計測の前に頭部穴深さの計測を行うこともできる。このとき、ねじ検査用の頭部穴ビットを用いて、頭部穴深さの計測を行うことができる。頭部穴ビットは、頭部係合アダプタに相当する。このとき、頭部穴ビット180がワーク8の頭部穴6に挿入された状態をねじ軸に直交する方向から第1カメラ39で撮像し、取得された投影形状データに基づいて頭部穴深さtを算出する。
When performing the above various dimension measurements, the head hole depth can also be measured when a head hole that is a hexagonal hole is formed in the head of the
ワーク8の頭部穴6に頭部穴ビット180が挿入された状態は、第1カメラ39によって撮像され、その輪郭データに基づいて、ワーク8の頭部の上面と頭部穴ビット180の鍔部184の下面との間のY方向に沿った間隔寸法を算出できる。算出された間隔寸法と頭部穴ビットの頭部穴嵌め合い部182の高さ寸法とに基づき、頭部穴深さ寸法、幾何学的な関係式から算出できる。
The state in which the
また、図1から図3に示した構成では、Yテーブル22に対し第1カメラY移動テーブル25をZ方向に移動可能な構成とし、第1カメラ移動アクチュエータ37の作動によって第1カメラY移動テーブル25をZ方向に移動させる構成としている。これにより、第1カメラ39のZ方向位置を調整し、第1カメラによって撮像されたワーク8の投影形状を用いて、白データから黒データへの遷移が最も急峻となるZ位置に第1カメラが位置するように第1カメラY移動テーブル25を移動させることができる。そのときのZ位置を合焦位置として、第1カメラY移動テーブル25のZ方向の位置が固定される。
1 to 3, the first camera Y moving table 25 is movable in the Z direction with respect to the Y table 22, and the first camera Y moving table 37 is operated by the operation of the first
次に、図10から図16を用いて、レーザ変位計50(図1、図3)と、ワーク8の頭部4の座面7の角度を計測する構成とを説明する。具体的には、図1、図3を参照して、上記のように、ねじ形状自動計測システム10は、Yテーブル22の下側にブラケット23が固定され、そのブラケット23にレーザ変位計50が固定されている。レーザ変位計50は、ブラケット23の先端部の上面に、レーザ光の照射軸が斜め上方向に向くように固定される。
Next, with reference to FIGS. 10 to 16, a laser displacement meter 50 (FIGS. 1 and 3) and a configuration for measuring the angle of the
レーザ変位計50は、計測対象物に対してaZ軸方向の変位とaX軸方向に並んだ受光素子の間隔とで、計測対象物の変位を計測するものであり、レーザ光の発光素子を有する照射部51(図3)と、受光部52(図3)とを有する。照射部51は、把持部62によって把持されたワーク8の周方向一部において、ワーク8のねじ軸の外周面とワーク8の頭部の座面と、その外周面及び座面の連続部分とに向けてレーザ光を照射する。受光部52は、照射部51から照射されたレーザ光の反射光を受光する。ワーク8で反射された反射光は、受光部52のレンズに入射され、入射された光は、そのレンズによって光センサチップ(図示せず)に集光される。光センサチップは、半導体基板上に多数の受光素子が一列に配置されたラインセンサとしての半導体デバイスである。光センサチップ上での反射光の受光位置は、ワーク8までの距離に応じて変化する。これにより、レーザ変位計50は、光センサチップ上での受光位置に基づいて、ワーク8の周方向一部におけるねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位を計測する。そして、レーザ変位計50から、ねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位を表す信号が演算制御装置100(図1)に送信される。
The
演算制御装置100は、ワーク8の軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも所定の第1位置においてレーザ変位計50で計測された変位に基づく2次元形状を示すデータと、レーザ変位計50の照射軸方向を示す基準線CL(図10)とから、正規座面線CLT(図10)に対する座面7の角度を算出して出力する。正規座面線CLTは、ワーク8のねじ軸5を、直線状の中心軸を含む断面で見た場合において、ねじ軸5の軸方向に対応する仮想軸方向線CLAに対し直交する線である。具体的には、演算制御装置100は、2次元形状作成部110及び座面角度算出部112(図1)を有する。2次元形状作成部110は、レーザ光の反射光の受光に基づいて、レーザ変位計50で計測された変位から、2次元形状を示すデータを作成する。
The arithmetic and
図10は、第1例のワーク8の座面7の傾き角度の算出時に用いる座面7及びねじ軸5の母線の計測範囲を示す図である。2次元形状は、ねじ軸5の外周面の母線の直線部である軸直線部と、座面7の母線の直線部である座面直線部とを含む山形形状である。このとき、例えばねじ軸5の軸方向周りの所定の0度位置では、2次元形状のうち、ねじ軸5の外周面の母線と座面7の母線との連続部(交点)から外れた範囲の直線部分(例えば図10の太線δ1、η1で示す部分)の形状が計測されていればよい。そして、2つの直線部分δ1、η1を互いに交わる側に延長して山形に連続する2次元形状としてもよい。この理由は、レーザ光の反射光の受光によって得られる2つの母線の形状精度は、2つの母線の交点付近では低下する可能性があるので、その交点付近の計測結果を除くためである。直線部分δ1は、ねじ軸5の軸直線部に相当し、直線部分η1は、座面7の座面直線部に相当する。図10では、ねじ軸5の軸方向周りの180度位置における座面7の母線の計測範囲の直線部分も太線η2で示している。上記の軸直線部と座面直線部とは、それぞれ複数の計測点から回帰直線を引いて求めることができる。また、ねじ軸5の外周面の母線を求める部分には、ねじ部が形成されていてもよい。ねじ部がある部分で母線を求める場合には、ねじ部の計測した複数の山部頂点を抽出し、その抽出した複数の頂点から回帰直線を求めるか、またはねじ部の計測した複数の谷部底点を抽出し、その抽出した複数の底点から回帰直線を求める。このとき、複数の山部頂点のみ、または複数の谷部底点のみから求めた回帰直線を軸直線部とすることもできる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a measurement range of the bus surface of the
ねじ軸の軸直線部δ1の計測範囲を示すためのパラメータとして、S1,S2を設定してもよい。S1,S2は、それぞれねじ軸5の母線に沿って、首下から下がって、計測開始位置と計測終了位置とを示す。ねじ軸5の母線は、計測範囲におけるサンプリングデータの回帰直線から求める。また、座面7の座面直線部η1の計測範囲を示すためのパラメータとして、Z1,Z2を設定してもよい。Z1,Z2は、それぞれ座面7の母線に沿って、外周端から内周側にZ1,Z2で移動して、計測開始位置と計測終了位置とを示す。座面7の母線は、計測範囲におけるサンプリングデータの回帰直線から求める。
S1 and S2 may be set as parameters for indicating the measurement range of the axial linear portion δ1 of the screw shaft. S <b> 1 and S <b> 2 indicate a measurement start position and a measurement end position, respectively, descending from below the neck along the generatrix of the
なお、0度位置、180度位置において、レーザ変位計50の基準線CLに対し直交する、後述の基準直交線CLRと座面7とのなす角度を、座角θ0Z、座角θ180Z(図10、図14)としてそれぞれ求めてもよい。
Note that, at the 0 degree position and the 180 degree position, an angle formed by a later-described reference orthogonal line CLR and a
また、レーザ変位計50は、照射部51及び受光部52を有するヘッドユニットと、ヘッドユニットから送られたデータによって変位を算出する演算制御装置とが、物理的に離れて、互いにケーブルで接続される構成としてもよい。
In the
2次元形状作成部110で作成された2次元形状を示すデータは、座面角度算出部112で取得される。以下では、2次元形状を示すデータを、2次元形状データと記載する。そして、後述するように、座面角度算出部112が、2次元形状データ及びレーザ変位計50の照射軸方向を示す基準線CLとから、第1座面角度α及び第2座面角度βのそれぞれを算出する。第1座面角度αは、0度位置において、ねじ軸5の軸方向に対応する仮想軸方向線CLAに対し直交する正規座面線CLTに対する座面7の角度である。仮想軸方向線CLAの算出方法は後述する。第2座面角度βは、180度位置において、ねじ軸5の軸方向に対応する仮想軸方向線CLAに対し直交する正規座面線CLTに対する座面7の角度である。このとき、各座面角度α、βは、正規座面線CLTに対する座面7の傾き方向を正負で分けて表す。例えば、図10において、正規座面線CLTより頭部4の先端側(図10の上側)に座面7が傾斜した場合の傾斜角度を正とし、ねじ軸5の先端側(図10の下側)に座面7が傾斜した場合の傾斜角度を負とする。そして、座面角度算出部112は、正規座面線CLTに対する座面7の傾き方向を正負で分けた場合において、第1座面角度α及び第2座面角度βの和(α+β)の正負の符号から座面の傾き方向を判定する。このとき、2次元形状データは、2次元形状作成部110において、ワーク8の周方向複数位置に対応する複数個が作成されるので、座面角度算出部112も、座面7の角度をワーク8の周方向複数位置に対応して算出して出力してもよい。
Data indicating the two-dimensional shape created by the two-dimensional
図11(a)は、ワーク8の頭部4の座面角度を計測する場合において、締付チャック70でワーク8を固定した後、座面角度を計測する周方向位置を設定する状態を示す図である。(b)は、(a)に示すワーク8のA−A断面において、座面傾きの検出位置及び検出幅を示す図である。(c)は、ワーク8が六角ボルトである場合において、ワーク8の投影画像から頭部4の対角位置を判定する状態を示す図である。(d)は、ワーク8が六角穴付ボルトである場合において、ワーク8の投影画像から頭部4の対角位置を判定する状態を示す図である。図12は、ねじ形状自動計測システム10において、ワーク8が把持部62(図11)によって把持された状態で座面7及びねじ軸5の外周面の変位を計測する状態を示す図である。図12(a)は、ワーク8の側面図においてレーザ変位計50による照射位置を示し、(b)は、ワーク8の上面図である。
FIG. 11A shows a state in which, when the seating surface angle of the
図12では、レーザ変位計50の照射軸方向をaZ方向で示し、aZ方向に対し直交し、YZ平面に平行な方向をaX方向で示している。レーザ変位計50の受光素子は、光センサチップ上で、aX方向に1列に複数個が並んで配置される。
In Figure 12, it illustrates the irradiation direction of the
図11に戻って、ワーク8の2次元形状データを作成する条件として、ワーク8の軸方向回りの周方向複数位置の位置決めを行う方法を説明する。2次元形状データは、把持部にワーク8が把持された状態でθモータを回転させ、ワーク8の所定の周方向位置でレーザ光の照射及び反射に基づいて作成される。このため、ワーク8において、2次元形状データを作成する所定の周方向位置の位置決めを行うことが必要である。まず、ワーク8の周方向位置を手動で設定する場合を説明する。このとき、図11(b)で示すようにワーク8の頭部4を下方から上方に見た状態で、T1、T2・・・T6で示す6つの対角位置で、2次元形状データを作成する。
Returning to FIG. 11, as a condition for creating the two-dimensional shape data of the
ここで対角位置とは、ワーク8の六角形の頭部4における外周面の6つの頂部と周方向に一致する位置である。この場合、2つの対角位置T1,T4は、頭部4の第1対角線La1上に位置し、2つの対角位置T2,T5は、頭部4の第2対角線La2上に位置する。また、2つの対角位置T3,T6は、頭部4の第3対角線La3上に位置する。そして、ワーク8の座面7の角度を計測する周方向位置を手動で設定する場合には、例えば図11(a)に示すように、予め締付チャック70の1つの爪部76aの上面の周方向の所定位置に、ワーク8の半径方向の折れ線状のマーク54等でマーキングする。この周方向の所定位置は、θモータの回転角度検出用に設けられるエンコーダ(図示せず)の原点位置に対応する。そして、作業者が締付チャック70のマーキング位置と、ワーク8の1つの対角位置T1とが周方向において一致するように、把持部62にワーク8のおねじ側の一端部を把持させる。そして、ワーク8の周方向に原点位置から60度ずつ360度まで回転させて設定される6つの位置を対角位置として設定する。
Here, the diagonal position is a position that coincides with the six apexes of the outer peripheral surface of the
なお、図11(b)では、対角位置T3の太い実線Uにより、座面7において、2次元形状データ作成のために形状を計測する計測範囲を示している。図11(b)に示すように、計測範囲では座面7の径方向内端付近及び径方向外端付近が除かれる。これにより、この2次元形状のデータに基づいて算出される座面角度の検出精度を高くできる。座面7の検出幅は、ワーク8の種類によって異なるので、座面角度の算出を行う前には、予め演算制御装置100に操作部を用いて作業者が検出幅を示す数値等を入力して指示する構成としてもよい。演算制御装置100は、その指示にしたがって、座面角度の算出で用いる検出幅を設定する。
In FIG. 11B, the measurement range in which the shape is measured for creating two-dimensional shape data on the
次に、ワーク8の座面7の角度を計測する周方向位置を自動で検出して位置決めする場合を説明する。このとき、演算制御装置100には、第1カメラ39で撮像された投影形状を示すデータを表す信号が入力される。演算制御装置100は、その投影形状を示すデータから、ワーク8の対角位置に対応する適切なタイミングでワーク8に自動的にレーザ光を照射させ、そのレーザ光の受光に基づいて座面7の傾きを算出して出力する。
Next, the case where the circumferential position for measuring the angle of the
図11(c)を用いて、ワーク8の投影形状から対角位置を求める方法を説明する。図11(c)では、ワーク8の頭部4付近を第1カメラ39(図1)で撮像した投影画像を斜格子部で示している。実際には、この斜格子部が黒くなった画像が撮像される。画像投影部34(図1)は、ワーク8の頭部4を撮像する。そして、座面角度算出部112は、第1カメラ39を用いて計測された頭部4の軸周りの寸法の変化に応じて、座面7の角度を算出して出力する。具体的には、θモータによるワーク8の回転に伴って六角形の頭部4の投影形状におけるX方向の幅が拡縮する。例えば、頭部4のX方向幅が最小であるE1となるときに、X方向中央が対角位置、例えばT3またはT6の位置となる。このときに2次元形状作成部110は、ワーク8のX方向中央にレーザ光を照射させ、そのレーザ光の受光に基づいて2次元形状データを作成する。座面角度算出部112は、2次元形状データに基づいて、180度角度が異なる2つの位置の座面角度である第1座面角度α(図13、図15、図16)及び第2座面角度β(図14、図15、図16)を算出して出力する。
A method for obtaining the diagonal position from the projected shape of the
一方、図11(c)で示すように頭部4の投影形状が二点鎖線Vとなったときには、頭部4のX方向幅が最大であるE2となる。このときには、X方向中央は二面幅の基準となり、対面位置と呼ばれる頭部4の外周面の平面部が位置する。演算制御装置100は、このときにワーク8のX方向中央にレーザ光を照射させ、それに基づいて座面7の傾きを算出してもよい。
On the other hand, when the projected shape of the
なお、ワーク8が六角穴付きボルトである場合もあり、この場合には、頭部4の外周面は円筒面となるので、頭部4の外形の投影形状を用いて対角位置、または対面位置を求めることはできない。このときには、六角形等の非円形の頭部穴6に図11(d)に示すような頭部穴ビット180を嵌め込んで係合し、第1カメラ39は、頭部穴6に係合された頭部穴ビット180の軸周りの寸法を画像投影によって計測する。具体的には、演算制御装置100は、頭部穴ビット180において、断面六角形の頭部穴嵌め合い部182の投影形状から、頭部穴6の対角位置または対面位置を設定する。そして設定された対角位置または対面位置に応じて、2次元形状作成部110は、ワーク8のX方向中央にレーザ光を照射させ、それに基づいて2次元形状データを作成する。このとき、2次元形状作成部110は、第1カメラ39で撮像された投影形状から頭部4に係合された頭部穴ビット180のX方向の幅が最大または最小となるワーク8の軸方向回りの周方向複数位置における2次元形状データを作成する。座面角度算出部112は、第1カメラ39を用いて計測された頭部穴ビット180の寸法の変化に応じて、座面7の角度を算出して出力する。なお、頭部穴が六角穴以外の場合には、例えばワーク8の座面7の角度を計測する周方向位置を手動で設定することができる。ねじ形状自動計測システム10において、ワークにおいて座面角度を計測する周方向位置を手動で設定するか、または自動で設定するかは予め設定される。
In some cases, the
図12〜14を用いて、ワーク8の座面7の計測アルゴリズムを説明する。図13は、第1例のワーク8の軸方向回りの角度位置が0度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。(a)は、ワーク8と基準角度θc、第1基礎角度θC0、座角θ0Z、第1座面角度α及び座面平均傾き量γを示す図であり、(b)(c)は、(a)から取り出した一部の角度の関係を示す図である。図14は、第1例のワークの軸方向回りの角度位置が180度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。(a)は、ワークと基準角度θc、第2基礎角度θC180、座角θ180Z、第2座面角度β及び座面平均傾き量γを示す図であり、(b)(c)は、(a)から取り出した一部の角度の関係を示す図である。
A measurement algorithm for the
以下では、ワーク8において、ねじ軸5の軸方向周りにおける0度位置及び180度位置の第1座面角度α、第2座面角度β及び合否判定値γaを算出する方法を中心に説明する。残りの角度位置における算出方法もワーク8の軸方向回りの角度位置が異なるだけで同様である。0度位置及び180度位置のように180度角度が異なる2つの位置の座面傾きを算出するのは、座面7が傾く側を精度よく求めるためである。
In the following, the method for calculating the first seating surface angle α, the second seating surface angle β, and the pass / fail judgment value γa at the 0 degree position and the 180 degree position around the axial direction of the
まず、図12に示すように、アダプタ80のリングゲージ82にワーク8をねじ込んで取り付ける。そしてこの状態で、ワーク8の2つの対角位置として、軸方向回りの0度位置と180度位置とにおける座面7の角度の計測を行う。
First, as shown in FIG. 12, the
具体的には、ワーク8の軸周りの0度位置と180度位置とにおいて、2次元形状作成部110が、2直線が山形に交わる2次元形状データを作成する。例えば0度位置及び180度位置における基準角度θCを求めるために、まず2次元形状作成部110によって、座面7の母線P1とねじ軸5の外周面の母線Q1とから形成される2次元形状を作成する。具体的には、図13に示すように、0度位置において、2次元形状は、受光部の入力値のaX方向位置及びaZ方向変位について、2つの母線P1、Q1を用いて作成される。このとき、上記で説明したように、2つの母線は一部の直線部分だけがそれぞれ計測されていればよく、残りの部分は直線状に延長して求められてもよい。また、ねじ軸5の母線にはおねじ部がかかる場合もあり、この場合には、首下付近で計測された直線状の母線を延長して用いることもできる。なお、ねじ軸5のほぼ全体におねじ部が形成される場合において、ねじ軸5の母線として、おねじ部の山部の頂部を結んだ直線状の母線を作成してもよい。また、図14に示すように、180度位置において、座面7の母線P2とねじ軸5の外周面の母線Q2とから、2次元形状が0度位置の場合と同様に作成される。このとき、0度の角度位置で母線P1,Q1が計測された後、θモータによってワーク8を180度回転させることにより、180度の角度位置で母線P2,Q2を計測する。
Specifically, the two-dimensional
そして、ワーク8のねじ軸中心線に相当する仮想軸方向線CLAを求めるために、0度位置及び180度位置におけるねじ軸5の母線の計測データを用いる。このとき、レーザ変位計50の照射軸方向aZを示す基準線CL(図10、図13)に対し直交する基準直交線CLRを求める。また、0度位置及び180度位置における基準直交線CLRとねじ軸の母線P1,P2(図13、図14)とのなす角度である第1基礎角度θC0及び第2基礎角度θC180を求める。そして、次の(3)式のように、第1基礎角度θC0及び第2基礎角度θC180のそれぞれの絶対値の平均値を、基準角度θCとして求める。
θC=(│θC0│+│θC180│)/2 ・・・(3)
Then, in order to obtain the virtual axis direction line CLA corresponding to the screw shaft center line of the
θ C = (| θ C0 | + | θ C180 |) / 2 (3)
そして、0度位置及び180度位置における座面7の母線の交点O1を通るように基準直交線CLRを平行移動して修正基準直交線CLR2を求める。修正基準直交線CLR2からねじ軸中心側に基準角度θC分傾けた直線が、仮想軸方向線CLAとなる。正規座面線CLTは、仮想軸方向線CLAに対し直交するので、仮想軸方向線CLAに対し90度傾けて求める。そして、正規座面線CLTに対する座面7の角度である第1座面角度α及び第2座面角度βのそれぞれを算出する。例えば、図13に示す0度位置において、座面7の母線Q1がねじ軸5の先端側((−)側)に傾斜しているので、母線Q1と正規座面線CLTとがなす角度である第1座面角度αは負の値となる。また、図14に示す180度位置でも、座面の母線Q2がねじ軸の先端側((−)側)に傾斜しているので、母線Q1と正規座面線CLTとがなす角度である第2座面角度βも負の値となる。
Then, the reference orthogonal line CLR is translated so as to pass through the intersection point O1 of the generating line of the
そして、座面角度算出部112は、正規座面線CLTに対する座面7の傾き方向を正負で分けた場合において、第1座面角度α及び第2座面角度βの和の正負の符号から座面7の傾き方向を判定する。具体的には、第1座面角度α及び第2座面角度βの和が正の場合(α+β>0)には、座面傾き方向を正と判定する。このとき、座面7は、外周端がワーク8の他端側(図13(a)の上端側)に向かうように座面7が傾斜して、頭部4の先端側に向くように傾く。この場合、頭部4を上とした場合に座面7の傾きは上に開くのでV型である。また、第1座面角度α及び第2座面角度βの和が負の場合(α+β<0)には、座面傾き方向を負と判定する。このとき、座面7は、外周端がワーク8の一端側(図13(a)の下側)に向かうように座面7が傾斜して、ねじ軸5の先端側に向くように傾く。この場合、頭部4を上とした場合に座面7の傾きは下に開くので逆V型である。さらに、第1座面角度α及び第2座面角度βの和が0の場合(α+β=0)には座面傾き方向は0であり、座面7の傾きは直線型である。
Then, the seating surface
また、座面角度算出部112は、第1座面角度αの絶対値と第2座面角度βの絶対値とから、座面7の平均傾き量γを算出する。具体的には、平均傾き量γは、次の(4)式のように、第1座面角度αの絶対値と第2座面角度βの絶対値との平均値により求められる。
γ=(│α│+│β│)/2 ・・・(4)
Further, the seating surface
γ = (│α│ + │β│) / 2 (4)
さらに、座面角度算出部112は、算出された平均傾き量γと、座面7の傾き判定方向の判定結果とから、座面傾きの合否判定を行う。例えば、座面7が逆V型に傾斜する場合、及び座面7が直線型である場合には、次の(5)式のように、平均傾き量γが合否判定値γaと一致する。
γa=γ ・・・(5)
Furthermore, the seating surface
γa = γ (5)
また、座面7がV型に傾斜する場合には、次の(6)式のように、平均傾き量γに(−1)を乗じたものが合否判定値γaとなる。
γa=(−1)×γ ・・・(6)
Further, when the
γa = (− 1) × γ (6)
そして、座面角度算出部112は、合否判定値γaが0以上である場合、すなわち、座面7が逆V型に傾斜するか、または直線型である場合には合格判定を行う。また、座面角度算出部112は、合否判定値γaが0未満である場合、すなわち、座面がV型に傾斜する場合には不合格判定を行う。これにより、使用可能なワーク8か否かを判定できる。このとき、座面7が逆V型である場合には、ねじをねじ孔にねじ込む場合に座面7がねじ孔の開口周辺部の側面に押し付けられる。これにより、座面7が平面に近づくように変形して側面との接触面積が大きくなる。これにより、ねじの頭部4とねじ孔との間に皿ばねが配置される場合と同様に抜け止めが行われながら、ねじがねじ孔に強く結合される。一方、座面7がV型である場合には、ねじをねじ孔にねじ込んでも座面7とねじ孔開口周辺部の側面との接触面積は小さいままであり、ねじのねじ孔に対する結合強度は小さい。このため、上記の合格判定を行う方法によれば、使用可能なワーク8か否かを適切に判定できる。
And the seat surface
そして、座面角度算出部112は、算出された第1座面角度α、第2座面角度β、座面傾き方向、平均傾き量γ、及び合否判定値γaの計算結果を出力装置104(図1)によって出力する。このとき、計算結果を示す情報、例えば数値を含む検査書が出力装置104によって出力される。出力装置104は、第1座面角度α、第2座面角度β、座面傾き方向、平均傾き量γ、及び合否判定値γaの1つ、または一部のみを出力するものであってもよい。このとき、座面角度算出部112は、第1座面角度αのみを算出するものであってもよい。出力装置104は、ディスプレイまたは記録装置または検査書の内容が記録されたファイルを外部に出力または送信するものであってもよい。
Then, the seat surface
次に、図13、図14を用いて、合否判定値γaを算出する方法をより具体的に説明する。例えば図13に示す0度位置で第1座面角度αが−15度として算出され、図14に示す180度位置で第2座面角度βが−5度として算出された場合を考える。この場合、傾き方向を判定するためにα+βが算出される。α+β=−20(度)であるので、座面は逆V型に傾いていると判定される。さらに、平均傾き量γは、(4)式からγ=10(度)として算出される。このとき、座面が逆V型であるので、(5)式から合否判定値γa=10(度)と算出され、γaが0以上であるので合格と判定される。 Next, a method for calculating the pass / fail determination value γa will be described in more detail with reference to FIGS. 13 and 14. For example, let us consider a case where the first seating surface angle α is calculated as −15 degrees at the 0 degree position shown in FIG. 13 and the second seating surface angle β is calculated as −5 degrees at the 180 degree position shown in FIG. In this case, α + β is calculated to determine the tilt direction. Since α + β = −20 (degrees), it is determined that the seating surface is inclined in an inverted V shape. Further, the average inclination amount γ is calculated from the equation (4) as γ = 10 (degrees). At this time, since the seating surface is an inverted V type, the pass / fail judgment value γa = 10 (degrees) is calculated from the equation (5), and since γa is 0 or more, it is determined to be acceptable.
図15(a)は、第2例のワーク8において、軸方向回りの角度位置が0度である場合におけるワークの座面7の傾き角度を計測する状態を示している、図13(a)に対応する図である。図15(b)は、第2例のワーク8において、軸方向回りの角度位置が180度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図14(a)に対応する図である。
FIG. 15A shows a state in which the inclination angle of the
図15に示す第2例のワーク8の場合、座面はV型に傾いている。このとき、図15(a)に示す0度位置で第1座面角度αが15度として算出され、図15(b)に示す180度位置で第2座面角度βが5度として算出される。この場合、傾き方向を判定するためにα+βが算出され、α+β=20(度)であるので、座面7はV型に傾いていると判定される。さらに、平均傾き量γは、(4)式からγ=10(度)として算出される。このとき、座面がV型であるので、(6)式から合否判定値γa=−10(度)と算出され、γaが0未満であるので不合格と判定される。
In the case of the
図16(a)は、第3例のワーク8において、軸方向回りの角度位置が0度である場合におけるワークの座面7の傾き角度を計測する状態を示している、図13(a)に対応する図である。図16(b)は、第3例のワーク8において、軸方向回りの角度位置が180度である場合におけるワークの座面7の傾き角度を計測する状態を示している、図14(a)に対応する図である。
FIG. 16A shows a state in which the tilt angle of the
図16に示す第3例のワークの場合、座面7は直線型であるが、正規座面線CLTに対し傾いている。このとき、図16(a)に示す0度位置で第1座面角度αが15度として算出され、図16(b)に示す180度位置で第2座面角度βが−15度として算出される。この場合、傾き方向を判定するためにα+βが算出され、α+β=0(度)であるので、座面7は直線型であると判定される。一方、平均傾き量γは、(4)式からγ=15(度)として算出される。このとき、座面7が直線型であるので、(5)式から合否判定値γa=15(度)と算出され、γaが0以上であるので合格と判定される。図16に示す直線型の場合には、ねじをねじ孔にねじ込む場合に座面7の一方側(図16(a)の左側、図16(b)の右側)がねじ孔の開口周辺部の側面に押し付けられるので、座面7が平面に近づくように変形して側面との接触面積が大きくなる。この場合も、逆V型と同様にねじがねじ孔に強く結合される。
In the case of the work of the third example shown in FIG. 16, the
また、図16の計算結果のように、合否判定値γaが正であり、かつ、直線型であることが計算結果から分かる場合には、座面7が直線型であり、かつ、正規座面線CLTに対し座面7が傾いているということも判断できる。これにより、第1座面角度αと第2座面角度βとの差だけを用いて座面傾きを判断する判断方法の場合とは異なり、座面7の傾き状態をより精度よく判断できる。
In addition, as shown in the calculation result of FIG. 16, when the pass / fail judgment value γa is positive and the calculation result indicates that the value is linear, the
なお、上記では、ワーク8の座面傾き以外の寸法を、カメラを用いて計測する場合を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構造に適用できる。
In the above description, the case in which dimensions other than the seat surface inclination of the
2 おねじ部、3 首下部、4 頭部、5 ねじ軸、6 頭部穴、7 座面、8 ワーク、9 円筒部、10 ねじ形状自動計測システム、12 ねじ形状自動計測装置、16 基台、18 柱部材、20 昇降アクチュエータ、20a アクチュエータケース、20b Yモータ、22 Yテーブル、22a テーブル本体、22b 光源テーブル、23 ブラケット、23a 板部、24 位置センサ、25 第1カメラY移動テーブル、32 光学的計測装置、34 画像投影部、35 第1カメラZ移動テーブル、36 光源、37 第1カメラ移動アクチュエータ、38 第1カメラ群、39a,39b,39c 第1カメラ、40 頭部計測部、42 第2カメラ群、43a,43b,43c 第2カメラ、44 第2カメラ移動テーブル、45 カメラ切換アクチュエータ、45a 電動モータ、46 第2カメラ移動アクチュエータ、46a 電動モータ、50 レーザ変位計、51 照射部、52 受光部、54 マーク、60 把持回転部、62 把持部、70 締付チャック、72 支持台、74a,74b,74c スライド台、76a,76b,76c 爪部、78a,78b ピストン、80 アダプタ、82 リングゲージ、86 ホルダ、88 挟持リング部、90 ストッパ鍔部、100 演算制御装置、102 空圧制御装置、104 出力装置、110 2次元形状作成部、112 座面角度算出部、170,171 輪郭データ、172,174,176 回帰直線、173,177 垂線、180 頭部穴ビット、182 頭部穴嵌め合い部、184 鍔部、186 把持用円筒部、190 照明部、192 照明移動機構。 2 Male thread part, 3 neck lower part, 4 head part, 5 screw shaft, 6 head hole, 7 seating surface, 8 workpiece, 9 cylindrical part, 10 thread shape automatic measuring system, 12 thread shape automatic measuring device, 16 base 18 pillar member, 20 lift actuator, 20a actuator case, 20b Y motor, 22 Y table, 22a table body, 22b light source table, 23 bracket, 23a plate part, 24 position sensor, 25 first camera Y moving table, 32 optical Measurement device, 34 image projection unit, 35 first camera Z movement table, 36 light source, 37 first camera movement actuator, 38 first camera group, 39a, 39b, 39c first camera, 40 head measurement unit, 42 2 camera group, 43a, 43b, 43c 2nd camera, 44 2nd camera movement table, 45 turtles Switching actuator, 45a Electric motor, 46 Second camera movement actuator, 46a Electric motor, 50 Laser displacement meter, 51 Irradiation unit, 52 Light receiving unit, 54 mark, 60 Grip rotating unit, 62 Gripping unit, 70 Tightening chuck, 72 Support Base, 74a, 74b, 74c slide base, 76a, 76b, 76c claw part, 78a, 78b piston, 80 adapter, 82 ring gauge, 86 holder, 88 clamping ring part, 90 stopper collar part, 100 arithmetic control unit, 102 empty Pressure control device, 104 output device, 110 two-dimensional shape creation unit, 112 seating surface angle calculation unit, 170, 171 contour data, 172, 174, 176 regression line, 173, 177 perpendicular, 180 head hole bit, 182 head Hole fitting part, 184 collar part, 186 cylindrical part for gripping, 90 illumination unit, 192 lighting moving mechanism.
Claims (8)
前記把持部を軸方向周りに360度回転駆動する把持回転部と、
前記把持部によって前記おねじの軸方向一方端が把持された前記ワークの周方向一部において、前記ワークのねじ軸の外周面と前記ワークの頭部の座面とにレーザ光を照射する照射部、及び前記レーザ光の反射光を受光する受光部を含み、前記ねじ軸の外周面の母線と前記座面の母線との変位を計測する変位計と、
前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも第1位置において前記変位計で計測された変位に基づく2次元形状を示すデータと、前記変位計の照射軸方向を示す基準線とから、前記ねじ軸の軸方向に対応する仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する前記座面の角度である第1座面角度を算出する演算制御装置とを備える、ねじ形状自動計測システム。 With a screw as a measurement target workpiece, a gripping portion that grips one axial end of the workpiece on the screw side,
A gripping rotation unit that rotates the gripping unit 360 degrees around the axial direction;
Irradiation that irradiates laser light to the outer peripheral surface of the screw shaft of the workpiece and the seating surface of the head of the workpiece in a part of the workpiece in the circumferential direction, where one end in the axial direction of the male screw is held by the holding portion A displacement meter for measuring the displacement between the generatrix of the outer peripheral surface of the screw shaft and the generatrix of the seat surface, and a light receiving portion that receives the reflected light of the laser beam,
From data indicating a two-dimensional shape based on a displacement measured by the displacement meter at least at a first position among a plurality of circumferential positions around the axial direction of the workpiece, and a reference line indicating an irradiation axis direction of the displacement meter A screw shape automatic measurement system comprising: an arithmetic control device that calculates a first seating surface angle that is an angle of the seating surface with respect to a normal seating surface line orthogonal to a virtual axis direction line corresponding to the axial direction of the screw shaft. .
前記演算制御装置は、前記第1位置における前記第1座面角度の算出値を出力する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 1,
The calculation control device is a screw shape automatic measurement system that outputs a calculated value of the first seating surface angle at the first position.
前記演算制御装置は、前記第1位置とは前記ワークの軸方向周りで180度異なる第2位置において前記変位計で計測された変位に基づく2次元形状を示すデータと、前記基準線とから、前記正規座面線に対する前記座面の角度である第2座面角度を算出し、前記正規座面線に対する前記座面の傾き方向を正負で分けた場合において、前記第1座面角度及び前記第2座面角度の和の正負の符号から前記座面の傾き方向を判定する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 1,
The arithmetic and control unit, based on data indicating a two-dimensional shape based on a displacement measured by the displacement meter at a second position different from the first position by 180 degrees around the workpiece in the axial direction, and the reference line, When the second seating surface angle that is the angle of the seating surface with respect to the normal seating surface line is calculated, and the inclination direction of the seating surface with respect to the regular seating surface line is divided by positive and negative, the first seating surface angle and the A screw shape automatic measurement system that determines the inclination direction of the seating surface from the sign of the sum of the second seating surface angles.
前記第1座面角度の絶対値と前記第2座面角度の絶対値とから前記座面の平均傾き量を算出する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 3,
An automatic screw shape measurement system that calculates an average inclination amount of the seating surface from an absolute value of the first seating surface angle and an absolute value of the second seating surface angle.
前記演算制御装置は、前記第1位置及び前記第2位置において、前記座面の外周端が前記ワークの一端側に向かうように前記座面が傾斜する場合を逆V型とし、前記座面の外周端が前記ワークの他端側に向かうように前記座面が傾斜する場合をV型とし、前記座面の傾き方向が0の場合を直線型とした場合において、前記座面が逆V型に傾斜するかまたは直線型である場合に合格判定を行い、前記座面がV型に傾斜する場合に不合格判定を行う、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 4,
In the first position and the second position, the arithmetic and control unit uses a case where the seat surface is inclined so that an outer peripheral end of the seat surface is directed to one end side of the workpiece, In the case where the seat surface is inclined so that the outer peripheral end is directed to the other end side of the workpiece, the seat surface is an inverted V type in the case where the seat surface is inclined when the tilt direction is zero. A screw shape automatic measurement system that performs a pass determination when the bearing surface is inclined to a straight line type or performs a failure determination when the seat surface is inclined to a V type.
軸方向をY方向とし、Y方向に垂直な面をXZ平面として、
XZ平面に平行な上面を有する基台を備え、
前記把持部は、前記基台の上側に軸方向周りに回転可能に設けられ、
前記頭部、または前記頭部の頭部穴に係合された頭部係合アダプタを撮像する画像投影部を備え、
前記演算制御装置は、
前記画像投影部で撮像された前記頭部または前記頭部係合アダプタの軸周りの寸法の変化に応じて、前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to any one of claims 1 to 5,
The axial direction is the Y direction, and the plane perpendicular to the Y direction is the XZ plane.
A base having an upper surface parallel to the XZ plane;
The grip portion is provided on the upper side of the base so as to be rotatable around the axial direction,
An image projection unit that images the head or a head engaging adapter engaged with a head hole of the head;
The arithmetic and control unit is
The screw shape automatic measurement system which calculates the angle of the said seat surface with respect to the said normal seat surface line according to the change of the dimension around the axis of the said head or the said head engagement adapter imaged by the said image projection part.
前記画像投影部は、
前記ワークのY方向中心線に対しZ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、
前記ワークのY方向中心線に対しZ方向の他方側に配置され、前記光源からの前記平行光線を受けて前記ワークの影となる投影形状について前記光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをXY平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、
を有する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 6,
The image projection unit
A light source arranged on one side in the Z direction with respect to the center line in the Y direction of the workpiece, and outputs a parallel light beam;
An optical axis that is disposed on the other side in the Z direction with respect to the center line in the Y direction of the workpiece and has the same light receiving optical axis as the light source with respect to a projection shape that receives the parallel rays from the light source and becomes a shadow of the workpiece A projection imaging camera of a telecentric optical system that forms an image on an imaging plane parallel to the XY plane and images only the component parallel to the XY plane;
A screw shape automatic measuring system.
前記演算制御装置は、前記投影撮像カメラで撮像された投影形状から前記頭部または前記頭部係合アダプタのX方向の幅が最大または最小となる前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置における前記2次元形状を示す前記データを作成し、前記データから前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する、ねじ形状自動計測システム。 In the screw shape automatic measurement system according to claim 7,
The arithmetic and control unit is provided at a plurality of circumferential positions around the axial direction of the workpiece at which the width in the X direction of the head or the head engaging adapter is maximum or minimum from the projection shape captured by the projection imaging camera. A screw shape automatic measurement system that creates the data indicating the two-dimensional shape and calculates an angle of the seating surface with respect to the regular seating surface line from the data.
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CN110006363A (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-12 | 广东嘉仪仪器集团有限公司 | A kind of idler wheel profile projector |
JP2021117061A (en) * | 2020-01-23 | 2021-08-10 | 三井精機工業株式会社 | Effective diameter measuring system for ball system and machining device comprising the same |
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