JP3552440B2

JP3552440B2 - Method and apparatus for measuring screw element

Info

Publication number: JP3552440B2
Application number: JP01075097A
Authority: JP
Inventors: 順高野; 健島本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH09264719A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば油井管の両端に加工された大口径のねじの形状やピッチ、ねじ高さ、テーパ等のねじ要素を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油井管等のパイプの管端に接続のために刻み込まれるねじの検査方法として、測定子をねじ溝に沿って移動させながら形状の判別を行う接触式ねじ要素検査装置（以下、接触式センサと略称する）を用いた測定方法が採用されている。
【０００３】
図８は、ＡＰＩ（アメリカ石油協会）規格に定められている油井管のバットレスねじ、ラウンドねじのねじ部でのリード測定とテーパ測定の原理を示したものである。
リード測定の場合は図８（ａ）に示すように、最初のねじ谷１ａに所定の半径ｒのリードゲージのコンタクトチップ２を嵌め込んで、その接点Ｐ_１，Ｐ_１への垂直線Ｓ，Ｓと接点Ｐ_１，Ｐ_１間の弦３ａとのなす角度がいずれもθ（例えばねじの角度が６０°の場合はθ＝３０°）となるような中心線４ａの位置を求めておき、このねじ谷１ａから管軸方向に１インチ離れた位置におけるねじ谷１ｂにおける接点Ｐ_２，Ｐ_２での弦３ｂと中心線４ｂを求め、この中心線４ａ−４ｂ間の距離Ｌをリードとする。
【０００４】
そして、油井管のねじ部のリードＬを測定する場合は、図９に示すように、ねじ部５でのＡ−Ｂ間の全ねじ長さＬ_１に対して完全なねじ谷を有するＡ−Ｃ間の長さ（Ｌ_１−ｇ）（ｇ；不完全ねじ長さ）において１インチごとに測定することにより、ねじ谷のピッチを検査するのである。
また、テーパ測定の場合は図８（ｂ）に示すように、同様にして中心線４ａ−４ｂ間が１インチ離れた位置のねじ谷１ａ，１ｂの弦３ａ，３ｂの高さの差ΔＨ_１を求め、同様にねじの反対側でΔＨ_２を求め、下記（１）式でテーパＴを得る。
【０００５】
Ｔ＝ΔＨ_１／Ｌ_１＋ΔＨ_２／Ｌ_２ ………………（１）
しかし、上記のような接触式センサの場合は、管の外径およびねじの種類によって、あるいはセンサを保持する治具によってその位置を変更する必要があるなど、測定するのにかなりの工数がかかるという欠点がある。また、接触式の機械的な手段による測定面の限界やオペレータの個人差による誤差も大きいことから、精度の点で好ましくない結果を招くことも避けられない。
【０００６】
ところで、接触式センサに代えて、例えば光学式ねじ形状検査装置（以下、光学式センサと略称する）を用いてねじ要素を測定する方法が最近注目されつつある。この光学式センサの場合は、被測定物に光束を照射した後にこれを撮像装置によって映像信号としてこれを計算機に入力することにより、被測定物の形状を測定しようとするものである。いま、例えばねじのテーパを測定する場合は、ねじ谷の径に相当する区間を取り出し、この間の径の測定値の平均値を求め、ねじ谷の径として算出するのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光学式センサでねじ要素を測定する方法では、前記した接触式センサでのコンタクトチップとねじ表面の接触状態の検出とは異なることから、光学式センサと接触式センサの測定値の間には差を生じることがままあり、そのため光学式センサの測定値を接触式センサの測定値に代えて使用することは、ねじ要素の品質管理を統一して実施するうえで問題であった。
【０００８】
なお、例えば特開昭６３−２１２８０８号公報には光学式センサを用いたネジ形状測定装置が提案されている。その内容は、外周にネジが形成された円柱状の測定対象のネジ形状測定装置において、測定対象の軸長方向に相対移動可能な架台と、該架台に装着された測定ヘッドと、前記架台と測定対象との相対位置を測定する位置検出センサと、前記測定ヘッドに装着され、測定対象の軸長方向に沿ってその外径を検出する光学式センサとを備え、前記架台と測定対象とを相対移動させることにより前記測定ヘッドを測定対象の軸長方向に沿って移動させつつ前記光学式センサにて測定対象の外径を検出し、また前記位置検出センサにて前記架台と測定対象との相対位置を検出し、両検出結果を関連付けることにより測定対象のネジ形状を測定すべくなしたことを特徴とするものであるが、ネジ形状の認識がたとえ正確にできたとしても、ＡＰＩゲージ等による測定を再現することができないため、ＡＰＩゲージ等による測定値との間に差が生じてしまうという問題が潜在していたのである。
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術の有する課題を解決すべくしてなされたもので、光学式センサと接触式センサとの測定値間の差が生じる原因を取り除き、光学式センサの測定値を接触式センサの測定値の代替として使用可能なねじ要素の測定方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源ランプから光をねじ溝に平行に照射してねじ面を通過する光を検出してねじ形状を測定する光学式センサを用いてねじ要素を測定する方法であって、前記光学式センサで測定されたねじ形状の線図に接触式センサのゲージに用いられるコンタクトチップのイメージを仮想的に内接するように重ね合わせてその接点の２次元座標データを所定の間隔ごとに求め、それらの２次元座標データからねじ要素を演算することを特徴とするねじ要素の測定方法である。なお、所定の間隔ごとに得られる測定値から外径変化量を演算・比較してシール部付近の異物付着の有無を判定することができる。
【００１１】
また、本発明は、光をねじ溝に平行に照射する光源ランプと、この光源ランプに対向した位置に設けられてねじ面を通過する光を検出する受光素子とからなる光学式センサを用いてねじ要素を測定する装置であって、前記光学式センサで測定されたねじ形状の線図を演算・記憶する演算処理装置と、前記ねじ形状の線図を入力して、このねじ形状の線図に予め記憶された接触式センサのゲージに用いられるコンタクトチップのイメージを仮想的に内接するように重ね合わせて、その接点の２次元座標データを所定の位置ごとに求め、それらの２次元座標データからねじ要素を演算する計算機と、からなることを特徴とするねじ要素の測定装置である。
【００１２】
なお、前記光源ランプにハロゲンランプを、また前記受光素子にＣＣＤカメラを用いるのがよい。また、管端部にねじの長手方向座標の基準となる管端位置を検出する管端位置検出器を取り付けるのがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は本発明に係わるねじ要素測定装置の全体構成を示す概要図であり、図２はそのＡ−Ａ矢視正面図である。まず、図１において、１０は光学式センサ、２０は演算処理装置、３０は計算機、４０はＣＲＴなどのディスプレイ装置、５０はプリンタ、６１は上下方向の昇降装置、６２は管長手方向の駆動装置である。
【００１４】
光学式センサ１０は、図２に示すように、ねじ部５の周囲に４個のハロゲンランプなどの光源ランプ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、それらに対向した位置にそれぞれ４個のＣＣＤカメラなどの受光素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとが配置される。光源ランプ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからの光線は第１のレンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで平行光とされてねじ溝に平行に照射され、ねじ面を通過した光線は第２のレンズ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによって集光されて受光素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでそれぞれ受光される。１５ａ，１５ｂは光学式センサ１０の左右方向の移動位置を検出するマグネスケールなどの位置検出器である。
【００１５】
１６は管端部に取り付けられる管端位置検出器で、ねじの長手方向座標の基準となる管端位置Ｐ_０を検出するものである。この管端位置検出器１６は図３に示すように、管端に形状が例えば円柱状のピース１７を押し当てて、その端面座標をＣＣＤカメラなどの光学装置１８によって読み取って、管端位置Ｐ_０とする。なお、端面座標を検出する際、光学装置１８を管長手方向軸に対して垂直とならないでやや斜めになるように取り付けるのが望ましい。また、ピース１７と光学装置１８の数は管端円周方向に９０°配置とした４個が望ましいが、１２０ °配置の３個あるいは６０°配置の６個など複数配置でもかまわない。
【００１６】
演算処理装置２０は、受光素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの受光信号と位置検出器１５ａ，１５ｂからの位置検出信号を入力して、ねじ部５の４箇所におけるねじ形状を例えば図４に示すように、位置検出器１５ａ，１５ｂによるねじ軸方向位置ｘと受光素子１２ａ〜１２ｄによるねじ径方向の値ｙとして演算して、連続した線図を描いて記憶する。
【００１７】
計算機３０は、演算処理装置２０で認識されたねじ形状の線図に例えばリードゲージのコンタクトチップのイメージを仮想的に内接するように重ね合わせた状態をソフトウェア内でつくり出し、その接点座標からねじ要素であるリードやテーパを求め、その結果をディスプレイ装置４０に表示させるとともにプリンタ５０に出力する。また、この計算機３０は、昇降装置６１および駆動装置６２を操作して光学式センサ１０の位置決めをする機能も有する。
【００１８】
以下に、計算機３０での処理手順を説明する。
▲１▼予めＡＰＩ規格ねじおよびプレミアムジョイントねじの測定に用いられる接触式センサのコンタクトチップの径（例えば表１参照）を、イメージとしてプログラム内定数テーブルに登録しておく。
【００１９】
【表１】

【００２０】
▲２▼昇降装置６１および駆動装置６２を操作して光学式センサ１０がねじ軸のほぼ延長線上になるように位置決めして、管端位置検出器１６で管端位置Ｐ_０を検出した後最初の完全なねじ形状を測定し、その位置における演算処理装置２０で演算・記憶された線図を順次２次元座標データ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）として入力し、図５に示すように、径ｒなるコンタクトチップのイメージ２Ａがねじ谷１ａに仮想的に内接するように重ね合わせて、その接点の管端側の位置Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）を求める。
▲３▼つぎに、駆動装置６２を操作して光学式センサ１０をほぼ１インチ移動させ、その位置におけるねじ谷１ｂのねじ形状を測定し、同様にしてコンタクトチップのイメージ２Ａがねじ谷１ｂに仮想的に内接する接点の管端側位置Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２）を求める。
▲４▼ねじの反対側において前記Ｐ_１に対応する点Ｐ_３（ｘ_３，ｙ_３）と、Ｐ_２に対応する点Ｐ_４（ｘ_４，ｙ_４）を求める。
▲５▼そして、ねじ要素であるリードＬおよびテーパＴを下記式（２），（３）式によってそれぞれ求める。
【００２１】

また、必要に応じてねじ山高さを求めることもできる。
ここで、ねじ軸方向位置ｘを測定する際に、位置検出器１５ａ，１５ｂに異物付着や摩耗、曲がりなどの異常事態によって測定誤差が発生する場合があるので、これを防止するためには以下のような処置を講ずるのがよい。
イ．２個の位置検出器１５ａ，１５ｂの測定値Ｌ_ａｉ，Ｌ_ｂｉ（ｉ＝１，２…ｎ）を例えば１ｍｓｅｃ毎に逐次比較して、両者の差Δｓを算出する。
【００２２】
この差Δｓは、下記（４）式で表される。
Δｓ＝｜Ｃｅ −Ｓｅ｜ ………………（４）
ここで、Ｃｅ；光学系移動時の蛇行により生じる位置検出器１５ａ，１５ｂの移動量の差、Ｓｅ；位置検出器１５ａ，１５ｂの測定異常により生じる両者の読みの差である。
ロ．その差Δｓが例えば４０μｍの許容値を超えたらどちらか一方に異常が発生したとみなして測定値を無効にするとともに、警報を出力させる。
ハ．また、位置検出器１５ａ，１５ｂの測定異常によって生じる両者の差Ｓｅの検出能を高めるために、移動量が例えば５ｍｍ毎に（４）式のΔｓをリセットする。これによって、Ｃｅの影響を小さくすることができる。
【００２３】
また、管端位置検出器１６で管端位置を検出するピース１７に摩耗が生じたり異物が付着したりして誤検出を行う場合がある。そこで、そのようなときの誤検出を防ぐためには、図６に示すように、管端位置検出器１６で採取したデータＤから最小自乗法により算出したベストフィットラインＢＦＬと個々のねじ長手方向座標の距離Ｘ，Ｙ，Ｚを測定毎にチェックし、その値が別に定められた許容値を超えた場合はエラーが発生したとして無効にするのである。
【００２４】
ここで、ＸはデータＤのＭＡＸ点とＭＩＮ点の管軸方向の距離（μｍ）で平面度を表し、ＹはベストフィットラインＢＦＬとＭＩＮ点の距離の管軸方向の距離（μｍ）で摩耗度合いを表し、ＺはベストフィットラインＢＦＬとＭＡＸ点の距離の管軸方向の距離（μｍ）で異物付着を表す指標である。
また、図７に示すようなプレミアムジョイントのシール部付近に異物が付着して測定精度を損なうおそれがある。すなわち、シール部に異物付着があるとシール径Ｄ_Ｓが実際よりも大きく測定されて外径変化量ｒが小さくなり、一方管端基準径Ｄ_Ｂの付近に異物付着があると外径変化量ｒが大きくなる傾向があることが知られている。そこで、異物付着のチェックを行うために、前出図７に示したように、各測定毎に４つの測定方向の外径変化量ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４を比較し、その最大値ｒ_ＭＡＸと最小値ｒ_ＭＩＮの差Ｗを下記（５）式で演算する。
【００２５】
Ｗ＝｜ｒ_ＭＡＸ−ｒ_ＭＩＮ｜ ………………（５）
そして、この差Ｗが許容値（例えば０．１０μｍ）を超えた場合、シール部付近に異物が付着したとみなして、警報を発するようにするのである。
なお、上記の説明において、光源ランプと受光素子を組み合わせたものを４組用いるとして説明したが、本発明はこれに限るものではなく、少なくとも１組を用いることによって実現することが可能である。
【００２６】
【実施例】
本発明法を用いてラウンドねじのリードＬを測定したときの測定値の接触式センサでの測定値（基準値）との差の平均およびその標準偏差を表２に示した。このとき、光源ランプ１１ａ〜１１ｄにはハロゲンランプを用い、受光素子１２ａ〜１２ｄにはＣＣＤカメラを用いた。なお、比較のために、従来の光学式センサでのそれぞれのデータも併せて示した。
【００２７】
【表２】

【００２８】
この表からわかるように、測定値の差の平均が従来法に比較して１／３と大きく減少しており、測定誤差の軽減に寄与することは明らかである。
なお、上記の実施例ではラウンドねじのリード測定について述べたが、本発明はそれに限るものではなく、バットレスねじやその他のプレミアムジョイントねじなどのテーパやねじ山高さ、シール部外径などの測定にも用いることができることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の接触式センサで実施されているねじ要素測定方法を光学式センサに取り入れて、ねじ形状に例えばリードゲージのコンタクトチップを仮想的に内接させた状態をソフトウェア内でつくり出してリードやテーパ等のねじ要素を求めるようにしたので、光学式センサを用いても誤差の少ない測定を行うことができる。また、ＡＰＩ規格ねじばかりでなく、特殊なプレミアムジョイントねじ等のねじ要素を測定することができるから、検査作業の効率化や省力化を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を示す概要図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視正面図である。
【図３】本発明に用いられる管端位置検出器の概要図である。
【図４】本発明によるねじ要素の測定例の説明図である。
【図５】本発明によるねじ形状の測定例の説明図である。
【図６】本発明での管端位置の測定誤差の説明図である。
【図７】本発明での外径変化量の説明図である。
【図８】従来法によるねじ要素での（ａ）リード、（ｂ）テーパの測定原理の説明図である。
【図９】従来法によるラウンドねじのねじ部のリード測定の説明図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂねじ谷
２コンタクトチップ
２Ａコンタクトチップのイメージ
３ａ，３ｂ弦
４ａ，４ｂ中心線
５ねじ部
１０光学式センサ（光学式ねじ形状検査装置）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ光源ランプ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ受光素子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ第１のレンズ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ第２のレンズ
１５ａ，１５ｂ位置検出器
１６管端位置検出器
１７ピース
１８光学装置
２０演算処理装置
３０計算機
４０ディスプレイ装置
５０プリンタ
６１昇降装置
６２駆動装置
Ｌリード
Ｔテーパ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a screw element such as a shape, a pitch, a screw height, and a taper of a large-diameter screw processed at both ends of an oil country tubular good.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of inspecting a screw cut into a pipe end of an oil well pipe or the like for connection, a contact-type screw element inspection apparatus (hereinafter, referred to as a contact-type inspection apparatus) that determines a shape while moving a stylus along a thread groove. (Abbreviated as a sensor).
[0003]
FIG. 8 shows the principle of lead measurement and taper measurement at the thread portion of a buttress screw and round screw of an oil country tubular good specified by API (American Petroleum Institute) standards.
As in the case of lead measurement shown in FIG. 8 (a), is fitted a contact tip 2 lead gauge predetermined radius r to the first thread root 1a, a vertical line S to the contact point P _{_1,} P _1, The position of the center line 4a is determined so that the angle between S and the chord 3a between the contact points P ₁ and P ₁ is θ (for example, θ = 30 ° when the angle of the screw is 60 °). seeking chord 3b and the center line 4b with contacts P _2, P ₂ in the thread root 1b in one inches away position in the tube axis direction from the thread root 1a, the distance L between the center line 4a-4b the lead .
[0004]
Then, when measuring the lead L of the thread portion of the oil well pipe, as shown in FIG. 9, it has a full thread root with respect to the total screw length L ₁ between A-B in the threaded portion 5 A- length between C (L 1 _-g); by measuring every inches at the (g incomplete thread length) is to inspect the pitch of the thread root.
In the case of taper measurement, as shown in FIG. 8B, similarly, the difference ΔH ₁ between the heights of the

chords

3a, 3b of the

thread roots

1a, 1b at a position 1 inch apart between the center lines 4a-4b. Similarly, ΔH ₂ is determined on the opposite side of the screw, and a taper T is obtained by the following equation (1).
[0005]
T = ΔH ₁ / L ₁ + ΔH ₂ / L ₂ (1)
However, in the case of the contact type sensor as described above, it takes considerable man-hours to measure, for example, the position needs to be changed depending on the outer diameter of the tube and the type of screw, or with a jig holding the sensor. There is a disadvantage that. In addition, since errors due to limitations of the measurement surface due to the contact-type mechanical means and individual differences between operators are large, it is inevitable that undesired results are caused in terms of accuracy.
[0006]
Meanwhile, a method of measuring a screw element using, for example, an optical screw shape inspection device (hereinafter, abbreviated as an optical sensor) instead of the contact sensor has recently been receiving attention. In the case of this optical sensor, the shape of the measured object is measured by irradiating the measured object with a light beam and then inputting this as a video signal to a computer by an imaging device. Now, for example, when measuring the taper of a screw, a section corresponding to the diameter of a thread root is taken out, the average value of the measured values of the diameter during this period is calculated, and calculated as the diameter of the thread root.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of measuring a screw element with the above-described optical sensor, since the detection of the contact state between the contact tip and the screw surface in the above-described contact sensor is different, the measurement values of the optical sensor and the contact sensor are different. There is still a difference between them, and the use of optical sensor readings instead of contact sensor readings has been a problem in unifying quality control of screw elements. .
[0008]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-212808 proposes a screw shape measuring device using an optical sensor. The contents thereof are, in a cylindrical screw shape measuring device having a thread formed on the outer periphery thereof, a gantry capable of relatively moving in the axial length direction of the measuring object, a measuring head mounted on the gantry, and the gantry. A position detection sensor that measures a relative position with respect to the measurement target, and an optical sensor that is attached to the measurement head and detects an outer diameter of the measurement target along an axial direction of the measurement target. The outer diameter of the measurement target is detected by the optical sensor while moving the measurement head along the axial length direction of the measurement target by relatively moving, and the gantry and the measurement target are detected by the position detection sensor. It is characterized by measuring the screw shape of the object to be measured by detecting the relative position and associating the two detection results, but even if the screw shape can be accurately recognized, the API gauge Because by not able to reproduce the measurements, a problem that a difference occurs between the value measured by API gauge or the like is to have latent.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and removes the cause of the difference between the measured values of the optical sensor and the contact sensor, and reduces the measured value of the optical sensor. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for measuring a screw element which can be used as a substitute for a measured value of a contact sensor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method of measuring a screw element using an optical sensor that irradiates light from a light source lamp in parallel to a screw groove and detects light passing through a screw surface to measure a screw shape. The image of the contact tip used for the gauge of the contact type sensor is superimposed virtually inscribed on the diagram of the screw shape measured by the type sensor, and the two-dimensional coordinate data of the contact is obtained at predetermined intervals, This is a method for measuring a screw element, wherein the screw element is calculated from the two-dimensional coordinate data. It should be noted that it is possible to determine the presence or absence of foreign matter adherence near the seal portion by calculating and comparing the outer diameter change amount from the measured value obtained at predetermined intervals.
[0011]
Further, the present invention uses an optical sensor including a light source lamp for irradiating light in parallel to the screw groove and a light receiving element provided at a position facing the light source lamp and detecting light passing through the screw surface. An apparatus for measuring a screw element, an arithmetic processing unit for calculating and storing a diagram of the thread shape measured by the optical sensor, and an input of the thread diagram, and a diagram of the thread shape The image of the contact chip used for the gauge of the contact sensor stored in advance is superimposed so as to be virtually inscribed, and the two-dimensional coordinate data of the contact is obtained for each predetermined position. And a calculator for calculating a screw element from the screw element.
[0012]
It is preferable to use a halogen lamp as the light source lamp and a CCD camera as the light receiving element. Further, it is preferable to attach a pipe end position detector for detecting a pipe end position serving as a reference of the longitudinal coordinates of the screw to the pipe end.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a screw element measuring device according to the present invention, and FIG. 2 is a front view taken along the line AA of FIG. First, in FIG. 1, reference numeral 10 denotes an optical sensor, reference numeral 20 denotes an arithmetic processing unit, reference numeral 30 denotes a computer, reference numeral 40 denotes a display device such as a CRT, reference numeral 50 denotes a printer, reference numeral 61 denotes a vertical elevating device, and reference numeral 62 denotes a longitudinal driving device of the tube. It is.
[0014]
As shown in FIG. 2, the optical sensor 10 includes four

light source lamps

11a, 11b, 11c, and 11d such as halogen lamps around the screw portion 5, and four CCD cameras and the like at positions opposed to them. Of light receiving

elements

12a, 12b, 12c, and 12d. Light rays from the

light source lamps

11a, 11b, 11c, and 11d are converted into parallel lights by the

first lenses

13a, 13b, 13c, and 13d, and are radiated in parallel to the screw grooves. , 14b, 14c, and 14d, and are received by the

light receiving elements

12a, 12b, 12c, and 12d, respectively.

Reference numerals

15a and 15b denote position detectors such as a magnescale for detecting the left and right movement positions of the optical sensor 10.
[0015]
16 are those at the tube end position detector attached to the tube end, it detects the tube end position P ₀ as a reference for the longitudinal coordinate of the screw. As shown in FIG. 3, the tube end position detector 16 presses a piece 17 having a cylindrical shape, for example, against the tube end, reads the end face coordinates by an optical device 18 such as a CCD camera, and obtains the tube end position P. _Set to ₀ . When detecting the end face coordinates, it is desirable to mount the optical device 18 so as not to be perpendicular to the longitudinal axis of the tube but to be slightly inclined. The number of the pieces 17 and the optical devices 18 is desirably four arranged at 90 ° in the circumferential direction of the tube end, but may be plural, such as three arranged at 120 ° or six arranged at 60 °.
[0016]
The arithmetic processing unit 20 receives the light receiving signals from the

light receiving elements

12a, 12b, 12c, and 12d and the position detection signals from the

position detectors

15a and 15b, and changes the screw shape at the four positions of the screw portion 5 into, for example, FIG. As shown in the figure, a calculation is performed as a position x in the screw axis direction by the

position detectors

15a and 15b and a value y in the screw diameter direction by the light receiving elements 12a to 12d, and a continuous diagram is drawn and stored.
[0017]
The computer 30 creates, in the software, a state in which, for example, an image of a contact tip of a lead gauge is virtually inscribed in the screw shape diagram recognized by the arithmetic processing unit 20 so as to be virtually inscribed. Are obtained, and the result is displayed on the display device 40 and output to the printer 50. The calculator 30 also has a function of operating the lifting device 61 and the driving device 62 to position the optical sensor 10.
[0018]
Hereinafter, a processing procedure in the computer 30 will be described.
(1) The diameter (for example, see Table 1) of the contact tip of the contact sensor used for measuring the API standard screw and the premium joint screw is registered in the constant table in the program as an image.
[0019]
[Table 1]

[0020]
▲ 2 ▼ and positioned to be approximately on the extended line of the optical sensor 10 screw shaft by operating the lifting device 61 and the driving device 62, the first after the detection of the pipe end position P ₀ in a tubular end position detector 16 measuring the complete thread shape, enter the diagrams are calculated and stored in processor 20 at that position sequentially 2-dimensional coordinate data (x _{i, y} _i) as, as shown in FIG. 5, the diameter r The image 2A of the contact tip is superimposed so as to be virtually inscribed in the thread root 1a, and the position P ₁ (x ₁ , y ₁ ) of the contact on the tube end side is obtained.
(3) Next, the optical sensor 10 is moved by approximately one inch by operating the driving device 62, and the screw shape of the screw thread 1b at that position is measured. Similarly, the image 2A of the contact tip is moved to the screw thread 1b. The tube end side position P ₂ (x ₂ , y ₂ ) of the virtually inscribed contact is determined.
▲ 4 ▼ determine the _P 3 points corresponding to the _{P 1} on the opposite side of the screw _(x _{3, y} 3), points corresponding to _{P 2} _P 4 and _(x _{4, y} 4).
{Circle around (5)} Then, the lead L and the taper T, which are the screw elements, are obtained by the following equations (2) and (3).
[0021]

Further, the thread height can be obtained as required.
Here, when measuring the position x in the screw axis direction, a measurement error may occur due to an abnormal situation such as adhesion of foreign matter, abrasion, or bending on the

position detectors

15a and 15b. It is good to take such a measure.
I. The measured values L _ai , L _bi (i = 1, 2,... N) of the two

position detectors

15a, 15b are sequentially compared, for example, every 1 msec, and the difference Δs between them is calculated.
[0022]
This difference Δs is expressed by the following equation (4).
Δs = | Ce−Se | (4)
Here, Ce: a difference in the amount of movement of the

position detectors

15a and 15b caused by meandering during the movement of the optical system, and Se: a difference between the two readings caused by measurement abnormality of the

position detectors

15a and 15b.
B. If the difference Δs exceeds a permissible value of, for example, 40 μm, it is considered that an abnormality has occurred in one of them, the measured value is invalidated, and an alarm is output.
C. Further, in order to enhance the ability to detect the difference Se between the two due to the measurement abnormality of the

position detectors

15a and 15b, Δs of the equation (4) is reset at every 5 mm of the movement amount. Thereby, the influence of Ce can be reduced.
[0023]
In addition, there is a case where the piece 17 for detecting the pipe end position by the pipe end position detector 16 is worn, or a foreign substance is attached, and erroneous detection is performed. Therefore, in order to prevent erroneous detection in such a case, as shown in FIG. 6, the best fit line BFL calculated from the data D collected by the pipe end position detector 16 by the least square method and the individual screw longitudinal coordinates The distances X, Y, and Z are checked for each measurement, and if the values exceed a separately defined allowable value, an error is generated and invalidated.
[0024]
Here, X represents the flatness by the distance (μm) in the tube axis direction between the MAX point and the MIN point of the data D, and Y represents the wear (μm) in the tube axis direction of the distance between the best fit line BFL and the MIN point. Z is an index indicating the adhesion of foreign matter by the distance (μm) in the tube axis direction at the distance between the best fit line BFL and the point MAX.
In addition, foreign matter may adhere to the vicinity of the seal portion of the premium joint as shown in FIG. That, is measured greater than foreign matter is the sealing diameter D _S is indeed the seal portion becomes small outer diameter change amount r, whereas the outer diameter change amount if there is foreign matter in the vicinity of the tube ends standard diameter D _B It is known that r tends to be large. Therefore, in order to check for foreign matter adhesion, as shown in FIG. 7 described above, the outer diameter change amounts r ₁ , r ₂ , r ₃ , r _{4 in the four} measurement directions are compared for each measurement, and the results are compared. The difference W between the maximum value r _MAX and the minimum value r _MIN is calculated by the following equation (5).
[0025]
W = | r _MAX -r _MIN | (5)
If the difference W exceeds an allowable value (for example, 0.10 μm), it is determined that a foreign matter has adhered to the vicinity of the seal portion, and an alarm is issued.
In the above description, four sets of a combination of a light source lamp and a light receiving element are used. However, the present invention is not limited to this, and can be realized by using at least one set.
[0026]
【Example】
Table 2 shows the average and standard deviation of the difference between the measured value of the lead L of the round screw and the measured value (reference value) measured by the contact sensor when the method of the present invention was used. At this time, a halogen lamp was used for the light source lamps 11a to 11d, and a CCD camera was used for the light receiving elements 12a to 12d. For comparison, respective data of the conventional optical sensor are also shown.
[0027]
[Table 2]

[0028]
As can be seen from this table, the average of the difference between the measured values is greatly reduced to 1/3 as compared with the conventional method, and it is clear that this contributes to the reduction of the measurement error.
In the above embodiment, the measurement of the lead of the round screw has been described.However, the present invention is not limited to this. Needless to say, it can also be used.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the screw element measurement method implemented by the conventional contact sensor is incorporated into the optical sensor, and the contact tip of, for example, a lead gauge is virtually inscribed in the screw shape. Since the screw state such as a lead and a taper is obtained by creating the state in software, measurement with less error can be performed even by using an optical sensor. In addition, since it is possible to measure not only API standard screws but also screw elements such as special premium joint screws, it is possible to realize more efficient inspection work and labor saving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the present invention.
FIG. 2 is a front view taken along the line AA of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic diagram of a tube end position detector used in the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a measurement example of a screw element according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measurement example of a screw shape according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a measurement error of a pipe end position in the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an outer diameter change amount in the present invention.
8A and 8B are explanatory diagrams of a principle of measuring (a) a lead and (b) a taper of a screw element according to a conventional method.
FIG. 9 is an explanatory diagram of lead measurement of a thread portion of a round screw according to a conventional method.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Thread root 2 Contact tip 2A Image of

contact tip

3a,

3b Strings

4a, 4b Center line 5 Thread 10 Optical sensor (optical screw shape inspection device)
11a, 11b, 11c, 11d

Light source lamps

12a, 12b, 12c, 12d

Light receiving elements

13a, 13b, 13c,

13d First lenses

14a, 14b, 14c,

14d Second lenses

15a, 15b Position detector 16 Tube end position Detector 17 Piece 18 Optical device 20 Computing device 30 Computer 40 Display device 50 Printer 61 Elevating device 62 Drive device L Lead T Taper

Claims

A method of measuring a screw element using an optical sensor that detects light passing through a screw surface by irradiating light from a light source lamp in parallel to a screw groove and measures a screw shape,
The image of the contact tip used for the gauge of the contact type sensor is superimposed on the thread-shaped diagram measured by the optical sensor so as to be virtually inscribed, and the two-dimensional coordinate data of the contact point is provided at predetermined intervals. A method for measuring a screw element, comprising calculating the calculated screw element from the two-dimensional coordinate data.

The method for measuring a screw element according to claim 1, wherein the amount of change in outer diameter is calculated and compared from measured values obtained at predetermined intervals to determine whether or not foreign matter is attached near the seal portion.

A device for measuring a screw element using an optical sensor comprising a light source lamp for irradiating light in parallel to a screw groove and a light receiving element provided at a position facing the light source lamp and detecting light passing through a screw surface. And
An arithmetic processing unit that calculates and stores a diagram of the thread shape measured by the optical sensor, and a gauge of the contact sensor pre-stored in the diagram of the thread shape by inputting the diagram of the thread shape A computer that superimposes the image of the contact chip used for the virtual inscribing so as to obtain two-dimensional coordinate data of the contact point for each predetermined position, and calculates a screw element from the two-dimensional coordinate data. An apparatus for measuring a screw element, comprising:

4. The apparatus according to claim 3, wherein a halogen lamp is used as the light source lamp, and a CCD camera is used as the light receiving element.

5. The screw element measuring device according to claim 3, wherein a pipe end position detector for detecting a pipe end position serving as a reference of a longitudinal coordinate of the screw is attached to the pipe end.