JP5146181B2 - 油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置 - Google Patents

Description

本発明は、油井管のねじ形状を全周にわたり測定する装置で得られるねじ形状全周測定画像情報を活用するに際し、光源からの光を平行光として測定対象物の油井管のねじ部に照射する照射手段と、測定対象物の周囲を通過した平行光と被測定対象物で遮蔽された平行光とで形成されるシルエット像を撮像する撮像素子を有するカメラとを具備する少なくとも1対の光学系を、油井管のねじ部周りに回転させて得られるシルエット像の画像情報を、目視でも認識できる周方向起点位置に対応させて保存するための、周方向起点位置の設定装置に関する。

油井管の管端部に形成されたねじは、ねじ継ぎ手とねじ結合される。ねじ継ぎ手で接続された油井管は厳しい条件下で使用されるので、継ぎ手部でのシール性能は重要である。
そこで、ねじ形状を測定し、ねじ山高さ、テーパ量、シール部径Ｄｓ等を求め、品質保証を実施している（図４参照）。図４（ａ）中のテーパ基準長さは、ねじ部における耐シール性能を示すテーパ量を求める際の基準値であり、シール部径Ｄｓは、シール部における耐シール性能を示す代表値である。図４（ｂ）中のＤは、ねじ山高さを求める際のねじ谷の外径を示す。

これらのうち、たとえばシール部径Ｄｓを測定するには、メカゲージを用いて測定員が測定していたが、このような測定器具を用いてねじ形状を全周にわたり測定すると、時間がかかり、測定員も必要となる。このことから、ねじ形状全周測定装置が提案されている（たとえば特許文献１）。
特許文献１に記載のねじ形状全周測定装置は、図５（ａ）に示したように、平行光２ａを被測定対象物のねじ部に照射する照射手段２と、ねじ部を通過した光とねじ部で遮蔽された光とで形成されるねじ部のシルエット像を投影板上に投影し、該シルエット像を撮像する撮像手段であるカメラ１とからなる光学系を４対有し、４対の光学系を前記被測定対象物の外周回りに回転可能な構成とし、撮像手段がＣＣＤ素子を有するラインセンサカメラとされている。このねじ形状全周測定装置によれば、高精細、高分解能のＣＣＤ素子を用いることで、数μm〜数十μmの測定精度を得ることができる。また、カメラ出力として、図５（ｂ）に示した２次元シルエット像14が得られ、図５（ｃ）に示した３次元ねじ形状を短時間でかつ高精度に測定することができる。

またさらに、1対の光学系を構成する照射手段２、カメラ１の好適例を図６に示した。
光源からの光を平行光２ａとするテレセントリック投光レンズ系２ｂが組み込まれた照射手段２と、受光レンズ１ａ、テレセントリック受光レンズ系１ｂ、撮像素子（リニアアレイＣＣＤ）１ｃ、回転ミラー１ｄが組み込まれたカメラ１とからなり、カメラ１に画像入力装置４、ねじ形状演算装置５が接続されている。
特開2007-10393号公報

ここで、従来の油井管ねじ形状全周測定においては、光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）とし、光学系を搭載した回転架台の回転軸中心周りの角度を検出するセンサ（回転角度センサと以下いう）で検出した回転角度と、ねじ形状全周測定画像情報とを対応させて、ＨＤＤ装置などの情報記憶保存手段に保存していた。このようにする理由は、油井管の管端部に疵を付けてその疵の位置を、光学系の回転開始時点における周方向起点位置としたのでは、継ぎ手部でのシール性能を損なうからである。

このため、以下のような問題があった。
（１）油井管の使用時に油漏れが生じた場合、ねじ形状全周測定画像情報のうちから、リーク位置での画像情報を特定することができないため、ねじ形状とリーク原因の関係の追跡調査が困難となる。
（２）油井管のユーザがメカゲージなどの測定器具を用い、ある周方向位置でねじ形状を測定した場合に、その測定値と、出荷前に行った油井管ねじ形状全周測定で得られた結果とが一致しないという問い合わせがあると、既に現品がユーザ側にあること、しかも従来の油井管ねじ形状全周測定においては、光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）とし、ねじ形状全周測定画像情報とを対応させて情報記憶保存手段に保存しているため、問い合わせに対応するのが困難となる。

したがって、従来の油井管ねじ形状全周測定においては、上記（１）、（２）を解決することが課題となっていた。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、少なくとも1対の光学系を油井管のねじ部周りに回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報を活用するに際し、目視でも認識できる周方向起点位置に対応させてねじ形状全周測定画像情報を保存することができる、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置を提供することを目的とする。

本発明者は、従来の油井管ねじ形状全周測定における問題点に関し鋭意検討した結果、ねじ部先端に形成されている凹状または凸状の筋の始まり位置を、目視でも認識できる周方向起点位置とすることで、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．光源からの光を平行光として被測定対象物の油井管のねじ部に照射する照射手段と、被測定対象物を挟んで対向配置され、被測定対象物の周囲を通過した平行光と被測定対象物で遮蔽された平行光とで形成されるシルエット像を撮像する撮像素子を有するカメラとを具備する少なくとも1対の光学系を、油井管のねじ部周りに回転させ、前記光学系の回転角を、前記光学系を搭載した回転架台の回転中心軸周りの角度を検出する回転角度センサで検出する方式の油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置であって、
前記光学系を回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報を、前記光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）として、各画像情報のシルエット像を撮像したときの前記光学系の回転角に対応させて記憶する一方で、ねじ形状に応じた凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報を予め登録した情報記憶保存手段と、
該情報記憶保存手段から当該油井管のねじ部に関する画像情報と前記登録画像情報とを読み出して対比し、前記画像情報のうちから前記登録画像情報の特徴と一致するものを抽出する画像情報処理手段と、
該画像情報処理手段での処理に基づき、前記一致するものとして抽出された画像情報が撮像されたときの回転角度を、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置（0度）に設定する、回転角度の書き換えを行う起点位置設定手段と、
を具備したことを特徴とする油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置。

本発明によれば、少なくとも1対の光学系を油井管のねじ部周りに回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報を活用するに際し、目視でも認識できる周方向起点位置に対応させてねじ形状全周測定画像情報を記憶した情報を提供することができる。
したがって、前記した課題（１）、（２）を解決できる。

本発明について図を用いて説明する。
図１は、本発明法を実施するための、周方向起点位置の設定装置の構成図であり、図２は、本発明法による効果を示す説明図である。また、図３は、本発明法を実施するための、凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の模式図である。図３中、Ｗ２は矩形状の完全ねじを示し、Ｗ３は３角形状の不完全ねじを示す。凸状の筋Ｓ１は、３角形状の不完全ねじＷ３が形成され始める始まり位置から生じ、凹状の筋Ｓ２は、３角形状の不完全ねじＷ３に矩形状の完全ねじＷ２が形成され始める始まり位置から生じる。

ここで、図１に示した、回転架台９に搭載されている1対の光学系３は、回転角度センサ８で回転架台９の回転角を検出しつつ、回転用サーボモータ７で油井管Ｗの管端部における軸芯Ｗ１周りに回転される。この図１には、カメラ１と照射手段２とからなる1対の光学系３を回転架台９に搭載した場合を示したが、複数対の光学系を回転架台９に搭載し、ねじ形状を全周にわたり測定することも本発明に含む。なお、クランプ装置13は、油井管Ｗの搬送設備で搬送されてきた油井管Ｗの、前側である管端部が装置内に収まったときに、その後側をクランプする装置である。

本発明の特徴は、少なくとも1対の光学系を油井管Ｗの周りに回転させる方式の油井管ねじ形状全周測定において、情報記憶保存手段６ａと、該情報記憶保存手段６ａから油井管Ｗのねじ部に関する画像情報を読み出し、当該油井管Ｗのねじ部に関する画像情報のうちからねじ部先端に凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報の特徴と一致するものを抽出する画像情報処理手段６ｂと、該画像情報処理手段６ｂでの処理に基づき、凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつ画像情報が撮像されたときの回転角度を、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置（0度）に設定する起点位置設定手段６ｃと、を具備したことを特徴とする。

なお、回転架台９は、ベース10上にメインスライド11、４軸駆動の光学系焦点ずれ補正調整機構12を介して載せられている。メインスライド11は油井管Ｗの長手方向にスライドし、光学系焦点ずれ補正調整機構12は上下位置調整、左右位置調整、前後傾斜調整、水平面回転調整であり、カメラ１の受光レンズ１ａから油井管Ｗの軸芯Ｗ１までの距離（ねじ部までの距離に相当）を一定にできる。また、画像入力装置４、ねじ形状演算装置５は、従来と同様に測定用コンピュータ内に設けられている。情報記憶保存手段６ａと、画像情報処理手段６ｂと、起点位置設定手段６ｃとを具備した周方向起点位置の設定装置も、測定用コンピュータ内に設けることができる。

まず、情報記憶保存手段６ａについて説明する
（情報記憶保存手段６ａについて）
情報記憶保存手段６ａは、たとえばＨＤＤ装置とされ、画像入力装置４、ねじ形状演算装置５を介してカメラ１と接続されている。この情報記憶保存手段６ａには、1対の光学系を回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報が、光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）とした、光学系３の回転角と対応させて記憶される。

この情報記憶保存手段６ａに記憶される光学系３の回転角は、光学系を搭載した回転架台９の回転軸中心周りの角度を検出する回転角度センサ８で検出される。また、この情報記憶保存手段６ａには、予めねじ形状に応じた凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報を記憶しておく。このようにしておくことで、当該油井管Ｗのねじ部に関する画像情報を以下のようにして抽出する。
（画像情報処理手段６ｂについて）
画像情報処理手段６ｂは、情報記憶保存手段６ａに予め登録しておいた凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報のうちから、当該ねじ形状と合致した登録画像情報を呼び出す。その登録画像情報のシルエット像の一例を図３に示した。

すなわち、図３中の（ａ）または（ｃ）に示したように、凸状の筋Ｓ１の始まり位置、または凹状の筋Ｓ２の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報が情報記憶保存手段６ａに登録されている。この登録画像情報と、光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）として、情報記憶保存手段６ａに記憶した当該油井管Ｗのねじ部に関する画像情報を読み出して対比することで、当該油井管Ｗのねじ部に関する画像情報のうちから、矩形状の完全ねじＷ２が形成される凹状の筋Ｓ２の始まり位置、または３角形状の不完全ねじＷが形成される凸状の筋Ｓ１の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報の特徴と一致するものを抽出する。
（起点位置設定手段６ｃについて）
起点位置設定手段６ｃは、前記した画像情報処理手段６ｂでの処理に基づき、凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつ画像情報が撮像されたときの回転角度を、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置（0度）に設定する。

つまり、情報記憶保存手段６ａにアクセスし、ねじ形状全周測定画像情報が、光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）として記憶されている回転角度の書き換えを行う。その結果を図２に示した。
この場合、凹状の筋Ｓ２の始まり位置を、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置（0度）に設定したが、凸状の筋Ｓ１の始まり位置を周方向起点位置（0度）に設定してもよい。どちらの場合も、情報記憶保存手段６ａには、ねじ形状全周測定画像情報が、ねじ部先端に形成されている凹状または凸状の筋の始まり位置を周方向起点位置として記憶・保存される。

そこで、少なくとも1対の光学系を回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報を活用するに際し、目視でも認識できる周方向起点位置に対応させてねじ形状全周測定画像情報を記憶した情報を提供することができる。
したがって、以下のようなことがあったとしても対応が容易にできる。
（１）油井管の使用時に油漏れが生じた場合、ねじ形状全周測定画像情報のうちから、リーク位置での画像情報を容易に特定することができ、ねじ形状とリーク原因の関係の追跡調査ができる。

（２）油井管のユーザがメカゲージなどの測定器具を用い、ある周方向位置でねじ形状を測定した場合に、その測定値と、出荷前に行った油井管ねじ形状全周測定で得られた結果とが一致しないという問い合わせがあっても、目視でも認識できる周方向起点位置に対応させてねじ形状全周測定画像情報を記憶した情報を提供することができるため、問い合わせに対応するのが容易となる。

本発明法を実施するための、周方向起点位置の設定装置の構成図である。 本発明法による効果を示す説明図である。 本発明法を実施するための、凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の模式図である。 ねじの形状特性値を示す断面図である。 （ａ）は4対の光学系を用いたねじ形状測定装置の構成図、（ｂ）はそれで得られるシルエット像の模式図、（ｃ）はシルエット像に基づいて作成したねじ形状の３次元画像の斜視図である。 １対の光学系の内部構成を示す構成図である。

符号の説明

Ｗ 油井管（被測定対象物）
Ｗ１ 管端部における軸芯
Ｗ２ 完全ねじ
Ｗ３ 不完全ねじ
Ｓ１ 凸状の筋
Ｓ２ 凹状の筋
Ｄ ねじ谷の外径
Ｄｓ シール部径
１ カメラ
１ａ 受光レンズ
１ｂ テレセントリック受光レンズ系
１ｃ 撮像素子（リニアアレイＣＣＤ）
１ｄ 回転ミラー
２ 照射手段
２ａ 平行光
２ｂ テレセントリック投光レンズ系
３ １対の光学系
４ 画像入力装置
５ ねじ形状演算装置
６ａ 情報記憶保存手段
６ｂ 画像情報処理手段
６ｃ 起点位置設定手段
７ 回転用サーボモータ
８ 回転角度センサ
９ 回転架台
10 ベース
11 メインスライド
12 光学系焦点ずれ補正調整機構
13 クランプ装置
14 2次元のシルエット像

Claims (1)

1. 光源からの光を平行光として被測定対象物の油井管のねじ部に照射する照射手段と、被測定対象物を挟んで対向配置され、被測定対象物の周囲を通過した平行光と被測定対象物で遮蔽された平行光とで形成されるシルエット像を撮像する撮像素子を有するカメラとを具備する少なくとも1対の光学系を、油井管のねじ部周りに回転させ、前記光学系の回転角を、前記光学系を搭載した回転架台の回転中心軸周りの角度を検出する回転角度センサで検出する方式の油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置であって、
   前記光学系を回転させて得られるねじ形状全周測定画像情報を、前記光学系の回転開始時点における周方向位置を起点（０度）として、各画像情報のシルエット像を撮像したときの前記光学系の回転角に対応させて記憶する一方で、ねじ形状に応じた凹状または凸状の筋の始まり位置を特徴にもつシルエット像の登録画像情報を予め登録した情報記憶保存手段と、
   該情報記憶保存手段から当該油井管のねじ部に関する画像情報と前記登録画像情報とを読み出して対比し、前記画像情報のうちから前記登録画像情報の特徴と一致するものを抽出する画像情報処理手段と、
   該画像情報処理手段での処理に基づき、前記一致するものとして抽出された画像情報が撮像されたときの回転角度を、油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置（0度）に設定する、回転角度の書き換えを行う起点位置設定手段と、
   を具備したことを特徴とする油井管ねじ形状全周測定における周方向起点位置の設定装置。
   

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