JP6248887B2 - Apparatus and method for measuring thread shape of threaded member having hook-like flank - Google Patents

Apparatus and method for measuring thread shape of threaded member having hook-like flank Download PDF

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Description

本発明は、油井管のねじ継手を始めとする種々のねじ付き部材のうちフック状フランク部を有するねじ付き部材を対象としたねじ形状の測定に用いる、フック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定装置及び方法に関する。   The present invention relates to a threaded member having a hook-like flank portion, which is used for measuring a thread shape of a threaded member having a hook-like flank portion among various threaded members including an oil well pipe threaded joint. The present invention relates to a screw shape measuring apparatus and method.

前記フック状フランク部とは、ねじ部においてロードフランク面(軸方向の引張力に対し負荷のかかる側のフランク面)がねじ山の先端部から基端部に行くに従ってねじ山中央部に近づく(ねじ山の基端部から先端部にかけてオーバーハング状態となっている)ねじ部分を云う。   The hook-shaped flank portion refers to a thread flank surface (a flank surface to which a load is applied with respect to an axial tensile force) in the screw portion, and approaches the screw thread center portion from the tip end portion to the base end portion ( A threaded portion that is in an overhang state from the base end to the tip of the thread.

ねじ形状の測定は、ねじ軸方向のねじ形状プロフィールを求めるものであり、このねじ形状プロフィールに基づき、ねじ要素が測定される。ねじ要素には、例えば油井管ねじの場合、以下のような項目が含まれる。
・スタンドオフ:管に設けられた雄ねじと継手に設けられた雌ねじとの嵌め合わせ部の管軸方向寸法のことである。
・ねじ径:管端からの基準距離位置におけるねじ底の径(管径方向寸法)であり、この径と公称径(図面上の径)との差はすなわちスタンドオフの偏差になる。
・ノーズ外径:管端平行部の外径のことである。
・ねじリード:ねじ1回転当たりのねじ軸方向の進行距離(=ねじピッチ×ねじ条数)のことである。
・ねじテーパ:ねじ軸方向の単位長さ当たりのねじ半径変化量のことである。
・ねじ高さ:ねじ底からねじ頂までのねじ半径方向寸法のことである。
・ねじ幅:ねじ底とねじ頂の中間点におけるねじ谷のねじ軸方向寸法のことである。
The measurement of the screw shape is to obtain a screw shape profile in the screw axis direction, and the screw element is measured based on the screw shape profile. For example, in the case of an oil well pipe screw, the screw element includes the following items.
Stand-off: The dimension in the tube axis direction of the fitting portion between the male screw provided on the pipe and the female screw provided on the joint.
Thread diameter: The diameter of the thread bottom at the reference distance position from the pipe end (dimension in the pipe radial direction), and the difference between this diameter and the nominal diameter (diameter in the drawing) is a standoff deviation.
-Nose outer diameter: The outer diameter of the pipe end parallel part.
Screw lead: A travel distance in the screw axis direction per screw rotation (= screw pitch × number of threads).
-Screw taper: The amount of change in screw radius per unit length in the screw axis direction.
-Screw height: It is the dimension in the screw radial direction from the screw bottom to the screw top.
Thread width: The thread axial dimension of the thread valley at the midpoint between the thread bottom and the thread top.

油井管のねじ継手を始め種々のねじ付き部材を対象とした、従来のねじ形状の測定技術には、以下のものがある。
(C1) 従来技術C1は、平行光を照射して、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管軸方向にスキャンさせることによってねじ要素を測定する方法および装置である(特許文献1参照)。
(C2) 従来技術C2は、平行光を、角度可変の反射鏡と受像軸と画角との関係が比例関係となるf−θレンズを通して、ねじ管径方向に対する一次元画像を順次検出し、2次元画像を生成することを特徴とするねじ形状測定方法および装置である(特許文献2参照)。尚、光学系を管周方向に回転させれば3次元ねじ形状測定も可能である。
(C3) 従来技術C3は、平行光をねじ付き管のねじ部に向けて照射し、ねじ形状を測定する光学式センサを管軸方向にスキャンさせ、ねじフランク面の測定に関わらない第1ねじ要素を測定する光学式センサと、3次元移動可能な接触プローブを備え、ねじフランク面に接触プローブを接触させ、接触時における当該接触プローブの空間座標を検出することにより、ねじフランク面の測定に関わる第2ねじ要素を測定する接触式センサと、前記光学式センサから得られた第1ねじ要素及び前記接触式センサから得られた第2ねじ要素を合成してねじ要素を演算する演算処理手段とを有することを特徴とするねじ要素測定方法および装置である(特許文献3参照)。これにより、フック形状を持ったねじの形状が測定可能である。
(C4) 従来技術C4は、ねじ軸を検出するねじ軸検出工程と、スリット状のレーザ光を出射する光源と、該光源の光軸とは異なる方向の視軸を有する撮像手段を用いてねじのフック形状を非接触で取得する方法(光切断法)である(特許文献4参照)。
Conventional thread-shaped measurement techniques for various threaded members including oil well pipe threaded joints include the following.
(C1) Prior art C1 is a method and apparatus for measuring a screw element by irradiating parallel light, detecting light passing through the screw surface, and scanning an optical sensor that measures the screw shape in the tube axis direction. (See Patent Document 1).
(C2) The conventional technique C2 sequentially detects a one-dimensional image with respect to the screw tube radial direction through parallel-light through an angle-variable reflecting mirror, an f-θ lens in which the relationship between the image receiving axis and the angle of view is proportional, A screw shape measuring method and apparatus characterized by generating a two-dimensional image (see Patent Document 2). If the optical system is rotated in the tube circumferential direction, three-dimensional screw shape measurement is also possible.
(C3) Prior art C3 irradiates parallel light toward the threaded portion of the threaded tube, scans the optical sensor for measuring the thread shape in the tube axis direction, and does not involve the measurement of the screw flank surface. It is equipped with an optical sensor that measures elements and a contact probe that can move three-dimensionally. The contact probe is brought into contact with the screw flank surface, and the spatial coordinates of the contact probe at the time of contact are detected, thereby measuring the screw flank surface. A contact-type sensor for measuring the second screw element involved, and an arithmetic processing means for calculating the screw element by synthesizing the first screw element obtained from the optical sensor and the second screw element obtained from the contact-type sensor A screw element measuring method and apparatus (see Patent Document 3). Thereby, the shape of a screw having a hook shape can be measured.
(C4) Prior art C4 uses a screw shaft detection step for detecting a screw shaft, a light source that emits a slit-shaped laser beam, and an imaging unit having a visual axis in a direction different from the optical axis of the light source. This is a method (optical cutting method) for obtaining the hook shape in a non-contact manner (see Patent Document 4).

特許第3552440号公報Japanese Patent No. 3552440 特許第5251617号公報Japanese Patent No. 5251617 特許第4486700号公報Japanese Patent No. 4486700 特許第5288297号公報Japanese Patent No. 5288297

平行光をねじに照射させる測定原理(従来技術C1、C2)では、図10(a)のように平行光をねじ螺旋の接線方向に照射しても、平行光路は直線状であって螺旋状ではないから、図10(b)のように、平行光で捉えたねじ形状プロフィールは、ねじ奥行き方向の後側から前側にかけてフック状フランク部の断面領域が重なっていくため、太線で示した様な、実際とは異なるプロフィールとなる。そのため、フック状フランク部を持ったねじ形状の測定(特にねじ幅、リードの測定)は不可能であった。   In the measurement principle (prior art C1 and C2) in which the parallel light is irradiated onto the screw, even if the parallel light is irradiated in the tangential direction of the screw spiral as shown in FIG. 10A, the parallel optical path is linear and spiral. Therefore, as shown in FIG. 10 (b), the screw-shaped profile captured by parallel light has a cross-sectional area of the hook-shaped flank portion that overlaps from the rear side to the front side in the screw depth direction. The profile is different from the actual one. Therefore, it is impossible to measure a screw shape having hook-like flank portions (particularly, screw width and lead).

斯様な問題点を解決するために、平行光では測定できないフック状フランク部を接触式プローブで測定し、平行光で測定できる他部のプロフィールと重ね合わせる方法(従来技術C3)や、フック状フランク部をフランク面角度測定に適した角度に傾斜させる光切断法を用いる方法(従来技術C4)が提案されている。   In order to solve such a problem, a hook-shaped flank portion that cannot be measured with parallel light is measured with a contact probe and superimposed with the profile of another portion that can be measured with parallel light (prior art C3). A method (prior art C4) using a light cutting method in which a flank portion is inclined to an angle suitable for flank surface angle measurement has been proposed.

しかし、従来技術C3のような方法では、接触式プローブを順次移動させ、先端に取り付けられた球状の接触子をフランク面に接触させて測定を行うため、必然的に測定時間が長くなる上、測定点数が十分に得られないことからフランク面の角度を精度良く測定できないと云う問題があった。また、接触子との接触で製品に疵をつけてしまうという問題があった。また、接触子が所定の寸法を有するため、ねじ底曲面部の曲率を精度良く測定することも困難であった。   However, in the method such as the prior art C3, since the contact type probe is sequentially moved and the spherical contact attached to the tip is brought into contact with the flank surface, the measurement time is inevitably increased. There is a problem that the angle of the flank surface cannot be measured with high accuracy because the number of measurement points cannot be obtained sufficiently. In addition, there is a problem that the product is wrinkled by contact with the contact. Moreover, since the contact has a predetermined dimension, it is difficult to accurately measure the curvature of the curved surface portion of the screw bottom.

又、従来技術C4のような方法は、非接触の測定方法である光切断法(2次元三角測距方式)を用いることによって接触式の問題点を解消しているが、(ア)演算誤差が±0.04mm超と非常に大きいため、ねじ寸法公差を±0.04mm以内とする項目もあるねじ付き部材の測定が困難である、(イ)ねじ全長に亘る測定をするのに時間がかかる、と云った問題点があった。   In addition, the method such as the prior art C4 solves the problem of the contact type by using the light cutting method (two-dimensional triangular distance measuring method) which is a non-contact measurement method. Is very large, exceeding ± 0.04 mm, and it is difficult to measure a threaded member that has a thread dimension tolerance within ± 0.04 mm. (A) It takes time to measure over the entire length of the screw. There was a problem such as this.

尚、光切断法(2次元三角測距方式)の演算誤差が大きいのは、検出素子配列の寸法バラツキ範囲が0.01〜0.05mmであることや、レーザ光多重反射の影響を受けた測定値(ノイズ)の除去による値漏れによるものと推測される。   Note that the calculation error of the light cutting method (two-dimensional triangulation method) is large because the size variation range of the detection element array is 0.01 to 0.05 mm and the influence of multiple reflection of laser light. It is presumed to be due to value leakage due to removal of the measured value (noise).

そこで本発明は、上述した従来技術の問題点(ア)、(イ)に鑑み、フック状フランク部を有するねじ形状の設計値と測定値の差で評価される測定精度が±0.02mm以内である精密測定がねじ部全長に亘って簡易に且つ能率よく実行できるねじ形状測定装置及び方法を提供することを課題とした。   Therefore, in view of the problems (a) and (b) of the prior art described above, the present invention has a measurement accuracy within ± 0.02 mm evaluated by the difference between the design value of the screw shape having the hook-shaped flank portion and the measured value. It is an object of the present invention to provide a screw shape measuring apparatus and method capable of easily and efficiently performing precise measurement over the entire length of the screw portion.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、光切断法(2次元三角測距方式)を用いるのではなく、1次元三角測距方式のレーザ変位計を用いることで、演算誤差を±0.02mm以内に向上でき、ねじ全長に亘る測定に要する時間も短縮でき、また、レーザ光多重反射の影響を受けた測定値(ノイズ)と光多重反射の影響を受けない測定値(シグナル)とをより正確に区別でき、ノイズ除去による値漏れを低減できると云う知見を得た。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems, and as a result, not using the light cutting method (two-dimensional triangulation method) but using a laser displacement meter of the one-dimensional triangulation method. Therefore, the calculation error can be improved to within ± 0.02 mm, the time required for measurement over the entire screw length can be shortened, and the measurement value (noise) affected by the multiple reflection of laser light and the influence of multiple reflection of light The present inventors have found that it is possible to more accurately distinguish a measured value (signal) that is not present, and to reduce value leakage due to noise removal.

本発明は、上述の知見に基づいて成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
(1) フック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状を測定する装置であって、
1つの1次元三角測距方式のレーザ変位計が1つ又は複数のうちの各1つの支軸の軸線上を移動し前記軸線からの光線傾斜角90°±10°で前記ねじ付き部材のねじ部を走査してねじ部の1次プロフィール情報を取得する構成とした第1の光学手段と、
もう1つの1次元三角測距方式のレーザ変位計が前記第1の光学手段と同じ支軸の軸線上を移動し前記軸線からの光線傾斜角50°±10°で前記ねじ部を走査してねじ部の1次プロフィール情報を取得する構成とした第2の光学手段と、
ねじ軸線を光学的に探索するねじ軸探索手段と、
探索したねじ軸線に前記支軸の軸線からの光線傾斜角の定義平面を位置合わせするセンタリング手段と、
前記ねじ付き部材の先端位置情報を光学的に取得する先端位置検出手段と、
前記第2の光学手段のレーザ変位計の照射光がねじ部で多重反射することによって当該レーザ変位計の撮像素子に検出される多重反射光ピークを除去し、前記第2の光学手段からの1次プロフィール情報から2次プロフィール情報を生成する信号処理手段と、
前記第1の光学手段で取得した1次プロフィール情報、および前記第2の光学手段で取得した1次プロフィール情報を前記信号処理手段で信号処理して生成した2次プロフィール情報、および前記先端位置検出手段で取得した管端位置情報に基づいてねじ要素を演算するねじ要素演算手段と
を有することを特徴とするフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定装置。
(2) 前記ねじ要素演算手段は、
前記第1の光学手段による前記1次プロフィール情報と、前記第2の光学手段および前記信号処理手段による前記2次プロフィール情報とを夫々前記第1、第2の光学手段の光線傾斜角に基づき補正し、補正後プロフィール情報を生成する第1の演算手段と、
前記第1の演算手段で生成した前記補正後プロフィール情報を基に、全体プロフィール情報を生成する第2の演算手段と、
前記全体プロフィール情報からねじ要素を算出する第3の演算手段と
を有することを特徴とする上記(1)に記載のフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定装置。
(3) 上記(1)に記載のねじ形状測定装置を用いてフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状を測定する方法であって、
前記ねじ軸探索手段にてねじ軸線を光学的に探索する工程と、
前記探索したねじ軸線に前記支軸の軸線からの光線傾斜角の定義平面を前記センタリング手段にて位置合わせする工程と、
前記先端位置検出手段にて前記ねじ部材の先端位置情報を取得する工程と、
前記第1、第2の光学手段にて前記1次プロフィール情報を取得する工程と、
前記信号処理手段にて前記第2の光学手段からの1次プロフィール情報から前記2次プロフィール情報を生成する工程と、
前記取得した1次プロフィール情報および前記生成した2次プロフィール情報に基づいて前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する工程と
を有することを特徴とするフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定方法。
(4) 前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する工程は、
前記第1の光学手段による前記1次プロフィール情報と、前記第2の光学手段および前記信号処理手段による前記2次プロフィール情報とを夫々前記第1、第2の光学手段の光線傾斜角に基づき補正し、補正後プロフィール情報を生成する第1の演算工程と、
前記第1の演算工程で生成した前記補正後プロフィール情報を基に、全体プロフィール情報を生成する第2の演算工程と、
前記全体プロフィール情報からねじ要素を算出する第3の演算工程と
を有することを特徴とする上記(3)に記載のフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定方法。
The present invention has been made based on the above-mentioned findings, and the gist thereof is as follows.
(1) An apparatus for measuring the thread shape of a threaded member having a hook-like flank portion,
One one-dimensional triangulation system laser displacement meter moves on the axis of each of one or more support shafts, and the screw of the threaded member has a light beam tilt angle of 90 ° ± 10 ° from the axis. A first optical means configured to scan the part and acquire primary profile information of the screw part;
Another one-dimensional triangulation laser displacement meter moves on the same axis of the same spindle as the first optical means, and scans the threaded portion with a light beam tilt angle of 50 ° ± 10 ° from the axis. A second optical means configured to acquire primary profile information of the thread portion;
A screw shaft searching means for optically searching for a screw axis;
Centering means for aligning the defined plane of the light beam tilt angle from the axis of the spindle with the searched screw axis;
Tip position detecting means for optically acquiring tip position information of the threaded member;
The irradiation light of the laser displacement meter of the second optical means is subjected to multiple reflection at the screw portion, thereby removing the multiple reflected light peak detected by the image sensor of the laser displacement meter, and 1 from the second optical means. Signal processing means for generating secondary profile information from the next profile information;
Primary profile information acquired by the first optical means, secondary profile information generated by signal processing of the primary profile information acquired by the second optical means by the signal processing means, and the tip position detection A screw element measuring means for calculating a screw element based on pipe end position information acquired by the means, and a thread shape measuring device for a threaded member having a hook-like flank portion.
(2) The screw element calculation means includes:
The primary profile information by the first optical means and the secondary profile information by the second optical means and the signal processing means are corrected based on the light beam inclination angles of the first and second optical means, respectively. First calculating means for generating profile information after correction;
Based on the corrected profile information generated by the first calculation means, second calculation means for generating overall profile information;
The screw shape measuring device for a threaded member having a hook-like flank portion according to (1), further comprising: a third calculation means for calculating a screw element from the overall profile information.
(3) A method for measuring the screw shape of a threaded member having a hook-like flank using the screw shape measuring device according to (1),
A step of optically searching for a screw axis by the screw shaft searching means;
Aligning the definition plane of the light beam inclination angle from the axis of the spindle with the centering means to the searched screw axis;
Obtaining tip position information of the screw member by the tip position detecting means;
Obtaining the primary profile information with the first and second optical means;
Generating the secondary profile information from the primary profile information from the second optical means in the signal processing means;
A screw element having a hook-like flank portion, the screw element calculating means calculating a screw element based on the acquired primary profile information and the generated secondary profile information. Shape measurement method.
(4) The step of calculating the screw element by the screw element calculation means includes:
The primary profile information by the first optical means and the secondary profile information by the second optical means and the signal processing means are corrected based on the light beam inclination angles of the first and second optical means, respectively. A first calculation step for generating corrected profile information;
A second calculation step of generating overall profile information based on the corrected profile information generated in the first calculation step;
The screw shape measuring method for a threaded member having a hook-like flank as described in (3) above, further comprising a third calculation step of calculating a screw element from the overall profile information.

本発明によれば、フック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状の精密測定がねじ部全長に亘って簡易に且つ迅速に実行できると云う優れた効果を奏する。   According to the present invention, there is an excellent effect that precise measurement of the thread shape of a threaded member having a hook-shaped flank portion can be easily and quickly performed over the entire length of the thread portion.

本発明に係るねじ形状測定装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the screw shape measuring apparatus which concerns on this invention. 1次元三角測距方式のレーザ変位計の測定原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement principle of the laser displacement meter of a one-dimensional triangulation system. 第1の光学手段の構成を示すねじ軸方向断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section in the screw axis direction showing the configuration of the first optical means. 第2の光学手段の構成を示すねじ軸方向断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section in the screw axis direction showing the configuration of the second optical means. ねじ軸探索手段の構成の一例を示す管正面図である。It is a pipe front view showing an example of composition of a screw axis search means. 多重反射光ピークを除去する信号処理ロジックの説明図である。It is explanatory drawing of the signal processing logic which removes a multiple reflected light peak. 補正後プロフィール情報の説明図である。It is explanatory drawing of the profile information after correction | amendment. 第2の演算工程のうちの前処理工程の説明図である。It is explanatory drawing of the pre-processing process of a 2nd calculation process. 第2の演算工程のうちの結合工程の説明図である。It is explanatory drawing of the coupling | bonding process among the 2nd calculation processes. 従来技術(C1)、(C2)の問題点を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the problem of prior art (C1) and (C2).

図1は、本発明に係るねじ形状測定装置の一例を示す概略図である。この図1は、ねじ付き部材が管である場合における管側面図である。図1において、1は管(ねじ付き部材)、1Aはねじ部、2は支軸、2Aは軸線、3は第1の光学手段、4は第2の光学手段、5はねじ軸探索手段、6はセンタリング手段、7は先端位置検出手段、8は信号処理手段、9はねじ要素演算手段、10はレーザ変位計(詳しくは、1次元三角測距方式のレーザ変位計)である。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a screw shape measuring apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a side view of a pipe when the threaded member is a pipe. In FIG. 1, 1 is a tube (threaded member), 1A is a threaded portion, 2 is a support shaft, 2A is an axis, 3 is first optical means, 4 is second optical means, 5 is screw shaft search means, 6 is a centering means, 7 is a tip position detecting means, 8 is a signal processing means, 9 is a screw element calculating means, and 10 is a laser displacement meter (specifically, a laser displacement meter of a one-dimensional triangulation system).

図2は、レーザ変位計10の測定原理を示す説明図である。レーザ変位計10は、光源11から出たレーザ光を投光レンズ12で集光して、測定対象物へ照射し、測定対象物からの拡散反射光の一部が受光レンズ13を通して撮像素子14上に光点(受光量が最大となる点)を結ぶ構成とされている。測定対象物(又はレーザ変位計10)が移動するごとに撮像素子14上の光点も移動するので、レーザ変位計10に対する測定対象物の変位量を知ることができる。前記変位量は0.001mm単位で計測可能である。尚、2つの測定対象点のうち光源11に近い側をNEAR側、遠い側をFAR側という。また、前記変位量は、光源11から測定対象物までの距離に対応する。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the measurement principle of the laser displacement meter 10. The laser displacement meter 10 condenses the laser light emitted from the light source 11 with the light projecting lens 12 and irradiates the measurement target, and a part of the diffuse reflection light from the measurement target passes through the light receiving lens 13 and the imaging element 14. The light spot (the point where the amount of received light is maximized) is connected to the top. Each time the measurement object (or laser displacement meter 10) moves, the light spot on the image sensor 14 also moves, so that the amount of displacement of the measurement object relative to the laser displacement meter 10 can be known. The displacement can be measured in units of 0.001 mm. Of the two measurement points, the side closer to the light source 11 is called the NEAR side, and the far side is called the FAR side. The amount of displacement corresponds to the distance from the light source 11 to the measurement object.

レーザ変位計10を1つの支軸2当たりに1つだけ用いるのでは、ねじ部におけるフック状フランク部とフック状フランク部以外のねじ部分(非フック状フランク部とも云う)の双方の1次プロフィール情報を同時に高精度に取得することは困難である。そこで、本発明では、1つの支軸2当たりにレーザ変位計10を2つ用い、うち1つは第1の光学手段3の構成要素とし、もう1つは第2の光学手段4の構成要素とする。図3、図4は夫々第1の光学手段3、第2の光学手段4の構成を示すねじ軸方向断面の模式図である。第1の光学手段3は、図1、図3に示すように、レーザ変位計10が1つの支軸2の軸線2A上を移動し、軸線2Aからの光線傾斜角θ1=90°±10°(80°〜100°の範囲内から選ばれる1つの角度値で、測定中は不変とする)で管1のねじ部1Aを走査してねじ部1Aの1次プロフィール情報を取得する構成とした。これにより、フック状フランク部以外のねじ部分(非フック状フランク部)の1次プロフィール情報が得られる。フック状フランク部には照射光が届かないため、フック状フランク部の1次プロフィール情報は得られない。   If only one laser displacement meter 10 is used per one spindle 2, the primary profile of both the hook-like flank portion in the screw portion and the screw portion other than the hook-like flank portion (also referred to as a non-hook-like flank portion). It is difficult to obtain information with high accuracy at the same time. Therefore, in the present invention, two laser displacement meters 10 are used per one spindle 2, one of which is a component of the first optical means 3 and the other is a component of the second optical means 4. And 3 and 4 are schematic views of the cross section in the screw axis direction showing the configurations of the first optical means 3 and the second optical means 4, respectively. As shown in FIGS. 1 and 3, the first optical means 3 has a laser displacement meter 10 that moves on an axis 2A of one support shaft 2, and a light beam tilt angle θ1 = 90 ° ± 10 ° from the axis 2A. (One angle value selected from the range of 80 ° to 100 °, which is not changed during measurement), and scans the threaded portion 1A of the tube 1 to obtain primary profile information of the threaded portion 1A. . Thereby, primary profile information of a screw portion (non-hook-like flank portion) other than the hook-like flank portion is obtained. Since the irradiation light does not reach the hook-shaped flank portion, primary profile information of the hook-shaped flank portion cannot be obtained.

一方、第2の光学手段4は、図1、図4に示すように、レーザ変位計10が第1の光学手段3と同じ支軸2の軸線2A上を移動し、軸線2Aからの光線傾斜角θ2=50°±10°(40°〜60°の範囲内から選ばれた1つの角度値で、測定中は不変とする)でねじ部1Aを走査してねじ部1Aの1次プロフィール情報を取得する構成とした。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 4, the second optical means 4 is configured such that the laser displacement meter 10 moves on the axis 2 </ b> A of the same support shaft 2 as the first optical means 3, and the light beam tilts from the axis 2 </ b> A. The primary profile information of the screw portion 1A by scanning the screw portion 1A at an angle θ2 = 50 ° ± 10 ° (one angle value selected from the range of 40 ° to 60 °, which is not changed during measurement). It was set as the structure which acquires.

なお、レーザ変位計10の移動距離は0.001mm単位で制御可能である。   The moving distance of the laser displacement meter 10 can be controlled in units of 0.001 mm.

これにより、ねじ部における非フック状フランク部とフック状フランク部の1次プロフィール情報を同時にかつ高精度に取得することが容易となる。第1の光学手段3の光線傾斜角θ1が90°±10°を外れると、非フック状フランク部の1次プロフィール情報を高精度に取得することが困難である。一方、第2の光学手段4の光線傾斜角θ2が50°±10°を外れると、フック状フランク部の1次プロフィール情報を高精度に取得することが困難である。   Thereby, it becomes easy to acquire the primary profile information of the non-hook-like flank portion and the hook-like flank portion at the same time with high accuracy. When the light beam inclination angle θ1 of the first optical means 3 is out of 90 ° ± 10 °, it is difficult to acquire the primary profile information of the non-hook-like flank portion with high accuracy. On the other hand, if the light beam inclination angle θ2 of the second optical means 4 is out of 50 ° ± 10 °, it is difficult to obtain the primary profile information of the hook-shaped flank portion with high accuracy.

また、この例では管周方向の4箇所を同時に測定できるように、第1、第2の光学手段3、4の支軸2は管1を囲む円の円周上の4箇所に1つずつ計4つ設けてある。但し、この4つに限定されるわけではない。   Further, in this example, the support shafts 2 of the first and second optical means 3 and 4 are respectively provided at four locations on the circumference of the circle surrounding the tube 1 so that four locations in the tube circumferential direction can be measured simultaneously. There are a total of four. However, it is not necessarily limited to these four.

前記管1を囲む円の中心軸をX軸とする。X軸は各支軸2と平行である。   The central axis of the circle surrounding the tube 1 is taken as the X axis. The X axis is parallel to each support shaft 2.

また、前記4箇所の位置を同じ円周方向において変更可能とすべく、前記4つの支軸2は1つの支持枠30に固定し、支持枠30は前記X軸の周りに回転可能としてある。   The four support shafts 2 are fixed to one support frame 30 so that the four positions can be changed in the same circumferential direction, and the support frame 30 is rotatable around the X axis.

そして、第1、第2の光学手段3、4の各光線傾斜角は、各軸線2Aと前記X軸との共通平面内で定義される。すなわち、各軸線2AとX軸との共通平面は各軸線2Aの光線傾斜角の定義平面である。   The respective light beam inclination angles of the first and second optical means 3 and 4 are defined within a common plane of each axis 2A and the X axis. That is, the common plane of each axis 2A and the X axis is a definition plane of the light ray inclination angle of each axis 2A.

ところで、ねじ要素は、ねじ軸方向断面内のプロフィール情報に基づいて算出される。それゆえ軸線2A及び軸線2Aからの光線は同一のねじ軸方向断面内にあることが必要である。そこで、本発明ではねじ軸線を光学的に探索するねじ軸探索手段5及び探索したねじ軸線に前記X軸を位置合わせするセンタリング手段6を設ける。X軸は、各光線傾斜角の定義平面に共通する直線であるから、ねじ軸線にX軸を位置合わせする事で、ねじ軸線に各光線傾斜角の定義平面を位置合わせする事ができる。   By the way, the screw element is calculated based on the profile information in the screw axial direction cross section. Therefore, the axis 2A and the light beam from the axis 2A need to be in the same screw axial section. Therefore, in the present invention, the screw shaft searching means 5 for optically searching for the screw axis and the centering means 6 for aligning the X axis with the searched screw axis are provided. Since the X axis is a straight line common to the definition planes of the respective light beam tilt angles, the definition plane of the respective light beam tilt angles can be aligned with the screw axis line by aligning the X axis with the screw axis line.

ねじ軸探索手段5は、図1に示すように、管長手方向の2箇所に設置する。2箇所のうち1つはねじ先端側の非ねじ部位(便宜上、A部位とする)であり、A部位に設置するものをねじ軸探索手段5Aとし、2箇所のうちもう1つはねじ基端側の非ねじ部位(便宜上、B部位とする)であり、B部位に設置するものをねじ軸探索手段5Bとする。   As shown in FIG. 1, the screw shaft searching means 5 is installed at two locations in the longitudinal direction of the pipe. One of the two locations is a non-screw part on the screw tip side (for convenience, A part), and the one installed at the A part is the screw shaft search means 5A, and the other of the two parts is the screw base end. The non-screw part on the side (referred to as B part for the sake of convenience) and what is installed at the B part is referred to as screw shaft searching means 5B.

ねじ軸探索手段5は、5A、5Bとも、図5に示すように、相直交する管径方向であるy方向とz方向の各方向で管径両端点を光学的に検出し、y方向で検出した管径両端点P、Qを結ぶ直線と、z方向で検出した管径両端点R、Sを結ぶ直線との交点Cをねじ軸線上の1点と同定する。管長手方向の2箇所(A部位、B部位)でねじ軸線上の点が同定されるから、ねじ軸線上の2点が特定され、ねじ軸線が探索できたことになる。   As shown in FIG. 5, the screw shaft searching means 5 optically detects both ends of the pipe diameter in the y direction and the z direction, which are orthogonal to each other, as shown in FIG. An intersection C between the detected straight line connecting the pipe diameter end points P and Q and the straight line connecting the pipe diameter end points R and S detected in the z direction is identified as one point on the screw axis. Since points on the screw axis are identified at two locations in the longitudinal direction of the tube (A portion and B portion), two points on the screw axis are identified, and the screw axis can be searched.

管径端点を光学的に検出する手段として、図5では、投受光式の端検出器20を例示した。これは、投光部21からの平行光23を物体端部を含む視野領域に当てて該視野領域からの透過光を受光部22で受光して撮像してなる物体端部画像から、物体の端を検出するものである。斯かる投受光式の端検出器20を、図5のように、y方向、z方向で各2本ずつの平行光23が管1を井桁状に囲むように、合計4つ配置し、ねじ軸探索手段5A、5Bの構成としている。   As means for optically detecting the tube diameter end point, FIG. 5 illustrates the light emitting / receiving end detector 20. This is because the parallel light 23 from the light projecting unit 21 is applied to the visual field region including the object end, and the transmitted light from the visual field is received by the light receiving unit 22 and imaged. The edge is detected. As shown in FIG. 5, a total of four such light emitting / receiving end detectors 20 are arranged so that two parallel lights 23 in the y direction and the z direction surround the tube 1 in a grid pattern, The axis search means 5A and 5B are configured.

なお、図5において、投受光式の端検出器20に代えて、エリアカメラ式の端検出器としてもよい。エリアカメラ式の端検出器を用いたねじ軸探索手段の構成は、図5において、4つの投光部21と受光部22を削除し、受光部22を削除した跡の4つの箇所にエリアカメラを、該エリアカメラの視野に管径端部が入るように配置する構成になる。   In FIG. 5, an area camera type end detector may be used instead of the light projecting / receiving type end detector 20. The configuration of the screw shaft searching means using the area camera type end detector is shown in FIG. 5 in which the four light projecting parts 21 and the light receiving part 22 are deleted, and the area camera is located at the four places where the light receiving part 22 is deleted. Are arranged so that the end of the tube diameter enters the field of view of the area camera.

センタリング手段6は、ねじ軸探索手段5により同定したねじ軸線に前記X軸を一致させる手段であって、図1に示すように、支持枠30を、X軸方向、およびX軸に直交する2軸方向すなわちY軸方向とZ軸方向に移動させる機構、ならびに、前記Y軸、Z軸の各軸周りに回転させる機構を具備した構成としてある。   The centering means 6 is a means for making the X axis coincide with the screw axis identified by the screw axis searching means 5, and as shown in FIG. 1, the support frame 30 is arranged in the X axis direction and 2 perpendicular to the X axis. The mechanism includes a mechanism that moves in the axial direction, that is, the Y-axis direction and the Z-axis direction, and a mechanism that rotates around the Y-axis and Z-axis.

センタリング手段6による位置合わせ後のX軸がねじ軸線となす角度(0°に対する角度誤差)は、0.01°以内に収まる。   The angle (angle error with respect to 0 °) formed by the X axis after the alignment by the centering means 6 and the screw axis is within 0.01 °.

したがって、ねじ軸探索手段5とセンタリング手段6を有することにより、軸線2A及び軸線2A上の光源からの光線をねじ軸方向断面内に容易にかつ高精度に配位でき、正確な1次プロフィール情報を取得できる。   Therefore, by having the screw shaft search means 5 and the centering means 6, the light beam from the axis 2A and the light source on the axis 2A can be easily and accurately positioned in the cross section in the screw axis direction, and accurate primary profile information. Can be obtained.

また、第1、第2の各光学手段3、4の取得した1次プロフィール情報を基にねじ部全体のプロフィール情報を取得するためには、ねじ部材の先端位置情報(この例では管の先端位置情報)が必要である。そこで、本発明では、先端位置検出手段7を設けた。先端位置検出手段7は、レーザ距離計からなる。このレーザ距離計は、X軸に平行な配向とした測距用レーザ光で管1の先端までの距離を計測し、管の先端位置情報を取得する。この距離計測の起点位置は、第1、第2の光学手段3、4夫々の待機位置との間隔が既知である。したがって、前記取得した管の先端位置情報を用いて、第1、第2の光学手段3、4の各移動距離値を、管の先端位置を原点とするX軸方向の座標値に変換することができる。   In addition, in order to obtain profile information of the entire screw portion based on the primary profile information obtained by the first and second optical means 3 and 4, the tip position information of the screw member (in this example, the tip of the tube) Position information) is required. Therefore, the tip position detecting means 7 is provided in the present invention. The tip position detection means 7 comprises a laser distance meter. This laser distance meter measures the distance to the tip of the tube 1 with a distance measuring laser beam oriented parallel to the X axis, and acquires the tip position information of the tube. The distance measurement starting point position is known with respect to the first and second optical means 3 and the respective standby positions. Therefore, using the acquired tube tip position information, the movement distance values of the first and second optical means 3 and 4 are converted into coordinate values in the X-axis direction with the tube tip position as the origin. Can do.

また、光線傾斜角θ2=50°±10°のフック状フランク部を走査する第2の光学手段4のレーザ変位計10では、図6に示すように、プロフィール情報の取得に用いる拡散反射光だけでなく、照射光がねじ部側面で正反射後、ねじ部底面で正反射してなる多重反射光も撮像素子14に入射して、受光量のピークを示す場合がある。この場合、撮像素子14には受光量がピークとなる受光位置が2つ現れる。2つのピークうち1つは多重反射光ピークであり、この多重反射光ピークを示す受光位置は真の測定対象点に対応しない。真の測定対象点に対応するのはもう1つのピークである拡散反射光ピークを示す受光位置である。そこで、多重反射光ピークは除去し、残った拡散反射光ピークの受光位置を測定対象点の位置とする信号処理手段8を設けることとした。これに先立ち、信号処理手段8の信号処理ロジックについて検討した結果、多重反射光ピークの受光位置(多重反射光ピーク位置とも云う)と拡散反射光ピークの受光位置(拡散反射光ピーク位置とも云う)を比べると、図6のように多重反射光ピーク位置がFAR側、拡散反射光ピーク位置がNEAR側になっていることが分った。したがって、信号処理手段8は、撮像素子14の受光位置に受光量のピークが2つ現れたとき、ピーク位置がFAR側となっているピークを除去する信号処理ロジックを実行し、第2の光学手段における1次プロフィール情報から2次プロフィール情報を生成する構成とすればよい。   Further, in the laser displacement meter 10 of the second optical means 4 that scans the hook-shaped flank portion with the light beam inclination angle θ2 = 50 ° ± 10 °, as shown in FIG. 6, only the diffuse reflected light used for obtaining the profile information is obtained. In addition, there may be a case where multiple reflected light formed by regular reflection on the side surface of the screw portion and then regular reflection on the bottom surface of the screw portion also enters the image sensor 14 and shows a peak of the amount of received light. In this case, two light receiving positions where the amount of received light reaches a peak appear in the image sensor 14. One of the two peaks is a multiple reflected light peak, and the light receiving position indicating the multiple reflected light peak does not correspond to a true measurement target point. Corresponding to the true measurement target point is a light receiving position indicating another peak of diffuse reflection light peak. Therefore, the multiple reflected light peak is removed, and the signal processing means 8 is provided in which the light receiving position of the remaining diffuse reflected light peak is the position of the measurement target point. Prior to this, as a result of examining the signal processing logic of the signal processing means 8, the light receiving position of the multiple reflected light peak (also referred to as the multiple reflected light peak position) and the light receiving position of the diffuse reflected light peak (also referred to as the diffuse reflected light peak position). As shown in FIG. 6, it is found that the multiple reflected light peak position is on the FAR side and the diffuse reflected light peak position is on the NEAR side as shown in FIG. Therefore, the signal processing means 8 executes the signal processing logic for removing the peak whose peak position is on the FAR side when two peaks of the received light amount appear at the light receiving position of the image sensor 14, and the second optical The secondary profile information may be generated from the primary profile information in the means.

なお、光線傾斜角θ1=90°±10°の第1の光学手段3では、多重反射光がレーザ変位計10に入射することはないので、1次プロフィール情報がそのまま使用できる。   In the first optical means 3 having the light beam inclination angle θ1 = 90 ° ± 10 °, the multiple profile light does not enter the laser displacement meter 10, and therefore the primary profile information can be used as it is.

次に、図1中のねじ要素演算手段9について説明する。ねじ要素演算手段9は、第1の光学手段3で取得した1次プロフィール情報、および第2の光学手段4で取得した1次プロフィール情報を信号処理手段8で信号処理して生成した2次プロフィール情報、および先端位置検出手段7で取得したX軸方向の管端位置情報に基づいてねじ要素を演算する手段である。   Next, the screw element calculation means 9 in FIG. 1 will be described. The screw element calculation means 9 is a secondary profile generated by performing signal processing on the primary profile information acquired by the first optical means 3 and the primary profile information acquired by the second optical means 4 by the signal processing means 8. This is a means for calculating a screw element based on the information and the pipe end position information in the X-axis direction acquired by the tip position detecting means 7.

ねじ要素演算手段9は、以下に述べる第1、第2、第3の演算工程を夫々実行する第1、第2、第3の演算手段を有することが好ましい。   The screw element calculation means 9 preferably has first, second, and third calculation means for executing first, second, and third calculation steps described below.

なお、管端位置情報を用いた第1、第2の光学手段3、4夫々のX軸方向の座標値の導出は第1の演算工程に先立って実行済みである。   Note that the derivation of the coordinate values in the X-axis direction of the first and second optical means 3 and 4 using the pipe end position information has been executed prior to the first calculation step.

第1の演算工程について説明する。   The first calculation process will be described.

第1の演算工程では、前記第1の光学手段3による前記1次プロフィール情報と、前記第2の光学手段4および前記信号処理手段8による前記2次プロフィール情報とを夫々前記第1、第2の光学手段3、4の各光線傾斜角θ1、θ2に基づき補正し、補正後プロフィール情報を生成する。   In the first calculation step, the primary profile information by the first optical means 3 and the secondary profile information by the second optical means 4 and the signal processing means 8 are respectively used as the first and second profiles. Are corrected based on the light beam inclination angles θ1 and θ2 of the optical means 3 and 4, and profile information after correction is generated.

前記1次プロフィール情報は、第1の光学手段に関するものであって、管先端位置を原点とする光源位置のX軸方向の座標値(X1と記す)と当該光源位置からの距離計測値(S1と記す)の組を、測定順に配列したデータからなる。このデータは、iを配列順番、i番目のX1、S1を夫々X1、S1とし、(X1,S1)と表す。また、前記2次プロフィール情報は、第2の光学手段に関するものであって、管先端位置を原点とする光源位置のX軸方向の座標値(X2と記す)と当該光源位置からの距離計測値(S2と記す)の組を、測定順に配列したデータからなる。このデータは、jを配列順番、j番目のX2、S2を夫々X2、S2とし、(X2,S2)と表す。 The primary profile information relates to the first optical means, and is a coordinate value (denoted as X1) in the X-axis direction of the light source position with the tube tip position as the origin, and a distance measurement value (S1) from the light source position. The data are arranged in the order of measurement. This data, i sequence order, the i-th X1, S1 and respectively X1 i, S1 i, expressed as (X1 i, S1 i). The secondary profile information relates to the second optical means, and is a coordinate value in the X-axis direction (denoted as X2) of the light source position with the tube tip position as the origin, and a distance measurement value from the light source position. It consists of data in which a set (denoted as S2) is arranged in the order of measurement. This data, j the sequence order, the j-th X2, S2 and each X2 j, S2 j, expressed as (X2 j, S2 j).

前記補正後プロフィール情報は、図7に示すように、測定対象点が光線傾斜角90°で測定されたとしたときのプロフィール情報であり、全てのi、jについて次式で算出する。なお、補正後のデータの記号は、補正前の記号の頭にAを付したものとした。   As shown in FIG. 7, the corrected profile information is profile information when the measurement target point is measured at a light beam tilt angle of 90 °, and is calculated for all i and j by the following equation. In addition, the symbol of the data after correction was assumed to have A added to the head of the symbol before correction.

AX1=X1−S1×cosθ1
AS1=S1×sinθ1
AX2=X2−S2×cosθ2
AS2=S2×sinθ2
次に、第2の演算工程について説明する。
AX1 i = X1 i −S1 i × cos θ1
AS1 i = S1 i × sin θ1
AX2 j = X2 j −S2 j × cos θ2
AS2 j = S2 j × sinθ2
Next, the second calculation process will be described.

第2の演算工程では、前記第1の演算工程で生成した前記補正後プロフィール情報である第1の光学手段のデータ(AX1,AS1)、及び第2の光学手段のデータ(AX2,AS2)を基に、全体プロフィール情報を生成する。 In the second calculation step, the data (AX1 i , AS1 i ) of the first optical means, which is the corrected profile information generated in the first calculation step, and the data (AX2 j , second optical means) The entire profile information is generated based on AS2 j ).

第2の演算工程には、第1、第2の光学手段間の機差による距離計測値のずれを修正する前処理工程と、該前処理工程後の第1、第2の光学手段の各データ同士を結合する結合工程とがある。   The second calculation step includes a pre-processing step for correcting a shift in distance measurement value due to a machine difference between the first and second optical means, and each of the first and second optical means after the pre-processing step. There is a joining process for joining data together.

まず、前処理工程では、全てのjについて、次式で、BS2を算出する。 First, in the preprocessing step, BS2 j is calculated by the following equation for all j.

BS2=AS2−ΔS
ここで、ΔSは、図8に示すように、ねじ先端側の非ねじ部における、第1の光学系の距離計測値の代表値(DS1と記す)を基準として、この基準からの第2の光学系の距離計測値の代表値(DS2と記す)のずれ、すなわちΔS=DS2−DS1、である。このDS1、DS2は、例えば次のように算出する。すなわち、ねじ先端側の非ねじ部長さの設計値をLとして、L/3〜2×L/3の範囲内の、AX1に係るiの範囲と、AS2に係るjの範囲とを夫々求め、求めたiの範囲に係るAS1の平均値を算出してDS1とし、一方、求めたの範囲に係るAS2の平均値を算出してDS2とする。第1の光学手段の方を基準としたのは、基準測定対象とした非ねじ部への光線の入射角がより0°に近い第1の光学手段の方が、より真値に近い距離値を示すからである。
BS2 j = AS2 j -ΔS
Here, as shown in FIG. 8, ΔS is based on a representative value (denoted as DS 1) of the distance measurement value of the first optical system at the non-threaded portion on the screw tip side, and is a second value from this reference. The deviation of the representative value (denoted as DS2) of the distance measurement value of the optical system, that is, ΔS = DS2−DS1. DS1 and DS2 are calculated as follows, for example. That is, assuming that the design value of the length of the non-threaded portion on the screw tip side is L, the range of i related to AX1 i and the range of j related to AS2 j within the range of L / 3 to 2 × L / 3, respectively. The average value of AS1 i for the obtained i range is calculated as DS1, while the average value of AS2 j for the obtained j range is calculated as DS2. The first optical means is used as a reference because the first optical means whose light incident angle to the non-threaded portion as the reference measurement object is closer to 0 ° is closer to the true value. It is because it shows.

次に、結合工程では、データ(AX1,AS1)とデータ(AX2,BS2)とを結合する。結合の方法は、データ(AX1,AS1)の中のフック状フランク部測定値を含む区域を被置換部とし、データ(AX2,BS2)中の対応する区域である置換部にて置換するものとする。この置換の仕方について図9を用いて以下に説明する。
(a)まず、被置換部を決める(図9(a)参照)。決め方は、全てのiについてデータ(AX1,AS1)の中から、隣接するiのAS1同士の差が閾値(例えば、ねじ山高さの設計値の1/2)以上になる、隣接するiの値m、m+1を求める。そして、データ(AX1,AS1)、(AX1m+1,AS1m+1)を被置換部とする。このようなmは1つのねじ山毎に1つずつ求まる。
(b)次に、置換部を決める(図9(b)参照)。決め方は、全てのjについてデータ(AX2,BS2)の中から、データ(AX1,AS1)、(AX1m+1,AS1m+1)に夫々最も近いデータを求める。求まったデータが、i=mに対してはj=pのデータ(AX2,BS2)、i=m+1に対してはj=qのデータ(AX2,BS2)であるとする。そして、j=pからj=qまでのデータ(AX2,BS2)〜(AX2,BS2)を置換部とする。置換部のデータ個数(=q−p+1)は10個以上はある。
(c)最後に、被置換部を置換部で置換する(図9(c)参照)。この置換に際し、i、jの二系列であったデータ配列順番を一元化して、図示のようにK系列とする。また、AX、ASと記していたのを夫々単純化して、X、Sと記す。また、記号X1、X2は記号Xに統一し、記号S1、S2も記号Sに統一する。かくして得られた全てのKについてのデータ(X,S)が、全体プロフィール情報である。尚、図中のK=Mに係るMは、i=1からi=m−1までの間で行われたいくつかの置換毎の置換部のデータ個数を全て合算してm−1に加算した値になる。
Next, in the combining step, data (AX1 i , AS1 i ) and data (AX2 j , BS2 j ) are combined. The method of combination is that the area including the hook-like flank measurement value in the data (AX1 i , AS1 i ) is the replacement part, and the replacement part is the corresponding area in the data (AX2 j , BS2 j ). Shall be replaced. This replacement method will be described below with reference to FIG.
(A) First, a part to be replaced is determined (see FIG. 9A). The method of determination is that the difference between AS1 i of adjacent i among the data (AX1 i , AS1 i ) for all i is equal to or greater than a threshold value (for example, 1/2 of the design value of the thread height). The values m and m + 1 of i are obtained. Then, the data (AX1 m , AS1 m ) and (AX1 m + 1 , AS1 m + 1 ) are used as replacement parts. One such m is determined for each thread.
(B) Next, a replacement part is determined (see FIG. 9B). The determination method obtains data closest to the data (AX1 m , AS1 m ) and (AX1 m + 1 , AS1 m + 1 ) from the data (AX2 j , BS2 j ) for all j. It is assumed that the obtained data is j = p data (AX2 p , BS2 p ) for i = m and j = q data (AX2 q , BS2 q ) for i = m + 1. Data (AX2 p , BS2 p ) to (AX2 q , BS2 q ) from j = p to j = q are used as replacement parts. The number of data in the replacement part (= q−p + 1) is 10 or more.
(C) Finally, the part to be replaced is replaced with a replacement part (see FIG. 9C). At the time of this replacement, the data arrangement order that was the two series of i and j is unified to form the K series as shown. In addition, what is written as AX and AS is simplified and written as X and S, respectively. Further, the symbols X1 and X2 are unified to the symbol X, and the symbols S1 and S2 are unified to the symbol S. The data (X K , S K ) for all K thus obtained is the entire profile information. In addition, M related to K = M in the figure is added to m−1 by adding all the data numbers of the replacement parts for each of the replacements performed from i = 1 to i = m−1. It becomes the value.

次に、第3の演算工程について説明する。   Next, the third calculation process will be described.

第3の演算工程は、全体プロフィール情報である前記データ(X,S)からねじ要素を算出する。ところで、ねじ要素には、ねじ半径方向寸法に関係するねじ形状項目が含まれている(前述の定義参照)が、データ(X,S)はねじ半径方向寸法情報を含んでいない。そこで、データ(X,S)を、ねじ半径方向寸法情報を含むデータ(X,r)に変換する。ここで、rはX軸(ねじ軸と位置合わせ済みである)からねじ部外面の測定対象点までの距離である。一方、Sは支軸2の軸線2Aから同じ測定対象点までの距離であり、支軸2の軸線2AからX軸までの距離(Rと記す)は既知である。従って、r=R−Sであり、データ(X,r)にはねじ半径方向寸法が含まれている。すなわち、全てのKにわたるデータ(X,r)は、ねじ半径方向寸法情報を含んだ全体プロフィール情報であり、これを用いれば、ねじ形状項目の算出に必要なデータを容易に抽出できて、ねじ要素を容易に算出することができる。 In the third calculation step, the screw element is calculated from the data (X K , S K ) which is the entire profile information. By the way, the screw element includes a screw shape item related to the screw radial dimension (see the above definition), but the data (X K , S K ) does not include the screw radial dimension information. Therefore, the data (X K , S K ) is converted into data (X K , r K ) including thread radial direction dimension information. Here, r K is the distance from the X axis (which has been aligned with the screw axis) to the measurement target point on the outer surface of the threaded portion. On the other hand, S K is the distance to the same measurement object point from the axis 2A of the shaft 2, (referred to as R) the distance from the axis 2A of the shaft 2 to the X-axis is known. Therefore, r K = R−S K , and the data (X K , r K ) includes the screw radial dimension. That is, the data over all K (X K , r K ) is the entire profile information including the screw radial direction dimension information. By using this, the data necessary for calculating the screw shape item can be easily extracted. The screw element can be easily calculated.

本発明に係るねじ形状測定装置を用いた好ましい測定方法は、以下のとおりである。
(i) 前記ねじ軸探索手段にてねじ軸線を光学的に探索する。
(ii) 前記探索したねじ軸線に前記支軸の軸線からの光線傾斜角の定義平面を前記センタリング手段にて位置合わせする。
(iii) 前記第1、第2の光学手段にて前記1次プロフィール情報を取得する。
(iv) 前記信号処理手段にて前記第2の光学手段からの1次プロフィール情報から前記2次プロフィール情報を生成する。
(v) 前記取得した1次プロフィール情報および前記生成した2次プロフィール情報に基づいて前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する。
A preferred measuring method using the screw shape measuring apparatus according to the present invention is as follows.
(i) The screw axis search means optically searches for the screw axis.
(ii) The centering means aligns the definition plane of the light beam tilt angle from the axis of the support shaft with the searched screw axis.
(iii) The primary profile information is acquired by the first and second optical means.
(iv) The secondary profile information is generated from the primary profile information from the second optical means by the signal processing means.
(v) A screw element is calculated by the screw element calculation means based on the acquired primary profile information and the generated secondary profile information.

また、前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する工程では、前記第1、第2、第3の演算工程をこの順に実行することが好ましい。   In the step of calculating the screw element by the screw element calculation means, it is preferable to execute the first, second, and third calculation steps in this order.

本発明に係るねじ形状測定装置を、図1に示した実施形態で、ねじ形状検査工程に使用し、油井管用ねじ継手のピンねじ部のねじ形状測定を100本行い、本発明例とした。このピンねじ部はテーパねじであり、ロードフランク部がフック状フランク部となっている。また、前記従来技術(C4)の方法で同じピンねじ部のねじ形状測定を100本行い、比較例とした。なお、レーザ変位計10としては、KEYENCE:LK−G30(登録商標)を使用した。   The screw shape measuring apparatus according to the present invention is used in the screw shape inspection step in the embodiment shown in FIG. 1 and 100 thread shape measurements of the pin thread portion of the threaded joint for oil well pipes are performed to obtain an example of the present invention. The pin screw portion is a taper screw, and the load flank portion is a hook-like flank portion. Moreover, 100 thread shape measurements of the same pin screw part were performed by the method of the above-mentioned prior art (C4), and it was set as a comparative example. As the laser displacement meter 10, KEYENCE: LK-G30 (registered trademark) was used.

その結果、ピンねじ部の円周方向4箇所で全長を同時に測定する場合において、測定の開始からねじ要素を算出するまでの、1本当たりに均した所要時間が、本発明例では、比較例と比べて約30%短縮した。   As a result, in the case where the total length is simultaneously measured at four locations in the circumferential direction of the pin screw portion, the time required per one from the start of measurement to the calculation of the screw element is the comparative example in the present invention example. About 30% shorter.

また、ねじ幅の設計値と測定値の差の範囲が、比較例では±0.04mm以内であるが±0.02mm以内ではなくて不十分な測定精度であったが、本発明例では、±0.02mm以内であり、十分な測定精度であった。   Further, the range of the difference between the design value of the screw width and the measured value was within ± 0.04 mm in the comparative example, but was not within ± 0.02 mm and was insufficient measurement accuracy. It was within ± 0.02 mm, and the measurement accuracy was sufficient.

1 管(ねじ付き部材)
1A ねじ部
2 支軸
2A 軸線
3 第1の光学手段
4 第2の光学手段
5 ねじ軸探索手段
6 センタリング手段
7 先端位置検出手段
8 信号処理手段
9 ねじ要素演算手段
10 レーザ変位計
11 光源
12 投光レンズ
13 受光レンズ
14 撮像素子
20 端検出器
21 投光部
22 受光部
23 平行光
30 支持枠
1 Tube (threaded member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A Screw part 2 Support axis 2A Axis 3 1st optical means 4 2nd optical means 5 Screw axis search means 6 Centering means 7 Tip position detection means 8 Signal processing means 9 Screw element calculation means 10 Laser displacement meter 11 Light source 12 Throw Optical lens 13 Light receiving lens 14 Image sensor 20 End detector 21 Light projecting unit 22 Light receiving unit 23 Parallel light 30 Support frame

Claims (4)

フック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状を測定する装置であって、
1つの1次元三角測距方式のレーザ変位計が1つ又は複数のうちの各1つの支軸の軸線上を移動し前記軸線からの光線傾斜角90°±10°で前記ねじ付き部材のねじ部を走査してねじ部の1次プロフィール情報を取得する構成とした第1の光学手段と、
もう1つの1次元三角測距方式のレーザ変位計が前記第1の光学手段と同じ支軸の軸線上を移動し前記軸線からの光線傾斜角50°±10°で前記ねじ部を走査してねじ部の1次プロフィール情報を取得する構成とした第2の光学手段と、
ねじ軸線を光学的に探索するねじ軸探索手段と、
探索したねじ軸線に前記支軸の軸線からの光線傾斜角の定義平面を位置合わせするセンタリング手段と、
前記ねじ付き部材の先端位置情報を光学的に取得する先端位置検出手段と、
前記第2の光学手段のレーザ変位計の照射光がねじ部で多重反射することによって当該レーザ変位計の撮像素子に検出される多重反射光ピークを除去し、前記第2の光学手段からの1次プロフィール情報から2次プロフィール情報を生成する信号処理手段と、
前記第1の光学手段で取得した1次プロフィール情報、および前記第2の光学手段で取得した1次プロフィール情報を前記信号処理手段で信号処理して生成した2次プロフィール情報、および前記先端位置検出手段で取得した管端位置情報に基づいてねじ要素を演算するねじ要素演算手段と
を有することを特徴とするフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定装置。
An apparatus for measuring the thread shape of a threaded member having a hook-like flank portion,
One one-dimensional triangulation system laser displacement meter moves on the axis of each of one or more support shafts, and the screw of the threaded member has a light beam tilt angle of 90 ° ± 10 ° from the axis. A first optical means configured to scan the part and acquire primary profile information of the screw part;
Another one-dimensional triangulation laser displacement meter moves on the same axis of the same spindle as the first optical means, and scans the threaded portion with a light beam tilt angle of 50 ° ± 10 ° from the axis. A second optical means configured to acquire primary profile information of the thread portion;
A screw shaft searching means for optically searching for a screw axis;
Centering means for aligning the defined plane of the light beam tilt angle from the axis of the spindle with the searched screw axis;
Tip position detecting means for optically acquiring tip position information of the threaded member;
The irradiation light of the laser displacement meter of the second optical means is subjected to multiple reflection at the screw portion, thereby removing the multiple reflected light peak detected by the image sensor of the laser displacement meter, and 1 from the second optical means. Signal processing means for generating secondary profile information from the next profile information;
Primary profile information acquired by the first optical means, secondary profile information generated by signal processing of the primary profile information acquired by the second optical means by the signal processing means, and the tip position detection A screw element measuring means for calculating a screw element based on pipe end position information acquired by the means, and a thread shape measuring device for a threaded member having a hook-like flank portion.
前記ねじ要素演算手段は、
前記第1の光学手段による前記1次プロフィール情報と、前記第2の光学手段および前記信号処理手段による前記2次プロフィール情報とを夫々前記第1、第2の光学手段の光線傾斜角に基づき補正し、補正後プロフィール情報を生成する第1の演算手段と、
前記第1の演算手段で生成した前記補正後プロフィール情報を基に、全体プロフィール情報を生成する第2の演算手段と、
前記全体プロフィール情報からねじ要素を算出する第3の演算手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載のフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定装置。
The screw element calculation means includes
The primary profile information by the first optical means and the secondary profile information by the second optical means and the signal processing means are corrected based on the light beam inclination angles of the first and second optical means, respectively. First calculating means for generating profile information after correction;
Based on the corrected profile information generated by the first calculation means, second calculation means for generating overall profile information;
3. The screw shape measuring device for a threaded member having a hook-like flank according to claim 1, further comprising a third computing unit that calculates a screw element from the overall profile information.
請求項1に記載のねじ形状測定装置を用いてフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状を測定する方法であって、
前記ねじ軸探索手段にてねじ軸線を光学的に探索する工程と、
前記探索したねじ軸線に前記支軸の軸線からの光線傾斜角の定義平面を前記センタリング手段にて位置合わせする工程と、
前記先端位置検出手段にて前記ねじ部材の先端位置情報を取得する工程と、
前記第1、第2の光学手段にて前記1次プロフィール情報を取得する工程と、
前記信号処理手段にて前記第2の光学手段からの1次プロフィール情報から前記2次プロフィール情報を生成する工程と、
前記取得した1次プロフィール情報および前記生成した2次プロフィール情報に基づいて前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する工程と
を有することを特徴とするフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定方法。
A method for measuring a screw shape of a threaded member having a hook-like flank portion using the screw shape measuring device according to claim 1,
A step of optically searching for a screw axis by the screw shaft searching means;
Aligning the definition plane of the light beam inclination angle from the axis of the spindle with the centering means to the searched screw axis;
Obtaining tip position information of the screw member by the tip position detecting means;
Obtaining the primary profile information with the first and second optical means;
Generating the secondary profile information from the primary profile information from the second optical means in the signal processing means;
A screw element having a hook-like flank portion, the screw element calculating means calculating a screw element based on the acquired primary profile information and the generated secondary profile information. Shape measurement method.
前記ねじ要素演算手段にてねじ要素を演算する工程は、
前記第1の光学手段による前記1次プロフィール情報と、前記第2の光学手段および前記信号処理手段による前記2次プロフィール情報とを夫々前記第1、第2の光学手段の光線傾斜角に基づき補正し、補正後プロフィール情報を生成する第1の演算工程と、
前記第1の演算工程で生成した前記補正後プロフィール情報を基に、全体プロフィール情報を生成する第2の演算工程と、
前記全体プロフィール情報からねじ要素を算出する第3の演算工程と
を有することを特徴とする請求項3に記載のフック状フランク部を有するねじ付き部材のねじ形状測定方法。
The step of calculating the screw element by the screw element calculation means includes:
The primary profile information by the first optical means and the secondary profile information by the second optical means and the signal processing means are corrected based on the light beam inclination angles of the first and second optical means, respectively. A first calculation step for generating corrected profile information;
A second calculation step of generating overall profile information based on the corrected profile information generated in the first calculation step;
The screw shape measuring method for a threaded member having a hook-like flank according to claim 3, further comprising a third calculation step of calculating a screw element from the overall profile information.
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