JPS5845506A - ネジ要素測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はネジのテーパ、リード、ハイド等のネジ要素の
測定に関し、特に光学的に測定する全く新規な方法及び
その実施に使用する装置に関するものである。

油井管として用いられる鋼管の端部には他の鋼管との接
続のための継手と螺合連結させるべく外周面にネジが形
成される。このネジ部のネジ要素はＡＰＩ規格を満たす
必要があ）、このために一般にはゲージを用いて寸法を
測定することによって算出する方法が広く用いられてい
る。ところがこの方法は人手に頼るところが多く生産能
力に追随し難いという問題があシ、ネジ切シ作業と検査
作業との間に時間差があって不良品の発見が遅れること
による無駄な工程が避けられない等の問題もある。これ
を解消する手段として径方向の後前を可能とした複数の
触子をネジの山、谷に接触させ、その位置を触子に連繋
した差動トランス等の位置検出手段にて検出し、この検
出結果からネジ要素を測定する装置が開発され、市場に
出されているが、測定項目が少く、また装置が大きく、
床面積の限られた既設ラインに設置するのは内錐であり
、しかも著しく高価であるという問題点がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、レ
ーデビーム等の細径光ビームを利用することによシ狭隘
な場所でも正確に種々のネジ要素を測定することができ
る方法及びその実施に使用する装置を提供することを目
的とする。

本発明に係るネジ要素測定方法は、ネジ表面に対し、光
ビームを照射してネジ表面に光スポットを形成し、光ス
ポットとネジとをネジ軸長方向へ相対移動させ、この移
動に因る光スポットのネジの高さ方向の変位を、少くと
も１次元の広がりを有する光検出手段に光スポットを結
像させることによって検出し、この検出結果に基きネジ
要素を算出することを特徴とする。

以下、まず本発明方法の原理を説明する。Ａ４１図にお
いて一点鎖線はネジ１０の軸心線を、点Ａを含み軸心線
に平行な直線１ａはネジ１００山の頂部を結ぶ直線、点
Ｂを含み、軸心線に平行な直線１ｂはネジｌＯの山の谷
部を結ぶ直線を大々表わしている。なお直線１ｍ、ｌｂ
及び軸心線は同一平面に在るものを示している。ｌｔｌ
：レーデ光源であり細径の光ビーム（レーザビーム）を
ネジの軸心線に向けて投射し、ネジ表面に光スポットを
形成させる。点Ａ１点Ｂは光ビームがネジの山、谷の夫
々に光スポットを形成した場合の位置を表している。（
従って直線１ｍ、ｌｂは光ビームとネジ軸心線とによっ
て規定される平面のものを表している。）光ビーム投射
方向は、その光軸とネジ表・５゛ 面とのなす角度ｉが９０＠±θとなるように選定される
＠このθの値は油井管用鋼管のネジの場合は２８°であ
シ、他のネジでも略々同様の値となる。

重要なことはネジの山部、谷部に高輝度の光スポットを
形成し得ること、この光スポットがネジ切削面（傾斜面
）の光スポットと区別して捉えられるようにすることで
ある。また光ビームの径は山部、谷部の幅寸法と測定精
度によって決定されるが、山部、谷部が１００声讃以上
のラクンド・ネジの場合で、ビーム径２０）ｓ＋ｇで十
分な測定精度が得られる。

次に上述の光スポットの受光系について説明する。２＃
′ｉ元検出素子であって、リニアダイオードアレイ、１
次元型半導体装置検出器等、明スポットの１次元的位置
情報を得ることができるものを用いる。そしてその長手
力量、つまり１次元位置検出方向をネジ軸心線と平行に
している。３は結像レンズであって、ネジ表面の光スポ
ットを光検出菓子の感光面上に明スポットとして結像さ
せるべくその光軸をネジ軸心線と垂直になるように配置
している。このような配置にしてネジ１０を−その軸長
方向へ移動させると光スボツ）Ｈその形成゛部位に応じ
て、即ちネジの形状に応じてその位置を変じる。ａ〆９
０＠であれば光スポットが山部に形成されている場合と
谷部に形成されている場合との、レンズ光軸方向（ネジ
の高さ又は深さ方向）の変位ノｈ（ネジのハイドに相当
）はレンズ軸長方向への変位として光検出素子２に捉え
ることができる。即ちＡ点、Ｂ点の光スポットは光検出
素子２のＡ′点、ＩＩＬＫ結像されて明スポットとなる
。

この人′Ｗ点間寸決はノｈを代表する数値であり、その
換算はαの角度、レンズの倍率等によって定まる係数を
乗じることによって行われる。

一方、山部、谷部の光スポットはネジ斜面での光スポッ
トよシも高輝度スポットとして光検出素子２に捉えられ
るから、このような光スポットが得られる時間的情報と
ネジの軸長方向移動量に関する情報とを関連づけること
Ｋよってネジのリードが求められる。例えばＡＩ：ＬＫ
相当する光スポットを得たあと次のネジの山のＡ、ａＫ
相当するスポットを得る迄の間のネジ移動量がリードと
なる。

そしてこのようにして得られるリードと、ノｈ１つまシ
バイトとからテーバが算出されることになる。第２図は
ネジの断面形状と光検出素子２の出力との関係を模式的
に表わしたものであり、縦軸には出力レベル（山部のＡ
点での出力は低レベルに、谷部のＢ点での出力は高レベ
ルに現れる）を。

また横軸には時間（ネジを等速移蛸している場合は光ス
ポットが形成されているネジの軸長方向位置に相当）を
とって示している。出力のピークの差は男スポットＡ′
、Ｂ′点間寸法を表わすデータとなっており、これに所
定の換算係数を乗じることＫよりｊｈ即ちハイドが得ら
れる。またピーク部分の横軸座標データからリードが、
またこのり−ド七上記ハイドからテーパが求められる。

次に本発明方法をこれを実施するための装置を表す図面
に基き具体的に説明する。第３図は油井管製造ラインに
おける本発明装置の配置状憩を示しておシ、製管ライン
から軸長方向に送られてきたパイプ３０はまず一端がネ
ジ切り機３１にてネジ切りされ、次いで本発明装置４（
ｌてそのネジ形状が測定され、次いでパイプ他端がネジ
切シ機３２にてネジ切りされ、ネジ切り機３２と同側に
配された今一台の本発明装置４０にてそのネジ形状が測
定され、その後出荷２インへ搬出され、また測定結果が
不良のものについては搬出ラインから外されていく。

第４図は本発明装置の模式的構成図であって、第３図に
示すパイプ３００横送シラインの側方に位置させである
。

測定装置本体４１は水平定置されるパイプ３０の一側方
に位置して、前述の原理説明とは逆にこの測定装置本体
４１をパイプ３０の軸長方向に移動させるべくその支持
、走査機構を構成しである。

測定装置本体４１は第５図に示すようにＨｅ−Ｎｅレー
デ４１Ｊｌから発したレーデビームをレンズ４１ｂにて
例えば２０声ｇ＃１程度に絞り□、パイプ３ｏのネジ部
３０ａ　ＩＩＣ対して角度αをなすように投射せしめ得
、これからの反射光をレンズ４１ｃＫよって受けて、こ
れを光検出素子（例えば浜松テレビ族の１次元型半導体
装置検出器５１３５２）　＋ｔａ上にスポットを形成せ
しめ得るようにしてあり、光検出素子４１ｄ上の明スポ
ット位置を麦わす第２図に示す如きアナログ信号を光検
出素子４１ｄに接続した信号処理回路４１ｅから得、こ
れを演算制御部５０へ与えるようにしている。

演算制御部５０は信号処理回路４１ｅ出力を一定周期で
アナログ／ディジタル変換して明スポット位置に関する
データを取込む。このような測定装置本体４１の支持、
走査機構は、これをパイプ３０の一側にて支持していて
、パイプ３０に対して接近、離隔せしめるＸステージ４
２、Ｘステージ４２を支承すると共に、Ｘステージ４２
を測定装置本体４１と共にパイプ軸長方向へ移動させる
Ｘステージ４３、とのＸステージ４３を支承して上下動
させる、即ち２方向に移動させる昇降装置１４４を備え
ている。Ｘステージ４２．Ｘステージ４３及び昇降装置
４４は込ずれも各方向への駆動手段４２ａ、　４３ｍ、
　４４ｇ及び位置検知手段４２ｂ、　４３ｂ　。

４４ｂを備え・ている。Ｘステージ４２及び昇降装置４
４はパイプ径に応じて測定装置本体４１の位置を調整す
るものであシ位置検知手段は簡略なもの、例えば複数の
マイクロスイッチを組合せてなるものでよいが、Ｘステ
ージ４３はパイプの軸長方向の走査に係るものであるか
ら位置検知手段４３ｂとしては例えば磁気式デイジタル
スグール、インダクトシン等、メ隋オーダでの測定精度
を有するものる用いる。またＸステージ４３の駆動手段
４３ａもＸステージ４３を定速駆動できるものが望まし
いＯ 演算制御部５０は後述する演算処理を行う外に、パイプ
のロット４１：応じて予め与えられているデータに基き
、パイプ３０が測定域まで搬入された後、駆動手段４４
ａを駆動して昇降装置４４を所定高さまで上昇させて光
ビームＬＢがパイプ軸心線を含む水平面に位置し得るよ
うになし、次いで駆動手段４２ａを駆動して、パイプ外
径に応じた位置にＸステージ４２を停止させる０そして
ネジ要素測定のためにＸステージ４３をパイプの軸長方
向に移動させ、測定後は各駆動手段を逆順忙、また逆方
向に駆動してそのパイプの搬出、次順のパイプの搬入の
ために退避させる。同仕様のパイプの測定を継続する場
合等においては昇降装置４４はその高さを維持させたま
までよい。その他５１はＣＲＴを用いた表示部、５２は
プロッタ、プリンタ等の記録部であって、演算制御部５
０から得られる測定結果を表示し、また記録する。また
特には図示しないが、測定装置本体４１と被測定物たる
パイプ３０との位置合せを正確に行わせるために、パイ
プ３０の中心位置出しを行わせるチャック等を設けるの
がよい。

而して演算制御部５０＃−ｔ：ネジのＸ方向データ（ネ
ジの高さ方向データ）を前述のようにして光検出素子４
１ｄから取込む。光検出素子４１ｄ上での明スポット位
置情報そのものはＹ方向データであるが、このデータは
ネジのハイドΔｈ等、Ｘ方向データであることは言うま
でもない。このＸ方向データと同期させて、演算制御部
５０は位置検知手段４３ｂからＹ方向（ネジの送シ方向
）のデータをも取込む。

そしてこれら両データを一組として対応させてそのメモ
リに順次格納していく〇 第６図はこのメモリ内容を概念的に示しており、Ｎ、　
Ｖ！データの番号を、ＸｉはそのＸ方向データを、ｙｔ
はそのＹ方向データを夫々示している。演算はこれらの
データを読出して次のステップで行っていく。

（１）　　Ｘｔを所定レベルＬｌ（第２図参照）と比較
し、これより大きいデータが得られた場合はその後連続
して得られるＬ８よシ大きい複数のデータを加算し、そ
の平均ｘＬ１を求める。第６図の例ではＸｊ〜ｘｊすが
Ｌｌよシ大である連Ｒで一夕であるのでＸＬ、　＝　（
Ｘ４　＋Ｘ１＋＊　・”Ｘ１＋ｎ　）　／　（ｎ＋　１
　）　　＝（ｌ）となる。このＸＬ、は谷部のＸ方向位
置を表わすデータである。

（２）　　次に上述した連続データの最初と最後のデー
タにつきそのＹ方向データの中央値ＹＬ□を求める。

ＹＬ、　＝　（Ｙｊ十Ｙ３＋６　）　／　２　　　　　
　　・・・（２）このＹＬｌは谷部中心のＹ方向の位置
を表わす。

これはＹｊ〜、Ｙｊアの総和を（ｎ＋１　’）で除した
平均値によって求めることとしてもよい。

（３）　　ｘ１４Ｉ、＝”ｔ’ある場合は所定レベルＬ
ｘ　（Ｌｌ　＜　Ｌｌ　。

４！１２図参照）と比較し、これよシ大きいデータが得
られた場合はその後連続して得られるＬｔより大きい複
数のデータを加算し、その平均Ｘ員を求める。第６図の
例ではＸＩ（−Ｘｋ＋ｍがＬ２より大（但しＬｌより小
）である連続データであるのでＸＬ、＝（Ｘｈ＋Ｘ１＋
ｔ＝４ｓｕｍ）／（ｍ＋１）　　　・＝（３）となる。

このＸＬ、は山部の位置を表わすデータである。

（４）　　次に上述した連続データの最初と最後のデー
タにつきそのＹ方向データの中央値ＹＬ２を求める。

ＹＬ、　−（Ｙｋ＋Ｙｋ＋ｍ　）　／　２　　　　　　
・・・（４）このＹＬ、は山部中心のＹ方向の位置を表
わす。

Ｙｋ−Ｙｋ令、の平均値を求めてＹＬ、としてもよいこ
とは勿論である。

（５）　　このような処理を光ビームＬＢが管端から外
れてその反射光が得られなくなる迄反復実行させ、算記
憶する。

そして相隣するＸＬｌとＸＬ、との差の演算によシバイ
トを、相隣するＹＬ、（又Ｆｉ、ｙＬ、　）相互の差の
演算によりリードを、これらハイド及びリードか式によ
りテーパを夫々求め、 表示部５１．記録部５２へはネジ山部の演算値、ネジ部
全体についての平均値等を表示、記録させる。

なお油井管用のネジにおいてはベベル（管端のテーパ一
部分？面の軸心線に対する角度）の測定も要求されるが
、前述した如く光ビームＬＢが管端から外れる直前のＸ
方向及びＹ方向のデータと、これに最も近いネジ山部分
によって得たデータとから上記ベベルを算出することが
可能である。

また光検出素子４１４の出力、或は光学系の配置によっ
て、測定装置本体４１からの出力波形は第２図に示した
ものに限らすに種々の形態を取シ得るが１演算は゛山、
谷のｘ、Ｘ方向位置を特定できるように適宜にプログラ
ムを作成して実行させればよい。

以上詳述した如く本発明による場合はネジ要素の測定が
自前的に行えるので検査速度が大幅に向上し、検査工程
が生産能率を向上する上での隘路となっていたという問
題点が解決され、また省力化がｏＴ能となり、更に検査
結果を速やかにネジ切り機へフィードバックすることが
できるので歩留りも向上する。更に検査精度はゲージを
用いる方法とは異り、検査者の投信に左右されることな
く、安定し且つ向上する。しかも本発明装置５は小型で
あるので既設ラインに追加設置することが容易であり、
前述の触子方式のものと比して安価である等本発明は優
れた効果を奏する。なお本発明は光ベンダの使用により
内ネジにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は測定信号を示す
説明図、第３図は本発明装置の配置状態を示す平面レイ
アクト図、第４図は本発明装置の全体を示す略示図、第
５図は測定装置本体の模式図、第６図はメモリの記憶内
容を示す概念図である。 １・・・レーザ光源　２・・・光検出素子　３・・・結
像レンズ　４１・・・測定装置本体　４１ａ・・・Ｈｅ
−Ｎｅレーデ４１ｂ、　４１ｃ・・・レンズ　４１ｄ・
・・光検出素子　４１ｅ・・・信号処理回路　４２・・
・Ｘステージ　４３・・・Ｙステージ　４３ｂ・・・位
置検知手段　５０山演算制御部特　許　出　願　人　　
　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　河　野　登
　夫 ′４１　閏 築２図 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ネジ表面に対し光ビームを照射してネジ表面に光
   スポットを形成し、光スポットとネジとをネジ軸長方向
   へ相対移動させ、この移動に因る光スポットのネジの高
   さ方向の変位を、少くとも１次元の広がりを有する光検
   出手段に光不ポットを結像させること忙よって検出し、
   この検出結果に基き゛ネジ要素を算出することを特徴と
   するネジ要素測定方法。 ２、測定対象のネジの表面に対して光ビームを照射し、
   ネジ表面に光スポットを形成せしめる光スポツト形成手
   段と、 少くとも１次元の広がりを有し、明スポットの１次元位
   置を特定する電気的出力を得る光検出手段と、 前記光スポットを光検出手段に明スポットとして結像さ
   せる光学手段と、 測定対象のネジと、前記光スポツト形成手段、光検出手
   段及び光学手段を含む光学系とをネジの軸長方向へ相対
   移動させる手段と、測定対象のネジと前記光学系との相
   対位置を検出する位置検出手段とを具備し、 前記光検出手段及び位置検出手段の検出結果を関連づけ
   てネジ要素を測定するようにしたことを特徴とするネジ
   要素測定装置。