JPS60250235A - ねじ表面の検査方法及び検査装置 - 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、ねじ表面の検査方法及び検査装置に係り、特
に、油井用等の使用目的で製造される鋼管等のねじ切削
部の品質検査を自動的に行う際に用いるのに９１適な、
ねじ表面の検査方法及び検査装置の改良に関−４る。

石油掘削等の使用目的で！′１造される１４費には、通
常、その筐長手方向両端にねじが切削加工されており、
使用時には、一般に、両端の管外周面に２− Ｍ４ねじが形成された管と管のねじ部同十を、両端の内
周面に細ねじが切削加工されたカップリングと称Ｊる継
手で接続して使用Ａるか、或いは、片端ずつに、管外周
面に雄ねじが切削加Ｔされたねじ部と管内周面に自ねじ
が切削加Ｔされたねじ部をそれぞれ有覆る管と管とを直
接ねじ込み接続して使用覆るようにされている。

このように油井用鋼管は、管と管とを連続的に接続して
地中深く吊下げて実用に供せられるものであるが、この
場合、管には大きな引張り力が作用しており、特にその
ねじ接続部には一層苛酷な応力が集中Ｊることになる。

従って、このような苛酷な用途に用いられる鋼管のねじ
接続部分の欠陥はΦ大な事故を招く危険性があり、ねじ
切削加工に際しては、充分な品質検査が要求される。

このため従来は、ｕ４管のねじ切削工程において、ねじ
切削後に、各種のねじ要素ゲージを用いて、ねじ有効イ
￥、テーパ、リード、ねじ山高さ、ねじ山形状等の各種
ねじ要素を検査刃るねじ要素検査と、人間の目視により
、ねじ要素検査では発見することができない、ねじ切削
１ｉＩ−げ面のびびり等の微細な品質欠陥を検査する外
観検査とが一般的に行われている。しかしながら、人間
の目視による外観検査では、ねじ切削什モげ面における
微細な品質欠陥を発見することができないことがあると
いう問題点を有していた。

又、従来人手に頼っていたねじ要素検査は、近年、ねじ
部に直接センサプローブを接触させて、ねじ形状を三次
元測定−４ることによって、各種ねじ要素の自動検査が
可能になりつつあり、この分野での自動化は＠速に進歩
しつつある。しかしながら、このようなねじ要素の計測
に関する分野での自動化の進歩に化較して、ねじ切削仕
上げ面の品質検査の分野においては、適当な検査方法や
検査装置が開発又は実用イヒされておらず、その自動化
が著しく遅れており、依然として熟練を要する人間の目
視による外観検査に頼らざるを得ないという問題点を有
していた。

このような問題点を解潤覆る４うのとして、発明者の一
部は、既に特願昭５８−１６７９０１にお＝３− いて、切削加工面に、その切削むらの周期間隔より大き
ｔＩ゛スポット状の光線を照射し、前記切削加工面から
反ＩＪ＝１される散乱光の空間的な輝度の明暗を検出し
て、前記散乱光がおりな（縞状の濃淡模様の有無又は淵
淡強用の空間的な変化から、びびり等の品質欠陥の有無
又は程度を検出することを特徴と−４る切削加工面の性
状検査方法を提案している。

このような切削加工面の性状検査方法によれば、切削加
−「面におけるびびり等の品質欠陥の有無又は程度を確
実に検出力ることができ、自動化も可能となるという優
れた効果を有−４るが、散乱光がおりな−づ縞状の濃淡
模様の有無又は濃淡強度の空間的な変化から、びびり等
の品質欠陥の有無又は程度を精度良く検出覆ることが、
必ずしも容易ではなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消でるべくなされたも
ので、ねじ表面におけるびびり等の品質欠陥の有無又は
程度を高精度で検出でることができ、自動化も可能なね
じ表面の検査方法を提供す４− ることを第１の目的と覆る。

本発明は、又、前記第１の目的に加えて、少ないメモリ
容隼で検査を迅速に行うことができるねじ表面の検査装
置を提供することを第２の目的と覆る。

本発明は、ねじ表面の検査方法において、ねじ表面に、
ねじ軸方向に広がりを有−４る少なくとも１本の帯状光
束を照射し、ねじ表面の照光された部分に発生覆る周期
的な反射パターンを、ねじ軸方向に走査してその画像信
号を得、該画像信号の自己相関演算を行って自己相関画
像信号を形成し、ねじの、ねじ軸を中心と覆る回転中に
該自己相関画像信号内に生ずる変化又は変化量を検出し
て、ねじ表面のびびり等の品質欠陥の有無又は程度を検
出４るようにして、前記第１の目的を達成したものであ
る。

本発明は、又、ねじ表面の検査装置において、ねじ表面
に、ねじ軸方向に広がりを有する、複数の亙いに平行な
帯状光束を窯口・１する照光手段と、ねじ表面の照光さ
れた部分に発生する格子状の反Ｑ］パターンを、ねじ軸
方向に走査してその１ｉｌｎｆｌｉ日を得る陽像手段と
、該画像信号の自己相関演算を行って自己相関画像（，
４１３を形成でる画像相関手段と、ねじ軸を中心として
ねじを回転させるねじ同転手「９と、ねじの回転中に該
自己相関画像信号内に生ずる変化又は変化量を検出覆る
検出手段と、を備え、該検出手段による検出結果から、
ねじ表面のびびり等の品質欠陥の有無又は程度を検出−
４るようにして、前記第２の目的を）￥成したものであ
る。

以下、本発明の詳細な説明−づる。

一般に、ねじのびびりは、その切削過程にお１プる工作
機械本体、切削１月もしくは被加工物の振動によって引
き起こされて発生することが解っている。即ち、びびり
の原因は、工作機械本体（切削１口）と被加工物間の相
対撮動であるが、びびりは、工作機械本体と被加工物系
の自励振動に１止置しているので、−目発生し始めると
１トめることができない。このようイン時、被加工物、
例えば油井用ｗ４管には、ねじ山に沿ってねじ切削方向
に周期的な切削むらが発生し、その周期は、工作機械本
体と被加工物間の相対振動数と切削速度によって変化す
る。又、切削むらの大きさも、工作機械本体と被＋１０
　Ｔ物量の相対振動や（筋幅の大きさによって変化づる
。更に、びびり以外にも、ねじ切削仕上げ而の晶質に影
響を及ぼすものとして、切削下見の幾何学的形状と送り
ｙＩ勅から定まる仕上げ面の幾何学的形状や、切削工具
切刃の稜の持つ微妙な粗さや欠損により仕上げ面に形成
される粗さ曲線等もある。

従って、本発明においては、前駅のようなねじの切削加
丁面の品質欠陥の有無又は程度を検出するに際して、第
１図乃至第３図に示すような原理を用いている。即ち、
例えば片端もしくは両端に切削加工されＩ＝ねじ切削部
を有する鋼管１０のねじ切削部１０△に対して、第１図
に示す如く、面光源２０とスリット付フィルタ２２を組
合わせたもの、あるいは、光源自体に帯状光栄を発生さ
せる機能を持たせたものから、ねｌ；刺ＩＡ方向（第１
図の横方向）に広がりを右する少なくとも１本の　７− 帯状光束を、ねじ軸Ａにほぼ直角な方向から照射し、ね
じ切削部１０Ａでの反則パターンを、水平走査線の方向
がねじ＠Ａ力方向一牧】るように配設されたテレビカメ
ラ２４によって岡影して、画＠信号を胃る。この時、テ
レビカメラ２４は、水平走査方向には移動してもよいが
、垂直方向位置は、ねじ切削部１０Ａに対して不変と覆
る。

このテレビカメラ２４によって倣形される反射パターン
は、スリツｌ−何フィルタ２２のスリットの数で決定さ
れる帯状光束の数が１本である場合には、ねじ軸へ方向
にねじ山のピッチで周期的に明暗が変化する縞状の反射
パターンとなる。又、帯状光束の数が複数本である場合
には、ねじ軸へ方向にねじ山のピッチを有し、ねじ軸Ａ
と垂直な方向（第１図の縦方向）に帯状光束の間隔で定
まる周期で明暗が変化４る格子状の反射パターンとなる
。しかしながら、本発明においては、帯状光束の数は１
本であっても複数本であっても問題ではない１．従って
、以後は、帯状光束の数が複数本である場合を例にとっ
て説明づる。

８− 次に、この状態で、ねじ切削部１０Ａを、ねじ軸Ａを中
心として矢印Ｂ方向に回転させると、反射パターンは、
ねじ＋ｈのピッチに応じてねじ軸へ方向に移動すると共
に、ねじ面のびびりによって、縦方向に移動・変形でる
。従って、例えば第２図（びびりの成分Ｃを含む場合）
に示すような、テレビカメラ２４で撮影された移動変形
中の反射パターンの画像信号を、画像相関手段によって
自己相関処理する。

ここで、両陳の自己相関処理を行っているのは、ねじの
回転中に発生する反射パターンの変化の中から、ねじ山
のピッチに応じた移動変化の影響を取除いて、ねじ面の
びびり等の周期的な品質欠陥による反射パターンの変化
のみを取出すためである。

この＠像信号の自己用８演鐸を行って自己相関画像信号
を形成する画像相関手段としては、例えば、従来から知
られている、超音波光変調器とフーリエ変検光学系を用
いた光学的相関演算を行い、ディスプレイ装置の画面中
央に入力画像の水平定前方向自己相関画像のみを表示層
るものを用いたり、父は、特開昭５７−９１　（１１”
３６で開示されているような、超音波光変調器を右する
光学的相関器によって各水平走査毎の画像出力信号の一
次元自己相関関数を検出し、ディスプレイ両面十で画像
に構成し表示するものを用いることができる。

なお、画像相関手段の種類はこれらに限定されず、画像
の自己相関が可能であれば、その方式は特に問題でない
。

この自己相関処理によって街られる自己相関画像の一例
は、第３図（第２図に対応）に示Ｊ如くであり、この自
己相関画像イ＾月の特徴としては、画面の水平走査線方
向の移動は相関出力画像に現われイ）゛いこと、テレビ
カメラ２４の画角内に入った入力画像の自己相関出力画
像は、入力画像が画角内のどの１１′／置にあっても、
ディスプレイ画面の中央を中心とした！［石対称形に現
われること等がある。３ このような特徴により、反則パターンの自己…関画像は
、ねじ山のピッチによる格子パターンの横移動がなくな
り、目つ、ディスプレイ画面の中央に常時表示される。

ここで、ねじ而がびびり等の欠陥を持たない場合には、
ねじ１０を回転しても帯状光束は一定条件で反則されて
、相関画像は静１−シだ格子パターンとなる。この良品
の相関画像を、以後基準パターンと称°づる。一方、ｈ
じ面にびびりがある場合には、第３図に符号りで示づ如
く、基準パターンにびびりの自己相関パターンが小なっ
て表われ、この相関パターンは、ねじの回転によって、
ランダムな弯形や明暗の点滅を繰返４．、しかしながら
、この自己相関パターンわ基ｔ■パターンと同様に、横
方向に移動することはない。

第３図に示した如く、基準パターンとびびりの相関パタ
ーンとは、ディスプレイ画面内の同一範囲内に表われる
ため、Ｍ？パターンが明確に表われるディスプレイ両面
範囲をフレームメモリ等で記憶しておぎ、各フレーム毎
に同一箇所のＹ４ＩＩｌ￥を比較して、イの変化量の大
小によってびびりを検ＷＪることが可能である。

−］　１− 前記相関パターンは横方向に不変であり、且つ、ねじの
ピッチで決まる周期的パターンとなっている。又、帯状
光束を複数本どした場合には、縦方向に６帯状光束の間
隔で繰返される格子状パターンとなるため、これらの繰
返しの周期で構成される二次元格子の各格子内のそれぞ
れ一定づつを測定し、びびりの検査を行うことも充分可
能である。

この場合には、が１記フレームメモリで画面全体を記憶
しておく必要がなく、メモリの減少化と検査の高速化が
同時に期待できる。

更に又、ねじがテレビカメラの画角内を上下に動くよう
な場合には、相関画像も上下に変１ＩＩ−ｄるので、輝
点検出場所の設定が困Ｉとなるが、基準パターンの輝点
位置とびびりの相関パターンとの相対ｌｉｔ置は殆ど変
わらないので、１！準パターンの輝点を）６跡（れば、
これをＭｌとして、びびりの検出が可能となる。

本発明は、以トのような原理に基づいてなされたもので
ある。

以下、図面を弁照して、本発明が採用されＩＣ鋼１２− 胃管端部のねじ検Ｔ１装置の実施例を詳細にル１明覆る
。

本実施例は、第４図及び第５図に示づ如く、鋼管１０の
ねじ切削部１０Ａの表面に、ねじ−１１方向に広がりを
有（る複数の平行な帯状光束を照ｔＪＪ′するための面
光源２０及びスリット付フィルタ２２と、ねじ表面の照
光された部分に発生づる格子状の反則パターンを、ねじ
軸方向に走査してその画ｆｉｌ　（；ｊ　Ｑを得るテレ
ビカメラ２４と、検査時にねじ軸を中心として鋼管１０
を所定の回転速度で回転させるためのターニングローラ
３０と、前記テレビカメラ２４を制御１１″４るための
カメラコントローラ３２を介して入力される画像イハ号
の自己相関画像を行って自己相関画像信号を形成し、ね
じの回転中に該自己相関画像信号内に生じる変化又は変
化量を検出層る画像信号処理装置３４と、から＋に構成
されている。

図において、３６及び３８は、前記ねじ切削部１０Ａ、
面光源２０、スリット付フィルタ２２及びテレビカメラ
２４に外部光線が侵入するのを防Ｉｆ−４るための下側
暗箱及びト側暗箱、４０は、Ｉｉｉ＋記ト側暗箱３８を
＆ｇＩｌｆｆ１Ｑの外（￥の大小に応じてト下方向に移
動するだめの１−明暗′ｆ？Ｕ昇降装岡、４２は、検査
時に鋼管１０先端のねじ切削部１０Ａを暗箱の中に挿入
覆るための入側テーブルローラ、４４△、４４Ｆ３及び
４６Ａ、４６Ｂは、前駅暗箱内における鋼管１０の先端
位置を検出して、前記入側テーブルローラ４２を制御す
るたＶ）の、投受光Ｑｌｌの２紺の位置検出センサであ
る。

前記画像イｉ月処理装置３４は、例えば第６図に詳細に
示づ如く、カメラ」ントローラ３２から入力される画像
信号の自己相関処理を１１つだめの、例えば特開昭５７
−９１０８６に開示されたようなテレビ画像アナログ相
関駅間３４Ａと、該テレビ画像アナログ相関装置３４Ａ
より出力されるテＬノご画像信号を画像に変換−４るデ
ィスプレイ装置３４′Ｂと、前記テレビ画像アナログ相
関装置３４△から出力される萌出第３図に示したような
テレビ画＠（ｒ＋号より、びびりによる相関値をＭ準パ
ターンから弁別するためのデータ演算装置３４Ｇと、前
記びびりによる相関１直をねじ検査とほぼ同時に表示覆
ると共に、善報を出力するための表示警報装暇３４ｒ）
と、から構成されている。

前記ト側暗箱昇降装置４０は、萌出第４図に詳細に示し
た如く、前記＋側暗箱３８の側面に固着されｌニギャボ
ゝンクス４０Ａと、ト端が該ギヤボックス４０Ａ内のギ
ヤと噛合するようにされたスクリュ４０Ｂと、該スクリ
１４０Ｂを回転づるためのギＡ７ボツクス４０Ｃと、該
ギヤボックス４０Ｃ内のギヤを回転駆ａ−４るための昼
時用モータ４０Ｄと、から構成されている。従って、ｕ
ＡＡｌ２Ｏ外径の大小に応じて、ト側暗箱３８が１下に
移動され、侵入光が極力減らされると共に、ねじ切削部
１０△面ヒの被測定部と、面光源２０、スリット付フィ
ルタ２２及びテレビカメラ２４との距離が調節可能なよ
うになっている。

以下作用を説明する。

すし検査装置の被検査体であるｗ４菅１０は、ヒ流側搬
送装両（図示省略）によって、当該ねじ検査装置の入側
テーブルローラ４２−ヒに搬入され、１５− テーブルローラ駆動モータ（図示省略）によって、暗箱
の中に送り込まれる。暗箱の中には、鋼管１０の先端部
を検出づる位置検出センサ４４Ａ、４４Ｂ及び４６　Ａ
、４６Ｂが配設されており、まず、位置検出センサ４４
Ａ、４４Ｂによる先端部検出により、入側テーブルロー
ラ４２が減速制御され、更に、（ｌ”／　四検出センサ
４６Ａ、４６Ｂによる先端部検出によって、入側テーブ
ルローラ４２が停止制御される。このようにして、ｔＡ
管１０の最先端部が所定の位置にあるように鋼管１０が
停止Ｆされると、鋼管１０の下面が入側テーブルローラ
４２に接触しない高ざまでターニングローラ３０がト昇
して、ｔＡ管１０を所定の回転速度で回転せしめるべく
、ターニングローラ３０が回転する。又、Ｍ４管１０の
外（￥に合わせて、」−側暗箱昇陣装置４０によりト側
暗箱３８が昇降され、面光１１！２０、スリット付フィ
ルタ２２及びテレビカメラ２４の位置も調整され、前記
画像イハ月処理装置３４によりねじ表面の自動検査が行
われる。

ねじ切削部１０Ａの表面検査が行われ、ねじ表　１６− 面の合否判定が１テわれた後、鋼管１０は、入用リテー
ブルローラ４２の逆回転によって、暗箱の外側に搬出さ
れ、他の搬出Ｒｉｂ（図示省略）によって、入側テーブ
ルローラ４２より下流側の搬送ラインに搬出される。

本実施例により得られたｉｉ［ｉｉ＃信号の例を第７図
乃至第１０図に示づ。第７図及び第８図は、びびり等の
品質欠陥のない１８着のねじ部の画像信号を自己相関処
理した結果をディスプレイ装置３４Ｆ３に写したものの
連続画像写真であり、格子状パターンの明暗模様が第７
図と第８図で変化していないことが明らかである。一方
第９図及び第１０図は、ねじ切削面にびびりが発生した
鋼管のねじ部の画＊ｔｇｑを自己相関処理した結果をデ
ィスプレイ装置３４１１に写したものの連続画像写真で
あり、ねじ山のピッチ間隔【よって、発生している格子
状の基本パターンは変化していないが、びびりによる相
関値が基本パターンに重ね合わされており、びびりにに
る相関パターンがねじの回転により変化していることが
明らかである。

本実施例においては、面光源２０、スリット付フィルタ
２２及びテレビカメラ２４を固定し、鋼管１０を回転せ
しめてねじ検査を行うようにしていたので、信号線等を
固定則することができ、構成が簡略である。なお、本発
明によるねじ検査装置の構成はこれに限定されず、鋼管
１０を固定し・、相ηに一体化した面光源２０、スリブ
トイ１フイルタ２２及びテレビカメラ２４を鋼管１０の
回りに回転させるようにしたり、あるいは、鋼管１０と
面光源２０及びスリット付フィルタ２２を固定配向し、
テレビカメラ２４のみを移動させて、ねじ検査を行うよ
うに構成力ることも可能である。

前記実施例においては、本発明が、ｆＡ菅讐端部のねじ
仕トげ而のびびり等の性状検査に適用されていたが、本
発明の適用範囲はこれに限定されず、他の部材のねじ検
査にも同様に適用することができる。又、ねじ検査以外
の他の対象物の検査であってｂ、切削加工面上に周１１
１１４のある欠陥が存在鱒るものであれば、その欠陥の
有無が検出可能であることは明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、ねじ表向における
びびり等の品質欠陥の有無又は程度を、高精度で検出て
ることができ、自動化も可能であるという優れた効果を
有力る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係るねじ表面の検査方法の原理を説
明づるための斜視図、第２図は、ＩｎＩしく、びびりを
含む画像信号の一例を示１線図、第３図は、同じく、第
２図に対応−４る自己相関処理画像信号の一例を示Ｊ線
図、第４図は、本発明が採用されｌ＝鋼管管端部のねじ
検査装置の実施例の構成を示−４断面図、第５図は、第
４図のｖ−ｖ線に沿う断面図、第６図は、前記実施例で
用いられている画像イへ月処理装置の構成を示すブロッ
ク線図、第７図及び第８図は、びびり等の品質欠陥のな
い鋼管のねじ部の画像信号を自己相関処理した結果を示
Ａ連続画際′４′真、第９図及び第１０図は、ねじ表面
にびびりが発生し／、＝　ｕＡ管のねじ部の画ｌＩｊ！
仇弓を自己Ｈ１関処即り、た結果を示′１連続画ｔｉ　
ｗ　Ｐｆである１、 　１９− １０・・・！１４晋、 １０△・・・ねじ切削部、 ２０・・・面光源、 ２２・・・スリット付フィルタ、 Ａ・・・ねし軸、 ２４・・・テレビカメラ、 ３０・・・ターーングローラ、 ３２・・・カメラ」ントローラ、 ３４・・・画像信号処理装貿。 ３４Ａ・・・テレビ画像アナログ相関装置、３４ｔｌ・
・・ディスプレイ装置、 ３４０・・・データ演葬装置、 ３４　ｒ）・・・表示警報装置。 代理人　高　矢　論 （ばか１名） −２０− 第１図 第７図 第６図 第９図 第１０図 昭和５９年特許願第１０６２３４号 ２、発明の名称 ねじ表面の検査方法及び検査装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（１２５）川崎製鉄株式会社 （ほか１名） ４、代理人　〒１６０ 住　所　東京都新宿区西新宿−丁目１２番１１号山　銀
　ビ　ル ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、明細書の図面の簡単な
説明の欄及び図面。 ７、補正の内容 （１）明細書第１８頁第６行から第２０行の［本実施例
により・・・明らかである。」を１本実施例により、び
びり等の品質欠陥のない鋼管のねじ部の画像信号を自己
相関処理した結果、格子状パターンの明暗模様が変化し
ないことが確認できた。 一方、ねじ切削面にびびりが発生した鋼管のねじ部の画
像信号を自己相関処理した結果、ねじ山のピッチ間隔に
よって、発生している格子状の基本パターンは変化しな
いが、びびりによる相関値が基本パターンに重ね合わさ
れており、びびりによる相関パターンがねじの回転によ
り変化することが確認できた。」と改める。 （２）明細書第２０頁第１４行から第２０行の「ブロッ
ク線図、・・・連続画像写真である。」をｒブロック線
図である。」と改める。 （３）図面第７図乃至第１０図を削除する。 広九

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ねじ表面に、ねじ軸方向に広がりを有づる少なく
   とも１本の帯状光束を照射し、 ねじ表面の照光された部分に発生する周期的な反射パタ
   ーンを、ねじ軸方向に走査してその画像信号を得、 該画像信号の自己相関演算を行って自己相関画像信号を
   形成し、 ねじの、ねじ軸を中心とする回転中に該自己相関画像信
   号内に生ずる変化又は変化量を検出して、ねじ表面のび
   びり等の品質欠陥の有無又は程度を検出することを特徴
   とするねじ表面の検査方法。
2. （２）ねじ表面に、ねじ軸方向に広がりを有でる、複数
   の互いに平行な帯状光束を照射する照光手段と、 ねじ表面の照光された部分に発生する格子状の反射パタ
   ーンを、ねじ軸方向に走査してその画像　１− １ハ号を得る搬像手段と、 該画像信号の自己相関演算を行って自己相関画像信号を
   形成する両像相関手段と、 ねじ軸を中心としてねじを回転させるねじ回転手段と、 ねじの回転中に該自己相関画像信号内に生ずる変化又は
   変化量を検出する検出手段と、を備え、該検出手段によ
   る検出結果から、ねじ表面のびびり等の品質欠陥の有無
   又は程度を検出−４るようにされていることを特徴とす
   るねじ表面の検査装置。