JP2016027320A

JP2016027320A - ねじ寸法自動測定システム

Info

Publication number: JP2016027320A
Application number: JP2015105665A
Authority: JP
Inventors: 八三一北尾; Yasakazu Kitao
Original assignee: Nissan Screw Co Ltd
Current assignee: Nissan Screw Co Ltd
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-02-18
Also published as: KR20150146458A; TW201606261A; TWI567363B

Abstract

【課題】ねじの測定において、ねじを一度セットするだけで、ねじに関する各種寸法を自動的に測定できるようにすることである。
【解決手段】ねじ寸法自動測定システム１０は、ねじを測定対象ワークとして、ワークのおねじの軸方向の一方端を把持する把持部６８と、把持部６８を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部６２と、把持部６８によっておねじの軸方向の一方端が把持されたワークの寸法を光学的に非接触的に計測する光学的計測装置３２と、光学的計測装置３２を把持部６８に対し相対的に軸方向に沿って移動するＹステージ２６と、ワークの軸方向及び軸周りの寸法を算出して出力する演算制御装置１００とを備え、演算制御装置１００は、ワークのねじ山に関する寸法及びねじ谷に関する寸法を算出するねじ径算出部１１０と、ワークの軸方向に沿った全長を算出する全長算出部１１２とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ねじ寸法自動測定システムに係り、特に、ねじに関する各種寸法を自動的に測定できるねじ寸法自動測定システムに関する。

ねじ製造メーカでは、製造されたねじを予め定めた規格を満たす製品として出荷するためにねじの各種寸法測定を行う。ねじの各種寸法にはそれぞれ規格があり、これらの規格に対する計測のために、マイクロメータ、ノギス、ねじゲージ等の多種多様の計測機器を使い分けながら、計測のほとんどにおいて検査員の手作業によるねじ寸法検査が行われる。ねじ１本には１０以上の管理すべき寸法があり、これらの寸法の測定にはそれぞれ異なる計測機器が用いられ、その検査結果は検査表に作業員の手書きによって記録される。

このようなねじ寸法測定には多大の手間と時間を要するので、いくつかの自動測定方法が提案されている。例えば、特許文献１には、ねじ検査装置として、ねじの頭部をチャックユニットで固定し、ねじ部に発光器から平行光線を照射し、ねじ部に対し発光器と逆の側に設けた受光器によってねじ部の明暗映像を取得し、ねじ部の取得映像に対してコンピュータにより計算を行ってねじの長さ、径幅、ねじ山等の測定情報を表示することが開示されている。発光器と受光器はねじ部の軸方向に沿って移動でき、ねじの頭部を回転してねじ部の向きを変えることでねじの外周を３６０度に亘って検査できると述べられている。

特許文献２には、ねじ形状測定装置として、光をねじの螺旋に平行に照射する光源と、光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみを結像させるテレセントリックレンズを用い、ねじの軸に直交する方向の１次元画像を取得するラインセンサを有する撮像装置を有するものが開示されている。ここでは、走査によってねじ溝について複数の１次元画像を取得し、これらを合成してねじの形状を測定する。

特開２０１２−１１２９２９号公報特開２０１０−２１０２９２号公報

従来技術では、ねじ部の寸法関係の自動測定が提案されているが、ねじ部以外のねじの各種寸法の測定については述べられていない。例えば、頭部付ねじの場合、頭部の形状寸法、頭部とねじ部の間の首下部における曲率半径、頭部に設けられる頭部穴の深さ等について述べられていない。また、ねじの軸周りの寸法測定では、ねじを軸周りに回転させる必要があり、この回転と測定を連続的に行うことが難しい。特許文献１では、ねじの外周を３６０度に亘って検査するために、チャックユニットによる頭部の固定を一旦外し、頭部を回転させて再びチャックユニットによって頭部を固定し直すので、回転と測定を連続的に行うものではない。

本発明の目的は、測定対象ワークであるねじを一度セットするだけで、ねじに関する各種寸法を自動的に測定できるねじ寸法自動測定システムを提供することである。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムは、ねじを測定対象ワークとして、ワークのおねじの軸方向の一方端を把持する把持部と、把持部を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部と、把持部によっておねじの軸方向の一方端が把持されたワークの寸法を光学的に非接触的に計測する光学的計測装置と、光学的計測装置を把持部に対し相対的に軸方向に沿って移動する軸方向移動部と、ワークの軸方向及び軸周りの寸法を算出して出力する演算制御装置と、を備え、演算制御装置は、ワークのねじ山に関する寸法及びねじ谷に関する寸法を算出するねじ径算出部と、ワークの軸方向に沿った全長を算出する全長算出部と、を含むことを特徴とする。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、把持部は、円板状の外形を有するアダプタであって、ワークのおねじの先端部をねじ込んだときに、ワークの軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するアダプタと、アダプタの外周側面を少なくとも３点で挟持して固定する締付チャックと、を含むことが好ましい。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、アダプタは、ワークのおねじのねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有する基準めねじが刻まれたリングゲージと、リングゲージの基準めねじに噛み合うおねじが突き出る一方端面を有する円板状のホルダと、を有し、ホルダの円板形状は、ワークのねじ寸法に関わらず共通の形状であることが好ましい。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、軸方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な面をＸＺ平面として、ＸＺ平面に平行な上面を有する基台を備え、把持部は、基台の上面に軸方向周りに回転可能に設けられ、軸方向移動部は、光学的計測装置が搭載される移動テーブルであって基台に対しＹ方向に沿って任意のＹ位置に移動可能な移動テーブルを含み、光学的計測装置は、ワークの軸方向及び軸周りの寸法を測定する画像投影部を含むことが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、画像投影部は、ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置され、光源からの平行光線を受けてワークの影となる投影形状について光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、を有することが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、演算制御装置は、投影撮像カメラによって撮像されたワークの投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの２次元データに変換し、ビットマップの２次元データの各データを所定の閾値を用いて白黒に２値化する輪郭データ算出部を含むことが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、輪郭データ算出部は、予め定めたノイズ判断基準に基づき、白黒の２値化の境界におけるデータについてワークの断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去するスムージング化処理を行ってねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを求めるものであり、ワークをＹ軸周りに３６０度回転させたときの所定の角度間隔毎についての輪郭データに基づいてワークの軸方向及び軸周りの寸法を算出して出力することが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、Ｚ方向に沿って投影撮像カメラを移動する合焦移動部を含み、演算制御装置は、ビットマップに変換する前処理として、投影撮像カメラによって撮像されたねじの投影形状データが白データから黒データに遷移するエッジ領域において、投影形状データの白黒境界において最大値を取るように予め定めた評価関数を用い、合焦移動部によって投影撮像カメラをＺ方向に移動させながら各Ｚ位置における評価関数の値を求め、評価関数の値が最大値となるＺ位置を合焦位置として投影撮像カメラのＺ方向位置を固定する合焦位置算出部を含むことが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、演算制御装置は、ワークの所定の角度間隔毎における輪郭データについてワークのＹ軸周りの寸法の測定データの群を求め、予め設定した下限閾値から予め設定した上限閾値までの範囲から外れる前記寸法の測定データを除外して、前記寸法の測定データの残りの群に基づいてＹ軸周りの寸法についての値を算出し出力装置に出力させることが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、演算制御装置は、白黒の２値化の境界におけるデータについて、ワークをＹ軸周りに回転させたときに得られる所定の角度間隔毎の輪郭データにおいて、ワークのＹ方向に沿って連続した測定データの軌跡に予め設定した所定周波数についてのローパスフィルタを行うことによりスムージング化処理を行うことが好ましい。

また、本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、演算制御装置は、白黒の２値化の境界におけるデータについて、ワークをＹ軸周りに回転させたときに得られる所定の角度間隔毎の輪郭データについて、ワークが所定角度ずつずれることに基づくＹ方向のずれを予測し、ワークのＹ軸周りの角度に対応して予測したずれで補正した複数の点から予測される点のＸ方向位置の軌跡にローパスフィルタを行い、フィルタ処理後の輪郭データを生成し、フィルタ処理後の輪郭データに基づいて前記ワークのＹ軸周りの寸法についての値を算出して出力装置に出力させることが好ましい。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、ワークが頭部とねじ軸部とを有し、頭部に締付工具用の回し溝または回し穴を有する頭部付ねじであり、光学的計測装置は、ワークの頭部穴の深さを測定する頭部計測部を含むことが好ましい。

本発明に係るねじ寸法自動測定システムにおいて、頭部計測部は、ワークの頭部穴の形状をＸＺ平面に平行な撮像面上で撮像する頭部撮像カメラと、ワークのＹ方向に対し所定の傾斜角度で、ＸＺ平面上で直線状に延びるビームをワークの頭部の上面と頭部穴の底面とに跨って照射するレーザ光源と、を有し、演算制御装置は、頭部撮像カメラの撮像データに基づいてワークの頭部寸法を算出する頭部寸法算出部と、レーザ光源から照射される直線状のビームが頭部上面と頭部穴の底面とに投影される投影位置をそれぞれ頭部撮像カメラによって検出し、検出されたそれぞれの投影位置のＸＺ平面上における食い違い量と所定の傾斜角度とに基づいて頭部穴の深さを算出する頭部穴深さ算出部を含むことが好ましい。

上記構成によれば、ねじ寸法自動測定システムは、測定対象ワークであるおねじの軸方向の一方端を把持する把持部を有し、把持部を軸方向周りに３６０度回転駆動させ、ワークの寸法を光学的に非接触的に計測する光学的計測装置を把持部に対し相対的に軸方向に沿って移動する。これによって、測定対象ワークであるねじを把持部に一度セットするだけで、ワークの軸方向及び軸周りの各種寸法を自動的に測定できる。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、把持部は、円板状の外形を有するアダプタであって、ワークのおねじの先端部をねじ込んだときに、ワークの軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するアダプタを有する。これによって、ワークを軸周りに回転させても安定した測定を行うことが出来る。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、アダプタは、ワークのおねじのねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有する基準めねじが刻まれたリングゲージを有する。リングゲージの基準めねじは正確なめねじ形状を有するので、ワークが良品であればその完全ねじ部を基準めねじに１ピッチ程度噛み合わせることで、ワークの軸方向がぶれないようにしっかりと固定できる。また、リングゲージの基準めねじに噛み合うおねじが一方端面側から突き出す円板状のホルダを有し、ホルダの円板形状は、ワークのねじ寸法に関わらず共通の形状であるので、この共通の形状を締付チャックで挟持することで、各種呼び寸法のねじの測定に容易に対応できる。

また、ねじ寸法自動測定システムは、ＸＺ平面に平行な上面を有する基台の上面に把持部が軸方向周りに回転可能に設けられ、基台に対しＹ方向に沿って任意のＹ位置に移動可能なＹテーブル上にワークの軸方向及び軸周りの寸法を測定する画像投影部を含む光学的計測装置が搭載される。このように、把持部を軸周りに回転させ、ＹテーブルをＹ方向に沿って移動させることで、画像投影部を用いてワークの軸方向及び軸周りの寸法を自動的に測定できる。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、画像投影部は、ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置される平行光線光源と、ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置されるテレセントリック光学系の投影撮像カメラを有する。これによって、ワークの外形データを正確に取得できる。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、演算制御装置は、投影撮像カメラによって撮像されたねじの投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの２次元データについて、白黒の２値化の境界におけるデータについてねじの断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去したねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを求める。これによって、ワークに付着したゴミ等によるノイズをソフトウェア処理によって除去できるので、ワークの軸方向及び軸周りの寸法を正確に算出して出力することが出来る。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、投影撮像カメラによって撮像されたねじの投影形状データが白データから黒データに遷移するエッジ領域において合焦位置を算出する。一般的なオートフォーカスは、対象物の表面に合焦することが出来るが、ねじの輪郭プロファイルは、軸状の直径のエッジのプロファイルであるので、合焦位置がきわめて狭い。上記構成では、投影形状データの白黒境界において最大値を取るように予め定めた評価関数を用いるので、合焦位置を正確に求めることが出来る。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、ワークの所定の角度間隔毎における輪郭データについてワークのＹ軸周りの寸法の測定データの群を求め、予め設定した下限閾値から予め設定した上限閾値までの範囲から外れる軸周りの寸法の測定データを除外して、Ｙ軸周りの寸法の測定データの残りの群に基づいてＹ軸周りの寸法についての値を算出する。これにより、ねじに異物が付着した場合でもより精度よくＹ軸周りの寸法についての値を算出できる。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、ワークが頭部付ねじの場合には、投影形状データでは頭部穴の測定ができないので、光学的計測装置は、画像投影部とは別に、ワークの頭部穴の深さを測定する頭部計測部を含む。これによって、頭部穴の測定についても非接触の光学的計測を行うことが出来る。

また、ねじ寸法自動測定システムにおいて、穴深さの計測は、ワークのＹ方向に対し所定の傾斜角度で、ＸＺ平面上で直線状に延びるレーザビームをワークの頭部の上面と頭部穴の底面に跨って照射すると、この直線状に延びるビームは、頭部の上面と頭部穴の底面とで投影位置が穴深さに応じてずれて食い違うことを利用する。これによって、頭部穴の深さについてゲージ等を用いずに非接触の光学的計測によって行うことが出来る。

本発明に係る実施の形態のねじ寸法自動測定システムの構成図で、ねじ寸法自動測定装置の正面図である。図１のねじ寸法自動測定装置について、図２（ａ）は左側面図であり、（ｂ）は上面図である。本発明に係る実施の形態のねじ寸法自動測定システムの把持部と把持される測定対象ワークであるねじを示す図である。図３（ａ）は、締付チャックの側面図であり、（ｂ）は、アダプタの側面図であり、（ｃ）は、測定対象ワークのねじを示す図である。（ｄ）はアダプタの分解図である。（ｅ）から（ｇ）は、（ａ）から（ｃ）に対応する上面図である。呼び寸法が異なる測定対象ワークごとのアダプタを示す図で、図４（ａ）は、Ｍ１２のねじ用のアダプタを示す図で、（ｂ）は、Ｍ６のねじ用のアダプタを示す図で、（ｃ）は、Ｍ３のねじ用のアダプタである。本発明に係る実施の形態のねじ寸法自動測定システムにおける測定の手順を示すフローチャートである。図５の測定手順に対応する測定箇所を示す図である。図６（ａ）は、側面図における測定箇所を示し、（ｂ）は、上面図における測定箇所を示す図である。図５における頭部穴深さの測定を示す図である。図７（ａ）は、測定対象ワークにおいて任意の把持状態にある図であり、（ｂ）は、(ａ)の状態から測定対象ワークを軸周りに回転させた状態を示す図であり、（ｃ）は、レーザ光源を測定対象ワークに対してＹ方向に位置を移動させて頭部穴深さを測定する状態を示す図である。本発明に係る実施の形態のねじ寸法自動測定システムにおいて、合焦位置の算出方法を示す図である。図８（ａ）は、ねじの輪郭の投影状態を示す図で、（ｂ）は、投影撮像カメラの焦点位置がＡからＥのときの撮像された白黒状態を示す図で、（ｃ）は、白黒状態の変化を階調値Ｉの変化で示す図で、（ｄ）は、階調値ＩのＺ位置に対する微分波形を示す図で、（ｅ）は、（ｄ）の波形の半値幅のＺ位置に対する関係を示す図である。本発明に係る実施の形態のねじ寸法自動測定システムにおいて、輪郭プロファイルのノイズ除去方法を示す図である。図９（ａ）は、輪郭追跡処理のルールを示す図であり、（ｂ）は、測定対象ワークについて輪郭追跡処理を行って得られたねじ輪郭プロファイルであり、（ｃ）は、（ｂ）からノイズを除去した輪郭データを示す図である。図５において、首下Ｒの測定を示す図である。図１０（ａ）は、測定対象ワークの首下部の輪郭データを示す図で、（ｂ）は、首下Ｒの測定方法を示す図である。図５における山径の測定を示す図である。図１１（ａ）は、測定対象ワークの軸方向に沿った輪郭データを示す図で、（ｂ）は、（ａ）の山部の輪郭データの回帰線を求める図で、（ｃ）は、山径の算出方法を示す図である。図５における谷径の測定を示す図である。図１１（ａ）は、測定対象ワークの軸方向に沿った輪郭データを示す図で、（ｂ）は、（ａ）の谷部の輪郭データの回帰線を求める図で、（ｃ）は、谷径の算出方法を示す図である。頭部穴深さの別の測定方法を示す図である。図１３（ａ）は、頭部穴に所定の頭部穴用基準ビットを挿入した状態を示す側面図で、（ｂ）は、（ａ）に対応する上面図である。呼び寸法が異なる測定対象ワークごとの頭部穴用ビットを示す図で、図１４（ａ）は、Ｍ１２のねじ用の頭部穴用ビットを示す図で、（ｂ）は、Ｍ６のねじ用の頭部穴用ビットを示す図で、（ｃ）は、Ｍ３のねじ用の頭部穴用ビットを示す図である。本発明に係る実施形態の別例のねじ寸法自動測定システムを構成するねじ寸法自動測定装置の主要部の正面図である。図１５のねじ寸法自動測定装置の右側面図である。図１５のねじ寸法自動測定装置について、図１７（ａ）は上面図で頭部撮像カメラを右側に退避させた状態を示す図であり、（ｂ）は頭部撮像カメラを撮像位置に移動させた状態を示す上面図である。図１５のねじ寸法自動測定装置の上面図で頭部撮像カメラを省略した図である。図１５の左側面図において、ビット掴みユニットを示す図である。本発明に係る実施形態の別例のねじ寸法自動測定システムにおいて、輪郭データを算出した後、所定角度において山径及び谷径を算出する方法を示す図で、図１２（ｃ）の拡大図である。図２１（ａ）は、所定角度における山径ｄmax及び谷径ｄminの測定データを曲線で結んで、角度θとの関係で示す図であり、（ｂ）はねじであるワークの軸方向一部の断面図である。所定角度における山径ｄmaxの測定データと測定データの個数との関係において、理想モデルの場合（ａ）と、１例において所定範囲から外れた測定データを除外する場合（ｂ）とを示す図である。ワークの所定角度における輪郭データにローパスフィルタを行う場合において、ワークの１次的なねじ輪郭プロファイル（ａ）と、フィルタ処理後の２次的なねじ輪郭プロファイル（ｂ）とを示す図である。ワークの所定角度における輪郭データを求める際にローパスフィルタによりＸ方向についての異常部分の除去を行う場合において、ワークを所定角度ずつ回転させた場合における１次的なねじ輪郭プロファイルの変化を示す図である。（ａ）は、ワークの輪郭プロファイルの一部の点において、所定角度におけるＸ方向位置についての軌跡にローパスフィルタにより異常部分の除去を行う場合において、フィルタ処理前の軌跡（ａ）と、フィルタ処理後の軌跡（ｂ）とを示す図である。ワークを固定するためのアダプタの別例を示している図４に対応する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、測定対象ワークとして、ねじの呼びがＭ３で呼び長さが３０ｍｍの六角穴付きボルトを主として述べるが、これは説明のための例示である。ねじの種類としてはメートル並目ねじの他に、メートル細目ねじ、管用テーパねじ、管用平行ねじ、ウイットウォース並目ねじ、ユニファイ並目ねじ、ユニファイ細目ねじ、ミニチュアねじ、メートル台形ねじであってもよい。また、呼び長さは３０ｍｍ以外のものであってもよい。頭部穴は頭部に設けられる締付工具用の回し溝または回し穴で、六角穴の他に、すりわり（マイナス溝）、十字穴、プラスマイナス穴、四角穴、トルクス（登録商標）やその改良版であるトルクス・プラス（登録商標）等の六角星形の穴であるヘクスローブ穴、三角穴であってもよい。また、頭部を有しなくてもよく、頭部を有しても頭部穴を有しないものでもよい。

以下で述べる形状、寸法、材質、測定箇所等は、説明のための例示であって、ねじ寸法自動測定システムの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施の形態のねじ寸法自動測定システム１０の構成図である。ねじ寸法自動測定システム１０は、ねじ寸法自動測定装置１２と、演算制御装置１００と、空圧制御装置１０２を含んで構成される。ねじ寸法自動測定装置１２は、防振台１４と、防振台１４の上に設けられる筐体１５の内部に配置される基台１６を含んで構成される。図１には、ねじ寸法自動測定装置１２の正面図が示される。図２には、ねじ寸法自動測定装置１２の筐体１５の内部の部分についての左側面図と上面図が示される。図２の（ａ）は左側面図、（ｂ）は上面図である。図１，２に、直交するＸ方向とＹ方向とＺ方向を示した。ＸＺ平面は基台１６の上面に平行な面で、基台１６の上面に垂直な方向が重力方向に平行なＹ方向である。Ｘ方向は、左側面図における左右方向で、Ｚ方向は正面図における左右方向である。

ねじ寸法自動測定装置１２の構成要素ではないが、測定対象のワーク８を示した。ワーク８は、ねじの呼びがＭ１２で呼び長さが３０ｍｍの六角穴付ボルトである。ワーク８の軸方向はＹ方向に平行な方向である。換言すればＹ方向はワーク８の軸方向である。

基台１６の上面からＹ方向に平行に立設される柱部１８，１９と、２つの柱部１８，１９の上端部を接続する天板部２０とは、基台１６とともに枠空間を形成する。柱部１８，１９の互いに向かい合う面にはそれぞれガイドレール２２，２３が設けられ、ガイドレール２２，２３で挟まれる内側には、ねじ柱２４，２５が基台１６の上面からＹ方向に平行に立設される。ねじ柱２４，２５は、外周面に軸方向に沿っておねじが刻まれ、基台１６に回転自在に支持される回転可能な軸柱である。ねじ柱２４，２５の−Ｙ方向の端部は、基台１６の上面板から下方に突出し、プーリがそれぞれ設けられる。

Ｙステージ２６は、図２（ｂ）に示されるようにＺ方向の両端にガイドレール２２，２３に摺動可能なスライド部を有し、２組の軸受部２７，２８が設けられて上面が平坦なテーブル台である。２組の軸受部２７，２８のうち、一方の軸受部２７は、ガイドレール２２の＋Ｚ側に設けられ、他方の軸受け部２８は、ガイドレール２３の−Ｚ側に設けられる。２組の軸受部２７，２８は、ねじ柱２４，２５の外周に刻まれたねじと噛み合うボールナットで構成される。外周におねじが刻まれたねじ柱２４，２５とボールナットを含む軸受部２７，２８は、ボールねじ機構を構成し、ねじ柱２４，２５は、ボールねじ機構用のボールねじに相当する。Ｙステージ２６は、このボールねじ機構の作用により、ねじ柱２４，２５が回転駆動されることでガイドレール２２，２３に案内されてＹ方向に移動する移動テーブルである。

基台１６には、ねじ柱２４，２５を回転駆動するサーボモータであるＹモータ２９が取り付けられる。Ｙモータ２９の出力軸は基台１６の上面板から下方に突出し、プーリが設けられる。ベルト３１は、Ｙモータ２９の出力軸に設けられるプーリと、ねじ柱２４，２５の−Ｙ方向の端部に設けられるプーリとの間に架設される動力伝達部材である。かかる３つのプーリとしては、周方向に沿って凹凸が設けられるタイミングプーリを用いることができ、ベルト３１としては、表面に凹凸を有するタイミングベルトを用いることができる。Ｙモータ２９としてはＡＣサーボモータを用いることができる。

Ｙモータ２９は、演算制御装置１００の制御の下で駆動され、ねじ柱２４，２５を回転させてＹステージ２６をＹ方向に昇降させる昇降用モータである。Ｙモータ２９にはその出力軸の回転状態を検出するセンサ３０が設けられる。ねじ柱２４，２５のそれぞれの回転状態を検出するセンサを設けることもできる。かかるセンサ３０としては、エンコーダを用いることができる。センサ３０によって検出された検出データは適当な信号線を用いて演算制御装置１００に伝送される。演算制御装置１００は、伝送されたデータに基づき、Ｙステージ２６のＹ方向位置を算出する。このように、Ｙモータ２９またはねじ柱２４，２５に設けられるセンサ３０は、Ｙステージ２６のＹ方向位置を検出するＹセンサである。Ｙセンサとしてのセンサ３０としては、Ｙモータ２９の回転状態を検出するセンサに代えて、Ｙステージ２６のＹ方向位置を直接的に検出する位置センサを用いてもよい。位置センサとしては、リニアスケール方式の光学センサ、磁性体の変位を検出する差動トランス式の変位センサ、容量式の変位センサ等を用いることができる。

Ｙモータ２９、ベルト３１、ねじ柱２４，２５、Ｙステージ２６に設けられる軸受部２７，２８は、Ｙステージ２６を基台１６に対しＹ方向に移動する軸方向移動部を構成する。

Ｙステージ２６の上面に搭載される光学的計測装置３２は、ワーク８の寸法、形状を光学的に非接触的に測定する測定装置である。光学的計測装置３２は、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法を測定する画像投影部３４と、ワーク８の頭部の寸法形状及び頭部穴の深さを測定する頭部計測部４０とを含んで構成される。

画像投影部３４は、ワーク８のＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源３６と、ワーク８のＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置され、光源３６からの平行光線を受けてワーク８の影となる投影形状について光源３６と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラ３８とを有する。かかる光源３６としては、コリメータ等の適当な光線平行化手段を有する光源や、テレセントリック光学系を含む光源を用いることができる。かかる投影撮像カメラ３８としては、ＣＣＤイメージセンサを用いたＣＣＤカメラやＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。例えば、１画素が約８μｍで、撮像面の大きさが約２０ｍｍ角であるＣＣＤカメラを用いることができる。

画像投影部３４の光源３６の配置位置は、Ｙステージ２６の中心から＋Ｚ側に設けられ、Ｙステージ２６に対し固定される。投影撮像カメラ３８は、Ｙステージ２６の中心から−Ｚ側に設けられるが、Ｙステージ２６上に設けられる合焦移動部５０の上に搭載され、Ｚ方向に移動可能である。投影撮像カメラ３８と合焦移動部５０を合わせたものが投影撮像部である。

合焦移動部５０は、Ｙステージ２６に対しＺ方向に移動可能なＺステージ５２と、Ｚステージ５２をＺ方向に沿って移動駆動するＺモータ５４とを含んで構成される。Ｚモータ５４の動作は、演算制御装置１００によって制御される。合焦移動部５０の機能については、図８を用いて後述する。かかるＺモータ５４としては、ＡＣサーボモータまたはＤＣサーボモータを用いることができる。

頭部計測部４０は、ワーク８の頭部穴の形状をＸＺ平面に平行な撮像面上で撮像する頭部撮像カメラ４２と、ワーク８のＹ方向に対し所定の傾斜角度で、ＸＺ平面上で直線状に延びるビームをワーク８の頭部の上面と頭部穴の底面とに跨って照射するレーザ光源４４を含んで構成される。レーザ光源４４のビームは、Ｚ方向に平行に直線状に延びる。アクチュエータ４５はレーザ光源４４をＹ方向に沿って移動させる駆動手段である。アクチュエータ４５としては、小形のモータを用いることができる。かかる直線状に延びるレーザビームを用いる頭部穴深さ測定方法については、図７を用いて後述する。

頭部撮像カメラ４２は、ワーク８の頭部の上面に向かい合い撮像面がＸＺ平面に平行な撮像カメラである。かかる頭部撮像カメラ４２としては、ＣＣＤイメージセンサを用いたＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。リング照明部４６は、頭部撮像カメラ４２の−Ｙ方向側に設けられ、ワーク８の上面を照明する環状ランプである。頭部撮像カメラ４２とレーザ光源４４とリング照明部４６は、相対的な配置関係の位置決めを行って、いずれも取付板４８に固定して取り付けられる。

退避移動部５６は、取付板４８をＸ方向に移動可能とする機構で、Ｘ方向に沿って移動可能なＸステージ５８と、Ｘステージ５８を所定の移動距離Ｌで±Ｘ方向に移動させるピストン・シリンダ機構６０を含んで構成される。ピストン・シリンダ機構６０は、演算制御装置１００の制御の下で動作し、空圧制御装置１０２から供給される空気圧によってピストンを±Ｌの距離で往復移動させることができる。

ピストンが＋Ｌ移動すると、取付板４８に取り付けられた頭部撮像カメラ４２とレーザ光源４４とリング照明部４６が一体となって＋Ｘ方向に移動して、ちょうど頭部撮像カメラ４２の光軸がワーク８の頭部の中心に来る。この状態が、頭部形状の測定と穴深さの測定を行うことができる測定状態である。ピストンが−Ｌ移動すると、取付板４８に取り付けられた頭部撮像カメラ４２とレーザ光源４４とリング照明部４６が一体となって−Ｘ方向に退避移動する。この状態は、Ｙステージ２６が−Ｙ方向に下降しても、ワーク８に頭部撮像カメラ４２等が干渉しない退避状態である。

把持部６８は、把持回転部６２を介して基台１６上に配置され、ワーク８のおねじの軸方向の一方端を把持する装置である。把持部６８は、円板状の外形を有するアダプタ８０とアダプタ８０の外周側面を少なくとも３点で挟持して固定する締付チャック７０とを含んで構成される。把持回転部６２は、締付チャック７０を軸方向周りに３６０度回転させるθモータ６４と、θモータ６４と締付チャック７０との間に設けられるロータリジョイント部６６を含んで構成される。

ロータリジョイント部６６は、空圧制御装置１０２からの空気圧を締付チャック７０に供給する際の空気圧中継部である。ロータリジョイント部６６は、空気圧を供給するための供給チューブが締付チャック７０の軸方向回転によって絡まないように中継する機能を有する。θモータ６４の回転動作は、演算制御装置１００によって制御される。かかるθモータ６４としては、ＡＣサーボモータまたはＤＣサーボモータを用いることができる。

図３は、把持部６８の詳細を示す分解図である。ここでは、把持部６８を構成する締付チャック７０と、締付チャック７０によって固定されるアダプタ８０と、アダプタ８０に把持されるワーク８のそれぞれの詳細構成が示される。図３の（ａ）から（ｃ）は、締付チャック７０とアダプタ８０とワーク８のそれぞれの断面図を示し、（ｄ）はアダプタ８０の分解図を示し、（ｅ）から（ｇ）は、締付チャック７０とアダプタ８０とワーク８のそれぞれの上面図を示す。

ワーク８は、おねじ部２と、頭部４と、おねじ部２と頭部４の間の首下部３とを含んで構成され、頭部４には六角形の頭部穴６が設けられる。ワーク８は、Ｍ１２のねじ呼びで、呼び長さが３０ｍｍのメートル並目ねじである。日本工業規格値によれば、おねじ部２においてねじが固定できる長さは約３０ｍｍ、おねじ部２の最大径は約１３．７ｍｍ、ねじのピッチは１．７５ｍｍ、頭部４の基準外形寸法は１８ｍｍ、頭部４の基準高さ寸法は１２ｍｍ、頭部穴６は六角形穴で、二面幅の呼び寸法は１０ｍｍ、穴深さの最小寸法は６ｍｍ、首下部３の丸みの最大状態の半径である首下Ｒは最小で０．６ｍｍである。二面幅とは、六角形の向かい合う辺の間の寸法である。頭部穴６の底面は平坦ではなく、開き角度１２０度を有する円錐形である。おねじ部２の不完全ねじ部は、最大で２ピッチで、今の場合、２ピッチ＝３．５０ｍｍである。

締付チャック７０は、支持台７２の上に互いに先端部が向かい合う３つのスライド台７４ａ，７４ｂ，７４ｃが配置される。初期状態では、３つのスライド台７４ａ，７４ｂ，７４ｃが支持台７２の外周側に退避した状態である。空圧制御装置１０２から供給される空気圧で動作するピストン・シリンダ機構のピストン７８ａ，７８ｂによって、スライド台７４ａ，７４ｂ，７４ｃの３つが同期して、支持台７２の外周側と中心軸側との間で移動駆動される。

３つのスライド台７４ａ，７４ｂ，７４ｃにはそれぞれ挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃが取り付けられる。３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの先端部はそれぞれ支持台７２の中心軸の方向を向くように配置される。初期状態では挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃも支持台７２の外周側に退避した状態である。３つのスライド台７４ａ，７４ｂ，７４ｃが同期して支持台７２の中心軸の方向に移動駆動されることで、挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの先端部は同期して支持台７２の中心軸の方向に集まるように移動し、支持台７２の中心に配置されるアダプタ８０を中心軸の位置に合うようにセンタリングしながらアダプタ８０の外周側面を挟持して固定する締付状態となる。このように、締付チャック７０は、退避状態と締付状態との間で空気圧によって移動駆動される三つ割チャック機構である。

締付チャック７０のセンタリング挟持動作は、演算制御装置１００の制御の下で行われる。締付チャック７０によるアダプタ８０の挟持は、３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの先端部で行われる。３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの先端部はそれぞれ平坦面であるので、アダプタ８０の外形が円板状であるときには、その外周側面が３点、正確には、軸方向に沿った３本の接線で挟持される。アダプタ８０の外周側面の挟持は少なくとも３点で行えばよい。例えば、挟持爪部の先端部の形状をＶ字形として、互いに向かい合う２つの挟持爪部でアダプタ８０の外周側面を挟持する構造としてもよい。この場合には、４点でアダプタ８０の外周側面が挟持される。

アダプタ８０は、締付チャック７０に挟持される円板状の外形部を有し、ワーク８のおねじ部２の先端部をねじ込んだときに、ワーク８の軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するワーク固定治具である。

アダプタ８０は、ワーク８のおねじ部２の先端部が所定の噛み合わせ長さでねじ込まれるリングゲージ８２ａと、締付チャック７０によって挟持される円板状の外形部を有するホルダ８６と、リングゲージ８２ａとホルダ８６の間に配置されるスペーサ８４ａとが一体化して構成される。

リングゲージ８２ａは、円板状の形状を有し、その中心軸に沿って基準めねじ８３ａが刻まれた部材である。基準めねじ８３ａは、ワーク８のおねじ部２のねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有するめねじである。かかるリングゲージ８２ａは、ねじ検査に用いられるねじ外径ゲージをそのまま用いることができる。標準的なねじ外径ゲージは、Ｍ１２の場合、８ピッチの基準めねじ８３ａが刻まれる。１ピッチ＝１．７５ｍｍであるので、リングゲージ８２ａの厚さは、８ピッチ＝１４．００ｍｍに正確に管理されている。基準めねじ８３ａは、不完全ねじ部を有しない。

ワーク８のおねじ部２の先端部は、リングゲージ８２ａの一方端面側である上面側から所定の噛み合わせ長さでねじ込まれる。所定の噛み合わせ長さは、ワーク８のおねじ部２の先端部をリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込んで噛み合わせたときに、ワーク８の軸方向にぶれない程度に設定される。ワーク８の軸方向のぶれ量はゼロであることが好ましいが、ワーク８の各種寸法の測定精度に影響がない範囲であれば許容される。ワーク８が良品であれば、ワーク８のおねじ部２の有効ねじ部を約１ピッチ分、リングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａに噛み合わせれば、ほぼワーク８の軸方向のぶれが許容範囲に収まる。ワーク８のおねじ部２は最大で２ピッチ分の不完全ねじ部を有するので、ワーク８のねじ込み量である所定の噛み合わせ長さは、（不完全ねじ部のピッチ数分の長さ＋完全ねじ部の１ピッチ分の長さ）よりもできるだけ長く設定することが好ましい。

リングゲージ８２ａは、ワーク８のねじ検査に用いることができる高精度を有するので、ワーク８が所定の噛み合わせ長さでリングゲージ８２ａにねじ込むことができないときは、そのワーク８は不良品とされる。したがって、ワーク８のリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込まれた先端部については、良品部分であると判定される。しかしながら、その部分は、ねじ寸法自動測定システム１０による定量的な測定が行われないので、所定の噛み合わせ長さはできるだけ短く設定することが好ましいことになる。このように、ワーク８の軸方向のぶれを少なくしたい観点と、ねじ寸法自動測定システム１０による定量的な測定が行える範囲を広くしたい観点とは相反する。

そこで、以下では、所定の噛み合わせ長さ＝ワーク８のおねじ部２の３ピッチ分の長さ＝５．２５ｍｍとする。所定の噛み合わせ長さを１ピッチの長さの整数倍である３ピッチ分の長さとするのは、ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さを１ピッチの整数倍の正確な値とするためである。ワーク８がＭ１２のねじ呼びで呼び長さが３０ｍｍのメートル並目ねじであり、日本工業規格値によればおねじ部２の不完全ねじ部は最大で２ピッチである。そこで、この最大の２ピッチに１ピッチを加算して、少なくとも１ピッチは完全ねじ部で噛み合わせられるように、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さとした。

なお、品質レベルの低いワーク８の場合は、不完全ねじ部が２ピッチ以上あることもあり、噛み合わせ長さが３ピッチ分の長さとしてもワーク８が軸方向にぶれることがある。そのような場合には、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さから１ピッチ分の長さを単位として長くする。例えば、所定の噛み合わせ長さを４ピッチ分の長さ、あるいは５ピッチ分の長さとする。逆に、高精度用に加工されたねじ等の場合で不完全ねじ部が１ピッチ以下で収まる場合には、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さから１ピッチ分の長さ単位で短くしてもよい。例えば、所定の噛み合わせ長さを２ピッチ分の長さとしてもよい。所定の噛み合わせ長さの１ピッチ単位の調整は、後述するように、スペーサ８４ａの枚数を増減することによって行われる。

ホルダ８６は、リングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａに噛み合うおねじ９２ａが突き出る一方端面である上面を有する円板状の部材である。リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２がねじ込まれる側をリングゲージ８２ａの上面側とすると、ホルダ８６のおねじ９２ａは、リングゲージ８２ａの下面側からねじ込まれる。ホルダ８６の円板状の部分は、締付チャック７０によって挟持されたときにＹ方向の位置決めが正確に行われるように、挟持リング部８８と、これより外径の大きなストッパ鍔部９０を有する。挟持リング部８８は、ワーク８の呼び寸法が異なっても同じ外径を有することが締付チャック７０を標準化できるので好ましい。ここでは、挟持リング部８８の外径を２０ｍｍ、ストッパ鍔部９０の外径を３５ｍｍとした。ストッパ鍔部９０の−Ｙ方向側の端面である下面が締付チャック７０の３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの上面に当接することで、ホルダ８６が締付チャック７０によって挟持されるときのＹ方向位置決めが正確に行われる。なお、ストッパ鍔部９０の外周を一部切り欠くことで、ホルダ８６を作業台等に置いたときにホルダ８６が転がることを防ぐことができる。

おねじ９２ａは、ホルダ８６のストッパ鍔部９０の一方側端面である上面から予め設定された突出し量で突き出す。おねじ９２ａは、不完全ねじ部を有していても構わない。

おねじ９２ａがリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込まれる長さは、｛（リングゲージ８２ａの厚さ）−（リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２が噛み合う所定の噛み合わせ長さ）｝に正確に設定される。上記の場合、｛（リングゲージ８２ａの厚さ）−（リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２が噛み合う所定の噛み合わせ長さ）｝＝｛（８ピッチの長さ）−（３ピッチの長さ）｝＝（５ピッチの長さ）＝（１４．００ｍｍ−５．２５ｍｍ）＝８．７５ｍｍに設定される。

おねじ９２ａのストッパ鍔部９０からの所定の突出し量は、この（５ピッチの長さ）＝８．７５ｍｍとすることも可能ではあるが、おねじ９２ａに首下部ができることを考慮して、（５ピッチの長さ）＝８．７５ｍｍよりも長く設定することがよい。長く設定するときは、ピッチの整数倍の長さ分を長くする。これにより、おねじ９２ａの突出し量が正確にピッチの整数倍となり、ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さを１ピッチの整数倍の正確な値とすることができる。ここでは、おねじ９２ａの突出し量＝（７ピッチの長さ）＝１２．２５ｍｍとする。

リングゲージ８２ａの下面側からホルダ８６のおねじ９２ａをリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａに噛み合わせ、リングゲージ８２ａの上面側からワーク８のおねじ部２の先端をリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込むと、ワーク８のおねじ部２の先端部はホルダ８６のおねじ９２ａの先端のところで止まる。ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さは、（リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２が噛み合う所定の噛み合わせ長さ）で、｛（リングゲージ８２ａの厚さ）−（リングゲージ８２ａにホルダ８６のおねじ９２ａがねじ込まれる長さ）｝である。

上記のように、ホルダ８６のおねじ９２ａの突出し量が１ピッチ分の長さ単位で変更されることがあり、また、既に述べたように、リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２が噛み合う所定の噛み合わせ長さも１ピッチ分の長さ単位で調整されることがある。このような場合でも、ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さは、１ピッチの整数倍の正確な値とする。このようにすることで、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、ワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置を正確に求めることができる。スペーサ８４ａは、この１ピッチ長さ単位の調整のために用いられる。

スペーサ８４ａは、おねじ９２ａが通り抜けられる貫通穴を中心に有する環状薄板である。１枚のスペーサ８４ａは、正確にワーク８の１ピッチに対応する厚さを有する。図３では、スペーサ８４ａの枚数を２枚として示したが、以下のいくつかの例に述べるように、枚数は２枚に限られず、１枚の場合もあり、３枚の場合もある。上記の例で、リングゲージ８２ａの厚さ＝８ピッチ分の長さで、ホルダ８６のおねじ９２ａの突出し量が７ピッチに相当する長さの場合は、ホルダ８６のストッパ鍔部９０とリングゲージ８２ａとの間に１ピッチ分の厚さを有するスペーサ８４ａを２枚挿入する。これによって、ワーク８のおねじ部２の先端部とリングゲージ８２ａとの所定の噛み合わせ長さ＝［（リングゲージ８２ａの厚さ）−｛（おねじ９２ａの突出し量）−（スペーサ８４ａの厚さ）｝］＝［（８ピッチ分の長さ）−｛（７ピッチ分の長さ）−（２ピッチ分の長さ）｝］＝３ピッチ分の長さとなる。このようにすることで、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、３ピッチ分だけ−Ｙ方向に下がった位置を、ワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置として正確に求めることができる。

ワーク８のおねじ部２の先端部とリングゲージ８２ａとの所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さから変更する必要があるときは、スペーサ８４ａの挿入枚数を増減すればよい。例えば、ワーク８のおねじ部２の不完全ねじ部の長さ等の理由によって所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分から４ピッチ分へ長くしたいときは、上記の例で、スペーサ８４ａの挿入枚数を１枚増やす。これによって、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、４ピッチ分だけ−Ｙ方向に下がった位置をワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置として正確に求めることができる。所定の噛み合わせ長さが２ピッチ分で足りるときは、上記の例で、スペーサ８４ａの挿入枚数を１枚減らす。これによって、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、２ピッチ分だけ−Ｙ方向に下がった位置を、ワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置として正確に求めることができる。

ホルダ８６のおねじ９２ａの突出し量を７ピッチ分の長さから変更する必要がある場合も、スペーサ８４ａの挿入枚数を増減すればよい。例えば、ホルダ８６のおねじ９２ａの首下部の長さ等の理由からおねじ９２ａの突出し量を７ピッチ分から８ピッチ分の長さとしたいときは、スペーサ８４ａの挿入枚数を１枚増やす。おねじ９２ａの突出し量が６ピッチ分で済むときは挿入枚数を１枚減らす。これによって、いずれの場合も、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、３ピッチ分だけ−Ｙ方向に下がった位置をワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置として正確に求めることができる。

このように、スペーサ８４ａの枚数の増減のみで、ワーク８のおねじ部２の不完全ねじ部の長さやホルダ８６のおねじ９２ａの首下部の長さ等のばらつきに広範囲に対応して、ワーク８のおねじ部２の先端部の位置を、アダプタ８０のリングゲージ８２ａの上面から正確に１ピッチの長さの整数倍の長さだけ−Ｙ方向に下がった位置とすることができる。これによって、ワーク８のおねじ部２の先端部がアダプタ８０によって把持されても、アダプタ８０のリングゲージ８２ａの上面のＹ位置を測定することで、ワーク８の全長を計算で算出することができる。

ここで、アダプタ８０を構成するリングゲージ８２ａとスペーサ８４ａとホルダ８６のおねじ９２ａは、ワーク８の種類によってそれぞれ異なる厚さやねじ部を有するが、挟持リング部８８とストッパ鍔部９０は、ワーク８の種類によらず共通の形状と寸法を有する。

図４は、ワーク８の種類によって異なるアダプタの例を示す図である。ここでは、３つのワーク８の種類に対応するアダプタを示すが、これ以外の異なる種類のワーク８のアダプタも同様の構造とすることができる。図４（ａ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ１２の場合で、図３で説明したアダプタ８０と同じである。

図４（ｂ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ６の場合のアダプタ８０ｂを示す図である。挟持リング部８８とストッパ鍔部９０は、（ａ）と同じである。ここで、Ｍ６のピッチは１．００ｍｍであるので、リングゲージ８２ｂの厚さは８ピッチ＝８．００ｍｍ、１枚のスペーサ８４ｂの厚さは１ピッチ＝１．００ｍｍ、ストッパ鍔部９０からのおねじ９２ｂの突出し量は７ピッチ＝７．００ｍｍである。

図４（ｃ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ３の場合のアダプタ８０ｃを示す図である。挟持リング部８８とストッパ鍔部９０は、（ａ）と同じである。ここで、Ｍ３のピッチは０．５０ｍｍであるので、リングゲージ８２ｃの厚さは８ピッチ＝４．００ｍｍ、１枚のスペーサ８４ｃの厚さは１ピッチ＝０．５０ｍｍ、ストッパ鍔部９０からのおねじ９２ｃの突出し量は７ピッチ＝３．５０ｍｍである。

再び図１に戻り、演算制御装置１００は、ねじ寸法自動測定装置１２を構成する各要素と空圧制御装置１０２の動作を全体として制御し、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法を算出し、算出した結果をプリンタ等の出力装置１０４に伝送し、出力装置１０４に検査表１０６としてプリントアウトさせる機能を有する。かかる演算制御装置１００は、適当なコンピュータで構成することができる。

演算制御装置１００は、ねじ径算出部１１０、全長算出部１１２、合焦位置算出部１１４、輪郭データ算出部１１６、首下Ｒ算出部１１８、頭部寸法算出部１２０、頭部穴深さ算出部１２２、測定データ出力部１２４を含んで構成される。これらの機能は、演算制御装置１００が実行するソフトウェアによって実現でき、具体的には、ねじ自動測定プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成のねじ寸法自動測定システム１０の作用、特に演算制御装置１００の各機能について、図５から図１１を用いてさらに詳細に説明する。図５は、ねじ寸法自動測定システム１０における測定の手順を示すフローチャートである。図６は、図５の各手順が行われるワーク８の測定箇所を示す図である。図６（ａ）は、側面図における測定箇所を示し、（ｂ）は、上面図における測定箇所を示す図である。

ワーク８の測定を行うには、ねじ寸法自動測定システム１０の初期化がまず行われる。初期化は、電源をオン状態とし、空圧制御装置１０２を始動させ、演算制御装置１００を初期状態とする。これによって、Ｙステージ２６は所定の初期Ｙ位置に戻る。初期Ｙ位置は、把持部６８の先端位置よりもＹ方向に沿って十分高い位置に設定される。また、Ｚステージ５２は所定の初期Ｚ位置に戻り、Ｘステージ５８は退避状態に戻る。把持部６８は所定の初期θ位置に戻る。締付チャック７０の３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃは退避状態に戻る。

初期化が終わると、把持部６８にワーク８をセットする（Ｓ１０）。図４で説明したように、ワーク８は、おねじ部２の先端部の３ピッチ分が把持部６８に把持されて固定される。この処理は、前もってＭ１２用のアダプタ８０を準備し、アダプタ８０のリングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２の先端部をねじ込む。Ｍ１２用のアダプタ８０は、所定の噛み合わせ長さがＭ１２のねじの３ピッチ＝５．２５ｍｍに設定されているので、ワーク８は５．２５ｍｍだけねじ込んだところで止まる。次に、ワーク８を把持したアダプタ８０を、締付チャック７０の退避状態にある３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃの間の空間にセットする。ここまでの処理は、作業者の手作業で行われる。

把持部６８にワーク８がセットされると、作業者が締付固定ボタン等を押すことで、演算制御装置１００が空圧制御装置１０２に指令を出して、把持部６８の締付チャック７０のピストン・シリンダ機構に所定の締付用空気圧を供給させる。これによって３つの挟持爪部７６ａ，７６ｂ，７６ｃが同期して支持台７２の中心軸側に移動し、ワーク８をしっかりと締付固定する。この状態からワーク８の形状寸法の測定が開始する。

Ｓ１０の後は、頭部寸法測定が行われる（Ｓ１２）。この処理は、演算制御装置１００の頭部寸法算出部１２０の機能によって実行される。具体的には、Ｙステージ２６を下降させ、頭部撮像カメラ４２の焦点位置がちょうどワーク８の頭部４の上面の位置になるようにする。そして、頭部撮像カメラ４２でワーク８の頭部４の形状の撮像データを取得し、撮像データを２値化し、エッジ検出法等を用いて、頭部４の直径寸法、頭部穴６の二面幅寸法等を算出する。図６において頭部４の上面図をＳ１２としてこのことを示した。

頭部４の外形は円形であるので、ワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させて、各角度において頭部４の直径寸法の測定を繰り返す。これらの測定結果の最大値と最小値と平均値を、頭部４の直径寸法の測定値とする。頭部穴６の二面幅は六角形の向かい合う辺の間の間隔であり、六角形の向かい合う辺は３組あるので、ワーク８を軸周りに１２０度間隔で３６０度回転させて、３組の二面幅の測定を行う。これらの測定結果の最大値と最小値と平均値を、頭部穴６の二面幅の測定値とする。

次に、頭部穴深さ測定が行われる（Ｓ１４）。頭部穴６はワーク８の頭部に設けられる締結工具用の回し溝または回し穴で、いまの場合六角形穴である。この処理は、演算制御装置１００の頭部穴深さ算出部１２２の機能によって実行される。具体的には、レーザ光源４４からワーク８のＹ方向に対し所定の傾斜角度で、ＸＺ平面上で直線状に延びるビームをワーク８の頭部４の上面と頭部穴６の底面に跨って照射する。そして照射した直線状に延びるビームが頭部４の上面に投影される投影位置と頭部穴６の底面に投影される投影位置のＸＺ平面上における食い違い量が頭部穴６の深さに応じて異なることを利用する。

図７は、頭部穴６の深さを測定する手順を示す図である。図７（ａ）は、ワーク８が任意の把持状態にある図であり、（ｂ）は、(ａ)の状態からワーク８を軸周りにΔθ回転させた状態を示す図であり、（ｃ）は、レーザ光源４４をワーク８に対してＹ方向の位置をΔＹ移動させて頭部穴深さを測定する状態を示す図である。これらの図において、上段側の図は、頭部４の上面図、下段側の図は、ワーク８の断面図である。

図７（ａ）は、頭部穴６の六角形の向かい合う辺がＺ方向に平行な状態で、レーザ光源４４からＹ方向に対し所定の傾斜角度ψで、直線状に延びるビーム１３０を頭部の上面５と頭部穴６の底面７に照射した図である。ビーム１３０は、Ｚ方向に平行に直線状に延びるラインビームである。例えばレーザ光源４４が赤色発光型であると、赤色ラインが頭部４の上面５と頭部穴６の底面７に投影される。図７（ａ）では、頭部４の上面５に投影される赤色ライン１３２と、頭部穴６の底面７に投影される赤色ライン１３３を示した。頭部穴６の底面は平坦ではなく、開き角度１２０度を有する円錐形であるので、底面７に投影される赤色ライン１３３は、円弧状となる。

頭部穴６の深さを深さゲージで検査するとき、深さゲージは、頭部穴６の六角形の角部の底面９で突き当たる。頭部穴６の六角形の角部の底面９は、開き角度１２０度を有する円錐形の円錐面である底面７とは異なる。したがって、頭部穴６の深さを光学的に測定するには、頭部穴６の底面に投影される赤色ラインが頭部穴６の六角形の角部の底面９で突き当たるように、ビーム１３０を照射することが好ましい。図７（ａ）では赤色ライン１３３は円錐面である底面７に突き当たり、頭部穴６の六角形の角部の底面９に突き当たっていず、しかも頭部４の上面５の影によって、赤色ライン１３３は端部が頭部穴６の六角形の辺のところまで延びていない。

図７（ｂ）は、ワーク８を軸周りにΔθ回転させて、六角形の辺がＸ方向に対し平行とした状態を示す図である。ここでは、頭部４の上面５に投影される赤色ライン１３４と、頭部穴６の円錐面である底面７に投影される赤色ライン１３５が示されるが、赤色ライン１３５の端部が頭部穴６の六角形の辺まで延びている。しかし、赤色ライン１３５は、頭部穴６の六角形の角部の底面９に突き当たっていない。

図７（ｃ）は、（ｂ）の状態に対し、レーザ光源４４のＹ方向の位置をワーク８に対し＋Ｙ方向にΔＹずらした状態を示す図である。ΔＹの大きさに応じて、ビームが＋Ｘ方向に移動する。図７（ｃ）では、頭部４の上面５に投影される赤色ライン１３６と、頭部穴６の底面に投影される赤色ライン１３７が示される。赤色ライン１３６，１３７のＸ方向位置は、ビーム１３１のＹ方向移動量ΔＹに応じて移動する。ここでは、頭部穴６の底面に投影される赤色ライン１３７が頭部穴６の六角形の角部の底面９に突き当たった状態のΔＹが示されている。赤色ライン１３７が頭部穴６の六角形の角部の底面９に突き当たった状態か否かは、頭部撮像カメラ４２が取得する頭部４の撮像データに基づいて判断することができる

ΔＹは、レーザ光源４４をＹ方向に移動駆動するアクチュエータ４５の制御によって任意に設定できる。頭部撮像カメラ４２の焦点深度が十分深い場合は、アクチュエータ４５を省略し、レーザ光源４４の位置をＹステージ２６に対し固定位置とし、Ｙステージ２６を−ΔＹだけ移動させてもよい。

図７（ｃ）において、頭部穴６の深さＤは、ビーム１３１のＹ方向に対する所定の傾斜角度ψと、赤色ライン１３６と赤色ライン１３７のＸＺ平面上のＸ位置の食い違い量Ｌに基づいて、Ｄ＝Ｌｃｏｔψで算出できる。食い違い量Ｌは、頭部４の六角形と赤色ライン１３６の交点のＸ位置と、頭部４の六角形と赤色ライン１３７の交点のＸ位置の差である。このようにして、光学的に非接触で、頭部穴６の深さＤの測定が行われる。

頭部穴６が六角形の場合は、ワーク８を軸周りに１２０度間隔で３６０度回転させて、上記の測定を繰り返す。これらの測定結果の最大値と最小値と平均値を、頭部穴６の深さ測定値とする。

再び図５に戻り、Ｓ１４の処理が終わると、頭部撮像カメラ４２を用いる測定は終了するので、ピストン・シリンダ機構６０を動作させ、Ｘステージ５８を退避状態に戻す。これ以後は、投影撮像カメラ３８によって取得されたワーク８の撮像データに基づいて、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法の算出が行われる。

投影撮像カメラ３８によって撮像されたワーク８の投影形状データで必要なのは、白データから黒データに遷移する位置のデータである。ワーク８はおねじ部２も頭部４もＸＺ平面上で円筒状またはこれに螺旋ねじが刻まれたものである。したがって、投影形状で白データから黒データに遷移する位置は、円筒状の縁部で円弧状の曲面の頂点位置となる。このことから、投影撮像カメラ３８の焦点位置をこの曲面の頂点位置に合わせる必要がある。また、曲面の表面にごみ等が付着すると、投影形状データにノイズとなる。

図５のＳ１６の合焦位置の算出と、Ｓ１８の輪郭データの算出は、投影撮像カメラ３８によって取得したワーク８の投影形状データから各種寸法の算出を行うに当って前もって行われる処理である。

合焦位置算出（Ｓ１６）は、演算制御装置１００の合焦位置算出部１１４の機能によって実行される。具体的には、合焦移動部５０のＺステージ５２を移動させ、投影撮像カメラ３８の焦点位置をＺ方向に移動させ、そのときの白データから黒データへの遷移が最も急峻となるＺ位置を求め、これを合焦位置とする。合焦位置算出処理は、いわゆるオートフォーカス処理であるが、一般的なオートフォーカスは、対象物の表面に合焦するものであり、Ｓ１６の合焦位置算出は、投影形状データが白データから黒データに遷移するエッジ領域において、ワーク８の曲面上に合焦させるときの位置を算出するものである。

図８は、合焦位置の算出方法を示す図である。図８（ａ）は、ワーク８の輪郭の投影状態を示す図で、（ｂ）は、投影撮像カメラ３８の焦点位置がＡからＥのときの撮像された白黒状態を示す図で、（ｃ）は、白黒状態の変化を階調値Ｉの変化で示す図で、（ｄ）は、階調値ＩのＺ位置に対する微分波形を示す図で、（ｅ）は、（ｄ）の波形の半値幅ΔＺ_0.5のＺ位置に対する関係を示す図である。

図８（ａ）は、ＸＺ平面に平行な面における光源３６と投影撮像カメラ３８とワーク８の関係を示す図である。光源３６からの平行光線はワーク８によってさえぎられて、ワーク８の下流側に影領域１４０が生じる。この影領域を投影撮像カメラ３８で撮像すると黒データとなる。白データから黒データに遷移する白黒境界１４２はワーク８の曲面に接する線で示される。投影撮像カメラ３８をワーク８に対し±Ｚ方向に移動させると、その移動距離に相当して投影撮像カメラ３８の焦点位置が±Ｚ方向に移動する。図８（ａ）では、投影撮像カメラ３８のＺ方向移動量を５通りに変え、そのときのワーク８の曲面上における焦点位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを示した。

図８（ｂ）は、投影撮像カメラ３８の焦点位置がＡからＥのときに投影撮像カメラ３８によって撮像された撮像面における白黒状態を示す図である。白黒状態の程度は、斜線で示した状態が完全黒の状態、細かい点の集合で示した状態が完全黒でもなく完全白でもない状態、斜線も細かい点の集合もない状態が完全白の状態である。光源から見てワーク８の下流側に焦点位置があるときは、白黒境界１４２付近では完全白でもなく完全黒でもない状態であることが示される。ワーク８の上流側に焦点位置があるときは、ワーク８に対して焦点が合っていないので、全体が完全白でもなく完全黒でもない状態となる。

図８（ｃ）は、（ｂ）の白黒状態の変化を階調値Ｉの変化で示す図である。横軸はＺ位置、縦軸は階調値Ｉである。焦点位置がＣのときにＺ位置の変化に対し階調値Ｉが急激に変化するが、それ以外の焦点位置ではＺ位置の変化に対する階調値Ｉの変化が緩やかになる。

図８（ｄ）は、Ｚ位置の変化に対する階調値Ｉの変化の程度を明確化するため、階調値ＩのＺ位置に対する微分波形を示す図である。横軸はＺ位置、縦軸はｄＩ／ｄＺである。階調値Ｉの変化はパルス状の波形で示され、そのパルス状の波形のピーク値が大きいほど、またパルス状の波形の半値幅ΔＺ_0.5が小さいほど、階調値Ｉの変化が大きい。

図８（ｅ）は、（ｄ）の波形の半値幅ΔＺ_0.5のＺ位置に対する関係を示す図である。横軸はＺ位置で、投影撮像カメラ３８の焦点位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅも参考に付した。縦軸はΔＺ_0.5である。ここでは、焦点位置ＣでΔＺ_0.5が最小値となる。ΔＺ_0.5の逆数、または（ｄ）におけるパルス状の波形のピーク値を合焦の評価関数とすれば、評価関数の値が最大値をとるＺ位置Ｚ₀を算出することで、投影撮像カメラ３８の合焦位置を算出することができる。図８（ｅ）の場合、焦点位置がＣのときのＺ位置がＺ₀である。投影撮像カメラ３８のＺ位置がこのＺ位置Ｚ₀となる状態でＺステージ５２の位置が固定される。

再び図５に戻り、輪郭データ算出（Ｓ１８）の処理は、演算制御装置１００の輪郭データ算出部１１６の機能によって実行される。具体的には、ワーク８の投影形状データの白黒境界をワーク８の投影形状の輪郭として輪郭追跡処理を行って１次的なねじ輪郭プロファイルのデータを算出する。そして、この１次的なねじ輪郭プロファイルのデータについて、ワーク８の断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去するスムージング化処理を行って２次的なねじ輪郭プロファイルを算出する。このノイズ除去されたねじ輪郭プロファイルを以後の各種寸法の算出のための輪郭データとする。

図９は、輪郭プロファイルのノイズ除去方法を示す図である。図９（ａ）は、輪郭追跡処理のルールを示す図である。（ｂ）は、ワーク８について輪郭追跡処理を行って得られた１次的なねじ輪郭プロファイルのデータであり、（ｃ）は、（ｂ）からノイズを除去した輪郭データを示す図である。

輪郭データ算出では、輪郭データの分解能を上げるために、投影撮像カメラ３８によって撮像されたワーク８の投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの２次元データに変換する。例えば、投影撮像カメラ３８の撮像面における画素分解能が約８μｍであれば、１画素を８×８のサブ画素に分割して位置分解能が１μｍの２次元ビットマップに変換される。このようにして、十分な位置分解能を有する２次元ビットマップを得ることができ、以下では、２次元ビットマップのデータを用いて輪郭追跡処理と、ノイズ除去処理が行われる。

図９（ａ）は、輪郭追跡処理のルールを示す図である。輪郭追跡処理は、２次元ビットマップにおける白黒境界を追跡する処理で、輪郭追跡処理のルールは、１つの黒データの位置から次に黒データがある位置を探すときの順番を決めるルールである。黒データと白データを区別する２値化処理は、データの階調値に対する所定の閾値を用いて行われる。

図９（ａ）は、輪郭追跡処理についての公知のルールを示す図である。このルールは、１つの黒データの位置の周囲の８つのデータ位置について反時計回りで黒データであるかどうかを順次判断し、最初に黒データとなったデータ位置を次の黒データの位置とするものである。図９（ａ）の数字１から８は、最初の黒データの位置から次の黒データを探す追跡順番を示すもので、数字１の位置から数字８の位置へ向かって順次追跡が行われる。

図９（ｂ）は、ワーク８の投影形状データを２次元ビットマップデータに変換したものについて、（ａ）の輪郭追跡処理のルールを適用し、白黒境界の黒データの位置をつないだものである。折れ曲がり線１４４は、追跡処理の軌跡を示す。斜線を引いたデータ位置が白黒境界の黒データ位置で、これをつないだものが１次的なねじ輪郭プロファイルである。

最初に、２次元ビットマップの左上の位置から右方向に黒データの有無を探す走査を行う。ここでは、上から２行目の走査で、最初の黒データが検出された。これを最初の黒データの位置１４５とする。この黒データの位置１４５の周囲の８つのデータ位置を（ａ）のルールに従って次に黒データとなる位置を探す。（ｂ）の例では、黒データの位置１４５から見て斜め下のデータ位置、（ａ）で示される追跡の順番では４番目のデータ位置が次の黒データの位置である。これを繰り返して、２次元ビットマップの端部に到達したときに輪郭追跡が終了する。

図９（ｂ）では、黒データの位置１４６，１４８，１５０において追跡処理の軌跡である折れ曲がり線１４４が後戻りしている。ワーク８の輪郭形状はおねじ部２であっても滑らかな変化をするので、この３つの黒データの位置１４６，１４８，１５０は、ごみ等の存在によるノイズの可能性が高く、ねじの断面形状から見て異常と判断される。

図９（ｃ）は、ねじの断面形状から見て異常と判断される３つの黒データの位置１４６，１４８，１５０を除去するスムージング化処理を行って、ワーク８の輪郭形状として正常とみられる２次的なねじ輪郭プロファイルを生成した図である。折れ曲がり線１５２は、後戻りがなく単調変化の追跡軌跡となっている。ここでは、ノイズ判断基準として、輪郭追跡の軌跡を示す折れ曲がり線１４４における後戻りの有無を用いた。後戻りの有無に代えて、折れ曲がり線１４４の方向の変化の程度をノイズ判断基準としてもよい。また、ワーク８の正常とみられる輪郭形状の追跡軌跡で実際の追跡軌跡を規格化して、正常とみられる輪郭形状の追跡軌跡と実際の輪郭形状の追跡軌跡の差分が所定の閾値範囲を超えるときをノイズとするノイズ判断基準を用いてもよい。

このようにして、公知の輪郭追跡処理で得られる輪郭プロファイルデータに予め定めたノイズ判断基準を適用してノイズを除去するスムージング化処理を行い、ワーク８のねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを算出することができる。

Ｓ１６，Ｓ１８の処理が終わると、投影撮像カメラ３８が取得するワーク８の投影形状データを用いて、各種の寸法測定が行われる。ワーク８はＹ方向に延びる形状を有するので、ワーク８の寸法測定は、投影撮像カメラ３８を初期Ｙ位置から−Ｙ方向に下降させながら順次行うのが効率的である。そこで、頭部寸法測定（Ｓ１２）と頭部穴深さ測定（Ｓ１４）に続いて、頭部４の高さ寸法を投影撮像カメラ３８が取得した投影形状データに基づいて行う。この測定は、後述する全長算出（Ｓ２６）の一部として行われる。具体的には、図６に示すように、頭部４の上面のＹ位置Ｙ₁₀と、下面のＹ位置Ｙ₉を測定する。

ここでは、投影撮像カメラ３８の撮像面に頭部４の上面を示す輪郭データが入るように、Ｙモータ２９の動作を制御し、センサ３０によって、Ｙ₁₀のデータ値を取得する。次いで、ワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させながら、各角度について投影撮像カメラ３８が取得した頭部４の上面の輪郭データのＹ方向の位置を２次元ビットマップ上で求め、例えば、１μｍ単位でＹ₁₀の精密な値を算出する。各角度ごとに、算出したＹ₁₀の精密な値について、最大値と最小値と平均値を求め、これにセンサ３０からのデータ値を加算して、Ｙ₁₀の最大値、最小値、平均値とする。

同様に、頭部４の下面についても、センサ３０からのデータを取得し、次いでワーク８を軸周りに１度間隔で回転させながら、投影撮像カメラ３８が取得した頭部４の下面の輪郭データのＹ方向の位置を２次元ビットマップ上で求め、例えば、１μｍ単位でＹ₉の精密な値を算出する。各角度ごとに、算出されたＹ₉の精密な値について、最大値と最小値と平均値を求め、これにセンサ３０からのデータ値を加算して、Ｙ₉の最大値、最小値、平均値とする。

頭部４の高さ寸法測定が終わると、Ｙステージ２６をＹ方向にさらに下降させ、首下Ｒ測定（Ｓ２０）が行われる。首下Ｒは、頭部４とおねじ部２との間の首下部における曲率半径である。この処理は、演算制御装置１００の首下Ｒ算出部１１８の機能によって実行される。具体的には、投影撮像カメラ３８が取得したワーク８の首下部３の輪郭データを図９で説明した方法を用いて２次元ビットマップ上で求める。このことを図６において、ワーク８の首下部３についてＳ２０として示した。この輪郭データのＲ部分の両側の２本の直線のなす角度を２等分する角度分割線を求め、この線から先ほどの２本の直線に下ろした垂線の長さを首下Ｒとして算出する。

図１０は、首下Ｒの算出方法を示す図である。図１０（ａ）はワーク８の首下部３の２次元ビットマップ上の輪郭データ１６０を示す図である。図１０（ｂ）は、（ａ）の輪郭データ１６０を構成する２本の直線１６２，１６３を求め、この２本の直線１６２，１６３のなす角度を２等分する角度分割線１６４を求め、この角度分割線１６４から直線１６２，１６３にそれぞれに下ろした垂線１６６，１６７を示す図である。

この垂線１６６，１６７の長さに基づいて首下Ｒの値が算出される。すなわち、ワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させ、各角度についてそれぞれ垂線１６６，１６７の長さを求める。３６０度について１度間隔で求めるので、垂線の長さの値は合計７２０個求まる。求められた値についてその最大値、最小値、平均値を首下Ｒの値とする。

再び図５に戻り、Ｓ２０の次は、山径測定（Ｓ２２）、谷径測定（Ｓ２４）が行われる。山径はねじ山の外径寸法であり、谷径はねじ谷の内径寸法である。この処理は、演算制御装置１００のねじ径算出部１１０の機能によって実行される。山径測定（Ｓ２２）と谷径測定（Ｓ２４）は、ワーク８のおねじ部２の軸方向に沿って複数箇所について行われる。図６では、山径測定（Ｓ２２）と谷径測定（Ｓ２４）が行われる３箇所のＹ位置Ｙ₈，Ｙ₇，Ｙ₆をＳ２２，Ｓ２４として、そのことを示した。測定箇所の数は、ワーク８のおねじ部２の長さによって適宜定めることができる。

図１１は、山径測定の方法を示す図である。図１１（ａ），（ｃ）は、２次元ビットマップ上におけるワーク８のおねじ部２の輪郭データを示す図で、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図である。

図１１（ａ）には、ワーク８のおねじ部２の２つの輪郭データ１７０，１７１が示される。２つの輪郭データ１７０，１７１は、ワーク８のおねじ部２の左右両側の輪郭形状を示すデータである。（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図で、これを用いて輪郭データ１７０の山部の回帰直線１７２を求める方法が示される。山部の回帰直線１７２は、おねじ部２の複数の山部頂点における平均位置を通る直線である。

回帰直線１７２が求められると、輪郭データ１７０の全体について回帰直線１７２よりも外径側にある山部頂点を求める。これは、回帰直線１７２に垂直な線１７３を求め、垂直な線１７３の延びる方向に沿って回帰直線１７２の位置を移動させる。そして輪郭データ１７０における少なくとも１つの山部頂点に引っかかる回帰直線１７２の移動量の最大値ａを求める。移動量は、回帰直線１７２に垂直な線１７３に沿って測定される。ａは、回帰直線１７２から見て輪郭データ１７０において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。

次に、図１１（ｃ）に示すように、回帰直線１７２をこれに垂直な線１７３に沿って輪郭データ１７１の側に移動させ、輪郭データ１７１における複数の山部頂点に引っかかる回帰直線１７２の移動量の最大値ｂを求める。ｂは、回帰直線１７２から見て輪郭データ１７１において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。山径はワーク８のおねじ部２における山部の外径であるので、（ａ＋ｂ）は、ワーク８のおねじ部２の２つの輪郭データ１７０，１７１についての山径の値に相当する。

ここでワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させ、各角度における２つの輪郭データの（ａ＋ｂ）をそれぞれ求める。３６０個の（ａ＋ｂ）の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその測定箇所における山径の測定値とする。山径の算出は図６に示すように、３つの測定箇所のそれぞれについて行われる。３つの測定箇所の位置は、ワーク８のおねじ部２の全長の全域をほぼカバーするように設定される。測定箇所の数は３つ以外であってもよい。例えば、４以上でもよく、２以下でもよい。

図１２は、谷径測定の方法を示す図である。図１１と同様に、図１２（ａ），（ｃ）は、２次元ビットマップ上におけるワーク８のおねじ部２の輪郭データを示す図で、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図である。図１２（ａ）には図１１と同じ２つの輪郭データ１７０，１７１が示される。谷部測定は、山部測定に似ていて、図１２（ｂ）に示す回帰直線１７６がおねじ部２の複数の谷部底点における平均位置を通る直線であることが相違する。

谷部について回帰直線１７６が求まると、図１２（ｂ）に示すように、輪郭データ１７０の全体について回帰直線１７６よりも内径側にある谷部底点の位置を求める。これは、回帰直線１７６に垂直な線１７７を求め、垂直な線１７７の延びる方向に沿って回帰直線１７６の位置を移動させる。そして輪郭データ１７０における少なくとも１つの谷部底点に引っかかる回帰直線１７６の移動量の最大値ｃを求める。移動量は、回帰直線１７６に垂直な線１７７に沿って測定される。ｃは、回帰直線１７６から見て輪郭データ１７０において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。

次に図１２（ｃ）に示すように、回帰直線１７６をこれに垂直な線１７７に沿って輪郭データ１７１の側に移動させ、輪郭データ１７１における少なくとも１つの谷部底点に引っかかる回帰直線１７６の移動量の最大値ｄを求める。ｄは、回帰直線１７６から見て輪郭データ１７１において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。谷径はワーク８の谷部における最小内径であるので、（ｄ−ｃ）は、ワーク８のおねじ部２の２つの輪郭データ１７０，１７１についての谷径の値に相当する。

ここでワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させ、各角度における２つの輪郭データの（ｄ−ｃ）をそれぞれ求める。３６０個の（ｄ−ｃ）の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその測定箇所における谷径の測定値とする。谷径測定は山径測定と対として行われ、谷径の測定箇所は山径の測定箇所と同じである。

山径の測定値と谷径の測定値が算出されると、有効径＝（山径＋谷径）／２を算出する。有効径についても最大値と最小値と平均値を算出する。最大値は、山径の最大値と谷径の最小値から算出し、最小値は、山径の最小値と谷径の最大値から算出し、平均値は、山径の平均値と谷径の平均値から算出する。これ以外の算出法を用いて有効径に関する各種の算出を行ってもよい。

Ｓ２２、Ｓ２４の測定が終わると、Ｙステージ２６をさらに下降させ、ワーク８のおねじ部２の先端部を把持するアダプタ８０のリングゲージ８２ａの上面のＹ位置Ｙ₁の測定が行われる。具体的には、既に説明した頭部４の上面のＹ位置Ｙ₁₀と下面のＹ位置Ｙ₉の測定と同様の手順で行うことができる。すなわち、投影撮像カメラ３８の撮像面にリングゲージ８２ａの上面を示す輪郭データが入るように、Ｙモータ２９の動作を制御し、センサ３０によって、Ｙ₁のデータ値を取得する。次いで、ワーク８を軸周りに１度間隔で３６０度回転させながら、投影撮像カメラ３８が取得したリングゲージ８２ａの上面の輪郭データのＹ方向の位置を２次元ビットマップ上で求め、例えば、１μｍ単位でＹ₁の精密な値を算出する。算出した１度ごとのＹ₁の精密な値について、最大値と最小値と平均値を求め、これにセンサ３０からのデータ値を加算して、Ｙ₁の最大値、最小値、平均値とする。

再び図５に戻り、次に全長算出（Ｓ２６）が行われる。この処理は、演算制御装置１００の全長算出部１１２の機能によって実行される。具体的には、既に測定されたＹ位置Ｙ₁₀，Ｙ₉，Ｙ₁の値と、リングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａとワーク８のおねじ部２の先端部との所定の噛み合わせ長さである３ピッチの長さ＝５．２５ｍｍに基づいて、ワーク８の全長が算出される。おねじ部２の全長は、｛（Ｙ₉−Ｙ₁）＋５．２５ｍｍ｝として算出される。頭部４も含むワーク８の全長は、｛（Ｙ₁₀−Ｙ₁）＋５．２５ｍｍ｝として算出される。全長算出は、Ｙ₁₀，Ｙ₉，Ｙ₁のそれぞれの最大値、最小値、平均値に基づいて、全長の最大値、最小値、平均値を算出する。例えば、おねじ部２の全長の最大値は、Ｙ₉の最大値とＹ₁の最小値から算出し、おねじ部２の全長の平均値は、Ｙ₉の平均値とＹ₁の平均値から算出する。これ以外の算出法を用いて全長に関する各種の算出を行ってもよい。

全長算出（Ｓ２６）が終わると、ワーク８の各種寸法の測定データ出力（Ｓ２８）が行われる。この処理は、演算制御装置１００の測定データ出力部１２４の機能によって実行される。具体的には、Ｓ１２の頭部寸法測定、Ｓ１４の頭部穴深さ測定、Ｓ２０の首下Ｒ測定、Ｓ２２の山径測定、Ｓ２４の谷径測定、Ｓ２６の全長算出によって得られた各種寸法の最大値、最小値、平均値等が所定の検査表のフォーマットに従って所定の記入箇所に記入され、出力装置１０４から検査表１０６として印刷されて出力される。

このように、ねじ寸法自動測定システム１０によれば、ねじに関する各種寸法を自動的に測定でき、その測定結果を所定のフォーマットの検査表として自動的に出力できる。

上記では、頭部穴深さの測定を光学的に非接触で行うものとした。これに代えて、接触式であるが、ねじ検査用の頭部穴ビットを用いて、頭部穴深さの測定を行うことができる。図１３は、ワーク８に頭部穴ビット１８０をワーク８の頭部穴６に挿入し、その状態を投影撮像カメラ３８で撮像し、取得された投影形状データに基づいて頭部穴深さＤを算出する方法を示す図である。図１３（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。

ねじ検査用の頭部穴ビット１８０は、頭部穴嵌め合い部１８２と、外形が円板状の鍔部１８４と、把持用円筒部１８６と、円錐頂部１８８を含んで構成される。頭部穴ビット１８０をワーク８の頭部穴６に挿入するには、鍔部１８４と把持用円筒部１８６を２つ割チャック等で把持し、頭部穴６の上方に搬送し、そこで２つ割チャック等の把持を解除して頭部穴ビット１８０を落とすことで行うことができる。頭部穴ビット１８０をワーク８の頭部穴６へ落とすときに、円錐頂部１８８の上方側から下方側に押し込むようにすることが好ましい。２つ割チャックの頭部穴ビット１８０の把持とその解除、円錐頂部１８８の押し込みは、空圧制御装置１０２から供給される空気圧で動作するピストン・シリンダ機構等を用いて自動的に行うことも可能である。

頭部穴ビット１８０の頭部穴嵌め合い部１８２の高さ寸法Ｇや形状は、ワーク８の種類によって変更される。その他の鍔部１８４と、把持用円筒部１８６と、円錐頂部１８８の寸法と形状は、ワーク８の種類によらず同じとすることができる。

ワーク８の頭部穴６に頭部穴ビット１８０が挿入された状態は、投影撮像カメラ３８によって撮像され、その輪郭データに基づいて、ワーク８の頭部の上面と頭部穴ビット１８０の鍔部１８４の下面との間のＹ方向に沿った間隔寸法Ｙ₂を算出できる。算出された間隔寸法Ｙ₂と頭部穴ビット１８０の頭部穴嵌め合い部１８２の高さ寸法Ｇに基づき、頭部穴深さ寸法Ｄ＝（Ｇ−Ｙ₂）として算出できる。

図１４は、ワーク８の種類によって異なる頭部穴ビットを示す図である。ここでは、３つのワーク８の種類に対応する頭部穴ビットを示すが、これ以外の異なる種類のワーク８の頭部穴ビットも同様の構造とすることができる。図１４（ａ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ１２の場合で、図１３で説明した頭部穴ビット１８０と同じである。

図１４（ｂ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ６の場合の頭部穴ビット１８０ｂを示す図である。鍔部１８４と、把持用円筒部１８６と、円錐頂部１８８は、（ａ）と同じである。（ａ）と異なるのは、頭部穴嵌め合い部１８２ｂの形状と寸法である。図４（ｃ）は、ワーク８のねじの呼びがＭ３の場合の頭部穴ビット１８０ｃを示す図である。鍔部１８４と、把持用円筒部１８６と、円錐頂部１８８は、（ａ），（ｂ）と同じである。（ａ），（ｂ）と異なるのは、頭部穴嵌め合い部１８２ｃの形状と寸法である。

このように、頭部穴嵌め合い部１８２以外の要素の形状と寸法を共通化することで、頭部穴ビット１８０，１８０ｂ，１８０ｃを把持する２つ割チャック等を、ワーク８の種類に関わらず、共通に用いることができる。

図１５は、実施形態の別例のねじ寸法自動測定システムを構成するねじ寸法自動測定装置１２ａの主要部の正面図である。図１６は、図１５のねじ寸法自動測定装置１２ａの右側面図である。図１７（ａ）はねじ寸法自動測定装置１２ａの上面図で、頭部撮像カメラ４２を右側に退避させた状態を示す図であり、図１７（ｂ）は頭部撮像カメラ４２を撮像位置に移動させた状態を示す上面図である。図１８は、ねじ寸法自動測定装置１２ａの上面図で頭部撮像カメラ４２を省略した図である。

別例のねじ寸法自動測定システムにおいて、防振台１４、筐体１５、基台１６、演算制御装置１００、空圧制御装置１０２、及び出力装置１０４（図１参照）の基本的な構成は、図１から図１２に示した構成と同様である。別例のねじ寸法自動測定システムを構成するねじ寸法自動測定装置１２ａは、ガントリ型である。具体的には、ねじ寸法自動測定装置１２ａの基台１６の上面を形成する上面板１６ａには、外形が四角柱の柱部材１９０が立設して固定される。柱部材１９０は、図１７に示すようにＹ方向から見た場合の形状が略矩形である。柱部材１９０の正面（図１５の手前側面、図１６の左側面、図１７（ａ）の下側面）には、昇降アクチュエータ１９２が取り付けられる。

昇降アクチュエータ１９２は、柱部材１９０の正面（＋Ｘ方向側）に固定されたアクチュエータケース１９４と、ねじ軸（図示せず）と、Ｙモータ２９ａと、ナット部材（図示せず）とを含む。アクチュエータケース１９４は、上下方向であるＹ方向に沿って長い長尺状である。アクチュエータケース１９４の上面には、Ｙモータ２９ａのケースが固定され、Ｙモータ２９ａから下方（−Ｙ方向）に伸びる出力軸には、ねじ軸がアクチュエータケース１９４内に−Ｙ方向に沿って伸びて配置され、アクチュエータケース１９４に回転可能に支持される。これによりＹモータ２９ａの回転によりねじ軸が回転する。Ｙモータ２９ａの駆動は演算制御装置１００（図１）により制御される。柱部材１９０の−Ｘ側（図１５の裏側、図１６の左側、図１７（ａ）の上側）には、後述するビット掴みユニット２１０を形成する昇降部材２１２がＹ方向に移動可能に支持される。

アクチュエータケース１９４の正面側（＋Ｘ側）のＺ方向両端部には、Ｙ方向に沿ってほぼ全長にわたって平行な２つのガイド孔１９５が形成される。そして、アクチュエータケース１９４にはＹテーブル１９６がＹ方向に移動可能に支持される。Ｙテーブル１９６は、ＹＺ平面に沿う略平板状の移動テーブルである。図１５では分かりやすくするために、Ｙテーブル１９６を砂地で示している。

アクチュエータケース１９４内のナット部材は、ねじ軸のねじ部に複数のボールを介して噛合して、ボールねじ機構を構成する。ナット部材のＺ方向両端部には平行な２つのスライド脚部１９８（図１７（ａ））が形成される。各スライド脚部１９８はガイド孔１９５を通じてアクチュエータケース１９４から外側に突出する。そして各スライド脚部１９８の先端部にはＹテーブル１９６が固定される。これによりＹモータ２９ａの回転によりＹテーブル１９６がＹ方向に沿って移動される。昇降アクチュエータ１９２は、Ｙテーブル１９６を基台１６に対しＹ方向に移動する軸方向移動部を構成する。

さらに、図１６に示すように、アクチュエータケース１９４の＋Ｚ側端部にはリニアスケール方式の位置センサ２００が取り付けられている。すなわち、Ｙテーブル１９６のＹ方向位置を位置センサ２００が検出する。位置センサ２００は、例えばＹテーブル１９６に取り付けられた移動部材２０２のＹ方向位置を光学的または磁気的に高精度に検出すればよい。例えば磁気的な位置センサ２００は、移動部材２０２において、電流を流す励磁コイルと検出コイルとが取り付けられ、アクチュエータケース１９４に固定された固定側部材２０４のＹ方向複数位置に固定側コイル（図示しない）が配置される。移動部材２０２がＹ方向に移動した場合には、移動部材２０２の励磁コイル及び検出コイルが複数の固定側コイルの１つに近接対向し、検出コイルの両端の電圧変化から移動部材２０２の位置が検出される。移動部材２０２の検出位置を示す信号は、演算制御装置１００（図１）に送信される。

Ｙテーブル１９６の正面（＋Ｘ方向）側には、光学的計測装置３２ａが支持される。光学的計測装置３２ａは、画像投影部３４ａと、頭部計測部４０ａとを含んで構成される。画像投影部３４ａは、Ｙテーブル１９６の正面側に固定されてＺ方向に長い下側固定テーブル２３０と、下側固定テーブル２３０の−Ｚ側端部に固定された光源３６と、下側固定テーブル２３０の＋Ｚ側端部に支持された投影撮像カメラ３８とを有する。

下側固定テーブル２３０には、Ｚ移動テーブル２３２がＺ方向に移動可能に支持される。Ｚ移動テーブル２３２は、リニアアクチュエータ２３４によって、下側固定テーブル２３０に対しＺ方向に移動させる。リニアアクチュエータ２３４は、電動モータと、ボールねじ機構とを含み、電動モータの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材をＺ方向に移動させる。Ｚ移動テーブル２３２は、ナット部材に固定されてナット部材のＺ方向の移動によりＺ移動テーブルもＺ方向に移動する。電動モータは、演算制御装置１００により制御される。これにより、電動モータの回転により投影撮像カメラ３８が＋Ｚ方向または−Ｚ方向に移動する。リニアアクチュエータ２３４とＺ移動テーブル２３２とにより合焦移動部５０が構成される。投影撮像カメラ３８と光源３６とは、撮像対象のねじであるワーク８を挟んで、Ｚ方向に対向する。リニアアクチュエータを構成する電動モータとして、ＡＣサーボモータまたはステッピングモータを用いることができる。

ワーク８は、図１から図１３の構成と同様に、アダプタ８０のリングゲージ８２ｃにねじ込まれ、アダプタ８０は締付チャック７０で保持される。締付チャック７０の支持台７２は、基台１６に対し上下方向に伸びる回転部材２３６の上側に固定される。

回転部材２３６は、その下端が基台１６に固定されたロータリジョイント２３８に、Ｙ軸の周りに回転可能に支持される。回転部材２３６のＹ方向中間部に固定されたプーリ２４０と、基台１６の上面板１６ａの下側で＋Ｚ方向（図１５における右側）にずれて固定されたθモータ６４の出力軸に固定されたプーリ２４２とには、ベルト２４４が掛け渡される。これにより、θモータ６４の回転によって、ベルト２４４を介して回転部材２３６が回転されて、締付チャック７０がワーク８とともにＹ軸周りに回転する。支持台７２を回転できれば、どのような構成でも構わない。

投影撮像カメラ３８は、光源３６からの平行光線を受けてワーク８の影となる投影形状についてＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像する。

ワーク８の上方に配置される、頭部計測部４０ａは、Ｙテーブル１９６の正面側（＋Ｘ側）において下側固定テーブル２３０の上側に固定された上側固定テーブル２５０と、上側固定テーブル２５０の正面側に取り付けられた頭部カメラ移動部２５２と、頭部撮像カメラ４２とを有する。頭部カメラ移動部２５２は、先端部に頭部撮像カメラ４２が固定されたロッド部２５４と、ロッド部２５４をＺ方向に伸縮させるピストン・シリンダ機構２５６とを有する。ピストン・シリンダ機構２５６は演算制御装置１００（図１）により制御され、空圧制御装置１０２（図１）から供給される空気圧によってピストンをＺ方向について往復移動させることができる。ピストンにロッド部２５４が固定されており、ピストンが−Ｚ方向に移動することにより頭部撮像カメラ４２も−Ｚ方向に移動し、ピストンが＋Ｚ方向に移動することにより頭部撮像カメラ４２も＋Ｚ方向に移動する。これにより、頭部撮像カメラ４２は、少なくとも図１７（ａ）に示すようにＸＺ平面におけるワーク８の位置Ｐから＋Ｚ方向に退避した位置と、図１７（ｂ）に示すようにワークの位置Ｐの真上位置との２つの位置の間で移動可能である。

頭部撮像カメラ４２は、図１から図１２に示した構成と同様に、ワーク８の頭部の形状の撮像データを取得し、頭部の直径寸法、頭部穴６（図３参照）の二面幅寸法などを算出する。頭部計測部４０ａは、図１から図１２の構成と異なり、ワーク８の頭部穴深さを測定するためのレーザ光源も、レーザ光源を移動させるアクチュエータも含んでいない。その代わりに、ねじ寸法自動測定装置１２ａは、頭部穴ビット１８０（図１９）を掴んで移動させるビット掴みユニット２１０を含んでいる。

図１９は、図１５の左側面図においてビット掴みユニット２１０を示す図である。図１５、図１７、図１９に示すように、ビット掴みユニット２１０は、柱部材１９０の−Ｚ側（図１５、図１７（ａ）の左側、図１９の手前側）に取り付けられてＹ方向に長いガイド部材２１４と、昇降部材２１２とを有する。図１９では柱部材１９０及び昇降アクチュエータ１９２の図示を省略している。

昇降部材２１２は、ガイド部材２１４の−Ｚ側において、Ｙ方向について移動可能に支持される。昇降部材２１２には、Ｘ方向に伸縮可能な伸縮アーム２１６が取り付けられている。伸縮アーム２１６は、ピストン・シリンダ機構２１８によって伸縮される。ピストン・シリンダ機構２１８への空気圧は空圧制御装置１０２（図１）によって制御される。伸縮アーム２１６の先端部には、ワーク８の上面に対向可能にビット把持部２２０が取り付けられている。ビット把持部２２０は下端部に２つの爪部２２１を有する２つ割りチャックである。２つの爪部２２１は、空圧制御装置１０２から供給される空気圧により作動され、ビット把持部２２０の半径方向に移動する。２つの爪部２２１は、ワーク８の頭部穴深さ測定用の頭部穴ビット１８０（図１９）を把持する機能と、ワーク８の上方で頭部穴ビット１８０の把持を解除することで、頭部穴６（図３参照）に向けて頭部穴ビット１８０を落とす機能とを有する。

図１９に示すように昇降部材２１２は、基台１６に支持された上下ロッド２２２の先端部に固定される。上下ロッド２２２はＹ方向に沿って設けられ、ピストン・シリンダ機構２２４によってＹ方向に変位する。ピストン・シリンダ機構２２４は空圧制御装置１０２によって制御される。これにより、空圧制御装置１０２がビット掴みユニット２１０の各ピストン・シリンダ機構２１８，２２４及びビット把持部２２０への空気圧を制御することによって、ビット把持部２２０が所定の位置で頭部穴ビット１８０を掴んで、Ｘ方向及びＹ方向における所定位置に移動して、ワーク８の上方で頭部穴ビット１８０を離して頭部穴６に落とすことができる。

ビット掴みユニット２１０において、伸縮アーム２１６の先端部にレーザ光源を取り付けてレーザ照射ユニットとし、レーザ光源から、ワーク８の頭部の斜め上側からこの頭部に向けてレーザ光を照射させる構成としてもよい。このために、ビット掴みユニット２１０のビット把持部２２０は、レーザ光源を含むレーザ照射部材と交換可能な構成とすることが好ましい。

上記の構成によれば、投影撮像カメラ３８をＹ方向及びＺ方向の所望位置に移動でき、頭部撮像カメラ４２もＹ方向及びＺ方向の所望位置に移動できる。また、アダプタ８０と締付チャック７０とを含む把持部６８に、ねじであるワーク８をセットするだけで、ワーク８の軸方向及び軸周りの各種寸法を自動で測定できる。また、上記の図５のＳ１８の処理と同様に、演算制御装置１００の輪郭データ算出部１１６によって輪郭データを算出した後、ワーク８の高さ方向寸法を測定する際に、投影撮像カメラ３８の輪郭データから算出したＹ方向位置、例えばＹ₁₀の最大値と最小値と平均値とに、位置センサ２００の高精度の検出データを加算できる。これにより、ワーク８の高さ方向寸法を、より高精度に測定できる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図１２に示した構成と同様である。

一方、図１から図１２の構成または図１５から図１９の構成において、ワーク８のＹ軸周りの寸法、例えば山径及び谷径の測定を行う際に、次に説明するように異物の付着を考慮して、より高精度に測定を行うこともできる。図２０は、本発明に係る実施形態の別例のねじ寸法自動測定システムにおいて、輪郭データを算出した後、所定角度において山径を算出する方法を示す図で、図１２（ｃ）の拡大図である。図２１（ａ）は、所定角度における山径ｄmax及び谷径ｄminの測定データを曲線で結んで、角度θとの関係で示す図であり、図２１（ｂ）はねじであるワーク８の軸方向一部の断面図である。図２２は、所定角度における山径ｄmaxの測定データと測定データの個数との関係において、理想モデルの場合（ａ）と、１例において所定範囲から外れた測定データを除外する場合（ｂ）とを示す図である。

図２０に示すようにワーク８の山径ｄmax及び谷径ｄminを求めるときには、ワーク８のＹ軸周りのある角度において、ワーク８の２つの輪郭データ１７０，１７１を算出した後、上記の図１から図１２の構成で説明したように、ワーク８のおねじ部２の軸方向であるＹ方向の複数位置でワーク８の山径ｄmax及び谷径ｄminを算出する。このとき、上記のように２つの輪郭データ１７０，１７１の山部の頂点に引っかかる回帰直線１７２，１７４から、輪郭データ１７０，１７１の山径ｄmax（＝ａ＋ｂ）が求められる。また、ワーク８のＹ軸周りの所定の角度間隔毎、例えば１度間隔毎において、山径ｄmaxの測定値が求められる。同様に、輪郭データ１７０，１７１の谷部の底点に引っかかる回帰直線から谷径ｄminの測定値が求められる。

このとき、山径ｄmax及び谷径ｄminについて、所定の角度間隔毎の各角度の測定データの群の全体からそれぞれの最大値、最小値及び平均値を求めると、ワーク８に異物が付着している場合に大きい誤差が発生する可能性がある。具体的には、図２１（ｂ）に示すように、ワーク８のおねじ部２には塵、ほこりなどの異物１１が付着する可能性がある。図２１（ａ）では、山径ｄmax、谷径ｄminを縦軸で示し、横軸で測定時のワーク８のＹ軸周りの回転角度θを示している。このとき、上記の異物１１の付着に基づいて一点鎖線Ｑ１，Ｑ２で囲んで示す部分のように、山径ｄmax及び谷径ｄminのそれぞれの全測定データの平均値ｄａ、ｄｂから大きく外れて誤差が発生する。また、同じ演算処理を複数回重ねて山径ｄmax及び谷径ｄminを求める場合において、一部の角度θにおける測定データの誤差が増幅されて最終的に求められる計算値が真の値から大きく外れる可能性がある。このような事情から、山径ｄmax及び谷径ｄminについて、所定の角度間隔毎の測定データの群の全体から山径ｄmax及び谷径ｄminの最大値、最小値及び平均値を求める代わりに、次のフィルタリング処理を行う。フィルタリング処理は、測定データの群から一部のデータを除外して山径ｄmax、谷径ｄminのそれぞれの最大値、最小値及び平均値を算出する。

このフィルタリング処理では、まずワーク８のおねじ部２への異物１１の付着がない理想モデルの測定データの分布を考える。このとき、図２２（ａ）に示すように山径ｄmaxを横軸で示し、縦軸で測定データの個数を示した場合に、山径ｄmaxの測定データは正規分布となる。「理想モデル」は、測定対象のねじの設計寸法に応じて予め設定することができる。一方、ワーク８のおねじ部２に異物の付着がある１例では、図２２（ｂ）に示すように測定データが分布する。具体的には、図２２（ｂ）では、異物の存在によって、実線αで示すように平均値ｄａ１及び最頻値ｄｂ１が、破線βで示す理想モデルの平均値ｄａから正の側にずれる。理想モデルの最頻値は平均値ｄａと同一である。

そして、演算制御装置１００は、フィルタリング処理として、ワーク８の所定の角度間隔毎の輪郭データについてのワーク８の山径ｄmaxの測定データの群から、予め設定した理想モデルの測定データの平均値ｄａを基準として、山径ｄmaxの測定データの一部を除外する。そして、山径ｄmaxの測定データの残りの群に基づいて山径ｄmaxについての値、例えば最大値を算出する。

具体的には、フィルタリング処理では、一部のデータを除外するための下限閾値である下限カット値と、上限閾値である上限カット値とを、それぞれ理想モデルの平均値ｄａを基準として、標準偏差σに比例した範囲として設定する。このとき、Ｋを変更可能な任意の比例定数として、理想モデルの平均値ｄａから下側と上側とにＫσだけ離れた値をそれぞれ下限カット値（ｄａ−Ｋσ）、上限カット値（ｄａ＋Ｋσ）とする。例えばＫは１．０または１．２または０．７等の任意の数とする。そして、図２２（ｂ）に示すように、実線αで示す山径ｄmaxの測定データの曲線において、下限カット値（ｄａ−Ｋσ）から上限カット値（ｄａ＋Ｋσ）までの範囲から外れる測定データ（図２２（ｂ）の斜線部）を除外する。そして、測定データの残りの群に基づいて、山径ｄmaxについての値、例えば山径ｄmaxの最大値と最小値と平均値とを算出する。谷径ｄminについても山径ｄmaxと同様に上限カット値、下限カット値を設定して、下限カット値から上限カット値までの範囲から外れる測定データを除外して、谷径ｄminについての値、例えば谷径の最大値と最小値と平均値とを算出する。そして、演算制御装置１００は、山径ｄmax、谷径ｄminについて算出した値を、出力装置１０４（図１参照）に印刷させて出力させる。

上記の構成によれば、ワーク８のＹ軸周りの寸法についての値を、より精度よく算出することができる。例えば、図２２（ｂ）に斜線部で示すように、山径ｄmaxについて下限カット値未満の測定データ、及び上限カット値を超える測定データが除外されるので、異物１１の影響を少なくして、山径ｄmaxの真の値により近い最大値、最小値及び平均値を得ることができる。なお、上記では、平均値ｄａから下限カット値までの大きさと、平均値ｄａから上限カット値までの大きさとを、同じ値Ｋσとしているが、それぞれの大きさを異ならせてもよい。例えば比例定数を２つの異なる値Ｋ１，Ｋ２として、下限カット値を（ｄａ−Ｋ１σ）とし、上限カット値を（ｄａ＋Ｋ２σ）としてもよい。このとき、上限カット値についての比例定数Ｋ２を、下限カット値についての比例定数Ｋ１σより小さくしてもよい。また、上限カット値及び下限カット値の設定に標準偏差σを用いずに、上限カット値及び下限カット値をそれぞれワーク８の設計寸法に応じて予め設定した任意の値に設定してもよい。

また、上記の図９に示した例では、ワーク８についての輪郭追跡処理を行って２次元ビットマップのデータにおいて、異常と判断されるデータを除去しスムージング化処理を行ってねじ輪郭プロファイルを生成する場合を説明した。一方、次のように、２次元ビットマップの１次的なねじ輪郭プロファイルにおいて、ローパスフィルタを行うことによりスムージング化処理を行って、２次的なねじ輪郭プロファイルを生成してもよい。

図２３は、ワーク８の所定角度における輪郭データにローパスフィルタを行う場合において、ワーク８の１次的なねじ輪郭プロファイル（ａ）と、フィルタ処理後の２次的なねじ輪郭プロファイル（ｂ）とを示す図である。１次的なねじ輪郭プロファイルは、ワーク８の軸方向に沿って連続した測定データの軌跡である。

図２３では、１次的なねじ輪郭プロファイルにおいて、ローパスフィルタにより異物の付着による異常部分及びノイズの除去を行っている。具体的には、演算制御装置１００は、図９で示した白黒の２値化の境界における黒データから輪郭データを求める。演算制御装置１００は、ワーク８をＹ軸周りに回転させたときに得られる所定の角度間隔毎の輪郭データにおいて、ワーク８のＹ方向に沿って連続した測定データの軌跡を１次的なねじ輪郭プロファイルと設定する。さらに、１次的なねじ輪郭プロファイルに予め設定した所定周波数についてのローパスフィルタを行うことによりスムージング化処理を行って、ワーク８の所定の角度間隔毎における輪郭データである２次的なねじ輪郭プロファイルを求める。これによって、演算制御装置１００は、ねじ輪郭プロファイルにおける異常部分及びノイズの除去を行う。

例えば、１次的なねじ輪郭プロファイルとして、図２３（ａ）の実線γで示す曲線が得られる場合がある。この曲線γでは、ねじ輪郭に沿う低周波の波形の曲線に対して、ノイズに基づく高周波の波形の曲線が重畳している。また、曲線γでは、一点鎖線Ｑ３で囲んだ部分でおねじに異物が付着し、その異物が付着した部分でも高周波の波形となっている。演算制御装置１００は、曲線γについて軸方向であるＹ方向に沿って、予め設定した所定周波数ｆＡ以下の周波数の波形を残し、所定周波数ｆＡを上回る周波数の波形を除去するように、ローパスフィルタを行う。所定周波数ｆＡは、測定対象のねじの設計寸法に基づく理想モデルのねじのピッチからある程度高くなるように予め設定される。これにより、曲線γの１次的な輪郭プロファイルから、ノイズ及び異物に基づく高周波の波形が除去されて、図２３（ｂ）の実線δで示す曲線のように、低周波のスムーズな波形の２次的な輪郭プロファイルが得られる。

この２次的な輪郭プロファイルは、各角度に応じて求められる。そして、上記の図１１、図１２、または図２１，２２で示した構成のように、各角度の輪郭プロファイルに基づいて、ワーク８のＹ軸周りの寸法、例えば山径、谷径、それぞれの最大値、最小値及び平均値が算出される。そして、演算制御装置１００は、山径、谷径について算出した値を、出力装置１０４（図１参照）に印刷させて出力させる。

なお、上記の図２３に示したローパスフィルタによる処理は、１次的な輪郭プロファイルをフーリエ変換し、所定周波数ｆＡを上回る高周波成分を除去した後、逆フーリエ変換することにより図２３（ｂ）の曲線δのような曲線を得る処理としてもよい。例えばフーリエ変換は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）とし、逆フーリエ変換は逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）とすることができる。また、上記ではワーク８のおねじ部２の輪郭プロファイルにローパスフィルタを行う場合を説明した。一方、ワーク８のおねじ部２以外の部分、例えば図１０の首下Ｒの輪郭データ１６０において高周波のノイズまたは異物による異常部分がある場合にローパスフィルタを行ってノイズ及び異物の影響を小さくする、またはなくすこともできる。

図２３では、ワーク８の輪郭プロファイルにおいて、Ｙ方向についてローパスフィルタを行う場合を説明した。一方、図２３（ａ）の１次的な輪郭プロファイルまたは図２３（ｂ）の２次的な輪郭プロファイルにおいて、Ｙ軸周りの角度θのずれによるＹ方向位置のずれを予測することもできる。そして、その予測したずれで補正した点に基づき、Ｘ方向位置についての軌跡にローパスフィルタを行うこともできる。具体的には、演算制御装置１００は、上記のように図９の白黒の２値化の境界における黒データについて、ワーク８をＹ軸周りに回転させたときに、得られる所定の角度間隔毎の輪郭データを、１次的なねじ輪郭プロファイルと設定する。そして、演算制御装置１００は、ワーク８の所定の角度間隔毎における輪郭プロファイルについて、ワーク８が所定角度ずつずれることに基づくＹ方向のずれを予測する。そして、演算制御装置１００は、ワーク８のＹ軸周りの角度に対応して、予測したずれで補正した点から予測される点のＸ方向位置についての軌跡にローパスフィルタを行う。そして、１次的な輪郭プロファイルの複数の点でこれを繰り返すことにより、フィルタ処理後の２次的なねじ輪郭プロファイルを生成する。さらに、演算制御装置１００は、フィルタ処理後の輪郭プロファイルに基づいてワーク８のＹ軸周りの寸法についての値を算出する。そして、演算制御装置１００は、Ｙ軸周りの寸法について算出した値を、出力装置１０４（図１参照）に印刷させて出力させる。

図２４は、ワーク８の所定角度における輪郭データを求める際にローパスフィルタによりＸ方向についての異常部分の除去を行う場合において、ワーク８を所定角度ずつ回転させた場合における１次的なねじ輪郭プロファイルの変化を示す図である。図２５（ａ）は、ワーク８の輪郭プロファイルの一部の点において、所定角度におけるＸ方向位置についての軌跡にローパスフィルタを行う場合において、フィルタ処理前の軌跡（ａ）と、フィルタ処理後の軌跡（ｂ）とを示す図である。

図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）で示すように、ワーク８を所定角度ずつ同方向に回転させて角度θ１、θ２、θ３になった場合を考える。この場合には、ワーク８のおねじ部２が螺旋形状であるので、１次的なねじ輪郭プロファイルがＹ方向に沿って徐々にずれる。また、各所定角度毎の輪郭プロファイルは、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにもずれる場合がある。例えば、山部の複数の頂点Ｇ１，Ｇ３、Ｇ５・・・及び谷部の底点Ｇ２，Ｇ４・・・のうち、１つの山部の頂点Ｇ３に着目する。このとき、頂点Ｇ３のＹ方向へのずれは、測定対象のねじのピッチに基づいて予めＬ１，Ｌ２のように予測される。これにより、このずれＬ１、Ｌ２で補正しＸ方向位置を点Ｇ３と同一とした点Ｇ３ａ、Ｇ３ｂから所定距離内に存在する頂点を各角度θ１、θ２での点Ｇ３と予測する。図２４では、各角度θ１、θ２での点Ｇ３は、点Ｇ３ａ、Ｇ３ｂからＸ方向にＤ１，Ｄ２分、ずれている。そして、その予測した頂点Ｇ３のＸ方向位置についての軌跡が角度θについて図２５（ａ）のη１で示される。図２５（ａ）の横軸は、ワーク８のＹ軸周りの回転角度θを示しており、縦軸は頂点Ｇ３のＸ方向位置である。

図２５（ａ）から明らかなように、頂点Ｇ３のＸ方向位置の軌跡である曲線η１は、低周波の波形の曲線に対して、ノイズに基づく高周波の波形の曲線が重畳している。また、曲線η１において、一点鎖線Ｑ４で囲んだ部分では、ワーク８のおねじ部への異物の付着によって高周波の波形となっている。

演算制御装置１００は、曲線η１についてＹ方向に沿って、予め設定した所定周波数ｆＢ以下の周波数の波形を残し、所定周波数ｆＢを上回る周波数の波形を除去するように、ローパスフィルタを行う。所定周波数ｆＢは、測定対象のねじのピッチ、リード等の所定設計寸法から予め設定される。これにより、曲線η１から、ノイズ及び異物に基づく高周波の波形が除去されて、図２５（ｂ）の曲線η２のように、異物の影響が除去されスムージング化される。なお、頂点Ｇ３のＸ方向位置の軌跡は理想的にはＸ方向位置が一定の直線であるが、ワーク８の締め付けチャック７０（図１または図１５）による保持状態でワーク８が上下方向（Ｙ方向）に対しわずかに傾斜する可能性がある。このようにワーク８が傾斜した場合には、図２５（ｂ）に示すようにＸ方向位置が曲線となりやすい。上記の図２４、図２５で示した構成は、このようにワーク８が傾斜した場合において、ノイズ及び異物の影響を小さくできる点で有効である。

そして、演算制御装置１００は、図２４の頂点Ｇ３以外の山部の頂点Ｇ１，Ｇ５・・・及び谷部の底点Ｇ２，Ｇ４・・・を含んで輪郭プロファイルの複数の位置のＸ方向位置についても、頂点Ｇ３と同様にローパスフィルタを行う。そして、演算制御装置１００は、各頂点及び各底点に基づいて各角度θにおけるフィルタ処理後の２次的なねじ輪郭プロファイルを生成する。これにより、２次的なねじ輪郭プロファイルでは、異物の付着による異常部分及びノイズの除去が行われる。そして、演算制御装置１００は、フィルタ処理後の各角度θの２次的な輪郭プロファイルに基づいて、図１１、図１２、または図２１，２２で示した構成のように、ワーク８のＹ軸周りの寸法、例えば山径、谷径、それぞれの最大値、最小値及び平均値を算出する。

なお、上記の図２５に示したローパスフィルタによる処理を行う場合にも、フーリエ変換及び逆フーリエ変化を用いてもよい。具体的には、図２５（ａ）に示す輪郭プロファイルのＸ方向位置の軌跡についてフーリエ変換を行い、所定周波数ｆＡを上回る高周波成分を除去した後、逆フーリエ変換を行うことにより図２５（ｂ）のような曲線を得る処理を行ってもよい。このとき、フーリエ変換としてＦＦＴを用い、逆フーリエ変換としてＩＦＦＴを用いてもよい。

図２６は、ワークを固定するためのアダプタの別例を示している図４に対応する図である。図３、図４で説明した構成では、ワーク８を固定するアダプタ８０において、ワーク８のおねじ部２のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さを１ピッチ長さ単位で正確に調整するために、スペーサ８４ａ、８４ｂ、８４ｃを用いている。一方、図１から図２５に示した構成のいずれか１つの構成において、図２６に示すようにアダプタ８０ｄがスペーサを持たない構成としてもよい。

図２６に示すアダプタ８０ｄでは、リングゲージ８２ａの他方端面である下面が、ホルダ８６のストッパ鍔部９０の上面に突き当てられる。

このとき、ホルダ８６のおねじ９２ａがリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａに対し下からねじ込まれる。この場合には、リングゲージ８２ａの下端から、おねじ９２ａの上端までの長さは、ストッパ鍔部９０の上面からのおねじ９２ａの突出高さＨＳと同じである。そしてアダプタ８０ｄでは、基準めねじ８３ａの上側から、ワーク８のおねじ部２（図３、図４参照）をねじ込みできる長さである、ねじ込み長さＬｗは、｛（リングゲージ８２ａの厚さＤＲ）−（ホルダ８６のおねじ９２ａの突出高さＨＳ）｝である。このねじ込み長さＬｗは、基準めねじ８３ａのピッチＰｃの整数倍（＝Ｎ×Ｐｃ）に設定される。ここで、Ｎは任意の整数である。

また、Ｎ１，Ｎ２を任意の整数として、リングゲージ８２ａの厚さＤＲを、基準めねじ８３ａのピッチＰｃの整数倍（＝Ｎ１×Ｐｃ）と設定し、かつ、ホルダ８６のおねじ９２ａの突出高さＨｓもピッチＰｃの整数倍（＝Ｎ２×Ｐｃ）と設定してもよい。

リングゲージ８２ａにホルダ８６を結合する場合には、リングゲージ８２ａの下面側からホルダ８６のおねじ９２ａをリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込む。また、リングゲージ８２ａの上面側から、図３に示すワーク８のおねじ部２の先端部をリングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにねじ込んで、ワーク８のおねじ部２の先端を、ホルダ８６のおねじ９２ａの先端に突き当てる。これによって、リングゲージ８２ａにワーク８が固定される。このときに、上記のように、リングゲージ８２ａの上側のねじ込み長さＬｗを基準めねじ８３ａのピッチＰｃの整数倍としている。このねじ込み長さＬｗは、リングゲージ８２ａにワーク８のおねじ部２が噛み合う噛み合い長さＬｗであり、１ピッチ分の長さ単位で正確に調整できる。例えば、（リングゲージ８２ａの厚さＤＲ）を８ピッチの長さとし、ホルダ８６のおねじ９２ａの突出高さＨｓを５ピッチとした場合に、ワーク８のおねじ部２の噛み合い長さＬｗは３ピッチの長さに調整できる。したがって、リングゲージ８２ａの上面のＹ位置の測定値から、ワーク８のおねじ部２の先端部のＹ位置を正確に求めることができる。

また、ワーク８として同じ規格のねじを用いる場合でも、先端部に不完全ねじ部があるなどの原因により、おねじ部２の先端部が基準めねじ８３ａに十分に噛まない場合がある。このことを考慮して、アダプタ８０ｄにおいて、上側のねじ込み長さＬｗがピッチＰｃの異なる整数倍である複数種類のアダプタを用意することが好ましい。

また、図３、図４に示した構成のように、リングゲージ８２ａとホルダ８６との間にスペーサ８４ａ、８４ｂ、８４ｃを配置してねじの噛み合い長さを調整する構成では、スペーサの寸法精度を高くすることが重要である。一方、スペーサの寸法精度を高くすることは、厚さの大きいリングゲージ８２ａの寸法精度を高くする場合に比べて難しい。これにより、スペーサを用いる構成では図２６の構成に比べて測定精度が低くなる可能性がある。また、スペーサはリングゲージ８２ａに比べて変形しやすい。図２６の構成によれば、スペーサを用いる構成の場合に比べて測定精度を高くできる。特に、ピッチＰｃが小さい小ねじではより高精度な形状で噛み合う部材を用いることが好ましく、その点で図２６の構成は有利である。また、スペーサを省略できるので、コスト低減を図れる。例えば、スペーサのない高精度のアダプタの製造コストは、高精度のスペーサの製造コストとほぼ同程度になる場合がある。

２おねじ部、３首下部、４頭部、５上面、６頭部穴、７，９底面、８ワーク、１０ねじ寸法自動測定システム、１１異物、１２，１２ａねじ寸法自動測定装置、１４防振台、１５筐体、１６基台、１６ａ上面板、１８，１９柱部、２０天板部、２２，２３ガイドレール、２４，２５ねじ柱、２６Ｙステージ、２７，２８軸受部、２９，２９ａＹモータ、３０センサ、３１ベルト、３２，３２ａ光学的計測装置、３４，３４ａ画像投影部、３６光源、３８投影撮像カメラ、４０，４０ａ頭部計測部、４２頭部撮像カメラ、４４レーザ光源、４５アクチュエータ、４６リング照明部、４８取付板、５０合焦移動部、５２Ｚステージ、５４Ｚモータ、５８Ｘステージ、６０ピストン・シリンダ機構、６２把持回転部、６４ θモータ、６６ロータリジョイント部、６８把持部、７０締付チャック、７２支持台、７４ａ，７４ｂ，７４ｃスライド台、７６ａ，７６ｂ，７６ｃ挟持爪部、７８ａ，７８ｂピストン、８０，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄアダプタ、８２ａ，８２ｂ，８２ｃリングゲージ、８４ａ，８４ｂ，８４ｃスペーサ、８６ホルダ、８８挟持リング部、９０ストッパ鍔部、１００演算制御装置、１０２空圧制御装置、１０４出力装置、１０６検査表、１１０ねじ径算出部、１１２全長算出部、１１４合焦位置算出部、１１６輪郭データ算出部、１１８首下Ｒ算出部、１２０頭部寸法算出部、１２２頭部穴深さ算出部、１２４測定データ出力部、１３０，１３１ビーム、１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１３７赤色ライン、１４０影領域、１４２白黒境界、１４４，１５２折れ曲がり線、１４５，１４６，１４８，１５０位置、１６０，１７０，１７１輪郭データ、１６２，１６３直線、１６４角度分割線、１６６，１６７垂線、１７２，１７４，１７６回帰直線、１７３，１７７垂直な線、１８０，１８０ｂ，１８０ｃ頭部穴ビット、１８２，１８２ｂ，１８２ｃ頭部穴嵌め合い部、１８４鍔部、１８６把持用円筒部、１８８円錐頂部、１９０柱部材、１９２昇降アクチュエータ、１９４アクチュエータケース、１９５ガイド穴、１９６Ｙテーブル、１９８スライド脚部、２００位置センサ、２０２移動部材、２０４固定側部材、２１０ビット掴みユニット、２１２昇降部材、２１４ガイド部材、２１６伸縮アーム、２１８ピストン・シリンダ機構、２２０ビット把持部、２２１爪部、２２２上下ロッド、２２４ピストン・シリンダ機構、２３０下側固定テーブル、２３２Ｚ移動テーブル、２３４リニアアクチュエータ、２３６回転部材、２３８ロータリジョイント、２４０，２４２プーリ、２４４ベルト、２５０上側固定テーブル、２５２頭部カメラ移動部、２５４ロッド部、２５６ピストン・シリンダ機構。

Claims

ねじを測定対象ワークとして、前記ワークのおねじの軸方向の一方端を把持する把持部と、
前記把持部を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部と、
前記把持部によって前記おねじの軸方向の一方端が把持された前記ワークの寸法を光学的に非接触的に計測する光学的計測装置と、
前記光学的計測装置を把持部に対し相対的に軸方向に沿って移動する軸方向移動部と、
前記ワークの軸方向及び軸周りの寸法を算出して出力する演算制御装置と、
を備え、
前記演算制御装置は、
前記ワークのねじ山に関する寸法及びねじ谷に関する寸法を算出するねじ径算出部と、
前記ワークの軸方向に沿った全長を算出する全長算出部と、
を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項１に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記把持部は、
円板状の外形を有するアダプタであって、前記ワークの前記おねじの先端部をねじ込んだときに、前記ワークの軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するアダプタと、
前記アダプタの外周側面を少なくとも３点で挟持して固定する締付チャックと、
を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項２に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記アダプタは、
前記ワークの前記おねじのねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有する基準めねじが刻まれたリングゲージと、
前記リングゲージの基準めねじに噛み合う前記おねじが突き出る一方端面を有する円板状のホルダと、
を有し、
前記ホルダの円板形状は、前記ワークのねじ寸法に関わらず共通の形状であることを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項１に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
軸方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な面をＸＺ平面として、
ＸＺ平面に平行な上面を有する基台を備え、
前記把持部は、前記基台の上面に軸方向周りに回転可能に設けられ、
前記軸方向移動部は、
前記光学的計測装置が搭載される移動テーブルであって基台に対しＹ方向に沿って任意のＹ位置に移動可能な移動テーブルを含み、
前記光学的計測装置は、
前記ワークの軸方向及び軸周りの寸法を測定する画像投影部を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項４に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記画像投影部は、
前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、
前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置され、前記光源からの前記平行光線を受けて前記ワークの影となる投影形状について前記光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、
を有することを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項５に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記演算制御装置は、
前記投影撮像カメラによって撮像された前記ワークの投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの２次元データに変換し、
前記ビットマップの前記２次元データの各データを所定の閾値を用いて白黒に２値化する輪郭データ算出部を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項６に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記輪郭データ算出部は、
予め定めたノイズ判断基準に基づき、前記白黒の２値化の境界におけるデータについて前記ワークの断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去するスムージング化処理を行ってねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを求めるものであり、
前記ワークをＹ軸周りに３６０度回転させたときの所定の角度間隔毎についての輪郭データに基づいて前記ワークの軸方向及び軸周りの寸法を算出して出力することを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項７に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
Ｚ方向に沿って前記投影撮像カメラを移動する合焦移動部を含み、
前記演算制御装置は、
前記ビットマップに変換する前処理として、
前記投影撮像カメラによって撮像されたねじの投影形状データが白データから黒データに遷移するエッジ領域において、前記投影形状データの白黒境界において最大値を取るように予め定めた評価関数を用い、前記合焦移動部によって前記投影撮像カメラをＺ方向に移動させながら各Ｚ位置における前記評価関数の値を求め、前記評価関数の値が最大値となるＺ位置を合焦位置として前記投影撮像カメラのＺ方向位置を固定する合焦位置算出部を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項７または請求項８に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記演算制御装置は、
前記ワークの前記所定の角度間隔毎における輪郭データについて前記ワークのＹ軸周りの寸法の測定データの群を求め、
予め設定した下限閾値から予め設定した上限閾値までの範囲から外れる前記寸法の測定データを除外して、前記寸法の測定データの残りの群に基づいて前記Ｙ軸周りの寸法についての値を算出して出力装置に出力させることを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項６から請求項９のいずれか１に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記演算制御装置は、
前記白黒の２値化の境界におけるデータについて、前記ワークをＹ軸周りに回転させたときに得られる所定の角度間隔毎の輪郭データにおいて、前記ワークのＹ方向に沿って連続した測定データの軌跡に予め設定した所定周波数についてのローパスフィルタを行うことによりスムージング化処理を行うことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項６から請求項９のいずれか１に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記演算制御装置は、
前記白黒の２値化の境界におけるデータについて、前記ワークをＹ軸周りに回転させたときに得られる所定の角度間隔毎の輪郭データについて、前記ワークが所定角度ずつずれることに基づくＹ方向のずれを予測し、前記ワークのＹ軸周りの角度に対応して予測したずれで補正した複数の点から予測される点のＸ方向位置の軌跡にローパスフィルタを行い、フィルタ処理後の輪郭データを生成し、フィルタ処理後の輪郭データに基づいて前記ワークのＹ軸周りの寸法についての値を算出して出力装置に出力させることを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項１に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記ワークが頭部とねじ軸部とを有し、前記頭部に締付工具用の回し溝または回し穴を有する頭部付ねじであり、
前記光学的計測装置は、
前記ワークの頭部穴の深さを測定する頭部計測部を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。
請求項１２に記載のねじ寸法自動測定システムにおいて、
前記頭部計測部は、
前記ワークの前記頭部穴の形状をＸＺ平面に平行な撮像面上で撮像する頭部撮像カメラと、
前記ワークのＹ方向に対し所定の傾斜角度で、ＸＺ平面上で直線状に延びるビームを前記ワークの前記頭部の上面と前記頭部穴の底面とに跨って照射するレーザ光源と、
を有し、
前記演算制御装置は、
前記頭部撮像カメラの撮像データに基づいて前記ワークの頭部寸法を算出する頭部寸法算出部と、
前記レーザ光源から照射される直線状のビームが前記頭部の上面と前記頭部穴の底面とに投影される投影位置をそれぞれ前記頭部撮像カメラによって検出し、検出されたそれぞれの投影位置のＸＺ平面上における食い違い量と所定の傾斜角度とに基づいて前記頭部穴の深さを算出する頭部穴深さ算出部を含むことを特徴とするねじ寸法自動測定システム。