JP6248887B2 - 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 - Google Patents
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Description
・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。
(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)。
(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。
AS1i=S1i×sinθ1
AX2j=X2j−S2j×cosθ2
AS2j=S2j×sinθ2
次に、第2の演算工程について説明する。
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、AX1iに係るiの範囲と、AS2jに係るjの範囲とを夫々求め、求めたiの範囲に係るAS1iの平均値を算出してDS1とし、一方、求めたjの範囲に係るAS2j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。
(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(AX1i,AS1i)の中から、隣接するiのAS1i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(AX1m,AS1m)、(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(AX2j,BS2j)の中から、データ(AX1m,AS1m)、(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(AX2p,BS2p)、i=m+1に対してはj=qのデータ(AX2q,BS2q)であるとする。そして、j=pからj=qまでのデータ(AX2p,BS2p)〜(AX2q,BS2q)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(XK,SK)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。
(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。
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
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。 - 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。 - 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。 - 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。
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