JP6607227B2

JP6607227B2 - ねじ先端部位置検出方法

Info

Publication number: JP6607227B2
Application number: JP2017083254A
Authority: JP
Inventors: 秀同竹中; 睦塚原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2037-04-20
Also published as: JP2018179887A

Description

本発明は、ねじ先端部位置検出方法に関し、例えば、油井管の寸法測定分野に関する管端検出方法に関する。

従来、油井管の管端位置測定を行い、先端部から基準距離の位置の寸法を測定し、油井管とそのカップリングの締結のシール性の保証を行っている。この油井管の管端位置測定の技術としては、例えば、特許文献１では、円柱状のピースを管端（ねじ先端部）に押し当てて、その端面座標をＣＣＤカメラ等の光学装置によって読み取る技術が開示されている。

特開平９−２６４７１９号公報

しかしながら、上記の技術では、ねじ先端部と円柱状のピースとの隙間の空間が光の回折により影となり、管端の位置を正確には捉えられないという問題がある。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、精度良くねじの先端部位置を検出する技術を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］先端部から軸方向に順にテーパー部と平坦部とが形成されているねじの前記先端部に、ピースの平面部を接触させて前記先端部の位置を検出する方法であり、
前記ねじの前記ピースに対する当接状態を示すシルエット画像を取得する画像取得工程と、
前記シルエット画像に基づいて、前記ピースの平面部を形成する直線のうち、前記先端部から第１の所定距離以上離れた第１の直線によって、第１の回帰直線を生成する第１の回帰直線生成工程と、
前記シルエット画像に基づいて、前記ねじの平坦部を形成する直線から前記ねじの中心軸に向けて第２の所定距離離れた第２の直線によって、前記軸方向の第２の回帰直線を生成する第２の回帰直線生成工程と、
前記第１の回帰直線と前記第２の回帰直線とが交わる点を前記先端部と判定する先端部位置検出工程と、
を含む、ねじ先端部位置検出方法。
［２］前記第１の回帰直線と前記第２の回帰直線とがなす角度は、６０〜１２０度である、前記［１］に記載のねじ先端部位置検出方法。

本発明によれば、精度良くねじの先端部位置を検出することができる。

本発明のねじ先端部位置検出方法を説明するためのシルエット画像の図である。本発明のねじ先端部位置検出方法を説明するためのフロー図である。関連技術のねじ先端部位置検出方法で用いるねじとピースを説明するための図である。関連技術のねじ先端部位置検出方法を説明するためのシルエット画像の図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

まず、本発明のねじ先端部位置検出方法を説明する前に、関連技術のねじ先端部位置検出方法について、図３および図４を参照しながら説明する。

図３は、関連技術のねじ先端部位置検出方法で用いるねじとピースを説明するための図である。図４は、関連技術のねじ先端部位置検出方法を説明するためのシルエット画像の図である。図３に示すように、関連技術のねじ先端部位置検出方法では、ピース２の基準面となる平面部２１にねじ１の先端部１１を接触させて、先端部１１の位置を検出する。ねじ１は、先端部１１から軸方向に順にテーパー部１２と平坦部１３とが形成されている。

この関連技術のねじ先端部位置検出方法では、先端部１１の位置をＣＣＤカメラ等の光学装置によって読み取って判定する。しかしながら、関連技術の方法で測定する先端部１１の位置の精度は十分ではない。この点について図４を参照しながら説明すると、光学装置を用いて検出されるねじ１およびピース２のシルエット（図中（ａ）参照）と、正確なシルエット（図中（ｂ）参照）とにはずれがある。これは、先端部１１とピース２とで形成される隙間に、光の回折現象により影となる部分（図中（ｃ）参照）が発生するためである。これにより、関連技術では、上記の影に由来する窪みを先端部の位置（図中（ｄ）参照）として検出し、実際の先端部１１の位置（図中（ｅ）参照）に対して誤差を発生させる（図中（ｆ）参照）。そして、先端部位置から基準距離（図中（ｇ）参照）離れた位置におけるねじ寸法測定値に誤差を発生させるという問題が生じる。

例えば、管端円弧部分の径測定においては、従来技術の接触式のハンドゲージを用いた場合に対して、誤差が〜２００μｍとなり、油井管の寸法許容誤差：数百μｍに対して無視できないほどの大きさとなる場合がある。このとき、管端方向の位置の誤差は〜２００μｍ程度となっている。

また、ピース２を用いずに先端部１１の位置を検出しようとすると、例えば位置検出用の光学系をねじ端面に平行となるように配置しても正確には平行になっていないこと等から、先端部１１付近が影となり（図中（ｈ）参照）、先端部１１がどこであるか正確に判定できない。

これに対し、本発明は、ねじ１の先端部１１に、ピース２の基準面となる平面部２１を接触させて、この平面部２１から得られる回帰直線と、ねじ１の平坦部１３を基準面として得られる回帰直線とを用いて、これら２つの回帰直線の交点を先端部１１の位置として計算する先端部位置検出方法に関し、より精度良く先端部１１の位置を検出することができる。

すなわち、本発明のねじ先端部位置検出方法は、先端部１１から軸方向に順にテーパー部１２と平坦部１３とが形成されているねじ１の先端部１１に、ピース２の平面部２１を接触させて先端部１１の位置を検出する方法であり、ねじ１のピース２に対する当接状態を示すシルエット画像を取得する画像取得工程と、シルエット画像に基づいて、ピース２の平面部２１を形成する直線のうち、先端部１１から第１の所定距離以上離れた第１の直線によって、第１の回帰直線を生成する第１の回帰直線生成工程と、シルエット画像に基づいて、ねじ１の平坦部１３を形成する直線からねじ１の中心軸に向けて第２の所定距離離れた第２の直線によって、軸方向の第２の回帰直線を生成する第２の回帰直線生成工程と、第１の回帰直線と第２の回帰直線とが交わる点を先端部１１と判定する先端部位置検出工程と、を含む。

これにより、光の回折現象により、ピース２とねじ１とから形成される隙間の窪み付近の空間の正確な形状を捉えることができなくても、精度良くねじ１の先端部１１の位置を検出することができる。

例えば、シルエット画像中のピース２とねじ１とから形成される窪みの最先鋭位置を先端部１１として計算した場合には、正確な先端部１１の位置に対して誤差が５０μｍ程度となっても、本発明の方法により計算した先端部１１の位置と正確な先端部１１の位置との誤差は１μｍ程度にまで小さくすることができる。

なお、本発明のねじ先端部位置検出方法は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を有するコンピュータ等の情報処理装置と、シルエット画像を取得するための光学系（光学装置）とを備える制御装置（図示せず）により自動で実行することができる。

以下、図１および図２を参照しながら、本発明のねじ先端部位置検出方法の詳細を説明する。図１は、本発明のねじ先端部位置検出方法を説明するためのシルエット画像の図であり、図３の符号Ｘの領域を示す。図２は、本発明のねじ先端部位置検出方法を説明するためのフロー図である。

＜画像取得工程＞
本発明では、画像取得工程で、ねじ１のピース２に対する当接状態を示すシルエット画像を取得する（ステップＳ１）。例えば、図１に示すようなシルエット画像が得られる（図１の（１）参照）。本来得られるべき正確なシルエット画像の輪郭は、図１の（２）に示す。画像取得方法の詳細は、ねじ１のピース２に対する当接状態を示すシルエット画像を取得できれば特に限定されず、任意の光学的手法を採用でき、例えば従来公知のＣＣＤカメラを用いて画像を取得してよい。

また、ねじ１の軸方向（管軸方向）に垂直な方向に光照射して、シルエット画像を得ることが好ましく、これにより、より精度良い先端部１１の検出が可能となる。

また、画像取得工程前のねじ１に対して当接させるピース２の向きについては、シルエット画像から当接状態を確認できれば特に限定されないが、当接させるピース２の平面部２１に対して、ねじ１の軸方向は、垂直に近いことが好ましく、垂直であることがより好ましい。ピース２は円柱状のピースであることが、ピース２自体と、カメラ、光源の軸との平行度を考慮する必要性がないため好ましい。ピース２が直方体であると、ピース２がねじ１に接触する平面と、カメラ、光源の軸との平行状態を保てないと、第１の回帰直線とねじの先端位置にずれが生じる場合がある。

＜第１の回帰直線生成工程＞
次いで、本発明では、第１の回帰直線生成工程で、シルエット画像に基づいて、ピース２の平面部２１（フラット面）を形成する直線のうち、先端部１１から第１の所定距離以上離れた第１の直線（図１の（３）参照）によって、第１の回帰直線（図１の（４）参照）を生成する（ステップＳ２）。この第１の直線として選択する範囲は、特に限定されないが、ピース２とねじ１とで形成される隙間の窪みの最先鋭の下端の点付近位置（図１の（１’）参照）を避けるように、先端部１１位置から予め設定された範囲（例えば、上方（管円周外側）に１ｍｍ以上離れた範囲）とすることが好ましい。

また、本工程での具体的な回帰直線の作成方法は、特に限定されないが、最小二乗法を採用することができる。

＜第２の回帰直線生成工程＞
次いで、本発明では、第２の回帰直線生成工程で、シルエット画像に基づいて、前記ねじの平坦部１３を形成する直線（図１の（５）、（６）参照）から第２の所定距離だけ離れた第２の直線によって、ねじ１の軸方向の第２の回帰直線（図１の（７）参照）を生成する（ステップＳ３）。この第２の所定距離については、予め制御装置に記憶された情報とすることができ、平坦部１３領域におけるねじ１の軸方向に垂直な円相当断面の半径とすることが好ましい。

＜先端部位置検出工程＞
次いで、本発明では、先端部位置検出工程で、第１の回帰直線と前記第２の回帰直線とが交わる点（図１の（８）参照）を先端部と判定する（ステップＳ４）。これにより、実際の先端部１１の位置（図１の（９）参照）からのずれを低減したねじ１の先端部１１位置の検出を行うことができる。

また、上記の第１の回帰直線と第２の回帰直線とがなす角度は、６０〜１２０度であることが好ましい。上記角度がこの範囲にあることで、より精度良く先端部１１の位置を検出することができる。より好ましくは、上記角度は９０度である。

以上、本発明によれば、精度良くねじの先端部位置を検出することができる。

本発明のねじ先端部位置検出方法を用いれば、従来の方法に比べて誤差率を小さくすることができる。本発明の方法を基にした管端円弧部分の径測定においては接触式のハンドゲージを用いた場合に対して、２００μｍ程度であった誤差を、５μｍ程度まで減少させることができる。なお、本実施例で用いたねじは、ねじ先端部の形状として曲率が約１であり、寸法測定のためのねじ先端部位置からの基準距離が０．３〜０．８ｍｍである。

１ねじ
１１先端部
１２テーパー部
１３平坦部
２ピース
２１平面部

Claims

先端部から軸方向に順にテーパー部と平坦部とが形成されているねじの前記先端部に、ピースの平面部を接触させて前記先端部の位置を検出する方法であり、
前記ねじの前記ピースに対する当接状態を示すシルエット画像を取得する画像取得工程と、
前記シルエット画像に基づいて、前記ピースの平面部を形成する直線のうち、前記先端部から第１の所定距離以上離れた第１の直線によって、第１の回帰直線を生成する第１の回帰直線生成工程と、
前記シルエット画像に基づいて、前記ねじの平坦部を形成する直線から前記ねじの中心軸に向けて第２の所定距離離れた第２の直線によって、前記軸方向の第２の回帰直線を生成する第２の回帰直線生成工程と、
前記第１の回帰直線と前記第２の回帰直線とが交わる点を前記先端部と判定する先端部位置検出工程と、
を含む、ねじ先端部位置検出方法。
前記第１の回帰直線と前記第２の回帰直線とがなす角度は、６０〜１２０度である、請求項１に記載のねじ先端部位置検出方法。