JPH0422444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管端に切られたネジの表面検査装置に
関する。

〔従来技術〕

ネジ部表面の欠陥を光学的に検査する方法とし
て、光束を軸長方向に走査し、ネジ部からの反射
光を捉え、光電変換してその出力信号波形図を検
査する方法がある。第６図はこの種の表面検査装
置の基本光学系を示す模式図、第７図は同じく光
電素子の出力信号の波形図である。第６図におい
て６１ａは鋼管６１の管端に切られたネジ部、６
２，６２は被検査鋼管６１を支持して軸心回転さ
せるための回転ロールである。鋼管６１を回転ロ
ール６２，６２にて回転させ、ネジ部６１ａの軸
方向に発光手段６３から投射レーザー光６４を鋼
管６１の軸長方向に走査しながらネジ部６１ａに
投射する。そしてネジ部６１ａからの反射光６５
を受光器６６にて検知し、光電変換出力信号を分
析することによりネジ部６１ａ表面の検査を行
う。

ネジ部６１ａの表面が正常なラウンドネジであ
る場合は、第７図ａに示す如く一定レベルの波形
になるが、ネジ部６１ａに表面欠陥がある場合、
対応する部分の反射光が乱れ、その結果第７図の
矢印に示すように、対応する信号波形が低レベル
の異常波形になるので、これを検出することによ
りネジの表面欠陥を抽出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した如き装置ではネジの光学的表面検査を
行うことは可能であるが、油井管等の大径継目無
管の管端に切られたネジに適用する場合、実用上
の問題点がいくつかある。

油井管等の大径継目無鋼管は熱間圧延により製
造されるので、若干の曲がりがある。またその断
面が真円でない場合もある。この様な管の端に切
られたネジを全周に亘つて検査する場合、管が回
転するからネジ部への投射光の角度が変化し、ま
たネジ部からの反射角度も変動する。ところが上
述した如き装置では、受光器が固定されているの
で、反射光の方向変化に追従出来ず、受光器が反
射光を正確に捉え切れないで、欠陥信号と誤認し
てしまうという問題点があつた。

また管端の位置を正確に把握する手段を具備し
ていないので、管端から投射光が外れたために反
射光が無いのか、或いは欠陥の存在により投射光
が散乱して反射光が無いのかを判断することが困
難であつた。

更に光電変換して得られる信号波形は複雑な波
形を示すので、この複雑な波形から欠陥を抽出す
ることは容易でなかつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は係る事情に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、管端にネジが加工され
ている管に対して光束を軸方向に投射走査し、ネ
ジ部からの反射光を捉え、信号処理してネジの表
面検査を行う装置において、ネジ部からの反射光
方向変化に受光器を追従させる機構と、管端から
外れた光を受ける受光器と、信号処理装置とを具
備することにより、大径の継目無管の如く真直で
ない管に切られたネジの表面検査が可能であり、
管端の位置が簡単に判断でき、しかも欠陥信号の
弁別が容易であるネジの表面検査装置を提供する
にある。

本発明に係るネジ表面検査装置は、管端にネジ
が加工されている管周方向に回転中の管に対し
て、ネジの軸に直交する向きに照明部の受光部を
備え、照明部は、ネジ長さ方向に一定速度で走査
するスポツト状光束をネジ山により陰を生じない
角度でネジ表面に照射し、受光部は、ネジ表面か
らの上記走査光束の正反射光をどの光束走査位置
においても受光できる位置にあつて、ネジ軸方向
に少なくともネジ長さ以上の長さのライン状に形
成され、受光した光を光電変換した電気信号を処
理してネジの表面検査を行う装置において、前記
受光部の光束走査方向に直交する方向の両側に配
設される複数の追従用受光器と、前記複数の追従
用受光器が受光する正反射光周囲部の乱反射光が
等量となつて受光部が前記正反射光を中央部で捉
えるように受光部を追従せしめる追従機構と、前
記管端を越える位置に投射される光束を受光する
管端受光器と、前記受光部の出力する電気信号を
２値化する波形整形器と、前記波形整形器の出力
として得られるパルス列を受けてパルス幅を測定
する時間幅測定器とを具備し、前記パルス幅を所
定の設定値と比較することによりネジ表面の欠陥
の有無を判定すべくなしたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて
説明する。第１図は本発明に係る検査ヘツド部の
概略図、第２図は本発明のブロツク図である。第
１図において１はその管端にネジ部１ａが加工さ
れている被検査鋼管、２，２は被検査鋼管１を支
持して軸心回転させるための回転ロールである。
被検査鋼管１は回転ロール２，２の対複数を備え
た検査装置へ搬送されてきて、ここでネジ検査が
行われる。

被検査鋼管１の上方には検査ヘツド部収納箱４
が設けてあり、検査ヘツド部収納箱４の底部には
その底部の略半分の面積を有し、被検査鋼管１の
軸心方向に長い矩形状の開口３がある。また検査
ヘツド部収納箱４の内部にはレーザ光束（スポツ
ト状光束）を出射するレーザー管５、光束径を調
節するコリメータレンズ６、光路を変更するため
のミラー７、光束の角速度を一定とすべく定速回
転する振動型スキヤナー８、ネジ部１ａにおける
光束の線速度を一定にするためのＦ−θレンズ
９、光路を変更する反射鏡１０が設けられてい
る。

レーザー管５とコリメータレンズ６とは光軸を
一致させて配置してあり、レーザー管５を出射し
た光束はコリメータレンズ６を通つて被検査表面
上で最適な光束径を有するようになる。光束径が
大きいと微細欠陥に対する検出能が低下し逆に光
束径が小さすぎるとネジ加工の際に表面に生成さ
れる加工痕も反射光を乱すことになり、Ｓ／Ｎ比
が低下する。鋼管の管端に切られたネジ検査の場
合、光束径は100μｍ程度が適当である。

コリメータレンズ６を通つた光束は、その進行
方向前方に設けられたミラー７に反射して光路が
90゜変更される。ミラー７にて光路変更された光
束は振動型スキヤナー８にて反射され、一定の角
速度で走査される。次に光束は振動型スキヤナー
８にて反射され、一定の角速度で走査される。次
に光束は振動型スキヤナー８の前方に設けられた
Ｆ−θレンズ９を通過する。Ｆ−θレンズ９は被
検査面での光束の線速度を一定となす様に変換す
る。Ｆ−θレンズ９を通過した光束は反射鏡１０
により反射され、検査ヘツド部収納箱４の底面開
口３よりネジの軸方向に走査されながらネジ部１
ａに投射される。投射光の走査範囲はネジ部１ａ
の全長を覆うべく、管端を越えた位置からネジ切
り上り部端を越えた位置まで必要である。

なおネジ部の検査密度を高めるために、この走
査は管の回転による周方向の移動に比して十分速
い速度が必要である。

以上のようにして第１図の矢印に示す如く、レ
ーザー管５を出射したスポツト状光束はコリメー
タレンズ６を通り、ミラー７、振動型スキヤナー
８にて反射され、Ｆ−θレンズを通過し、反射鏡
１０により反射されてネジ部１ａに投射される。

また検査ヘツド部収納箱４の底部開口３にはオ
プテイカルフアイバ束１１の先端を鋼管１の軸心
方向に長い矩形状（ライン状）に並べてあり、開
口３の幅方向に移動し得る主受光器端部１２があ
り、該フアイバ束１１の基端は光電子増倍管１３
に集束されていて円形状となつている。主受光器
端部１２の長手方向中央の走査方向と直交する方
向の両側に２個の追従用受光器１４ｌ，１４ｒが
固着されている。これら２個の追従用受光器１４
ｌ，１４ｒが夫々受光する正反射光周囲部の乱反
射光が等量になつたとき、主受光器端部１２が正
反射光をその中央部で捉えていることとなる。ヘ
ツド部収納箱４の底部内面には曲がり追従用モー
タ１５が設置されている。曲がり追従用モータ１
５の出力軸にはネジ１７が同軸的に固定されてい
て、ネジ１７にはその一端が前記主受光器端部１
２に固定されている移動軸１８がこれと垂直に螺
合連結されており、主受光器端部１２は曲がり追
従用モータ１５の駆動回転により開口３内をその
幅方向両側に移動する。

更に管端位置検知用として、搬送を受けて管端
が軸心方向に移動する際に管端が到達し得る可能
性のある最前端位置を僅かに超える鋼管１下方に
管端受光器１６が設けられている。

次に第２図に基づき検査ヘツド部の追従機構に
ついて説明する。ネジ部１ａに照射した光束の反
射光は、主受光器端部１２よりオプテイカルフア
イバ束１１を通つて光電子増倍管１３内に入射さ
れる。ここで被検査鋼管１の管端が真直でない場
合は反射光の方向が変化し、主受光器端部１２の
長手方向中央の両側に固着された２個の追従用受
光器１４ｌ，１４ｒ大々の受光量に差異が生じ
る。追従用受光器１４ｌ，１４ｒの受光量は比較
増幅器３０に伝送され、両追従用受光器１４ｌ，
１４ｒの受光量の差に基づき、曲り追従用モータ
１５が駆動される構成にしてある。これにより主
受光器端部１２がその幅方向両側に移動する。

例えば追従用受光器１４ｌの受光量が追従用受
光器１４ｒの受光量より多い場合、反射光が主受
光器端部１２の追従用受光器１４ｌに偏つている
のであるから、曲り追従用モータ１５を駆動し
て、両追従用受光器１４ｌ，１４ｒ夫々の受光量
が相等しくなるように、主受光器端部１２を追従
用受光器１４ｌ側に移動させる。従つて被検査鋼
管１が曲がつていても、上述した追従機構より反
射光（正反射光及びその周囲近傍の乱反射光）を
確実に捉えることができる。

次に管端受光器１６の機能について説明する。
光束を軸方向に走査してネジ部１ａに投射する場
合、管端受光器１６は管端を超える位置に配設さ
れているので、光束が管端から外れたときに、管
端受光器１６が走査される光束を受光する。管端
受光器１６の出力は後述する判定器２６へ入力さ
れ、欠陥の有無判定に用いられる。即ち管端受光
器１６の受光の有無を利用することにより、管端
受光器１６が受光している場合はネジ部１ａには
光束が投射されていないことが検知でき、反射光
がない状態を欠陥信号として誤認することがな
い。

第３図においてアはバツトレスネジのネジ山の
形状を示す模式図、イは健全なバツトレスネジを
第１図で示す光学系にて検査した場合の光電子増
倍管１３の信号波形図、ウは該信号波形図をイに
破線で示す閾値レベルで２値化して得たパルス
列、エはベツトレスネジにおける代表的な欠陥に
対する光電子増倍管１３の信号波形図、オは該信
号波形図をエに破線で示す閾値レベルで２値化し
て得たパルス列を夫々表す。

第３図エにおける欠陥信号はａの如きデイツプ
信号、ｂの如きパルス幅減少の信号、ｃの如き低
レベルの信号に大別される。従つて第３図エに示
す信号変化を検出することにより、欠陥が検出さ
れ得る。ａの信号はパルス列オ中のパルスが
“Ｈ”レベルにある時間幅（第５図T_H、以下Ｈ幅
と略す）及びパルスが“Ｌ”レベルにある時間幅
（第５図T_L、以下Ｌ幅と略す）が所定値（設定
値）より小さいことで検出可能である。ｂの信号
はパルス列オ中のパルスＨ幅が所定値より小さ
い、及びＬ幅が所定値より大きいことで検出可能
である。ｃの信号はパルス列オ中のＬ幅が所定値
より大きいことで検出可能である。

同様に第４図においてカはラウンドネジのネジ
山の形状を示す模式図、キは健全なラウンドネジ
を第１図で示す光学系にて検査した場合の光電子
増倍管１３の信号波形図、クは該信号波形図をキ
に破線で示す閾値レベルで２値化して得たパルス
列、ケはラウンドネジにおける代表的な欠陥に対
する光電子増倍管１３の信号波形図、コは該信号
波形図をケに破線で示す閾値レベルで２値化して
得たパルス列を夫々表す。

ここで第４図キに示す波形と第７図に示す波形
との差異は光束を照射する角度差に基づくのであ
る。つまり第６図の如くネジ表面法線とのなす角
度が大である場合、ネジ山部と谷部との半径差が
大きく影響する為、それぞれの部位からの反射光
は異なる方向へ行くので受光器では例えば第７図
の如くネジ山部のみの信号を受光する。

第４図ケにおける欠陥信号はｄの如きデイツプ
信号、ｅの如き片側パルス幅減少の信号、ｆの如
き両側のパルス幅減少の信号に大別される。従つ
て第４図ケに示す信号変化を検出することによ
り、欠陥が検出され得る。ｄの如き信号はパルス
列コ中のパルスＨ幅及びＬ幅が所定値より小さい
ことで検出可能である。ｅの信号はパルス列コの
パルスＨ幅が所定値より小さい、及びＬ幅が所定
値より大きいことで検出可能である。ｆの信号は
パルス列コ中のパルスＨ幅が所定値より小さい、
及びＬ幅が所定値より大きいことで検出可能であ
る。

この結果、ａ〜ｆまでの信号変化は該当する被
検査パルスのＨ幅及びＬ幅が、夫々所定範囲内に
入つているか否かを調べることにより、欠陥の有
無を検査することができる。

ここで上記の処理を実現するための信号処理機
構を第２図に基づいて説明する。ネジ部１ａから
の反射光は、主受光器端部１２から光電子増倍管
１３に入射されて光電変換される。図中２１は光
電変換後の信号波形イまたはキを適当な閾値レベ
ルで２値化する波形整形器、２２は２値波形ウま
たはクの立上りを検出する正極エツジ検出器、２
３は２値波形ウまたはクの立下りを検出する負極
エツジ検出器、２４は正極エツジ検出器２２の出
力発生時から、負極エツジ検出器２３の出力発生
時までの時間幅（第５図T_H）を測定する時間幅
測定器、２５は負極エツジ検出器２３の出力発生
時から正極エツジ検出器２２の出力発生時迄の時
間幅（第５図T_L）を測定する時間幅測定器、２
６は時間幅測定器２４，２５の出力を受けて欠陥
の有無を判定する判定器である。

第２図においてパルスＨ幅の所定値（上限
T_H1、下限T_H2）、パルスＬ幅の所定値（上限T_L1、
下限T_L2）は設定値として判定器２６に予め与え
られている。

斯かる構成において、オまたはコの様なパルス
列のＨ幅、Ｌ幅が順次時間幅測定器２４，２５で
測定される。時間幅測定器２４の出力T_Hは、負
極エツジ検出器２３の出力発生のタイミングで判
定器２６に取り込まれ、T_H1、T_H2との間で大小
判定され、測定値がT_H1より大きいか、或いは
T_H2より小さい場合は欠陥発生信号２７とパルス
Ｈ幅異常を示す信号２８とが出力される。また同
様に時間幅測定器２５の出力T_Lは、正極エツジ
検出器２２の出力発生タイミングで判定器２６に
取り込まれ、T_L1、T_L2との間で大小判定され、
測定値がT_L1より大きいか、或いはT_L2より小さ
い場合は、欠陥発生信号２７とパルスＬ幅異常を
示す信号２９とが出力される。従つて欠陥判別は
容易である。

〔効果〕

以上説明した如く、本発明ではネジ部１ａから
の正反射光周囲部の乱反射光に追従するための追
従機構が設けてあるので、管端が真直でない鋼管
に切られたネジの表面欠陥の検出が可能である。
また管端を越える位置に管端受光器を設置してあ
るので、ネジ部１ａからの正反射光及びその周囲
部の乱反射光のない状態を欠陥信号と誤認するこ
とがない。更に信号波形図として単純なパルス信
号を得ることとしているので、欠陥信号の判別が
簡単に行なえる等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る検査ヘツド部の概略図、
第２図は本発明のブロツク図、第３図はバツトレ
スネジについての信号波形図、第４図はラウンド
ネジについての信号波形図、第５図は２値化信号
による時間幅を示す模式図、第６図は従来の検査
装置の模式図、第７図は第６図の装置により得た
信号波形図である。 １……鋼管、２……回転ロール、５……レーザ
ー管、６……コリメータレンズ、８……振動型ス
キヤナー、９……Ｆ−θレンズ、１０……反射
鏡、１３……光電子増倍管、１４ｌ，１４ｒ……
追従用受光器、１５……曲り追従用モータ、１６
……管端受光器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管端にネジが加工されている管周方向に回転
   中の管に対して、ネジの軸に直交する向きに照明
   部の受光部を備え、照明部は、ネジ長さ方向に一
   定速度で走査するスポツト状光束をネジ山による
   陰を生じない角度でネジ表面に照射し、受光部
   は、ネジ表面からの上記走査光束の正反射光をど
   の光束走査位置においても受光できる位置にあつ
   て、ネジ軸方向に少なくともネジ長さ以上の長さ
   のライン状に形成され、受光した光を光電変換し
   た電気信号を処理してネジの表面検査を行う装置
   において、 前記受光部の光束走査方向に直交する方向の両
   側に配設される複数の追従用受光器と、 前記複数の追従用受光器が受光する正反射光周
   囲部の乱反射光が等量となつて受光部が前記正反
   射光を中央部で捉えるように受光部を追従せしめ
   る追従機構と、 前記管端を越える位置に投射される光束を受光
   する管端受光器と、 前記受光部の出力する電気信号を２値化する波
   形整形器と、 前記波形整形器の出力として得られるパルス列
   を受けてパルス幅を測定する時間幅測定器とを具
   備し、 前記パルス幅を所定の設定値と比較することに
   よりネジ表面の欠陥の有無を判定すべくなしたこ
   とを特徴とするネジ表面検査装置。