JPH0258588B2 - - Google Patents

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
用いるのに好適な、ねじ表面の検査方法及び検査
装置の改良に関する。

石油掘削等の使用目的で製造される鋼管には、
通常、その管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
雄ねじが形成された管と管のねじ部同士を、両端
の内周面に雌ねじが切削加工されたカツプリング
と称する継手で接続して使用するか、或いは、片
端ずつに、管外周面に雄ねじが切削加工されたね
じ部と管内周面に雌ねじが切削加工されたねじ部
をそれぞれ有する管と管とを直接ねじ込み接続し
て使用す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
応力が集中することになる。従つて、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
陥は重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、鋼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、ねじ有効径、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するねじ要素
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、ねじ切削仕上げ面のびび
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、ねじ切削仕上げ面における
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、従来人手に頼つ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することによつて、各種ね
じ要素の自動検査が可能になりつつあり、この分
野での自動化は急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
の自動化の進歩に比較して、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化されておらず、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の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消するものとして、発明
者の一部は、既に特願昭58−167901において、切
削加工面に、その切削むらの周期間隔より大きな
スポツト状の光線を照射し、前記切削加工面から
反射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す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検出することを特徴とす
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、切削加工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することができ、自動化
も可能となるという優れた効果を有するが、散乱
光がおりなす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することが、必ずしも容
易ではなかつた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
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することがで
き、自動化も可能なねじ表面の検査方法を提供す
ることを第１の目的とする。

本発明は、又、前記第１の目的に加えて、少な
いメモリ容量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
する。

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する少なくとも
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
自己相関演算を行つ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信
号を得る撮像手段と、該画像信号の自己相関演算
を行つて自己相関画像信号を形成する画像相関手
段と、ねじ軸を中心としてねじを回転させるねじ
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
出するようにして、前記第２の目的を達成したも
のである。

以下、本発明の原理を説明する。

一般に、ねじのびびりは、その切削過程におけ
る工作機械本体、切削工具もしくは被加工物の振
動によつて引き起こされて発生することが解つて
いる。即ち、びびりの原因は、工作機械本体（切
削工具）と被加工物間の相対振動であるが、びび
りは、工作機械本体と被加工物系の自励振動に原
因しているので、一旦発生し始めると止めること
ができない。このような時、被加工物、例えば油
井用鋼管には、ねじ山に沿つ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つ
て変化する。又、切削むらの大きさも、工作機械
本体と被加工物間の相対振動や振幅の大きさによ
つて変化する。更に、びびり以外にも、ねじ切削
仕上げ面の品質に影響を及ぼすものとして、切削
工具の幾何学的形状と送り運動から定まる仕上げ
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。

従つて、本発明においては、前記のようなねじ
の切削加工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
切削加工されたねじ切削部を有する鋼管１０のね
じ切削部１０Ａに対して、第１図に示す如く、面
光源２０とスリツト付フイルタ２２を組合わせた
もの、あるいは、光源自体に帯状光束を発生させ
る機能を持たせたものから、ねじ軸Ａ方向（第１
図の横方向）に広がりを有する少なくとも１本の
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での反射パターンを、水平
走査線の方向がねじ軸Ａ方向に一致するように配
設されたテレビカメラ２４によつて撮影して、画
像信号を得る。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に対して不変とする。

このテレビカメラ２４によつて撮影される反射
パターンは、スリツト付フイルタ２２のスリツト
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Ａ方向にねじ山のピツチで周期的に
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Ａ
方向にねじ山のピツチを有し、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す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本であつても複数本であつても問題で
はない。従つて、以後は、帯状光束の数が複数本
である場合を例にとつて説明する。

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、ねじ山のピツチに応じてねじ軸Ａ
方向に移動すると共に、ねじ面のびびりによつ
て、縦方向に移動・変形する。従つて、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、画像相関手段によつ
て自己相関処理する。

ここで、画像の自己相関処理を行つているの
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、ねじ山のピツ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。

この画像信号の自己相関演算を行つて自己相関
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
ーリエ変換光学系を用いた光学的相関演算を行
い、デイスプレイ装置の画面中央に入力画像の水
平走査方向自己相関画像のみを表示するものを用
いたり、又は、特開昭57−91086で開示されてい
るような、超音波光変調器を有する光学的相関器
によつ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、デイスプレイ画面上で画像
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つて得られる自己相関画
像の一例は、第３図（第２図に対応）に示す如く
であり、この自己相関画像信号の特徴としては、
画面の水平走査線方向の移動は相関出力画像に現
われないこと、テレビカメラ２４の画角内に入つ
た入力画像の自己相関出力画像は、入力画像が画
角内のどの位置にあつても、デイスプレイ画面の
中央を中心とした左右対称形に現われること等が
ある。

このような特徴により、反射パターンの自己相
関画像は、ねじ山のピツチによる格子パターンの
横移動がなくなり、且つ、デイスプレイ画面の中
央に常時表示される。ここで、ねじ面がびびり等
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射されて、相関画像は
静止した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する。一方、ねじ面
にびびりがある場合には、第３図に符号Ｄで示す
如く、基準パターンにびびりの自己相関パターン
が重なつて表われ、この相関パターンは、ねじの
回転によつて、ランダムな変形や明暗の点滅を繰
返す。しかしながら、この自己相関パターンも基
準パターンと同様に、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、デイスプレイ画面内の同一範
囲内に表われるため、基準パターンが明確に表わ
れるデイスプレイ画面範囲をフレームメモリ等で
記憶しておき、各フレーム毎に同一箇所の輝度を
比較して、その変化量の大小によつてびびりを検
査することが可能である。

前記相関パターンは横方向に不変であり、且
つ、ねじのピツチで決まる周期的パターンとなつ
ている。又、帯状光束を複数本とした場合には、
縦方向にも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、前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動する
ので、輝点検出場所の設定が困難となるが、基準
パターンの輝点位置とびびりの相関パターンとの
相対位置は殆ど変わらないので、基準パターンの
輝点を追跡すれば、これを基準として、びびりの
検出が可能となる。

本発明は、以上のような原理に基づいてなされ
たものである。

以下、図面を参照して、本発明が採用された鋼
管管端部のねじ検査装置の実施例を詳細に説明す
る。

本実施例は、第４図及び第５図に示す如く、鋼
管１０のねじ切削部１０Ａの表面に、ねじ軸方向
に広がりを有する複数の平行な帯状光束を照射す
るための面光源２０及びスリツト付フイルタ２２
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
像信号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を制御す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信号の自己相関演
算を行つ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
化量を検出する画像信号処理装置３４と、から主
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、スリツト付フイルタ２２及
びテレビカメラ２４に外部光線が侵入するのを防
止するための下側暗箱及び上側暗箱、４０は、前
記上側暗箱３８を鋼管１０の外径の大小に応じて
上下方向に移動するための上側暗箱昇降装置、４
２は、検査時に鋼管１０先端のねじ切削部１０Ａ
を暗箱の中に挿入するための入側テーブルロー
ラ、４４Ａ，４４Ｂ及び４６Ａ，４６Ｂは、前記
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を制御するための、
投受光型の２組の位置検出センサである。

前記画像信号処理装置３４は、例えば第６図に
詳削に示す如く、カメラコントローラ３２から入
力される画像信号の自己相関処理を行うための、
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装置３４Ａと、該テレビ画像
アナログ相関装置３４Ａより出力されるテレビ画
像信号を画像に変換するデイスプレイ装置３４Ｂ
と、前記テレビ画像アナログ相関装置３４Ａから
出力される前出第３図に示したようなテレビ画像
信号より、びびりによる相関値を基準パターンか
ら弁別するためのデータ演算装置３４Ｃと、前記
びびりによる相関値をねじ検査とほぼ同時に表示
すると共に、警報を出力するための表示警報装置
３４Ｄと、から構成されている。

前記上側暗箱昇降装置４０は、前出第４図に詳
細に示した如く、前記上側暗箱３８の側面に固着
されたギヤボツクス４０Ａと、上端が該ギヤボツ
クス４０Ａ内のギヤと噛合するようにされたスク
リユ４０Ｂと、該スクリユ４０Ｂを回転するため
のギヤボツクス４０Ｃと、該ギヤボツクス４０Ｃ
内のギヤを回転駆動するための昇降用モータ４０
Ｄと、から構成されている。従つて、鋼管１０の
外径の大小に応じて、上側暗箱３８が上下に移動
され、侵入光が極力減らされると共に、ねじ切削
部１０Ａ面上の被測定部と、面光源２０、スリツ
ト付フイルタ２２及びテレビカメラ２４との距離
が調節可能なようになつている。

以下作用を説明する。

ねじ検査装置の被検査体である鋼管１０は、上
流側搬送装置（図示省略）によつて、当該ねじ検
査装置の入側テーブルローラ４２上に搬入され、
テーブルローラ駆動モータ（図示省略）によつ
て、暗箱の中に送り込まれる。暗箱の中には、鋼
管１０の先端部を検出する位置検出センサ４４
Ａ，４４Ｂ及び４６Ａ，４６Ｂが配設されてお
り、まず、位置検出センサ４４Ａ，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、位置検出センサ４６Ａ，４６
Ｂによる先端部検出によつて、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、鋼管
１０の最先端部が所定の位置にあるように鋼管１
０が停止されると、鋼管１０の下面が入側テーブ
ルローラ４２に接触しない高さまでターニングロ
ーラ３０が上昇して、鋼管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、鋼管１０の外径に合わせて、上側暗
箱昇降装置４０により上側暗箱３８が昇降され、
面光源２０、スリツト付フイルタ２２及びテレビ
カメラ２４の位置も調整され、前記画像信号処理
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
面の合否判定が行われた後、鋼管１０は、入側テ
ーブルローラ４２の逆回転によつて、暗箱の外側
に搬出され、他の搬出装置（図示省略）によつ
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、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、ねじ山のピツチ間隔によつて、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。

本実施例においては、面光源２０、スリツト付
フイルタ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、信号線等を固定設置することができ、
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、相互に一体化した面光源２０、スリツト付フ
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１
０と面光源２０及びスリツト付フイルタ２２を固
定配置し、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することも可能であ
る。

前記実施例においては、本発明が、鋼管管端部
のねじ仕上げ面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
であつても、切削加工面上に周期性のある欠陥が
存在するものであれば、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、
高精度で検出することができ、自動化も可能であ
るという優れた効果を有する。

【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
原理を説明するための斜視図、第２図は、同じ
く、びびりを含む画像信号の一例を示す線図、第
３図は、同じく、第２図に対応する自己相関処理
画像信号の一例を示す線図、第４図は、本発明が
採用された鋼管管端部のねじ検査装置の実施例の
構成を示す断面図、第５図は、第４図の−線
に沿う断面図、第６図は、前記実施例で用いられ
ている画像信号処理装置の構成を示すブロツク線
図である。 １０……鋼管、１０Ａ……ねじ切削部、２０…
…面光源、２２……スリツト付フイルタ、Ａ……
ねじ軸、２４……テレビカメラ、３０……ターニ
ングローラ、３２……カメラコントローラ、３４
……画像信号処理装置、３４Ａ……テレビ画像ア
ナログ相関装置、３４Ｂ……デイスプレイ装置、
３４Ｃ……データ演算装置、３４Ｄ……表示警報
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ねじ表面に、ねじ軸方向に広がりを有する少
   なくとも一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つて自己相関画
   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 ねじ表面に、ねじ軸方向に広がりを有する、
   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
   信号を得る撮像手段と、 該画像信号の自己相関演算を行つて自己相関画
   像信号を形成する画像相関手段と、 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す
   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。