JPS634642B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一端部にネジが形成されたネジ部
材の検査装置に関し、非接触で、ネジ山の頂部に
黒皮が付着した不完全ネジ部の有無を検出し、ま
たは、ネジ山に黒皮が付着していない完全ネジ部
の長さ（完全山長さ）、不完全ネジ部の長さ（不
完全山長さ）、およびネジ全長の少なくとも１つ
を求めることができるネジ部材の検査装置に関す
るものである。

従来、例えば、パイプの端部に形成されたパイ
プネジ部の黒皮検出及び完全山長さ測長等の検査
は、検査員の目視に頼つていたため以下のような
問題があつた。

(1) 黒皮残量の少ないネジ山に対して黒皮を見落
す可能性があり、不完全ネジ山を完全ネジ山と
誤判定することが多々ある。

(2) 注意力を要する単純作業である為検査員の疲
労度は大きく、長時間にわたつて作業を継続で
きない。

(3) 黒皮検出及び完全山長さ測長を厳密におこな
つた場合非常に多くの時間を要する。

以上のような問題点を解決すべく次のようなネ
ジ部材のネジ検査装置が提案されている。

(a) 特公昭53−45708号公報に記載されたネジの
黒皮検出装置： この装置の内容は次の通りである。即ち、ネ
ジ軸方向に移動可能でネジ周方向に回転する移
動リングに黒皮検出センサー（スポツト光投光
器及び受光装置）と、黒皮検出センサーが正し
くネジ山の頂部であることを確認する測定子と
が固定されている。測定に先立つてまず移動リ
ングを測定子がネジフランクに接するまで移動
させる。測定子がネジフランクに接した時スポ
ツト光投光器及び受光装置はネジ山頂部にセツ
トされ、その反射率を測定することができる。
次に測定を開始すると移動リングは回転しなが
らネジ山に沿つて進み、同時に黒皮の有無をス
ポツト光投光器及び受光装置を用いて反射光量
の違いにより検出する。この時初めて黒皮を検
出した位置を完全ネジ部と不完全ネジ部の境界
位置と考え、その時の移動リング移動量と別途
接触子によつて検出するネジ端面位置とから完
全山長さを求める。

しかしこの公報に記載のネジの黒皮検出装置
の問題点として以下の事が挙げられる。

(1) 黒皮の検出をスポツト状のセンサーを用い
て行なつており、完全山長さ測長に際しては
黒皮検出センサーをネジに沿つて回転させな
がら全てのネジ山を倣う必要があり、従つて
測定に要する時間が長い。

(2) 黒皮検出センサー及び倣いセンサー（測定
子）をネジ表面に近接乃至接触して設置しな
ければならない為測定に際してパイプの鼻曲
り等に起因するネジ表面の位置変動の影響を
受けやすい。又単一の装置で径の異なる多種
のネジを検査することは困難である。

(3) 黒皮検出センサーと倣いセンサーとの距離
は半固定であり、従つて単一の装置でネジピ
ツチの異なる多種のネジを検査することは困
難である。

(b) 特開昭54−150163号公報に記載されたネジ部
材の自動検査装置： この装置の内容は次の通りである。即ち、ボ
ルト、管継手等のネジ部材のネジ部仕上がり状
態、端部のバリの有無等の外観形状を自動的に
検査する装置であり、被検査ネジ部材にネジ谷
部に光が入射しない角度から光を照明し、その
被照明面をネジ軸心に直交する角度から光電変
換装置を用いて撮像し、ネジ軸心に沿つた輝度
分布の電気信号を得る。この時ネジ部が正常で
ある場合には、得られた輝度分布はネジ谷部か
らの反射がない為その部分の輝度は低く、ネジ
山部に相当する極大点だけをを有するパターン
となる。これに対して偏肉不良、片ネジ不良に
ついてはネジ切り加工が施されていない部分
（黒皮）から乱反射が生じる為、輝度分布にお
ける極大点間隔は、ネジ部が正常である場合の
極大点間隔と異る。極大点間隔を測定しそれと
基準の間隔とを比較することによつて黒皮の有
無を検出する。さらにネジ部材を等速回転する
とともに上記の処理を繰り返し行うことによつ
てネジ部材の全領域について黒皮の有無を検出
する。

しかしこの公報に記載のネジ部材の自動検査
装置には次のような問題がある。

(1) 照明をネジ部に対して、ネジ軸心と直交し
ない角度から照射することによつて、ネジ谷
に影をつくり、ネジ谷からの反射光がない状
態でネジ部を観察することを前提とした方式
である。ネジの切り終り点附近では、一般
に、ネジ谷が浅いため、ネジ谷に光が入射
し、その反射光が観察されるため、これを完
全ネジ山と誤認識することがある。

(2) 不完全ネジ部のネジ山両肩部では、ネジ切
削時に、バリ状の突起が生じ易く、バリ状突
起からの反射が観察されることによつて、不
完全ネジ山を完全ネジ山と誤認識する虞れが
ある。

(3) ネジ表面からの反射光に照度むらが生じや
すく、さらに、照度むらの影響によつて、完
全ネジ部と不完全ネジ部との境界を誤認識す
る可能性が高いため、安定した測定が困難で
ある。

そこでこの発明は以上のような問題を解消
すべくなされたもので、一端部にネジが形成
されたネジ部材に対して、前記ネジの頂部お
よび底部に照明光が直接当る位置に配置され
た照明手段と、前記ネジ部材に対して、前記
ネジの頂部および底部からの前記照明光の反
射光が直接入射する位置に配置された撮像手
段とを基本的に備え、さらに、 前記撮像手段によつて得られた反射光検
出信号を２値化する手段と、前記２値化さ
れた信号の間隔を測定し、前記ネジのピツ
チに対応した間隔を持つ２値化信号を検出
することによつて、前記ネジに不完全ネジ
部分があることを検出する検出手段、また
は、 (a)基準位置に対する前記ネジ部材の一端
面の位置を測定する端面位置測定手段、(b)
前記撮像手段によつて得られた反射光検出
信号を２値化する手段と、前記基準位置に
対する、前記ネジのピツチの1/2に対応し
た間隔の２値化信号と前記ネジのピツチに
対応した間隔の２値化信号との境界位置、
および前記ネジの切終りに相当する切終り
位置の少なくとも１つを測定する位置測定
回路、並びに、前記位置測定回路からの位
置測定信号、および前記端面位置測定手段
からの端面位置測定信号にもとづいて、前
記境界位置と前記端面位置との間の間隔に
対応する前記ネジ部材の一端面からの完全
山長さ、前記端面位置と前記切終り位置と
の間の間隔に対応する前記ネジ部材の一端
面からのネジ全長、および前記切終り位置
と前記境界位置との間の間隔に対応する不
完全山長さの少なくとも１つを演算する演
算回路を有する信号処理手段を備えたネジ
部材の検査装置としたことに特徴を有す
る。

以下この発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明にかかるネジ部材の検査装置
の一態様を示す概略構成図である。図において、
１は一端部にネジを形成したパイプ、１ａはその
ネジ部であり、パイプ１は、図示しない検査台上
を、図示しない移動手段によつて、検査のための
所定位置まで移動して、図示しないストツパにそ
の一端が当ることによつて停止している（パイプ
１の一端はストツパに接触して停止していること
もあるが、ストツパからある程度の間隔をもつて
停止していることもある）。２はパイプの下面に
接したパイプ回転装置、３はパイプ下面に接した
ローラ３ａに接続したネジ（パイプ）回転角検出
装置であり、パイプ回転装置２の駆動によつてパ
イプ１は軸心を中心に回転（回動）し、その回転
角は、ネジ回転角検出装置３によつて検出され
る。４は、マイクロメータの接触子であり、この
接触子４は、パイプ１の移動停止後、パイプ１の
一端面に接触するまで移動し、かくして、マイク
ロメータによつて基準となるストツパ（図示せ
ず）に対するパイプ１の一端面の位置（距離）が
測定され、その結果が端面位置検出装置５によつ
て電気信号に変換される。６は、パイプ１のネジ
部１ａのネジの頂部および底部に照明光が直接当
る位置に配置された照明手段としての拡散照明装
置である。即ち、パイプネジ部１ａは、広い照明
面６ａをもつ拡散照明装置６によつて、パイプ１
の軸心l₁と拡散照明装置６の照明中心軸l₂とが実
質的に90゜の角度をなす方向から照明され、その
ネジの頂部および底部に直接照明光が当る（被照
明面を６ｂで示す）。

７はパイプ１のネジ部１ａのネジの頂部および
底部からの前記照明光の反射光が直接入射する位
置に配置された撮像手段としての光電変換装置で
あり、この光電変換装置７は、この光軸l₃とパイ
プ１の軸心l₁とが実質的に90゜の角度をなす方向か
ら撮像する。

なお、上述のような照明を用いることによつて
以下の２条件を満足する照明が実現される。

(1) ネジ周方向に巾の広い、かつ軸心方向に一様
な帯状の被照明面６ｂが得られる。

(2) 照明ムラが非常に小さい。

従つて、ラインセンサーなど直線状に撮像する
光電変換装置を用いた場合にもネジ部の撮像位置
の変動に対して十分に安定性の高い撮像が可能で
ある。また、照明装置６の中心軸l₂と光軸l₃は拡
散照明装置６及び光電変換装置７が重ならない程
度に離すものとする。

第２図に上記の構成で照明し撮像した時に得ら
れる反射光検出信号のネジ部１ａの軸方向の反射
輝度分布の一例を示し、以下に説明する。図中曲
線８はネジのプロフイールであり、８ａはフラン
ク部、８ｂは頂部、８ｃは底部、８ｄは黒皮を示
す。ネジ部１ａをパイプ１の軸心に対して90゜の
方向から照明・撮像している為にネジのフランク
部８ａからの反射はなく、その部分の輝度は低
い。また黒皮８ｄの反射率が極めて小さいことか
ら黒皮８ｄの残つたネジ山即ち不完全ネジ部のネ
ジの頂部８ｂの輝度もまた低い。これに対して完
全ネジ部のネジ山では反射率が高いため輝度は高
くまた底部８ｃでは完全ネジ部と不完全ネジ部と
に拘らず、高い輝度を有する。従つて第２図に示
す輝度分布パターンにおいて輝度のピーク間隔が
完全ネジ部ではネジのピツチの1/2となるのに対
して、不完全ネジ部ではネジのピツチに相当する
間隔となる。

この特徴に着目して第１図に示すように、信号
処理装置１０は、光電変換装置７からのネジ部１
ａの反射光検出信号を２値化し、この２値化信号
に基づいて黒皮（不完全ネジ部）の有無を検出
し、さらに、端面位置検出装置５からの信号に基
づいて端面位置に対する完全ネジ部と不完全ネジ
部の境界位置及びネジ切り終り位置を演算するこ
とによつて完全山長さ、不完全山長さ及びネジ全
長の少なくとも１つを求める。

ネジ部１ａの反射光検出信号を２値化する手段
としては、周知技術である２値化回路（コンパレ
ータ）を使用することができる。本実施例では、
信号処理装置１０は、第３図イ，ロに示すよう
に、２値化に際しノイズの影響を排除した処理を
するよう装置構成されている。

図示されるように、信号処理装置１０は前処理
回路１６及び本処理回路１７からなり、前処理回
路１６を本処理回路１７の周知技術である２値化
回路１８の前段に配置したことに特徴を有する。
前処理回路１６は反射光検出信号から、ネジの頂
部および底部からの反射光によるパルスを強調し
安定したネジ信号強調信号を得る機能を有し、本
処理回路１７はこの信号を処理することによつて
パイプ１のネジ部１ａに黒皮があるか否かを検出
する機能を有している。前処理回路１６の処理方
法についてその詳細を第４図イ〜ホに示し、以下
に説明する。第４図イは光電変換装置７による画
像の一例を示し、１１ａは反射光受光部、１１ｂ
はネジフランク部１１ｃは黒皮部、１１ｄはネジ
周方向のサンプリングラインを示す。第１ステツ
プとして移動平均回路１３によりネジ軸方向の移
動平均処理を行なつて反射光検出信号中の高周波
ノイズを除去する（第４図ハ）。第２ステツプと
して２点平均回路１４によりネジピツチの1/2に
相当する間隔を有する２点の信号値を平均しその
平均値を２点の中央の点の信号値とする２点平均
処理を行う（第４図ニ）。さらに第３ステツプと
して差演算回路１５により前に求めた移動平均信
号から２点平均信号を引いてネジ信号強調信号を
得る。以上の処理の結果光電変換装置７によつて
得られる反射光検出信号からネジ表面形状による
異常反射、照明ムラ及び照明強度の変化による輝
度レベル変動が除去され、完全ネジ山の頂部、及
び全ネジの底部からの反射によるパルス信号だけ
が強調された安定した信号だけが強調された安定
した信号を得ることができる。ただし上記の処理
に際して加算平均巾及び移動平均巾については、
十分にノイズを除去しうる平均巾を用いるものと
する。

次に上記の処理によつて得られたネジ信号強調
信号は本処理回路１７に入力され、まず２値化回
路１８によつて２値化される。この時得られるパ
ルス信号は、検出回路１９によつてパルス間の間
隔がパイプ１の一端側に該当するパルスから順次
測定され、パイプ１のネジ部１ａに黒皮部分があ
ると、パイプ１のネジ部１ａのネジのピツチに対
応した間隔のパルス（即ち、黒皮部分）が検出さ
れてこれが黒皮検出信号として出力される。

次に、第３図ロに示す、ネジの長さ検出（測
定）における信号処理装置１０について説明す
る。前記処理回路１６および本処理回路１７の２
値化回路１８は上記と全く同一である。

２値化回路１８によつて２値化されたパルス信
号はパルス間隔測定回路２０によつてパルス間の
間隔がパイプ１の一端側に該当するパルスから順
次測定され、次の２つのうち少なくとも１つの処
理が行なわれる。完全ネジ部と不完全ネジ部と
がそれらのパルス間隔の違いから分離され、基準
位置（ストツパに対する）に対する、その境界位
置が出力される。またはネジ切り終り点より以
後にはパルスがないことからパルス間隔測定回路
２０によつて基準位置に対するネジ切り終り位置
が求められて出力される。

第１演算回路２１はこれらの位置測定信号と、
端面位置検出装置５からの端面位置測定信号とに
基づいて、境界位置と端面位置との間の間隔に対
応するパイプ１の一端面からの完全山長さ（完全
ネジ部の長さ）、端面位置と切終り位置との間の
間隔に対応するパイプ１の一端面からのネジ全長
および前記切終り位置と前記境界位置との間の間
隔に対応する不完全山長さの少なくとも１つを演
算し、その結果を出力する。

次に、本発明の第２の実施例について説明す
る。第２の実施例は、第１の実施例に加えて、さ
らにパイプ回転装置２を用いてネジ部を回転させ
ながらネジ周方向の多数箇所について上記の測定
をおこないネジ全体としての完全山長さ、不完全
山長さ及びネジ全長の少なくとも１つを測定す
る。以上の一連の処理（黒皮の検出処理は除く）
に際して、第１図のコントローラ９はネジ周方向
のサンプリング及びネジ全体としての測定のタイ
ミングを制御するものである。即ちコントローラ
９はネジ回転角検出装置３によつて得られるネジ
回転角が所定のサンプリング角度に達する毎に信
号処理装置１０に対して反射光検出信号の入力及
び端面位置検出信号の入力を指示するとともに信
号処理の開始を指令し、さらにネジが１回転する
と個々のサンプリング角における処理・演算結果
からネジ全体としての完全山長さ、不完全山長さ
及びネジ全長の少なくとも１つを測定させる。

即ち、第３図ロにおける第２演算回路２２はネ
ジ周方向多数箇所の測定によつて得られた完全山
長さ及びネジ全長から、完全山長さに関してはそ
れらのうちの最小値ネジ全長に関しては最大値を
演算することによつてネジ全体としての完全山長
さ、ネジ全長を求めて出力する。さらにネジ全長
から完全山長さを差引くことによつて不完全山長
さ（不完全ネジ部の長さ）を演算・出力する。

また、これに加え、ネジ周方向の加算平均処理
を用いることにより、周方向の微少領域内での異
常反射によるノイズを低減させることもできる。
即ち、第３図イにおいて、移動平均回路１３の前
に加算平均回路１２を配置し、パイプ１の回転に
合わせた検出により得られた反射光検出信号デー
タをネジ周方向に加算平均して、ノイズを除去す
る。加算平均巾は、前述した移動平均巾と同様、
充分にノイズを除去し得る平均巾を用いるものと
する。

本発明により以下に示すような効果が得られ
る。

(1) 測定対象であるネジの外径及びネジの種類に
制限されることなく、またネジ部曲がりなどの
外乱要因に対しても十分に対処して、黒皮検
出、または完全山長さ、ネジ全長、不完全山長
さなどを測定することができる。

(2) 非接触式であるため装置の故障が少なく、装
置の操作乃至維持が容易である。

(3) 対象のネジを１回転させる間に完全山長さ、
不完全山長さ及びネジ全長を測長することが可
能であり、測定に要する時間が短い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるネジ部材の検査装置
の一態様を示す概略構成図、第２図は反射光検出
信号の輝度分布パターンを示す図、第３図イ，ロ
は信号処理装置のブロツク図、第４図イは、光電
変換装置による画像の一例を示す図、第４図ロ〜
ホは前処理回路の各部における信号波形の一例を
示す図である。 １……パイプ、１ａ……ネジ部、２……パイプ
回転装置、３……ネジ回転角検出装置、３ａ……
ローラ、４……接触子、５……端面位置検出装
置、６……拡散照明装置、７……光電変換装置、
８……曲線、９……コントローラ、１０……信号
処理装置、１２……加算平均回路、１３……移動
平均回路、１４……２点平均回路、１５……差演
算回路、１６……前処理回路、１７……本処理回
路、１８……２値化回路、１９……検出回路、２
０……パルス間隔測定回路、２１……第１演算回
路、２２……第２演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端部にネジが形成されたネジ部材に対し
   て、前記ネジの頂部および底部に照明光が直接当
   る位置に配置された照明手段と、 前記ネジ部材に対して、前記ネジの頂部および
   底部からの前記照明光の反射光が直接入射する位
   置に配置された撮像手段と、 前記撮像手段によつて得られた反射光検出信号
   を２値化する手段と、前記２値化された信号の間
   隔を測定し、前記ネジのピツチに対応した間隔を
   持つ２値化信号を検出することによつて、前記ネ
   ジに不完全ネジ部分があることを検出する検出手
   段とを備えたことを特徴とするネジ部材の検査装
   置。 ２ 一端部にネジが形成されたネジ部材に対し
   て、前記ネジの頂部および底部に照明光が直接当
   る位置に配置された照明手段と、 前記ネジ部材に対して、前記ネジの頂部および
   底部からの前記照明光の反射光が直接入射する位
   置に配置された撮像手段と、 基準位置に対する前記ネジ部材の一端面の位置
   を測定する端面位置測定手段と、 前記撮像手段によつて得られた反射光検出信号
   を２値化する手段と、前記基準位置に対する、前
   記ネジのピツチの1/2に対応した間隔の２値化信
   号と前記ネジのピツチに対応した間隔の２値化信
   号との境界位置、および前記ネジの切終りに相当
   する切終り位置の少なくとも１つを測定する位置
   測定回路、並びに、前記位置測定回路からの位置
   測定信号、および前記端面位置測定手段からの端
   面位置測定信号に基づいて、前記境界位置と前記
   端面位置との間の間隔に対応する前記ネジ部材の
   一端面からの完全山長さ、前記端面位置と前記切
   終り位置との間の間隔に対応する前記ネジ部材の
   一端面からのネジ全長、および前記切終り位置と
   前記境界位置との間の間隔に対応する不完全山長
   さの少なくとも１つを演算する演算回路を有する
   信号処理手段とを備えたことを特徴とするネジ部
   材の検査装置。