专利名称：管端部的螺纹要素测量装置、螺纹要素测量系统和螺纹要素测量方法
技术领域：
本发明涉及测量油井管等带螺纹的管的管端部的螺纹要素的螺纹要素测量装置 以及包括能应用于具有带螺纹的管的检查工序的管的制造线和精整线等自动连续处理线 的上述螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统。此外，本发明涉及使用上述螺纹要素测量 装置的螺纹要素测量方法。
背景技术：
以往，使用在油井管等中连接管端部之间的基础上，在该管端部形成螺纹，利用该 螺纹连接的方法。随着对油井的深化、腐蚀环境性的要求，该螺纹在螺纹形状等方面进行了 各种改善(例如参照非专利文献1)。该螺纹(包括从后述的图6的螺纹部到顶端的密封 部)的形状对油井管的品质来说是重要的。根据情况不同，这样的螺纹形成在长度达到几十m，重量达到几百kg重的管的端 部，并且具有复杂·高精度的螺纹形状。图6是表示带螺纹的管的管端部的一个例子的剖视图，图7是图6的螺纹部的局 部放大图。如图6所示，在管端部的螺纹A2有时会包括设有螺纹牙A3和螺纹槽A4的螺纹 部A5、设于该螺纹部A5顶端侧的平行部A7和设于管的顶端部并具有锥形状的密封部A6， 设计、加工成各自适当的尺寸。此外，该螺纹中，具有复杂形状的各部的要素分别规定有公 差，成为重要的品质管理项目。以往，上述品质管理项目由人工测量，但是从省力、抑制人为误差、测量的高速化 和高精度化的观点出发，试行开发了更加高精度的自动测量技术。具体而言，作为为了在管端部的螺纹加工后进行检验而测量设于该管端部的螺纹 的螺纹要素的技术，公知有以下的自动测量装置，即，相对于螺纹槽大致平行地照射来自光 源的平行光，具有对漏出到相对于管轴线而言位于与上述光源相反一侧的光进行检测的光 学式传感器，基于该光学式传感器的检测结果测量螺纹要素(例如参照专利文献1、2)。在专利文献1中，公开了以下的方法，S卩，在对螺纹槽照射平行光，检测通过螺纹 的光的方法中，以假想接触式传感器的触头的图像与所测量的螺纹形状线图(以后称为螺 纹轮廓)内切的方式重合，用此时的假想的触头的坐标测量螺纹要素。专利文献1记载的 方法是以利用导出接近以前人工用API测量仪(带触头的接触式测量仪)等进行的检查结 果的输出，将以往结果假定为真值的基础上得到高精度的输出为目标的方法。另外，在该方 法中，光源使用商光灯，光检测器使用CCD摄像机。此外，在专利文献2中公开有以下的结构，即，以接触式来测量机械密封件的端面 位置、倾斜度，求出螺纹端面的位置、倾斜度，并且以接触式来测量密封部、螺纹部等的外 径，另一方面，以非接触式(光学式)来测量外形(表面的凹凸形状)即螺纹轮廓。即，将 以接触式来测量的螺纹轴线的倾斜度、螺纹部的外径为基准，以非接触式来测量并合成螺 纹接头的准确的形状的方法。该测量法通过将以接触式测量的高精度的数据为基础，进行
3螺纹轴线的倾斜度校正等而谋求高精度化，并且通过以光学式来测量需要测量点数多的螺 纹轮廓而谋求迅速化。作为光学式的测量，投射激光束来作为平行光，利用隔着螺纹置于对 面的光检测器，由该激光束来检测被螺纹所遮挡的位置的方法。此外，在专利文献2中还公 开了以下的方法，即，作为温度的影响而考虑热膨胀，在测量了基准样品的温度之后，用其 结果进行校正。非专利文献1 小笠原昌雄、《最近的油井管接头》铁与钢日本铁工协会会志、 1993 年 5 月 1 日、Vol. 79、No. 5、pp. N352-N355专利文献1 日本特许第3552440号公报专利文献2 日本特开昭63-212808号公报但是，在上述技术中，尚不能达到提供能够自动且迅速、高精度地测量所有的螺纹 要素的技术。特别是对于螺纹部A5中的位于螺纹牙A3和螺纹槽A4之间的牙侧面A8(参 照图6、7)的螺纹要素，仍难以得到足够的测量精度。而且，随着最近螺纹形状复杂化，测量的难度进一步增加。例如，如非专利文献1 和图7所示，在油井管等中，使用形成有如下螺纹的带螺纹的管即，在对各管端部之间进 行连接时，该管端部的螺纹牙的管轴线方向内方侧的牙侧面A8，即对管轴线方向的拉伸力 施加载荷的一侧的牙侧面A8成为随着从上述螺纹牙A3的顶端部向基端部去而接近螺纹牙 中央部的牙侧面(以下称为钩状牙侧面A8h)。对于这样的钩状牙侧面A8h的螺纹要素，自 动测量更加困难。
发明内容
本发明是鉴于该问题而提出的，其目的在于提供一种即使是带螺纹的管的管端部 的螺纹要素中的与牙侧面相关的螺纹要素都能高精度地测量出的螺纹要素测量装置、具有 该螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统和用螺纹要素测量装置的螺纹要素测量方法。本发明的发明人研究了上述以往方法的问题点。结果，得到了以下的见解。1.由于用光学式传感器测量牙侧面而产生的问题首先，如图7所示，研究了与作为位于螺纹牙和螺纹槽之间的面的牙侧面相关的 螺纹要素测量的问题点。在带螺纹的管的品质评价中，螺纹(在管的管端部具有与车床加 工的螺纹轴线同轴线的加工部位)的牙侧面的位置是必要的，例如列举有螺纹牙的宽度、 螺纹槽的宽度、螺纹节距或螺纹升角等。能够以与螺纹轴线(与螺纹外周相切的面或螺纹 槽的底面的对称轴线)平行且通过牙侧面的螺纹牙的高度方向中央部的坐标轴为基准测 量螺纹牙的宽度、螺纹槽的宽度、螺纹节距或螺纹升角等。例如，螺纹节距、螺纹升角能够通 过相邻的螺纹牙的相对应的牙侧面的螺纹牙高度方向中央部之间的间隔求出。在此，在专利文献1和2中记载了利用对螺纹槽照射平行光，检测经过螺纹的光的 方法，测量螺纹轮廓。但是，由于螺纹轮廓为曲线，所以在检测平行光的光学式检测方法中， 有时牙侧面会被螺纹牙的棱线的阴影遮挡，无法准确地检测牙侧面。例如，在如图6和图7 所示那样的、牙侧面相对于螺纹轴线垂直或具有接近于垂直的角度的螺纹轮廓中，在螺纹 牙的高度方向中央部检测牙侧面的位置时，由于牙侧面被螺纹牙的棱线的阴影遮挡而产生 的误差无法忽视。以下，详细地说明这一点。另外，作为本说明的空间坐标轴，采用直角坐标系。在大致沿着管轴线和螺纹轴线的方向上，将后述的管的把持机构中的向心轴作为X轴。将与 X轴正交且与水平面平行的轴作为Y轴、将与X-Y平面垂直的轴(铅垂方向)作为Z轴。图8是用于说明投射一般的螺纹中的牙侧面的螺纹牙方向中央部位置的轨迹时 的情况的图。图8的(a)表示牙侧面的螺纹牙方向中央部位置的轨迹和与Y轴垂直的平面 U交叉的情况。图8的(b)表示在图8的(a)中的平面U和Y轴的交点位于牙侧面螺纹牙 方向中央部位置上时的向与X轴垂直的面V的投影图。图8的(c)表示在图8的(a)中的 平面U和Y轴的交点位于牙侧面螺纹牙方向中央部位置上时(图8的(b)所示的状态)的 牙侧面和平面U的交线。在该情况下，在向沿着Z轴的方向照射平行光时，如图8的(C)所示，由于牙侧面 和平面U的交线沿X轴方向扩展，所以在与平行光的照射方向正交的投影面上产生该扩展 的部分的阴影，妨碍牙侧面的位置检测。为了减小该阴影的影响，使光的投射方向倾斜出螺 纹升角的量(=)，向沿着图8的(C)中的Ζ2轴的方向照射平行光。在该情况下，与 向沿着Z轴的方向照射平行光的情况相比，能够抑制误差，但是牙侧面和平面U的交线向Χ2 轴的投影部分依然被作为阴影而检测。为了能够估算向沿着Ζ2轴的方向照射平行光时的误差，图9是表示Χ2-Ζ2坐标中 的牙侧面和平面U的交线的一个例子的图。在图9中显示的是对外径半径为90mm、螺纹牙 高度为3mm和螺纹节距为6mm，牙侧面具有相对于螺纹轴线垂直的形状的螺纹的计算结果。 在该情况下，由于螺纹牙的棱线的阴影，导致牙侧面的螺纹牙高度中央位置的测量误差为 2 μ m0此外，在钩状牙侧面的情况下，该误差会进一步增大。与上述相同，具有外径半径 为90mm、螺纹牙高度为3mm和螺纹节距为6mm，牙侧面的角度(以随着从螺纹牙的基端部向 顶端部去而牙侧面位于螺纹牙的X轴方向中央部时的角度为正的角度)为-3° (图7所示 的θ =-3° )的情况下，上述的螺纹牙的棱线的阴影导致产生约78 μ m的误差，螺纹牙高 度为1. 5mm的情况下也会产生约39 μ m的误差，产生无法用于评价带螺纹的管的品质的误 差。如上所述，即使如专利文献1和2记载的螺纹要素测量装置那样，对螺纹槽照射平 行光而测量与牙侧面相关的螺纹要素，结果也会由于产生螺纹牙的阴影而产生不可避免的 误差。因此，结果无法高精度地测量与牙侧面相关的螺纹要素(螺纹牙宽度、螺纹槽宽度、 螺纹升角、螺纹节距、牙侧面角度等)。2.螺纹要素测量装置上的测量位置和实际测量的位置不同的问题接着，研究了由螺纹要素测量装置和带螺纹的管的位置偏差(错位)而产生的测 量误差的问题点。例如，在将螺纹要素测量装置应用于管的连续处理线中而进行测量的情况下，在 利用把持机构自动地把持被输送来的带螺纹的管的基础上，由螺纹要素测量装置测量螺纹 要素。此时，若螺纹要素测量装置的测量基轴线或把持机构的把持中心与被输送来的带螺 纹的管的螺纹轴线的偏差大，则存在无法测量到准确的螺纹要素的问题。此外，在实际的带螺纹的管中，带螺纹的管的管轴线(管的中央部的中心轴线)相 对于螺纹轴线(管端部的中心轴线)稍微偏离的情况较多。在实际的螺纹加工的钢管中，作为螺纹轴线和管轴线的偏差而调查了两者的角度差，其结果为0.057° (1/1000的倾斜度)左右，根据情况而不同，例如有时产生 0. 11° (2/1000的倾斜度)的角度差。
图10是说明由于该角度差而产生的影响的图。图10表示在与图9相同形状的螺 纹中，因上述的螺纹轴线和管轴线的角度差，光的投射方向(Z2轴)与Z轴所成的角度和螺 纹升角之间存在0.029° 0.11°的差的情况下的平面U内的X2-Z2轴坐标系中的牙侧面 和平面U的交线。因为该交线的向X2轴的投影部分成为阴影，所以光的投射方向(Z2轴) 与Z轴所成的角度和螺纹升角之间存在0. 11°的差的情况下的牙侧面的螺纹牙高度中央 位置的测量误差在X轴方向上为33 μ m。同样，在光的投射方向(Z2轴)与Z轴所成的角度 和螺纹升角之间存在0.059°的差的情况下误差为17 μ m，在存在0.029°的差的情况下误 差为9 μ m。这样的螺纹轴线和管轴线的微小偏差作为牙侧面的位置测量的误差原因而成为 重大的原因。但是，无法容易地检测这样的螺纹轴线和管轴线的微小偏差(1/1000左右)， 在为了测量而把持带螺纹的管或设于规定的位置时控制该偏差非常困难。因此，在只利用如专利文献1所示那样的平行光进行的测量中，不得不容许螺纹 轴线的方向相对于管轴线方向具有上述程度的偏差，从而产生在牙侧面的螺纹牙高度中央 位置等的牙侧面位置测量中不能容许的大的误差。而且，无法容许的大的测量误差会传递 到与牙侧面相关的(需要牙侧面的螺纹牙方向中央部的坐标)螺纹要素例如牙侧面的角 度、螺纹牙宽度、螺纹槽宽度、螺纹升角螺纹节距等测量结果中，无法期望高精度的测量。而且，即使在如夹具那样的把持机构把持带螺纹的管的状态进行测量的情况下， 也要把持要测量的带螺纹的管的要测量的部位以外的未实施车床加工的轧制面。因此，如 图11所示，即使使用向心精度高的把持机构，在把持带螺纹的管时，也会在管轴线和把持 机构的把持中心之间产生与上述的螺纹轴线和管轴线的偏差同程度或以上的偏差。另外， 所谓向心精度高的把持机构，是指在笔直地把持正圆的棒时，该棒的轴线和把持机构的把 持中心的偏差足够小(例如，偏差远低于0. Imm)的把持机构。如上述那样产生管轴线和把 持机构的把持中心的偏差是因为管的弯曲、圆度的变动、管表面的粗糙度的影响、把持机构 的向心误差(因把持机构而引起的把持中心和管轴线的偏差)等重叠而产生的。该把持机 构的把持中心和管轴线的偏差加上管轴线和螺纹轴线的偏差，使得求出螺纹轴线位置变得 更加困难。此外，在专利文献2的测量方法中，公开了利用接触式传感器检测螺纹轴线的结 构，但是该方法存在一些问题。在专利文献2的螺纹轴线检测方法中，在管周向上多个部位 测量管端的密封部的位移(相当于X轴方向的位移)，基于该位移求出管端面的倾斜度，以 与管端面垂直的方向为螺纹轴线的方向而测量该螺纹轴线的倾斜度。该方法的问题点是需 要使传感器与管端密封部的最忌讳损伤、污垢的部位接触。由于使传感器与该部位接触，所 以容易产生损伤、污垢。由于密封部的损伤会明显降低产品品质，所以不能容许。此外，在 附着有污垢的情况下，需要清洗密封部，结果严重妨碍生产率。而且，在专利文献2的方法中记载的要旨为，在求出螺纹轴线时，以管轴线和螺纹 轴线对齐为前提，使管中心点(管轴线上规定的一点)和测量台中心点对齐。为了高精度 地求出螺纹轴线，除了上述螺纹轴线的倾斜度以外，至少还需要确定螺纹轴线上的规定一 点(螺纹中心)的坐标。在专利文献2中，为了求出该坐标，插入3根杆使其内切于管的内 表面，通过杆内切而产生的反作用力使测量台移动，使测量台中心点与管中心点对齐即与
6螺纹中心对齐。可是，由车床加工所形成的螺纹的螺纹轴线和未经过车床加工的部分的带 螺纹的管的管轴线未必像上述那样对齐。因此，有时如上所述那样使测量台中心点与管中 心点对齐的动作不能使测量台中心点与螺纹中心对齐。此外，难以使杆适当且稳定地内切 于管的内表面。这样，在上述方法中，在实际测量的螺纹的螺纹轴线和测量中心之间也产生有无 法忽视的差，所以无法以足够的精度求出螺纹轴线。此外，在该方法中，由于测量项目增加， 随之姿势控制和位置控制增加，测量难以迅速化。如上所述，结果，在螺纹要素测量装置的测量基轴线或把持机构的把持中心与被 输送来的带螺纹的管的螺纹轴线的偏差大时，无法测量出准确的螺纹要素。本发明基于如上述那样的本发明人的新的见解而完成的。S卩，本发明的螺纹要素测量装置是为了解决上述课题而提出的，是用于测量带螺 纹的管的管端部的螺纹要素的装置，其特征在于，包括光学式传感器，通过对漏出到相对 于管轴线而言位于与光源相反一侧的光中的与螺纹槽大致平行的光进行检测，来测量第1 螺纹要素；接触式传感器，通过使接触探头与螺纹牙侧面接触，检测接触时的该接触探头的 空间坐标，由此测量第2螺纹要素；运算处理部件，合成从上述光学式传感器得到的第1螺 纹要素和从上述接触式传感器得到的第2螺纹要素而运算螺纹要素。此外，本发明的螺纹要素测量方法是测量带螺纹的管的管端部的螺纹要素的测量 方法，其特征在于，包括通过用光学式传感器对漏出到相对于管轴线而言位于与光源相反 一侧的光中的与螺纹槽大致平行的光进行检测，来测量第1螺纹要素的工序；通过用接触 式传感器使接触探头与螺纹牙侧面接触，检测接触时的该接触探头的空间坐标，测量第2 螺纹要素的工序；合成从上述光学式传感器得到的第1螺纹要素和从上述接触式传感器得 到的第2螺纹要素，运算螺纹要素的工序。优选上述螺纹牙侧面包括具有钩形状的钩状牙侧面。根据上述结构的螺纹要素测量装置和螺纹要素测量方法，通过对漏出到相对于管 轴线而言位于与光源相反一侧的光中的与螺纹槽大致平行的光进行检测，来测量第1螺纹 要素。此外，通过使接触式传感器的接触探头与螺纹牙侧面的接触，检测接触时的接触探头 的空间坐标，测量第2螺纹要素。分别被检测出的第1和第2螺纹要素由运算处理部件合成，对测量对象的螺纹的 螺纹要素进行运算。这样，检测与螺纹槽大致平行的光，测量作为与螺纹牙侧面不相关的螺纹要素的 第1螺纹要素，另一方面，利用接触式传感器测量在光学式测量中由于上述那样的螺纹牙 的棱线的阴影而产生测量误差的、作为与螺纹牙侧面相关的螺纹要素的第2螺纹要素，合 成该第1螺纹要素和第2螺纹要素，由此能够包括与螺纹牙侧面相关的螺纹要素地高精度 测量螺纹要素。特别是对于只在光学式测量中被螺纹牙的棱线的阴影遮挡的量大，误差大的与钩 状牙侧面相关的螺纹要素，也能够高精度测量。另外，所谓与螺纹槽大致平行的光，是指在光学上的平行光(光束)，但是该光束 的方向(光轴方向)不限于与螺纹槽完全平行的方向。在与螺纹槽大致平行的光中，也包 括光轴方向与上述的Z轴完全平行的方向的光束、光轴方向位于Z轴和螺纹槽之间的方向
优选能够选择只利用上述光学式传感器进行测量的情况或利用上述光学式传感 器进行测量并且利用上述接触式传感器进行测量的情况。在该情况下，能够选择将作为光学式传感器的测量结果的第1螺纹要素直接作为 测量到的螺纹要素而输出的情况或将合成作为光学式传感器的测量结果的第1螺纹要素 和作为接触式传感器的测量结果的第2螺纹要素而成的螺纹要素作为测量到的螺纹要素 而输出的情况。特别是在将本发明的螺纹要素测量装置作为管的连续处理线的测量装置而应用 的情况下，有时测量所容许的时间非常短。在用本螺纹要素测量装置在连续处理线内对品 质进行管理的方面，可以说无需在所有的管中自动测量所有的要素。因为光学式传感器的 测量用比较短的时间完成，所以通过利用光学式传感器对所有的管进行测量，每隔规定的 根数进行接触式测量，能够进行利用本发明的螺纹要素的自动测量的品质管理。即，每隔规 定的根数进行接触测量，在没有异常的情况下，该规定的根数之间管的对于与牙侧面相关 的第2螺纹要素能够判断为是良品。在由接触测量探测到不良品的情况下，能返回规定根 数部分，判断为不良或进行详细的重新检查。通过适当地设定规定根数，不妨碍生产率，另 一方面，也能将产生不是良品的判定时的损害(返回规定根数部分而全部废弃或返回规定 根数部分进行重新测量时的费用和时间的损害)抑制得比较小。此外，在规定根数之间， 在只用光学式传感器的测量中检测出与牙侧面不相关的第1螺纹要素的异常、缺陷的情况 下，由于能不用接触式传感器进行测量地检测出异常、缺陷，所以更加迅速地察觉螺纹形成 等操作的异常而进行反馈。当然，这样的方法在连续处理线的生产速度与测量速度相比足 够慢的情况下、或者能够通过设置多个本发明的装置能分散处理的情况下，能够对所有的 带螺纹的管利用光学的传感器和接触式传感器进行所有要素的测量。3.热膨胀的问题如上所述，带螺纹的管例如是在钢管上形成螺纹的构件，由于根据温度而膨胀/ 收缩，所以存在螺纹要素也根据温度而变化的问题。对此，以往公知有测量基准样品，以其 结果为基础，校正用螺纹要素测量装置测量到的螺纹要素的热膨胀误差的方法。但是，在该方法中，在基准样品和作为测量对象的带螺纹的管之间产生温差时，产 生相应的误差。例如，因为钢的热膨胀系数是1X105(1/°C)左右，所以在管的温度变化 10°C时，半径为90mm的管的外径变化约18 μ m。该基准样品和测量对象的温差由基准样品 和测量对象的尺寸、热容量的差、在测量螺纹要素之前经过的热过程(即，气氛温度的变化 过程、测量对象本身的加热·冷却·轧制·加工等热过程)的差而产生。因此，优选求出上述带螺纹的管的温度，根据该温度，对测量到的螺纹要素的值进 行温度校正。另外，作为求出带螺纹的管的温度的方法，例如认为有以下的⑴ ⑷的4 种方法。(1)在测量螺纹要素的过程中或即将开始测量螺纹要素之前、刚刚结束测量螺纹 要素之后，测量带螺纹的管的温度的方法。(2)测量将带螺纹的管输送到螺纹要素的测量位置的管输送机构的气氛温度、带 螺纹的管在上述测量位置一直待命到开始测量的情况下的待命位置的气氛温度，将该测量 结果作为带螺纹的管的温度的方法。
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(3)基于带螺纹的管的尺寸、材质、螺纹要素测量的工序、工序安排表，预测测量螺 纹要素时的带螺纹的管的温度的方法。(4)相对于带螺纹的管的实测温度、输送带螺纹的管的管输送机构的气氛温度实 测值，实施加上基于带螺纹的管的尺寸、材质、螺纹要素测量的工序、工序安排表而设定的 校正值那样的运算，将该运算结果作为带螺纹的管的温度的方法。在该情况下，基于实际测量用的带螺纹的管的温度，通过校正测量到的螺纹要素 的值，防止由于测量对象和测量时间的不同产生温差，因此能得到更高精度的测量结果。优选包括使上述带螺纹的管以管轴线或螺纹轴线为中心而旋转的旋转部件；检 测上述旋转部件的旋转角度的旋转角度检测部件。在该情况下，利用旋转部件使带螺纹的管以管轴线或螺纹轴线为中心旋转，能利 用旋转角度检测部件检测其旋转角度，所以通过在带螺纹的管的周向多个部位(例如2 8个部位)进行螺纹要素测量，作为周向检查结果而能够保证更加严格的品质。此外，能求 出外径测量中的周向偏差，能求出更加高精度的圆度。另外，螺纹部、平行部、密封部、管部 的圆度能够作为外径的偏差、最大外径和最小外径的差而求出。此外，本发明的螺纹要素测量系统的特征在于，包括上述结构的螺纹要素测量装 置；用于固定带螺纹的管的把持机构；高度调整机构，用于调整上述带螺纹的管的高度，且 使上述带螺纹的管的中心轴线与上述把持机构的把持中心或上述螺纹要素测量装置的测 量基轴线大致对齐。在利用上述结构的螺纹要素测量装置测量由连续处理线等处理的带螺纹的管时， 因为需要合成光学式测量结果和接触式测量结果，所以直到两方的测量结束的期间，利用 把持机构把持作为测量对象的带螺纹的管而使其静止。此外，利用高度调整机构，能调整载置有带螺纹的管的高度，使螺纹要素测量装置 的测量基轴线与带螺纹的管的中心轴线对齐。由此，在连续处理线等上，即使在不同直径的管被依次向螺纹要素测量装置输送 过来的情况下，也能将测量位置的变动控制在管半径变动程度内，所以能够更加迅速地测 量螺纹要素。例如，作为光学式传感器的受光部件，用拍摄范围从3mmX 3mm到IOmmX IOmm左右 的CCD摄像机等的情况下，优选预先将把持机构对螺纹轴线的向心精度控制在约2mm以内。 通过预先存储作为测量对象的管的外径设计值，能够有计划地决定且可靠地检测出用该受 光部件应该检测到的位置。另外，可以说即使在上述的螺纹轴线和管轴线之间存在偏差的 情况下也能够得到几mm左右的螺纹轴线的向心精度。此外，也可以在把持机构把持带螺纹的管时，为了补充把持机构的向心功能而用 高度调整机构调整带螺纹的管的高度，使带螺纹的管移动成带螺纹的管的中心轴线与把持 机构的把持中心大致对齐。由此，能够防止由于输送来的带螺纹的管的管轴线相对于把持 机构的把持中心较大地偏离而无法准确地向心，或由于在测量位置上带螺纹的管的倾斜过 大而妨碍螺纹要素的测量。优选在测量上述第1和第2螺纹要素之前，检测上述螺纹要素测量装置的测量基 轴线与要测量的带螺纹的管的螺纹轴线的距离。在上述螺纹要素测量装置中，通过用接触式传感器测量螺纹牙侧面的位置，校正通过光学式传感器的测量产生的误差。但是，由于在合成作为光学式传感器的测量结果的 第1螺纹要素和作为接触式传感器的测量结果的第2螺纹要素时的合成精度低时无法测量 高精度的螺纹要素，所以需要提高合成精度。对于X轴和Y轴坐标，通过比较两测量结果各 自所得到的数据的规定的基准值(基准位置)等，能以足够的精度使两测量的坐标对齐。对此，在包括Z轴方向的光学式传感器的受光轴方向(与螺纹槽大致平行的方向) 上产生的误差的影响成为问题。作为该误差，一般认为是由于(1)由光学系统的景深产生 的误差以及(2)接触式传感器的测量基轴线和要测量的带螺纹的管的螺纹轴线不对齐而 产生的误差。对于(1)的误差，由于在光学式传感器的景深较深时，能够容许螺纹轴线向上述 受光轴方向的变动，所以为了可靠地测量，景深越深越好。景深由光学系统的性能而决定。 例如，作为受光部件而用CCD摄像机，作为其聚光光学系统而用通过用市场贩卖的1倍左右 的远心透镜等而得到的平行光束的情况下，(1)的误差是0.5mm(士0.25mm)左右。对于(2)的误差，在接触式传感器的测量基轴线和要测量的带螺纹的管的螺纹轴 线不对齐时，相对于实际测量的螺纹牙侧面位置而言，接触式传感器的测量值作为向X轴 (螺纹轴线)方向移动了与螺纹升角相应的量的螺纹牙侧面位置而输出。该螺纹牙侧面位 置的移动量成为接触式传感器的测量误差。图12是用于说明接触式传感器的测量基轴线和要测量的带螺纹的管的螺纹轴线 的距离变化的情况的图。此外，在以下的表1中，表示图12的情况下的X轴方向的螺纹牙侧 面位置的误差。如下述表1所示，若接触式传感器的测量基轴线和螺纹轴线的距离(螺纹 轴线高度)是0. 5mm左右，则该螺纹升角相对应的误差可以说是在容许范围内，但是在Imm 以上的情况下，X轴方向的螺纹牙侧面位置的误差超过10 μ m，作为测量结果而超过容许范 围。表权利要求
一种螺纹要素测量装置，是测量带螺纹的管的管端部的螺纹要素的装置，其特征在于，包括光学式传感器，通过对漏出到相对于管轴线而言位于与光源相反一侧的光中的与螺纹槽大致平行的光进行检测，来测量第1螺纹要素；接触式传感器，通过使接触探头与螺纹牙侧面接触，检测接触时的该接触探头的空间坐标，由此测量第2螺纹要素；运算处理部件，合成从上述光学式传感器得到的第1螺纹要素和从上述接触式传感器得到的第2螺纹要素而运算螺纹要素。
2.根据权利要求1所述的螺纹要素测量装置，其特征在于， 上述螺纹牙侧面包括具有钩形状的钩状牙侧面。
3.根据权利要求1或2所述的螺纹要素测量装置，其特征在于，能够选择只利用上述光学式传感器进行测量的情况或利用上述光学式传感器进行测 量并且利用上述接触式传感器进行测量的情况。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的螺纹要素测量装置，其特征在于，求出上述带螺纹的管的温度，根据该温度，对所测量到的螺纹要素的值进行温度校正。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的螺纹要素测量装置，其特征在于，该螺纹要素测量装置包括旋转部件，使上述带螺纹的管以管轴线或螺纹轴线为中心 而旋转；旋转角度检测部件，用于检测上述旋转部件的旋转角度。
6.一种螺纹要素测量系统，其特征在于，包括权利要求1 5中任一项所述的螺纹要素测量装置； 用于固定带螺纹的管的把持机构；高度调整机构，用于调整上述带螺纹的管的高度，且使上述带螺纹的管的中心轴线与 上述把持机构的把持中心或上述螺纹要素测量装置的测量基轴线大致对齐。
7.根据权利要求6中所述的螺纹要素测量系统，其特征在于，在测量上述第1和第2螺纹要素前，检测上述螺纹要素测量装置的测量基轴线与要测 量的带螺纹的管的螺纹轴线的距离。
8.一种螺纹要素测量方法，是测量带螺纹的管的管端部的螺纹要素的测量方法，其特 征在于，包括通过用光学式传感器对漏出到相对于管轴线而言位于与光源相反一侧的光中的与螺 纹槽大致平行的光进行检测，来测量第1螺纹要素的工序；通过用接触式传感器使接触探头与螺纹牙侧面接触，检测接触时的该接触探头的空间 坐标，测量第2螺纹要素的工序；合成从上述光学式传感器得到的第1螺纹要素和从上述接触式传感器得到的第2螺纹 要素，运算螺纹要素的工序。
9.根据权利要求8中所述的螺纹要素测量方法，其特征在于， 上述螺纹牙侧面包括具有钩形状的钩状牙侧面。
全文摘要
本发明提供一种管端部的螺纹要素测量装置、螺纹要素测量系统和螺纹要素测量方法，利用光学式传感器(2)，对漏出到相对于管轴线光源(21)而言位于相反一侧的光中的与螺纹槽(A4)大致平行的光进行检测，来测量第1螺纹要素。此外，通过使接触式传感器(3)的接触探头(31)与螺纹牙侧面(A8)接触，检测接触时的接触探头(31)的空间坐标，由此测量第2螺纹要素。被分别检测到的第1和第2螺纹要素由运算处理部件(4)合成，运算测量对象的螺纹的螺纹要素。
文档编号G01B21/20GK101981408SQ20098011111
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年3月27日
发明者加佐泰久, 平冈诚司, 康拉德·弗里德里希, 本田达朗, 艾哈德·格吕纳, 谷田睦 申请人:住友金属工业株式会社;卡尔马尔控股有限公司