螺纹尺寸自动测定系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及螺纹尺寸自动测定系统，特别是涉及可以自动测定螺纹有关的各种尺寸的螺纹尺寸自动测定系统。
【背景技术】
[0002]在螺纹制造商中，为了将制造的螺纹制成满足预先制定的规格的制品进行出货，而进行螺纹的各种尺寸测定。螺纹的各种尺寸分别具有规格，为了对这些规格进行测量，一边分开使用测微计、卡尺、螺纹量规等多种多样的测量设备，一边在大部分测量中通过检查员的手动作业进行螺纹尺寸检查。一个螺纹中具有10个以上的应该管理的尺寸，在这些尺寸的测定中，使用各不相同的测量设备，其检查结果通过工作人员的手写记录于检查表中。
[0003]这种螺纹尺寸测定需要大量的精力和时间，因此，提出有一些自动测定方法。例如，在日本国特开2012 — 112929号公报中，作为螺纹检查装置，公开有如下装置，S卩，利用卡盘单元固定螺纹的头部，从发光器对螺纹部照射平行光线，并利用相对于螺纹部而设于发光器的相反侧的受光器取得螺纹部的明暗影像，利用计算机对螺纹部的取得影像进行计算，并显示螺纹的长度、径宽、螺纹牙等测定信息。叙述了发光器和受光器沿着螺纹部的轴向可移动，旋转螺纹的头部而改变螺纹部的方向，由此，可360度检查螺纹外周。
[0004]日本国特开2010 - 210292号公报中，作为螺纹形状测定装置，公开有如下装置，即，具有:光源，其与螺纹的螺旋平行地照射光；拍摄装置，其具有使用与光源具有同一受光光轴且仅使与光轴平行的成分成像的远心透镜，取得与螺纹轴正交的方向的1维图像的直线传感器。在此，通过扫描对螺纹槽取得多个1维图像，并将这些图像合成而测定螺纹的形状。
[0005]在现有技术中，提出有自动测定螺纹部的尺寸关系，但没有叙述螺纹部以外的螺纹的各种尺寸的测定。例如，在带头部的螺纹的情况下，没有叙述头部的形状尺寸、头部和螺纹部之间的头下部的曲率半径、设于头部的头部孔的深度等。另外，在螺纹的绕轴的尺寸测定中，需要使螺纹绕轴旋转，而不易连续进行该旋转和测定。日本国特开2012 - 112929号公报中，为了 360度检查螺纹的外周，暂时解除卡盘单元进行的头部固定，而使头部旋转，并再次利用卡盘单元重新固定头部，因此，不能连续进行旋转和测定。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种螺纹尺寸自动测定系统，仅安置一次作为测定对象工件的螺纹，就可自动测定螺纹的各种尺寸。
[0007]本发明提供一种螺纹尺寸自动测定系统，其以螺纹为测定对象工件，包括:把持部，其把持工件的阳螺纹的轴向的一端；把持旋转部，其绕轴向360度旋转驱动把持部；光学测量装置，其光学性且非接触地测量被把持部把持阳螺纹的轴向的一端的工件的尺寸；轴向移动部，其使光学测量装置相对于把持部沿轴向相对性地移动；运算控制装置，其算出并输出工件的轴向及绕轴的尺寸，其中，运算控制装置包含:螺纹径算出部，其算出与工件的螺纹牙相关的尺寸及与螺纹底相关的尺寸；全长算出部，其算出沿工件的轴向的全长。
[0008]在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，把持部包含:适配器，其具有圆板状外形，且在一端面的中心具有规定啮合长度的阴螺纹，该规定啮合长度的阴螺纹在拧入工件的阳螺纹的前端部时，可使工件的轴向不晃动而固定；紧固卡盘，其至少在3点夹持固定适配器的外周侧面。
[0009]在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，适配器具有:环规，其刻有具有与工件的阳螺纹的螺纹尺寸对应而预定的啮合精度的基准阴螺纹；圆板状的支架，其具有突出有与环规的基准阴螺纹啮合的阳螺纹的一端面，其中，不管工件的螺纹尺寸，支架的圆板形状均为共同的形状。
[0010]在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，将轴向设为Y方向，将与Y方向垂直的面设为XZ平面，且具备具有与XZ平面平行的上面的基台，把持部可绕轴向旋转地设于基台的上面，轴向移动部包含搭载有光学测量装置的移动工作台即相对于基台可以沿着Y方向移动至任意Y位置的移动工作台，光学测量装置包含测定工件的轴向及绕轴尺寸的图像投影部。
[0011]另外在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，图像投影部具有:光源，其相对于工件的Y方向中心线配置于Z方向的一侧并输出平行光线；远心光学系统的投影摄像照相机，其相对于工件的Y方向中心线而配置于Z方向的另一侧，接收来自光源的平行光线，对于成为工件影像的投影形状，具有与光源相同的受光光轴且仅使与光轴平行的成分在与XY平面平行的拍摄面上成像而进行拍摄。
[0012]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，运算控制装置包含轮廓数据算出部，其将由投影摄像照相机拍摄的工件的投影形状数据变换成具有任意的位置分辨率的位图的2维数据，并使用规定阈值将位图的2维数据的各数据二值化成黑白。
[0013]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，轮廓数据算出部基于预先制定的噪声判断基准，对黑白的二值化界限的数据进行将从工件的剖视图形观察而成为异常的数据作为噪声进行除去的平滑化处理，而求得表示螺纹轮廓分布的轮廓数据，轮廓数据算出部基于使工件绕Y轴旋转360度时的每隔规定的角度间隔的轮廓数据，算出并输出工件的轴向及绕轴的尺寸。
[0014]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，包含合焦移动部，其沿着Z方向移动投影摄像照相机，运算控制装置包含合焦位置算出部，作为变换成位图的前处理，合焦位置算出部在由投影摄像照相机拍摄的螺纹的投影形状数据从白数据向黑数据过渡的边缘区域中，以在投影形状数据的黑白界限取得最大值的方式，使用预先制定的评价函数，一边利用合焦移动部使投影摄像照相机沿Z方向移动，一边求得各Z位置的评价函数的值，并以评价函数的值成为最大值的Z位置为合焦位置，来固定投影摄像照相机的Z方向位置。
[0015]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，运算控制装置对工件的每隔规定的角度间隔的轮廓数据求得工件的绕Y轴的尺寸的测定数据的组，并排除脱离预先设定的下限阈值至预先设定的上限阈值的范围的所述尺寸的测定数据，且基于所述尺寸的测定数据的剩余的组算出绕Y轴的尺寸的值并输出至输出装置。
[0016]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，运算控制装置对于黑白的二值化的界限的数据通过如下方式进行平滑化处理，即，在使工件绕Y轴旋转时得到的每隔规定的角度间隔的轮廓数据中，对沿着工件的Υ方向连续的测定数据的轨迹进行预先设定的规定频率的低通滤波。
[0017]另外，在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，运算控制装置对于黑白的二值化的界限的数据，基于工件每隔规定角度偏离对使工件绕Υ轴旋转时得到的每隔规定的角度间隔的轮廓数据预测Υ方向的偏离，对根据通过对应工件的绕Υ轴的角度预测的偏离进行了修正的多个点而预测的点的X方向位置的轨迹进行低通滤波，生成过滤处理后的轮廓数据，基于过滤处理后的轮廓数据算出所述工件的绕Υ轴的尺寸的值并输出至输出装置。
[0018]在本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，工件是具有头部和螺纹轴部且在头部具有紧固工具用的旋转槽或旋转孔的带头部的螺纹件，光学测量装置包含测定工件的头部孔的深度的头部测量部。
[0019]本发明的螺纹尺寸自动测定系统中，优选为，头部测量部具有:头部摄像照相机，其在与ΧΖ平面平行的拍摄面上拍摄工件的头部孔的形状；激光光源，其以相对于工件的Υ方向成规定的倾斜角度，跨过工件的头部的上面和头部孔的底面而照射在ΧΖ平面上直线状延伸的光束，运算控制装置包含:头部尺寸算出部，其基于头部摄像照相机的拍摄数据算出工件的头部尺寸；头部孔深度算出部，其利用头部摄像照相机分别检测从激光光源照射的直线状的光束投影于头部上面和头部孔底面的投影位置，并基于检测的各个投影位置的ΧΖ平面上的错位量和规定的倾斜角度算出头部孔的深度。
[0020]根据本发明的结构，螺纹尺寸自动测定系统具有把持作为测定对象工件的阳螺纹的轴向的一端的把持部。另外，螺纹尺寸自动测定系统使把持部绕轴向旋转驱动360度，并使光学性且非接触地测量工件尺寸的光学测量装置相对于把持部沿轴向相对性地移动。由此，在把持部上仅安置一次作为测定对象工件的螺纹，就可自动测定工件的轴向及绕轴的各种尺寸。
[0021]另外，本发明中，把持部可以具有适配器而构成，该适配器具有圆板状外形，且其在一端面的中心具有规定啮合长度的阴螺纹，该规定啮合长度的阴螺纹在拧入工件的阳螺纹的前端部时，使工件的轴向不晃动而固定。根据该结构，即使让工件绕轴旋转，也可以进行稳定的测定。
[0022]另外，本发明中，根据适配器具有刻上具有与工件的阳螺纹的螺纹尺寸对应而预先制定的啮合精度的基准阴螺纹的环规的结构，环规的基准阴螺纹具有精确的阴螺纹形状。因此，如果工件为良品，则其完整螺纹部与基准阴螺纹啮合1个螺距左右，由此可以牢固地固定，不使工件的轴向晃动。另外，具有从一端面侧突出有与环规的基准阴螺纹啮合的阳螺纹的圆板状的支架，支架的圆板形状不管工件的螺纹尺寸，均为共同的形状，因此通过利用紧固卡盘夹持该共同的形状，可以容易对应各种标称尺寸的螺纹的测定。
[0023]另外，本发明中可以设为如下结构，把持部绕轴向可旋转地设于具有与ΧΖ平面平行的上面的基台的上面，在相对于基台沿Υ方向可移动至任意的Υ位置的Υ工作台上搭载有包含测定工件的轴向及绕轴尺寸的图像投影部的光学测量装置。根据该结构，使把持部绕轴旋转，并使Υ工作台沿Υ方向移动，由此使用图像投影部可自动测定工件的轴向及绕轴的尺寸。
[0024]另外，本发明中可以设为如下结构，图像投影部具有相对于工件的Y方向中心线而配置于Ζ方向的一侧的平行光线光源和相对于工件的Υ方向中心线而配置于Ζ方向的另一侧的远心光学系统的投影摄像照相机。根据该结构，可精确地取得工件的外形数据。
[0025]另外，本发明中可以设为如下结构，运算控制装置对于由投影摄像照相机拍摄的螺纹的投影形状数据的具有任意的位置分辨率的位图的2维数据，将黑白的二值化的界限的数据中的从螺纹的剖视图形观察成为异常的数据作为噪声除去，而求得表示螺纹轮廓分布的轮廓数据。根据该结构，通过软件处理可除去附着于工件的垃圾等引起的噪声，因此可以精确地算出并输出工件的轴向及绕轴的尺寸。
[0026]另外，本发明中可以设为如下结构，在由投影摄像照相机拍摄的螺纹的投影形状数据从白数据向黑数据过渡的边缘区域算出合焦位置。一般的自动聚焦可以在对象物的表面进行合焦，但螺纹的轮廓分布为轴状的直径的边缘的分布，因此合焦位置极窄。在上述结构中，使用以在投影形状数据的黑白界限取得最大值的方式而预先制定的评价函数，因此可以精确地求得合焦位置。
[0027]另外，本发明中可以设为如下结构，对工件的每隔规定的角度间隔的轮廓数据求得工件的绕Υ轴的尺寸的测定数据的组，并排除脱离预先设定的下限阈值至预先设定的上限阈值的范围的绕轴的尺寸的测定数据。而且，设为如下结构，基于绕Υ轴的尺寸的测定数据的剩余的组算出绕Υ轴的尺寸的值。根据该结构，即使在异物附着于螺纹的情况下，也可以更高精度地算出绕Υ轴的尺寸的值。
[0028]另外，本发明中可以设为如下结构，在工件为带头部的螺纹的情况下，利用投影形状数据不能进行头部孔的测定，因此光学测量装置除了包含图像投影部之外，还包含测定工件的头部孔的深度的头部测量部。由此，也可以对头部孔的测定进行非接触的光学测量。
[0029]另外，本发明中可以设为如下结构，孔深度的测量利用:以相对于工件的Υ方向成规定的倾斜角度，跨过工件的头部的上面和头部孔的底面而照射在ΧΖ平面上直线状延伸的激光光束；该直线状延伸的光束的投影位置在头部上面和头部孔底面根据孔深度偏离错位。由此，不使用量规等，就可以通过非接触的光学测量进行头部孔深度的测量。
【附图说明】
[0030]图1是本发明实施方式的螺纹尺寸自动测定系统的结构图，是螺纹尺寸自动测定装置的正视图；
[0031]图2中的(a)是图1的螺纹尺寸自动测定装置的左侧视图，(b)是图1的螺纹尺寸自动测定装置的俯视图；
[0032]图3是表示本发明实施方式的螺纹尺寸自动测定系统的把持部和作为被把持的测定对象工件的螺纹的图，图3中的(a)是紧固卡盘的侧视图，(b)是适配器的侧视图，(c)是表示测定对象工件的螺纹的图，(d)是适配器的分解图，(e)?(g)是与(a)?(c)对应的俯视图；
[0033]图4是表示标称尺寸不同的每个测定对象工件的适配器的图，图4中的(a)是表示M12的螺纹用的适配器的图，(b)是表示M6的螺纹用的适配器的图，(c)是M3的螺纹用的适配器；
[0034]图5是表示本发明实施方式的螺纹尺寸自动测定系统的测定顺序的流程图；
[0035]图6是表示与图5的测定顺序对应的测定部位的图，图6中的(a)表示侧视图中的测定部位，(b)是表示俯视图中的测定部位的图；
[0036]图7是表示图5中的头部孔深度的测定的图，图7中的(a)是测定对象工件中处于任意的把持状态的图，(b)是表示使测定对象工件从(a)的状态绕轴旋转的状态的图，(c)是表示使激光光源相对于测定对象工件沿Y方向移动位置而测定头部孔深度的状态的图；
[0037]图8是在本发明实施方式的螺纹尺寸自动测定系统中表示合焦位置的算出方法的图，图8中的(a)是表示螺纹轮廓的投影状态的图，(b)是表示投影摄像照相机的焦点位置从A?E时的拍摄的黑白状态的图，(c)是以灰度值I的变化表示黑白状态的变化的图，(d)是表示灰度值I相对于Z位置的微分波形的图，(e)是表示(d)的波形的半值宽(半値幅)相对于Z位置的关系的图；
[0038]图9是表示本发明实施方式的螺纹尺寸自动测定系统中轮廓分布的噪声除去方法的图，图9中的(a)是表示轮廓跟踪处理的规则的图，(b)是对测定对象工件进行轮廓跟踪处理而得到的螺纹轮廓分布，(c)是表示从(b)除去噪声的轮廓数据的图；
[0039]图10是表示图5中进行头下R的测定的图，图10中的(a)是表示测定对象工件的头下部的轮廓数据的图，(b)是表示头下R的测定方法的图；
[0040]图11是表示图5中的牙径的测定的图，图11中的(a)是表示沿着测定对象工件的轴向的轮廓数据的图，(b)是求得(a)的牙部的轮廓数据的回归线的图，(c)是表示牙径的算出方法的图；
[0041]图12是表示图5中的底径的测定的图，图12中的(a)是表示沿着测定对象工件的轴向的轮廓数据的图，(b)是求得(a)的底部的轮廓数据的回归线的图，(c)是表示底径的算出方法的图；
[0042]图13是表示头部孔深度的另一测定方法的图，图13中的(a)是表示在头部孔中插入规定的头部孔用基准锥(頭部穴用基準匕V卜)的状态的侧视图，(b)是与(a)对应的俯视图；
[0043]图14是表示标称尺寸不同的每个测定对象工件的头部孔用锥的图，图14中的(a)是表示M12的螺纹用的头部孔用锥的图，(b)是表示M6的螺纹用的头部孔用锥的图，(c)是表示M3的螺纹用的头部孔用锥的图；
[0044]图15是构成本发明实施方式的另一例的螺纹尺寸自动测定系统的螺纹尺寸自动测定装置的主要部分的正视图；
[0045]图16是图15的螺纹尺寸自动测定装置的右侧视图；
[0046]图17是表示图15的螺纹尺寸自动测定装置的图，图17中的(a)是表示在俯视图中使头部摄像照相机退避至右侧的状态的图，(b)是表示使头部摄像照相机移动至拍摄位置的状态的俯视图；
[0047]图18是在图15的螺纹尺寸自动测定装置的俯视图中省略了头部摄像照相机的图；
[0048]图19是在图15的左侧视图中表示锥夹紧单元的图；
[0049]图20是表示在本发明实施方式的另一例螺纹尺寸自动测定系统中算出轮廓数据后，在规定角度算出牙径及底径的方法的图，是图12(c)的放大图；
[0050]图21中的(a)是以曲线连结规定角度的牙径d max及底径d min的测定数据并以与角度Θ的关系表示的图，(b)是作为螺纹的工件的轴向一部分的剖视图；
[0051]图22是表示在规定角度的牙径d max的测定数据和测定数据的个数的关系中的理想模型时(a)和在1例中排除脱离规定范围的测定数据时(b)的图；
[0052]图23是表示在对工件的规定角度的轮廓数据进行低通滤波的情况下工件的1次螺纹轮廓分布(a)和过滤处理后的2次螺纹轮廓分布(b)的图；
[0053]图24是表示在求得工件的规定角度的轮廓数据时利用低通滤波器进行X方向的异常部分的除去的情况下，每隔规定角度旋转工件时的1次螺纹轮廓分布的变化的图；
[0054]图25是表示在工件的轮廓分布的一部分点上，利用低通滤波器对规定角度的X方向位置