螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)，特別是涉及可以自動測定螺紋有關(guān)的各種尺寸的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在螺紋制造商中，為了將制造的螺紋制成滿足預(yù)先制定的規(guī)格的制品進行出貨，而進行螺紋的各種尺寸測定。螺紋的各種尺寸分別具有規(guī)格，為了對這些規(guī)格進行測量，一邊分開使用測微計、卡尺、螺紋量規(guī)等多種多樣的測量設(shè)備，一邊在大部分測量中通過檢查員的手動作業(yè)進行螺紋尺寸檢查。一個螺紋中具有10個以上的應(yīng)該管理的尺寸，在這些尺寸的測定中，使用各不相同的測量設(shè)備，其檢查結(jié)果通過工作人員的手寫記錄于檢查表中。
[0003]這種螺紋尺寸測定需要大量的精力和時間，因此，提出有一些自動測定方法。例如，在日本國特開2012 — 112929號公報中，作為螺紋檢查裝置，公開有如下裝置，S卩，利用卡盤單元固定螺紋的頭部，從發(fā)光器對螺紋部照射平行光線，并利用相對于螺紋部而設(shè)于發(fā)光器的相反側(cè)的受光器取得螺紋部的明暗影像，利用計算機對螺紋部的取得影像進行計算，并顯示螺紋的長度、徑寬、螺紋牙等測定信息。敘述了發(fā)光器和受光器沿著螺紋部的軸向可移動，旋轉(zhuǎn)螺紋的頭部而改變螺紋部的方向，由此，可360度檢查螺紋外周。
[0004]日本國特開2010 - 210292號公報中，作為螺紋形狀測定裝置，公開有如下裝置，即，具有:光源，其與螺紋的螺旋平行地照射光；拍攝裝置，其具有使用與光源具有同一受光光軸且僅使與光軸平行的成分成像的遠(yuǎn)心透鏡，取得與螺紋軸正交的方向的1維圖像的直線傳感器。在此，通過掃描對螺紋槽取得多個1維圖像，并將這些圖像合成而測定螺紋的形狀。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，提出有自動測定螺紋部的尺寸關(guān)系，但沒有敘述螺紋部以外的螺紋的各種尺寸的測定。例如，在帶頭部的螺紋的情況下，沒有敘述頭部的形狀尺寸、頭部和螺紋部之間的頭下部的曲率半徑、設(shè)于頭部的頭部孔的深度等。另外，在螺紋的繞軸的尺寸測定中，需要使螺紋繞軸旋轉(zhuǎn)，而不易連續(xù)進行該旋轉(zhuǎn)和測定。日本國特開2012 - 112929號公報中，為了 360度檢查螺紋的外周，暫時解除卡盤單元進行的頭部固定，而使頭部旋轉(zhuǎn)，并再次利用卡盤單元重新固定頭部，因此，不能連續(xù)進行旋轉(zhuǎn)和測定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)，僅安置一次作為測定對象工件的螺紋，就可自動測定螺紋的各種尺寸。
[0007]本發(fā)明提供一種螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)，其以螺紋為測定對象工件，包括:把持部，其把持工件的陽螺紋的軸向的一端；把持旋轉(zhuǎn)部，其繞軸向360度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動把持部；光學(xué)測量裝置，其光學(xué)性且非接觸地測量被把持部把持陽螺紋的軸向的一端的工件的尺寸；軸向移動部，其使光學(xué)測量裝置相對于把持部沿軸向相對性地移動；運算控制裝置，其算出并輸出工件的軸向及繞軸的尺寸，其中，運算控制裝置包含:螺紋徑算出部，其算出與工件的螺紋牙相關(guān)的尺寸及與螺紋底相關(guān)的尺寸；全長算出部，其算出沿工件的軸向的全長。
[0008]在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，把持部包含:適配器，其具有圓板狀外形，且在一端面的中心具有規(guī)定嚙合長度的陰螺紋，該規(guī)定嚙合長度的陰螺紋在擰入工件的陽螺紋的前端部時，可使工件的軸向不晃動而固定；緊固卡盤，其至少在3點夾持固定適配器的外周側(cè)面。
[0009]在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，適配器具有:環(huán)規(guī)，其刻有具有與工件的陽螺紋的螺紋尺寸對應(yīng)而預(yù)定的嚙合精度的基準(zhǔn)陰螺紋；圓板狀的支架，其具有突出有與環(huán)規(guī)的基準(zhǔn)陰螺紋嚙合的陽螺紋的一端面，其中，不管工件的螺紋尺寸，支架的圓板形狀均為共同的形狀。
[0010]在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，將軸向設(shè)為Y方向，將與Y方向垂直的面設(shè)為XZ平面，且具備具有與XZ平面平行的上面的基臺，把持部可繞軸向旋轉(zhuǎn)地設(shè)于基臺的上面，軸向移動部包含搭載有光學(xué)測量裝置的移動工作臺即相對于基臺可以沿著Y方向移動至任意Y位置的移動工作臺，光學(xué)測量裝置包含測定工件的軸向及繞軸尺寸的圖像投影部。
[0011]另外在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，圖像投影部具有:光源，其相對于工件的Y方向中心線配置于Z方向的一側(cè)并輸出平行光線；遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的投影攝像照相機，其相對于工件的Y方向中心線而配置于Z方向的另一側(cè)，接收來自光源的平行光線，對于成為工件影像的投影形狀，具有與光源相同的受光光軸且僅使與光軸平行的成分在與XY平面平行的拍攝面上成像而進行拍攝。
[0012]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，運算控制裝置包含輪廓數(shù)據(jù)算出部，其將由投影攝像照相機拍攝的工件的投影形狀數(shù)據(jù)變換成具有任意的位置分辨率的位圖的2維數(shù)據(jù)，并使用規(guī)定閾值將位圖的2維數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)二值化成黑白。
[0013]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，輪廓數(shù)據(jù)算出部基于預(yù)先制定的噪聲判斷基準(zhǔn)，對黑白的二值化界限的數(shù)據(jù)進行將從工件的剖視圖形觀察而成為異常的數(shù)據(jù)作為噪聲進行除去的平滑化處理，而求得表示螺紋輪廓分布的輪廓數(shù)據(jù)，輪廓數(shù)據(jù)算出部基于使工件繞Y軸旋轉(zhuǎn)360度時的每隔規(guī)定的角度間隔的輪廓數(shù)據(jù)，算出并輸出工件的軸向及繞軸的尺寸。
[0014]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，包含合焦移動部，其沿著Z方向移動投影攝像照相機，運算控制裝置包含合焦位置算出部，作為變換成位圖的前處理，合焦位置算出部在由投影攝像照相機拍攝的螺紋的投影形狀數(shù)據(jù)從白數(shù)據(jù)向黑數(shù)據(jù)過渡的邊緣區(qū)域中，以在投影形狀數(shù)據(jù)的黑白界限取得最大值的方式，使用預(yù)先制定的評價函數(shù)，一邊利用合焦移動部使投影攝像照相機沿Z方向移動，一邊求得各Z位置的評價函數(shù)的值，并以評價函數(shù)的值成為最大值的Z位置為合焦位置，來固定投影攝像照相機的Z方向位置。
[0015]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，運算控制裝置對工件的每隔規(guī)定的角度間隔的輪廓數(shù)據(jù)求得工件的繞Y軸的尺寸的測定數(shù)據(jù)的組，并排除脫離預(yù)先設(shè)定的下限閾值至預(yù)先設(shè)定的上限閾值的范圍的所述尺寸的測定數(shù)據(jù)，且基于所述尺寸的測定數(shù)據(jù)的剩余的組算出繞Y軸的尺寸的值并輸出至輸出裝置。
[0016]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，運算控制裝置對于黑白的二值化的界限的數(shù)據(jù)通過如下方式進行平滑化處理，即，在使工件繞Y軸旋轉(zhuǎn)時得到的每隔規(guī)定的角度間隔的輪廓數(shù)據(jù)中，對沿著工件的Υ方向連續(xù)的測定數(shù)據(jù)的軌跡進行預(yù)先設(shè)定的規(guī)定頻率的低通濾波。
[0017]另外，在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，運算控制裝置對于黑白的二值化的界限的數(shù)據(jù)，基于工件每隔規(guī)定角度偏離對使工件繞Υ軸旋轉(zhuǎn)時得到的每隔規(guī)定的角度間隔的輪廓數(shù)據(jù)預(yù)測Υ方向的偏離，對根據(jù)通過對應(yīng)工件的繞Υ軸的角度預(yù)測的偏離進行了修正的多個點而預(yù)測的點的X方向位置的軌跡進行低通濾波，生成過濾處理后的輪廓數(shù)據(jù)，基于過濾處理后的輪廓數(shù)據(jù)算出所述工件的繞Υ軸的尺寸的值并輸出至輸出裝置。
[0018]在本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，工件是具有頭部和螺紋軸部且在頭部具有緊固工具用的旋轉(zhuǎn)槽或旋轉(zhuǎn)孔的帶頭部的螺紋件，光學(xué)測量裝置包含測定工件的頭部孔的深度的頭部測量部。
[0019]本發(fā)明的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中，優(yōu)選為，頭部測量部具有:頭部攝像照相機，其在與ΧΖ平面平行的拍攝面上拍攝工件的頭部孔的形狀；激光光源，其以相對于工件的Υ方向成規(guī)定的傾斜角度，跨過工件的頭部的上面和頭部孔的底面而照射在ΧΖ平面上直線狀延伸的光束，運算控制裝置包含:頭部尺寸算出部，其基于頭部攝像照相機的拍攝數(shù)據(jù)算出工件的頭部尺寸；頭部孔深度算出部，其利用頭部攝像照相機分別檢測從激光光源照射的直線狀的光束投影于頭部上面和頭部孔底面的投影位置，并基于檢測的各個投影位置的ΧΖ平面上的錯位量和規(guī)定的傾斜角度算出頭部孔的深度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)具有把持作為測定對象工件的陽螺紋的軸向的一端的把持部。另外，螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)使把持部繞軸向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動360度，并使光學(xué)性且非接觸地測量工件尺寸的光學(xué)測量裝置相對于把持部沿軸向相對性地移動。由此，在把持部上僅安置一次作為測定對象工件的螺紋，就可自動測定工件的軸向及繞軸的各種尺寸。
[0021]另外，本發(fā)明中，把持部可以具有適配器而構(gòu)成，該適配器具有圓板狀外形，且其在一端面的中心具有規(guī)定嚙合長度的陰螺紋，該規(guī)定嚙合長度的陰螺紋在擰入工件的陽螺紋的前端部時，使工件的軸向不晃動而固定。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使讓工件繞軸旋轉(zhuǎn)，也可以進行穩(wěn)定的測定。
[0022]另外，本發(fā)明中，根據(jù)適配器具有刻上具有與工件的陽螺紋的螺紋尺寸對應(yīng)而預(yù)先制定的嚙合精度的基準(zhǔn)陰螺紋的環(huán)規(guī)的結(jié)構(gòu)，環(huán)規(guī)的基準(zhǔn)陰螺紋具有精確的陰螺紋形狀。因此，如果工件為良品，則其完整螺紋部與基準(zhǔn)陰螺紋嚙合1個螺距左右，由此可以牢固地固定，不使工件的軸向晃動。另外，具有從一端面?zhèn)韧怀鲇信c環(huán)規(guī)的基準(zhǔn)陰螺紋嚙合的陽螺紋的圓板狀的支架，支架的圓板形狀不管工件的螺紋尺寸，均為共同的形狀，因此通過利用緊固卡盤夾持該共同的形狀，可以容易對應(yīng)各種標(biāo)稱尺寸的螺紋的測定。
[0023]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，把持部繞軸向可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于具有與ΧΖ平面平行的上面的基臺的上面，在相對于基臺沿Υ方向可移動至任意的Υ位置的Υ工作臺上搭載有包含測定工件的軸向及繞軸尺寸的圖像投影部的光學(xué)測量裝置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，使把持部繞軸旋轉(zhuǎn)，并使Υ工作臺沿Υ方向移動，由此使用圖像投影部可自動測定工件的軸向及繞軸的尺寸。
[0024]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，圖像投影部具有相對于工件的Y方向中心線而配置于Ζ方向的一側(cè)的平行光線光源和相對于工件的Υ方向中心線而配置于Ζ方向的另一側(cè)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的投影攝像照相機。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可精確地取得工件的外形數(shù)據(jù)。
[0025]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，運算控制裝置對于由投影攝像照相機拍攝的螺紋的投影形狀數(shù)據(jù)的具有任意的位置分辨率的位圖的2維數(shù)據(jù)，將黑白的二值化的界限的數(shù)據(jù)中的從螺紋的剖視圖形觀察成為異常的數(shù)據(jù)作為噪聲除去，而求得表示螺紋輪廓分布的輪廓數(shù)據(jù)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過軟件處理可除去附著于工件的垃圾等引起的噪聲，因此可以精確地算出并輸出工件的軸向及繞軸的尺寸。
[0026]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，在由投影攝像照相機拍攝的螺紋的投影形狀數(shù)據(jù)從白數(shù)據(jù)向黑數(shù)據(jù)過渡的邊緣區(qū)域算出合焦位置。一般的自動聚焦可以在對象物的表面進行合焦，但螺紋的輪廓分布為軸狀的直徑的邊緣的分布，因此合焦位置極窄。在上述結(jié)構(gòu)中，使用以在投影形狀數(shù)據(jù)的黑白界限取得最大值的方式而預(yù)先制定的評價函數(shù)，因此可以精確地求得合焦位置。
[0027]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，對工件的每隔規(guī)定的角度間隔的輪廓數(shù)據(jù)求得工件的繞Υ軸的尺寸的測定數(shù)據(jù)的組，并排除脫離預(yù)先設(shè)定的下限閾值至預(yù)先設(shè)定的上限閾值的范圍的繞軸的尺寸的測定數(shù)據(jù)。而且，設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，基于繞Υ軸的尺寸的測定數(shù)據(jù)的剩余的組算出繞Υ軸的尺寸的值。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在異物附著于螺紋的情況下，也可以更高精度地算出繞Υ軸的尺寸的值。
[0028]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，在工件為帶頭部的螺紋的情況下，利用投影形狀數(shù)據(jù)不能進行頭部孔的測定，因此光學(xué)測量裝置除了包含圖像投影部之外，還包含測定工件的頭部孔的深度的頭部測量部。由此，也可以對頭部孔的測定進行非接觸的光學(xué)測量。
[0029]另外，本發(fā)明中可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，孔深度的測量利用:以相對于工件的Υ方向成規(guī)定的傾斜角度，跨過工件的頭部的上面和頭部孔的底面而照射在ΧΖ平面上直線狀延伸的激光光束；該直線狀延伸的光束的投影位置在頭部上面和頭部孔底面根據(jù)孔深度偏離錯位。由此，不使用量規(guī)等，就可以通過非接觸的光學(xué)測量進行頭部孔深度的測量。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明實施方式的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，是螺紋尺寸自動測定裝置的正視圖；
[0031]圖2中的(a)是圖1的螺紋尺寸自動測定裝置的左側(cè)視圖，(b)是圖1的螺紋尺寸自動測定裝置的俯視圖；
[0032]圖3是表示本發(fā)明實施方式的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)的把持部和作為被把持的測定對象工件的螺紋的圖，圖3中的(a)是緊固卡盤的側(cè)視圖，(b)是適配器的側(cè)視圖，(c)是表示測定對象工件的螺紋的圖，(d)是適配器的分解圖，(e)?(g)是與(a)?(c)對應(yīng)的俯視圖；
[0033]圖4是表示標(biāo)稱尺寸不同的每個測定對象工件的適配器的圖，圖4中的(a)是表示M12的螺紋用的適配器的圖，(b)是表示M6的螺紋用的適配器的圖，(c)是M3的螺紋用的適配器；
[0034]圖5是表示本發(fā)明實施方式的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)的測定順序的流程圖；
[0035]圖6是表示與圖5的測定順序?qū)?yīng)的測定部位的圖，圖6中的(a)表示側(cè)視圖中的測定部位，(b)是表示俯視圖中的測定部位的圖；
[0036]圖7是表示圖5中的頭部孔深度的測定的圖，圖7中的(a)是測定對象工件中處于任意的把持狀態(tài)的圖，(b)是表示使測定對象工件從(a)的狀態(tài)繞軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)的圖，(c)是表示使激光光源相對于測定對象工件沿Y方向移動位置而測定頭部孔深度的狀態(tài)的圖；
[0037]圖8是在本發(fā)明實施方式的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中表示合焦位置的算出方法的圖，圖8中的(a)是表示螺紋輪廓的投影狀態(tài)的圖，(b)是表示投影攝像照相機的焦點位置從A?E時的拍攝的黑白狀態(tài)的圖，(c)是以灰度值I的變化表示黑白狀態(tài)的變化的圖，(d)是表示灰度值I相對于Z位置的微分波形的圖，(e)是表示(d)的波形的半值寬(半値幅)相對于Z位置的關(guān)系的圖；
[0038]圖9是表示本發(fā)明實施方式的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中輪廓分布的噪聲除去方法的圖，圖9中的(a)是表示輪廓跟蹤處理的規(guī)則的圖，(b)是對測定對象工件進行輪廓跟蹤處理而得到的螺紋輪廓分布，(c)是表示從(b)除去噪聲的輪廓數(shù)據(jù)的圖；
[0039]圖10是表示圖5中進行頭下R的測定的圖，圖10中的(a)是表示測定對象工件的頭下部的輪廓數(shù)據(jù)的圖，(b)是表示頭下R的測定方法的圖；
[0040]圖11是表示圖5中的牙徑的測定的圖，圖11中的(a)是表示沿著測定對象工件的軸向的輪廓數(shù)據(jù)的圖，(b)是求得(a)的牙部的輪廓數(shù)據(jù)的回歸線的圖，(c)是表示牙徑的算出方法的圖；
[0041]圖12是表示圖5中的底徑的測定的圖，圖12中的(a)是表示沿著測定對象工件的軸向的輪廓數(shù)據(jù)的圖，(b)是求得(a)的底部的輪廓數(shù)據(jù)的回歸線的圖，(c)是表示底徑的算出方法的圖；
[0042]圖13是表示頭部孔深度的另一測定方法的圖，圖13中的(a)是表示在頭部孔中插入規(guī)定的頭部孔用基準(zhǔn)錐(頭部穴用基準(zhǔn)匕V卜)的狀態(tài)的側(cè)視圖，(b)是與(a)對應(yīng)的俯視圖；
[0043]圖14是表示標(biāo)稱尺寸不同的每個測定對象工件的頭部孔用錐的圖，圖14中的(a)是表示M12的螺紋用的頭部孔用錐的圖，(b)是表示M6的螺紋用的頭部孔用錐的圖，(c)是表示M3的螺紋用的頭部孔用錐的圖；
[0044]圖15是構(gòu)成本發(fā)明實施方式的另一例的螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)的螺紋尺寸自動測定裝置的主要部分的正視圖；
[0045]圖16是圖15的螺紋尺寸自動測定裝置的右側(cè)視圖；
[0046]圖17是表示圖15的螺紋尺寸自動測定裝置的圖，圖17中的(a)是表示在俯視圖中使頭部攝像照相機退避至右側(cè)的狀態(tài)的圖，(b)是表示使頭部攝像照相機移動至拍攝位置的狀態(tài)的俯視圖；
[0047]圖18是在圖15的螺紋尺寸自動測定裝置的俯視圖中省略了頭部攝像照相機的圖；
[0048]圖19是在圖15的左側(cè)視圖中表示錐夾緊單元的圖；
[0049]圖20是表示在本發(fā)明實施方式的另一例螺紋尺寸自動測定系統(tǒng)中算出輪廓數(shù)據(jù)后，在規(guī)定角度算出牙徑及底徑的方法的圖，是圖12(c)的放大圖；
[0050]圖21中的(a)是以曲線連結(jié)規(guī)定角度的牙徑d max及底徑d min的測定數(shù)據(jù)并以與角度Θ的關(guān)系表示的圖，(b)是作為螺紋的工件的軸向一部分的剖視圖；
[0051]圖22是表示在規(guī)定角度的牙徑d max的測定數(shù)據(jù)和測定數(shù)據(jù)的個數(shù)的關(guān)系中的理想模型時(a)和在1例中排除脫離規(guī)定范圍的測定數(shù)據(jù)時(b)的圖；
[0052]圖23是表示在對工件的規(guī)定角度的輪廓數(shù)據(jù)進行低通濾波的情況下工件的1次螺紋輪廓分布(a)和過濾處理后的2次螺紋輪廓分布(b)的圖；
[0053]圖24是表示在求得工件的規(guī)定角度的輪廓數(shù)據(jù)時利用低通濾波器進行X方向的異常部分的除去的情況下，每隔規(guī)定角度旋轉(zhuǎn)工件時的1次螺紋輪廓分布的變化的圖；
[0054]圖25是表示在工件的輪廓分布的一部分點上，利用低通濾波器對規(guī)定角度的X方向位置