CN101981408A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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，即，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，光源使用卤光灯，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(＝η°)，向沿着图8的(c)中的Z2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X2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Z2轴的方向照射平行光时的误差，图9是表示X2-Z2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2μm。

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78μm的误差，螺纹牙高度为1.5mm的情况下也会产生约39μm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33μm。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17μm，在存在0.029°的差的情况下误差为9μm。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0.1mm)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。

即，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的光束。

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1×10⁵(1/℃)左右，所以在管的温度变化10℃时，半径为90mm的管的外径变化约18μm。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(1)～(4)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。

(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3mm×3mm到10mm×10mm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(±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1mm以上的情况下，X轴方向的螺纹牙侧面位置的误差超过10μm，作为测量结果而超过容许范围。

表1

这样，由于能够控制(1)的误差，所以优选接触式传感器的测量基轴线和螺纹轴线的距离为±0.25mm左右以内。

基于上述见解，在由上述螺纹要素测量装置测量前，通过检测上述螺纹要素测量装置的测量基轴线和要测量的带螺纹的管的螺纹轴线的距离，在使接触式传感器的测量基轴线的位置和要测量的带螺纹的管的螺纹轴线的位置高精度地对齐之后测量螺纹要素，或相对于所测量的数据进行位置校正，能得到更加高精度的测量结果。

根据本发明的螺纹要素测量装置，通过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检测螺纹要素。

特别是即使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，也能够高精度地测量。

此外，根据本发明的螺纹要素测量系统，利用高度调整机构，能调整带螺纹的管被载置的高度，使螺纹要素测量装置的测量基轴线和带螺纹的管的中心轴线对齐。因此，在连续处理线等上，即使不同直径的管依次被向螺纹要素测量装置输送的情况下，也能将测量位置的变动控制在管半径变动程度内，能更加迅速地测量螺纹要素。

而且，能够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。

附图说明

图1是应用本发明的螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统的一实施方式的概略结构图。

图2是表示图1中的螺纹要素测量装置的光学式传感器和接触式传感器的移动台的放大立体图。

图3是图1的螺纹要素测量系统中的高度调整机构的侧视图。

图4是利用本实施方式的接触式传感器对牙侧面进行测量的测量方法的说明图。

图5是合成第1螺纹要素和第2螺纹要素的情况的说明图。

图6是与形成有钩形螺纹的管端部的轴线方向平行的概略剖视图。

图7是图6的螺纹部的局部放大图。

图8是用于说明投影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9是表示向沿着Z2轴的方向照射平行光时的X2-Z2坐标中的牙侧面和平面U的交线的一个例子的图。

图10是说明由于螺纹轴线和管轴线的角度差产生的影响的图。

图11是说明把持机构的把持中心、管轴线和螺纹轴线的偏差的图。

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。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边说明本发明优选的实施方式。

首先，说明作为本发明的螺纹要素测量装置的测量对象的带螺纹的管中的、在管端部上具有钩状牙侧面的钩形螺纹的结构。另外，本发明的螺纹要素测量装置也能测量具有钩形螺纹以外的一般螺纹形状的带螺纹的管。

图6是与形成有钩形螺纹的管端部的轴线方向平行的概略剖视图，图7是图6中的一个螺纹牙的放大图。另外，在图6和图7中，为了易懂，故意改变螺纹牙的节距、大小等而与实际不同。

形成在如图6和图7所示那样的带螺纹的管A1的管端部上的螺纹A2包括：具有螺纹牙A3和螺纹槽A4形状的螺纹部A5；形成在管端部顶端上的密封部A6；连接上述螺纹部A5和密封部A6的平行部A7。

而且，在位于螺纹牙A3和螺纹槽A4之间的螺纹牙侧面A8中的、螺纹牙A3的螺纹轴线方向的带螺纹的管中央侧的螺纹牙侧面是钩状牙侧面A8h。如图7所示，该钩状牙侧面A8h随着从螺纹牙A3的顶端部A3t向基端部A3b去而位于螺纹轴线方向的带螺纹的管的管端面侧地倾斜。

这样的钩状牙侧面A8h的倾斜角θ(以随着从螺纹牙A3的顶端部A3t向基端部A3b去而位于螺纹轴线方向的带螺纹的管中央侧时的角度为正的角度)是-20°≤θ≤0°，大多是-5°≤θ＜是0°，特别有代表性的是-3°。

作为这样的螺纹的螺纹要素会由于螺纹的种类、构造不同而有所改变，再次仅将大致以下的螺纹要素作为对象。另外，在本实施方式中，为了便于说明，区分成只利用后述的光学式传感器2能够测量的第1螺纹要素和只利用光学式传感器2难以测量的第2螺纹要素。

第1螺纹要素是与螺纹牙侧面的详细、严密的测量无关的测量要素，包括用光学式传感器2能够测量的所有的要素。例如包括螺纹部外径、密封部外径、平行部外径、螺纹槽直径，螺纹牙高度、螺纹槽深度、螺纹锥度(螺纹牙直径的轴向变化、螺纹槽直径的轴向变化)、密封锥形、锥形的变化、各种外径的周向偏差(椭圆度)、密封部轴向长度、平行部轴向长度等。还包括虽不是品质管理项目，然而在测量第2螺纹要素时必要的螺纹牙的角部(棱线)或螺纹牙或螺纹槽的大致的尺寸、轮廓等。

第2螺纹要素是与螺纹牙侧面的详细、严密的测量相关的测量要素，是由上述的光学式传感器无法测量或无法得到足够的测量精度的要素。即，例如包括螺纹牙侧面坐标、特别是离开螺纹牙的棱线的(被遮挡的)部位中的螺纹牙侧面坐标、螺纹牙侧面的角度、螺纹牙侧面的间隔(螺纹牙宽度、螺纹槽宽度、螺纹节距、螺纹升角)、具有螺纹牙侧面的螺纹部截面的轮廓等。此外，密封部的曲率半径、密封部的管内周面直径、内周面的锥度等。

接着，说明用于测量形成在如上述那样的形成有钩形螺纹A2的带螺纹的管A1的管端部上的螺纹要素的本发明的螺纹要素测量装置和应用该装置的螺纹要素测量系统。

图1是本发明的应用螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统的一实施方式的概略结构图，图2是表示图1中的螺纹要素测量装置的光学式传感器和接触式传感器的移动台的扩大立体图。

如图1和图2所示，本实施方式的螺纹要素测量装置1包括：光学式传感器2，通过对漏出到相对于管轴线XA(在此作为与螺纹轴线大致等同的构件而说明)而言位于与光源21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；接触式传感器3，通过使接触探头31与包括钩状牙侧面A8h的螺纹牙侧面A8接触，检测接触时的该接触探头31的空间坐标，来测量第2螺纹要素；运算处理部件4，合成从上述光学式传感器2得到的第1螺纹要素和从上述接触式传感器3得到的第2螺纹要素，运算螺纹要素。

而且，如图1和图2所示，应用上述螺纹要素测量装置1的螺纹要素测量系统5包括：上述螺纹要素测量装置1；用于固定带螺纹的管A1的把持机构6；高度调整机构7，用于调整上述带螺纹的管A1的高度，且使上述带螺纹的管的中心轴线与上述把持机构6的把持中心或上述螺纹要素测量装置1的测量基轴线大致对齐。而且，螺纹要素测量系统5具有管控制装置8，该管控制装置8控制螺纹要素测量装置1的移动，并且控制带螺纹的管A1的移动、旋转，上述运算处理部件4对上述管控制装置8给予指令，并且集合运算带螺纹的管A1的状态和螺纹要素测量装置1中所测量的测量值。

另外，螺纹要素测量系统5构成为在测量时将带螺纹的管A1的至少螺纹部A5导入较佳地调整了室温、湿度的气氛调整室12内。

上述运算处理部件4和管控制装置8由通用或专用的计算机构成，上述运算处理部件4能够从上位的计算机(未图示)取得作为测量对象的带螺纹的管A1的信息(设计值等)，或向上位的计算机输送被测量、运算的螺纹要素，或向监视器、打印机等输出部件(未图示)输出测量结果。

而且，运算处理部件4通过上述测量结果将必要的螺纹要素，例如螺纹直径、螺纹节距等作为数值数据而算出。此外，也能够将得到的数值数据与(螺纹要素)设计值比较。管控制装置8还进行使上位计算机和运算处理部件4联动，将处理线上的规定的带螺纹的管A1输送到如图1所示的测量状态，在把持的状态下测量之后，再向下游的处理线送出的控制。

这样的螺纹要素测量系统5应用于带螺纹的管A1的连续处理线(未图示)上。更加详细而言，以由设于上述连续处理线上的管输送机构(未图示)要测量的带螺纹的管A1与螺纹要素测量装置1的测量基轴线大致对齐的方式，在朝向螺纹要素测量装置(沿管轴线XA方向)输送的基础上进行测量。

此时，本实施方式的高度调整机构7作为将带螺纹的管A1向管轴线方向输送的管输送机构的一部分发挥作用。更加具体而言，高度调整机构7具有中央的辊径被缩径的V辊(未图示)，在X-Y平面中，在带螺纹的管A1的管轴线XA与该V辊的槽位置大致对齐的状态下，使该V辊旋转，从而向管轴线方向输送带螺纹的管A1。上述螺纹要素测量装置1的测量基轴线X 1和上述把持机构6的把持中心X6在X-Y平面中，被配置成与上述V辊的槽位置大致对齐。

图3是图1的螺纹要素测量系统中的高度调整机构的侧视图。

如图3所示，在带螺纹的管A1的高度方向(Z轴方向)上，能够在高度方向(Z轴方向)上调整由上述V辊对带螺纹的管A1的支承位置的升降机构作为高度调整机构7而构成。利用该高度调整机构7，能够对每个与要测量的带螺纹的管A1的外径相对应的高度设定值的高度进行调整。该高度设定值预先被存储在上述管控制装置8等中而被控制。另外，高度调整机构7的高度调整精度可以是几mm左右，但是优选更高。

这样，由高度调整机构7调整过高度的、由上述V辊输送来的带螺纹的管A1在带螺纹的管A1的管轴线XA(螺纹轴线)与把持机构6的把持中心X6(以及螺纹要素测量装置1的测量基轴线X 1)大致对齐的状态下穿过把持机构6。

相对于上述把持机构6，在带螺纹的管A1输送方向下游侧，隔有规定的距离地配置有管端检测装置9。通过该管端检测装置9检测带螺纹的管A1，由上述管输送机构(V辊)产生的管输送被停止。另外，能容易地使此时的带螺纹的管A1的管端部上的停止位置精度为2mm左右。

基于由于带螺纹的管A1停止而输送到管控制装置8的停止信号(既可以实际检测带螺纹的管A1的动作，也可以以V辊的停止而作为带螺纹的管A1的停止)，管控制装置8对把持机构6发送控制信号，使把持机构6把持带螺纹的管A1。另外，作为带螺纹的管A1的把持机构6，可利用与把持圆度高的圆柱棒，用于进行10μm左右的车床加工等的夹具机构等具有同样构造的机构。此外，在把持机构6中设有使带螺纹的管A1以管轴线为中心而旋转的旋转部件(未图示)和检测该旋转的旋转角度的旋转角度检测部件(未图示)。

在此，在能够测量螺纹要素的范围内，由把持机构6对带螺纹的管A1的把持位置与带螺纹的管A1的管端面的距离优选尽量短。由此，能尽量抑制管的弯曲的影响。具体优选200mm～400mm左右。另外，对于管端部的螺纹轴线，一般而言，即使是设计尺寸相同的管，也会在水平方向(X轴、Y轴方向)以及高度方向(Z轴方向)上分别产生几mm的变动。这是因为管本身的弯曲的变动以及螺纹轴线与管轴线的偏差的变动这两个原因叠加而产生的变动。

接着，说明本实施方式的螺纹要素测量装置1的更加具体的结构。

如图2所示，本实施方式的螺纹要素测量装置1由分别安装在配设于测量基座10上的高精度的X、Y、Z轴移动台10X、10Y、10Z上的光学式传感器2和接触式传感器3构成。光学式传感器2和接触式传感器3通过在上述X、Y、Z轴移动台10X、10Y、10Z上移动而构成为能够沿三维方向移动。上述三维方向移动量通过存储相对于规定的基准位置的位移，在上述运算处理部件4中被处理，但是特别是作为Z方向的测量基准而设定测量基轴线X1。

在本实施方式中，为了使光学式传感器2和接触式传感器3能够独立地移动，分别在光学式传感器2和接触式传感器3上设有X、Y、Z轴移动台10X、10Y、10Z，然而也可以由光学式传感器2和接触式传感器3共用X、Y、Z轴移动台10X、10Y、10Z(在1组X、Y、Z轴移动台上配置光学式传感器2和接触式传感器3)。

另外，在本实施方式中，上述测量基座10和把持机构6被配置在上述气氛调整室12内的防振台架13上，防止由把持机构6把持的带螺纹的管A1的摇动，并且防止光学式传感器2和接触式传感器3的摇动，从而降低测量误差。

在用本实施方式的螺纹要素测量装置1测量螺纹要素时，在测量螺纹要素前，首先，检测上述螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1与要测量的带螺纹的管的螺纹轴线之间的距离(螺纹轴线高度)，调整螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1的位置，使得该检测出的螺纹轴线高度大致为0，即，使螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1的位置与螺纹轴线位置大致相同。在本实施方式中，将光学式传感器2兼用作检测该螺纹轴线高度的部件。另外，也可以用与光学式传感器2不同的专用的测量装置。

在螺纹轴线高度的检测中，首先，使光学式传感器2沿X轴方向和Y轴方向移动，使得受光部件22位于带螺纹的管A1的规定的测量部位(平行部A7或密封部6A等的螺纹部A5以外的部位)中的接近螺纹轴线的正上方。而且，暂时设定测量基轴线X 1的位置(Z轴坐标)，一边使光学式传感器2沿Z轴方向移动一边利用受光部件22拍摄上述测量部位。此时，评价受光部件22拍摄到的像的对比度，检测该对比度成为最大时的光学式传感器2的位置(以上述暂时设定的测量基轴线X1为测量基准的Z轴坐标)。然后，基于该检测到的光学传感器2的位置和光学传感器2的尺寸、上述测量部位的外径半径等设计值，算出螺纹轴线高度。换言之，检测以暂时设定的测量基轴线X1为测量基准的螺纹轴线的位置(Z轴坐标)。

然后，改变暂时设定的测量基轴线X1的位置，使得这样算出的螺纹轴线高度大致为0，即改变后的测量基轴线X1的位置与上述检测到的螺纹轴线位置大致相同。这样，通过基于拍摄到的像的对比度成为最大的光学传感器2的位置，调整螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1的高度，能够使螺纹轴线的位置(Z轴坐标)包含于受光部件22的景深(调焦范围)内。

如以上那样，在利用螺纹要素测量装置进行测量前，通过检测螺纹要素测量装置的测量基轴线X1与要测量的带螺纹的管的螺纹轴线之间的距离，使螺纹要素测量装置特别是接触式传感器3的测量基轴线X1的位置与要测量的带螺纹的管A1的螺纹轴线的位置高精度对齐之后，测量螺纹要素，或对测量到的数据进行位置校正，能得到更加高精度的测量结果。

通过用该方法调节高度，能够以0.1mm～0.2mm左右的精度使螺纹轴线位置与螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1在高度方向上对齐，在这种程度的精度足够有用。

另外，也能够与上述方法不同，用使用了激光三角法的方法等各种方法检测螺纹轴线高度。

上述光学式传感器2包括：朝向带螺纹的管A1的螺纹部A5照射光的卤光灯等光源21；对漏出到相对于带螺纹的管A1的管轴线XA(≈螺纹轴线)而言位于与光源21相反一侧的光中的与螺纹槽A4大致平行的光进行检测的受光部件22，上述光源21和受光部件22，成为一对地能够在上述X、Y、Z轴移动台10X、10Y、10Z上移动。

而且，在光学式传感器2的移动台上包括旋转台10R，该旋转台10R使上述光源21和受光部件22能绕Y轴一体旋转，从而使光源21和受光部件22的方向与带螺纹的管A1的螺纹槽A4大致平行。具体而言，基于预先已知的螺纹升角(设计值)，使旋转台10R上的光学式传感器2绕Y轴旋转。

另外，所谓与螺纹槽A4大致平行的光，是指不限于其光轴方向与螺纹槽A4完全地平行的方向的光束，也包括光轴方向与Z轴完全地平行的方向的光束、光轴方向是位于Z轴和螺纹槽A4之间的方向的光束。

之所以不限于与螺纹槽A4完全地平行的情况，是因为在实际上，由于在要测量的带螺纹的管A1的管端部产生弯曲，即使基于上述预先已知的螺纹升角的值而倾斜受光部件22(螺纹升角的量)，有时也难以提高与实际的螺纹槽A4的平行度。若受光部件22的方向相对于螺纹槽A4的方向偏离，则在由光学式传感器2测量而得到的像中，螺纹牙A3或螺纹槽A4的棱线扩展(参照图7所示的阴影的扩展AB)，无法辨别准确的螺纹牙A3或螺纹槽A4的棱线(边缘)的位置。在本发明的螺纹要素测量装置1中，以螺纹牙A3(或螺纹槽A4)的螺纹轴线方向中央部为基准，为了能够至少辨别一方侧(例如管端侧)的边缘的位置，使光学式传感器绕Y轴旋转，例如，在使与上述预先已知的螺纹升角(设计值)相对应的方向和Z轴之间的大致中间的方向倾斜之后进行测量。

另外，只要在受光部件22中的平行光成分能够接受光，从光源21投射的光既可以是平行光，也可以不是平行光。

作为上述受光部件22，能用具有5mm×5mm～10mm×10mm左右的拍摄范围(具有几μm～10μm左右的像素间隔的受光元件)的CCD摄像机。优选通过使用采用了远心透镜的CCD摄像机，能够在受光元件处容易接受平行光。

CCD摄像机的拍摄结果通过进行亚像素(subpixel)处理，能够得到像素尺寸的几分之1～几十分之1的分辨率和精度。

另外，若具有在几何光学上等价的效果，则在作为光源21而用激光、远心透镜等，使投射的光为平行光的同时，另一方面，受光部件22也可以采用不使用如上述那样的远心透镜的光学系统。

通过用这样的光学式传感器2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A4大致平行的光进行检测，来测量与螺纹牙侧面不相关的第1螺纹要素。

在利用光学式传感器2测量第1螺纹要素的过程中，以上述的测量基轴线X1为基准高度。即，使光学式传感器2的焦点与上述测量基轴线X1对齐，拍摄螺纹周围的轮廓。具体而言，一边从光源21向螺纹的缘部(上述螺纹轴线和Z方向位置位于大致相同的高度)照射光，一边在受光部件22处拍摄带螺纹的管A1的外形(被管、螺纹遮挡光的部分成为阴影)。

作为受光部件22而使用具有上述的远心透镜的CCD摄像机，从而能够在螺纹的缘附近将与受光部件22的光轴大致平行的光聚集而成像。在所得到的图像中，被管、螺纹所遮挡的部位(像素位置)较暗地被检测出(检测亮度E0)，未被遮挡的部位较亮地被检测出(检测亮度E1)。而且，作为两者的中间亮度(检测亮度E2)而被检测出的部位为螺纹的缘部、边界。通过将这样的检测亮度区分为E0、E1、E2，将由检测亮度E0、E1所包围的靠近像素位置(边界线位置)的内侧的点作为螺纹的缘部的坐标而高精度地检测出。

此外，作为检测螺纹的缘部的坐标的其他的方法，也能用上述的亚像素处理。具体而言，将存在于具有检测亮度E2的区域及其周边区域中的像素群的亮度检测结果绘制成以各像素的位置(与实际空间相对应的各像素的中心位置)为横轴坐标且以各像素的检测亮度为纵轴坐标的直角坐标系。在该直角坐标系中所绘制的数据在具有检测亮度E2的区域中，成为单调增加或单调减少的关系。用适当的函数(例如一次函数)近似该关系。然后，基于上述函数算出与预先设定的检测亮度的阈值(用于检测螺纹的缘部的坐标的阈值)相对应的横轴坐标。该算出的横轴坐标为螺纹的缘部的坐标。通过进行以上说明那样的亚像素处理，能够比像素尺寸高分辨率·高精度地检测出螺纹的缘部的坐标。

从这样得到的螺纹的缘部的坐标点的集合求出光学式传感器2的测量部位的螺纹外形即轮廓(除了牙侧面之外)。

另外，要测量螺纹的尺寸范围一般超过上述受光部件22的拍摄范围，所以通过利用各轴移动台10X、10Y、10Z使光学式传感器2向规定的位置移动而反复测量之后，在上述运算处理部件4中进行多个部位的测量图像的合并处理，能算出轮廓等必要的第1螺纹要素的测量值。

利用如上述那样的光学式传感器2进行了测量之后，控制接触式传感器3移动，进行与螺纹牙侧面相关的第2螺纹要素的测量。

作为接触式传感器3，能应用一般被称为三维测量机的测量装置。

在接触式传感器3上设有能够在上述各轴移动台10X、10Y、10Z上沿三维方向移动的接触探头31。接触探头31的移动位置例如由高精度的线性编码器读取，向运算处理部件4输送该位置数据。在接触探头31的顶端设有大致球状的触头31a，检测在触头31a接触测量对象的瞬间的施加于触头31a的微小的力，算出此时的触头31a的球面的中心位置坐标。在本实施方式中，触头31a的直径为0.5mm以下测量较佳，但是更优选0.1mm以上且0.3mm以下。

另外，因为从接触探头31的安装位置到触头31a的三维坐标偏差是恒定的，所以利用基准样品测量结果等预先校正，从而能从接触探头31的移动位置算出触头31a的中心位置坐标。

图4是利用本实施方式的接触式传感器对牙侧面进行测量的测量方法的说明图。

接触探头31(触头31a)基于要测量的螺纹A2的设计数据，预先准备移动方案，以能够相对于该螺纹A2相对移动。另一方面，作为上述光学式传感器2的测量结果，以螺纹槽的位置、螺纹轴线高度、牙侧面的近似位置为坐标而输入运算处理部件4。这样基于作为光学式传感器2的测量结果而得到的各种坐标修正上述移动方案，决定触头31a的移动路径。而且，触头31a的倾斜度被调整成大于要测量的牙侧面A8(A8h)的倾斜度的角度。即，被调整成接触探头31的除了触头31a之外的其他的部分(支柱部分)不与接触牙侧面A8(A8h)、螺纹牙棱线部接触。

具体而言，如图4所示，首先，使接触探头31沿Z轴方向移动，触头31a被调整成与测量基轴线X1(即上述的螺纹轴线位置)相同的位置。接着，在X轴方向的螺纹槽A4位置，使触头31a沿Y轴方向移动到距螺纹槽A4离开规定距离的位置。而且，使接触探头31沿X轴方向且触头31a与要测量的牙侧面A8(A8h)接近的方向移动，读取在触头31a接触上述牙侧面A8(A8h)的瞬间的触头31a的坐标(X-Y坐标)。

接着，以触头31a从牙侧面A8(A8h)沿X轴方向离开规定距离的方式使接触探头31移动，并且使其沿Y轴方向(图4中的离开螺纹轴线的方向)移动规定距离之后，再次使接触探头31沿使触头31a沿X轴方向且与要测量的牙侧面A8(A8h)接近的方向移动，再次读取在触头31a接触上述牙侧面A8(A8h)的瞬间的触头31a的坐标(X-Y坐标)。通过反复与螺纹规格相对应地预先设定的必要次数地检测这样的坐标，决定作为得到的坐标点的集合的牙侧面位置。该决定的牙侧面位置被定位于由上述光学式传感器2测量的螺纹牙A3、螺纹槽A4的棱线，确定螺纹部A5整体的位置。利用如此确定的与牙侧面相关的位置数据，得到与牙侧面相关的第2螺纹要素。

如以上那样，用光学式传感器2测量的第1螺纹要素和用接触式传感器3测量的第2螺纹要素在上述运算处理部件4中被合成。

图5是第1螺纹要素和第2螺纹要素被合成的情况的说明图。图5的(a)表示基于第1螺纹要素的测量结果的轮廓，图5的(b)表示基于第2螺纹要素的测量结果的轮廓，图5的(c)表示合成后的轮廓。另外，在图5中，为了便于说明，只表示了钩状牙侧面A8h的第2螺纹要素的测量结果。

具体而言，如图5所示，作为上述的测量基轴线X1(螺纹轴线位置)上的X-Y平面中的坐标点而合成第1螺纹要素和第2螺纹要素。特别是对于牙侧面A8(A8h)，优先采用第2螺纹要素而合成。在图5的(c)中，只采用实线部，不采用作为用虚线表示的第1螺纹要素的测量结果(图5的(a))而得到的钩状牙侧面A8h附近的轮廓。

如上述那样的螺纹要素的测量在带螺纹的管A1的周向多个部位进行测量的情况下，在规定部位的上述测量后，利用把持机构6的旋转部件使带螺纹的管A1绕把持机构6的把持中心旋转规定角度，由旋转角度检测部件检测螺纹的旋转角度之后，再次进行上述测量。此时的螺纹的旋转角度能用近似的带螺纹的管A1的旋转角度或把持机构6的旋转角度。

另外，旋转部件也可以不装入把持机构6中，还可以独立设置旋转部件。

此外，在把持机构6的把持中心(管轴线)相对于螺纹轴线偏离的情况下，优选预先算出旋转前检测到的螺纹轴线的位置在利用把持机构6使带螺纹的管A1旋转规定角度(例如90°)后移动到哪个位置上。然后，实际上利用把持机构6使带螺纹的管A1旋转上述规定角度后，基于上述算出的移动后的螺纹轴线的位置，控制光学式传感器2和接触式传感器3移动而进行测量。

在本实施方式中，对上述的螺纹要素测量结果得到的值进行温度校正。即，本实施方式的螺纹要素测量系统5包括测量测量对象的带螺纹的管A1的温度的温度传感器11，根据该温度，对所测量到的螺纹要素的值进行温度校正。

在该情况下，基于实际测量用的带螺纹的管A1的温度，校正所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而产生温差，所以能得到更高精度的测量结果。

此外，也考虑到了螺纹要素测量装置1本身的热膨胀。即，利用各轴移动台10X、10Y、10Z使光学式传感器2、接触式传感器3移动时的移动量(传感器位置)可能由于热膨胀而产生误差。关于这一点，作为传感器位置检测方法，在利用以石英玻璃、低热膨胀玻璃为基板的编码器时，这样的误差成为能容许的程度。

另外，带螺纹的管A1的温度与被适当地调整的工厂内温度大致相同。因此，也可以测量作为对象的带螺纹的管A1的通过位置或该通过位置附近的气氛温度，基于该测量温度，校正测量到的螺纹要素的值。此外，为了进行更高精度的校正，优选在测量螺纹要素的过程中或在测量螺纹要素即将开始前或刚刚结束后测量带螺纹的管A1或螺纹A2的温度的基础上，对螺纹要素结果进行校正。

但是，温度传感器11的位置也能配置在图1所例示的位置以外的位置。即，也可以不配置在螺纹部A5的附近。例如，也可以配置在带螺纹的管A1的中央部等。此外，即使在本测量系统的线上游测量带螺纹的管A1的温度，只要到螺纹要素测量时的时间间隔小且温度变动小，就能够对温度测量值进行温度校正。

如上所述，根据本实施方式的螺纹要素测量装置1，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(A8h)接触，检测接触时的接触探头31(触头31a)的空间坐标，来测量第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。

这样，通过检测与螺纹槽A4大致平行的光，测量作为与螺纹牙侧面A8(A8h)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3测量在光学式测量中由于上述那样的螺纹牙A3的棱线的阴影而产生测量误差的、作为与螺纹牙侧面A8(A8h)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A8(A8h)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A3的棱线的阴影所遮挡的量大、误差大的与钩状牙侧面A8h相关的螺纹要素，也能够高精度地测量。

此外，根据本实施方式的螺纹要素测量系统5，利用高度调整机构7，能调整载置带螺纹的管A1的高度，使得螺纹要素测量装置1的测量基轴线X1与带螺纹的管A1的中心轴线对齐。因此，在连续处理线等上，即使在不同直径的管依次被向螺纹要素测量装置1输送的情况下，也能将测量位置的变动控制在管的半径变动程度内，能更加迅速地测量螺纹要素。

而且，能够在把持机构6把持带螺纹的管A1时，为了补充把持机构6的向心功能而用高度调整机构7调整带螺纹的管A1的高度，使带螺纹的管A1移动到带螺纹的管A1的中心轴线与把持机构6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A1的管轴线相对于把持机构6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A1的倾斜过大而妨碍螺纹要素的测量。

在本实施方式的螺纹要素测量系统5中，能够选择只利用上述光学式传感器2进行测量的情况或利用上述光学式传感器2进行测量并且利用上述接触式传感器3进行测量的情况。

在该情况下，通过在适当的时刻切换将作为光学式传感器2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以及将合成作为光学式传感器2的测量结果的第1螺纹要素和作为接触式传感器3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，能够不妨碍品质管理地谋求螺纹要素测量的迅速化。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种改进、变更，修正。

Claims (9)

1.一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。

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