JPH0514221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はネジの加工工程におけるネジ部表面の
欠陥を光学的に検査する装置に関するものであ
る。

ネジの検査としては、従来「ネジ山高さ」「ネ
ジのピツチ」等のネジ要素の検査を行なう装置が
開発されてきたが、加工中にネジ部に発生する各
種表面欠陥の検査に関しては、ネジ特有の問題と
して正常面のプロフイールが非常に複雑でしかも
曲面が小さな曲率半径で変化するため、表面検査
の代表的な手法である光学方式では困難とされて
きた。

この発明はかかる問題点に対処すべくなされた
もので、ネジの表面でスポツト状に集光する入射
光をほぼネジの中心軸を通る平面に沿つて走査し
ながら照射し、この反射光を光電変換して得た信
号波形の山、谷およびこの山と谷を結ぶ部分（以
下この部分を稜線部と呼ぶ）の変化を検出するこ
とにより、ネジの表面各部の異常を検出すること
ができる検査装置を提供することを目的としたも
のである。

以下、図に基づいてこの発明の一実施例を説明
する。

第１図はこの発明にかかわる検査装置の光学系
を示す概念図、第２図はネジの中心軸を通る平面
における断面の拡大図、第３図は実測された検出
信号の波形図である。

図中１は頂角θを有するネジ、２は走査角αで
ネジ１を照射しネジ１の表面でスポツト状に集光
する入射光、３はハーフミラー、４は入射光２の
ネジ１の表面からの反射光を受けて光電変換を行
なう光電変換素子、５はネジ１の山部、６はネジ
１の谷部、７はネジ１の斜面のいわゆるネジ面に
相当する部分であり断面図で表したものであるた
め以下この部分を稜線部と呼ぶ。８は光電変換素
子４より出力された信号の波形であり、８ａはネ
ジ１の山部５，８ｂは谷部６，８ｃは稜線部７に
それぞれ相当する部分である。

第１図において、入射光２はハーフミラー３を
経由してネジ１に対して、好ましくはネジ１の中
心軸を通る平面に沿つてネジの軸方向に走査され
ネジ１の表面に達する。

ここで重要なことは、入射光２の走査角αは入
射光２がネジ１に向つて広がる走査ならば拡大角
が０（平行走査）からネジ１の頂角θまでの範囲
に、また、ネジ１に向つて集束する走査ならば集
束角が０（平行走査）からネジ１の頂角θまでの
範囲に各々規制されるべきであるということであ
る。これはネジ山の全表面が入射光２によつて照
射されるようにし、部分的な不感帯を発生させな
いようにするためである。より具体的にいえば、
入射光２が照射するネジ１の表面領域内で、ネジ
１の軸方向に、ネジ１の中心軸をほぼ含む面に沿
いかつこの面とネジ１の表面とが交差する線上の
すべての点を照射するように入射光２を走査する
ことである。

入射光の走査する角度をどのような角度に設定
するかという課題、具体的にはネジ向つて広がる
走査、平行走査あるいはネジに向つて集束する走
査のいずれを選択するかは検査の対象となるネジ
の大きさやこの検査の対象となるネジと検査装置
における光学系の配置スペースについての制約な
どから適宜選択すればよいことである。

光学系の具体的な構成については、例えば1981
年発行の朝倉書店刊行「光学的測定ハンドブツ
ク」第595〜586頁に断面形状測定器の例として丸
棒の直径測定器の例が記載されている。

この記載例では、He−Neレーザから発せられ
た光束が回転反射鏡によつて走査されながら一対
の第１の集光レンズによつて平行光とされ丸棒の
断面を走査するようになされている。丸棒の断面
を走査した光は一対の第２の集光レンズによつて
集光され光電受光器に至り電気信号に変換されて
いる。

この例における光学系において、第１の集光レ
ンズに入射する光束の走査角度は回転反射鏡の揺
動角度によつてきまり、また第１の集光レンズか
ら第２の集光レンズ至る部分の光束が発散光とな
るか集束光となるかは、第１の集光レンズの焦点
位置と光源の位置関係を適当に選択することによ
つて任意に選択することが可能であることはいう
までもない。例えば、第１の集光レンズ以降の光
束を集束光とするためには光源の位置を第１の集
光レンズの焦点位置より遠くに置くことによつて
実現できる。なお、例示されている光学系のまま
であつても、第２の集光レンズ以降の光束は光電
受光器に集中するようになされているから、例え
ば第２の集光レンズと光電受光器の中間を検査の
対象とするネジの照射面とすることによつて集束
光でネジ面の観測が可能になる。

かかる構成において、ネジ１の表面からの反射
光がハーフミラー３で反射され光電変換素子４に
よつて受光される。入射光２はネジ１の中心軸を
通る平面に沿つてネジ１の軸方向（ネジ山の伸び
る方向にほぼ直交する方向）に走査しているた
め、ネジ１の山部５、谷部６、稜線部７のいずれ
からの反射光もほぼ入射光２の入射面であるネジ
１の中心軸を通る平面に沿つて生じることにな
り、効率よく光電変換素子４によつて受光され
る。

一方、ネジ１の形状から考えると、第２図に示
すように、ネジ１の山部５はあたかも凸面鏡であ
るかと同様の作用をし、反射光を大きな角度で散
乱させるが、ネジ１の谷部６はあたかも凹面鏡で
あるかの如く作用し反射光を集束させる。また、
ネジ１の稜線部７はネジ１の山部５の凸の形状か
らからネジ１の谷部６の凹の形状へ変化する過程
であると同時に、反射光は隣接する各稜線間で多
重反射が発生して複雑なふるまいをするが、反射
光の光線追跡をすれば、山部５から谷部６に入射
光の入射点が移動するにつれて最終反射角の変化
の絶対値が小さくなり入射光の方向に向うことが
わかる。

したがつて、光電変換素子４で得られる信号は
第３図の如く入射光２の走査領域のネジ１のネジ
山の形状に類似した規則正しい繰り返し波形にな
る。同図において、信号波形の極大値がネジ１の
谷部６からの信号、信号波形の極小値がネジ１の
山部５からの信号、極大値から極小値にいたる部
分がネジ１の稜線部７に各々対応している。した
がつて、第３図の波形において、パルス信号の山
のピーク変動を検出すればネジ１の谷部６の欠
陥、パルス信号の谷のピーク変動を検出すればネ
ジ１の山部５の欠陥、信号稜部の異常（傾き異
常、変曲点の存在）を検出すればネジ１の稜線部
７の欠陥を各々検出することができる。

なお、特に例示はしていないが、上記したよう
な各信号異常の検出は、適当なスライスレベルを
有する２値化手段とデイジタル回路の併用で簡単
に実現できる。

また、上記説明ではネジ１の表面でスポツト状
に集光する入射光２がネジ１の中心軸を通る平面
に沿つて走査されることを条件としているが、ネ
ジ１の中心軸を通る平面と入射光２の走査面との
合致は厳密なものである必要はなく、この走査面
とネジ１の中心軸を通る平面とのずれに伴うネジ
１の各部からの反射光のずれが、光電変換素子４
の有効受光域にはいる範囲内であれば、この発明
にかかる装置の動作原理に何の支障もないことは
言うまでもない。またこの入射光のズレにともな
つてハーフミラー３の省略もあり得る。

以上のようにこの発明によればネジの表面でス
ポツト状に集光する入射光をほぼネジの中心軸を
通る平面に沿つてネジの軸方向に走査し、この反
射光を光電変換して信号波形の山、谷および稜線
部の変化を検出することによりネジの山、谷、稜
線各部の欠陥を検出することができ、簡易な装置
構成で従来困難であつた欠陥検出が可能となり実
用上の効果は大となるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかわる検査装置の光学系
を示す概念図、第２図はネジ部の拡大図、第３図
は検出信号の波形図である。 図中、１はネジ、２は入射光、４は光電変換素
子、５はネジの山部、６はネジの谷部、７はネジ
の稜線部である。なお、各図中同一符号は同一又
は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ネジの表面にスポツト状に集光する光を照射
   して上記ネジの表面の欠陥を検査するネジの表面
   欠陥検査装置において、 上記光の走査角を上記ネジの頂角以内に設定
   し、上記光で照射される上記ネジの表面領域内に
   おいて、上記ネジの軸方向に、上記ネジの中心軸
   をほぼ含む面に沿い、かつこの面と上記ネジの表
   面とが交差する線上のすべての点を照射するよう
   に上記光を走査して照射する手段と、 上記ネジ表面からの上記光の反射光を受光して
   信号を出力する光電素子と、 この光電素子の出力信号の上記ネジの山部に相
   当する部分のピーク変動、上記ネジの谷部に相当
   する部分のピーク変動および上記ネジの稜線部に
   相当する部分の異常を出力する単一の信号処理手
   段とを備えたことを特徴とするネジの表面欠陥検
   査装置。