(57)【要約】      （修正有）【課題】計測対象ワークであるねじの座面の角度を自動的に精度よく計測できるねじ形状自動計測システムを提供する。【解決手段】ねじ形状自動計測システム１０は、ねじ８を計測対象ワークとして、ワークを把持する把持部６２を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部６０と、ワークの周方向一部において、ワークのねじ軸の外周面とワークの頭部の座面とにレーザ光を照射する照射部、及びレーザ光の反射光を受光する受光部を含み、ねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位を計測する変位計５０と、ワークの軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも第１位置において変位計で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、変位計の照射軸方向を示す基準線とから、ねじ軸の軸方向に対応する仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する座面の角度である第１座面角度を算出する演算制御装置１００とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじを計測対象ワークとして、前記ワークのおねじ側の軸方向一方端を把持する把持部と、
前記把持部を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部と、
前記把持部によって前記おねじの軸方向一方端が把持された前記ワークの周方向一部において、前記ワークのねじ軸の外周面と前記ワークの頭部の座面とにレーザ光を照射する照射部、及び前記レーザ光の反射光を受光する受光部を含み、前記ねじ軸の外周面の母線と前記座面の母線との変位を計測する変位計と、
前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも第１位置において前記変位計で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、前記変位計の照射軸方向を示す基準線とから、前記ねじ軸の軸方向に対応する仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する前記座面の角度である第１座面角度を算出する演算制御装置とを備える、ねじ形状自動計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記演算制御装置は、前記第１位置における前記第１座面角度の算出値を出力する、ねじ形状自動計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記演算制御装置は、前記第１位置とは前記ワークの軸方向周りで１８０度異なる第２位置において前記変位計で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、前記基準線とから、前記正規座面線に対する前記座面の角度である第２座面角度を算出し、前記正規座面線に対する前記座面の傾き方向を正負で分けた場合において、前記第１座面角度及び前記第２座面角度の和の正負の符号から前記座面の傾き方向を判定する、ねじ形状自動計測システム。
【請求項４】
請求項３に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記第１座面角度の絶対値と前記第２座面角度の絶対値とから前記座面の平均傾き量を算出する、ねじ形状自動計測システム。
【請求項５】
請求項４に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記演算制御装置は、前記第１位置及び前記第２位置において、前記座面の外周端が前記ワークの一端側に向かうように前記座面が傾斜する場合を逆Ｖ型とし、前記座面の外周端が前記ワークの他端側に向かうように前記座面が傾斜する場合をＶ型とし、前記座面の傾き方向が０の場合を直線型とした場合において、前記座面が逆Ｖ型に傾斜するかまたは直線型である場合に合格判定を行い、前記座面がＶ型に傾斜する場合に不合格判定を行う、ねじ形状自動計測システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
軸方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な面をＸＺ平面として、
ＸＺ平面に平行な上面を有する基台を備え、
前記把持部は、前記基台の上側に軸方向周りに回転可能に設けられ、
前記頭部、または前記頭部の頭部穴に係合された頭部係合アダプタを撮像する画像投影部を備え、
前記演算制御装置は、
前記画像投影部で撮像された前記頭部または前記頭部係合アダプタの軸周りの寸法の変化に応じて、前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する、ねじ形状自動計測システム。
【請求項７】
請求項６に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記画像投影部は、
前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、
前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置され、前記光源からの前記平行光線を受けて前記ワークの影となる投影形状について前記光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、
を有する、ねじ形状自動計測システム。
【請求項８】
請求項７に記載のねじ形状自動計測システムにおいて、
前記演算制御装置は、前記投影撮像カメラで撮像された投影形状から前記頭部または前記頭部係合アダプタのＸ方向の幅が最大または最小となる前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置における前記２次元形状を示す前記データを作成し、前記データから前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する、ねじ形状自動計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ形状自動計測システムに係り、特に、ねじを計測対象ワークとして、ワークの仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する座面の角度を算出して出力するねじ形状自動計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ製造メーカでは、製造されたねじを予め定めた規格を満たす製品として出荷するためにねじの各種寸法測定を行う。ねじの各種寸法にはそれぞれ規格があり、これらの規格に対する計測のために、マイクロメータ、ノギス、ねじゲージ等の多種多様の計測機器を使い分けながら、計測のほとんどにおいて検査員の手作業によるねじ寸法検査が行われる。その検査結果は検査表に作業員の手書きによって記録される。
【０００３】
このようなねじ寸法測定には多大の手間と時間を要する。いくつかの自動測定方法が提案されている。例えば、特許文献１には、ねじ検査装置として、ねじの頭部をチャックユニットで固定し、ねじ部を含む部分に発光器から平行光線を照射し、ねじ部に対し発光器と逆の側に設けた受光器によってねじ部の明暗映像を取得し、ねじ部の取得映像に対してコンピュータにより計算を行ってねじの長さ、径幅、ねじ山等の測定情報を表示することが開示されている。発光器と受光器はねじ部の軸方向に沿って移動でき、ねじの頭部を回転してねじ部の向きを変えることでねじの外周を３６０度に亘って検査できると述べられている。
【０００４】
特許文献２には、ねじ形状測定装置として、光をねじの螺旋に平行に照射する光源と、光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみを結像させるテレセントリックレンズを用い、ねじの軸に直交する方向の１次元画像を取得するラインセンサを有する撮像装置を有するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１２９２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、ねじ部の寸法関係の自動測定が提案されているが、ねじの頭部の座面角度を計測する面からは改良の余地がある。例えば、ねじの座面と軸方向とのなす角度（座面角度）は９０度になるように設計されるが、製造上の誤差等によりその角度が９０度からずれる可能性がある。このとき、特にこの角度が９０度より小さくなるときには、頭部の外周側部分が中心側部分に被さることにより、頭部の座面のねじ軸との連結部が外側から見えなくなる。これにより、特許文献１、２に記載された構成のように、発光器からねじに向けて平行光線を照射し、受光器でねじ部の明暗映像を取得した場合でも、その映像から座面角度を計測することが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、計測対象ワークであるねじの座面の角度を自動的に精度よく計測できるねじ形状自動計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るねじ形状自動計測システムは、ねじを計測対象ワークとして、前記ワークのおねじ側の軸方向一方端を把持する把持部と、前記把持部を軸方向周りに３６０度回転駆動する把持回転部と、前記把持部によって前記おねじの軸方向一方端が把持された前記ワークの周方向一部において、前記ワークのねじ軸の外周面と前記ワークの頭部の座面とにレーザ光を照射する照射部、及び前記レーザ光の反射光を受光する受光部を含み、前記ねじ軸の外周面の母線と前記座面の母線との変位を計測する変位計と、前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも第１位置において前記変位計で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、前記変位計の照射軸方向を示す基準線とから、前記ねじ軸の軸方向に対応する仮想軸方向線に対し直交する正規座面線に対する前記座面の角度である第１座面角度を算出する演算制御装置とを備える。
【０００９】
上記構成によれば、レーザ光を用いた変位計によりワークのねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位が計測され、その変位に基づく２次元形状を示すデータと、変位計の照射軸方向を示す基準線とから座面角度が算出されるので、座面の角度を自動的に精度よく計測できる。
【００１０】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第１位置における前記第１座面角度の算出値を出力する。
【００１１】
上記の好ましい構成によれば、座面の角度の算出値が出力されるので、座面の角度をユーザが確認できる。
【００１２】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第１位置とは前記ワークの軸方向周りで１８０度異なる第２位置において前記変位計で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、前記基準線とから、前記正規座面線に対する前記座面の角度である第２座面角度を算出し、前記正規座面線に対する前記座面の傾き方向を正負で分けた場合において、前記第１座面角度及び前記第２座面角度の和の正負の符号から前記座面の傾き方向を判定する。
【００１３】
上記の好ましい構成によれば、座面の傾き方向を精度よく判定できる。
【００１４】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記第１座面角度の絶対値と前記第２座面角度の絶対値とから前記座面の平均傾き量を算出する。
【００１５】
上記の好ましい構成によれば、座面の平均傾き量を判定できる。また、座面の傾き状態をより精度よく判断できる。
【００１６】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記演算制御装置は、前記第１位置及び前記第２位置において、前記座面の外周端が前記ワークの一端側に向かうように前記座面が傾斜する場合を逆Ｖ型とし、前記座面の外周端が前記ワークの他端側に向かうように前記座面が傾斜する場合をＶ型とし、前記座面の傾き方向が０の場合を直線型とした場合において、前記座面が逆Ｖ型に傾斜するかまたは直線型である場合に合格判定を行い、前記座面がＶ型に傾斜する場合に不合格判定を行う。
【００１７】
上記の好ましい構成によれば、使用可能なワークか否かを適切に判断できる。
【００１８】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、軸方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な面をＸＺ平面として、ＸＺ平面に平行な上面を有する基台を備え、前記把持部は、前記基台の上側に軸方向周りに回転可能に設けられ、前記頭部、または前記頭部の頭部穴に係合された頭部係合アダプタを撮像する画像投影部を備え、前記演算制御装置は、前記画像投影部で撮像された前記頭部または前記頭部係合アダプタの軸周りの寸法の変化に応じて、前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する。
【００１９】
上記の好ましい構成によれば、ワークの頭部または頭部穴の形状で定まるワークの周方向位置に応じて、座面の角度を自動的に計測できる。
【００２０】
また、本発明に係る構成において、好ましくは、前記画像投影部は、前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の一方側に配置され平行光線を出力する光源と、前記ワークのＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側に配置され、前記光源からの前記平行光線を受けて前記ワークの影となる投影形状について前記光源と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像するテレセントリック光学系の投影撮像カメラと、を有する。
【００２１】
上記の好ましい構成によれば、ワークの外形をより高精度に取得できる。
【００２２】
前記演算制御装置は、前記投影撮像カメラで撮像された投影形状から前記頭部または前記頭部係合アダプタのＸ方向の幅が最大または最小となる前記ワークの軸方向回りの周方向複数位置における前記２次元形状を示す前記データを作成し、前記データから前記正規座面線に対する前記座面の角度を算出する。
【００２３】
上記の好ましい構成によれば、ワークの頭部または頭部穴の形状で定まるワークの周方向位置に応じて、座面の角度を自動的に計測できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るねじ形状自動計測システムによれば、計測対象ワークであるねじの座面の角度を自動的に精度よく計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態のねじ形状自動計測システムの構成図であり、ねじ形状自動計測装置の正面図である。
【図２】図１に示すねじ形状自動計測装置の右側面図である。
【図３】図１のねじ形状自動計測装置の一部の上面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態のねじ形状自動計測システムの把持部と把持される計測対象ワークであるねじを示す図である。（ａ）は、締付チャックの断面図であり、（ｂ）は、アダプタの断面図であり、（ｃ）は、計測対象ワークのねじを示す図である。（ｄ）はアダプタの分解図である。（ｅ）から（ｇ）は、（ａ）から（ｃ）に対応する上面図である。
【図５】図４（ｂ）に示すアダプタの拡大図である。
【図６Ａ】本発明に係る実施の形態のねじ形状自動計測システムにおける計測手順の１例を示すフローチャートである。
【図６Ｂ】本発明に係る実施形態のねじ形状自動計測システムにおける計測箇所を示す図である。（ａ）は、側面図における計測箇所を示し、（ｂ）は、上面図における計測箇所を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態のねじ形状自動計測システムにおける山径の計測を示す図である。（ａ）は、計測対象ワークの軸方向に沿った輪郭データを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の山部の輪郭データの回帰線を求める図であり、（ｃ）は、山径の算出方法を示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態のねじ形状自動計測システムにおける谷径の計測を示す図である。（ａ）は、計測対象ワークの軸方向に沿った輪郭データを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の谷部の輪郭データの回帰線を求める図であり、（ｃ）は、谷径の算出方法を示す図である。
【図９】首下長さの計測方法の１例を示す図であり、（ａ）はアダプタに固定したワークと第１カメラ及び光源との位置関係の２例を示す図であり、（ｂ）は第１カメラが（ａ）のＰａ１位置にあるときに取得された画像データを示す図であり、（ｃ）は第１カメラが（ａ）のＰａ２位置にあるときに取得された画像データを示す図である。
【図１０】第１例のワークの座面の傾き角度の算出時に用いる座面及びねじ軸の母線の計測範囲を示す図である。
【図１１】（ａ）は、ワークの頭部の座面角度を計測する場合において、締付チャックでワークを固定した後、座面角度を計測する周方向位置を設定する状態を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示すワークのＡ−Ａ断面において、座面傾きの検出位置及び検出幅を示す図である。（ｃ）は、ワークが六角ボルトである場合において、ワークの投影画像から頭部の対角位置を判定する状態を示す図であり、（ｄ）は、ワークが六角穴付ボルトである場合において、ワークの投影画像から頭部の対角位置を判定する状態を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施形態のねじ形状自動計測システムにおいて、ワークが把持部によって把持された状態で座面及びねじ軸の外周面の変位を計測する状態を示す図である。（ａ）は、ワークの側面図においてレーザ変位計による照射位置を示し、（ｂ）は、ワークの上面図である。
【図１３】第１例のワークの軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。（ａ）は、ワークと基準角度θｃ、第１基礎角度θC0、座角θ0Z、第１座面角度α及び座面平均傾き量γを示す図であり、（ｂ）（ｃ）は、（ａ）から取り出した一部の角度の関係を示す図である。
【図１４】第１例のワークの軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。（ａ）は、ワークと基準角度θｃ、第２基礎角度θC180、座角θ180Z、第２座面角度β及び座面平均傾き量γを示す図であり、（ｂ）（ｃ）は、（ａ）から取り出した一部の角度の関係を示す図である。
【図１５】第２例のワークにおいて、軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図１３（ａ）に対応する図（ａ）と、軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図１４（ａ）に対応する図（ｂ）である。
【図１６】第３例のワークにおいて、軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図１３（ａ）に対応する図（ａ）と、軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図１４（ａ）に対応する図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、ねじを計測対象ワークとして、ねじの呼びがＭ１２で呼び長さが３０ｍｍの頭部が六角形であるボルトを主として述べるが、これは説明のための例示である。ねじの種類としてはメートル並目ねじの他に、メートル細目ねじ、管用テーパねじ、管用平行ねじ、ウイットウォース並目ねじ、ユニファイ並目ねじ、ユニファイ細目ねじ、ミニチュアねじ、メートル台形ねじであってもよい。また、呼び長さは３０ｍｍ以外のものであってもよい。頭部には頭部穴が形成されてもよい。頭部穴は頭部に設けられる締付工具用の回し溝または回し穴である。頭部穴は、六角穴の他に、すりわり（マイナス溝）、十字穴、プラスマイナス穴、四角穴、トルクス（登録商標）やその改良版であるトルクス・プラス（登録商標）等の六角星形の穴であるヘクスローブ穴、三角穴であってもよい。
【００２７】
以下で述べる形状、寸法、材質、計測箇所等は、説明のための例示であって、ねじ形状自動計測システムの仕様等に合わせ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略もしくは簡略化する。
【００２８】
図１は、実施の形態のねじ形状自動計測システム１０の構成図である。図２は、図１に示すねじ形状自動計測装置１２の右側面図である。図３は、ねじ形状自動計測装置１２の一部の上面図である。ねじ形状自動計測システム１０は、ねじ形状自動計測装置１２と、演算制御装置１００と、空圧制御装置１０２とを含んで構成される。なお、以下では、空圧制御される把持部６２を構成する締付チャック７０が空圧制御装置１０２から供給される空気圧で動作する場合を説明するが、締付チャックを電動制御装置によって制御される電動型とすることもできる。ねじ形状自動計測装置１２は、架台（図示せず）の上に固定された基台１６を含んで構成される。基台１６は、架台の上に設けられるケース（図示せず）の内部に配置される。架台の代わりに防振台が用いられてもよい。図１は、ねじ形状自動計測装置１２の正面図を示している。図２は、ねじ形状自動計測装置１２において、ケースの内側部分についての右側面図である。図３は、図１のねじ形状自動計測装置１２の一部の上面図である。図１〜３では、直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が示される。ＸＺ平面は基台１６の上面に平行な面で、基台１６の上面に垂直な方向が重力方向であるＹ方向である。Ｚ方向は、図１の正面図における左右方向で、Ｘ方向は図２の右側面図における左右方向である。
【００２９】
図１では、ねじ形状自動計測装置１２の構成要素ではないが、計測対象のワーク８を示している。ワーク８は、ねじの呼びがＭ１２で呼び長さが３０ｍｍの頭部が六角形であるボルトである。ワーク８の軸方向はＹ方向に平行な方向である。換言すればＹ方向はワーク８の軸方向である。
【００３０】
ねじ形状自動計測装置１２は、ガントリ型である。具体的には、ねじ形状自動計測装置１２の基台１６の上面を形成する上面板には柱部材１８が立設して固定される。柱部材１８は、図３に示すようにＹ方向から見た場合の形状が略矩形である。柱部材１８の正面（図１の手前側面、図２の左側面、図３の下側面）には、昇降アクチュエータ２０が取り付けられる。
【００３１】
昇降アクチュエータ２０は、柱部材１８の正面（＋Ｘ方向側）に固定されたアクチュエータケース２０ａと、Ｙモータ２０ｂと、ねじ軸（図示せず）及びナット部材（図示せず）とを含む。アクチュエータケース２０ａは、上下方向であるＹ方向に沿って長い長尺状である。アクチュエータケース２０ａの上面には、Ｙモータ２０ｂのケースが固定される。Ｙモータ２０ｂから下方（−Ｙ方向）に伸びる出力軸には、ねじ軸がアクチュエータケース２０ａ内に−Ｙ方向に沿って伸びて配置され、アクチュエータケース２０ａに回転可能に支持される。これによりＹモータ２０ｂの回転によりねじ軸が回転する。Ｙモータ２０ｂの駆動は演算制御装置１００によって制御される。
【００３２】
アクチュエータケース２０ａの正面側（＋Ｘ側）にはＹテーブル２２がＹ方向に移動可能に支持される。Ｙテーブル２２は、ＹＺ平面に沿う略平板状のテーブル本体２２ａと、テーブル本体２２ａの−Ｙ側端部の下端部に＋Ｘ方向に伸びるように固定された光源テーブル２２ｂとを含む。光源テーブル２２ｂの下側には後述する光源３６が固定される。図１では分かりやすくするために、Ｙテーブル２２のテーブル本体２２ａを砂地で示している。
【００３３】
アクチュエータケース２０ａ内のナット部材は、ねじ軸のねじ部に複数のボールを介して噛合して、ボールねじ機構を構成する。ナット部材の一部は、アクチュエータケース２０ａにＹ方向に形成されたガイド孔を通じて＋Ｘ方向側に突出してＹテーブル２２に固定される。これによりＹモータ２０ｂの回転に伴って、Ｙテーブル２２がＹ方向に沿って移動される。
【００３４】
さらに、図２に示すように、アクチュエータケース２０ａの＋Ｚ側端部にはリニアスケール方式の位置センサ２４が取り付けられる。すなわち、Ｙテーブル２２のＹ方向位置を位置センサ２４が検出する。位置センサ２４は、例えばＹテーブル２２に取り付けられた移動部材のＹ方向位置を光学的または磁気的に高精度に検出する。例えば磁気的な位置センサ２４は、移動部材において、電流を流す励磁コイルと検出コイルとが取り付けられ、アクチュエータケース２０ａに固定された固定側部材のＹ方向複数位置に固定側コイル（図示しない）が配置される。移動部材がＹ方向に移動した場合には、移動部材の励磁コイル及び検出コイルが複数の固定側コイルの１つに近接対向し、検出コイルの両端の電圧変化から移動部材の位置が検出される。移動部材の検出位置を示す信号は、演算制御装置１００（図１）に送信される。
【００３５】
Ｙテーブル２２の正面（＋Ｘ方向）側には、光学的計測装置３２が支持される。光学的計測装置３２は、ワーク８の寸法及び形状を光学的に非接触的に計測する。光学的計測装置３２は、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法を計測するための画像投影部３４と、ワーク８の頭部の寸法及び形状を画像投影によって計測するための頭部計測部４０と、レーザ変位計５０とを含んで形成される。頭部計測部４０は、ワーク８の頭部の上面に頭部穴が形成される場合に頭部穴の深さを計測する機能を有してもよい。
【００３６】
画像投影部３４は、ワーク８のＹ方向の中心線に対しＺ方向の一方側（図１の左側）に配置され平行光線を出力する光源３６と、ワーク８のＹ方向中心線に対しＺ方向の他方側（図１の右側）に配置された第１カメラ群３８とを含む。光源３６は、Ｙテーブル２２の正面側にＸ方向に突出するように固定された光源テーブル２２ｂの下側に固定される。光源３６として、コリメータ等の適当な光線平行化手段を有する光源、またはテレセントリック光学系を含む光源を用いることができる。Ｙテーブル２２の正面側において、＋Ｚ側端部（図１の右端部）には、第１カメラＺ移動テーブル３５がＺ方向に移動可能に支持される。第１カメラ群３８は、第１カメラＺ移動テーブル３５の正面側に、第１カメラＹ移動テーブル２５を介してＹ方向に移動可能に取り付けられる。また、光源テーブル２２ｂの下側において、光源３６からＸ方向において異なる部分には、ブラケット２３が固定される。
【００３７】
そして、ブラケット２３の先端部（下端部）において、ＸＹ平面に対して傾斜する板部２３ａにはレーザ変位計５０が固定される。レーザ変位計５０は、レーザ光をワーク８に照射し、その反射光の受光に基づいて、ワーク８のねじ軸の外周面の母線と頭部の座面（図１の下側面）の母線とを含む２次元形状を示すデータを作成する。このデータは、演算制御装置１００において、頭部の座面の基準線に対する角度を計測するために用いられる。レーザ変位計５０の構成は後で詳しく説明する。
【００３８】
第１カメラＺ移動テーブル３５の正面側には、第１カメラＹ移動テーブル２５がＹ方向に移動可能に支持される。第１カメラＹ移動テーブル２５の正面側には３つの第１カメラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃがＹ方向に並んで−Ｚ方向にそれぞれのレンズが向くように取り付けられている。以下では、第１カメラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃが３つである場合を説明するが、３つに限定するものではなく１つまたは２つまたは４つ以上としてもよい。３つの第１カメラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、第１カメラ群３８を構成する。３つの第１カメラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃは異なる倍率のレンズを有する。以下では第１カメラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃを総称して第１カメラ３９と記載する場合がある。
【００３９】
第１カメラＺ移動テーブル３５は、第１カメラ移動アクチュエータ３７によって、Ｙテーブル２２に対しＺ方向に移動される。第１カメラ移動アクチュエータ３７は、電動モータと、ボールねじ機構（図示せず）とを含み、電動モータの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材（図示せず）をＺ方向に移動させる。第１カメラＺ移動テーブル３５は、ナット部材に固定されており、ナット部材のＺ方向の移動により第１カメラＺ移動テーブル３５もＺ方向に移動する。そして、第１カメラＹ移動テーブル２５がＹ方向に移動することによって、ワーク８に面するカメラを、３つの第１カメラ３９の中から切換可能に構成される。具体的には、第１カメラＹ移動テーブル２５は、カメラ切換アクチュエータ４５によって、第１カメラＺ移動テーブル３５に対しＹ方向に移動される。カメラ切換アクチュエータ４５は、電動モータ４５ａと、ボールねじ機構（図示せず）とを含み、電動モータ４５ａの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材（図示せず）をＹ方向に移動させる。第１カメラＹ移動テーブル２５は、ナット部材に固定されており、ナット部材のＹ方向の移動により第１カメラＹ移動テーブル２５もＹ方向に移動する。作業者が図示しない第１切替操作部を操作することによって、演算制御装置１００は電動モータ４５ａの作動を制御する。これによって、電動モータ４５ａが回転して、ワーク８に−Ｚ方向に面する第１カメラが３つの第１カメラ３９の中から切り替えられる。そして、３つの第１カメラ３９のうちの１つと光源３６とは、撮像対象のねじであるワーク８を挟んで、Ｚ方向に対向する。３つの第１カメラ３９は、テレセントリック光学系の投影撮像カメラである。３つの第１カメラ３９は、その中の１つが、ワーク８に−Ｚ方向に面した場合に、光源３６からの平行光線を受けてワーク８の影となる投影形状について光源３６と同一の受光光軸を有し光軸に平行な成分のみをＸＹ平面に平行な撮像面上に結像させて撮像する。上記の構成によって、ワーク８に面する第１カメラ３９が自動で切り替えられるので、ワーク８の大きさに対応する適切な倍率のレンズを有するカメラに容易に切り替えられる。これにより、ねじ形状自動計測システムにおいて第１カメラとして１つのみを有する構成の場合と異なり、ワーク８の大きさに応じて１つの第１カメラでレンズを作業者が手作業で交換する手間が生じない。このため、１つの第１カメラでレンズを交換する際に生じる問題、例えばレンズを外した状態で第１カメラの内部に異物が入り込むことが生じない。各第１カメラ３９として、ＣＣＤイメージセンサを用いたＣＣＤカメラ、またはＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。カメラ切換アクチュエータ４５を構成する電動モータ４５ａとして、ＡＣサーボモータまたはステッピングモータを用いることができる。
【００４０】
頭部計測部４０は、Ｙテーブル２２の正面側にＺ方向に移動可能に取り付けられた第２カメラ群４２を含む。具体的には、Ｙテーブル２２の＋Ｙ側端部（上端部）には、第２カメラ移動テーブル４４がＺ方向に移動可能に支持される。第２カメラ移動テーブル４４の正面側には３つの第２カメラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃがＺ方向に並んでレンズが下を向くように取り付けられる。以下では、第２カメラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃが３つである場合を説明するが、３つに限定するものではなく１つまたは２つまたは４つ以上としてもよい。３つの第２カメラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃは第２カメラ群４２を構成する。３つの第２カメラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃは異なる倍率のレンズを有する。以下では第２カメラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃを総称して第２カメラ４３と記載する場合がある。
【００４１】
そして、第２カメラ移動テーブル４４がＺ方向に移動することによって、ワーク８の頭部に面するカメラを、３つの第２カメラ４３の中から切換可能に構成される。また、３つの第２カメラ４３は、ワーク８の頭部の真上から−Ｚ側に退避可能に構成される。具体的には、第２カメラ移動テーブル４４は、第２カメラ移動アクチュエータ４６によって、Ｙテーブル２２に対しＺ方向に移動される。第２カメラ移動アクチュエータ４６は、電動モータ４６ａと、ボールねじ機構（図示せず）とを含み、電動モータ４６ａの回転でボールねじ機構のねじ軸にボールを介して噛合するナット部材（図示せず）をＺ方向に移動させる。第２カメラ移動テーブル４４は、ナット部材に固定されており、ナット部材のＺ方向の移動により第２カメラ移動テーブル４４もＺ方向に移動する。作業者が図示しない第２切替操作部を操作することによって、演算制御装置１００は電動モータ４６ａの作動を制御する。これによって、電動モータ４６ａが回転して、ワーク８の頭部に−Ｙ方向に面する第２カメラが３つの第２カメラ４３の中から切り替えられる。３つの第２カメラ４３のそれぞれは、頭部撮像カメラであり、後述のようにワーク８の頭部をＸＺ平面に平行な撮像面上で撮像する。第２カメラ４３で撮像した撮像データは、演算制御装置１００に送信され、演算制御装置１００は、頭部の直径寸法、頭部穴の二面幅寸法等の頭部の寸法を算出することができる。第２カメラ４３として、ＣＣＤイメージセンサを用いたＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置を用いることができる。第２カメラ移動アクチュエータ４６を構成する電動モータ４６ａとして、ＡＣサーボモータまたはステッピングモータを用いることができる。各第２カメラ４３の−Ｙ方向側にはリング状の照明部１９０が設けられ、ワーク８の上面を照明する。照明部１９０は、Ｙテーブル２２の−Ｚ側端部（図１の左端部）の正面側に、照明移動機構１９２によってＺ方向に移動可能に支持される。照明移動機構１９２は、照明移動アクチュエータ（図示せず）によって照明部１９０をＺ方向に移動させる。照明移動機構１９２は、照明部１９０をワーク８の上側を囲んで照射する照射位置と、この照射位置から−Ｚ側に退避させた位置とに移動可能に構成される。照明移動機構１９２は、上記の各移動アクチュエータ３７，４６と同様に、電動モータ、ボールねじ機構を含んで構成することができる。
【００４２】
また、ねじ形状自動計測装置１２は、ワーク８を把持する把持部６２を備える。把持部６２は、把持回転部６０を介して基台１６の上側に軸方向回りに回転可能に設けられ、ワーク８のおねじ側の軸方向一方端を把持する。把持部６２は、図４に示すように円板状の外形を有するアダプタ８０とアダプタ８０の外周側面を少なくとも３点で挟持して固定する締付チャック７０とを含んで構成される。把持回転部６０は、締付チャック７０を軸方向周りに３６０度回転駆動するθモータ（図示せず）を含んで構成される。
【００４３】
θモータの回転動作は、演算制御装置１００によって制御される。かかるθモータとしては、ＡＣサーボモータまたはＤＣサーボモータを用いることができる。また、θモータの回転は、把持回転部６０の回転と同期する。このθモータの回転角度は、図示しないロータリエンコーダにより検出される。ロータリエンコーダの検出信号は、演算制御装置１００に入力される。
【００４４】
図４は、把持部６２の詳細を示す分解図である。ここでは、把持部６２を構成する締付チャック７０と、締付チャック７０によって固定されるアダプタ８０と、アダプタ８０に把持されるワーク８とのそれぞれの詳細構成が示される。図４の（ａ）から（ｃ）は、締付チャック７０とアダプタ８０とワーク８のそれぞれの断面図を示し、（ｄ）はアダプタ８０の分解図を示し、（ｅ）から（ｇ）は、締付チャック７０とアダプタ８０とワーク８のそれぞれの上面図を示す。
【００４５】
ワーク８は、おねじ部２と、頭部４と、おねじ部２と頭部４の間の首下部３とを含んで構成される。
【００４６】
締付チャック７０は、支持台７２の上に移動可能に配置された３つのスライド台７４を含む。初期状態では、３つのスライド台７４が支持台７２の外周側に退避している。空圧制御装置１０２（図１）から供給される空気圧でピストン・シリンダ機構のピストン７８ａ、７８ｂが動作することによって、３つのスライド台７４が同期して、支持台７２の外周側と中心軸側との間で移動駆動される。
【００４７】
３つのスライド台７４にはそれぞれ爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃが取り付けられる。３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃの先端部はそれぞれ支持台７２の中心軸の方向を向くように配置される。初期状態では爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃも支持台７２の外周側に退避している。３つのスライド台７４が同期して支持台７２の中心軸側に移動されることで、爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃの先端部は同期して支持台７２の中心軸側に集まるように移動する。そして、３つのスライド台７４は、支持台７２の中心に配置されるアダプタ８０を中心軸の位置に合うようにセンタリングしながらアダプタ８０の外周側面を挟持して固定して締め付け状態とする。このように、締付チャック７０は、退避状態と締付状態との間で空気圧によって移動駆動される三つ割チャック機構である。
【００４８】
締付チャック７０のセンタリング挟持動作は、演算制御装置１００の制御の下で行われる。締付チャック７０によるアダプタ８０の挟持は、３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃの先端部で行われる。アダプタ８０の外周側面の挟持は少なくとも３点で行えばよい。例えば、爪部の先端部の形状をＶ字形として、互いに向かい合う２つの爪部でアダプタ８０の外周側面を挟持する構造としてもよい。この場合には、４点でアダプタ８０の外周側面が挟持される。
【００４９】
図５は、図４（ｂ）に示すアダプタ８０の拡大図である。アダプタ８０は、締付チャック７０に挟持される円板状の外形部を有し、ワーク８のおねじ部２の先端部をねじ込んだときに、ワーク８の軸方向がぶれないように固定できる所定の噛み合わせ長さのめねじを一方端面の中心に有するワーク固定治具である。
【００５０】
アダプタ８０は、リングゲージ８２及びホルダ８６が一体化して構成される。リングゲージ８２は、ワーク８のおねじ部２の先端部が所定の噛み合わせ長さでねじ込まれる。ホルダ８６は、締付チャック７０によって挟持される円板状の外形部を有する。
【００５１】
リングゲージ８２は、円板状の形状を有し、その中心軸に沿って基準めねじ８３が刻まれた部材である。基準めねじ８３は、ワーク８のおねじ部２のねじ寸法に対応し予め定めた噛み合い精度を有するめねじである。かかるリングゲージ８２は、ねじ検査に用いられるねじ外径ゲージをそのまま用いることができる。標準的なねじ外径ゲージは、Ｍ１２の場合、８ピッチの基準めねじ８３ａが刻まれる。１ピッチ＝１．７５ｍｍであるので、リングゲージ８２は、例えば設計値としての厚さが８ピッチ＝１４．００ｍｍになるように製作される。基準めねじ８３は、不完全ねじ部を有しない。
【００５２】
ワーク８のおねじ部２の先端部は、リングゲージ８２の一方端面側である上面側から所定の噛み合わせ長さでねじ込まれる。所定の噛み合わせ長さは、ワーク８のおねじ部２の先端部をリングゲージ８２の基準めねじ８３にねじ込んで噛み合わせたときに、ワーク８が軸方向にぶれない程度に設定される。ワーク８の軸方向のぶれ量はゼロであることが好ましいが、ワーク８の各種寸法の計測精度に影響がない範囲であれば許容される。ワーク８が良品であれば、ワーク８のおねじ部２の有効ねじ部を約１ピッチ分、リングゲージ８２の基準めねじ８３ａに噛み合わせれば、ほぼワーク８の軸方向のぶれが許容範囲に収まる。ワーク８のおねじ部２は最大で２ピッチ分の不完全ねじ部を有するので、ワーク８のねじ込み量である所定の噛み合わせ長さは、（不完全ねじ部のピッチ数分の長さ＋完全ねじ部の１ピッチ分の長さ）よりもできるだけ長く設定することが好ましい。
【００５３】
以下では、設計値としての所定の噛み合わせ長さ＝ワーク８のおねじ部２の３ピッチ分の長さ＝５．２５ｍｍとする。所定の噛み合わせ長さを１ピッチの長さの整数倍である３ピッチ分の長さとするのは、ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２ａへのねじ込み深さを１ピッチの整数倍と略同一とするためである。ワーク８はＭ１２のねじ呼びで呼び長さが３０ｍｍのメートル並目ねじであり、日本工業規格値によればおねじ部２の不完全ねじ部は最大で２ピッチである。そこで、この最大の２ピッチに１ピッチを加算して、少なくとも１ピッチは完全ねじ部で噛み合わせられるように、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さとした。
【００５４】
なお、品質レベルの低いワーク８の場合は、不完全ねじ部が２ピッチ以上あることもあり、噛み合わせ長さが３ピッチ分の長さとしてもワーク８が軸方向にぶれることがある。そのような場合には、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さから１ピッチ分の長さを単位として長くする。例えば、所定の噛み合わせ長さを４ピッチ分の長さ、あるいは５ピッチ分の長さとする。逆に、高精度用に加工されたねじ等の場合で不完全ねじ部が１ピッチ以下で収まる場合には、所定の噛み合わせ長さを３ピッチ分の長さから１ピッチ分の長さ単位で短くしてもよい。例えば、所定の噛み合わせ長さを２ピッチ分の長さとしてもよい。所定の噛み合わせ長さの１ピッチ単位の調整は、スペーサ８４ａの枚数を増減することによって行われる。また、上記で説明した所定の噛み合わせ長さは、設計上の長さである。実際には、設計上の長さに基づいてワーク８の首下長さ等の軸方向の長さの算出を行うのではなく、ホルダ８６のおねじ９２に、リングゲージ８２の基準めねじ８３を、リングゲージ８２がホルダ８６の上面に突き当たるまでねじ込んだ状態で、基準めねじ８３において、ワーク８のねじ部をねじ込み可能な軸方向の隙間長さを、ダイヤルゲージ等を用いて実測する。そして、設計上の目標隙間長さに対して実測で得られた隙間長さの増減量をオフセット値として、演算制御装置１００にプリセットとして事前登録する。一方、ワーク８の大きさに応じて所定の形状及び大きさのリングゲージ８２及びホルダ８６が用意される。そして、ワーク８の実際の計測時には、予めワーク８の大きさに応じてリングゲージ８２及びホルダ８６の組み合わせを選択し、演算制御装置１００にはその組み合わせを表す情報が入力される。これにより、演算制御装置１００は、事前登録されたオフセット値と目標隙間長さとを用いて、ワーク８の首下長さ等の軸方向長さの算出を行う。
【００５５】
ホルダ８６は、リングゲージ８２の基準めねじ８３に噛み合うおねじ９２が突き出る一方端面である上面を有する円板状の部材である。リングゲージ８２にワーク８のおねじ部２がねじ込まれる側をリングゲージ８２の上面側とすると、ホルダ８６のおねじ９２は、リングゲージ８２の下面側からねじ込まれる。ホルダ８６は、挟持リング部８８と、挟持リング部８８より外径が大きいストッパ鍔部９０とを有する。挟持リング部８８は、ワーク８の呼び寸法が異なっても同じ外径を有することが締付チャック７０を標準化できるので好ましい。ストッパ鍔部９０の−Ｙ方向側の端面である下面が締付チャック７０の３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃの上面に当接することで、ホルダ８６が締付チャック７０によって挟持されるときのＹ方向位置決めが正確に行われる。
【００５６】
おねじ９２は、ホルダ８６のストッパ鍔部９０の一方側端面である上面から予め設定された突出量で突き出す。
【００５７】
おねじ９２がリングゲージ８２の基準めねじ８３にねじ込まれる長さは、｛（リングゲージ８２の厚さ）−（リングゲージ８２にワーク８のおねじ部２が噛み合う所定の噛み合わせ長さ）｝に正確に設定される。おねじ９２の突出量は、設計上は、ピッチの整数倍となることを狙いに設定される。例えば、リングゲージ８２ａの基準めねじ８３ａにおいて、上側のワーク８（図４）をねじ込み可能な部分の設計上の軸方向の隙間長さが、ワーク８のおねじ部２の２ピッチ、３ピッチ等のｎピッチ分（ｎは正の整数である。）の長さになるように、ホルダ８６が製作される。
【００５８】
リングゲージ８２にワーク８のおねじ部２をねじ込む場合には、リングゲージ８２の下面側からホルダ８６のおねじ９２をリングゲージ８２の基準めねじ８３に噛み合わせる。そして、リングゲージ８２の上面側からワーク８のおねじ部２の先端をリングゲージ８２の基準めねじ８３にねじ込む。これにより、ワーク８のおねじ部２の先端部はホルダ８６のおねじ９２の先端のところで止まる。ワーク８のおねじ部２の先端部のリングゲージ８２へのねじ込み深さは、｛（リングゲージ８２の厚さ）−（リングゲージ８２にホルダ８６のおねじ９２がねじ込まれる長さ）｝である。
【００５９】
ここで、アダプタ８０を構成するリングゲージ８２とホルダ８６のおねじ９２とは、ワーク８の種類によってそれぞれ異なる厚さやねじ部を有するものを採用できる。一方、挟持リング部８８とストッパ鍔部９０とは、ワーク８の種類によらず共通の形状と寸法を有する。
【００６０】
図１に戻って、演算制御装置１００は、ねじ形状自動計測装置１２を構成するアクチュエータ、モータ等の各要素と、空圧制御装置１０２との動作を全体として制御し、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法を算出し、算出した結果をプリンタ等の出力装置１０４に伝送する。出力装置１０４は検査書をプリントアウトさせる機能を有する。かかる演算制御装置１００は、適当なコンピュータで構成することができる。出力装置は、画面に検査書の内容を表示するディスプレイ、または検査書の内容を記録媒体に記録させる記録装置であってもよい。また、出力装置は、検査書の内容が記録されたファイルを外部に出力または送信するものであってもよい。
【００６１】
演算制御装置１００は、頭部寸法計測、首下丸み部半径計測、円筒部径計測、ねじ径計測、円筒部長さ計測、首下長さ算出、曲がり計測及び計測結果出力の各機能を有する。これらの機能は、演算制御装置１００が実行するソフトウェアによって実現でき、具体的には、ねじ自動計測プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。さらに、演算制御装置１００は、ワーク８の頭部４の座面７（図６Ｂ参照）の角度を算出するために後述する２次元形状作成部１１０及び座面角度算出部１１２を有する。
【００６２】
上記のねじ形状自動計測システム１０の作用、特に演算制御装置１００の各機能について、図６Ａから図９Ｂを用いて詳細に説明する。図６Ａは実施形態のねじ形状自動計測システム１０における計測手順の１例を示すフローチャートである。図６Ｂは、ねじ形状自動計測システム１０におけるワーク８の計測箇所を示す図である。図６Ｂ（ａ）は、側面図における計測箇所を示し、図６Ｂ（ｂ）は、上面図における計測箇所を示す図である。
【００６３】
ワーク８の計測を行うときには、ねじ形状自動計測システム１０の初期化がまず行われる。初期化は、電源をオン状態とし、空圧制御装置１０２を始動させ、演算制御装置１００を初期状態とする。これによって、Ｙテーブル２２は所定の初期Ｙ位置に戻る。初期Ｙ位置は、把持部６２の先端位置よりもＹ方向に沿って十分高い位置に設定される。把持部６２は所定の初期角度位置に戻る。締付チャック７０の３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃは退避状態に戻る。
【００６４】
初期化が終わると、アダプタ８０にワーク８をセットする（Ｓ１０）。次いで、把持部６２の締付チャック７０にアダプタ８０をセットする。図４、図５で説明したように、ワーク８は、おねじ部２の先端部が把持部６２に把持されて固定される。このときおねじ部２の先端は、アダプタ８０にねじ込まれたホルダ８６のおねじ９２の先端に突き当たって止まる。次に、ワーク８を把持したアダプタ８０を、締付チャック７０の退避状態にある３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃの間の空間にセットする（Ｓ１１）。ここまでの処理は、作業者の手作業で行われる。
【００６５】
把持部６２にワーク８がセットされると、作業者が締付固定ボタン等を押すことで、演算制御装置１００が空圧制御装置１０２に指令を出して、把持部６２の締付チャック７０のピストン・シリンダ機構に所定の締付用空気圧を供給させる。これによって３つの爪部７６ａ、７６ｂ、７６ｃが同期して支持台７２の中心軸側に移動し、ワーク８をしっかりと締付固定する。この状態からワーク８の形状寸法の計測が開始される。
【００６６】
その後、頭部寸法計測、首下丸み部半径計測、円筒部径計測、ねじ径計測、円筒部長さ計測、首下長さ算出、曲がり計測が順に行われる。これらの処理は、演算制御装置１００によって実行される。具体的には、演算制御装置１００は、第１カメラ移動アクチュエータ３７、カメラ切換アクチュエータ４５、昇降アクチュエータ２０、第２カメラ移動アクチュエータ４６等の各アクチュエータ、及びθモータを制御する。なお、昇降アクチュエータ２０、第１カメラ移動アクチュエータ３７、カメラ切換アクチュエータ４５、及び第２カメラ移動アクチュエータ４６のいずれか１つ以上のアクチュエータとして、ロボシリンダが用いられてもよい。例えば、ロボシリンダは、ボールねじ、モータ、リニアガイド機構が組み込まれた一体型の製品であり、位置決めと位置読み出しとが可能に構成される。
【００６７】
図６Ａにおいて、一点鎖線Ｇ１で囲んだ部分で示すように、Ｓ１２からＳ２１の計測処理は、第１カメラ３９を用いて行われる。一方、図６Ａで、一点鎖線Ｇ２で囲んだ部分で示すＳ２２の計測処理は、第２カメラ４３を用いて行われる。
【００６８】
まず、演算制御装置１００では予めワーク８の軸方向長さに対応する種類またはパラメータが設定されるので、第１カメラ３９は、予めその軸方向長さに応じて、計測しやすい位置に待機する。そして、第１カメラ３９でワーク８を上側から下側等へ移動させることで各部位の計測を行う。まず、頭部寸法計測（Ｓ１２、Ｓ１３）が行われる。このとき、まず、カメラ切換アクチュエータ４５の作動によって第１カメラ３９を選択し、選択された第１カメラ３９によって取得されたワーク８の撮像データに基づいて、ワーク８の軸方向及び軸周りの寸法の算出が行われる。また、第１カメラ３９は、計測前の状態で、第１カメラ移動アクチュエータ３７によって、図１の右側に退避しており、計測直前に図１の左側に移動される。
【００６９】
第１カメラ３９によって撮像されたワーク８の投影形状データで必要なのは、白データから黒データに遷移する位置のデータである。ワーク８はおねじ部２も頭部４もＸＹ平面上で円筒状またはこれに螺旋ねじが刻まれたものである。
【００７０】
そして、演算制御装置１００は、輪郭データ算出を行う。具体的には、ワーク８の投影形状データの白黒境界をワーク８の投影形状の輪郭として輪郭追跡処理を行って１次的なねじ輪郭プロファイルのデータを算出する。そして、この１次的なねじ輪郭プロファイルのデータについて、ワーク８の断面図形から見て異常となるデータをノイズとして除去するスムージング化処理を行って２次的なねじ輪郭プロファイルを算出する。このノイズ除去されたねじ輪郭プロファイルを以後の各種寸法の算出のための輪郭データとする。
【００７１】
例えば、輪郭データ算出では、輪郭データの分解能を上げるために、第１カメラ３９によって撮像されたワーク８の投影形状データを任意の位置分解能を有するビットマップの２次元データに変換する。例えば、第１カメラ３９の撮像面における画素分解能が約８μｍであれば、１画素を８×８のサブ画素に分割して位置分解能が１μｍの２次元ビットマップに変換される。このようにして、十分な位置分解能を有する２次元ビットマップを得ることができ、その後、２次元ビットマップのデータを用いて輪郭追跡処理と、ノイズ除去処理が行われる。
【００７２】
輪郭追跡処理は、２次元ビットマップにおける白黒境界を追跡する処理であり、予め定めたルールにしたがって１つの黒データ位置から次に連続する黒データの位置を探して連続線を形成する。
【００７３】
そして、輪郭追跡処理で得られる輪郭プロファイルデータに予め定めたノイズ判断基準を適用してノイズを除去するスムージング化処理を行い、ワーク８のねじ輪郭プロファイルを示す輪郭データを算出することができる。
【００７４】
輪郭データ算出の処理が終わると、第１カメラ３９が取得するワーク８の投影形状データを用いて、各種の寸法計測が行われる。
【００７５】
具体的には、図６Ｂに示すように、ワーク８の頭部４の投影形状データを用いて、頭部４の直径ｄｋを計測する。ここでは、頭部４のＸ方向長さの全体が入るように、Ｙモータ２０ｂの動作を制御する。そして、θモータを駆動し、ワーク８を軸周りに３６０度回転させ、１回転当たりに対応する３６０度について３６０の逓倍で、例えば３６０個のサンプリングした投影形状データを用いて、直径ｄｋの最大値を求める。直径ｄｋの最大値が、頭部４の六角形の頂点位置を結ぶ対角線について計測した頭部直径として計測される（Ｓ１２）。
【００７６】
次に、頭部４の上面のＹ位置Ｙ10と、下面のＹ位置Ｙ9とを計測する。ここでは、ワーク８を軸周りに３６０度回転させながら、第１カメラ３９が取得した頭部４の上面について、３６０の逓倍でサンプリングした輪郭データのＹ方向の位置を２次元ビットマップ上で求める。例えば、１μｍ単位でＹ10の精密な値の変位を算出する。このとき、輪郭データは、θモータの回転角度を検出するロータリエンコーダの出力信号のパルスに同期した画像データをサンプリングする。各輪郭データで、算出したＹ10の精密な変位について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ２４の高精度なデータ値を加算して、Ｙ10の最大値、最小値、平均値とする。
【００７７】
同様に、頭部４の下面についても、位置センサ２４からのデータを取得する。次いでワーク８を軸周りに回転させながら、第１カメラ３９が取得した頭部４の下面の輪郭データのＹ方向の位置を２次元ビットマップ上で求め、例えば、１μｍ単位でＹ9の基準値からの精密な値の変位を算出する。また、サンプリングデータごとに、算出されたＹ9の精密な変位について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ２４からの基準値に対応するデータ値を加算して、Ｙ9の最大値、最小値、平均値とする。そして、Ｙ10、Ｙ9の最大値、最小値、平均値から頭部高さｋ（図６Ｂ）の最大値、最小値、平均値が算出されて計測される（Ｓ１３）。このとき、Ｙ10、Ｙ9の平均値から頭部高さｋの平均値だけが算出されてもよい。
【００７８】
頭部４の高さ寸法計測が終わると、Ｙテーブル２２をＹ方向に下降させ、首下丸み部の半径計測（Ｓ１４）が行われる。首下丸み部半径は、頭部４とおねじ部２との間の首下部における曲率半径である。具体的には、第１カメラ３９が取得したワーク８の首下部３の輪郭データを、上記のねじ輪郭プロファイルの算出で説明した方法を用いて２次元ビットマップ上で求める。
【００７９】
このとき、ワーク８を軸周りに３６０度回転させる。そして、それぞれのサンプリングした輪郭データで、首下丸み部の両側の２直線を回帰直線で求め、２直線のなす角度を２等分する角度分割線に向かって、２直線と首下丸み部の円弧との２つの接点からそれぞれ垂線を引く。そして、それぞれの垂線の長さの平均値を算出し、各データで算出された垂線の長さの平均値を首下丸み部半径の値として算出する。このとき、各輪郭データから、首下丸み部半径の最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
【００８０】
次いで頭部４の丸み移行円の直径ｄａについて、それぞれのサンプリングした頭部４の輪郭データから平均値が算出される。座面７は輪郭データで直線状であり、頭部４の下面におけるＸ方向両側の２つの直線部と首下丸み部との２つの交点のＸ方向距離から、丸み移行円の直径ｄａが計測される（Ｓ１５）。このとき、各輪郭データから、直径ｄａの最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
【００８１】
次に、円筒部９の直径ｄｓが計測される（Ｓ１６）。円筒部９は、ワーク８において、頭部４とおねじ部２との間でねじ部が形成されない軸部である。このとき、それぞれのサンプリングした円筒部９の輪郭データから円筒部直径ｄｓの平均値が算出される。この場合に、各輪郭データから、円筒部９の直径ｄｓの最大値、最小値、平均値が算出されてもよい。
【００８２】
次に、ねじ径計測として、山径計測及び谷径計測が行われる（Ｓ１７）。山径はねじ山の外径寸法であり、谷径はねじ谷の内径寸法である。山径計測と谷径計測とは、ワーク８のおねじ部２の軸方向に沿って１箇所または複数箇所について行われる。図６Ｂでは、山径計測及び谷径計測が行われる１箇所のＹ位置Ｙ8を示している。計測箇所の数は、Ｙ方向にワーク８のおねじ部２の長さによって適宜定めることができる。
【００８３】
図７は、山径計測の方法を示す図である。図７（ａ）、（ｃ）は、２次元ビットマップ上におけるワーク８のおねじ部２の輪郭データを示す図で、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図である。
【００８４】
山径計測の計測アルゴリズムは、次の（１）〜（５）の処理によって行われる。
（１）ワーク８の軸方向回りの所定角度毎に、ロータリエンコーダの出力信号のパルスに同期した画像データをサンプリングする。例えば、３６０度に対して３６０の逓倍でサンプリングが行われる。例えば、画像データは、ワークの１回転当たりで３６０個がサンプリングされる。
（２）サンプリングしたデータを上記のように二値化してフィルタ処理を行う。このような処理は、図６ＢにＹ8で示すように、予めティーチングでおねじ部２の一部に設定された矩形範囲に対して行うことができる。図７（ａ）には、ワーク８のおねじ部２の２つの輪郭データ１７０，１７１が示される。２つの輪郭データ１７０，１７１は、ワーク８のおねじ部２の左右両側の輪郭形状を示すデータである。
（３）２つの輪郭データのうち、左右方向一方側（例えば図７（ａ）の左側）の輪郭データが表わすおねじ部２の外形に回帰直線１７２を引く。図７（ｂ）は、図７（ａ）の部分拡大図で、これを用いて輪郭データ１７０の回帰直線１７２を求める方法が示される。回帰直線１７２は、おねじ部２の複数の山部頂点及び谷部底点である複数のエッヂにおける平均位置を通る直線である。
【００８５】
（４）回帰直線１７２を求めた後、輪郭データ１７０の全体について回帰直線１７２よりも外径側（図７（ｂ）の左側）にある輪郭データ１７０に垂線１７３を引く。垂線１７３と外径側の輪郭データ１７０との交点との距離ａを求める。このような垂線１７３をＹ軸方向にピクセル単位で走査して、矩形範囲等の設定された範囲での距離ａの最大値Ａを求める。距離ａの最大値Ａは、回帰直線１７２から見て輪郭データ１７０において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。
【００８６】
（５）次に、図７（ｃ）に示すように、回帰直線１７２から、左右方向他方側（例えば図７（ｃ）の右側）の輪郭データ１７１に向かって垂線１７３を引く。そして、垂線１７３が山部または谷部のエッヂに接触するときの回帰直線からエッヂまでの距離ｂを求める。このような垂線１７３をＹ軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離ｂの最大値Ｂを求める。図７（ｃ）では、走査される垂線１７３のうち、一部の垂線１７３のみを示している。距離ｂの最大値Ｂは、輪郭データ１７１において最も外径側にある山部頂点の位置を示す値である。山径は、ワーク８のおねじ部２における山部の外径であるので、距離ａの最大値Ａと、距離ｂの最大値Ｂの和（Ａ＋Ｂ）として算出される。
【００８７】
上記のようにロータリエンコーダのパルスに同期した複数の画像データに基づいて、（Ａ＋Ｂ）が求められる。各画像データの（Ａ＋Ｂ）の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその計測箇所における山径の計測値とする。山径の計測値として平均値のみが算出されてもよい。
【００８８】
図８は、谷径計測の方法を示す図である。図７と同様に、図８（ａ），（ｃ）は、２次元ビットマップ上におけるワーク８のおねじ部２の輪郭データを示す図で、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図である。図８（ａ）には図７と同じ２つの輪郭データ１７０，１７１が示される。谷径計測は、山径計測に似ていて、山径計測で説明した（１）〜（５）の処理のうち、（１）〜（３）は同じである。（１）〜（３）の処理の後、（４ａ）〜（５ａ）の処理を行う。
【００８９】
（４ａ）回帰直線１７２を求めた後、輪郭データ１７０の全体について回帰直線１７２よりも内径側（図８（ｂ）の右側）にある輪郭データ１７０に垂線１７７を引く。垂線１７７と内径側の輪郭データ１７０との交点との距離ｃを求める。このような垂線１７７をＹ軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離ｃの最大値Ｃを求める。距離ｃの最大値Ｃは、回帰直線１７２から見て輪郭データ１７０において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。
【００９０】
（５ａ）次に、図８（ｃ）に示すように、回帰直線１７２から、左右方向他方側（例えば図７（ｃ）の右側）の輪郭データ１７１に向かって垂線１７７を引く。そして、垂線１７７が山部または谷部のエッヂに接触するときの回帰直線からエッヂまでの距離ｄを求める。このような垂線１７７をＹ軸方向にピクセル単位で走査して、設定された範囲での距離ｄの最小値Ｄを求める。図８（ｃ）では、走査される垂線１７７のうち、一部の垂線１７７のみを示している。距離ｄの最小値Ｄは、輪郭データ１７１において最も内径側にある谷部底点の位置を示す値である。谷径は、ワーク８のおねじ部２における谷部の最小外径であるので、距離ｃの最大値Ｃと、距離ｄの最小値Ｄとの差である（Ｄ−Ｃ）として算出される。
【００９１】
上記のようにロータリエンコーダのパルスに同期した複数の画像データに基づいて、（Ｄ−Ｃ）が求められる。各画像データの（Ｄ−Ｃ）の値が求まると、その最大値、最小値、平均値をその計測箇所における谷径の計測値とする。谷径の計測値として平均値のみが算出されてもよい。
【００９２】
また、山径の計測値と谷径の計測値とが算出されると、有効径が算出される。有効径は、例えばＪＩＳＢ０２０５の規格に基づいて、次の（１）式で算出される。
（有効径）＝（谷径）＋（（山径）−（谷径））×２／５・・・（１）
【００９３】
有効径についても最大値と最小値と平均値とを算出する。有効径として平均値のみが算出されてもよい。なお、有効径として、（有効径）＝（山径＋谷径）／２等の他の算出式で算出する場合もあり、その場合には、その算出式に基づいて有効径が算出される。このように本システムによれば、三針法で有効径を計測する場合と異なり、有効径を簡易に計測できる。
【００９４】
次に、ねじがない円筒部の長さＬｓの計測（Ｓ１８）と、円筒部の長さＬｇの計測（Ｓ１９）とが行われる。ねじがない円筒部の長さＬｓは、円筒部９とねじ部からつながるテーパ部との交点から頭部４の座面７までの距離であり、頭部高さｋの計測処理と同様に、座面７と円筒部９の下端とのＹ方向位置を求めることにより計測される。また、円筒部の長さＬｇは、座面７とおねじ部２の完全ねじ部の開始位置との距離であり、長さＬｇも、座面７及びおねじ部２の完全ねじ部の上端位置とのＹ方向位置を求めることにより計測される。なお、長さＬｓ，Ｌｇの計測には、ワーク８のねじ軸の上側に上側リングゲージを装着しないで画像を用いて計測する、いわゆる裸ワーク画像処理で計測する方法と、ねじ軸の上側にねじリングゲージを装着して計測する方法とがある。ねじリングゲージは、リング状で中心部にネジ孔が軸方向に貫通して形成される。ねじ軸にねじリングゲージを装着して計測する方法では、ワーク８をアダプタ８０から取り外した状態で、ねじ軸の先端（図６Ｂの下端）から図６Ｂの上側に向かってねじリングゲージ（図示せず）をねじ込む。これにより、ねじリングゲージは、おねじ部２の完全ねじの開始位置（図６の上端位置）で止まる。そして、例えば、ねじリングゲージがワーク８に嵌め込まれて止まった位置と、頭部４の座面７とのＹ方向位置を画像撮影で取得し、それら２つのＹ方向位置の距離を計測することにより、長さＬｇが計測される。例えば、計測時において、１回目、２回目・・・というサイクルでワークをアダプタから取り外し、そのサイクルの中でねじリングゲージを装着させて計測することができる。予め設定されたサイクルを完了した後に、総合的に長さＬｇの最終計測値を決定することができる。
【００９５】
次に首下長さ計測が行われる（Ｓ２０）。首下長さＬは、ワーク８の座面７からおねじ部２の先端までの距離である。この計測では、おねじ部２の先端部を把持するアダプタ８０のリングゲージ８２の上面のＹ位置Ｙ1の計測が行われる。具体的には、既に説明した頭部４の上面のＹ位置Ｙ10と下面のＹ位置Ｙ9の計測と同様の手順で行うことができる。すなわち、第１カメラ３９の撮像面にリングゲージ８２の上面を示す輪郭データが入るように、Ｙモータ２０ｂの動作を制御し、位置センサによって、Ｙ1のデータ値を取得する。次いで、ワーク８を軸周りに３６０度回転させながら、第１カメラ３９が取得したリングゲージ８２の上面の３６０の逓倍でサンプリングした輪郭データのＹ方向位置を２次元ビットマップ上で求める。例えば、１μｍ単位でＹ1の精密な値の変位を算出する。各輪郭データで、算出したＹ1の精密な値について、最大値と最小値と平均値とを求め、これに位置センサ２４のデータ値を加算して、Ｙ1の最大値、最小値、平均値とする。
【００９６】
次に既に計測されたＹ位置Ｙ9，Ｙ1の値と、リングゲージ８２の基準めねじ８３ａとワーク８のおねじ部２の先端部との噛み合わせ長さについて、実測に基づくオフセット値で修正された値Ｌ１とに基づいて、ワーク８の首下長さＬが算出される。首下長さＬの算出は、Ｙ9，Ｙ1のそれぞれの最大値、最小値、平均値に基づいて、首下長さＬの最大値、最小値、平均値が算出される。このとき、Ｙ9，Ｙ1の平均値から首下長さＬの平均値が算出されてもよい。
【００９７】
また、首下長さの計測は、Ｙ位置Ｙ9,Ｙ1を直接に求めずに次のようにして行うこともできる。図９は、首下長さの計測方法の１例を示す図である。図９（ａ）はアダプタ８０に固定したワーク８と第１カメラ３９及び光源３６との位置関係の２例を示す図であり、（ｂ）は第１カメラ３９が（ａ）のＰａ１位置にあるときに取得された画像データを示す図である。図９（ｃ）は第１カメラ３９が（ａ）のＰａ２位置にあるときに取得された画像データを示す図である。
【００９８】
図９に示す例では、位置センサ２４の検出信号からＹテーブル２２に固定され選択された第１カメラ３９のＹ位置が検出される。そして、第１カメラ３９のＹ位置が図９のＰａ１であるときに、下側に設定される原点からＰａ１位置までの距離がＥ１である。このとき、第１カメラ３９では、図９（ｂ）で示す白黒の画像データが取得される。また、第１カメラ３９のＹ位置が図９のＰａ２であるときに、原点ＯからＰａ２位置までの距離がＥ２である。このとき、第１カメラ３９では、図９（ｃ）で示す白黒の画像データが取得される。図９（ｃ）では、おねじ部２の山部及び谷部の形状は示さずに直線状で示している。
【００９９】
そして、演算制御装置１００が、第１カメラ３９がＰａ１位置にあるときの画像データから頭部首下位置である座面７のＹ位置について、画像データの下端から座面７までの距離Ｈ１を求める。また、演算制御装置１００は、第１カメラ３９がＰａ２位置にあるときの画像データからアダプタ８０とワーク８との結合位置の上端のＹ位置について、画像データの下端から結合位置上端までの距離Ｈ２を求める。
【０１００】
そして、首下長さＬは次の（２）式で求められる。このとき、第１カメラ３９がＰａ１位置にあるときのワーク８の回転角度と、第１カメラ３９がＰａ２位置にあるときのワーク８の回転角度とについて、１回転中での同列のサンプリングパルスでの距離Ｈ１，Ｈ２の計測値が用いられる。
Ｌ＝Ｅ１−Ｅ２＋（Ｈ１−Ｈ２）＋Ｌ１・・・（２）
【０１０１】
また、（２）式では、リングゲージ８２の基準めねじ８３とワーク８のおねじ部２の先端部との噛み合わせ長さについて、実測に基づくオフセット値で修正された値Ｌ１が用いられる。これにより、首下長さＬを計測することができる。Ｓ１３の頭部高さｋ、Ｓ１８の円筒部長さＬｓ、Ｓ１９の円筒部長さＬｇについても、図９の首下長さＬの計測方法と同様に、異なるＹ位置に配置された第１カメラ３９の取得画像から計測することができる。
【０１０２】
続いてワーク８の曲がりの計測が行われる（Ｓ２１）。曲がりは、例えば第１カメラ３９によりねじ軸の軸方向複数位置、例えば上、中間、下の３個所位置で撮影した画像のうち、上、下の画像でねじ軸の径方向の中心を結び、中間の画像において、ねじ軸の径方向の中心のずれを最大振れ幅と設定する。そして、曲がりは、最大振れ幅と、最大振れ幅位置でのねじ径との和として算出される。最大振れ幅は、ねじ軸の画像からねじ軸の中心線を求めて、その中心線の横方向への振れ幅の最大値として算出してもよい。
【０１０３】
次に、頭部４の二面幅計測が行われる（Ｓ２２）。このとき、第１カメラ移動アクチュエータ３７の駆動によって、第１カメラ３９が図１の右側に退避される。そして、第２カメラ移動アクチュエータ４６の駆動により、第２カメラ移動テーブル４４が移動することによって、選択された第２カメラ４３をＺ軸方向に沿ってワーク８の頭部４の真上に移動させる。これとともに、またはこれと前後して、照明移動機構１９２によって照明部１９０を、ワーク８の上側を照射する照射位置に移動させる。そして、Ｙテーブル２２を下降させ、第２カメラ４３の焦点位置がちょうどワーク８の頭部４の上面の位置になるようにする。そして、第２カメラ４３でワーク８の頭部４の形状の撮像データを取得し、撮像データを２値化し、エッジ検出法等を用いて、頭部４の二面幅寸法Ｓａ（図６Ｂ）を算出する。二面幅寸法Ｓａは、ワーク８の頭部４において、六角形の向かい合う２つの辺の間の寸法である。このときは、第１カメラ３９で取得される白黒の投影画像と異なり、光の反射で得られた画像が取得されることになる。二面幅計測が終了した後では、第２カメラ移動テーブル４４を移動させ、第２カメラ４３を待機位置に戻す。そして、第１カメラ３９も待機位置に戻す。なお、二面幅寸法Ｓａは、頭部４の最小外径であるので、頭部直径ｄｋを第１カメラ３９で計測するときに、合わせて、頭部４のＸ方向寸法が最小値となるときのＸ方向寸法を二面幅寸法Ｓａとして算出することにより計測してもよい。また、ワーク８が頭部の上面に頭部穴として六角穴を有する場合において、六角穴の二面幅寸法及び対角位置の直径である対角寸法を算出してもよい。なお、第２カメラ４３で頭部４を計測するときに、第２カメラ４３がワーク８の真上に移動したときに第１カメラ３９と干渉しないように、カメラ切換アクチュエータ４５の駆動により、第１カメラ３９が上方向に移動される構成としてもよい。この構成を採用した場合には、第１カメラ３９をＺ軸方向に移動させる機構を省略してもよい。
【０１０４】
このようなワーク８の各種寸法の計測データの算出が終了すると、計測結果の出力が行われる（Ｓ２３）。具体的には、頭部の直径、頭部高さ、首下丸み部半径、丸み移行円の直径、円筒部の直径、ねじ径、円筒部長さＬｓ、円筒部の長さＬｇ、首下長さ、及び曲がりの計測値等が所定の検査書に印刷されて出力される。このとき、検査書では、予め設定された所定のフォーマットに従って所定の記入箇所に各種の計測値が記入される。このとき、検査書は、各計測項目のヘッダと計測値をカンマで区切ったテキストファイルであるＣＳＶファイルで出力されてもよい。また、検査書は、表計算ソフトウェア等の任意のフォーマットに計測結果が割り付けられて出力されてもよい。
【０１０５】
このように、ねじ形状自動計測システム１０によれば、ねじに関する各種寸法を自動的に計測でき、その計測結果を所定または任意のフォーマットの検査書として自動的に出力できる。
【０１０６】
また、上記の計測シーケンスは１例であり、ねじ形状自動計測システム１０では、計測項目と計測順とを、作業者が演算制御装置１００の操作部を用いて入力または選択する等により、ティーチングと呼ばれる処理で設定することもできる。例えば、コンピュータのディスプレイにおいて、アダプタ８０の上側に直立するように一体化したワーク８の模式的な図形を表示させる。そして、その図形に対して、ユーザがキーボードまたはマウス等の操作部を用いて矩形の枠部を描いて単純な操作で計測個所を指示することができる。例えばねじ部の軸方向中間部を囲うように枠部を描き、所定のキーボタンの押し下げ等の所定の単純な操作を行うことで、ねじの枠部で囲んだ部分の山径、谷径、有効径の少なくともいずれかを計測させる指示を行うこともできる。また、ねじの頭部からアダプタ８０にわたるように枠部を描き、所定の操作を行うことでねじの首下長さを計測させる指示を行うこともできる。ねじ形状自動計測システムは、それらの指示に応じて自動的に計測個所の計測を行う。また、計測個所、計測方法及び計測手順は、作業者が予め対応するパラメータを設定して演算制御装置１００に設定することもできる。また、計測ロジックは、種々の補助計測ロジックが、幾何学的な関係で求められる計算式である幾何計算式の組み合わせを用いられ、計測項目に割り当てられることで実行される。例えば、補助計測ロジックは、水平距離計測、垂直距離計測、角度計測、曲率半径計測、計算、ピッチの計測または既知の値の代入等である。白黒画像は二値化して、例えばＸＹ座標系でプロットし、幾何計算式を用いて、補助計測ロジックを実行することができる。幾何計算式では、二値化画像のデータが白黒−黒白、白黒−黒白・・・のように抽象化されて計算されてもよい。
【０１０７】
上記の各種寸法計測を行うときにおいて、ワーク８の頭部に六角穴である頭部穴が形成されている場合に、頭部穴深さの計測を行うこともできる。例えば、図６Ａで説明した手順において、Ｓ１２の頭部直径計測の前に頭部穴深さの計測を行うこともできる。このとき、ねじ検査用の頭部穴ビットを用いて、頭部穴深さの計測を行うことができる。頭部穴ビットは、頭部係合アダプタに相当する。このとき、頭部穴ビット１８０がワーク８の頭部穴６に挿入された状態をねじ軸に直交する方向から第１カメラ３９で撮像し、取得された投影形状データに基づいて頭部穴深さｔを算出する。
【０１０８】
ワーク８の頭部穴６に頭部穴ビット１８０が挿入された状態は、第１カメラ３９によって撮像され、その輪郭データに基づいて、ワーク８の頭部の上面と頭部穴ビット１８０の鍔部１８４の下面との間のＹ方向に沿った間隔寸法を算出できる。算出された間隔寸法と頭部穴ビットの頭部穴嵌め合い部１８２の高さ寸法とに基づき、頭部穴深さ寸法、幾何学的な関係式から算出できる。
【０１０９】
また、図１から図３に示した構成では、Ｙテーブル２２に対し第１カメラＹ移動テーブル２５をＺ方向に移動可能な構成とし、第１カメラ移動アクチュエータ３７の作動によって第１カメラＹ移動テーブル２５をＺ方向に移動させる構成としている。これにより、第１カメラ３９のＺ方向位置を調整し、第１カメラによって撮像されたワーク８の投影形状を用いて、白データから黒データへの遷移が最も急峻となるＺ位置に第１カメラが位置するように第１カメラＹ移動テーブル２５を移動させることができる。そのときのＺ位置を合焦位置として、第１カメラＹ移動テーブル２５のＺ方向の位置が固定される。
【０１１０】
次に、図１０から図１６を用いて、レーザ変位計５０（図１、図３）と、ワーク８の頭部４の座面７の角度を計測する構成とを説明する。具体的には、図１、図３を参照して、上記のように、ねじ形状自動計測システム１０は、Ｙテーブル２２の下側にブラケット２３が固定され、そのブラケット２３にレーザ変位計５０が固定されている。レーザ変位計５０は、ブラケット２３の先端部の上面に、レーザ光の照射軸が斜め上方向に向くように固定される。
【０１１１】
レーザ変位計５０は、計測対象物に対してａZ軸方向の変位とａX軸方向に並んだ受光素子の間隔とで、計測対象物の変位を計測するものであり、レーザ光の発光素子を有する照射部５１（図３）と、受光部５２（図３）とを有する。照射部５１は、把持部６２によって把持されたワーク８の周方向一部において、ワーク８のねじ軸の外周面とワーク８の頭部の座面と、その外周面及び座面の連続部分とに向けてレーザ光を照射する。受光部５２は、照射部５１から照射されたレーザ光の反射光を受光する。ワーク８で反射された反射光は、受光部５２のレンズに入射され、入射された光は、そのレンズによって光センサチップ（図示せず）に集光される。光センサチップは、半導体基板上に多数の受光素子が一列に配置されたラインセンサとしての半導体デバイスである。光センサチップ上での反射光の受光位置は、ワーク８までの距離に応じて変化する。これにより、レーザ変位計５０は、光センサチップ上での受光位置に基づいて、ワーク８の周方向一部におけるねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位を計測する。そして、レーザ変位計５０から、ねじ軸の外周面の母線と座面の母線との変位を表す信号が演算制御装置１００（図１）に送信される。
【０１１２】
演算制御装置１００は、ワーク８の軸方向回りの周方向複数位置のうち、少なくとも所定の第１位置においてレーザ変位計５０で計測された変位に基づく２次元形状を示すデータと、レーザ変位計５０の照射軸方向を示す基準線ＣＬ（図１０）とから、正規座面線ＣＬＴ（図１０）に対する座面７の角度を算出して出力する。正規座面線ＣＬＴは、ワーク８のねじ軸５を、直線状の中心軸を含む断面で見た場合において、ねじ軸５の軸方向に対応する仮想軸方向線ＣＬＡに対し直交する線である。具体的には、演算制御装置１００は、２次元形状作成部１１０及び座面角度算出部１１２（図１）を有する。２次元形状作成部１１０は、レーザ光の反射光の受光に基づいて、レーザ変位計５０で計測された変位から、２次元形状を示すデータを作成する。
【０１１３】
図１０は、第１例のワーク８の座面７の傾き角度の算出時に用いる座面７及びねじ軸５の母線の計測範囲を示す図である。２次元形状は、ねじ軸５の外周面の母線の直線部である軸直線部と、座面７の母線の直線部である座面直線部とを含む山形形状である。このとき、例えばねじ軸５の軸方向周りの所定の０度位置では、２次元形状のうち、ねじ軸５の外周面の母線と座面７の母線との連続部（交点）から外れた範囲の直線部分（例えば図１０の太線δ１、η１で示す部分）の形状が計測されていればよい。そして、２つの直線部分δ１、η１を互いに交わる側に延長して山形に連続する２次元形状としてもよい。この理由は、レーザ光の反射光の受光によって得られる２つの母線の形状精度は、２つの母線の交点付近では低下する可能性があるので、その交点付近の計測結果を除くためである。直線部分δ１は、ねじ軸５の軸直線部に相当し、直線部分η１は、座面７の座面直線部に相当する。図１０では、ねじ軸５の軸方向周りの１８０度位置における座面７の母線の計測範囲の直線部分も太線η２で示している。上記の軸直線部と座面直線部とは、それぞれ複数の計測点から回帰直線を引いて求めることができる。また、ねじ軸５の外周面の母線を求める部分には、ねじ部が形成されていてもよい。ねじ部がある部分で母線を求める場合には、ねじ部の計測した複数の山部頂点を抽出し、その抽出した複数の頂点から回帰直線を求めるか、またはねじ部の計測した複数の谷部底点を抽出し、その抽出した複数の底点から回帰直線を求める。このとき、複数の山部頂点のみ、または複数の谷部底点のみから求めた回帰直線を軸直線部とすることもできる。
【０１１４】
ねじ軸の軸直線部δ１の計測範囲を示すためのパラメータとして、Ｓ１，Ｓ２を設定してもよい。Ｓ１，Ｓ２は、それぞれねじ軸５の母線に沿って、首下から下がって、計測開始位置と計測終了位置とを示す。ねじ軸５の母線は、計測範囲におけるサンプリングデータの回帰直線から求める。また、座面７の座面直線部η１の計測範囲を示すためのパラメータとして、Ｚ１，Ｚ２を設定してもよい。Ｚ１，Ｚ２は、それぞれ座面７の母線に沿って、外周端から内周側にＺ１，Ｚ２で移動して、計測開始位置と計測終了位置とを示す。座面７の母線は、計測範囲におけるサンプリングデータの回帰直線から求める。
【０１１５】
なお、０度位置、１８０度位置において、レーザ変位計５０の基準線ＣＬに対し直交する、後述の基準直交線ＣＬＲと座面７とのなす角度を、座角θ0Z、座角θ180Z（図１０、図１４）としてそれぞれ求めてもよい。
【０１１６】
また、レーザ変位計５０は、照射部５１及び受光部５２を有するヘッドユニットと、ヘッドユニットから送られたデータによって変位を算出する演算制御装置とが、物理的に離れて、互いにケーブルで接続される構成としてもよい。
【０１１７】
２次元形状作成部１１０で作成された２次元形状を示すデータは、座面角度算出部１１２で取得される。以下では、２次元形状を示すデータを、２次元形状データと記載する。そして、後述するように、座面角度算出部１１２が、２次元形状データ及びレーザ変位計５０の照射軸方向を示す基準線ＣＬとから、第１座面角度α及び第２座面角度βのそれぞれを算出する。第１座面角度αは、０度位置において、ねじ軸５の軸方向に対応する仮想軸方向線ＣＬＡに対し直交する正規座面線ＣＬＴに対する座面７の角度である。仮想軸方向線ＣＬＡの算出方法は後述する。第２座面角度βは、１８０度位置において、ねじ軸５の軸方向に対応する仮想軸方向線ＣＬＡに対し直交する正規座面線ＣＬＴに対する座面７の角度である。このとき、各座面角度α、βは、正規座面線ＣＬＴに対する座面７の傾き方向を正負で分けて表す。例えば、図１０において、正規座面線ＣＬＴより頭部４の先端側（図１０の上側）に座面７が傾斜した場合の傾斜角度を正とし、ねじ軸５の先端側（図１０の下側）に座面７が傾斜した場合の傾斜角度を負とする。そして、座面角度算出部１１２は、正規座面線ＣＬＴに対する座面７の傾き方向を正負で分けた場合において、第１座面角度α及び第２座面角度βの和（α＋β）の正負の符号から座面の傾き方向を判定する。このとき、２次元形状データは、２次元形状作成部１１０において、ワーク８の周方向複数位置に対応する複数個が作成されるので、座面角度算出部１１２も、座面７の角度をワーク８の周方向複数位置に対応して算出して出力してもよい。
【０１１８】
図１１（ａ）は、ワーク８の頭部４の座面角度を計測する場合において、締付チャック７０でワーク８を固定した後、座面角度を計測する周方向位置を設定する状態を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示すワーク８のＡ−Ａ断面において、座面傾きの検出位置及び検出幅を示す図である。（ｃ）は、ワーク８が六角ボルトである場合において、ワーク８の投影画像から頭部４の対角位置を判定する状態を示す図である。（ｄ）は、ワーク８が六角穴付ボルトである場合において、ワーク８の投影画像から頭部４の対角位置を判定する状態を示す図である。図１２は、ねじ形状自動計測システム１０において、ワーク８が把持部６２（図１１）によって把持された状態で座面７及びねじ軸５の外周面の変位を計測する状態を示す図である。図１２（ａ）は、ワーク８の側面図においてレーザ変位計５０による照射位置を示し、（ｂ）は、ワーク８の上面図である。
【０１１９】
図１２では、レーザ変位計５０の照射軸方向をａZ方向で示し、ａZ方向に対し直交し、ＹＺ平面に平行な方向をａX方向で示している。レーザ変位計５０の受光素子は、光センサチップ上で、ａX方向に１列に複数個が並んで配置される。
【０１２０】
図１１に戻って、ワーク８の２次元形状データを作成する条件として、ワーク８の軸方向回りの周方向複数位置の位置決めを行う方法を説明する。２次元形状データは、把持部にワーク８が把持された状態でθモータを回転させ、ワーク８の所定の周方向位置でレーザ光の照射及び反射に基づいて作成される。このため、ワーク８において、２次元形状データを作成する所定の周方向位置の位置決めを行うことが必要である。まず、ワーク８の周方向位置を手動で設定する場合を説明する。このとき、図１１（ｂ）で示すようにワーク８の頭部４を下方から上方に見た状態で、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ６で示す６つの対角位置で、２次元形状データを作成する。
【０１２１】
ここで対角位置とは、ワーク８の六角形の頭部４における外周面の６つの頂部と周方向に一致する位置である。この場合、２つの対角位置Ｔ１，Ｔ４は、頭部４の第１対角線Ｌａ１上に位置し、２つの対角位置Ｔ２，Ｔ５は、頭部４の第２対角線Ｌａ２上に位置する。また、２つの対角位置Ｔ３，Ｔ６は、頭部４の第３対角線Ｌａ３上に位置する。そして、ワーク８の座面７の角度を計測する周方向位置を手動で設定する場合には、例えば図１１（ａ）に示すように、予め締付チャック７０の１つの爪部７６ａの上面の周方向の所定位置に、ワーク８の半径方向の折れ線状のマーク５４等でマーキングする。この周方向の所定位置は、θモータの回転角度検出用に設けられるエンコーダ（図示せず）の原点位置に対応する。そして、作業者が締付チャック７０のマーキング位置と、ワーク８の１つの対角位置Ｔ１とが周方向において一致するように、把持部６２にワーク８のおねじ側の一端部を把持させる。そして、ワーク８の周方向に原点位置から６０度ずつ３６０度まで回転させて設定される６つの位置を対角位置として設定する。
【０１２２】
なお、図１１（ｂ）では、対角位置Ｔ３の太い実線Ｕにより、座面７において、２次元形状データ作成のために形状を計測する計測範囲を示している。図１１（ｂ）に示すように、計測範囲では座面７の径方向内端付近及び径方向外端付近が除かれる。これにより、この２次元形状のデータに基づいて算出される座面角度の検出精度を高くできる。座面７の検出幅は、ワーク８の種類によって異なるので、座面角度の算出を行う前には、予め演算制御装置１００に操作部を用いて作業者が検出幅を示す数値等を入力して指示する構成としてもよい。演算制御装置１００は、その指示にしたがって、座面角度の算出で用いる検出幅を設定する。
【０１２３】
次に、ワーク８の座面７の角度を計測する周方向位置を自動で検出して位置決めする場合を説明する。このとき、演算制御装置１００には、第１カメラ３９で撮像された投影形状を示すデータを表す信号が入力される。演算制御装置１００は、その投影形状を示すデータから、ワーク８の対角位置に対応する適切なタイミングでワーク８に自動的にレーザ光を照射させ、そのレーザ光の受光に基づいて座面７の傾きを算出して出力する。
【０１２４】
図１１（ｃ）を用いて、ワーク８の投影形状から対角位置を求める方法を説明する。図１１（ｃ）では、ワーク８の頭部４付近を第１カメラ３９（図１）で撮像した投影画像を斜格子部で示している。実際には、この斜格子部が黒くなった画像が撮像される。画像投影部３４（図１）は、ワーク８の頭部４を撮像する。そして、座面角度算出部１１２は、第１カメラ３９を用いて計測された頭部４の軸周りの寸法の変化に応じて、座面７の角度を算出して出力する。具体的には、θモータによるワーク８の回転に伴って六角形の頭部４の投影形状におけるＸ方向の幅が拡縮する。例えば、頭部４のＸ方向幅が最小であるＥ１となるときに、Ｘ方向中央が対角位置、例えばＴ３またはＴ６の位置となる。このときに２次元形状作成部１１０は、ワーク８のＸ方向中央にレーザ光を照射させ、そのレーザ光の受光に基づいて２次元形状データを作成する。座面角度算出部１１２は、２次元形状データに基づいて、１８０度角度が異なる２つの位置の座面角度である第１座面角度α（図１３、図１５、図１６）及び第２座面角度β（図１４、図１５、図１６）を算出して出力する。
【０１２５】
一方、図１１（ｃ）で示すように頭部４の投影形状が二点鎖線Ｖとなったときには、頭部４のＸ方向幅が最大であるＥ２となる。このときには、Ｘ方向中央は二面幅の基準となり、対面位置と呼ばれる頭部４の外周面の平面部が位置する。演算制御装置１００は、このときにワーク８のＸ方向中央にレーザ光を照射させ、それに基づいて座面７の傾きを算出してもよい。
【０１２６】
なお、ワーク８が六角穴付きボルトである場合もあり、この場合には、頭部４の外周面は円筒面となるので、頭部４の外形の投影形状を用いて対角位置、または対面位置を求めることはできない。このときには、六角形等の非円形の頭部穴６に図１１（ｄ）に示すような頭部穴ビット１８０を嵌め込んで係合し、第１カメラ３９は、頭部穴６に係合された頭部穴ビット１８０の軸周りの寸法を画像投影によって計測する。具体的には、演算制御装置１００は、頭部穴ビット１８０において、断面六角形の頭部穴嵌め合い部１８２の投影形状から、頭部穴６の対角位置または対面位置を設定する。そして設定された対角位置または対面位置に応じて、２次元形状作成部１１０は、ワーク８のＸ方向中央にレーザ光を照射させ、それに基づいて２次元形状データを作成する。このとき、２次元形状作成部１１０は、第１カメラ３９で撮像された投影形状から頭部４に係合された頭部穴ビット１８０のＸ方向の幅が最大または最小となるワーク８の軸方向回りの周方向複数位置における２次元形状データを作成する。座面角度算出部１１２は、第１カメラ３９を用いて計測された頭部穴ビット１８０の寸法の変化に応じて、座面７の角度を算出して出力する。なお、頭部穴が六角穴以外の場合には、例えばワーク８の座面７の角度を計測する周方向位置を手動で設定することができる。ねじ形状自動計測システム１０において、ワークにおいて座面角度を計測する周方向位置を手動で設定するか、または自動で設定するかは予め設定される。
【０１２７】
図１２〜１４を用いて、ワーク８の座面７の計測アルゴリズムを説明する。図１３は、第１例のワーク８の軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。（ａ）は、ワーク８と基準角度θｃ、第１基礎角度θC0、座角θ0Z、第１座面角度α及び座面平均傾き量γを示す図であり、（ｂ）（ｃ）は、（ａ）から取り出した一部の角度の関係を示す図である。図１４は、第１例のワークの軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示す図である。（ａ）は、ワークと基準角度θｃ、第２基礎角度θC180、座角θ180Z、第２座面角度β及び座面平均傾き量γを示す図であり、（ｂ）（ｃ）は、（ａ）から取り出した一部の角度の関係を示す図である。
【０１２８】
以下では、ワーク８において、ねじ軸５の軸方向周りにおける０度位置及び１８０度位置の第１座面角度α、第２座面角度β及び合否判定値γａを算出する方法を中心に説明する。残りの角度位置における算出方法もワーク８の軸方向回りの角度位置が異なるだけで同様である。０度位置及び１８０度位置のように１８０度角度が異なる２つの位置の座面傾きを算出するのは、座面７が傾く側を精度よく求めるためである。
【０１２９】
まず、図１２に示すように、アダプタ８０のリングゲージ８２にワーク８をねじ込んで取り付ける。そしてこの状態で、ワーク８の２つの対角位置として、軸方向回りの０度位置と１８０度位置とにおける座面７の角度の計測を行う。
【０１３０】
具体的には、ワーク８の軸周りの０度位置と１８０度位置とにおいて、２次元形状作成部１１０が、２直線が山形に交わる２次元形状データを作成する。例えば０度位置及び１８０度位置における基準角度θCを求めるために、まず２次元形状作成部１１０によって、座面７の母線Ｐ１とねじ軸５の外周面の母線Ｑ１とから形成される２次元形状を作成する。具体的には、図１３に示すように、０度位置において、２次元形状は、受光部の入力値のａX方向位置及びａZ方向変位について、２つの母線Ｐ１、Ｑ１を用いて作成される。このとき、上記で説明したように、２つの母線は一部の直線部分だけがそれぞれ計測されていればよく、残りの部分は直線状に延長して求められてもよい。また、ねじ軸５の母線にはおねじ部がかかる場合もあり、この場合には、首下付近で計測された直線状の母線を延長して用いることもできる。なお、ねじ軸５のほぼ全体におねじ部が形成される場合において、ねじ軸５の母線として、おねじ部の山部の頂部を結んだ直線状の母線を作成してもよい。また、図１４に示すように、１８０度位置において、座面７の母線Ｐ２とねじ軸５の外周面の母線Ｑ２とから、２次元形状が０度位置の場合と同様に作成される。このとき、０度の角度位置で母線Ｐ１，Ｑ１が計測された後、θモータによってワーク８を１８０度回転させることにより、１８０度の角度位置で母線Ｐ２，Ｑ２を計測する。
【０１３１】
そして、ワーク８のねじ軸中心線に相当する仮想軸方向線ＣＬＡを求めるために、０度位置及び１８０度位置におけるねじ軸５の母線の計測データを用いる。このとき、レーザ変位計５０の照射軸方向ａZを示す基準線ＣＬ（図１０、図１３）に対し直交する基準直交線ＣＬＲを求める。また、０度位置及び１８０度位置における基準直交線ＣＬＲとねじ軸の母線Ｐ１，Ｐ２（図１３、図１４）とのなす角度である第１基礎角度θC0及び第２基礎角度θC180を求める。そして、次の（３）式のように、第１基礎角度θC0及び第２基礎角度θC180のそれぞれの絶対値の平均値を、基準角度θCとして求める。
θC＝（│θC0│＋│θC180│）／２  ・・・（３）
【０１３２】
そして、０度位置及び１８０度位置における座面７の母線の交点Ｏ１を通るように基準直交線ＣＬＲを平行移動して修正基準直交線ＣＬＲ２を求める。修正基準直交線ＣＬＲ２からねじ軸中心側に基準角度θC分傾けた直線が、仮想軸方向線ＣＬＡとなる。正規座面線ＣＬＴは、仮想軸方向線ＣＬＡに対し直交するので、仮想軸方向線ＣＬＡに対し９０度傾けて求める。そして、正規座面線ＣＬＴに対する座面７の角度である第１座面角度α及び第２座面角度βのそれぞれを算出する。例えば、図１３に示す０度位置において、座面７の母線Ｑ１がねじ軸５の先端側（（−）側）に傾斜しているので、母線Ｑ１と正規座面線ＣＬＴとがなす角度である第１座面角度αは負の値となる。また、図１４に示す１８０度位置でも、座面の母線Ｑ２がねじ軸の先端側（（−）側）に傾斜しているので、母線Ｑ１と正規座面線ＣＬＴとがなす角度である第２座面角度βも負の値となる。
【０１３３】
そして、座面角度算出部１１２は、正規座面線ＣＬＴに対する座面７の傾き方向を正負で分けた場合において、第１座面角度α及び第２座面角度βの和の正負の符号から座面７の傾き方向を判定する。具体的には、第１座面角度α及び第２座面角度βの和が正の場合（α＋β＞０）には、座面傾き方向を正と判定する。このとき、座面７は、外周端がワーク８の他端側（図１３（ａ）の上端側）に向かうように座面７が傾斜して、頭部４の先端側に向くように傾く。この場合、頭部４を上とした場合に座面７の傾きは上に開くのでＶ型である。また、第１座面角度α及び第２座面角度βの和が負の場合（α＋β＜０）には、座面傾き方向を負と判定する。このとき、座面７は、外周端がワーク８の一端側（図１３（ａ）の下側）に向かうように座面７が傾斜して、ねじ軸５の先端側に向くように傾く。この場合、頭部４を上とした場合に座面７の傾きは下に開くので逆Ｖ型である。さらに、第１座面角度α及び第２座面角度βの和が０の場合（α＋β＝０）には座面傾き方向は０であり、座面７の傾きは直線型である。
【０１３４】
また、座面角度算出部１１２は、第１座面角度αの絶対値と第２座面角度βの絶対値とから、座面７の平均傾き量γを算出する。具体的には、平均傾き量γは、次の（４）式のように、第１座面角度αの絶対値と第２座面角度βの絶対値との平均値により求められる。
γ＝（│α│＋│β│）／２  ・・・（４）
【０１３５】
さらに、座面角度算出部１１２は、算出された平均傾き量γと、座面７の傾き判定方向の判定結果とから、座面傾きの合否判定を行う。例えば、座面７が逆Ｖ型に傾斜する場合、及び座面７が直線型である場合には、次の（５）式のように、平均傾き量γが合否判定値γａと一致する。
γａ＝γ  ・・・（５）
【０１３６】
また、座面７がＶ型に傾斜する場合には、次の（６）式のように、平均傾き量γに（−１）を乗じたものが合否判定値γａとなる。
γａ＝（−１）×γ  ・・・（６）
【０１３７】
そして、座面角度算出部１１２は、合否判定値γａが０以上である場合、すなわち、座面７が逆Ｖ型に傾斜するか、または直線型である場合には合格判定を行う。また、座面角度算出部１１２は、合否判定値γａが０未満である場合、すなわち、座面がＶ型に傾斜する場合には不合格判定を行う。これにより、使用可能なワーク８か否かを判定できる。このとき、座面７が逆Ｖ型である場合には、ねじをねじ孔にねじ込む場合に座面７がねじ孔の開口周辺部の側面に押し付けられる。これにより、座面７が平面に近づくように変形して側面との接触面積が大きくなる。これにより、ねじの頭部４とねじ孔との間に皿ばねが配置される場合と同様に抜け止めが行われながら、ねじがねじ孔に強く結合される。一方、座面７がＶ型である場合には、ねじをねじ孔にねじ込んでも座面７とねじ孔開口周辺部の側面との接触面積は小さいままであり、ねじのねじ孔に対する結合強度は小さい。このため、上記の合格判定を行う方法によれば、使用可能なワーク８か否かを適切に判定できる。
【０１３８】
そして、座面角度算出部１１２は、算出された第１座面角度α、第２座面角度β、座面傾き方向、平均傾き量γ、及び合否判定値γａの計算結果を出力装置１０４（図１）によって出力する。このとき、計算結果を示す情報、例えば数値を含む検査書が出力装置１０４によって出力される。出力装置１０４は、第１座面角度α、第２座面角度β、座面傾き方向、平均傾き量γ、及び合否判定値γａの１つ、または一部のみを出力するものであってもよい。このとき、座面角度算出部１１２は、第１座面角度αのみを算出するものであってもよい。出力装置１０４は、ディスプレイまたは記録装置または検査書の内容が記録されたファイルを外部に出力または送信するものであってもよい。
【０１３９】
次に、図１３、図１４を用いて、合否判定値γａを算出する方法をより具体的に説明する。例えば図１３に示す０度位置で第１座面角度αが−１５度として算出され、図１４に示す１８０度位置で第２座面角度βが−５度として算出された場合を考える。この場合、傾き方向を判定するためにα＋βが算出される。α＋β＝−２０（度）であるので、座面は逆Ｖ型に傾いていると判定される。さらに、平均傾き量γは、（４）式からγ＝１０（度）として算出される。このとき、座面が逆Ｖ型であるので、（５）式から合否判定値γａ＝１０（度）と算出され、γａが０以上であるので合格と判定される。
【０１４０】
図１５（ａ）は、第２例のワーク８において、軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面７の傾き角度を計測する状態を示している、図１３（ａ）に対応する図である。図１５（ｂ）は、第２例のワーク８において、軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面の傾き角度を計測する状態を示している、図１４（ａ）に対応する図である。
【０１４１】
図１５に示す第２例のワーク８の場合、座面はＶ型に傾いている。このとき、図１５（ａ）に示す０度位置で第１座面角度αが１５度として算出され、図１５（ｂ）に示す１８０度位置で第２座面角度βが５度として算出される。この場合、傾き方向を判定するためにα＋βが算出され、α＋β＝２０（度）であるので、座面７はＶ型に傾いていると判定される。さらに、平均傾き量γは、（４）式からγ＝１０（度）として算出される。このとき、座面がＶ型であるので、（６）式から合否判定値γａ＝−１０（度）と算出され、γａが０未満であるので不合格と判定される。
【０１４２】
図１６（ａ）は、第３例のワーク８において、軸方向回りの角度位置が０度である場合におけるワークの座面７の傾き角度を計測する状態を示している、図１３（ａ）に対応する図である。図１６（ｂ）は、第３例のワーク８において、軸方向回りの角度位置が１８０度である場合におけるワークの座面７の傾き角度を計測する状態を示している、図１４（ａ）に対応する図である。
【０１４３】
図１６に示す第３例のワークの場合、座面７は直線型であるが、正規座面線ＣＬＴに対し傾いている。このとき、図１６（ａ）に示す０度位置で第１座面角度αが１５度として算出され、図１６（ｂ）に示す１８０度位置で第２座面角度βが−１５度として算出される。この場合、傾き方向を判定するためにα＋βが算出され、α＋β＝０（度）であるので、座面７は直線型であると判定される。一方、平均傾き量γは、（４）式からγ＝１５（度）として算出される。このとき、座面７が直線型であるので、（５）式から合否判定値γａ＝１５（度）と算出され、γａが０以上であるので合格と判定される。図１６に示す直線型の場合には、ねじをねじ孔にねじ込む場合に座面７の一方側（図１６（ａ）の左側、図１６（ｂ）の右側）がねじ孔の開口周辺部の側面に押し付けられるので、座面７が平面に近づくように変形して側面との接触面積が大きくなる。この場合も、逆Ｖ型と同様にねじがねじ孔に強く結合される。
【０１４４】
また、図１６の計算結果のように、合否判定値γａが正であり、かつ、直線型であることが計算結果から分かる場合には、座面７が直線型であり、かつ、正規座面線ＣＬＴに対し座面７が傾いているということも判断できる。これにより、第１座面角度αと第２座面角度βとの差だけを用いて座面傾きを判断する判断方法の場合とは異なり、座面７の傾き状態をより精度よく判断できる。
【０１４５】
なお、上記では、ワーク８の座面傾き以外の寸法を、カメラを用いて計測する場合を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構造に適用できる。
【符号の説明】
【０１４６】
２  おねじ部、３  首下部、４  頭部、５  ねじ軸、６  頭部穴、７  座面、８  ワーク、９  円筒部、１０  ねじ形状自動計測システム、１２  ねじ形状自動計測装置、１６  基台、１８  柱部材、２０  昇降アクチュエータ、２０ａ  アクチュエータケース、２０ｂ  Ｙモータ、２２  Ｙテーブル、２２ａ  テーブル本体、２２ｂ  光源テーブル、２３  ブラケット、２３ａ  板部、２４  位置センサ、２５  第１カメラＹ移動テーブル、３２  光学的計測装置、３４  画像投影部、３５  第１カメラＺ移動テーブル、３６  光源、３７  第１カメラ移動アクチュエータ、３８  第１カメラ群、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ  第１カメラ、４０  頭部計測部、４２  第２カメラ群、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ  第２カメラ、４４  第２カメラ移動テーブル、４５  カメラ切換アクチュエータ、４５ａ  電動モータ、４６  第２カメラ移動アクチュエータ、４６ａ  電動モータ、５０  レーザ変位計、５１  照射部、５２  受光部、５４  マーク、６０  把持回転部、６２  把持部、７０  締付チャック、７２  支持台、７４ａ，７４ｂ，７４ｃ  スライド台、７６ａ，７６ｂ，７６ｃ  爪部、７８ａ，７８ｂ  ピストン、８０  アダプタ、８２  リングゲージ、８６  ホルダ、８８  挟持リング部、９０  ストッパ鍔部、１００  演算制御装置、１０２  空圧制御装置、１０４  出力装置、１１０  ２次元形状作成部、１１２  座面角度算出部、１７０，１７１  輪郭データ、１７２，１７４，１７６  回帰直線、１７３，１７７  垂線、１８０  頭部穴ビット、１８２  頭部穴嵌め合い部、１８４  鍔部、１８６  把持用円筒部、１９０  照明部、１９２  照明移動機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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