(57)【要約】【解決手段】部品の物理的特徴を計測するシステムと方法であって、システムは光源、検知装置、反射装置、及び保持マウントを有している。方法は、部品が保持マウント内に配置されるように部品をシステムに連結するステップと、システムを動作させて光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を放射するようにするステップと、を有し、コリメート光線は、センサ光路に沿って伝搬するように反射され、部品の影を生成するように部品に入射し、検知装置はデータを影に対応して生成する。画像データは部品に対応して結果データを生成するために処理され、結果データは平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、センタリングアルゴリズムの少なくとも１つにさらに対応している。【選択図】図１
2012504223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光路を規定し、前記光源光路に沿ってコリメート光線を伝搬させるように動作可能なコリメート光源と、
センサ光路を規定し、前記センサ光路は前記光源光路にほぼ垂直な検知装置と、
位置合わせ装置用ステージを有する位置合わせ装置と、
前記光源光路内にあって前記コリメート光線を受光するように前記位置合わせ装置上に配置されており、反射された前記コリメート光線が前記センサ光路に沿って前記検知装置まで伝搬するようにする反射装置と、
保持マウントであって、前記保持マウントの一部は前記センサ光路内に配置され、部品が前記保持マウントの内部に保持されたときに、前記部品は前記反射されたコリメート光線の少なくとも一部を遮り、影が発生して前記検知装置に投影され、前記検知装置が前記影に対応してデータを生成する保持マウントと、
前記データの少なくとも一部を受信するように前記検知装置と通信し、平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムの少なくとも１つに対応して前記データを処理するように構成されている少なくとも１つの処理装置と、
を有する検査システム。
【請求項２】
前記平滑化アルゴリズムは、以下の式、
【数１５】
2012504223.tif 000017
に対応して最小２乗直線をフィッティングするステップを有しており、ここでａはｂの切片、ｂは勾配、ｋは生成された値の数、ｘkとｙkは各座標対の残差、ｗｋは最小２乗直線のフィットである、請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記切片ａと勾配ｂとは、以下の式に対応し、
【数１６】
2012504223.tif 000018
ここでｘバーとｙバーとは、ｘ座標とｙ座標の平均値であって、ａハットとｂハットとはａとｂとの予測値である、請求項２に記載の検査システム。
【請求項４】
各座標対（ｘk及びｙk）についての前記残差は、以下の式に対応し、
【数１７】
2012504223.tif 000019
ここでｒ（ｋ）は座標対ｘk、ｙkの各々についての残差である、請求項２に記載の検査システム。
【請求項５】
前記機能サイズアルゴリズムは、以下の式に対応し、
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａ
ここで、ｆsは前記部品の機能サイズ、ｐｄは前記部品のねじ山のプロフィールの有効径、Ｌは前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差、Ａは前記部品の前記ねじ山のプロフィールの角度誤差である、請求項１に記載の検査システム。
【請求項６】
前記ねじ山のプロフィールの前記リード誤差Ｌは、以下の式に対応し、
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
ここでｄｐはピッチ距離の誤差である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項７】
前記ねじ山のプロフィールの前記リード誤差Ｌは、以下の式に対応し、
Ｌ＝｜単位回転あたりの軸線方向の移動｜、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
ここでｄｐはピッチ距離の誤差である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項８】
前記ねじ山のプロフィールＡの前記角度誤差は、以下の式に対応し、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
ここでｐは指定されたピッチ距離、ｓｔｄは基準フランク角である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項９】
光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが移動自在に結合している検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法であって、
前記部品が前記保持マウント内に配置されるように、前記部品を前記検査システムに連結するステップと、
前記検査システムを動作させて、前記光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、
前記反射装置を介して前記コリメート光線を反射させて、反射した前記コリメート光線が前記部品に入射して前記検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射した前記コリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、
前記部品の影に対応して画像データを生成するステップと、
前記画像データを処理して、前記部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応した結果データを生成し、前記結果データは、平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記平滑化アルゴリズムは、
前記部品に対応して生成された前記画像データの少なくとも一部に、前記部品の最小２乗直線をフィッティングするステップと、
前記最小２乗直線に対応して複数の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の残差データ点をソートするステップと、
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記平滑化アルゴリズムは
前記複数の残差データ点に残差最小２乗直線をフィッティングすることによって、前記複数の残差データ点をトリミングするステップと、
前記残差最小２乗直線に対応して複数の第２の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の第２の残差データ点をソートするステップと、
複数の前記第２の残差データ点に対応してねじのねじ山形状寸法パラメータを求めるステップと、
をさらに有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記機能サイズアルゴリズムは、
前記部品の有効径と、前記部品の平均フランク角（ａｖｇ）と、前記部品の指定ピッチ（ｐ）と、前記部品のピッチ距離の誤差（ｄｐ）とを求めるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差（Ｌ）求めるステップであって、前記リード誤差（Ｌ）は、前記部品の前記ピッチ距離（ｄｐ）の前記誤差と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下の少なくとも１つ、
Ｌ＝｜単位回転あたりの軸線方向の移動｜、及び
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、
によって与えられるステップとを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記機能サイズアルゴリズムは、前記部品のねじ山のプロフィールの角度誤差（Ａ）求めるステップであって、前記角度誤差（Ａ）は、前記部品の指定された前記ピッチ距離（ｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
によって与えられるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センタリングアルゴリズムは、
前記保持マウント内に保持されている前記部品に沿った複数の位置の各々について中心線の値を求めるステップと、
前記複数の位置の各々の前記中心線の値を結ぶ線を投影することによって中心線を特定するステップと、
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の位置が２つよりも多い場合、前記中心線は、前記複数の位置の各々の前記中心線の値の間に最も適切にフィッティングされる線を特定することによって得てもよい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードであって、前記プログラムコードは、光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが移動自在に結合している検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法をコントローラに実装させる命令を有しており、前記方法は、
部品が前記保持マウント内に配置されるように、前記検査システムに前記部品を連結するステップと、
前記検査システムを動作させて、前記光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、
前記コリメート光線を前記反射装置を介して反射させて、反射した前記コリメート光線が前記部品に入射して前記検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射した前記コリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、
前記部品の影に対応して画像データを生成するステップと、
前記画像データを処理して、前記部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応して結果データを生成し、前記結果データは平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、
を有するプログラムコード。
【請求項１７】
前記平滑化アルゴリズムは
前記部品の最小２乗直線を前記部品に対応して生成された前記画像データの少なくとも一部にフィッティングするステップと、
前記最小２乗直線に対応して複数の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の残差データ点をソートするステップと、
残差最小２乗直線を前記複数の残差データ点にフィッティングすることによって前記複数の残差データ点をトリミングするステップと、
前記残差最小２乗直線に対応して複数の第２の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の第２の残差データ点をソートするステップと、
複数の前記第２の残差データ点に対応してねじのねじ山形状寸法パラメータを求めるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記機能サイズアルゴリズムは、
前記部品の有効径と、前記部品の平均フランク角（ａｖｇ）と、前記部品の指定ピッチ（ｐ）と、前記部品のピッチ距離（ｄｐ）の誤差とを求めるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールの角度誤差（Ａ）を求めるステップであって、前記角度誤差（Ａ）は、前記部品の指定された前記ピッチ距離（ｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
によって与えられるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差（Ｌ）求めるステップであって、前記リード誤差（Ｌ）は、前記部品の前記ピッチ距離の誤差（ｄｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下の少なくとも１つ、
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
によって与えられるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記センタリングアルゴリズムは、
前記保持マウント内に保持されている前記部品に沿った複数の位置の各々について中心線の値を求めるステップと、
前記複数の位置の各々の前記中心線の値を結ぶ線を投影することによって、中心線を特定するステップであって、前記複数の位置が２つよりも多い場合、前記中心線は、前記複数の位置の各々の前記中心線の値の間に最も適切にフィッティングされる線を特定することによって得られるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上にコード化されている、請求項１６に記載の機械読み取り可能なコンピュータプログラムコード。
【請求項２１】
雌ねじ部品のねじ山の表面を計測する検査システムにおいて、
発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定された少なくとも１つの計測プローブであって、前記発光器は電磁エネルギーを放射するように構成されており、前記電磁エネルギーは、前記ねじ山表面に入射して、前記ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生し、前記受光器は、前記反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、前記ねじ山表面のデータを生成するように構成されている、少なくとも１つの計測プローブと、
前記ねじ山表面のデータを受信し、前記計測プローブと信号によって通信して、前記ねじ山表面の物理的な特徴を求める処理装置と、
を有する検査システム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの計測プローブは、２つ又は３つ以上の計測プローブを含む、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２３】
前記計測プローブと連動しており、前記計測プローブが前記オフセット距離で前記ねじ山表面の少なくとも一部に沿って横切ることができるように制御可能に構成されている計測プローブ配置装置をさらに有する、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２４】
第１の構成と第２の構成との間で構成可能であって、少なくとも一部は前記オフセット距離にほぼ等しいカラー幅を有している計測プローブカラーをさらに有する、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２５】
前記計測プローブカラーが前記第１の構成にあるときには、前記計測プローブカラーは前記発光器と前記受光器を覆うように配置され、前記計測プローブカラーが前記第２の構成にあるときには、前記計測プローブカラーは前記発光器と前記受光器とから離れている位置にある、請求項２４に記載の検査システム。
【請求項２６】
前記雌ねじ部品をしっかりと配置するように構成可能な部品保持装置をさらに有する、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２７】
前記部品保持装置は電磁装置を含んでおり、前記電磁装置を作動させると、雌ねじ部品が部品保持装置表面に接触させてしっかりと保持される、請求項２６に記載の検査システム。
【請求項２８】
前記処理装置は、ハードウェアによって実現されている接続、光ファイバ接続、又は無線接続の少なくとも１つを介して前記計測プローブと信号によって通信している、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２９】
前記ねじ山表面のデータは、平滑化アルゴリズムと補正係数との少なくとも一方に対応して処理される、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項３０】
前記平滑化アルゴリズムは、以下の式、
【数１８】
2012504223.tif 000020
に対応して最小２乗直線をフィッティングするステップを有しており、ここでａはｂの切片、ｂは勾配、ｋは生成された値の数、ｘkとｙkは各座標対の残差、ｗｋは最小２乗線のフィットである、請求項２９に記載の検査システム。
【請求項３１】
前記切片ａと勾配ｂとは、以下の式に対応し、
【数１９】
2012504223.tif 000021
ここでｘバーとｙバーとは、ｘ座標とｙ座標の平均値であって、ａハットとｂハットとはａとｂとの予測値である、請求項３０に記載の検査システム。
【請求項３２】
各座標対（ｘk及びｙk）についての前記残差は、以下の式に対応し、
【数２０】
2012504223.tif 000022
ここでｒ（ｋ）は座標対ｘk、ｙkの各々についての残差である、請求項３０に記載の検査システム。
【請求項３３】
前記補正係数は、以下の式に対応し、
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａ
ここで、ｆsは前記雌ねじ部品の機能サイズ、ｐｄは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールの有効径、Ｌは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールのリード誤差、Ａは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールの角度誤差である、請求項２９に記載の検査システム。
【請求項３４】
前記ねじ山のプロフィールの前記リード誤差Ｌは、以下の式に対応し、
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
ここでｄｐはピッチ距離の誤差である、請求項３３に記載の検査システム。
【請求項３５】
前記ねじ山のプロフィールの前記角度誤差Ａは、以下の式に対応し、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
ここでｐは指定されたピッチ距離、ｓｔｄは基準フランク角である、請求項２９に記載の検査システム。
【請求項３６】
雌ねじ部品のねじ山の表面を検査システムを使用して計測する方法であって、前記検査システムは計測プローブを有し、前記計測プローブは、発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定されており、前記発光器は、前記ねじ山表面に入射するように電磁エネルギーを放射し、前記ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生するように構成されており、前記受光器は、前記反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、前記ねじ山表面のデータを生成するように構成されており、
前記雌ねじ部品を前記計測システムに電磁石によって結合するステップと、
前記計測プローブを前記雌ねじ部品の空洞の内部に配置するステップと、
前記電磁石を非作動にして、前記計測プローブと前記ねじ山表面との間にオフセット距離が存在するように、前記計測プローブに対して前記雌ねじ部品を配置するステップと、
前記電磁石を作動させて、前記雌ねじ部品を前記計測システムにしっかりと再度結合するステップと、
前記計測システムを作動させて、前記計測プローブに前記ねじ山表面の少なくとも一部を計測させて、ねじ山表面の初期データを生成するステップと、
前記ねじ山表面のデータを処理して、前記ねじ山表面の少なくとも一部の物理的特徴を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項３７】
前記ねじ山表面のデータを処理するステップは、前記ねじ山表面のデータを、平滑化アルゴリズムと補正係数との少なくとも一方に対応して処理する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記平滑化アルゴリズムは
前記雌ねじ部品に対応して生成された前記画像データの少なくとも一部に、前記部品の最小２乗直線をフィッティングするステップと、
前記最小２乗直線に対応して複数の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の残差データ点をソートするステップと、
残差最小２乗直線を前記複数の残差データ点にフィッティングすることによって、前記複数の残差データ点をトリミングするステップと、
前記残差最小２乗直線に対応して複数の第２の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の第２の残差データ点をソートするステップと、
複数の前記第２の残差データ点に対応してねじのねじ山形状寸法パラメータを求めるステップと、
の少なくとも１つを有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記補正係数は、以下の式に対応し、
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａ
ここで、ｆsは前記雌ねじ部品の機能サイズ、ｐｄは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールの有効径、Ｌは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールのリード誤差、Ａは前記雌ねじ部品の前記ねじ山のプロフィールの角度誤差である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードを使用してコード化されているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムコードは、検査システムを使用して雌ねじ部品のねじ山表面を計測する方法をコントローラに実行させる命令を有し、前記検査システムは計測プローブを有し、前記計測プローブは、発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に、前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定されており、前記発光器は、前記ねじ山表面に入射するように電磁エネルギーを放射し、前記ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生するように構成されており、前記受光器は、前記反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、前記ねじ山表面のデータを生成するように構成されており、前記方法は、
前記雌ねじ部品を前記計測システムに電磁石によって結合するステップと、
前記計測プローブを前記雌ねじ部品の空洞の内部に配置するステップと、
前記電磁石を非作動にして、前記計測プローブと前記ねじ山表面との間にオフセット距離が存在するように、前記計測プローブに対して前記雌ねじ部品を配置するステップと、
前記電磁石を作動させて、前記雌ねじ部品を前記計測システムにしっかりと再度結合するステップと、
前記計測システムを作動させて、前記計測プローブに前記ねじ山表面の少なくとも一部を計測させて、ねじ山表面の初期データを生成するステップと、
前記ねじ山表面のデータを処理して、前記ねじ山表面の少なくとも一部の物理的特徴を生成するステップと、
を有する記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００８年７月１０日に出願されている米国仮特許出願第６１／１３４，４９７号と、２００９年３月２０日に出願されている米国仮特許出願第１２／３８３，１４１号に対する優先権を主張し、それら出願の内容と開示の全体は、引用によって本願の一部となる。
【０００２】
本明細書は、概して、部品を検査する方法とシステムとに関し、より詳細には、ねじゲージ、ねじ、ボルトや、様々な構成を有するその他の雄ねじ部品(externally threaded components)について、雄ねじ部品の物理的特徴を光学的に検査する方法とシステムとに関する。
【背景技術】
【０００３】
社会がますます技術に依存するようになるにつれて、航空機、自動車、兵器システム、及び動力システムなどの機械的又は電気機械的システムは絶え間なく増加する機能を実行することが要求されている。その問題のひとつは、場合によっては、システム内の１つのねじ部品の欠陥が、システム全体の破滅的な故障を引き起こし、何百万ドルもの損失と何百もの生命の損失となる可能性があることである。破滅的なシステムの故障の可能性を減少させる試みでは、重要なシステムと何らかの重要でないシステムとに、使用できる前に、所定の動作許容差を満たすことが要求されている。そうした場合、これらのシステム内の重要なねじ部品、つまりねじ及び／又はゲージなどの、故障すると破滅的なシステム故障の原因となるおそれのあるねじ部品も、動作許容差を満たさなければならない。ねじ部品がこれらの設計許容差及び／又は性能仕様を満たせない場合、システム性能の悪化及び／又はシステム全体に故障が発生し、システムの破損及び／又は操作者のけが／生命の損失が生じる可能性がある。
【０００４】
ねじ部品の物理的な特徴を検査する現在のシステムの１つは、ねじ部品の特徴を、製品の設計限界を守らない接触計測法によって計測する属性検査アプローチを採用している。この手法は、通り(GO)設定プラグ及び／又は止り(No GO)設定プラグを用いて、所望のねじ山計測について調整或いは較正された、通りリングゲージ(Go ring gauge)及び／又は止りリングゲージ(No Go ring gage)を使用する。残念ながら、この技法は、設計限界の完全性を保証せず、また、このアプローチは人間との相互作用に依存しているため、この技法には、厳密な動作許容差については、時間がかかり、主観的に不正確であり、再現性に信頼性がないという欠点があり、そのため、特徴が寸法的に適合しないねじ部品を合格にしてしまう。さらに、計測器具に相当な摩耗要因があり、通り設定プラグ及び止り設定プラグを頻繁に検査し交換することが必要になる。
【０００５】
雄ねじゲージを計測するために使用される別のアプローチは、計測されるゲージに繋がった３本のワイヤを利用する。３本のワイヤは直径が既知であって、通常、ワイヤがねじ山から突き出すように部品のねじ山の間に配置される。２本のワイヤはねじ部品の一方の側に配置され、１本のワイヤはねじ部品の反対の側に配置される。そして、これらのワイヤを越える直径が、人間の検査者によって計測される。ワイヤの直径は既知であるため、これによって、雄ねじ山の間に配置されているこれらのワイヤの幅を計測することによって、ねじ山の特定の特徴を求めることができる。残念ながら、このアプローチも人間との相互作用に依存している。ワイヤを越える距離を計測する検査者がワイヤを圧縮し過ぎると、ワイヤは変形して、計測が不正確になることがある。さらに、ねじ部品の表面の仕上げがこれらの計測値の精度に悪影響を及ぼす可能性がある。また、ワイヤが緩く、ねじ山の間に保持されていないため、ワイヤが脱落することがあり、ワイヤがゴミで汚れたり、紛失したり、誰かが踏んで変形したりすることもある。
【０００６】
さらに、操作者が異なればワイヤに作用するゲージ圧力も異なることになって、それが指示値が間違う原因になることもある。従って、このアプローチは、時間がかかり、主観的で不正確であり、厳密な動作許容差に対して再現性に信頼性がないという同様の欠点がある。さらに、この計測の信頼性と再現性は非常に劣るが、それは、操作者が光学的な投影を使用して角度を計測しなければならないためであり、その計測も時間がかかり、不正確で、また現在の製品とゲージの較正仕様を満たさないことが多い。そのため、多くの状況で、計測の不確かさの要因（ＭＵＦ）が必要な許容差を超えることが多く、その結果、これらの方法を完全に保証するのに必要な精度は今まで得られてこなかった。
【０００７】
現在の計測システムの他の欠点には、部品の実際の物理的な計測とそれから得られるデータとを得るために必要な人的要素が関係している。このように、計測値を得るために使用される装置の精度は非常に疑わしい。例えば、現在の技術と方法を使用して、２人の異なる人物が１つの部品の同じ特徴を計測する場合、彼らが異なる結果を得ることになるのは非常に起こり得ることである。他の例には、計測されている部品が検査システム内に正確に揃えられていない場合がある。正しく揃えられていない部品の計測から得られるデータは、正しく揃えられていない部品に関する誤差を含んでいる可能性が非常に高く、従って結果の計測値が正しくなくなるため、好ましくない。さらに他の例には、ねじ山の螺旋経路の偏差とうねりによる部品の機能サイズの誤差がある。これによって、部品が正しく組み立てられないかもしれないという組み立ての問題が発生する。これは、不正確な機能サイズに対応して得られたデータの信頼性が低く、部品又は組み立て品の故障となる可能性があるので、好ましくない。他の例には、部品の本当の直線の計測値からの偏差（リード、フランク角誤差、ｐｄ誤差、外径及び内径の誤差、谷底部の半径の歪み等）がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
提供される検査システムは、光源光路を規定するコリメート光源を有していて、コリメート光源はコリメート光線(collimated light beam)が光源光路に沿って伝搬するように動作する。検査システムは、センサ光路を規定する検知装置も有しており、センサ光路は光源光路にほぼ垂直である。さらに、検査システムは、位置合わせ装置用ステージと反射装置とを有している位置合わせ装置も有しており、反射装置は光源光路内にあってコリメート光線を受光するように位置合わせ装置上に配置されている。反射装置は、反射されたコリメート光線を、センサ光路に沿って検知装置まで伝搬するようにする。検査システムはまた、保持マウントも有している。部品が保持マウントの内部に保持されたときに、部品は反射されたコリメート光線の少なくとも一部を遮り、影が発生して検知装置に投影され、検知装置が影に対応してデータを生成するように、この保持マウントの一部は配置される。さらに、検査システムは、少なくとも１つの処理装置を有しており、少なくとも１つの処理装置は、データの少なくとも一部を受信するように検知装置と通信し、処理装置は、平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムの少なくとも１つに対応してデータを処理するように構成されている。
【０００９】
検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法が提供され、検査システムは光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが検査システムに移動自在に連結している。この方法は、部品が保持マウント内に配置されるように検査システムに部品を連結するステップと、検査システムを動作させて光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、コリメート光線を反射装置を介して反射させて、反射したコリメート光線が部品に入射して検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射したコリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、部品の影に対応して画像データを生成するステップと、画像データを処理して、部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応して結果データを生成し、結果データは平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、を有している。
【００１０】
機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードが提供され、プログラムコードは、検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法をコントローラに実装させる命令を有しており、検査システムは、光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが移動自在に検査システムに連結している。この方法は、部品が保持マウント内に配置されるように部品を検査システムに連結するステップと、検査システムを動作させて光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、コリメート光線を反射装置を介して反射させて、反射したコリメート光線が部品に入射して検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射したコリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、部品の影に対応して画像データを生成するステップと、画像データを処理して、部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応して結果データを生成し、結果データは平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、を有している。
【００１１】
Asdf
【００１２】
雌ねじ部品のねじ山表面を計測する検査システムが提供され、検査システムは少なくとも１つの計測プローブを有し、少なくとも１つの計測プローブは発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に、ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定されており、発光器は、ねじ山表面に入射する電磁エネルギーを放射するように構成されており、ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生し、受光器は反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、ねじ山表面のデータを生成するように構成されている。処理装置も設けられており、計測プローブと信号によって通信して、ねじ山表面のデータを受信し、ねじ山表面のデータを処理して、ねじ山表面の物理的な特徴を求める。
【００１３】
雌ねじ部品のねじ山の表面を検査システムを使用して計測する方法が提供され、検査システムは少なくとも１つの計測プローブを有し、少なくとも１つの計測プローブは発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に、ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定されている。発光器は、ねじ山表面に入射する電磁エネルギーを放射するように構成されており、ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生し、受光器は反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、ねじ山表面のデータを生成するように構成されている。この方法は、雌ねじ部品を計測システムに電磁石によって連結するステップと、計測プローブを雌ねじ部品の空洞の内部に配置するステップと、を有している。この方法は、電磁石を非作動にして、計測プローブとねじ山表面との間にオフセット距離が存在するように、雌ねじ部品を計測プローブに対して配置するステップをさらに有している。この方法はまた、雌ねじ部品を計測システムにしっかりと再連結するように電磁石を作動させるステップと、計測プローブにねじ山表面の少なくとも一部を計測させて、ねじ山表面の初期データを生成するように計測システムを作動させるステップと、を有している。さらに、この方法は、ねじ山表面のデータを処理して、ねじ山表面の少なくとも一部の物理的特徴を生成するステップを有している。
【００１４】
機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードを使用してコード化されているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供され、プログラムコードは検査システムを使用して雌ねじ部品のねじ山表面を計測する方法をコントローラに実装させる命令を有し、検査システムは、発光器と受光器とを有する計測プローブであって、オフセットされた距離に、ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定されており、発光器は、ねじ山表面に入射する電磁エネルギーを放射するように構成されており、ねじ山表面に対応して反射された電磁エネルギーを発生し、受光器は反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、ねじ山表面のデータを生成するように構成されている、計測プローブを有している。この方法は、雌ねじ部品を計測システムに電磁石によって連結するステップと、計測プローブを雌ねじ部品の空洞の内部に配置するステップとを有している。さらに、この方法は、電磁石を非作動にして、計測プローブとねじ山表面との間にオフセット距離が存在するように、雌ねじ部品を計測プローブに相対的に配置するステップを有している。この方法は、雌ねじ部品を計測システムにしっかりと再連結するように電磁石を作動させるステップと、計測プローブにねじ山表面の少なくとも一部を計測させて、ねじ山表面の初期データを生成するように計測システムを作動させるステップと、を有している。また、この方法は、ねじ山表面のデータを処理して、ねじ山表面の少なくとも一部の物理的特徴を生成するステップを有している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の前述の及び他の特徴と利点とは、同じ要素には同じ参照番号を付している添付の図面と共に具体的な実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【００１６】
【図１】部品検査システムの側面斜視図である。
【００１７】
【図２】部品検査システムの側面図である。
【００１８】
【図３】部品検査システムの拡大側面図である。
【００１９】
【図４】部品検査システムの前面図である。
【００２０】
【図５】部品検査システムの拡大正面斜視図である。
【００２１】
【図６】部品がアーバー(arbor)の間に配置されている部品検査システムの分離拡大前面図である。
【００２２】
【図７】コリメート光源の模式的なブロック図である。
【００２３】
【図８】部品検査システムのアーバーの間に配置されている部品の前面図である。
【００２４】
【図９】部品検査システムの模式的なブロック図である。
【００２５】
【図１０】ねじ部品の側面図である。
【００２６】
【図１１】ねじ部品の側面図である。
【００２７】
【図１２】部品検査システムを使用して部品の特徴を計測する方法全体を示しているブロック図である。
【００２８】
【図１３】部品／ゲージ選択アルゴリズムを示しているブロック図である。
【００２９】
【図１４】部品／ゲージ選択画面のＧＵＩ画面のキャプチャである。
【００３０】
【図１５】部品／ゲージ選択画面のＧＵＩ画面のキャプチャである。
【００３１】
【図１６】部品／ゲージ選択画面のＧＵＩ画面のキャプチャである。
【００３２】
【図１７】部品／ゲージ選択画面のＧＵＩ画面のキャプチャである。
【００３３】
【図１８】部品／ゲージ選択画面のＧＵＩ画面のキャプチャである。
【００３４】
【図１９】較正アルゴリズムを示しているブロック図である。
【００３５】
【図２０】基準アーバーニー(reference arbor knee)と検索ボックスとを示している図である。
【００３６】
【図２１】レンズ歪み計測値を示している表示装置の図である。
【００３７】
【図２２】部品計測アルゴリズムを示しているブロック図である。
【００３８】
【図２３】Ｒ＆Ｒアルゴリズムを示しているブロック図である。
【００３９】
【図２４】対称ねじ部品の側面図である。
【００４０】
【図２５】図２４の対称ねじ部品上に入射したコリメート光線によって発生した、図１の部品検査システムの検知装置上に投影されている影の側面図である。
【００４１】
【図２６】図２４の対称ねじ部品の影が存在している図１の部品検査システムの検知装置の前面図である。
【００４２】
【図２７】対称ねじ部品のフランクのｘ−ｚ平面への埋め込みのパラメータ表現を示しているｘ−ｚ平面のグラフである。
【００４３】
【図２８】収差のある場合の、対称ねじ部品のフランクのｘ−ｚ平面への埋め込みのパラメータ表現を示しているｘ−ｚ平面のグラフである。
【００４４】
【図２９】図１の部品検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法を示しているブロック図である。
【００４５】
【図３０】図１の部品検査システムによって発生した部品の影の中の収差を修正する方法を示しているブロック図である。
【００４６】
【図３１】図１の部品検査システムによって発生した部品の影内のねじ部品の実際の直線の計測値からの偏差に対応する方法を示しているブロック図である。
【００４７】
【図３２】図１の部品検査システムによって発生した部品の影の中の製品又はゲージの機能サイズを求める方法を示しているブロック図である。
【００４８】
【図３３】図１の部品検査システム内での部品のずれに対応する方法を示しているブロック図である。
【００４９】
【図３４】本発明の一実施形態の内部検査システムの側面図である。
【００５０】
【図３５】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５１】
【図３６】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５２】
【図３７】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５３】
【図３８ａ】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５４】
【図３８ｂ】複数の計測プローブを有している内部検査システムの代替の実施形態の側面図である。
【００５５】
【図３９】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５６】
【図４０ａ】図３４の内部検査システムの側面図である。
【００５７】
【図４０ｂ】図３４の内部検査システムに連結している部品の前面図である。
【００５８】
【図４１】図３４の内部検査システムを実装する方法のブロック図である。
【００５９】
【図４２】雌ねじ部品の側部断面図である。
【００６０】
【図４３】雌ねじ部品の側部断面図である。
【００６１】
【図４４】データの収差（かげの画像）を示している、雌ねじ部品のねじ山の画像を示している図である。
【００６２】
【図４５】対称に雌ねじ部品のフランクのｘ−ｚ平面への埋め込みのパラメータ表現を示しているｘ−ｚ平面のグラフである。
【００６３】
【図４６】収差のある場合の、対称ねじ部品のフランクのｘ−ｚ平面への埋め込みのパラメータ表現を示しているｘ−ｚ平面のグラフである。
【００６４】
【図４７】図３４の部品検査システムを使用して雌ねじ部品の物理的な特徴を計測する方法を示しているブロック図である。
【００６５】
【図４８】図３４の部品検査システムを使用して発生したデータの収差を修正する方法を示しているブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本明細書では、ねじ、ボルトやその他の雄ねじ部品などの、ねじゲージと製品の計測と検査に適用可能な実例として典型的な実施形態を説明する。しかしながら、本明細書の以下の部分で典型的な実施形態を示して説明するものの、本発明は、本明細書で説明する実施形態と用途だけに限定されず、タップ、スプライン、歯車、内部孔、統合された平たい円柱孔(integral plane cylindrical bores)、雌ねじ、内径／外径及び／又は材料の組成及び／又は強度などの許容差測定値の精度が重要な任意の部品及び／又は計測を含むことは、当業者には当然理解される。さらに、当業者は、開示された実施形態の範囲内で、様々な実装と構成とが潜在的に可能であることを理解するであろう。
【００６７】
図１乃至図８を参照すると、検査システム１００が図示及び説明されている。典型的な実施形態によれば、検査システム１００は、コリメート光源１０２、検知装置１０４、反射装置１０６、部品支持装置１０８、及び装置支持構造１１０を有している。装置支持構造１１０は、ベース支持構造１１２、ベース構造１１４、ブリッジキャビティ１１８を定義しているブリッジ構造１１６、光源取り付け装置１２０、及びセンサ取り付け装置１２２を有している。ベース支持構造１１２は、ベース構造１１４に結合して支持するように配置されており、ベース構造１１４は、ブリッジ１１６に結合して支持するように配置されており、ブリッジキャビティ１１８はブリッジ構造１１６とベース構造１１４との間にある。当然、物理学で周知のように、光という用語は任意の波長の（つまり電磁スペクトルに沿った任意の波長の）電磁放射を指し、これを含んでいる。つまり、コリメート光源１０２は、所望の最終目標に適している電磁放射を放射する任意の光源であってよく、検知装置１０４は、所望の最終目標に適しており、放射された電磁放射を検知する任意の種類の検知装置である。
【００６８】
コリメート光源１０２は、光源取り付け装置１２０によってベース構造１１４に結合していてもよく、コリメート光源１０２から発光された光は、コリメート光源１０２によって規定され、かつベース構造１１４に平行なコリメート光源光路に沿って伝搬する。検知装置１０４は、センサ取り付け装置１２２を介してブリッジ構造１１６に結合していてもよく、検知装置１０４は、光源光路に垂直に交差するセンサ光路を規定している。ベース構造１１４とブリッジ構造１１６とは、非金属ポリマー鋳造によって作製されていてもよいが、ベース構造１１４とブリッジ構造１１６とは、所望の最終目的に適しており、任意の衝撃、振動及び／又は移動を減衰させるような１つ又は２つ以上の材料及び／又は１つ又は２つ以上の合成物で作製されていてもよいと考えられる。
【００６９】
部品支持装置１０８は、配置装置１２４と取り付けベース１２６とを有しており、取り付けベース１２６は、ベース構造１１４に結合している。配置装置１２４は、配置ステージ１２８と部品リテーナ(retainer)１３０とを有しており、部品リテーナ１３０は、配置ステージ１２８に結合しており、第１のアーバー１３２を有している。第１のアーバー１３２は、第２のアーバー１３４からアーバーキャビティ１３６を介して離れており、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４のうちの少なくとも一方は、ノッチ付きの部分（notched potion）又はアーバー基準「ニー」位置（arbor reference "knee" position）２２０を有している。配置ステージ１２８は、モータコントローラによって操作されるモータを介して、取り付けベース１２６に相対的に、全ての平面（ｘ平面、ｙ平面、ｚ平面など）内で位置決め及び制御可能に構成される。第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４の少なくとも一方は、部品リテーナ１３０内で部品を保持するように構成される。反射装置１０６は、配置ステージ１２８に結合してもよく、反射装置１０６は、配置ステージ１２８の表面に対して角度４５度で配置され、また、反射装置１０６は第１のアーバー１３２、第２のアーバー１３４、及びアーバーキャビティ１３６（つまり、センサ光路）と同じ平面内に配置される。さらに、部品支持装置１０８は、反射装置１０６が光源光路とセンサ光路との交差部に配置されるように、ブリッジキャビティ１１８内に配置されてもよい。反射装置１０６は、高品質の０．２５波長の表面型鏡として示されているが、反射装置１０６は、所望の最終目的に適している任意の高品質の反射表面装置であってもよい。
【００７０】
検知装置１０４は、顕微鏡型テレセントリック光学レンズ１３８を有している高解像度カメラ１３７を有している。検知装置１０４は、外部の電源によって電源が供給されているとして示しているが、検知装置１０４は、電池などの所望の最終目的に適している任意の電源によって給電されていてもよい。さらに、顕微鏡型のテレセントリック光学レンズ１３８は、倍率が２．６×であるとして示しているが、顕微鏡型のテレセントリック光学レンズ１３８は所望の最終目的に適している任意の倍率を有していてもよい。さらに、検知装置１０４は、２．６×の倍率の顕微鏡型テレセントリック光学レンズ系を有しているＶＩＳＩＣＳ  ＣＣＤカメラであるが、検知装置１０４は、所望の最終目的に適している任意の検知装置であってもよいと考えられる。
【００７１】
図７を参照するとコリメート光源１０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４０、コリメートレンズ１４２、及びレンズキャップ１４４を有している。レンズキャップ１４４は、レンズスロット１４６を有しており、レンズスロット１４６は、コリメートレンズ１４２から発光される光の不要発光（stray emission）を最小にするように配置されている。さらに、コリメート光源１０２は、コリメートレンズ１４２が反射装置１０６の視線（optical line of sight）内にあるように、ベース構造１１４に結合していてもよい。さらに、コリメート光源１０２は、外部電源を介して電源が供給されているように示しているが、コリメート光源１０２には電池などの所望の最終目的に適している任意の電源を使用して電源が供給されていてもよい。
【００７２】
検査システム１００は、ＬＥＤ１４０にエネルギーが供給されると、光のビームがＬＥＤ１４０から発光し、光のビームがコリメートレンズ１４２に入射するように投影するように構成される。コリメートレンズ１４２はコリメート光線１４８を発生するように光のビームを平行にし、それからコリメート光線１４８はコリメートレンズ１４２から発光される。コリメート光線１４８はコリメートレンズ１４２から出射すると、光源光路に沿って伝搬し、配置ステージ１２８の表面に対して４５°の角度で配置されている反射装置１０６に入射する。それから反射装置１０６は入射したコリメート光線１４８を反射し、反射されたコリメート光線１５０はセンサ光路に沿って伝搬し、検知装置１０４に入射する。しかしながら、反射装置１０６は、第１のアーバー１３２、第２のアーバー１３４、及びアーバーキャビティ１３６（つまりセンサ光路）と同じ平面内に配置されており、反射されたコリメート光線１５０が検知装置１０４に入射する前に、反射されたコリメート光線１５０は、第１のアーバー１３２、第２のアーバー１３４、及びアーバーキャビティ１３６に入射する。そのため、第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間にあるように、部品が部品リテーナ１３０内に配置されると、反射されたコリメート光線１５０は、部品、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４によって部分的に遮られ、その結果、部品、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の影が発生し、検知装置１０４に伝達される。
【００７３】
図９を参照すると、検査システム１００の全体なブロック図が図示及び説明されている。検査システム１００は、表示装置１５４、カメラコントローラ回路１５６、及び通信ポート１５８を有している処理装置１５２を有するように示されており、処理装置１５２は、コリメート光源１０２、検知装置１０４、及び配置装置１２４と通信するように配置されている。典型的な実施形態では、コリメート光源１０２が、反射装置１０６と光を伝達するとして示されており、コリメート光源１０２から発光したコリメート光線１４８は、反射装置１０６に入射する。反射装置１０６は、コリメート光線１４８を反射して、反射されたコリメート光線１５０を発生する。検知装置１０４は、反射装置１０６と光を伝達するとして示されており、反射されたコリメート光線１５０は、検知装置１０４に入射して、顕微鏡型テレセントリック光学レンズ１３８を介して高解像度カメラ１３７によって受光される。従って、部品が第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間に配置されると、部品、第１のアーバー１３２、及び／又は第２のアーバー１３４の影(silhouette)も高解像度カメラ１３７によって受け取られる。
【００７４】
高解像度カメラ１３７は、影の画像を画像データに変換し、この画像データを処理装置１５２に伝達する。画像データは、部品と、テレセントリック光学レンズ１３８によって受光された反射したコリメート光線１４８との間の相互作用に対応している。そして、処理装置１５２は、画像データがさらに必要かどうかを判断するためにこの画像データを調べる。画像データがさらに必要な場合、処理装置１５２はさらに画像データを取得するように検知装置１０４に指示する。必要に対応して、処理装置１５２は、所望の画像データに対応して配置装置１２６を配置するように、通信ポート１５８を介して配置装置１２６の位置を制御できる。処理装置１５２は、配置装置１２６とＲＳ−２３２又はＲＳ−４２２通信ポートを介して通信状態にあるように示されているが、処理装置１５２は、配置装置１２６と無線通信など所望の最終目的に適している任意の装置及び／又は方法によって通信してもよい。さらに、カメラコントローラ回路１５６は、処理装置１５２と所望の最終目的に適している任意の方法及び／又は装置によって通信してもよい。さらに、少なくとも１２９６×１０１６画素までの画像サイズに対応することができる電子カメラとして、高解像度カメラ１３７を示しているが、高解像度カメラ１３７は所望の最終目的に適している任意の高解像度カメラ１３７であってもよい。
【００７５】
１２８０×１０２４表示能力を有しているフラットパネル表示装置として表示装置１５０を示しているが、表示装置１５０は所望の最終目的に適している任意の表示装置及び／又は方法であってもよいこともさらに考えられる。また、ＭＳ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）２０００オペレーティングシステム（又は、より高位のバージョン）を動作させており、少なくとも１２８Ｍｂ  ＲＡＭ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワーク能力、及びモデム、ＤＳＬ、又はＴ１ラインなどの無線通信装置を備えたＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサを有しているコンピュータシステムとして、処理装置１５２を示しているが、処理装置１４８は所望の最終目的に適している任意の処理装置であってもよい。配置装置１２６は、鋳鉄ステージを備えており、該鋳鉄ステージは、ガラススライドと、特許が付与された耐クリープ技術を用いた交差ローラ（crossed rollers）を備えているリニアモータとを有していてもよい。リニアモータによって、Ｘ軸とＹ軸の両方に少なくとも±３インチの移動が可能になり、少なくとも６３５ｋｇの最大負荷が許容される。配置装置１２６は、デジタル電流ループを備えている一体ドライブを有しているデジタルモータ（サーボ）コントローラも有していてもよく、ＲＳ−２３２／ＲＳ−４２２通信ポートを介して処理装置１５２と通信してもよい。さらに、デジタルモータ（サーボ）コントローラは、１０〜３０アンペアピーク、６〜１５アンペア連続、そして１７０〜３００ＶＤＣバスに対応可能であってもよく、デジタルモータ（サーボ）コントローラはＸ軸とＹ軸方向の移動に対応しているように示されているが、当然、デジタルモータ（サーボ）コントローラは、Ｚ軸方向の移動に対応することができてもよい。
【００７６】
図１０と図１１を参照すると、ねじ製品などの雄ねじ部品の側面図が図示及び説明されている。部品のねじ山は、ねじの山と谷との組み合わせであって、通常、断面が一様であって、円柱或いは円錐の外側又は内側表面上に螺旋状の溝を形成することによって作られている。部品のねじ山は、相手の部品のねじ山と連動するように構成されているので、ねじの大きさとねじ山の形態に関連している特定の重要な物理的特徴を厳密に制御することが必須である。そのため、これらのねじ山の大きさの特徴とねじ山の形態の特徴とをできるだけ正確に計測することが好ましい。ねじ山の大きさの特徴には、外径、内径、機能径（functional diameter）、及び有効径（pitch diameter）があり、ねじ山の形態の特徴には、ピッチ、リード、ねじれ角の一様性、フランク角、及びねじ山の角度があり、それらの各々を以下でより詳細に説明する。
【００７７】
部品の外径は、表面が部品のまっすぐな軸線に平行で、表面が雄ねじの山の頂又は雌ねじの谷底の境界を定めている大円柱（major cylinder）と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅である。しかし、ねじゲージとねじ製品とは通常、完全な形態の外径を有しているが、ねじゲージは、通常、外径が切頂されて（truncated）もいる。そのねじゲージは完全な形態の外径と切頂外径とを有しており、ねじ製品だけは、完全な形態の外径を有している。ねじゲージとねじ製品の両方について、完全な形態の外径は、完全な形態のねじ山の０°側で計測された大半径（部品の軸線と大円柱の１つの表面との間の距離つまり外径の半分と定義できる）と完全な形態のねじ山の１８０°の側で計測された大半径とに対応した合成計測値として定義することができる。しかし、ねじゲージについては、切頂外径を、切頂されたねじ山の０°の側で計測された大半径と切頂されているねじ山の１８０°の側で計測された大半径とに対応した合成計測値と定義することができる。
【００７８】
部品の内径は、部品のまっすぐな軸線に平行で、表面が雄ねじの谷底又は雌ねじの山の頂の境界を定めている仮想的な円柱つまり小円柱の直径である。従って、部品の軸線と小円柱の１つの表面との間の距離つまり内径の半分として定義可能で、０°の側の第１のねじ山を使用して通常計測される小半径は、フランクに接しており、反転していないような最も適合する半径を使用して通常定めることができる。
【００７９】
一様な間隔を有しているねじ山のピッチは、軸線に平行に、その軸線方向の平面内で、軸線の側にて、隣接しているねじ山の形態の対応している点の間で計測した距離として定義することができる。従って、ピッチはインチあたりのねじ山の数（ＴＰＩ）として定義することが可能で、ピッチ距離は１／ＴＰＩとして定義することが可能で、ＴＰＩはねじ山の軸線に平行に、あるフランク上の点から次の使用可能なフランク上の対応している点まで計測される。部品の有効径は、ピッチ円柱と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅であり、該ピッチ円柱は、表面がねじ山つまり部品の軸線に平行で、ねじ山の山とねじ山の谷の幅が等しくなるように、表面がまっすぐなねじ山のプロフィールと交差している、ピッチ円柱と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅である。
【００８０】
従って、完全な形態のねじ山と切頂されたねじ山とを通常有しているねじゲージの有効径は、有効径前部と有効径後部とを有しており、有効径前部は切頂された位置でのねじ山の先行する角度と後続する角度、リード、及びねじ山の山の頂の幅に対応しており、有効径後部は完全な形態の位置でのねじ山の先行する角度と後続する角度、リード、及びねじ山の山の頂の幅に対応している。完全な形態のねじ山だけを通常有しているねじ部品の有効径は有効径前部だけを有しているが、有効径前部は、ねじ山の先行する角度と後続する角度、リード、及びねじ山の山の頂の幅に対応している。
【００８１】
リードは、ねじ部品が固定されて嵌合しているねじ山に対して、その軸線を中心にねじ部品が回転するときに、角度方向の回転の量に関連して部品が移動する軸線方向の長さと定義できる。従って、リードは、ねじ部品が完全に１回、つまり３６０°回転したときの軸線方向の移動の量であって、ピッチは１つのフランク上の点から隣接しているフランク上の対応している点まで軸線に平行に計測された距離である。リードのどのような偏差も、雄ねじの機能径を増大させる（又は雌ねじの機能径を減少させる）ことにつながり、ねじ部品の有効径の動作許容差が急激に減少する。リードの偏差によって、ねじのねじ山がその螺合する部品と２〜３個の点を除いて全く係合できなくなることもある。従って、ねじ部品が組み立てられるときに、トルクが作用し、その結果、圧力は２〜３の、場合によっては１つの圧力フランクにだけ作用する。そのため、リードのどのような偏差によっても、いくつかのねじ山について非係合状態（non-engagement condition）が発生し、非係合のために、圧力フランクの係合の点の位置で係合しているねじ山に不具合が発生する可能性がある。
【００８２】
ねじ山の螺旋経路の偏差は、実際の螺旋状の延伸からの波状の偏差、つまりねじれ角の非一様性である。リードと同様に、螺旋経路の偏差が、うねりの大きさに比例して部品の機能サイズの増加の原因になる。リードの偏差に関連して行われた全ての言及は、螺旋経路の偏差にも当てはまり、同様に、螺旋経路の偏差の結果、ねじ山のフランクが部分的に係合することもあり、その結果、トルク圧力が一様に分散せず、予荷重が緩和されることもある。
【００８３】
ねじ山のねじ山の角度は、軸線方向の平面内で計測したねじ山のフランクの間の角度である。フランク角は、軸線方向の平面内で計測した個々のフランクとねじ山の軸線の垂線との間の角度である。対称ねじ山のフランク角は、半分のねじ山の角度又はねじ山の半分の角度と一般に呼ばれる。フランク角の偏差の結果、製品に線荷重が作用したりトルクが作用したりしたときに、ねじ山の不具合が発生することがある。これは、不適切なフランクの係合によって、圧力負荷がフランクに沿って均一に分散するのではなく、圧力負荷がフランクに沿って均一に分散しないことがあるためである。
【００８４】
部品のその他の重要な物理的な特徴には、機能サイズ直径、ピッチ円錐のテーパー特徴、及び歪みがあり、それら全てが、非係合状態を発生させる可能性がある。実際に、変形、つまり本明細書で説明したあらゆる物理的な特徴の仕様からの偏差は、様々な程度の非係合の原因となることがある。
【００８５】
ねじ山（雄ねじと雌ねじ）の機能径、つまり仮想直径は、リード、螺旋経路の偏差、フランク角の偏差、テーパー、及び歪みを考慮した製品のねじ山の最終的なサイズとして定められ得る。そのため、機能径は、完全な深さの係合であるが山の頂と谷底の位置で明確な指定された長さの係合を有している完全なピッチ、リード、及びフランク角の外側を覆うねじ山の有効径であると見なすことができる。雄ねじについては、機能径は、係合の指定された長さにわたるリードとフランク角の変動を含む偏差の累積効果を有効径に加算する（雌ねじについては、偏差の累積効果を減算する）ことによって、導出できる。従って、テーパー、歪み、表面の欠陥の効果は、雄ねじ又は雌ねじにおいてはそれぞれ正又は負となることがあるのは明らかである。
【００８６】
ピッチ円柱のテーパー特徴は、ねじ山のピッチ円柱が単にテーパー状になることである。理解されるように、テーパー状のねじ山は、完全なねじ山の係合を実現できず、それは、圧力フランク上での不均一なトルク圧力状態と予荷重の緩和とが原因の製品の不具合につながることもある。
【００８７】
ピッチ円柱の円形からの任意の偏差であるピッチ円柱の歪みによって、ねじ山の係合が制限され、相手のねじ山との線接触だけが可能になり、これには多円弧（Multi-lobe）と楕円との２種類の歪みが通常含まれる。
【００８８】
計測するねじ部品の好ましい物理的特徴を以上で説明し、これらの特徴を計測する方法全体を以下で示し説明する。さらに、本明細書で説明する方法、計算、及びアルゴリズムの各々は、システムオペレータ及び／又は自動化システムによって実施することが可能であると考えられる。
【００８９】
図１２を参照すると、検査システム１００を使用して部品の特徴を計測する方法の全体３００が図示及び説明されている。典型的な実施形態では、ブロック３０２に示すように、検査システム１００と部品１６２とが得られ、検査システム１００は、光源１０２、検知装置１０４、反射装置１０６、及び部品支持装置１０８を有している。ブロック３０４に示すように、ねじ、ゲージ、ボルト及び／又はその他の部品などのねじ山が設けられている計測される部品１６２に関する情報が決定され、検査システム１００にシステムソフトウェアを通して伝達される。これは、部品／ゲージ選択アルゴリズム４００に対応した方法で、マウスやキーボードを通して、ねじ部品１６２に関する情報を処理装置１５２に入力するシステムオペレータによって実行可能であるが、当然、部品情報はデータベースに保存し、バーコードリーダなどのセンサによって検索することができる。
【００９０】
部品１６２が選択されて、処理装置１５２に伝達される部品情報が完全になると、ブロック３０６に示すように、部品支持装置１０８内に配置されるように、部品１６２が検査システム１００に配置される。これは、システムオペレータによって実行することができ、部品１６２は、第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間のアーバーキャビティ１３６内に保持されるように、部品リテーナ１３０内に配置される。それから、ブロック３０８に示すように、検査システム１００が操作されて、事前較正レンズ歪み分析（pre-calibration lens distortion）を実施して、あらゆる放物線レンズ歪み係数が判断される。この事前較正レンズ歪み分析は、較正手続き前に実施される。事前較正レンズ歪み分析は、曲線フィッティングルーチンであり、光学レンズ１３８に固有のあらゆる放物線歪みを補償するために使用されるシステムレンズ歪みの計測と修正とは独立している。さらに、レンズ歪み分析は、レンズ製造者によって行われるが、当然、任意の適切なレンズ歪み分析方法を独立して開発及び／又は使用することができる。
【００９１】
この分析を実施するために、コリメート光源１０２は、反射装置１０６に入射するコリメート光線を発光し、反射装置１０６は、反射したコリメート光線を検知装置１０４に入射する。検知装置１０４は、この反射したコリメート光線を受光し、この反射したコリメート光線に対応した画像データを生成する。反射したコリメート光線は妨害されていないので、検知装置１０４によって生成された画像データは、コリメート光源１０２、反射装置１０６、及び検知装置１０４の特徴にのみ対応している。従って、検知装置１０４のレンズ１３８に不完全な部分つまり歪みがあるかどうかを判断するために、画像データを調べることができる。そのため、処理装置１５２は、画像データを調べて、レンズ１３８の所定の視野内に画像の強度の変動が存在しているかどうかを判断する。これは、生成された画像データのレンズ１３８の視野内の多数の様々な画像位置に対応した部分を調べることによって実施可能で、調べられた部分は、視野の下部から上部へと左側から右側へと広がっている視野の垂直方向と水平方向の広がり内の位置に対応している。
【００９２】
例えば、調べられる画像データは、少なくとも一方のアーバーの０°と１８０°の両側について、レンズ１３８の（つまりレンズ１３８の視野の）垂直方向の広がりを表しているレンズ１３８上の複数の位置に対応しているデータ点を有していてもよい。それから、レンズ１３８の実際の垂直方向の歪みの特徴を表しているこれらのデータ点の各々についての結果を、実際の垂直方向の勾配チャートにプロットする（そして、レンズ１３８の製造者が提供する理想的な垂直方向の勾配チャートと比較する）ことが可能である。理想的な垂直方向の勾配チャートは理想的なレンズ特徴を表している。同様に、調べる画像データはレンズ１３８の（つまりレンズ１３８の視野の）水平方向の広がりを表しているレンズ１３８上の複数の位置に対応しているデータ点を有していてもよい。それから、前述のように、レンズ１３８の実際の水平方向の歪みの特徴を表しているこれらのデータ点の各々についての結果を実際の水平方向の勾配チャートにプロットし、レンズ１３８の製造者が提供する理想的な水平方向の勾配チャートと比較されてよい。理想的な水平方向の勾配チャートは理想的なレンズ特徴を表している。実際の垂直／水平方向の勾配チャートと理想的な垂直／水平方向の勾配チャートとの間のどのような偏差も、計算及び／又は計測における以降の適用のために記録され保存される。ただし、計測値に対するレンズの歪みの影響を最小にするために、対象領域、つまり計測される部品１６２の領域は、レンズ１３８の視野の中心にほぼ常に配置されている。
【００９３】
これが完了すると、ブロック３１０に示すように、検査システム１００が操作されて、反射したコリメート光線が部品１６２に入射するように配置ステージ１２８が配置される。部品１６２に入射して反射したコリメート光線は、部品１６２及び／又は第１のアーバー１３２の影を発生させ、影は検知装置１０４に入射するように投影される。ブロック３１２に示すように、検知装置１０４は、部品１６２と第１のアーバー１３２の影に対応して画像データを生成し、この画像データを処理装置１５２に伝達し、処理装置１５２は画像データを処理して結果データを生成する。それから、ブロック３１４に示すように、処理装置１５２は、検査システム１００に指示し、所定の較正アルゴリズム５００に応答してシステム較正が実施される。所定の較正アルゴリズム５００が完了すると、ブロック３１６に示すように、検査システム１００は所定の部品計測アルゴリズム６００、所定の較正アルゴリズム５００、及び／又はレンズ歪み分析の結果に応答して部品計測を実施する。部品計測が完了すると、表示装置１５４及び／又は印刷された証明書又は報告書を通して、システムオペレータに対して部品情報が表示される。典型的な実施形態において、部品／ゲージ選択アルゴリズム４００、所定の較正アルゴリズム５００、及び所定の部品計測アルゴリズム６００を以下でより詳細に説明する。
【００９４】
図１３を参照すると、部品／ゲージ選択アルゴリズム４００のブロック図が図示及び説明されている。ただし、本明細書では、ねじ製品用に構成されているような部品／ゲージ選択画面２１４について、部品／ゲージ選択アルゴリズム４００が説明されているが、部品／ゲージ選択アルゴリズム４００は必要に応じて様々な部品選択について変更することができる。
【００９５】
図１４を参照すると、検査システム１００の開始時に、部品／ゲージ選択画面２００がシステムオペレータに対して表示装置１５４を通して表示される。部品／ゲージ選択画面２００は、複数のプルダウンメニュー２０２とソフトウェアボタン２０４とを有しているグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）形式において作成でき、計測される部品の既知の物理的な特徴をマウス及び／又はキーボードを通して検査システム１００に伝達する。プルダウンメニュー２０２は、部品サイズ選択プルダウンメニュー２０６、ＴＰＩプルダウンメニュー２０８、クラス選択プルダウンメニュー２１０、及びねじ山長さプルダウンメニュー２１１のうち少なくとも１つを有していてもよく、ソフトウェアボタン２０４は、単位選択ボタン２１２、部品選択ボタン２１４、設定プラグ／作業プラグ選択ボタン２１６、及び通り／止り選択ボタン２１８のうち少なくとも１つを有していてもよい。部品選択ボタン２１４によって、プレーン直径ゲージ、ねじゲージ、製品、Ｘ較正ブロック、Ｙ較正ブロック、及びロールを含む検査する複数の種類の部品を選択することができる。プルダウンメニュー２０２とソフトウェアボタン２０４も、部品選択ボタン２１４に応答して、システムオペレータに対して表示されてもよい。
【００９６】
例えば、図１５を参照すると、部品選択ボタン２１４がプレーン直径ゲージ用に構成されている場合、システムオペレータに対して表示される複数のプルダウンメニュー２０２と複数の選択ボタン２０４とは、単位選択ボタン２１２とプレーン直径ゲージサイズプルダウンメニュー２１３のうち少なくとも１つを有している。図１６を参照すると、部品選択ボタン２１４がねじゲージ用に構成されている場合、システムオペレータに対して表示される複数のプルダウンメニュー２０２と複数の選択ボタン２０４とは単位選択ボタン２１２、設定プラグ／作業プラグ選択ボタン２１６、通り／止り選択ボタン２１８、部品サイズ選択プルダウンメニュー２０６、ＴＰＩプルダウンメニュー２０８、及びクラス選択プルダウンメニュー２１０のうち少なくとも１つを有している。図１７を参照すると、部品選択ボタン２１４がねじ製品用に構成されている場合、システムオペレータに対して表示される複数のプルダウンメニュー２０２と複数の選択ボタン２０４とは単位選択ボタン２１２、設定プラグ／作業プラグ選択ボタン２１６、通り／止り選択ボタン２１８、部品サイズ選択プルダウンメニュー２０６、ＴＰＩプルダウンメニュー２０８、クラス選択プルダウンメニュー２１０、及びねじ山長さメニュー２１１のうち少なくとも１つを有している。さらに、部品選択ボタン２１４がねじ部品用に構成されている場合、有効径計測メニュー２１７が表示されてもよい。図１８を参照すると、較正ブロック用に構成されている部品選択ボタン２１４用の部品／ゲージ選択画面２０２が示されている。
【００９７】
ねじ部品１６２の場合、部品／ゲージ選択画面２００が表示されると、ブロック４０２に示すように、システムオペレータは、単位選択ボタン２１２を通して、ねじ部品１６２を計測するときに検査システム１００が使用する、英国単位、メートル単位などの単位系を選択する。それから、ブロック４０４に示すように、システムオペレータは、ゲージ／製品選択ボタン２１４を通して、検査システム１００が計測する部品（つまり、ねじ部品）の種類を選択し、ブロック４０６に示すように（ゲージの場合）設定プラグ又は作業プラグのいずれであるかを設定プラグ／作業プラグ選択ボタン２１６を通して選択する。また、ゲージの場合、これが完了すると、ブロック４０８に示すように、システムオペレータはこれの通り／止りを通り／止り選択ボタン２１８を通して選択し、ゲージサイズプルダウンメニュー２０６を通して部品のゲージサイズが選択される。部品の場合、それから、ブロック４１０に示すように、ＴＰＩプルダウンメニュー２０８を通してインチあたりのねじ山（ＴＰＩ）と、ブロック４１２に示すようにクラス選択プルダウンメニュー２１０を通して部品のクラスとがそれぞれ選択される。
【００９８】
システム起動手続きの完了時に、検査システム１００は、所定の較正アルゴリズム５００に応答してシステム較正手続きの実行を開始する。図１９と図２０を参照すると、ブロック５０２に示すように、システム較正手続きが開始されると、配置ステージ１２８が、所定の開始位置つまりホーム位置に移動する。配置ステージ１２８の任意の位置がホーム位置に選択されてよいと考えられる。この時点において、すべてのエンコーダが零になり、すべての位置計測値がこのホーム位置を参照して求められる。それから、ブロック４０４に示すように、アーバー基準調整が実施されて、アーバー基準「ニー」位置２２０が適切に配置される。アーバー基準「ニー」位置２２０は、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも一方の上に配置されているノッチである。ソフトウェア「拘束ウィンドウ」つまり検索ボックスがレンズ１３８の視野内に生成され、それからこの検索ボックス内に含まれている画像を表している画像データが調べられて、アーバー基準「ニー」位置２２０が求められる。アーバー基準「ニー」位置２２０は、画素強度の差についてこの画像データを分析して、水平方向のアーバー表面がどこで終わり、垂直方向のアーバー表面がどこで始まるかを特定することによって求めることができる。この垂直方向のアーバー表面がアーバー基準「ニー」位置２２０である。アーバー基準「ニー」位置２２０の位置が求められると、青い十字線２２２がアーバー基準「ニー」位置２２０の位置に配置され、表示装置１５４を介してシステムオペレータに対して表示されることで、システムオペレータがアーバー基準「ニー」位置２２０を視覚的に確認できる。ただし、所定の較正アルゴリズムが継続して動作するように、アーバー基準「ニー」位置２２０はこの検索ボックス内に含まれていなければならない。アーバー基準「ニー」位置２２０が検索ボックス内にはない場合、所定の較正アルゴリズムは終了する。
【００９９】
典型的な実施形態によれば、その後、ブロック５０６に示すようにレンズ系歪み計測が実施される。図２１を参照すると、これは、配置ステージ１２８が、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも一方の０°側のレンズ１３８の視野内の４つの明確な位置／場所に、アーバー基準「ニー」位置２２０を再配置するように検査システム１００を操作することによって達成可能である。これらの４つの明確な位置／場所は、下側の垂直方向の視野位置１３５、下側の中間の視野位置１３７、上側の中間の垂直方向の視野位置１３９、及び上側の垂直方向の視野位置１４１に位置している。これらの４つの垂直方向の位置の各々で、３本の水平方向の計測が行われ、左側の計測値１４３、中央の計測値１４５、及び右側の計測値１４７が含まれている。この計測データは、特定の計測点に対応している画像データを観測及び／又は分析することによって得ることができる。それから、この観測／分析の結果は以降の計算で使用するために記録される。それからこのシーケンスは、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも一方の１８０°の側で繰り返される。当然、全部で２４個の計測値（つまり０°側の１２回と１８０°側の１２回）が保存され、較正サイクルの最後の近くで実施された計算されたレンズの歪みの計測値の一部となる。前述のように、レンズ系の歪みのルーチン、及び従って歪みの式は、レンズ系１３８の製造者によって提供されてもよいし、検査される部品に対応して生成されてもよい。
【０１００】
レンズ系の歪みの計測がいったん実施されると、ブロック５０８に示すように、Ｘ軸較正が実施される。Ｘ軸較正は、レンズ１３８の視野２３０の中心位置、左端、及び右端を見つけ、これらのデータ点を使用してＸ軸の、ステップあたりのインチ、画素あたりのインチ、及び／又はインチあたりのステップの較正係数を計算することによって実施することができる。視野２３０の中心位置、左端、及び右端を求める１つの方法は、アーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の左側の端に移動させ、この位置を左端として登録することである。それからアーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の右側の端に移動させ、この位置を右端として登録する。それから、アーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の左端と右端の途中の位置に移動させなければならない。この点は、視野２３０の中心となり、中心位置として登録しなければならない。これによって、レンズ１３８による歪みが最小になることが保証される。
【０１０１】
Ｘ軸較正が完了すると、ブロック５１０に示すように、第１の０°直径におけるＹ軸較正が実施される。第１の０°直径の位置でのＹ軸較正は、レンズ系歪み計測の間に得られた下側の中間の中心位置と上側の中間の中心位置とを利用して、Ｙ軸についてステップあたりのインチ、画素あたりのインチ、及び／又はインチあたりのステップの較正係数を計算することによって達成できる。それから下側の中間の垂直方向の位置が求められ、０°側の半径の計測に使用される（これをその後アーバーの直径を求めるために１８０°側の半径に加算することができる）。
【０１０２】
第１の０°の直径におけるＹ軸較正が完了すると、ブロック５１２に示すように、Ｙ軸の第２の０°の直径の決定が実施される。Ｙ軸の第２の０°の直径の決定は、配置ステージ１２８を移動させて、アーバーの０°側のアーバー基準ニー位置２２０が、視野２３０の下側の垂直方向の位置、下側の中間の垂直方向の位置、上側の中間の垂直方向の位置、及び上側の垂直方向の位置に配置されることによって達成できる。これらの位置の各々で、検査システム１００は３回の水平方向の計測、つまり、左の水平方向の計測、中心の水平方向の計測、及び右の水平方向の計測を実施する。このデータは保存可能で、較正サイクルの最後に向けて求められる計算されたレンズ歪み要因の一部とすることができる。当然、下側の中間の垂直方向位置は計測する最後の位置とすることが可能で、１８０°側の半径の計測に使用することが可能で、それは以降でアーバーの直径を求めるために０°側の半径に加算することができる。
【０１０３】
Ｙ軸の第２の０°直径の決定が完了すると、ブロック５１４に示すように、Ｙ軸の第２の直径の決定が実施される。Ｙ軸の第２の直径の決定は、左のアーバーの基準位置を移動させて、右のアーバー基準とレンズ１３８とに関するアーバーの位置を求めることによって達成できる。歪みを最小にするように視野２３０の中心で１回の計測が実施され、半径を求め、正接補正係数を計算するために使用される。正接補正係数は、レンズ１３８のＹ軸に対する配置ステージ１２８のＹ軸の任意のずれを補償するために使用される。
【０１０４】
これが完了すると、ブロック５１６に示すように、配置ステージ１２８を１８０°側（同じＸ軸位置）に移動させて、半径を計測することによって、Ｙ軸の第２の１８０°直径の決定が実施される。それから、ブロック５１８に示すように、Ｙ軸正接補正係数が求められる。これは、第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間に配置される部品を、高さ方向ではない（水平方向の）態様で、補償する。さらに、これは、アーバーの右側と左側で得られた計測値とエンコーダからのＸとＹの両方の計測情報とを使用することによって達成可能で、画像計測ツールが正接補正係数の計算に使用される。以降の全てのＹ軸計測値には、この補正係数が含まれる。それから、ブロック５２０に示すように、前述の得られた全ての情報は、レンズ歪み要因を求めるために使用され、それから、光源及び／又はシステムステージ位置の任意の歪み／誤差（つまりＡｂｂｅ*ステージ誤差）を含む、以降の全てのＸとＹの計測に使用される。
【０１０５】
所定の部品計測アルゴリズム６００が計測中の部品に対応することが考えられる。そのため、所定の部品計測アルゴリズム６００を、ねじ製品とねじゲージを含む計測される様々な種類の部品について説明する。当然、全ての計測は、画像データを観測及び／又は分析して、ねじ山の山や谷などのねじ部品１６２上の所望の対象の点を求めることによって実施できる。画像データを調べてねじ部品１６２の影の縁の点を求め、画素強度の変動を特定することによって、これらの対象の点の位置を求めることができる。これらの対象の点がいったん特定されると、ねじ部品１６２の所望の物理的な特徴を既知の数学的、幾何学的、及び／又は三角法の関係を使用して求めることができる。
【０１０６】
所定の較正アルゴリズム５００が完了すると、配置ステージ１２８はアーバー基準ニー位置２２０に戻され、図２２に示すように、部品計測アルゴリズム６００が開始される。この際、ブロック６０２に示すようにフランク登録が実施される。これは、アーバー基準ニー位置２２０からＸ方向に部品１６２に向けて配置ステージ１２８を半インチ移動させることによって、部品１６２が最初のＸとＹ位置に配置されるように、配置ステージ１２８を配置することによって達成される。それから、視野２３０の中心線の位置で有効径の下限が近似されるように、配置ステージ１２８をＹ方向に移動させる。それから、中心線の位置で交差しているフランク角を求めるために、ソフトウェア計測ツールが中心線の位置に配置される。それから、Ｘ軸方向にアーバー基準ニー位置２２０から離れ、内径が視野２３０の左の縁に揃うように、ステージを再び移動させる。全ての以降の計測は、Ｘ軸方向のピッチリードの増分の移動に依存している。ただし、ピッチリードの増分は、部品の選択によって定まり、リード標準読み出し（Lead Standards readouts）の上部に公開されている。当然、ねじゲージについては、切頂された計測がねじ山＃２の位置で実施され、完全な形態の計測がねじ山＃６の位置で実施されることになる。用語４×は、第３のリード計測についてのねじ山の数を指し、４つのねじ山の範囲にわたって行われたことを示しており、用語／１０はこの部品上で利用可能な１０個のねじ山が存在していることを示している。
【０１０７】
フランクの登録が実施されると、ブロック６０４に示すように、第１の完全なねじ山０°側の切頂計測（truncated measurements）が実施される。これは、切頂されたねじ山の位置として指定されている０°側の第１のねじ山上に、配置ステージ１２８を再配置することによって実施できる。この指定は、ねじ山の数と、従って、部品１６２の選択とに依存している。それから、影の画像データを使用して、処理装置１５２は、小半径、大半径（設定プラグについてのみ）、ピッチ半径、リードピッチ、先行／後続フランク角、及びねじ山の角度を求める。大半径は、外径によって求められ、それは、ねじ山の０°側と対応している１８０°側の大半径に基づいている合成計測値である。従って、大半径は、ねじ山の平坦部に沿って個々の計測値を総和し、集められた計測値の数で除することによって求められる。計測位置の数は、所定のねじ山の表によって定められているように、ねじ山の幅の７０％を取り、それら雄ねじ山の中心に揃えることよって定めることができる。それから、この大半径を０°と１８０°の両方の側から組み合わせて外径とする。ゲージについては、この処理は、切頂された位置と完全な形態の位置の両方について実施され、製品については、この処理は、完全な形態の位置についてのみ実施される。
【０１０８】
対象とする位置（つまり切頂されたか完全な形態か）での先行角度と後続角度、外径、ピッチリード、及び山の頂の幅に基づいている有効径の計算（切頂された位置と完全な形態の位置の両方について）は、以下の式で定められる。
ＰＤ＝ＭＤ−（Ｃｏｔ（ＰＬ／２）−ＣＷ）
【０１０９】
ここで、ＰＤは有効径、ＭＤは外径、ＰＬはピッチリード、ＣＷは山の頂の幅である。先行／後続／先行フランクに沿った谷の距離と山の距離との間の差に対応しているリード前部計測値は、ソフトウェア計測ツールをＸ軸に沿って配置し、ツールを谷の距離−山の距離が最小になるまで有効径の周囲に垂直方向に移動させることによって求めることができる。それからツールは最小の位置に再配置され、リード前部を求めるために谷の距離と山の距離とが加算される。後続／先行／後続フランクに沿った谷の距離と山の距離との間の差に対応しているリード後部計測値は、ソフトウェア計測ツールをＸ軸に沿って配置し、ツールを谷の距離−山の距離が最小になるまで有効径の周囲に垂直方向に移動させることによって求めることができる。それからツールは最小の位置に再配置され、リード後部を求めるために谷の距離と山の距離とが加算される。
【０１１０】
別の実施形態において、補正係数（ＣＦ）と共に有効径（ＰＤ）を求めて、影の画像データに存在する可能性のある任意の収差を調整できる。図２４を参照すると、対称なねじ山が設けられている物体８００を示している。物体８００は、複数のねじ山８０２を有しており、ねじ山の谷８０４とねじ山の山８０６とを有している、ねじ山が設けられている物体８００の有効径（ＰＤ）は、物体の０°側と物体の１８０°側の間の距離として単純に記述することが可能で、ねじ山の山ｇ1とねじ山の谷ｇ2の幅は等しい。しかしながら、図２５及び図２６を参照すると、コリメート光線８０８が物体８００に入射すると、影の画像８１０が発生し、影の画像８１４と共に検知装置８１２に入射され得る。そのため、検知装置８１２によって生成された影の画像データは、影の画像８１０に対応したデータを含んでいることがあり、そのため、物体８００の有効径（ＰＤ）などの物理的な特徴が歪み、不正確になることがある。
【０１１１】
影の画像データ内の影の画像８１０の任意の収差を補償するために、補正係数（ＣＦ）を生成し、有効径（ＰＤ）を求める処理に適用できる。そのため、有効径（ＰＤ）は以下の式で表すことができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved−ＣＦ
ここで、ＰＤFinalは任意の収差に対して修正されている有効径（ＰＤ）、ＰＤObservedは計測された任意の収差を含んでいる有効径（ＰＤ）、そしてＣＦは任意の収差を表している補正係数（ＣＦ）である。
【０１１２】
例えば、任意の収差を補償するような一実施形態は、影の画像に対応して補正係数（ＣＦ）を生成するステップと、検知装置によって生成された影の画像データから補正係数（ＣＦ）を減算するステップとを有し、補正係数（ＣＦ）は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有している３Ｄ空間におけるねじ山の１つのフランク（つまりねじ山の山の裏側）を、ｘ軸とｚ軸だけを有している２Ｄ空間内へのストリップの埋め込みとして、パラメトリックに示すことによって求められてもよい。図２７を参照すると、対称なねじ山を有している物体つまり部品について、２つの変数（ｒ、ｔ）だけを使用して、２つの点ｒ1とｒ2との間に描かれている直線Ｋx-zによって接続されているｘ−ｚ軸上のねじ山の内径を表している第１の点ｒ1と、ｘ−ｚ軸上のねじ山の外径を表している第２の点ｒ2をｘ−ｚ平面内に示している。変数Ｒはｘ−ｚ平面における有効径（ＰＤ）の２Ｄ表現であって、ｔはｘ−ｚ平面内の点ｒ1とｒ2の間に描画されている直線Ｋx-zと直線Ｋx-zのｘ−ｙ平面上への投影Ｋx-yとの間の角度として表すことのできるフランク角である。さらに、変数Ｌx-zはねじ山のリード角度であって、変数ｍはフランク角ｔの正接である。変数ｒはｚ軸と直線Ｋx-z上の点との間の距離を表しているｘ−ｚ平面上の点であって、従って内径の半分から外径の半分までの範囲である。そのため、以下の式を使用して前述の関係をパラメータ化することができる。
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｙ＝ｒｓｉｎ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
【０１１３】
それからこの埋め込みは以下の式を使用してｘ−ｚ平面上に投影し、ヤコビ行列の行列式を求めることが可能である。
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
ヤコビ行列は以下のように定義される。
【数１】
2012504223.tif 000003
周知のように、ヤコビ行列はベクトル値関数の全ての１次偏微分の行列であって、所与の点の近傍の微分関数に対する「最良の」線形近似を表していることもある。
従って、前述のように導出された式を使用すると次のようになる。
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）は次のように表すことができる。
【数２】
2012504223.tif 000004
ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）を解いて、ｘ−ｚ平面上の影の画像（つまりリボン）の一式の点を見つけることは、以下の式によって示される。
Ｊ＝（（Ｌ／２π）ｃｏｓ（ｔ）＋ｍｒｓｉｎ（ｔ））＝０
ここで
ｒ＝−（Ｌ／（２πｍｔａｎ（ｔ）））
【０１１４】
図２８を参照すると、Ｒの値がねじ山の有効径（ＰＤ）の半分に設定された場合、ｒ＝Ｒでｔ＝０の点のすぐに「右」のリボンの投影上の点を求めることができる。これは、有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｒ、０、ｍＲ）と同じｚ座標を有しているリボン上の点であって、従って、有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）において、ｚ＝ｍＲであることがわかる。ｚ＝ｍＲをｚの式に代入すると以下の式が得られる。
ｚ＝ｍＲ＝ｍｒ＋Ｌｔ／（２πｍ）
ｒ＝Ｒ−Ｌｔ／（２πｍ）
そして、式（１）を式（２）に組み合わせることによって、以下の式が得られる。
−Ｌ／（２πｍｔａｎ（ｔ））＝Ｒ−Ｌｔ／（２πｍ）
及び
Ｌ＋（２πｍＲ−Ｌｔ）ｔａｎ（ｔ）＝０
この式は、Ｌ、ｍ、及びＨの各所与の値について解かなければならない。フランク角ｔがわかっていると、これらの方程式は、ｒを求めるために解くことが可能である。有効径（ＰＤ）の変位の半分が、リボン上の点のｘ座標から有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｒ、０、ｍ）のｘ座標を減算した値、つまり簡単にはｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒである。従って、当然、補正係数（ＣＦ）はこの量の２倍であると仮定され、以下の式で与えられる。
ＣＦ＝２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
従って、任意の収差について調整されている対称にねじ山が設けられている物体についての有効径ＰＤFinalは、前述の補正係数（ＣＦ）を式（１）に適用して、以下の式を得ることによって求めることができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved−２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
同様に、バットレスねじ山など非対称なねじ山を有している物体や部品については、ここで適用される方法を両方のフランクに使用することができる（非対称のせいで各フランクについて計算しなければならない）。そのため、両方のフランクについて前述のアプローチを使用している単純な幾何学的な理屈によって、２つの結果を一種の重み付き平均に組み合わせて、次の式を得ることができる。
ＣＦ＝（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
ここで、ｄ１とｄ２は、対称なねじ山として独立して扱われる２つのフランク角についての影の修正であって、ａ１とａ２はそれぞれのフランク角である。以上から、任意の収差について調整されている非対称にねじ山が設けられている物体についての有効径ＰＤFinalは、前述の補正係数（ＣＦ）を式（１）に適用して、以下の式を得ることによって求めることができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved −（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
【０１１５】
図２９を参照すると、ブロック図は、計測システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法９００を示しており、動作ブロック９０２に示すように、物体が保持マウント内に配置されるように物体を計測システム１００に配置するステップを有する。動作ブロック９０４に示すように、検査システムが操作されて光源のコリメート光線を発光し、光線は光源光路に沿って伝搬する。動作ブロック９０６に示すように、光源のコリメート光線が光源光路に沿って伝搬すると、光源のコリメート光線は、少なくとも部分的に反射装置に入射し、物体に少なくとも部分的に入射するようにセンサ光路に沿って伝搬する反射されたコリメート光線を発生する。これによって物体の影が発生し、影の少なくとも一部は、検知装置に入射し、検知装置はそれに対応して初期画像データを生成する。動作ブロック９０８に示すように、この初期画像データは処理され、物体の複数の物理的特徴の少なくとも１つに対応して結果の画像データを生成し、初期画像データは少なくとも１つの所定のアルゴリズムに対応して処理されて、初期画像データ内の任意の収差が修正される。前述のように、所定のアルゴリズムは、検査中の物体の種類に対応していてもよい。例えば、物体が対称なねじ山を有しているねじ山が設けられている物体の場合、所定のアルゴリズムは少なくとも部分的に次の式に対応していてもよい。
ＣＦ＝２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
しかし、物体が非対称なねじ山を有しているねじ山が設けられている物体の場合、所定のアルゴリズムは少なくとも部分的に次の式に対応していてもよい。
ＣＦ＝（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
【０１１６】
図３０を参照すると、ブロック図は、検査システム１００によって生成された部品の影内の収差を修正する方法１０００を示しており、動作ブロック１００２に示すように、物体８００を検査システム１００に配置するステップと、動作ブロック１００４に示すように、検査システム１００を操作して、光源に光線を発光させるステップとを有している。光源の光線は、物体８００に少なくとも部分的に入射するように光源光路に沿って伝搬する。動作ブロック１００６に示すように、光源の光線は反射されて、反射光線が発生する。反射光線は、センサ光路に沿って伝搬し、物体８００に少なくとも部分的に入射して検知装置８１２に少なくとも部分的に入射する物体８００の影８１４を生成する。検知装置８１２は、影と影内の任意の収差とに対応して初期画像データを生成する。それから、動作ブロック１００８に示すように、初期画像データが処理されて結果の画像データが生成される。これは、動作ブロック１０１０に示すように、初期画像データから初期有効径（ＰＤ）データを生成することによって達成される。それから、動作ブロック１０１２に示すように、初期有効径（ＰＤ）データはパラメータ化され、ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）で表され、動作ブロック１０１４に示すように、ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）が物体の複数の物理的な特徴に対応して解かれ、補正係数（ＣＦ）データが生成される。複数の物理的な特徴は、リード角度、フランク角、外径、及び内径の少なくとも１つを含んでいてもよい。補正係数（ＣＦ）データが求められると、動作ブロック１０１６に示すように、初期有効径（ＰＤ）データが補正係数（ＣＦ）データに対応して処理され、結果の有効径（ＰＤ）データが得られる。
【０１１７】
ここで、リード前部計測値とリード後部計測値との間の距離に対応した複数のねじ山のリードを求めることができる。さらに、切頂された位置での０°側のねじ山の先行フランクに沿って最適に当てはまる楽観的な理論直線によって先行角度を求めることができる。さらに、切頂された位置での０°側のねじ山の後続フランクに沿って最適に当てはまる楽観的な理論直線によって後続角度を求めることができる。それから、先行角度と後続角度とを加算することによってねじ山の角度を求めることができる。
【０１１８】
この時点で、ブロック６０６に示すように、第２のねじ山０°側完全形態の計測が行われる。これは、配置ステージ１２８を完全な形態のねじ山の位置として指定されている０°側の第２のねじ山上に再配置することによって実施できる。前述のように、この指定は、ねじ山の数と、従って、部品１６２の選択とに依存している。それから、影の画像データを使用して、処理装置１５２は小半径、大半径、ピッチ半径、及びリードピッチを求める。
【０１１９】
そして、ブロック６０８に示すように第１の完全なねじ山の１８０°側の切頂計測が実施される。これは、切頂されたねじ山の位置として指定されている１８０°側の第１のねじ山上に、配置ステージ１２８を再配置することによって達成される。それから、影の画像データを使用して、処理装置１５２は小半径、大半径（設定プラグについてのみ）、ピッチ半径、及びリードピッチを求める。
【０１２０】
この時点で、ブロック６１０に示すように、第２のねじ山１８０°側完全形態の計測が行われる。これは、配置ステージ１２８を完全な形態のねじ山の位置として指定されている１８０°側の第２のねじ山上に再配置することによって実施することができる。それから、影の画像データを使用して、処理装置１５２は大半径、ピッチ半径、及びリードピッチを求める。
【０１２１】
それから、ブロック６１２に示すように、部品の値と限界とが更新され、システムオペレータに対して表示される及び／又は証明書の形態で、結果が印刷され、配置ステージ１２８はアーバー基準ニー位置２２０に再配置される。
【０１２２】
検査システム１００が、所定のＲ＆Ｒアルゴリズム７００に対応してＲ＆Ｒ（信頼性と繰り返し性）計測手続きを実施することがさらに考えられる。図２３を参照すると、所定のＲ＆Ｒアルゴリズム７００を示しているブロック図が、図示及び説明されている。所定のＲ＆Ｒアルゴリズム７００の開始にあたって、ブロック７０２に示すように、配置ステージ１２８が積載位置に配置され、第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間に保持されるように、部品１６２が配置される。それから、ブロック７０４に示すように、Ｒ＆Ｒアルゴリズム７００を起動させる。前述のように、それから、ブロック７０６に示すように、検査システム１００が所定の較正アルゴリズム５００と所定の部品計測アルゴリズム６００とを実行する。この時点で、所定の部品計測アルゴリズム６００が終了すると、ブロック７０８に示すようにシステムオペレータは、部品１６２の回転のために７サイクルおきに検査システム１００を一時停止させるように選択できる。それから計測サイクルを必要なだけ繰り返すことが可能で、それから、ブロック７１０に示すように、表示装置１５４を通して又は印刷された証明書やレポートを通して、システムオペレータに対して、結果を表示することができる。
【０１２３】
さらなる実施形態によれば、当然、検査システム１００は、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを移動させるなど、配置ステージ１２８以外の検査システム１００の他の要素を構成することによっても動作することができる。例えば、モータコントローラによって操作されるモータを介して、取り付けベース１２６に対して全ての平面（ｘ平面、ｙ平面、ｚ平面など）内で配置ステージ１２８が移動自在に制御可能に構成する代わりに、検査システム１００は、平行光光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つが、少なくとも１つのモータコントローラによって操作される少なくとも１つのモータを介して、取り付けベース１２６に対して全ての平面（ｘ平面、ｙ平面、ｚ平面など）内で移動自在に制御可能に構成されて、部品が静止したまま計測されてもよい。
【０１２４】
本実施形態において、必要に対応して所望の画像データに対応して通信ポート１５８を介して、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つが、取り付けベース１２６に対して全ての平面（ｘ平面、ｙ平面、ｚ平面など）内で移動自在在に制御可能に構成されてもよい。コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つが、少なくとも１つのモータコントローラと、ＲＳ−２３２及び／又はＲＳ−４２２通信ポート及び／又は無線通信などの所望の最終目的に適している任意の装置及び／又は方法によって通信可能な処理装置１５２を使用して取り付けベース１２６に対して全ての平面（ｘ平面、ｙ平面、ｚ平面など）内で移動自在に制御可能に構成されてもよい。
【０１２５】
この実施形態において、検査システム１００は、前述のように操作されてもよい。例えば、部品１６２の特徴を計測する方法３００全体を考える。事前較正レンズ歪み分析が実施されると、動作ブロック３１０に示すように、検査システム１００を操作して、反射されたコリメート光線が部品１６２に入射するように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを配置する。部品１６２に入射して反射したコリメート光線は、部品１６２及び／又は第１のアーバー１３２の影を発生させ、影は検知装置１０４に入射するように投影される。前述のように、動作ブロック３１２に示すように、検知装置１０４は、部品１６２と第１のアーバー１３２の影に対応して画像データを生成し、この画像データを処理装置１５２に伝達し、処理装置１５２は、画像データを処理して結果データを生成する。それから、さらに詳細に説明したように、動作ブロック３１４に示すように、処理装置１５２は、所定の較正アルゴリズム５００に対応してシステム較正を実施するように、検査システム１００に指示する。所定の較正アルゴリズム５００が完了すると、さらに詳細に説明したように、動作ブロック３１６に示すように、検査システム１００は、所定の部品計測アルゴリズム６００、所定の較正アルゴリズム５００、及び／又はレンズ歪み分析の結果に応答して、部品１６２の計測を実施する。部品計測が完了すると、それから、表示装置１５４及び／又は印刷された証明書又は報告書を通してシステムオペレータに対して部品情報を表示できる。
【０１２６】
前述のように、システム起動手続きの完了時に、検査システム１００は、所定の較正アルゴリズム５００に対応したシステム較正手続きの実行によって始動してもよい。図１９と図２０とを再度参照すると、動作ブロック５０２に示すように、システム較正手続きが開始されると、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つをホーム位置に配置するように構成してもよく、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つの任意の位置を、ホーム位置として選択してもよい。この時点において、すべてのエンコーダが零になり、すべての位置計測値がこのホーム位置を参照して求められる。それから、ブロック４０４に示すように、アーバー基準調整が実施されて、アーバー基準「ニー」位置２２０が適切に配置される。アーバー基準「ニー」位置２２０は、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも一方の上に配置されているノッチである。ソフトウェア「拘束ウィンドウ」つまり検索ボックスがレンズ１３８の視野内に生成され、それからこの検索ボックス内に含まれている画像を表している画像データが調べられて、アーバー基準「ニー」位置２２０が求められる。アーバー基準「ニー」位置２２０は、画素強度の差についてこの画像データを分析して、水平方向のアーバー表面がどこで終わり、垂直方向のアーバー表面がどこで始まるかを特定することによって求めることができる。この垂直方向のアーバー表面がアーバー基準「ニー」位置２２０である。アーバー基準「ニー」位置２２０の位置が求められると、青い十字線２２２がアーバー基準「ニー」位置２２０の位置に配置され、表示装置１５４を介してシステムオペレータに対して表示されることで、システムオペレータがアーバー基準「ニー」位置２２０を視覚的に確認できる。ただし、所定の較正アルゴリズムが継続して動作するように、アーバー基準「ニー」位置２２０はこの検索ボックス内に含まれていなければならない。アーバー基準「ニー」位置２２０が検索ボックス内にはない場合、所定の較正アルゴリズムは終了する。
【０１２７】
より詳細に先に説明したように、その後、動作ブロック５０６に示すように、レンズ系歪み計測を実施することができる。図２１を再度参照すると、これは、検査システム１００を操作して、アーバー基準ニー位置２２０が第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも１つの０°側のレンズ１３８の視野内の４つの明確な位置／場所に配置されるように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つが設定されることによって達成できる。これらの４つの明確な位置／場所は、下側の垂直方向の視野位置１３５、下側の中間の視野位置１３７、上側の中間の垂直方向の視野位置１３９、及び上側の垂直方向の視野位置１４１に位置している。これらの４つの垂直方向の位置の各々で、３本の水平方向の計測が行われ、左側の計測値１４３、中央の計測値１４５、及び右側の計測値１４７が含まれている。この計測データは、特定の計測点に対応している画像データを観測及び／又は分析することによって得ることができる。それから、この観測／分析の結果は以降の計算で使用するために記録される。それからこのシーケンスは、第１のアーバー１３２及び／又は第２のアーバー１３４の少なくとも一方の１８０°の側で繰り返される。当然、全部で２４個の計測値（つまり０°側の１２回と１８０°側の１２回）が保存され、較正サイクルの最後の近くで実施された計算されたレンズの歪みの計測値の一部となる。前述のように、レンズ系の歪みのルーチン、及び従って歪みの式は、レンズ系１３８の製造者によって提供されてもよいし、検査される部品に対応して生成されてもよい。
【０１２８】
レンズ系の歪みの計測が実施されると、動作ブロック５０８に示すように、Ｘ軸較正が実施される。Ｘ軸較正は、レンズ１３８の視野２３０の中心位置、左端、及び右端を見つけ、これらのデータ点を使用してＸ軸の、ステップあたりのインチ、画素あたりのインチ、及び／又はインチあたりのステップの較正係数を計算することによって実施することができる。視野２３０の中心位置、左端、及び右端を求める１つの方法は、アーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の左側の端に移動させ、この位置を左端として登録することである。それからアーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の右側の端に移動させ、この位置を右端として登録する。それから、アーバー基準ニー位置２２０を視野２３０の左端と右端の途中の位置に移動させなければならない。この点は、視野２３０の中心となり、中心位置として登録しなければならない。これによって、レンズ１３８による歪みが最小になることが保証される。
【０１２９】
Ｘ軸較正が完了すると、動作ブロック５１０に示すように、第１の０°直径におけるＹ軸較正が実施される。第１の０°直径の位置でのＹ軸較正は、レンズ系歪み計測の間に得られた下側の中間の中心位置と上側の中間の中心位置とを利用して、Ｙ軸についてステップあたりのインチ、画素あたりのインチ、及び／又はインチあたりのステップの較正係数を計算することによって達成できる。それから下側の中間の垂直方向の位置が求められ、０°側の半径の計測に使用される（これをその後アーバーの直径を求めるために１８０°側の半径に加算することができる）。
【０１３０】
第１の０°の直径におけるＹ軸較正が完了すると、動作ブロック５１２に示すように、Ｙ軸の第２の０°の直径の決定が実施される。Ｙ軸の第２の０°の直径の決定は、アーバーの０°側のアーバー基準ニー位置２２０が、視野２３０の下側の垂直方向の位置、下側の中間の垂直方向の位置、上側の中間の垂直方向の位置、及び上側の垂直方向の位置に配置されるように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを設定することによって達成できる。これらの位置の各々で、検査システム１００は、３回の水平方向の計測、つまり、左の水平方向の計測、中心の水平方向の計測、及び右の水平方向の計測を実施する。このデータは保存可能で、較正サイクルの最後に向けて求められる計算されたレンズ歪み要因の一部とすることができる。当然、下側の中間の垂直方向位置は計測する最後の位置とすることが可能で、１８０°側の半径の計測に使用することが可能で、それは以降でアーバーの直径を求めるために０°側の半径に加算することができる。
【０１３１】
Ｙ軸の第２の０°直径の決定が完了すると、動作ブロック５１４に示すように、Ｙ軸の第２の直径の決定が実施される。Ｙ軸の第２の直径の決定は、右のアーバー基準とレンズ１３８とに関するアーバーの位置を求めるように左のアーバーの基準位置を移動させることによって達成することができる。歪みを最小にするように視野２３０の中心で１回の計測が実施され、半径を求め、レンズ１３８のＹ軸に対する配置ステージ１２８のＹ軸のあらゆるずれを補償するために使用される正接補正係数を計算するために使用される。
【０１３２】
これが完了すると、動作ブロック５１６に示すように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを１８０°側（同じＸ軸位置）に設定して、半径を計測することによって、Ｙ軸の第２の１８０°直径の決定が実施される。それから、動作ブロック５１８に示すように、Ｙ軸正接補正係数が求められる。これは、第１のアーバー１３２と第２のアーバー１３４との間に配置される部品を、高さ方向ではない（水平方向の）態様で、補償する。さらに、これは、アーバーの右側と左側で得られた計測値とエンコーダからのＸとＹの両方の計測情報とを使用することによって達成可能で、画像計測ツールが正接補正係数の計算に使用される。以降の全てのＹ軸計測値には、この補正係数が含まれる。それから、動作ブロック５２０に示すように、前述の得られた全ての情報は、レンズ歪み要因を求めるために使用され、それから、光源及び／又はシステムステージ位置の任意の歪み／誤差（つまりＡｂｂｅ*ステージ誤差）を含む、以降の全てのＸとＹの計測に使用される。
【０１３３】
所定の部品計測アルゴリズム６００を再度参照し、所定の較正アルゴリズム５００が完了すると、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つはアーバー基準ニー位置２２０に戻すことが可能で、図２２に示すように、部品計測アルゴリズム６００が開始される。この時点で、動作ブロック６０２に示すようにフランク登録が実施される。これは、アーバー基準ニー位置２２０からＸ方向に部品１６２に向けて約半インチの最初のＸとＹ位置に部品１６２が配置されるように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを配置することによって達成できる。それから、視野２３０の中心線の位置で有効径の下限が近似されるように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つをＹ方向に移動させる。それから、中心線の位置で交差しているフランク角を求めるために、ソフトウェア計測ツールが中心線の位置に配置される。それから、内径が視野２３０の左の縁に揃うように、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを構成できる。全ての以降の計測は、Ｘ軸方向のピッチリードの増分の移動に依存している。ただし、ピッチリードの増分は、部品の選択によって定まり、リード標準読み出しの上部に公開されている。当然、ねじゲージについては、切頂計測がねじ山＃２の位置で実施され、完全な形態の計測がねじ山＃６の位置で実施されることになる。用語４×は、第３のリード計測についてのねじ山の数を指し、４つのねじ山の範囲にわたって行われたことを示しており、用語／１０はこの部品上で利用可能な１０個のねじ山が存在していることを示している。
【０１３４】
前述のようにフランクの登録が実施されると、動作ブロック６０４に示すように、第１の完全なねじ山０°側の切頂計測が実施される。これは、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを切頂されたねじの位置として指定されている０°側の第１のねじ山に構成することによって達成される。この指定は、ねじ山の数と、従って、部品１６２の選択とに依存している。それから、影の画像データを使用して、処理装置１５２は小半径、大半径（設定プラグに付いてのみ）、ピッチ半径、リードピッチ、先行／後続フランク角、及びねじ山の角度を求める。大半径は、外径によって求められ、それは０°の大半径と対応している１８０°側のねじ山とに基づいている合成計測値である。従って、大半径は、ねじ山の平坦部に沿って個々の計測値を総和し、集められた計測値の数で除することによって求められる。計測位置の数は、所定のねじ山の表によって定められているように、ねじ山の幅の７０％を取り、それら雄ねじ山の中心に揃えることよって定めることができる。それから、この大半径を０°と１８０°の両方の側から組み合わせて外径とするゲージについては、この処理は、切頂された位置と完全な形態の位置の両方について実施され、製品については、この処理は、完全な形態の位置についてのみ実施される。
【０１３５】
当然、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つに関係して配置ステージ１２８を構成することによって得られる全ての計測は、コリメート光源１０２、検知装置１０４及び／又は反射装置１０６の少なくとも１つを個別に又はグループとして部品に対して構成することによって実施できる。そのため、本発明は、検査システム１００のあらゆる要素が本明細書で開示及び／又は考慮された任意の計測を実施するための適切な見通しを実現するように構成可能であるとしている。当然、検査システム１００は、計測される部品及び／又は特徴を自動的に求めるためにデジタル認識能力によって構成可能である。例えば、部品１６２は、計測される部品の種類及び／又は部品の特徴を記述しているバーコード（印刷及び／又はエッチングのいずれでも）を有していてもよい。
【０１３６】
部品のセンタリング、部品の機能サイズ、及び実際の直線からの過度の偏差に関する特定の異常が、部品の計測において存在することが考えられる。これらの異常に対応するために、（本明細書、また、引用を以て内容と開示とが本明細書の一部となる米国特許出願第１１／３９１，５２１号及び第１１／５０２，６７８号及び米国特許第７，２２７，１６３号で開示したような）以下の新規で独特のアルゴリズムを検査システムに適用することができる。これらのアルゴリズムは、計測される部品が計測用の場所に移動する検査システム、又は検査システムの部品（つまり、鏡、カメラ、光源等）が計測される部品に対して計測用の場所に移動する検査システムに適用可能であると考えられる。
【０１３７】
ねじ部品の実際の直線の計測値からの過度の偏差に対応するために、ねじ部品の様々なパラメータ（必要に対応して）を平滑化する、つまり、異常な計測値を取り除き、残りの計測値の平均を取る（必要に対応して１つ又は複数の平均が得られる）ことが可能である。この操作は必要に対応して繰り返すことができる。この作業を達成するために、回帰分析を使用してこれらの偏差に対応している最終的な平滑化データを得ることが可能で、回帰分析は、以下の１つ又は２つ以上を有していてもよい。
１）標準的な最小２乗直線形回帰分析を実施する。
２）ｑトリム線形回帰分析を実施する。
３）耐性回帰手続きを実施する。
約±２シグマ標準偏差の外側の端の残差（異常値）を生成し、再フィッティングを生成したり計測したりすることができる。必要に対応して連続した及び／又は反復した計測を行うことも考えられる。また、所望の精度に対応して他のシグマ標準偏差値を使用することもできる。例えば、ａ±１０シグマ標準偏差又はａ±０．２シグマ標準偏差を使用することができる。
【０１３８】
従って、「実際の直線」からの過度の偏差を取り除く方法の一実施形態は、以下の式を最小化することによって最小２乗直線を生成し、フィッティングするステップを含んでいる。
【数３】
2012504223.tif 000005
ここで、ａはｂの切片、ｂは求められた／理論上の勾配（予測、計算、又は計測できる）、ｋは生成された値の数、ｘkとｙkは各座標対についての残差（異常値）、ｗkは包含／除外される最小２乗直線のフィット（fit）であって、ｗkの値は０（除外）又は１（包含）となる。それから、勾配ｂと切片ａとの理論的な予測値が次のように求められる。
【数４】
2012504223.tif 000006
ここでｘバーとｙバーとは計測を行ったｘとｙ座標値の平均であって、ａハットとｂハットとはａとｂとの予測値である。この予測から、座標対（ｘk、ｙx）の各々の残差を以下のように計算することができる。
【数５】
2012504223.tif 000007
これは、データ点と対応する線上にあると予測される点との差の量であって、ｒ（ｋ）は各座標対ｘk、ｙxの残差である。残差は、以下のように最小から最大まで（必要に対応して最大から最小まで）ソートすることができる。
ｒ1≦ｒ2≦．．．≦ｒn
これらの値は、残差が最大の絶対値を有している点を特定し、それらを取り除いたり、重み付け変数ｗを使用して重み付けしたりすることによって除去してもよく、ｗは得られた計測値と許容可能な反復性と精度の許容差に対応していてもよい。例えば、重み付け変数ｗは、トリミングする（trimmed）点についてはｗk＝０に設定した場合、これは、許容可能な反復性と精度の許容差を実質的に０に等しくすることになる。これが実施されると、最小２乗直線を再度フィッティングし、再度フィッティングした線を使用して製品やゲージに対して必要なパラメータを求める。最大約３０％の点をトリミングすることができるが、最小２乗直線の再フィッティングの前に、約５％〜１０％の点だけトリミングすることもできる（部品の表面の仕上げに依存する）。
【０１３９】
代替的なアプローチにも、最小２乗直線のフィッティングと、残差の計算とが伴っている。しかし、このアプローチには、以下で与えられる標準偏差の約２又は２．５倍の外側の残差のトリミングが伴っている。
【数６】
2012504223.tif 000008
ここでｎは残差の数である。２倍の標準偏差基準を使用することによって、約５％のデータをトリミングし、減少した（トリミングされた）データセットの最小２乗予測値を使用して線を再度フィッティングすることができる。
【０１４０】
従って、前述の両方のアプローチにおいて、アルゴリズムは簡単に以下のように記述することができる。
１）雄ねじ山のプロフィールに対応して生成されたオリジナルのデータに線をフィッティングする。
ａ．残差を計算
ｂ．残差のソート
ｃ．データセットのトリミング
ｉ．トリミングされたデータに直線をフィッティングする
ｉｉ．新しい残差を計算
ｉｉｉ．新しい残差をソート
ｉｖ．新しいデータセットのトリミング
ｖ．必要に対応して反復
２）再トリミングされたデータセットを使用して、ねじのねじ山の幾何学的パラメータを計算（例えば、フランク角（先行（leading）、後続（trailing）、及び内（included））、リード、外径、内径、及び有効径）
【０１４１】
図３１を参照すると、ブロック図は（必要に対応して）ねじ部品の計測値の少なくとも１つのパラメータを（個別に又は共に）平滑化することによって、ねじ部品の実際の直線の計測値からの過度の偏差に対応する方法１１００を示しており、動作ブロック１１０２に示すように、雄ねじ山の設けられている部品のねじ山のプロフィールに対応して生成されたオリジナルデータに、最小２乗直線をフィッティングするステップを有している。それから、動作ブロック１１０４に示すように、本明細書で説明したように残差が求められ、新しいデータセットにソートされる。それから、動作ブロック１１０６に示すように、新しいデータセットに第２の最小２乗直線をフィッティングすることによって新しいデータセットが求められ、動作ブロック１１０８に示すように新しい残差が求められソートされる。１つ又は２つ以上の動作ブロック１１０２〜１１０８を必要なだけ反復することが考えられる。それから、動作ブロック１１１０に示すように、「調整された（adjusted）」（新しい）ねじのねじ山の形状寸法パラメータが、再トリミングされたデータセットから求められる。
【０１４２】
当然、前述のアプローチは、外径、有効径、リード角度、内径、螺旋の変動などの部品の全ての計測に適用することができる。最小２乗フィッティングアプローチを使用するのではなく、他のアプローチにおいて最小絶対値偏差フィッティングを使用することが考えられ、以下によって最小化される。
【数７】
2012504223.tif 000009
さらに、直交最小２乗アプローチ、つまりねじ山のフランクに垂直な偏差の計測も使用することが考えられる。しかし、このアプローチの計算はより複雑である。当然、完全なデータセットを保持し、保持するかトリミングするかによって各点を参照しなければならない。一般に、残差の標準偏差が大きくなると、ねじのねじ山の品質が低下する。
【０１４３】
本発明によれば、部品の機能サイズ（ｆs）は、有効径の計測値と、プロフィールの変動（リード、角度、螺旋経路の偏差）の累積効果との和である。ねじ製品、ゲージ、又は部分の機能サイズ、あるいはねじ製品又はゲージの計測値の偏差に対応する１つの方法が以下で説明され、以下の式に対応して、製品又はゲージの機能サイズｆsを求めるステップが含まれている。
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ（ＨＰ）＋Ａ
ここで
ｐｄ＝実際の計測された有効径
ａｖｇ＝（先行フランク角＋後続フランク角）／２
ｓｔｄ＝３０度基準フランク角（度又はラジアンで与えることができる）
ＨＰ＝螺旋経路
ｐ＝指定ピッチ距離＝１／ＴＰＩ（インチあたりのねじ山）
ｄｐ＝ピッチ距離の誤差＝１つの開始ねじ山を仮定したリードの誤差（正又は負）
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜、（｜｜は絶対値を意味する）
従って、ｐｄはねじ山のプロフィールを貫通する円柱の直径であって、ねじ山の溝とねじ山の山とはねじ山の軸線に平行な部品の０°側と１８０°側で等しい。基本的に、機能サイズ（ｆs）は、有効径と全てのねじ山のプロフィールの変動の累積効果の和の値によって表すことができる。従って、誤差がない場合（つまりｄｐ＝０）、ｆs＝ｐｄである。しかし、誤差が存在する場合（つまりｄｐ＝±）、ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａであって、ｐｄ＝ねじ山のプロフィールの有効径、Ｌ＝ねじ山のプロフィールのリード誤差、及びＡ＝ねじ山のプロフィールの角度誤差である。
【０１４４】
図３２を参照すると、ブロック図は、本発明の一実施態様による製品又はゲージの機能サイズｆsを求める方法１２００を示しており、動作ブロック１２０２に示すように、実際の有効径ｐｄを求めるステップを有している。動作ブロック１２０４に示すように平均フランクａｖｇが求められ、ａｖｇは先行フランクと後続フランクの和を２で除したものである。動作ブロック１２０６に示すように基準フランク角ｓｔｄは、指定ピッチ距離ｐ、及びピッチ距離の誤差ｄｐが求められ、基準フランク角は３０度（ラジアン又は度で与えることができる）、指定ピッチ距離はインチあたりのねじ山、及びピッチ距離の誤差は１つの開始ねじ山を仮定したリードの誤差（負又は正）である。動作ブロック１２０８に示すようにねじ山のプロフィールＬのリード誤差が求められ、単位回転あたりの軸線方向の移動で与えられる。動作ブロック１２１０に示すようにねじ山のプロフィールの角度誤差Ａ（３０°からの偏差）が求められ、｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜（｜｜は絶対値を意味している）で与えられる。それから、動作ブロック１２１２に示すように、機能サイズｆsが求められ、ねじ山のプロフィールの有効径ｐｄ、ねじ山のプロフィールのリード誤差Ｌ、及びねじ山のプロフィールの角度誤差Ａの総和として与えられる。
【０１４５】
本発明によれば、製品（又はゲージ）の計測を行う場合、検査システムのレンズ系に対して、製品又はゲージができるだけまっすぐであることを確認することが重要である。まっすぐに揃えられている製品又はゲージからの任意の逸脱は、製品の計測に悪影響を与える可能性がある。そのため、検査システム内で製品又はゲージを中心に揃える方法の一実施形態を、本明細書で説明する。センタリングアルゴリズムは、計測される部品が計測用の場所に移動する検査システム又は検査システムの部品（つまり、鏡、カメラ、光源等）が計測される部品に対して計測用の場所に移動する検査システムに適用可能であると考えられる。
【０１４６】
図３３を参照すると、ブロック図１３００は、センタリングアルゴリズムを使用して、部品の揃えのずれに対応する方法を示している。製品又はゲージが計測システムのステージ上に取り付けられる又は配置されると、動作ブロック１３０２に示すように中心線の値が求められる。これは、製品又はゲージの０°側（好ましくは最も長いねじ側を最初に、しかし他の位置も考えられる）の第１の点で、製品又はゲージの計測を行うことによって達成できる。計測は、製品又はゲージの１８０°側（同じく、好ましくは最も長いねじ側を最初に、しかし他の位置も考えられる）の第１の点でも行う。それから、動作ブロック１３０４に示すように、これらの計測値を減算し２で除算することによって第１の点の中心点が求められる。このステップは、動作ブロック１３０６と動作ブロック１３０８に示すように、製品又はゲージに沿って少なくとも１つの他の点について、好ましくは製品又はゲージの他方の端部の位置で繰り返される。それから、動作ブロック１３１０に示すように、第１の計測された中心点と第２の計測された中心点との間の線を投影することによって製品又はゲージの中心線が確定される。当然、製品又はゲージに沿った２つ以上の中心点が使用される場合、製品又はゲージの中心線は、第１の点、第２の点、第３の点等の間で最適にフィッティングする線を使用して求められる。
【０１４７】
当然のことながら、レンズ歪み分析、所定の較正アルゴリズム５００、所定の部品計測アルゴリズム６００、及び／又はＲ＆Ｒアルゴリズム７００について先に説明した計測は、画素強度について画像データを調べることによって達成できる。これによって、検査システム１００は、レンズ１３８、第１のアーバー１３２、第２のアーバー１３４、及び／又は部品１６２の既知の点をデータ点として見つけ、記録できる。これらのデータ点を使用して、レンズ１３８、第１のアーバー１３２、第２のアーバー１３４、及び／又は部品１６２の物理的な特徴は、幾何学的／三角法の関係、推定、及び／又は予測などの所望の最終目的に適している方法によって計算できる。
【０１４８】
典型的な実施形態では、所定の部品のねじ山の仕様に対応して、計測位置の各々で複数の計測を実施することが考えられる。さらに、複数の個別の画素要素を有するように画像データを処理してもよい。処理装置１４２は、その後、前述のように複数の個別の画素要素の各画素を調べて、部品１５４の物理的特徴を求めることによって各計測を実施する。紙の印刷出力、コンピュータ画面、テレビ、プラズマディスプレイ及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの所望の最終目的に適している任意の表示装置を通して、画像データを表示することがさらに考えられる。部品の物理的特徴は、前述のように画像データを処理することによって求められるが、部品の物理的特徴は、所望の最終目的に適している任意の装置及び／又は方法を使用して画像データを処理して求めてもよい。検査システム１００は、無線ネットワーク（携帯電話、ポケベル、ＲＰ）、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イーサネット（登録商標）及び／又はモデムなどのネットワーク接続を介して操作及び／又は監視してもよい。
【０１４９】
処理装置１５２が、データ保存装置及び／又は処理装置１５２の揮発性メモリ（例えばＲＡＭ）に、画像データと計測結果とを保存することが考えられる。当然のことながら、リモートサーバなどの所望の最終目的に適している任意の位置に配置可能な揮発性及び／又は不揮発性のメモリロケーションに、画像データを保存することも考えられる。さらに、データストレージ装置を使用して、個別の部品データ及び／又は例えば特定のユーザ、部品の部分及び／又は特定の最終ユーザ装置などの所望の目的に特有の部品データのグループを保存してもよく、部品データはユーザに特有のデータ及び／又は部品の部分の履歴データなどの広い幅の情報を有していてもよい。
【０１５０】
典型的な一実施形態では、検査システム１００は自己較正を行い、複数の部品の計測のために自動化されていてもよい。さらに、検査システム１００は、高い検査コスト、オペレータの感情、疲労、確信のなさ及び／又は誤りを削減及び／又は無くすような非接触計測を可能にする。検査システム１００は、自動証明書及び情報出力ファイルの生成を可能にする。さらに、検査システム１００は、組み込み再現性及び信頼性（Ｒ＆Ｒ）認定及び試験プログラムを有しており、非常に高速な計測サイクルを可能にする。計測と報告のサイクルは通常２分未満の期間で実施される。さらに、検査システム１００は精度が約０．００００２０以下である。これは、現在の「属性（Attributes）」又は変数計測システムを使用しては絶対に実現できない。また、検査システム１００は、「属性」又は変数計測システムを使用して現在の仕様を満たすための検査に必要な部品の複数の特徴の１つだけを計測するよりも約２５倍高速である。
【０１５１】
検査システム１００を使用して部品１６２の特徴を計測するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコード及び／又は機械読み取り可能なコンピュータプログラムによってコード化されている媒体であって、コード及び／又は媒体はコントローラによって検査システム１００を操作するステップを有している方法を実装する命令を有している。検査システム１００は、コリメート光源１０２、コリメート光源１０２及び部品と光学的に通信している検知装置１０４とを有しており、処理装置１５２は、検知装置１０４と通信している。部品１６２が検査システム１００に結合するように部品１６２を配置するステップと、検知装置１０４とコリメート光源１０２との間の光の伝達を、部品１６２が部分的に遮るように部品１６２を配置するステップと、コリメート光線が部品１６２に入射して、部品１６２の影が検知装置１０４に受け取られるようにコリメート光源１０２を操作し、検知装置１０４が影に対応して画像データを生成するステップと、画像データを処理装置１５２に伝達するステップと、部品１６２の所望の特徴を求めるように画像データを処理し、特徴をユーザに表示するステップとを有している。
【０１５２】
典型的な実施形態によれば、図１２、１３、１９、２２、２３、２９、３０の処理は検査システム１００の内部、外部、又は外部と内部とに配置されているコントローラによって実装してもよい。さらに、図１２、１３、１９、２２、２３、２９、３０の処理は、コンピュータプログラムに対応して動作するコントローラによって実装してもよい。規定された機能と所望の処理だけでなくそのための計算（例えば、実行制御アルゴリズム、本明細書で規定した制御プロセス等）を実施するために、コントローラは、プロセッサ、コンピュータ、メモリ、ストレージ、レジスタ、タイミング、割り込み、通信インターフェイス、及び入出力信号インターフェイスだけでなく、前述の少なくとも１つを含んでいる組み合わせを有していてもよいが、これらには限定されない。
【０１５３】
本発明は、コンピュータ又はコントローラ実装プロセスの形態で実施できる。本発明は、フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、及び／又は他のコンピュータ読み取り可能メディアなどの具体的な媒体内に実現された、命令を有しているコンピュータプログラムコードの形態でも実施することが可能で、コンピュータプログラムコードがコンピュータ又はコントローラにロードされ実行されるときに、コンピュータ又はコントローラは本発明を実施する装置になる。本発明は、例えば、記憶媒体に保存されている、コンピュータ又はコントローラにロードされる及び／又は実行される、又は電線又はケーブル、光ファイバ、電磁放射などの何らかの伝送媒体を通して送信されるコンピュータプログラムコードの形態で実施することも可能で、コンピュータプログラムコードがコンピュータ又はコントローラにロードされ実行されるときに、コンピュータ又はコントローラは本発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサ上に実装されたときに、コンピュータプログラムコードセグメントは、特定の論理回路を生成するようにマイクロプロセッサを構成してもよい。
【０１５４】
以下の説明は、雌ねじが設けられている品物の内部特徴を計測する検査システム２０００に適用される。典型的な実施形態を、ナットやその他の雌ねじ部品などの雌ねじが設けられているゲージ、製品、及び部品の計測と検査に適用可能な例として本明細書で説明する。しかし、以下で典型的な実施形態を示し説明するが、当然、当業者は、本発明は以下の実施形態と用途に限定されず、歯車、内部孔、統合された平たい円柱孔(integral plane cylindrical bores)、雌ねじ、内径、及び／又は材料組成及び／又は強度の許容差の計測の精度が重要なあらゆる部品及び／又は計測を含むことを理解するであろう。さらに、当業者は開示された実施形態の範囲内で様々な実装と構成とが潜在的に可能であることを理解するであろう。
【０１５５】
本発明によれば、検査システムが与えられ、計測している表面をマッピングするレーザを使用する光学的な三角測量プローブなどの計測装置を使用して、雌ねじが設けられている製品（及び／又はゲージ、平坦な及び／又はねじ山が設けられているリングゲージ）の内部特徴の検査と計測とに使用可能である。実際に、内部検査は、内部表面及び／又は包囲部分を有しているほとんどの装置と構造の物理的な特徴の検査と計測とに使用可能であって、ねじ山が設けられている／いない製品、作業通り／止りリングゲージ及び／又はねじ山が設けられているマスターリングには限定されていない。本発明によれば、所望の内部特徴は、リード、フランク角（ねじ山の角度）、フランク角（先行）、フランク角（後続）、有効径、テーパー、内径、外径、外径隙間、真円度及び機能サイズを含むがこれらには限定されない。
【０１５６】
図３４を参照すると、内部検査システム２０００の一実施形態を示しており、計測プローブ２００２、計測プローブカラー２００４、計測プローブ配置装置２００６、計測プローブ支持装置２００８、処理装置２０１０、及び製品保持装置２０１２を有している。検査する製品を保持したり解放したりするためにオンとオフとが容易に切り替えられる電磁装置として、製品保持装置２０１２を本明細書では示し参照しているが、製品保持装置２０１２は、所望の最終目的に適している任意の製品保持装置２０１２とすることができる。例えば、製品保持装置２０１２は、摩擦、吸引、クランプ、クリップ等によって製品を保持してもよい。製品保持装置のこの代替の形式は、非金属（プラスチック、セラミック等）製品をしっかりと保持する場合に有用である。製品を検査中に、保持装置の助けを借りずに表面に単に置くことも考えられる。
【０１５７】
本発明では、計測プローブ２００２は、レーザ発光器／受光器部分２０１４を有している光学三角測量形式プローブとして示されており、レーザ発光器／受光器部分２０１４は、１インチの約２０００万分の１の計測分解能を有している計測レーザビームを発光し受光することが可能で、約１万分の１インチから約５万分の１インチの範囲のスポットサイズを有しているレーザビームを発光するように構成されている。当然であるが、分解能は、少なくとも部分的には光学的な三角測量プローブ内の鏡の構成に基づく。計測プローブ２００２は、計測プローブ２００２と処理装置２０１０との間でデータ（表面マップデータ及び／又は画像データ（影又は映像））を通信するように光ファイバケーブル２０１６を通して処理装置２０１０と通信可能であってもよい。信号（データ）調整回路を処理装置２０１０に（内部又は外部で）結合し、処理装置２０１０によるデータの受信の前及び／又は後に、信号を調整することが考えられる。さらに、データを処理装置２０１０に無線の方法／装置によって、又は有線接続によって送信することが考えられ、データは、処理装置２０１０への送信前に電気信号に変換される。さらに、計測プローブカラー２００４を設けることができ、計測プローブ２００２を覆って計測プローブ２００２と計測される製品の表面との間に十分な分離距離が確保できる。計測プローブ２００２を、レーザ光源を使用する光学的三角測量形式プローブとして示し説明しているが、当然のことながら、非レーザ平行光、光学、ボアスコープ、メーザー、電子ビームなど、電磁エネルギーを（電磁スペクトル全体に沿って）放射する、所望の最終目的に適している任意の形式の計測装置を使用可能である。
【０１５８】
計測プローブ配置装置２００６は、計測プローブ支持装置２００８によって支持されており、計測プローブ２００２を計測される製品の内部空間の内外に移動できる。本明細書ではボール摺動ユニットとして開示しているが、計測プローブ配置装置２００６は、所望の最終目的に適している任意の配置装置（例えば、電気又は空圧の配置可能な装置など）とすることができる。計測プローブ配置装置２００６は、計測プローブ２００２を製品内に、そして計測する表面に隣接して正確に配置できるようにする。計測プローブ配置装置２００６は、処理装置２０１０によって又は何らかの他の（外部又は内部の）装置によって正確に制御できる。製品保持装置２０１２は、計測する部品をしっかりと保持し配置するように設けられている。
【０１５９】
本発明の一実施形態によれば、内部検査システム２０００は以下のように動作する。図３４をまた参照すると、ねじ製品／部品２０１８（雌ねじが設けられている製品又はねじ山が設けられているリングなど）が製品保持装置２０１２に隣接して配置され、部品２０１８は、手又は自動化されている装置によって配置できる。製品保持装置２０１２は、電磁石を作動させて磁力によって部品２０１８を静止状態で、製品保持装置２０１２の電磁石の表面にしっかりと接触させて保持するように操作される。計測プローブ２００２は、計測プローブ２００２のレーザ発光器／受光器部分２０１４を覆うように配置されている計測プローブカラー２００４を備えており、製品２０１８の空洞内（又は計測される製品／部品の領域）に計測される製品表面に隣接するように位置されている。この初期部品方向を０°位置と呼ぶ。図３５を参照して、計測プローブ２００２が製品２０１８の空洞内にいったん配置されると、製品保持装置２０１２が操作されて、電磁石が非作動にされる（消磁される）。これによって、計測プローブ２００２の計測プローブカラー２００４上に製品２０１８を配置することができる。それに対応して、製品は、製品保持装置２０１２（電磁石）に隣接するように計測プローブカラー２００４上で「中心に揃えられる（centered）」。
【０１６０】
それから、図３６に示すように、製品保持装置２０１２を再度作動させ、電磁石を磁化させ、製品保持装置２０１２の電磁石に製品２０１８を接触させて、定位置にしっかりと保持する。ここで、計測プローブ２００２は、図３７に示すように製品２０１８の空洞から後退してもよく、図３８ａに示すように、計測プローブカラー２００４は、レーザ発光器／受光器部分２０１４から（少なくとも部分的に）離れるように配置されて、レーザ光が発光／受光されてよい。当然のことながら、カラー２００４の幅は、計測される製品表面と計測プローブ２００２との間に分離距離が得られるように大きさが設定されて、計測プローブ２００２がレーザ光を発光し、検知される製品２０１８の表面で反射した（及び／又は屈折した）レーザ光を十分に受光できるように、計測される製品表面と計測プローブ２００２との間に分離距離が得られる。この分離距離は、光学三角測量プローブの鏡及び／又は製品自体に依存していてもよい。例えば、一実施形態において、分離距離は、製品の内径と計測プローブ２００２との距離に等しくてもよい。
【０１６１】
計測プローブカラー２００４を取り除く前に、（前述のように）計測プローブ２００２を、空洞から（少なくとも部分的に）取り除くことが考えられる。又は、計測プローブ２００２が空洞内に依然として配置されている時に、計測プローブカラー２００４を（少なくとも部分的に）取り除いてもよい。又は、計測プローブ２００２は、計測プローブカラー２００４を有していなくてもよく、計測する表面に対するプローブの位置を求め、プローブ２００２、部品２０１８、又はプローブ２００２と部品２０１８の両方を移動させて分離距離を調整することによって分離距離を求めて実現してもよい。本発明の一実施形態によれば、これによって、計測プローブ２００２に対して製品２０１８を適切に配置できる。処理装置２０１０又は最終目的に適している任意の他の装置／方法によって全体が若しくは一部が制御されるような計測プローブ配置装置２００６又は別の配置装置を（少なくとも部分的に）使用して、計測プローブ２００２及び／又は計測プローブカラー２００４を配置することが考えられる。図３８ｂに示すように、複数の計測プローブ２００２（又は複数の発光器／受光器部分２０１４を有している１つの計測プローブ２００２）を実装し、０°位置と１８０°位置の両方を計測するために使用することも考えられる。１つ又は２つ以上のプローブを（プローブを環状に回転させたり、プローブを環状に配置したりすることによって）表面の３６０°（つまり０°から３６０°）を同時に計測して内部表面の完全な（又は部分的な）表面マップを生成するために使用することがさらに考えられる。この場合、分離距離は、前述のように求め実装したり、プローブ２００２を特定の製品２０１８についての適切な分離距離をとるために互いに対して配置してもよい。
【０１６２】
図３９を参照すると、計測プローブ２００２は、計測する表面に隣接するように製品２０１８の空洞内に配置されており、計測プローブ２００２は、計測される製品２０１８の表面を、レーザ光が照明するように操作される。通常、計測プローブ２００２は、製品保持装置２０１２の面に隣接して最初に配置されて、計測プローブ２００２が空洞から後退するときに内部の製品表面全体を計測できるようにされる。しかしながら、表面の所望の部分だけが計測されるように、計測プローブ２００２を部分的に空洞内に配置することが考えられる。それから、図４０ａに示すように、計測プローブ２００２がレーザ光を使用して計測される表面を照明している状態で、計測プローブ２００２を空洞から（つまり、計測プローブ配置装置２００６に向けて空洞を通して）後退させることができる。計測される表面に入射したレーザ光は、表面から「跳ね返り」、計測プローブ２００２に向けられ、計測プローブ２００２が空洞を横切るときに、反射されたレーザ光の少なくとも一部がプローブ２００２によって受光される。当然のことながら、この計測も空洞の最も外側の点から開始し、計測プローブ２００２が製品保持装置２０１２に向けて空洞を横切りながら表面を照明することによって実施できる。計測プローブ２００２が製品２０１８の空洞を通って、所望の画像品質／解像度などの所望のデータに依存したそして対応した一定の及び／又は可変の速度で引き出されるときに、計測プローブ２００２によって受光されたこのレーザ光によって、計測される表面のプロフィール（雌ねじが設けられている表面）を生成することができる。それから、必要に対応して、図４０ｂに示すように、このプロセスを９０°、１８０°、及び／又は２７０°の位置などの製品２０１８の他の向きについて繰り返すことができる。
【０１６３】
当然のことながら、ある実施形態では、計測プローブ２００２として使用されている光学的三角測量プローブは、計測される表面に入射するレーザビームを発光して動作してもよい。表面からのレーザビームの反射（又は反射の一部）は、計測プローブ２００２に受光され、従って、表面プロフィール画像（影の画像など）を生成することができる。電磁スペクトルの他の周波数（レーダ、メーザー等）を使用すること、及び／又は光学的三角測量プローブの代わりに表面の画像を生成するために使用されるカメラなどの他の計測装置を使用することも考えられる。当然のことながら、全ての計測値と特徴とが、その後、本明細書で説明したものと同じ（又は同様の）方法及び／又はアルゴリズムを使用して生成される。内部計測については、雄ねじの外径の最大の材料の状態の隙間を保証するように外径を計測することもできる。製品保持装置２０１２に製品を結合する作業を実施するように構成されている手や装置などの所望の最終目的に適している任意の方法／装置を使用して、製品保持装置２０１２に製品を配置することもさらに考えられる。本明細書の部品を、所望の最終結果を得るために異なるように構成することも考えられる。例えば、計測プローブ２００２を移動可能であるように、そして製品２０１８を静止しているように示しているが、計測プローブ２００２が静止しており、製品２０１８（又は製品保持装置２０１２）が移動可能であるようにすることも考えられる。
【０１６４】
図４１を参照すると、内部検査システム２０００を実装する方法３０００の一実施形態を示しているブロック図が図示されている。ブロック３００２に示すように、製品２０１８を製品保持装置２０１２に（電磁石によって）結合し、発光器／受光器部分２０１４を覆うように、計測プローブカラー２００４を計測プローブ２００２に結合するステップを有している。そして、動作ブロック３００４に示すように、計測プローブ２００２は、計測される製品２０１８の空洞内に製品保持装置２０１２の表面に隣接して及び／又は接触させて配置される。動作ブロック３００６に示すように、製品保持装置２０１２の電磁石が非作動にされて、計測プローブ２００２の計測プローブカラー２００４上に、製品２０１８の０°側が配置される。これによって、製品が揃えられ、また中心に揃えられ、適切な分離距離（この実施形態では計測プローブカラー２００４の幅である）が保証される。動作ブロック３００８に示すように、製品保持装置２０１２の電磁石を再度作動させることで、製品２０１８を再度固定し、計測プローブ２００２と製品２０１８との間に適切な分離距離が確保され維持されることが保証される。動作ブロック３０１０に示すように、計測プローブ２００２の発光器／受光器部分２０１４から（少なくとも部分的に）離れるように、計測プローブカラー２００４が配置される。そして、動作ブロック３０１２に示すように、計測プローブ２００２は、空洞の少なくとも一部を横切って、０°の側について（又は双計測プローブ２００２を備えているシステムについては０°と１８０°の両方について）製品２０１８の表面の物理的特徴（ねじ山など）を計測するように空洞内で移動する。表面計測中に、プローブ２００２が、製品２０１８の空洞内に（１回又は必要に対応して複数回）出入りするように移動することが考えられる。動作ブロック３０１４に示すように、前述の動作のいずれか又は全てを、製品２０１８（１８０°側）の同じ又は異なる向きについて必要に応じて繰り返すことができる。
【０１６５】
典型的な実施形態によれば、部品のねじ山の仕様や他の要因に対応して計測位置の各々で複数の計測を実施することが考えられる。さらに、複数の個別の画素要素を有するようにデータを処理してもよい。処理装置２０１０は、前述のように表面の物理的特徴を求めるために、複数の個別の画素要素の各画素（又は選択された画素）を調べることができる。データを紙の印刷出力、コンピュータ画面、テレビ、プラズマディスプレイ及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの所望の最終目的に適している任意の表示装置を通して（画像又は他の出力として）表示することがさらに考えられる。部品の物理的特徴は前述のようにデータを処理することによって求められるが、部品の物理的特徴は所望の最終目的に適している任意の装置及び／又は方法を使用してデータを処理して求めてもよい。検査システム２０００は、無線ネットワーク（携帯電話、ポケベル、ＲＰ）、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イーサネット及び／又はモデムなどのネットワーク接続を介して操作及び／又は監視してもよい。
【０１６６】
処理装置２０１０がデータ保存装置及び／又は処理装置２０１０の揮発性メモリ（例えばＲＡＭ）にデータと計測結果とを保存することが考えられる。当然、リモートサーバなどの所望の最終目的に適している任意の位置に配置可能な揮発性及び／又は不揮発性のメモリロケーションに、データを保存することも考えられる。さらに、データストレージ装置を使用して、個別の部品データ及び／又は例えば特定のユーザ、部品の部分及び／又は特定の最終ユーザ装置などの所望の目的に特有の部品データのグループを保存してもよく、部品データは、ユーザに特有のデータ及び／又は部品の部分の履歴データなどの広い幅の情報を有していてもよい。
【０１６７】
システム２０００が、得られた又は結果データ（画像など）を表示するフラットパネル表示装置などの表示装置を有していることもさらに考えられる。表示装置がフラットパネルディスプレイであると述べたが、表示装置は、所望の最終目的に適している任意の表示装置であってもよい。さらに、処理装置２０１０はＭＳ  Ｗｉｎｄｏｗｓオペレーティングシステム（又はより新しいバージョン）を動作させているコンピュータシステムであってもよいが、処理装置２０１０は所望の最終目的に適している任意の処理装置であってもよい。計測プローブ配置装置２００６は、ガラススライドを備えているステージと、耐クリープ技術を備えており交差しているローラを有しているリニアモータとを有してもよいが、所望の最終目的に適している任意の計測プローブ配置装置２００６を使用することができる。リニアモータは、所望の計測を達成するように任意の方向への十分な移動を可能にしてもよい（例えば、任意の所望の方向へのプラスとマイナスの５インチの移動）。計測プローブ配置装置２００６は、図４０ｂに示すように、ハードウェアによって実現されている及び／又は無線コントローラを介して動作するように構成することも可能で、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ軸の方向の移動に対応していてもよい。
【０１６８】
既知のように、部品のねじ山は、ねじの山とねじの谷との組み合わせであり、通常、一様の断面であって、円柱又は円錐の外側又は内側表面上の螺旋で溝を形成することによって作られている。部品のねじ山は、相手の部品のねじ山と連動するように構成されているので、ねじ山の大きさとねじ山の形態に関連している特定の重要な物理的特徴を厳密に制御することが必須である。これらの重要な特徴の許容可能な許容差からの逸脱が、システムの破滅的な故障及び／又は人命の喪失につながることがある。そのため、これらのねじ山の大きさの特徴とねじ山の形態の特徴とをできるだけ正確に計測することが好ましい。ねじ山の大きさの特徴には、外径、内径、機能径、及び有効径があり、ねじ山の形態の特徴には、ピッチ、リード、ねじれ角の一様性、フランク角、及びねじ山の角度があり、それらの各々を本明細書でより詳細に説明する。
【０１６９】
図４２と図４３とを参照すると、雌ねじ部品２０１８の側部断面図が図示及び説明されている。部品の外径は、表面が部品のまっすぐな軸線に平行で、雌ねじの谷底の境界を定めている大円柱と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅である。そのように、雌ねじが設けられているリングゲージは、隙間直径を有しており、ねじ製品は完全な形態の外径を有している。雌ねじが設けられているゲージと雌ねじが設けられている製品の両方について、完全な形態の外径は、完全な形態のねじ山の０°側で計測された大半径（部品の軸線と大円柱の１つの表面との間の距離つまり外径の半分と定義できる）と完全な形態のねじ山の１８０°の側で計測された大半径とに対応した合成計測値として定義することができる。部品の内径は、表面が部品のまっすぐな軸線に平行で、雌ねじの山の頂の境界を定めている仮想的な円柱つまり小円柱の直径である。
【０１７０】
一様な間隔を有している雌ねじ山のピッチは、軸線に平行に、その軸線方向の平面内で、軸線の側にて、隣接しているねじ山の形態の対応している点の間で計測した距離として定義することができる。従って、ピッチはインチあたりのねじ山の数（ＴＰＩ）として定義することが可能で、ピッチ距離は１／ＴＰＩとして定義することが可能で、ＴＰＩはねじ山の軸線に平行に、あるフランク上の点から次の使用可能なフランク上の対応している点まで計測される。部品の有効径は、ピッチ円柱と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅であり、該ピッチ円柱は、表面がねじ山つまり部品の軸線に平行で、ねじ山の山とねじ山の谷の幅が等しくなるように、表面がまっすぐなねじ山のプロフィールと交差している、ピッチ円柱と呼ばれる仮想的な円柱の直径つまり幅である。
【０１７１】
リードは、ねじ部品が固定されて嵌合しているねじ山に対して、その軸線を中心にねじ部品が回転するときに、角度方向の回転の量に関連して部品が移動する軸線方向の長さと定義できる。従って、リードは、ねじ部品が完全に１回、つまり３６０°回転したときの軸線方向の移動の量であって、ピッチは１つのフランク上の点から隣接しているフランク上の対応している点まで軸線に平行に計測された距離である。リードのどのような偏差も、雌ねじの機能径を減少させることにつながり、ねじ部品の有効径の動作許容差が急激に減少する。リードの偏差によって、ねじのねじ山がその螺合する部品と２〜３個の点を除いて全く係合できなくなることもある。従って、ねじ部品が組み立てられるときに、トルクが作用し、その結果、圧力は２〜３の、場合によっては１つの圧力フランクにだけ作用する。そのため、リードのどのような偏差によっても、いくつかのねじ山について非係合状態が発生し、非係合のために、圧力フランクの係合の点の位置で係合しているねじ山に不具合が発生する可能性がある。
【０１７２】
ねじ山の螺旋経路の偏差は、実際の螺旋状の延伸からの波状の偏差、つまりねじれ角の非一様性である。リードと同様に、螺旋経路の偏差が、うねりの大きさに比例して雌ねじ部品の機能サイズ減少の原因になる。故に、リードの偏差に関連して行われた全ての言及は、螺旋経路の偏差にも当てはまり、同様に、螺旋経路の偏差の結果、ねじ山のフランクが部分的に係合することもあり、その結果、トルク圧力が一様に分散せず、予荷重が緩和されることもある。
【０１７３】
ねじ山のねじ山の角度は、軸線方向の平面内で計測したねじ山のフランクの間の角度である。フランク角は、軸線方向の平面内で計測した個々のフランクとねじ山の軸線の垂線との間の角度である。対称ねじ山のフランク角は、半分のねじ山の角度又はねじ山の半分の角度と一般に呼ばれる。フランク角の偏差の結果、製品に線荷重が作用したりトルクが作用したりしたときに、ねじ山の不具合が発生することがある。これは、不適切なフランクの係合によって、圧力負荷がフランクに沿って均一に分散するのではなく、圧力負荷がフランクに沿って均一に分散しないことがあるためである。
【０１７４】
部品のその他の重要な物理的な特徴には、機能サイズ直径、ピッチ円錐のテーパー特徴、及び歪みがあり、それら全てが、非係合状態を発生させる可能性がある。実際に、変形、つまり本明細書で説明したあらゆる物理的な特徴の仕様からの偏差は、様々な程度の非係合の原因となることがある。
【０１７５】
雌ねじの機能径、つまり仮想直径は、リード、螺旋経路の偏差、フランク角の偏差、テーパー、及び歪みを考慮した製品のねじ山の最終的なサイズとして定められ得る。そのため、機能径は、完全な深さの係合であるが山の頂と谷底の位置で明確な指定された長さの係合を有している完全なピッチ、リード、及びフランク角の外側を覆うねじ山の有効径であると見なすことができる。雌ねじについては、機能径は、係合の指定された長さにわたるリードとフランク角の変動を含む偏差の累積効果を有効径から減算することによって、導出できる。従って、テーパー、歪み、表面の欠陥の効果は、雌ねじの機能サイズにおいては正又は負となることがあるのは明らかである。
【０１７６】
ピッチ円柱のテーパー特徴は、ねじ山のピッチ円柱が単にテーパー状になることである。故に、テーパー状のねじ山は、完全なねじ山の係合を実現できず、それは、圧力フランク上での不均一なトルク圧力状態と予荷重の緩和とが原因の製品の不具合につながることもある。
【０１７７】
ピッチ円柱の円形からのあらゆる偏差であるピッチ円柱の歪みによって、ねじ山の係合が限定され、相手のねじ山との線接触だけが可能になり、これには多円弧と楕円との２種類の歪みが通常含まれる。
【０１７８】
計測するねじ部品の好ましい物理的特徴を以上で説明し、これらの特徴を計測する方法全体を以下で示し説明する。さらに、本明細書で説明する方法、計算、及びアルゴリズムの各々は、システムオペレータ及び／又は自動化システムによって実施することが可能であると考えられる。
【０１７９】
計測される表面（つまりねじ山の０°側と１８０°側）のデータが得られると、フランク角を求めることができる。データを使用して、内径、外径、有効径、リードピッチ、先行／後続フランク角及び／又はねじ山の角度を求めることができる。大半径は、外径によって求められ、それはねじ山の０°側と対応している１８０°側の大半径に基づいた合成計測値である。従って、大半径は、個々の計測値を総和し、集められた計測値の数で除することによって求められる。計測位置の数は、ねじ山の表によって定められているように、ねじ山の幅の７０％を取り、それらねじ山の中心に揃えることよって定めることができる。それから、この大半径の平均を０°と１８０°の両方の側から組み合わせて外径とすることができる。対象とする位置での先行角度と後続角度、外径、ピッチリード、山の頂の幅に基づいている有効径の計算を以下の式によって求めることができる。
ＰＤ＝ＭＤ−（Ｃｏｔ（ＰＬ／２）−ＣＷ）
ここで、ＰＤは有効径、ＭＤは外径、ＰＬはピッチリード、ＣＷは山の頂の幅である。先行／後続／先行フランクに沿った谷の距離と山の距離との間の差に対応しているリード前部の計測値は、様々な既知の方法によって求めることができる。
【０１８０】
さらなる実施形態において、有効径（ＰＤ）を、データに存在する可能性のある任意の収差を調整するために補正係数（ＣＦ）と共に求めることができる。図４４を参照すると、複数のねじ山４００２を有しており、対称な雌ねじが設けられている物体４０００を示している。物体４０００は、ねじ山の谷４００４とねじ山の山４００６とを有している。ねじ山が設けられている物体４０００の有効径（ＰＤ）は、物体の０°側の点と物体の１８０°側の点との間の距離として単純に記述することが可能で、ねじ山の山ｇ1とねじ山の谷ｇ2の幅は等しい（図４３を参照）。しかし、場合によっては、レーザビームが計測する表面から反射され、不要な反射が計測プローブ２００２の検知装置に入射し、データの収差の原因になることがある。そのため、生成されたデータは、不要な高い及び／又は低い次数の反射に対応するデータを含んでいることがあり、従って影の画像４００８で示すように物体４０００の有効径（ＰＤ）などの物理的な特徴が歪んでいたり、不正確になったりすることがある。
【０１８１】
画像データ内の影の画像４００８の任意の収差を補償するために、補正係数（ＣＦ）を生成し、有効径（ＰＤ）を求める処理に適用することができる。そのため、有効径（ＰＤ）は以下の式で表すことができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved−ＣＦ
ここで、ＰＤFinalは任意の収差に対して修正されている有効径（ＰＤ）、ＰＤObservedは計測された任意の収差を含んでいる有効径（ＰＤ）、そしてＣＦは任意の収差を表している補正係数（ＣＦ）である。
【０１８２】
例えば、雌ねじについて示すように、任意の収差を補償する一実施形態は、影の画像に対応して補正係数（ＣＦ）を生成するステップと、を検知装置によって生成された影の画像データから補正係数（ＣＦ）減算するステップとを有し、補正係数（ＣＦ）はｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有している３Ｄ空間におけるねじ山の１つのフランク（つまりねじ山の山の裏側）を、ｘ軸とｙ軸だけを有している２Ｄ空間内へのストリップの埋め込みとして、パラメータによって示すことによって求められてもよい。図４５を参照すると、対称なねじ山を有している物体つまり部品について、２つの変数（ｒ、ｔ）だけを使用して、２つの点ｒ1とｒ2との間に描かれている直線Ｋx-zによって接続されているｘ−ｚ軸上のねじ山の内径を表している第１の点ｒ1と、ｘ−ｚ軸上のねじ山の外径を表している第２の点ｒ２とをｘ−ｚ平面内に示している。変数Ｒはｘ−ｚ平面における有効径（ＰＤ）の２Ｄ表現であって、ｔはｘ−ｚ平面内の点ｒ1とｒ2の間に描画されている直線Ｋx-zと直線Ｋx-zのｘ−ｙ平面上への投影Ｋx-yとの間の角度として表すことのできるフランク角である。さらに、変数Ｌx-zはねじ山のリード角度であって、変数ｍはフランク角ｔの正接である。変数ｒはｚ軸と直線Ｋx-z上の点との間の距離を表しているｘ−ｚ平面上の点であって、従って内径の半分から外径の半分までの範囲である。そのため、以下の式を使用して前述の関係をパラメータ化することができる。
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｙ＝ｒｓｉｎ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
【０１８３】
それからこの埋め込みは以下の式を使用してｘ−ｚ平面上に投影し、
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
ヤコビ行列の行列式を求めることが可能で、ヤコビ行列は以下のように定義される。
【数８】
2012504223.tif 000010
周知のように、ヤコビ行列はベクトル値関数の全ての１次偏微分の行列であって、所与の点の近傍の微分関数に対する「最良の」線形近似を表していることもある。
従って、前述のように導出された式を使用すると次のようになる。
ｘ＝ｒｃｏｓ（ｔ）
ｚ＝ｍｒ＋Ｌｔ／２ｎ
ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）は次のように表すことができる。
【数９】
2012504223.tif 000011
ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）を解いて、ｘ−ｚ平面上の影の画像（つまりリボン）の一式の点を見つけることは、以下の式によって示される。
Ｊ＝（（Ｌ／２π）ｃｏｓ（ｔ）＋ｍｒｓｉｎ（ｔ））＝０
ここで
ｒ＝−（Ｌ／（２πｍｔａｎ（ｔ）））
【０１８４】
図４６を参照すると、Ｒの値がねじ山の有効径（ＰＤ）の半分に設定された場合、ｒ＝Ｒでｔ＝０の点のすぐに「右」のリボン（つまり影の画像）の投影上の点を求めることができる。これは、有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｒ、０、ｍＲ）と同じｚ座標を有しているリボン上の点であって、従って、有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）において、ｚ＝ｍＲであることがわかる。ｚ＝ｍＲをｚの式に代入すると以下の式が得られる。
ｚ＝ｍＲ＝ｍｒ＋Ｌｔ／（２πｍ）
ｒ＝Ｒ−Ｌｔ／（２πｍ）
そして、式（１）を式（２）に組み合わせることによって、以下の式が得られる。
−Ｌ／（２πｍｔａｎ（ｔ））＝Ｒ−Ｌｔ／（２πｍ）
及び
Ｌ＋（２πｍＲ−Ｌｔ）ｔａｎ（ｔ）＝０
この式は、Ｌ、ｍ、及びＨの各所与の値について解かなければならない。フランク角ｔがわかっていると、これらの方程式は、ｒを求めるために解くことが可能で、有効径（ＰＤ）の変位の半分が、リボン上の点のｘ座標から有効径（ＰＤ）の点（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｒ、０、ｍ）のｘ座標を減算した値、つまり簡単にはｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒである。従って、当然、補正係数（ＣＦ）はこの量の２倍であると仮定され、以下の式で与えられる。
ＣＦ＝２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
従って、任意の収差について調整されている対称に雌ねじが設けられている物体についての有効径ＰＤFinalは、前述の補正係数（ＣＦ）を式（１）に適用して、以下の式を得ることによって求めることができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved−２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
同様に、バットレスねじ山など非対称なねじ山を有している物体や部品については、ここで適用される方法を両方のフランクに使用することができる（非対称のせいで各フランクについて計算しなければならない）。そのため、両方のフランクについて前述のアプローチを使用している単純な幾何学的な理屈によって、２つの結果を一種の重み付き平均に組み合わせて、次の式を得ることができる。
ＣＦ＝（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
ここで、ｄ１とｄ２は、対称な雌ねじ山として独立して扱われる２つのフランク角についての影の修正であって、ａ１とａ２はそれぞれのフランク角である。以上から、任意の収差について調整されている非対称に雌ねじ山が設けられている物体についての有効径ＰＤFinalは、前述の補正係数（ＣＦ）を式（１）に適用して、以下の式を得ることによって求めることができる。
ＰＤFinal＝ＰＤObserved −（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
【０１８５】
図４７を参照すると、ブロック図は、検査システム２０００を使用して雌ねじ部品の物理的特徴を計測する高レベルの方法５０００を示しており、動作ブロック５００２に示すように、物体を検査システム２０００に配置するステップを有している。動作ブロック５００４に示すように、検査システム２０００は、計測プローブ２００２が計測される表面に入射するレーザ光線を発光し、反射したレーザ光線を少なくとも部分的に計測プローブ２００２の検知装置に入射させるように操作される。それに対応して、初期データが生成／取得される。動作ブロック５００６に示すように、この初期データは処理され、部品２０１８の複数の物理的特徴の少なくとも１つに対応して結果データを生成し、初期データは初期データ内の任意の収差を修正するように少なくとも部分的に前述のアルゴリズムに対応して処理される。本明細書で説明したように、アルゴリズムは計測される部品の種類に少なくとも部分的に対応していてもよい。例えば、物体が、対称なねじ山を有している雌ねじが設けられている物体の場合、所定のアルゴリズムは少なくとも部分的に次の式に対応していてもよい。
ＣＦ＝２（ｒｃｏｓ（ｔ）−Ｒ）
しかし、物体が非対称なねじ山を有している雌ねじが設けられている物体の場合、所定のアルゴリズムは少なくとも部分的に次の式に対応していてもよい。
ＣＦ＝（ｄ１ｔａｎ（ａ１）＋ｄ２ｔａｎ（ａ２））／（ｔａｎ（ａ１）＋ｔａｎ（ａ２））
【０１８６】
図４８を参照すると、ブロック図は、検査システム２０００によって生成されたデータの収差を修正する方法６０００を示しており、動作ブロック６００２に示すように、検査システム２０００によって初期データを生成するステップを有しており、計測プローブ２００２の検知装置は、計測する表面と反射されたレーザ光線に含まれている任意の収差に対応して初期画像データを生成する。それから、動作ブロック６００４に示すように、初期画像データを処理して結果データを生成してもよい。これは、動作ブロック６００６に示すように、初期データから初期有効径（ＰＤ）データを生成することによって達成される。それから、動作ブロック６００８に示すように、初期有効径（ＰＤ）データはパラメータ化され、ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）によって解かれるが、動作ブロック６０１０に示すように、ヤコビ行列Ｊ（ｘ1．．．ｘn）は部品の複数の物理的な特徴に対応して解かれ、補正係数（ＣＦ）データが生成され、複数の物理的な特徴は、リード角度、フランク角、外径、及び内径の少なくとも１つを含んでいてもよい。補正係数（ＣＦ）データがいったん求められると、動作ブロック６０１２に示すように、初期有効径（ＰＤ）データが補正係数（ＣＦ）データに対応して処理され、結果の有効径（ＰＤ）データが得られる。リード前部計測値とリード後部計測値との間の距離に対応した複数のねじ山のリード、後続角度、及びねじ山の角度を公知のように求めることができる。
【０１８７】
この時点で、第２のねじ山の０°側計測、第１の完全なねじ山の１８０°側計測を１８０°側の第１の完全なねじ山で実施してもよく、内径、外径、有効性、及びリードピッチを求めてもよい。第２のねじ山の１８０°側計測を１８０°側の第２の完全なねじ山で実施してもよく、大半径、ピッチ半径、及びリードピッチを求めることができる。部品の値と限界とを更新し、結果を保存し、システムオペレータに表示し、及び／又は印刷してもよい。
【０１８８】
本明細書で説明しているような計測値の異常に対応するために、以下の新規で独特のアルゴリズムを本明細書と、引用を以て内容と開示の全体が本明細書の一部となる米国特許出願第１１／３９１，５２１号及び第１１／５０２，６７８号及び米国特許第７，２２７，１６３号に開示された発明に適用することができる。
【０１８９】
雌ねじ部品の計測値の様々なパラメータを（必要に対応して）「平滑化する」には、以下の回帰分析アプローチを使用して最終的な平滑化データを得ることが可能で、以下のステップを有している。
４）標準的な最小２乗直線形回帰分析を実施する。
５）ｑトリミング線形回帰分析を実施する。
６）耐性回帰手続きを実施する。
このアプローチは、全体又は一部を、所望のそして所望の最終結果に適している任意の順番で実施することができる。±２シグマ標準偏差の外側の端の残差を生成し、再フィッティングを生成することができる。それに対応して、「実際の直線」からの過度の偏差を以下のような２つのアプローチの少なくとも一方を使用して取り除くことができる。
１）第１のアプローチは最小２乗直線をフィッティングするステップを有しており、以下の式を最小化することからなる。
【数１０】
2012504223.tif 000012
ここで、ａはｂの切片、ｂは求められた／理論上の勾配（予測できる）、ｋは生成された値の数、ｘkとｙkは各座標対についての残差、ｗkは包含／除外される最小２乗直線のフィットであって、ｗkの値は０（除外）又は１（包含）となる。それから、勾配ｂと切片ａとの理論的な予測値が次のように求められる。
【数１１】
2012504223.tif 000013
ここでｘバーとｙバーとは計測を行ったｘとｙ座標値の平均であって、ａハットとｂハットとはａとｂとの予測値である。この予測から、座標対（ｘk、ｙx）の各々の残差を以下のように計算することができる。
【数１２】
2012504223.tif 000014
これは、データ点と対応する線上にあると予測される点との差の量であって、ｒ（ｋ）は各座標対ｘk、ｙxの残差である。残差を、以下のように最小から最大まで（必要に対応して最大から最小まで）ソートする。
ｒ(1)＜ｒ(2)＜．．．＜ｒ(n)
これらの値は、残差が最大の絶対値を有している点を特定し、それらを取り除いたり重み付け変数ｗを使用して重み付けしたりすることによって除去してもよい。重み付け変数ｗを生成する１つの方法は、トリミングする点についてｗk＝０に設定することによる。これがいったん実施されると、最小２乗直線を再度フィッティングし、再度フィッティングされた線を使用して雌ねじ部品に対して必要なパラメータを求める。最大約３０％の点をトリミングすることができるが、最小２乗直線の再フィッティングの前に、通常約５％〜１０％の点だけをトリミングする。
【０１９０】
第２のアプローチは以下のステップを有していてもよい。
２）最小２乗直線のフィッティングと、残差の計算。しかし、このアプローチには、以下で与えられる標準偏差の約２又は２．５倍の外側の残差のトリミングを伴っている。
【数１３】
2012504223.tif 000015
ここでｎは残差の数である。２倍の標準偏差基準を使用することによって、約５％のデータをトリミングし、トリミングされたデータセットの最小２乗予測値を使用して線を再度フィッティングすることができる。前述の両方のアプローチにおいて、アルゴリズムは簡単に以下にように記述することができる。
３）ねじ山のプロフィールに対応して元のデータに線をフィッティングする。
ａ．残差を計算
ｂ．残差のソート
ｃ．データセットのトリミング
ｉトリミングされたデータに線をフィッティングする
ｉｉ．新しい残差を計算
ｉｉｉ．新しい残差をソート
ｉｖ．新しいデータセットのトリミング
４）再トリミングされたデータセットを使用してねじのねじ山の幾何学的パラメータを計算。
【０１９１】
本明細書で説明しているような計測値の異常に対応するために、以下の新規で独特のアルゴリズムを本明細書と、引用を以て内容と開示の全体が本明細書の一部となる米国特許出願第１１／３９１，５２１号及び第１１／５０２，６７８号及び米国特許第７，２２７，１６３号に開示された発明に適用することができる。当然、前述のアプローチは、外径、有効径、リード角度、内径、螺旋の変動などの全ての計測に適用することができる。最小２乗フィッティングを使用するのではなく、他のアプローチにおいて最小絶対値偏差フィッティングを使用することが考えられ、以下によって最小化される。
【数１４】
2012504223.tif 000016
直交最小２乗アプローチ、つまりねじ山のフランクに垂直な偏差の計測も使用することが考えられる。しかし、このアプローチの計算はより複雑である。さらに当然、完全なデータセットを保持し、保持するかトリミングするかによって各点を参照しなければならない。特に、残差の標準偏差が大きくなると、ねじのねじ山の品質が低下する。
【０１９２】
雌ねじの設けられている部品の機能サイズにおける偏差に対応するために、以下のアルゴリズムを使用することができる。
・ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２とする
・ｓｔｄ＝３０度基準フランク角（度又はラジアンで与えることができる）とする
・ｐ＝指定ピッチ＝１／ＴＰＩ（インチあたりのねじ山）とする
・ｄｐ＝ピッチの誤差＝１つの開始ねじ山を仮定したリードの誤差（正又は負）とする
・ｐｄ＝実際の計測された有効径とする
・Ｌ＝｜ｄｐ／ｔａｎ（ａｖｇ）｜（必要に対応して絶対値を使用したりしなかったりする）とする
・Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜とし、｜｜は絶対値を意味する
・ｆｓ＝機能サイズとする
従って、機能サイズ（ｆｓ）は有効径の値と全てのねじ山のプロフィールの変動の累積効果との和で表され、以下の式となる。
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａ
それに対応して、誤差がない場合（つまりｄｐ＝０）、ｆs＝ｐｄである。しかし、誤差が存在する場合（つまりｄｐ＝±）、ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａであって、ｐｄ＝ねじ山のプロフィールの有効径、Ｌ＝ねじ山のプロフィールのリード誤差、及びＡ＝ねじ山のプロフィールの角度誤差である。
【０１９３】
典型的な一実施形態によれば、検査システム２０００は自己較正を行う、複数の部品の計測のために単独の形態又は組み立てラインの形態で自動化されているシステムであってもよい。さらに、検査システム２０００は、高い検査コスト、オペレータの感情、疲労、確信のなさ及び／又は誤りを削減及び／又は無くす非接触計測を可能にする。検査システム２０００は、自動証明書及び情報出力ファイルの生成を可能にする。さらに、検査システム２０００は、組み込み再現性及び信頼性（Ｒ＆Ｒ）認定及び試験プログラムを有していてもよく、非常に高速な計測サイクルを可能にしてもよい。
【０１９４】
検査システム２０００によってコントローラに本明細書で開示した方法（全部又は一部）を実装させる機械読み取り可能コンピュータプログラムコードによってコード化されている機械読み取り可能プログラムコード及び／又は媒体も提供され、方法の処理は検査システムの内部、外部又は内部と外部に配置されているコントローラによって実装してもよい。従って、コントローラはコンピュータプログラムに対応して動作してもよく、規定された機能と所望の処理だけでなくそのための計算（例えば、実行制御アルゴリズム、本明細書で規定した制御プロセス等）を実施するために、コントローラは、プロセッサ、コンピュータ、メモリ、ストレージ、レジスタ、タイミング、割り込み、通信インターフェイス、及び入出力信号インターフェイスだけでなく、前述の少なくとも１つを含んでいる組み合わせを有していてもよいが、これらには限定されない。
【０１９５】
本発明は、コンピュータ又はコントローラ実装プロセスの形態で実施することができる。本発明は、フロッピーディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、及び／又は他のコンピュータ読み取り可能メディアなどの具体的な媒体内に実現されている、命令を含んだコンピュータプログラムコードの形態でも実施することが可能で、コンピュータプログラムコードがコンピュータ又はコントローラにロードされ実行されるときに、コンピュータ又はコントローラは本発明を実施する装置になる。本発明は、例えば、記憶媒体に保存されている、コンピュータ又はコントローラにロードされる及び／又は実行される、又は電線又はケーブル、光ファイバ、電磁放射などの何らかの伝送媒体を通して送信されるコンピュータプログラムコードの形態で実施することも可能で、コンピュータプログラムコードがコンピュータ又はコントローラにロードされ実行されるときに、コンピュータ又はコントローラは本発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサ上に実装されたときに、コンピュータプログラムコードセグメントは、特定の論理回路を生成するようにマイクロプロセッサを構成してもよい。
【０１９６】
本発明を典型的な実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行うことができることと、等効物で本発明の要素を置き換えることができることが当業者には理解されるであろう。例えば、内部検査システムをレーザ周波数源を参照して本明細書で説明したが、平行光、Ｘ線、カメラ、ボアスコープ、メーザー、電子顕微鏡などの、しかしこれらには限定されない所望の最終目的に適している他の計測源／装置（光学又は非光学）又は計測源／装置の組み合わせを使用することができる。さらに、本発明の教示するところによって、本発明の必須の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料に対応して修正することができる。そのため、本発明が本発明を実施するために考えられる最良の形態として本明細書で開示した特定の実施形態に限定されないことを意図している。
【図１】
2012504223.tif 000023
【図２】
2012504223.tif 000024
【図３】
2012504223.tif 000025
【図４】
2012504223.tif 000026
【図５】
2012504223.tif 000027
【図６】
2012504223.tif 000028
【図７】
2012504223.tif 000029
【図８】
2012504223.tif 000030
【図９】
2012504223.tif 000031
【図１０】
2012504223.tif 000032
【図１１】
2012504223.tif 000033
【図１２】
2012504223.tif 000034
【図１３】
2012504223.tif 000035
【図１４】
2012504223.tif 000036
【図１５】
2012504223.tif 000037
【図１６】
2012504223.tif 000038
【図１７】
2012504223.tif 000039
【図１８】
2012504223.tif 000040
【図１９】
2012504223.tif 000041
【図２０】
2012504223.tif 000042
【図２１】
2012504223.tif 000043
【図２２】
2012504223.tif 000044
【図２３】
2012504223.tif 000045
【図２４】
2012504223.tif 000046
【図２５】
2012504223.tif 000047
【図２６】
2012504223.tif 000048
【図２７】
2012504223.tif 000049
【図２８】
2012504223.tif 000050
【図２９】
2012504223.tif 000051
【図３０】
2012504223.tif 000052
【図３１】
2012504223.tif 000053
【図３２】
2012504223.tif 000054
【図３３】
2012504223.tif 000055
【図３４】
2012504223.tif 000056
【図３５】
2012504223.tif 000057
【図３６】
2012504223.tif 000058
【図３７】
2012504223.tif 000059
【図３８ａ】
2012504223.tif 000060
【図３８ｂ】
2012504223.tif 000061
【図３９】
2012504223.tif 000062
【図４０ａ】
2012504223.tif 000063
【図４０ｂ】
2012504223.tif 000064
【図４１】
2012504223.tif 000065
【図４２】
2012504223.tif 000066
【図４３】
2012504223.tif 000067
【図４４】
2012504223.tif 000068
【図４５】
2012504223.tif 000069
【図４６】
2012504223.tif 000070
【図４７】
2012504223.tif 000071
【図４８】
2012504223.tif 000072
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月14日(2011.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光路を規定し、前記光源光路に沿ってコリメート光線を伝搬させるように動作可能なコリメート光源と、
センサ光路を規定し、前記センサ光路は前記光源光路にほぼ垂直な検知装置と、
位置合わせ装置用ステージを有する位置合わせ装置と、
前記光源光路内にあって前記コリメート光線を受光するように前記位置合わせ装置上に配置されており、反射された前記コリメート光線が前記センサ光路に沿って前記検知装置まで伝搬するようにする反射装置と、
保持マウントであって、前記保持マウントの一部は前記センサ光路内に配置され、部品が前記保持マウントの内部に保持されたときに、前記部品は前記反射されたコリメート光線の少なくとも一部を遮り、影が発生して前記検知装置に投影され、前記検知装置が前記影に対応してデータを生成する保持マウントと、
前記データの少なくとも一部を受信するように前記検知装置と通信し、平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムの少なくとも１つに対応して前記データを処理するように構成されている少なくとも１つの処理装置と、
を有する検査システム。
【請求項２】
前記平滑化アルゴリズムは、以下の式、
【数１５】
2012504223.tif 000073
に対応して最小２乗直線をフィッティングするステップを有しており、ここでａはｂの切片、ｂは勾配、ｋは生成された値の数、ｘkとｙkは各座標対の残差、ｗｋは最小２乗直線のフィットである、請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記切片ａと勾配ｂとは、以下の式に対応し、
【数１６】
2012504223.tif 000074
ここでｘバーとｙバーとは、ｘ座標とｙ座標の平均値であって、ａハットとｂハットとはａとｂとの予測値である、請求項２に記載の検査システム。
【請求項４】
各座標対（ｘk及びｙk）についての前記残差は、以下の式に対応し、
【数１７】
2012504223.tif 000075
ここでｒ（ｋ）は座標対ｘk、ｙkの各々についての残差である、請求項２に記載の検査システム。
【請求項５】
前記機能サイズアルゴリズムは、以下の式に対応し、
ｆs＝ｐｄ＋Ｌ＋Ａ
ここで、ｆsは前記部品の機能サイズ、ｐｄは前記部品のねじ山のプロフィールの有効径、Ｌは前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差、Ａは前記部品の前記ねじ山のプロフィールの角度誤差である、請求項１に記載の検査システム。
【請求項６】
前記ねじ山のプロフィールの前記リード誤差Ｌは、以下の式に対応し、
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
ここでｄｐはピッチ距離の誤差である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項７】
前記ねじ山のプロフィールの前記リード誤差Ｌは、以下の式に対応し、
Ｌ＝｜単位回転あたりの軸線方向の移動｜、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
ここでｄｐはピッチ距離の誤差である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項８】
前記ねじ山のプロフィールＡの前記角度誤差は、以下の式に対応し、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
ここでｐは指定されたピッチ距離、ｓｔｄは基準フランク角である、請求項５に記載の検査システム。
【請求項９】
光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが移動自在に結合している検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法であって、
前記部品が前記保持マウント内に配置されるように、前記部品を前記検査システムに連結するステップと、
前記検査システムを動作させて、前記光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、
前記反射装置を介して前記コリメート光線を反射させて、反射した前記コリメート光線が前記部品に入射して前記検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射した前記コリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、
前記部品の影に対応して画像データを生成するステップと、
前記画像データを処理して、前記部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応した結果データを生成し、前記結果データは、平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記平滑化アルゴリズムは、
前記部品に対応して生成された前記画像データの少なくとも一部に、前記部品の最小２乗直線をフィッティングするステップと、
前記最小２乗直線に対応して複数の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の残差データ点をソートするステップと、
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記平滑化アルゴリズムは
前記複数の残差データ点に残差最小２乗直線をフィッティングすることによって、前記複数の残差データ点をトリミングするステップと、
前記残差最小２乗直線に対応して複数の第２の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の第２の残差データ点をソートするステップと、
複数の前記第２の残差データ点に対応してねじのねじ山形状寸法パラメータを求めるステップと、
をさらに有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記機能サイズアルゴリズムは、
前記部品の有効径と、前記部品の平均フランク角（ａｖｇ）と、前記部品の指定ピッチ（ｐ）と、前記部品のピッチ距離の誤差（ｄｐ）とを求めるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差（Ｌ）求めるステップであって、前記リード誤差（Ｌ）は、前記部品の前記ピッチ距離（ｄｐ）の前記誤差と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下の少なくとも１つ、
Ｌ＝｜単位回転あたりの軸線方向の移動｜、及び
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、
によって与えられるステップとを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記機能サイズアルゴリズムは、前記部品のねじ山のプロフィールの角度誤差（Ａ）求めるステップであって、前記角度誤差（Ａ）は、前記部品の指定された前記ピッチ距離（ｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
によって与えられるステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センタリングアルゴリズムは、
前記保持マウント内に保持されている前記部品に沿った複数の位置の各々について中心線の値を求めるステップと、
前記複数の位置の各々の前記中心線の値を結ぶ線を投影することによって中心線を特定するステップと、
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の位置が２つよりも多い場合、前記中心線は、前記複数の位置の各々の前記中心線の値の間に最も適切にフィッティングされる線を特定することによって得てもよい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードであって、前記プログラムコードは、光源と、検知装置と、反射装置と、保持マウントとを有し、それらのうちの少なくとも１つが移動自在に結合している検査システムを使用して部品の物理的な特徴を計測する方法をコントローラに実装させる命令を有しており、前記方法は、
部品が前記保持マウント内に配置されるように、前記検査システムに前記部品を連結するステップと、
前記検査システムを動作させて、前記光源が光源光路に沿って伝搬するコリメート光線を発光するようにするステップと、
前記コリメート光線を前記反射装置を介して反射させて、反射した前記コリメート光線が前記部品に入射して前記検知装置に投影される部品の影を生成するように、反射した前記コリメート光線をセンサ光路に沿って伝搬させるステップと、
前記部品の影に対応して画像データを生成するステップと、
前記画像データを処理して、前記部品の複数の物理的な特徴の少なくとも１つに対応して結果データを生成し、前記結果データは平滑化アルゴリズム、機能サイズアルゴリズム、及びセンタリングアルゴリズムのうちの少なくとも１つに対応しているステップと、
を有するプログラムコード。
【請求項１７】
前記平滑化アルゴリズムは
前記部品の最小２乗直線を前記部品に対応して生成された前記画像データの少なくとも一部にフィッティングするステップと、
前記最小２乗直線に対応して複数の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の残差データ点をソートするステップと、
残差最小２乗直線を前記複数の残差データ点にフィッティングすることによって前記複数の残差データ点をトリミングするステップと、
前記残差最小２乗直線に対応して複数の第２の残差データ点を求めるステップと、
前記複数の第２の残差データ点をソートするステップと、
複数の前記第２の残差データ点に対応してねじのねじ山形状寸法パラメータを求めるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記機能サイズアルゴリズムは、
前記部品の有効径と、前記部品の平均フランク角（ａｖｇ）と、前記部品の指定ピッチ（ｐ）と、前記部品のピッチ距離（ｄｐ）の誤差とを求めるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールの角度誤差（Ａ）を求めるステップであって、前記角度誤差（Ａ）は、前記部品の指定された前記ピッチ距離（ｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下、
Ａ＝｜１．５＊ｐ＊ｔａｎ（ａｖｇ−ｓｔｄ）｜
によって与えられるステップと、
前記部品のねじ山のプロフィールのリード誤差（Ｌ）求めるステップであって、前記リード誤差（Ｌ）は、前記部品の前記ピッチ距離の誤差（ｄｐ）と前記部品の前記平均フランク角（ａｖｇ）とに対応し、以下の少なくとも１つ、
Ｌ＝単位回転あたりの軸線方向の移動、及び
ａｖｇ＝（先行フランク＋後続フランク）／２
によって与えられるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記センタリングアルゴリズムは、
前記保持マウント内に保持されている前記部品に沿った複数の位置の各々について中心線の値を求めるステップと、
前記複数の位置の各々の前記中心線の値を結ぶ線を投影することによって、中心線を特定するステップであって、前記複数の位置が２つよりも多い場合、前記中心線は、前記複数の位置の各々の前記中心線の値の間に最も適切にフィッティングされる線を特定することによって得られるステップと、
を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上にコード化されている、請求項１６に記載の機械読み取り可能なコンピュータプログラムコード。
【請求項２１】
雌ねじ部品のねじ山の表面の少なくとも一部を計測する検査システムにおいて、
発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置可能なように大きさと形状とが設定された少なくとも１つの計測プローブであって、前記発光器は前記ねじ山表面に電磁エネルギーを放射して、前記ねじ山表面から反射された電磁エネルギーを発生するように構成されており、前記受光器は、前記反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、前記ねじ山表面のデータを生成するように構成されている、少なくとも１つの計測プローブと、
前記ねじ山表面のデータを受信し、前記計測プローブと信号によって通信して、前記ねじ山表面の物理的な特徴を求める処理装置と、
少なくとも１つの作動状態と少なくとも１つの非作動状態とがあるように構成された部品保持装置であって、前記作動状態では、前記少なくとも１つの計測プローブに対して一定の位置に前記雌ねじ部品を保持し、前記非作動状態では、前記雌ねじ部品を少なくとも１つの平面内で移動可能とし、前記作動状態と前記非作動状態の間で制御可能に駆動される部品保持装置と、
を有する検査システム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの計測プローブは、２つ又は３つ以上の計測プローブを含む、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの計測プローブが結合されており、第１の構成と第２の構成との間で構成可能であって、少なくとも一部は前記オフセット距離にほぼ等しいカラー幅を有している計測プローブカラーをさらに有する、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２４】
前記計測プローブが、前記雌ねじ部品の前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置されており、前記部品保持装置が非作動状態にある場合、前記第１の構成にある前記計測プローブカラーは、結合されている前記計測プローブと前記雌ねじ部品との間の前記オフセット距離を規定し、前記計測プローブカラーが前記第２の構成にあるときには、前記計測プローブカラーは、前記計測プローブの前記発光器と前記受光器とから離れている位置にある、請求項２３に記載の検査システム。
【請求項２５】
前記部品保持装置は、前記作動状態にある場合に、前記雌ねじ部品がしっかりと保持されるように構成されており、前記部品保持装置は、前記非作動状態にある場合に、前記少なくとも１つの計測プローブが、前記雌ねじ部品の前記ねじ山表面に隣接して配置されていると、前記雌ねじ部品を解放して、前記雌ねじ部品が重力で落下して、前記計測プローブカラーに接触するように構成されている、請求項２３に記載の検査システム。
【請求項２６】
前記部品保持装置は電磁装置を含んでおり、前記電磁装置は、前記作動状態にあると、前記電磁装置が磁化されて、前記雌ねじ部品がしっかりと保持されるように構成されており、前記電磁装置は、前記非作動状態にあると、消磁されて、前記雌ねじ部品が解放されて、前記少なくとも１つの計測プローブに対して再配置されて揃えられるように構成されている、、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２７】
前記処理装置は、ハードウェアによって実現されている接続、光ファイバ接続、又は無線接続の少なくとも１つを介して前記計測プローブと信号によって通信している、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項２８】
雌ねじ部品のねじ山の表面を検査システムを使用して計測する方法であって、前記検査システムは計測プローブを有し、前記計測プローブは、発光器と受光器とを有し、オフセットされた距離に前記ねじ山表面の少なくとも一部に隣接して配置されるように大きさと形状とが設定されており、前記発光器は前記ねじ山表面に電磁エネルギーを放射して、前記ねじ山表面から反射された電磁エネルギーを発生するように構成されており、前記受光器は、前記反射された電磁エネルギーの少なくとも一部を受け取って、前記ねじ山表面のデータを生成するように構成されており、
部品保持装置を作動させて、前記計測プローブに対して一定の位置に前記雌ねじ部品を固定するステップと、
前記計測プローブを前記雌ねじ部品の空洞の内部に配置するステップと、
前記部品保持装置を非作動にして、前記計測プローブと前記ねじ山表面との間に、所望のオフセット距離と並びとが生じるように、前記計測プローブに対して前記雌ねじ部品を再配置するステップと、
前記部品保持装置を再作動させて、前記計測プローブに対して新しい位置に前記雌ねじ部品を固定するステップと、
前記計測システムを作動させて、前記雌ねじ部品の前記ねじ山表面の少なくとも一部について、ねじ山表面データを生成するステップと、
前記ねじ山表面データを処理して、前記ねじ山表面の少なくとも一部の１又は複数の物理的特徴を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項２９】
少なくとも２つの発光器と少なくとも２つの受光器とをさらに含んでおり、第１の前記計測プローブは、前記複数の発光器と複数の受光器とを含んでいる、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項３０】
少なくとも前記計測プローブは回転可能であり、前記雌ねじ部品の前記ねじ山表面の任意の部分でねじ山表面データが得られる、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの計測プローブは、可視若しくは不可視のレーザ又はその他の光源を用いて、電磁エネルギーを送受するように構成されている、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項３２】
前記部品保持装置の前記作動状態と前記非作動状態とは、磁気力、摩擦力、吸引力、及びクランプ力の少なくとも１つを用いて実現される、請求項２１に記載の検査システム。
【請求項３３】
前記計測プローブに計測プローブカラーを設けるステップと、前記計測プローブに対して前記雌ねじを再配置する間に、前記発光器と前記受光器を覆うように前記計測プローブカラーを配置するステップと、前記雌ねじ部品が前記計測プローブに対して再配置された後に、前記発光器と前記受光器から離れるように前記計測プローブカラーを移動させるステップとを更に備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記オフセット距離に等しい厚さを有するように前記計測プローブを形成するステップを更に含んでおり、前記部品保持装置が非作動である場合、前記雌ねじ部品が重力で落下して、前記計測プローブカラーに接触する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
電磁装置を有するように前記部品保持装置を構成するステップと、前記電磁装置を磁化して前記部品保持装置を作動し、前記雌ねじを一定の位置にしっかりと保持するステップと、前記電磁装置を消磁して前記部品保持装置を非作動にし、前記雌ねじ部品を解放するステップとをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【国際調査報告】
2012504223.tif 000076
2012504223.tif 000077
2012504223.tif 000078
2012504223.tif 000079
2012504223.tif 000080