一種針對(duì)高要求螺紋的檢測(cè)設(shè)備

高斯

摘 要：螺紋是一種機(jī)械上重要的連接機(jī)構(gòu)，隨著工業(yè)的發(fā)展，部分行業(yè)對(duì)螺紋的要求越來(lái)越高傳統(tǒng)的純檢具檢測(cè)方式具有差異性大，效率低的特點(diǎn)。新的機(jī)械視覺(jué)檢測(cè)方法提高了檢測(cè)水平，但是對(duì)某些螺紋來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確度依然不達(dá)標(biāo)，本文提出了一種專(zhuān)門(mén)檢測(cè)汽車(chē)燃油管路螺紋的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：螺紋檢測(cè);定向;元器件

前言

螺栓連接作為一種重要的機(jī)械連接形式，對(duì)于機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要，螺紋的質(zhì)量可以直接影響到設(shè)備是否可以穩(wěn)定運(yùn)行，以及設(shè)備的使用壽命。所以為了控制螺紋的質(zhì)量，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式為手動(dòng)使用螺紋通止規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，該方式受制于人工，有著檢測(cè)效率低，檢測(cè)結(jié)果因人而異的缺點(diǎn)。近年來(lái)也出現(xiàn)了使用機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法，該方法效率和檢測(cè)穩(wěn)定性都比人工要高出很多，準(zhǔn)確率可達(dá)97%-98%，對(duì)于一般性的緊固螺紋連接，該合格率可以滿(mǎn)足要求，但是對(duì)于某些有重要功能螺紋而言，此準(zhǔn)確率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。例如汽車(chē)燃油系統(tǒng)中的螺紋連接，供油管路的螺紋對(duì)密封性有著嚴(yán)苛的要求，如果管路密封性不足，將造成燃油泄漏，嚴(yán)重者更會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，所以需要一種更可靠且高效的檢測(cè)方式來(lái)確保螺紋的質(zhì)量。

1技術(shù)介紹

1.1問(wèn)題分析

螺紋的質(zhì)量取決于螺紋大經(jīng)、螺紋中經(jīng)、螺紋小徑、螺距、螺紋深度等，因此要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的檢測(cè)，為了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，我們要避免使用人工檢測(cè)，因?yàn)槿藷o(wú)法每時(shí)每刻集中注意力，不可避免的犯錯(cuò)，所以檢測(cè)不能以人的感官為基準(zhǔn);所以擬定采用自動(dòng)化檢測(cè)。

1.2確定方向

對(duì)于螺紋大經(jīng)和螺紋中經(jīng)來(lái)說(shuō)，螺紋通止規(guī)是最為有效且經(jīng)濟(jì)的方案;對(duì)于螺紋小徑，螺紋通止規(guī)并不能做到全面檢測(cè)，當(dāng)螺紋小徑偏小時(shí)，通規(guī)可以正常檢測(cè)，但當(dāng)螺紋小徑偏大時(shí)，通止規(guī)都可以通過(guò)，無(wú)法檢出，但此時(shí)有效螺紋減小，相應(yīng)會(huì)減小螺紋的強(qiáng)度;經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，螺紋小徑越小，兩零件螺紋之間的間隙越小，需要的旋入力矩越小，因此，在旋入機(jī)構(gòu)中增加扭矩傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于螺紋有效深度，由于無(wú)法直接測(cè)量，所以采用測(cè)量通規(guī)的旋入深度來(lái)間接測(cè)量螺紋的有效深度。對(duì)于不同的螺紋，螺紋的參數(shù)也不一樣，本文中使用一種汽車(chē)燃油分配器中常用的內(nèi)螺紋M22*1.5-6H，深度10±0.5作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

1.3元器件選型

1.3.1電機(jī)選型：通止規(guī)旋入時(shí)，不能使用太大的力矩，不然會(huì)使螺紋發(fā)生損壞，但由于螺紋之間摩擦力的存在，旋入力矩不能過(guò)小，所以采用人工使用扭矩傳感器旋入螺紋的方法測(cè)定合適的旋入力矩，經(jīng)過(guò)200個(gè)旋入測(cè)試，得到通規(guī)旋入扭矩為0.7N·M，止規(guī)旋入扭矩為1N·M，經(jīng)過(guò)選型查詢(xún)，擬定采用400W伺服電機(jī)。

1.3.2螺紋規(guī)及扭矩傳感器選型：根據(jù)扭矩值選擇HBM扭矩傳感器T21WN_E_2Nm，測(cè)量值為0-2NM，螺紋通止規(guī)選擇國(guó)標(biāo)的螺紋通止規(guī)。

1.3.3距離傳感器選型：對(duì)于螺紋深度的間接測(cè)量，要先確定機(jī)械傳動(dòng)方案才能確定。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)螺紋通止規(guī)在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸系中無(wú)法正常旋入，螺紋的旋入點(diǎn)不確定，造成螺紋規(guī)受力不均而傾斜，進(jìn)而卡死并損壞工件螺紋及螺紋規(guī)。為了使螺紋規(guī)能夠正常旋入，需要使用可浮動(dòng)的旋入機(jī)構(gòu)，那么為了使浮動(dòng)機(jī)構(gòu)受力平均，不對(duì)螺紋規(guī)施加側(cè)向力，所以需要使用非接觸測(cè)量方式，經(jīng)過(guò)選型查詢(xún)，選用keyence的IG-028多功能CCD激光測(cè)微儀來(lái)測(cè)量旋入深度，該激光傳感器安裝距離為0 到 1500 mm，實(shí)際安裝距離55mm，安裝距離符合要求;檢測(cè)范圍28 mm，實(shí)際檢測(cè)距離要求17mm<28 mm，檢測(cè)范圍滿(mǎn)足要求;檢測(cè)精度±0.04，小于圖紙精度要求±0.5的十分之一±0.05，檢測(cè)精度滿(mǎn)足使用要求。

1.3.4凸輪分割器選型：為了達(dá)到一定的檢測(cè)速度，擬采用轉(zhuǎn)盤(pán)式凸輪分割器作為工件夾具載體，對(duì)于不同工件，通規(guī)和止規(guī)檢測(cè)兩工位可同時(shí)進(jìn)行，加上上料工位，共需三個(gè)工位，由于三工位并非常用工位數(shù)，擬定采用四工位凸輪分割器，有一個(gè)工位為空。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算可得轉(zhuǎn)盤(pán)直徑約為520mm，厚度20mm，經(jīng)過(guò)選型對(duì)比，采用SANDEX的9AD凸輪分割器，工位數(shù)為4。

1.4設(shè)備組成

該設(shè)備機(jī)械部分主要由上料工位、通規(guī)檢測(cè)工位、止規(guī)檢測(cè)工位三個(gè)部分組成，其中兩檢測(cè)工位大概組成基本相同，二者只有檢測(cè)頭不同。上料工位由人工操作按鈕及工件檢測(cè)傳感器組成，人工操作按鈕包括急停按鈕、啟動(dòng)按鈕、故障復(fù)位按鈕組成;工件檢測(cè)傳感器則是由工件有無(wú)檢測(cè)傳感器及工件安裝位置防錯(cuò)傳感器組成，防止由于人工錯(cuò)誤防止工件而造成檢測(cè)失敗，兩種傳感器皆使用自反射光電傳感器。

螺紋檢測(cè)工位由驅(qū)動(dòng)部分和浮動(dòng)部分組成，為了使螺紋規(guī)的浮動(dòng)有自對(duì)中的效果，整套機(jī)構(gòu)垂直于地面安裝，在重力的作用下，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)在原點(diǎn)位總成保持同一位置。驅(qū)動(dòng)部分則如圖所示由伺服電機(jī)、扭矩傳感器、驅(qū)動(dòng)軸軸系組成，三者之間使用聯(lián)軸器連接，為螺紋規(guī)旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，過(guò)程中監(jiān)控螺紋規(guī)收到的阻力;浮動(dòng)部分由平移浮動(dòng)機(jī)構(gòu)和萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，其中連接軸1部分與驅(qū)動(dòng)部分連接，在垂直方向上可以滑動(dòng)，只傳遞扭矩，浮動(dòng)銷(xiāo)軸則固定在連接軸上，給浮動(dòng)部分傳遞扭矩，浮動(dòng)頭則與萬(wàn)向聯(lián)軸器相連，為末端提供平移浮動(dòng)，考慮到滑動(dòng)摩擦阻力過(guò)大，會(huì)讓浮動(dòng)效果大打折扣，在連接軸與浮動(dòng)頭之間加裝鋼球，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，由此可使浮動(dòng)機(jī)構(gòu)正常使用。旋轉(zhuǎn)浮動(dòng)機(jī)構(gòu)基本原理為萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)，但是加裝了旋轉(zhuǎn)角度的限制，并適當(dāng)增加了剛性，以確保旋轉(zhuǎn)的正確進(jìn)行。深處機(jī)構(gòu)的末端安裝距離傳感器，以工件端面和通止規(guī)安裝面作為基準(zhǔn)，最大化減小累計(jì)誤差。

1.5工作流程

首先人工放置工件到上料工位，并按下啟動(dòng)按鈕，工件檢測(cè)傳感器發(fā)信正常后轉(zhuǎn)盤(pán)將工件旋轉(zhuǎn)到通規(guī)檢測(cè)工位，同時(shí)下一空工位旋轉(zhuǎn)到人工位，操作人員可繼續(xù)上料。轉(zhuǎn)盤(pán)到位信號(hào)發(fā)出后，氣缸伸出，當(dāng)螺紋規(guī)碰到工件后浮動(dòng)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)繼續(xù)伸出，氣缸伸出到位后，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，螺紋規(guī)在驅(qū)動(dòng)力的作用下旋入工件，旋入全程監(jiān)控扭矩值信息，當(dāng)扭矩傳感器達(dá)到設(shè)定扭矩值時(shí)，伺服電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)，距離傳感器檢測(cè)兩測(cè)量面之間間距，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得知螺紋深度，與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比可得知工件螺紋深度是否合格;之后就旋轉(zhuǎn)全程的扭矩值進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)?shù)陀谝欢〝?shù)值時(shí)則阻力過(guò)小，需要檢查螺紋內(nèi)徑。檢測(cè)結(jié)束后伺服反轉(zhuǎn)將螺紋規(guī)選出，距離傳感器檢測(cè)兩測(cè)量面間距，確保螺紋規(guī)完全旋出工件;氣缸縮回，帶動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)上升，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)回到初始位置;轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)將工件送到止規(guī)檢測(cè)工位，止規(guī)檢測(cè)工位工作流程與通規(guī)檢測(cè)工位相同，唯一不同處為距離設(shè)定值不同，若檢測(cè)間距過(guò)小，止規(guī)旋入深度過(guò)長(zhǎng)則工件不合格。全部檢測(cè)完畢的工件將旋轉(zhuǎn)到工件上料為，由人工下料整理，并由指示燈提示操作人員該工件是否合格，若不合格則提示不合格種類(lèi)。

2應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

一般情況下，螺紋檢測(cè)需要注意以下方面的問(wèn)題

2.1螺紋檢測(cè)需要確保螺紋的清潔，碎屑油污等將影響扭矩值檢測(cè)的結(jié)果，通止規(guī)需要按時(shí)清潔、更換，避免影響測(cè)量結(jié)果。

2.2要保證合格工件與不合格工件的正確分類(lèi);由此工件可以選擇刻印二維碼，設(shè)備增加工件掃碼槍?zhuān)瑢?duì)每一根工件形成追溯，防止不合格件流出。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，增加螺紋的螺紋檢測(cè)項(xiàng)目將極大的提高螺紋的使用效果，螺紋的一致性將更好。并可根據(jù)不合格產(chǎn)品的種類(lèi)數(shù)量報(bào)表提示生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題環(huán)節(jié)，進(jìn)一步減小生產(chǎn)成本。本設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)?？捎行П苊馊斯ふ`操作以及設(shè)備過(guò)載產(chǎn)生的對(duì)工件的損壞。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者充分考慮了燃油管件螺紋本身的特點(diǎn)，以及管件形狀復(fù)雜的實(shí)際情況，在工件定位以及裝卡方面做了特殊設(shè)計(jì)，既保證了定位精度，又兼顧了檢測(cè)的可靠性。通過(guò)刻印二維碼標(biāo)識(shí)，為產(chǎn)品追朔提供了可靠依據(jù)，并可根據(jù)實(shí)際工作需要添加RFID識(shí)別，為流水線生產(chǎn)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]用于檢測(cè)輪轂軸承螺紋、裂紋的檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法[P]. 雷良育，楊自棟. 中國(guó)專(zhuān)利：CN112539688A， 2021-03-23