表業(yè)螺紋檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

郭曉艷 程國(guó)飛 黃紅兵 張正剛

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中山 528436；2.中山市金港源金屬有限公司，中山 528436）

螺紋檢測(cè)是制表行業(yè)中的一個(gè)重要組成部分。在安裝和裝配過(guò)程中，若螺紋不合格，則會(huì)導(dǎo)致表殼與底蓋相鎖合，在打開時(shí)產(chǎn)生咬死或磨出碎屑等現(xiàn)象。因此，螺紋的檢測(cè)尤為重要。但是，由于螺紋尺寸過(guò)小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，螺紋檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果受人為因素影響較大，易造成錯(cuò)誤判斷。

1 表業(yè)螺紋檢測(cè)現(xiàn)狀

公司生產(chǎn)車間常用的螺紋檢測(cè)方法有兩種：一是單項(xiàng)測(cè)量，用帶表卡尺測(cè)量螺紋大徑，因使用方便快捷在生產(chǎn)中大量使用；二是綜合測(cè)量，用螺紋工作量規(guī)測(cè)量，即內(nèi)螺紋（底蓋）的作用中徑和單一中徑都用螺紋塞規(guī)（通端、止端）進(jìn)行檢驗(yàn)，外螺紋（殼體）作用中徑和單一中徑采用螺紋環(huán)規(guī)（通端、止端）進(jìn)行檢驗(yàn)。若作用中徑和單一中徑在最大和最小極限尺寸之內(nèi)，則工件檢驗(yàn)合格。

為了保證工作量規(guī)的測(cè)量精確度，測(cè)內(nèi)螺紋的工作量規(guī)的通端和止端還要配有6把校對(duì)量規(guī)。這種測(cè)量方式雖然比較煩瑣，但因?yàn)槠淠鼙ＷC螺紋連接的互換性，且測(cè)量過(guò)程效率高，所以一直應(yīng)用廣泛。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的檢測(cè)，車間反饋，雖然卡尺測(cè)量在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用方便，但底蓋車削螺紋后大徑有毛刺或披鋒，或存在如圖2所示的不良情況時(shí)，所測(cè)數(shù)值為無(wú)效值。使用止環(huán)規(guī)和通環(huán)規(guī)檢測(cè)雖然方便快捷，能快速檢出如圖1、圖2、圖3所示的不良品，但實(shí)踐證明，用這種方法檢測(cè)圖2中的不良情況時(shí)容易誤判為良品，影響后續(xù)工程組裝的品質(zhì)。究其原因，綜合測(cè)量雖可控制內(nèi)、外螺紋的可旋入性，但其連接強(qiáng)度和可靠性的控制無(wú)法滿足要求。因?yàn)榇嬖谳^大的螺距誤差、牙型半角誤差，圓度、錐度及其他形狀誤差的零件都可用中徑公差來(lái)補(bǔ)償，即通規(guī)能通過(guò)、止規(guī)能止住的內(nèi)、外螺紋雖然可以彼此旋合，但齒側(cè)面接觸的情況并不好，所以連接強(qiáng)度下降，可靠性低[1-2]。

圖1 牙坑淺

圖2 牙型不符

圖3 牙披鋒

為了解決上述螺紋檢測(cè)遇到的問(wèn)題，先采用高倍放大鏡（圖4）放大已加工的螺紋，再對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)牙型圖片作為檢查方法的補(bǔ)充，并以此加入崗位作業(yè)卡形成文件。采用標(biāo)準(zhǔn)圖譜法完成后續(xù)質(zhì)量檢測(cè)，基本可以滿足目前的檢查需要，但檢測(cè)結(jié)果受人工干預(yù)較大，在人疲勞時(shí)易出現(xiàn)誤檢，效率將大打折扣。

圖4 高倍放大鏡

2 螺紋非接觸式和接觸式掃描技術(shù)

國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者研究了螺紋的非接觸式和接觸式掃描技術(shù)。目前，影像測(cè)量法和激光三角測(cè)量法這兩種非接觸式測(cè)量研究較多。影像測(cè)量法的原理是利用萬(wàn)能工具顯微鏡采集工件投影圖像[3]，對(duì)其進(jìn)行分析測(cè)量。它的優(yōu)點(diǎn)是一次可測(cè)量多個(gè)參數(shù)，中徑測(cè)量精度可達(dá)微米級(jí)別，缺點(diǎn)是只能測(cè)量表面質(zhì)量較高的外螺紋。激光三角測(cè)量法是以光學(xué)三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)[4]，采用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量。但受螺紋本身質(zhì)量、環(huán)境等多方面因素影響，該方法未見實(shí)際應(yīng)用。

接觸式測(cè)量是利用螺紋綜合測(cè)量機(jī)的掃描探針掃描工件表面輪廓，從而獲取螺紋基本參數(shù)。該檢測(cè)方法精度高，速度快，一次可測(cè)量多個(gè)螺紋參數(shù)。對(duì)于復(fù)雜的內(nèi)螺紋和小螺紋，它也能夠測(cè)量。但是，它只能測(cè)量螺紋量規(guī)，一般不用于工件測(cè)量。

3 機(jī)器視覺(jué)螺紋檢測(cè)技術(shù)

3.1 機(jī)器視覺(jué)螺紋檢測(cè)原理和步驟

機(jī)器視覺(jué)是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)質(zhì)是用機(jī)器來(lái)代替人眼檢測(cè)。通過(guò)電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）采集圖像，再使用計(jì)算機(jī)分析采集的圖像，篩選出合格品。首先，將螺紋工件放在光源充足的待檢區(qū)。光源的選取直接影響圖像清晰度。有研究表明，選用單色激光作為光源可獲取清晰圖像，能滿足檢測(cè)效果[5]。其次，通過(guò)CCD采集螺紋圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理。為降低原始圖像的噪點(diǎn)，CCD采集到的圖像需經(jīng)過(guò)一系列灰度處理才能提取螺紋邊界。最后，由計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)識(shí)別合格件和廢品，篩選螺紋工件。

3.2 機(jī)器視覺(jué)在螺紋檢測(cè)中的應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)。左建中等人利用CCD作為螺紋幾何參數(shù)的探測(cè)器件，借用模式識(shí)別和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺紋中徑、螺距及牙型角3個(gè)重要參數(shù)的在線測(cè)量[6]。張昊等人通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)并融合機(jī)器學(xué)習(xí)能力，提出了一種基于角點(diǎn)檢測(cè)算法的更加高效和精確的檢測(cè)外螺紋參數(shù)的非接觸式檢測(cè)方法[7]。卜晨等人研制了機(jī)器視覺(jué)相應(yīng)的檢測(cè)軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該軟件能實(shí)時(shí)且高速地檢測(cè)螺紋。此外，還有諸多學(xué)者利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)螺紋的缺陷檢測(cè)進(jìn)行了研究[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

采用傳統(tǒng)方法檢測(cè)表業(yè)螺紋，不僅過(guò)程煩瑣、效率低，受人為因素影響較大[9]，易引起誤判，而且不能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)作為一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于表業(yè)螺紋檢測(cè)，能大大提高檢測(cè)效率，且精度更高，能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，是未來(lái)螺紋檢測(cè)發(fā)展的新方向。