表業螺紋檢測技術研究進展

郭曉艷 程國飛 黃紅兵 張正剛

（1.中山火炬職業技術學院，中山 528436；2.中山市金港源金屬有限公司，中山 528436）

螺紋檢測是制表行業中的一個重要組成部分。在安裝和裝配過程中，若螺紋不合格，則會導致表殼與底蓋相鎖合，在打開時產生咬死或磨出碎屑等現象。因此，螺紋的檢測尤為重要。但是，由于螺紋尺寸過小、結構復雜，螺紋檢測時，檢測結果受人為因素影響較大，易造成錯誤判斷。

1 表業螺紋檢測現狀

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

為了保證工作量規的測量精確度，測內螺紋的工作量規的通端和止端還要配有6把校對量規。這種測量方式雖然比較煩瑣，但因為其能保證螺紋連接的互換性，且測量過程效率高，所以一直應用廣泛。

經過一段時間的檢測，車間反饋，雖然卡尺測量在生產現場使用方便，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，所測數值為無效值。使用止環規和通環規檢測雖然方便快捷，能快速檢出如圖1、圖2、圖3所示的不良品，但實踐證明，用這種方法檢測圖2中的不良情況時容易誤判為良品，影響后續工程組裝的品質。究其原因，綜合測量雖可控制內、外螺紋的可旋入性，但其連接強度和可靠性的控制無法滿足要求。因為存在較大的螺距誤差、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補償，即通規能通過、止規能止住的內、外螺紋雖然可以彼此旋合，但齒側面接觸的情況并不好，所以連接強度下降，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遇到的問題，先采用高倍放大鏡（圖4）放大已加工的螺紋，再對比標準牙型圖片作為檢查方法的補充，并以此加入崗位作業卡形成文件。采用標準圖譜法完成后續質量檢測，基本可以滿足目前的檢查需要，但檢測結果受人工干預較大，在人疲勞時易出現誤檢，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

國內外很多學者研究了螺紋的非接觸式和接觸式掃描技術。目前，影像測量法和激光三角測量法這兩種非接觸式測量研究較多。影像測量法的原理是利用萬能工具顯微鏡采集工件投影圖像[3]，對其進行分析測量。它的優點是一次可測量多個參數，中徑測量精度可達微米級別，缺點是只能測量表面質量較高的外螺紋。激光三角測量法是以光學三角測量原理為基礎[4]，采用激光干涉儀進行測量。但受螺紋本身質量、環境等多方面因素影響，該方法未見實際應用。

接觸式測量是利用螺紋綜合測量機的掃描探針掃描工件表面輪廓，從而獲取螺紋基本參數。該檢測方法精度高，速度快，一次可測量多個螺紋參數。對于復雜的內螺紋和小螺紋，它也能夠測量。但是，它只能測量螺紋量規，一般不用于工件測量。

3 機器視覺螺紋檢測技術

3.1 機器視覺螺紋檢測原理和步驟

機器視覺是近年發展起來的一項新技術，實質是用機器來代替人眼檢測。通過電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）采集圖像，再使用計算機分析采集的圖像，篩選出合格品。首先，將螺紋工件放在光源充足的待檢區。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，能滿足檢測效果[5]。其次，通過CCD采集螺紋圖像進行圖像預處理。為降低原始圖像的噪點，CCD采集到的圖像需經過一系列灰度處理才能提取螺紋邊界。最后，由計算機輸出信號識別合格件和廢品，篩選螺紋工件。

3.2 機器視覺在螺紋檢測中的應用

機器視覺技術廣泛應用于制造業，實現了自動化無損檢測。左建中等人利用CCD作為螺紋幾何參數的探測器件，借用模式識別和圖像處理技術，實現了對螺紋中徑、螺距及牙型角3個重要參數的在線測量[6]。張昊等人通過機器視覺技術和數字圖像處理技術并融合機器學習能力，提出了一種基于角點檢測算法的更加高效和精確的檢測外螺紋參數的非接觸式檢測方法[7]。卜晨等人研制了機器視覺相應的檢測軟件。實驗結果表明，該軟件能實時且高速地檢測螺紋。此外，還有諸多學者利用機器視覺對螺紋的缺陷檢測進行了研究[8]。

4 結語

采用傳統方法檢測表業螺紋，不僅過程煩瑣、效率低，受人為因素影響較大[9]，易引起誤判，而且不能實現在線檢測。機器視覺作為一項新技術應用于表業螺紋檢測，能大大提高檢測效率，且精度更高，能實現在線檢測，是未來螺紋檢測發展的新方向。