影像儀在螺紋梳刀尺寸檢測的應(yīng)用探討

李國明

摘要：本文介紹了套絲機(jī)中螺紋梳刀幾何參數(shù)檢測特點(diǎn)以及影像測量儀檢測的特點(diǎn)，探討了影像測量儀在螺紋梳刀幾何參數(shù)檢測中的應(yīng)用，相對于接觸式測量大大提升了檢測效率和精度，降低了檢測成本。

關(guān)鍵詞：影像測量;螺紋梳刀;檢測精度

一、引言

在現(xiàn)場管道安裝施工中，套絲機(jī)由于體積小巧、價(jià)格低、便于攜帶和移動(dòng)，使得現(xiàn)場管螺紋加工變得輕松、快捷、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，得到了廣泛的使用。螺紋梳刀是套絲機(jī)中直接加工螺紋的刀具，梳刀的尺寸精度直接影響到其加工得到的螺紋的質(zhì)量，而且要檢測參數(shù)多而復(fù)雜，因此提高對螺紋梳刀幾何參數(shù)檢測精度和檢測效率檢測具有重要的意義。本文介紹了螺紋梳刀的幾何參數(shù)和影像儀檢測的特點(diǎn)，探討了影像儀用于螺紋梳刀幾何參數(shù)檢測的應(yīng)用。

二、螺紋梳刀簡介

管螺紋梳刀是一種加工錐管螺紋的專用刀具（ 見圖1） 。它的尺寸精度直接影響到加工出來管螺紋的精度[1]，因此對它的尺寸參數(shù)的檢測十分重要。它的典型制造工序：下料——割斷——銑凹槽——銑進(jìn)刀口——銑前角——銑退刀口——銑后角——粗滾齒——精滾齒——熱處理——磨兩平面——精磨進(jìn)刀口——精磨前角——打包入庫。螺紋梳刀的制造有十幾道工序組成，為了保證最終梳刀成品的質(zhì)量，每道工序都需要檢測，以免影響到后面的制造工序。根據(jù)檢測參數(shù)的精度要求，檢測手段從目視、手感檢測到用直尺、游標(biāo)卡尺、深度卡尺、高度尺、硬度計(jì)、專用樣板等檢測。整個(gè)過程檢測工作量大、效率低，依賴檢測人員的技能，有些復(fù)雜的檢測項(xiàng)目還需要專門制作高精度的樣板工裝。

圖2是螺紋梳刀要檢測的主要參數(shù)圖，這些參數(shù)不是在螺紋梳刀制造好后集中檢測，而是將這些參數(shù)的檢測分散到各制造工序中檢測。圖2中H尺寸上下極限偏差是±0.02是一個(gè)非常重要的尺寸，這個(gè)尺寸的制造精度直接影響到梳刀加工螺紋的小徑尺寸。由于梳刀齒頂是有斜度而且齒頂寬是弧面，所以常規(guī)的卡尺工具無法精確地檢出這個(gè)尺寸，在某個(gè)企業(yè)中采用了專門的樣板工裝來檢驗(yàn)這個(gè)尺寸。針對這個(gè)尺寸的檢驗(yàn)，不同規(guī)格的螺紋梳刀需要制作不同的樣板。類似這種需要不同樣板來檢驗(yàn)的尺寸參數(shù)還有5-6個(gè)。這給企業(yè)帶來高昂的成本。

三＼影像儀測量

目前對刀具幾何尺寸的檢測方法主要有接觸式檢測和非接觸式檢測。接觸式檢測包括常規(guī)測量、樣板檢測、三坐標(biāo)測量儀檢驗(yàn)等，非接觸式檢測包括萬能工具顯微鏡測量、影像儀測量、計(jì)算機(jī)視覺測量、三維激光掃描儀測量等[2]-[4]。影像測量儀（影像儀）相比萬能工具顯微鏡測量具有檢測快速，檢測精度較高、測量要素多等特點(diǎn)，相比三維激光掃描儀具有設(shè)備成本低、操作簡單的特點(diǎn)，是一種正在逐步廣泛使用的檢測方法。圖3為某個(gè)公司的影像儀，其測量原理如下：先將要測量的零件放置在工作臺(tái)上，采用 CCD 攝像機(jī)對零件的圖像進(jìn)行采集（將零件的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)），采集到的圖像信號(hào)通過圖形采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)里面的影像測量軟件對圖像進(jìn)行預(yù)處理、顯示圖像，通過軟件可以快速完成圖像上各點(diǎn)的測量，計(jì)算得出零件被測要素的尺寸信息。

影像測量儀的測量誤差來源有原理誤差、制造誤差和運(yùn)行誤差[5]。原理誤差主要有光學(xué)鏡頭成像畸變產(chǎn)生的誤差以及圖像處理技術(shù)帶來的識(shí)別、量化誤差。制造誤差主要有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)定位誤差以及安裝誤差等。運(yùn)行誤差主要有測量時(shí)的環(huán)境變化引起的誤差，比如測量時(shí)溫度變化、電壓波動(dòng)、照明變化、機(jī)構(gòu)磨損等帶來的誤差。這些誤差可以通過減少鏡頭畸變、圖像校正、改善圖像處理算法、提高機(jī)械部件制造精度、提高安裝水平、改善測量運(yùn)行條件來減少影響。應(yīng)用于工廠使用的影像測量儀的測量精度一般為（3+L/200）μm左右。

四、影像儀在梳刀檢測中的應(yīng)用

某工廠在了解到影像測量儀這種非接觸測量方法后，引入了影像儀用于螺紋梳刀尺寸的檢測，將一些原來通過常規(guī)檢測方法的參數(shù)用影像儀檢測代替，取得了良好的效果。比如圖2中B尺寸采用影像儀檢測后，節(jié)省了原來檢測樣板的制作費(fèi)用。圖4為影像儀檢測螺紋梳刀的牙型角，改變了原來檢測方法效率低、檢測難度大的特點(diǎn)。

在使用影像儀測量的時(shí)候也需要注意一些事項(xiàng)：

1. 為了更好的發(fā)揮影像儀的檢測效果，影像儀檢測一般需要在單獨(dú)的檢測室中進(jìn)行，不適合生產(chǎn)線上檢測，所以它適合產(chǎn)品的首檢和巡檢。

2. 不是所有尺寸都要用影像儀檢測。一些簡單尺寸的測量還是采用傳統(tǒng)測量方法更合適。影像儀測量適合測量操作復(fù)雜、精度要求高、傳統(tǒng)方法無法保證檢測精度的一些尺寸要素的測量，比如螺紋牙型角、螺紋錐度、螺距、螺紋深度、角度、圓弧半徑、形位誤差等。

3. 為了保證測量精度，零件上被測要素要盡可能和鏡頭軸線垂直，否則會(huì)影響檢測精度，必要時(shí)需要制作工裝。如圖5所示，在檢測牙型角和錐度的時(shí)候可以采用角度塊調(diào)整零件的角度，使得被測要素所在平面和鏡頭軸向垂直。

4. 在選擇影像儀的時(shí)候，不能只看機(jī)器標(biāo)稱的檢測精度是否滿足被測要素的精度要求，還需要考慮其影像測量軟件是否具備某些高級功能，比如一些曲線的自動(dòng)擬合功能和自動(dòng)尋邊功能等，減少人工構(gòu)造擬合曲線和人工巡邊帶來的誤差，否則測量時(shí)候可能達(dá)不到它的標(biāo)稱精度。

5. 為了進(jìn)一步提高檢測效率和精度，可以結(jié)合零件的特征，對影像測量軟件二次開發(fā)，增加對被測要素全自動(dòng)搜索掃描及自動(dòng)化檢測，減少人工操作帶來的誤差和提高檢測效率。

五、結(jié)論

本文介紹了螺紋梳刀的特點(diǎn)以及影像測量儀檢測的特點(diǎn)，探討了影像測量儀在螺紋梳刀幾何參數(shù)檢測中的應(yīng)用，相對于接觸式測量大大提升了檢測效率和精度，降低了檢測成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳善元，沈彪，朱強(qiáng).從機(jī)械加工角度探討石墨電極與接頭連接燒損、松脫、折斷的原因及解決方法[J]. 炭素技術(shù)，2002，6 ： 44-46.

[2]孫付春，吳昌明，陳云，曾莉，劉偉.管螺紋梳刀三維檢測方法分析[J].工具技術(shù)，2018，52（9） ： 148 -150.

[3]張寶義.石墨電極加工用梳刀檢測技術(shù)探討[J]. 炭素技術(shù)，2015，34（ 4） ： 54 - 56.

[4]張彬，王俊元，周敬.基于圖像處理的刀具幾何參數(shù)測量技術(shù)研究[J].工具技術(shù)，2010，44（7） ： 101 -104.

[5]王小章，陳志軍，李劍鋒.影像測量儀的測量誤差研究[J].機(jī)床與液壓，2009，11（37）：117-119.