[发明专利]用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法

说明书

技术领域

本发明属于机械检测领域，具体讲是一种机械零件的检测方法，特别是一种用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法。

背景技术

螺栓是机器设备中极为常见的标准件，合格的螺栓是保证整台设备可靠运行的基础，因此，螺纹的检测具有十分重要的意义。螺纹测量通常采用的接触式的测量方法，如用到螺纹千分尺测量、三针法等。但是，这些方法都存在效率低、精度低、误检率高等问题，且对操作人员的技术要求也较高，无法满足自动检测的要求。

随着数字图像处理技术的发展，特别是图像处理算法的进步，螺纹的非接触式测量应用越来越引起重视。于是，就出现了一种基于数字图像的边缘检测算法，它利用计算机视觉、图像分析等技术，进行图像分析和识别，包括螺纹牙型的轮廓、特征的提取和纹理分析。通常采用的数字图像处理技术来测量螺纹参数的方法，包括CCD像机校正、图像获取、边缘检测、图像处理、数据分析等步骤。这是一种基于CCD摄像机的螺纹参数非接触式测量系统，它运用Microsoft Visual C++6.0进行圆柱螺纹的自动检测和监控。它是将CCD像机镜头放置在与圆柱螺栓轴线垂直的方向进行拍摄，如图1所示，从而在获得的图像中提取圆柱螺纹牙型边界。

但是，上述这种基于CCD像机的非接触式测量方法存在以下缺点：将圆柱螺纹沿其轴线截去一半，图2为轴向截面方向的视图，AB为圆柱螺纹牙型在截面上的一条牙型截交线，它是一条真实显示的牙型线，但是，螺栓的螺纹是螺旋状态的，AB按螺纹的螺旋线旋转半周得到螺旋面，并在截面的另一侧形成另一条牙型截交线A’B’，设点M为截交线AB上的一点，点M按螺纹的螺旋线旋转半周后得到在截交线A’B’上的M’点，如图3中所示。CCD像机垂直于螺栓轴线拍摄的螺纹图像边界是螺旋面的投影边界，并不是截交线A’B’。再如图3所示，对M’点进行局部放大，可以看到实际的投影边界与牙型截交线A’B’并不在一条线上，也就是说，距离螺纹中心轴线M’点的位置上，投影边界点为N’，两点并不重合，而N’点是螺旋面上一个点的投影，即用CCD像机拍摄的螺纹图像边界线并不是圆柱螺纹牙型，而是螺旋面的投影边界。同理，如沿偏离圆柱螺纹的轴线，也沿轴线方向截去一半，真实牙型线AB也会被螺旋面遮挡，无法得到螺纹的真实牙型线。

因此，出现了另一种方法，是将螺纹轴线倾斜一个螺纹升角φ来获得圆柱螺纹牙型角的投影图像，如图4所示。但是，这种方法也存在误差：由于实际牙型倾斜了一个螺纹升角φ，CCD像机拍摄的螺纹图像是实际牙型在CCD像机镜头内的投影，依据投影关系，投影牙型的牙型角必定小于真实的牙型角，投影螺距p’也必定小于真实螺距p。因此，这种方法也不能得到螺纹牙型角的真实参数。

综上所述，用CCD像机拍摄的图像显示的螺纹牙型角与真实螺纹牙型角均存在误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无需对螺纹轴线进行倾斜调节，仅通过校正即可快速、自动得到真实参数的用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法。

为解决上述技术问题，本发明行提供的一种用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法，它包括以下的步骤：

(1)提出投影边界的概念

沿螺栓的轴线剖切后得到的螺纹截面轮廓，AB为圆柱螺纹牙型在截面上的一条牙型截交线，AB按螺纹的螺旋线旋转半周后得到螺旋面，并在截面的另一侧形成另一条牙型截交线A’B’，截交线AB上有一点M，点M按螺纹的螺旋线旋转半周后得到在截交线A’B’上的M’点，CCD像机垂直于螺栓轴线拍摄的实际的螺纹图像边界是螺旋面的投影边界，投影边界与牙型截交线A’B’并不在一条线上，在距离螺纹中心轴线M’点的位置上，螺纹图像显示的投影边界点为N’，而不是M’点，两点并不重合，而N’点是螺旋面上一个点的投影，因此，用CCD像机拍摄的螺纹图像边界线并不是圆柱螺纹牙型，而是螺旋面的投影边界。

(2)建立投影边界方程

I按螺栓的圆柱坐标系建立坐标系，x轴通过M点，z轴为螺纹的轴线，N’点的坐标表达式为：

式中，螺纹的螺距为p，单位为mm；α为牙型角，单位为°；x为M点与螺纹中心轴线的距离，单位为mm；r为N点与螺纹中心轴线的距离，单位为mm；tan(α/2)为牙型截交线AB的斜率；

II从坐标表达式中可以得出：任意一个x(x＞r)，在距离螺纹中心轴线为r的位置均有投影，投影边界点N’只有一个，它是在r位置上z最小的点；

将z对x求导：