[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

摘要

本发明公开了一种用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法，它通过以下几个步骤：提出投影边界的概念、建立投影边界方程、得出螺纹牙型截交线与投影边界的差值关系式、校正圆柱螺纹参数。采用以上方法后，依据螺纹投影边界形成的空间位置关系，创造性地建立了投影边界方程，并在此基础上推导了螺纹牙型截交线与投影边界的差值关系式，对提取出的CCD像机拍摄的圆柱螺纹牙型图像上点的坐标进行反复校正，直至得到符合精度要求的圆柱螺纹参数，这是一种既简洁、直观、易于掌握，又易于实现自动检测，且能避免测量误差的高精度圆柱螺纹牙型的非接触式检测的方法，杜绝了因螺纹非接触式检测误差而造成的螺纹产品质量问题。

主权项

1.一种用于消除非接触式测量圆柱螺纹牙型误差的方法，其特征在于：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：dzdx=tan(α2)-p2πrx×x2-r2=0]]>Ⅲ得出投影边界方程：当x取正数时，z取得最小值：zN′=tan(α2)(πtan(α2)×r2+rπ2tan2(α2)r2+p22πtan(α2)-r)+]]>p2π(π-arccosr2πtan(α2)πtan(α2)×r2+rπ2tan2(α2)r2+p2)]]>式中：p为螺纹的螺距，单位为mm；α为牙型角，单位为°；r为N’点到螺纹中心轴线的距离，单位为mm；z_N′为N’点的z坐标值；(3)得出螺纹牙型截交线与投影边界的差值关系式令差值为z_c，z_c＝M’N’＝z_M’-z_N’z_M’＝p/2因此，zC=M′N′=zM′-zN′]]>=p2π(π-arccosr2πtan(α2)πtan(α2)×r2+rπ2tan2(α2)r2+p2)]]>-tan(α2)(πtan(α2)×r2+rπ2tan2(α2)r2+p22πtan(α2)-r)]]>该计算式可用于任一方位的螺纹牙型截交线与投影边界的差值；(4)校正圆柱螺纹参数I根据①式，在p、α均取理论标准值的情况下，运用MATLAB软件计算螺纹牙型截交线与投影边界的差值，并从MATLAB软件的“datal”中提取一系列的对应的(r，z_c)值；II同时，通过图像处理软件，即In-Sight Explorer4.3.0软件，提取CCD像机拍摄的圆柱螺纹牙型图像上对应点的(r，z)坐标，这些点的z值减去对应的计算出的差值z_c，就可以得到第1次校正点，通过曲线拟合得到第1次校正的圆柱螺纹牙型，得出第1次校正的圆柱螺纹螺距、牙型角(p、α)；III再根据①式，用第1次校正后得到的圆柱螺纹螺距、牙型角(p、α)，计算螺纹牙型截交线与投影边界的差值，再次进行上述曲线拟合得出第2次校正的圆柱螺纹螺距、牙型角(p、α)；IV循环上述步骤III若干次，直至满足设定的校正精度，最终得出校正的圆柱螺纹螺距、牙型角(p、α)。