一種針對高要求螺紋的檢測設備

高斯

摘 要：螺紋是一種機械上重要的連接機構，隨著工業的發展，部分行業對螺紋的要求越來越高傳統的純檢具檢測方式具有差異性大，效率低的特點。新的機械視覺檢測方法提高了檢測水平，但是對某些螺紋來說準確度依然不達標，本文提出了一種專門檢測汽車燃油管路螺紋的設備。

關鍵詞：螺紋檢測;定向;元器件

前言

螺栓連接作為一種重要的機械連接形式，對于機械的正常運轉十分重要，螺紋的質量可以直接影響到設備是否可以穩定運行，以及設備的使用壽命。所以為了控制螺紋的質量，傳統的檢測方式為手動使用螺紋通止規進行檢測，該方式受制于人工，有著檢測效率低，檢測結果因人而異的缺點。近年來也出現了使用機器視覺的檢測方法，該方法效率和檢測穩定性都比人工要高出很多，準確率可達97%-98%，對于一般性的緊固螺紋連接，該合格率可以滿足要求，但是對于某些有重要功能螺紋而言，此準確率還遠遠不夠。例如汽車燃油系統中的螺紋連接，供油管路的螺紋對密封性有著嚴苛的要求，如果管路密封性不足，將造成燃油泄漏，嚴重者更會發生自燃現象，產生嚴重的后果，所以需要一種更可靠且高效的檢測方式來確保螺紋的質量。

1技術介紹

1.1問題分析

螺紋的質量取決于螺紋大經、螺紋中經、螺紋小徑、螺距、螺紋深度等，因此要對這些數據進行全面的檢測，為了檢測的準確性，我們要避免使用人工檢測，因為人無法每時每刻集中注意力，不可避免的犯錯，所以檢測不能以人的感官為基準;所以擬定采用自動化檢測。

1.2確定方向

對于螺紋大經和螺紋中經來說，螺紋通止規是最為有效且經濟的方案;對于螺紋小徑，螺紋通止規并不能做到全面檢測，當螺紋小徑偏小時，通規可以正常檢測，但當螺紋小徑偏大時，通止規都可以通過，無法檢出，但此時有效螺紋減小，相應會減小螺紋的強度;經過實驗對比發現，螺紋小徑越小，兩零件螺紋之間的間隙越小，需要的旋入力矩越小，因此，在旋入機構中增加扭矩傳感器來進行檢測;對于螺紋有效深度，由于無法直接測量，所以采用測量通規的旋入深度來間接測量螺紋的有效深度。對于不同的螺紋，螺紋的參數也不一樣，本文中使用一種汽車燃油分配器中常用的內螺紋M22*1.5-6H，深度10±0.5作為實驗對象。

1.3元器件選型

1.3.1電機選型：通止規旋入時，不能使用太大的力矩，不然會使螺紋發生損壞，但由于螺紋之間摩擦力的存在，旋入力矩不能過小，所以采用人工使用扭矩傳感器旋入螺紋的方法測定合適的旋入力矩，經過200個旋入測試，得到通規旋入扭矩為0.7N·M，止規旋入扭矩為1N·M，經過選型查詢，擬定采用400W伺服電機。

1.3.2螺紋規及扭矩傳感器選型：根據扭矩值選擇HBM扭矩傳感器T21WN_E_2Nm，測量值為0-2NM，螺紋通止規選擇國標的螺紋通止規。

1.3.3距離傳感器選型：對于螺紋深度的間接測量，要先確定機械傳動方案才能確定。經過實驗發現螺紋通止規在傳統旋轉軸系中無法正常旋入，螺紋的旋入點不確定，造成螺紋規受力不均而傾斜，進而卡死并損壞工件螺紋及螺紋規。為了使螺紋規能夠正常旋入，需要使用可浮動的旋入機構，那么為了使浮動機構受力平均，不對螺紋規施加側向力，所以需要使用非接觸測量方式，經過選型查詢，選用keyence的IG-028多功能CCD激光測微儀來測量旋入深度，該激光傳感器安裝距離為0 到 1500 mm，實際安裝距離55mm，安裝距離符合要求;檢測范圍28 mm，實際檢測距離要求17mm<28 mm，檢測范圍滿足要求;檢測精度±0.04，小于圖紙精度要求±0.5的十分之一±0.05，檢測精度滿足使用要求。

1.3.4凸輪分割器選型：為了達到一定的檢測速度，擬采用轉盤式凸輪分割器作為工件夾具載體，對于不同工件，通規和止規檢測兩工位可同時進行，加上上料工位，共需三個工位，由于三工位并非常用工位數，擬定采用四工位凸輪分割器，有一個工位為空。經過設計計算可得轉盤直徑約為520mm，厚度20mm，經過選型對比，采用SANDEX的9AD凸輪分割器，工位數為4。

1.4設備組成

該設備機械部分主要由上料工位、通規檢測工位、止規檢測工位三個部分組成，其中兩檢測工位大概組成基本相同，二者只有檢測頭不同。上料工位由人工操作按鈕及工件檢測傳感器組成，人工操作按鈕包括急停按鈕、啟動按鈕、故障復位按鈕組成;工件檢測傳感器則是由工件有無檢測傳感器及工件安裝位置防錯傳感器組成，防止由于人工錯誤防止工件而造成檢測失敗，兩種傳感器皆使用自反射光電傳感器。

螺紋檢測工位由驅動部分和浮動部分組成，為了使螺紋規的浮動有自對中的效果，整套機構垂直于地面安裝，在重力的作用下，浮動機構在原點位總成保持同一位置。驅動部分則如圖所示由伺服電機、扭矩傳感器、驅動軸軸系組成，三者之間使用聯軸器連接，為螺紋規旋轉提供動力，過程中監控螺紋規收到的阻力;浮動部分由平移浮動機構和萬向旋轉機構組成，其中連接軸1部分與驅動部分連接，在垂直方向上可以滑動，只傳遞扭矩，浮動銷軸則固定在連接軸上，給浮動部分傳遞扭矩，浮動頭則與萬向聯軸器相連，為末端提供平移浮動，考慮到滑動摩擦阻力過大，會讓浮動效果大打折扣，在連接軸與浮動頭之間加裝鋼球，使滑動摩擦變為滾動摩擦，由此可使浮動機構正常使用。旋轉浮動機構基本原理為萬向聯軸節，但是加裝了旋轉角度的限制，并適當增加了剛性，以確保旋轉的正確進行。深處機構的末端安裝距離傳感器，以工件端面和通止規安裝面作為基準，最大化減小累計誤差。

1.5工作流程

首先人工放置工件到上料工位，并按下啟動按鈕，工件檢測傳感器發信正常后轉盤將工件旋轉到通規檢測工位，同時下一空工位旋轉到人工位，操作人員可繼續上料。轉盤到位信號發出后，氣缸伸出，當螺紋規碰到工件后浮動機構停止運動，驅動機構繼續伸出，氣缸伸出到位后，伺服電機驅動，螺紋規在驅動力的作用下旋入工件，旋入全程監控扭矩值信息，當扭矩傳感器達到設定扭矩值時，伺服電機停止驅動，距離傳感器檢測兩測量面之間間距，經過計算可得知螺紋深度，與標準值對比可得知工件螺紋深度是否合格;之后就旋轉全程的扭矩值進行評估，當低于一定數值時則阻力過小，需要檢查螺紋內徑。檢測結束后伺服反轉將螺紋規選出，距離傳感器檢測兩測量面間距，確保螺紋規完全旋出工件;氣缸縮回，帶動檢測機構上升，浮動機構回到初始位置;轉盤旋轉將工件送到止規檢測工位，止規檢測工位工作流程與通規檢測工位相同，唯一不同處為距離設定值不同，若檢測間距過小，止規旋入深度過長則工件不合格。全部檢測完畢的工件將旋轉到工件上料為，由人工下料整理，并由指示燈提示操作人員該工件是否合格，若不合格則提示不合格種類。

2應當注意的問題

一般情況下，螺紋檢測需要注意以下方面的問題

2.1螺紋檢測需要確保螺紋的清潔，碎屑油污等將影響扭矩值檢測的結果，通止規需要按時清潔、更換，避免影響測量結果。

2.2要保證合格工件與不合格工件的正確分類;由此工件可以選擇刻印二維碼，設備增加工件掃碼槍，對每一根工件形成追溯，防止不合格件流出。

3結束語

綜上所述，增加螺紋的螺紋檢測項目將極大的提高螺紋的使用效果，螺紋的一致性將更好。并可根據不合格產品的種類數量報表提示生產過程中的問題環節，進一步減小生產成本。本設備具有結構簡單、工作可靠、自動化程度高的特點。可有效避免人工誤操作以及設備過載產生的對工件的損壞。在設計過程中，筆者充分考慮了燃油管件螺紋本身的特點，以及管件形狀復雜的實際情況，在工件定位以及裝卡方面做了特殊設計，既保證了定位精度，又兼顧了檢測的可靠性。通過刻印二維碼標識，為產品追朔提供了可靠依據，并可根據實際工作需要添加RFID識別，為流水線生產提供保障。

參考文獻：

[1]用于檢測輪轂軸承螺紋、裂紋的檢測裝置及其檢測方法[P]. 雷良育，楊自棟. 中國專利：CN112539688A， 2021-03-23