一種內螺紋檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及螺紋檢測技術領域，尤其涉及一種內螺紋檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]螺紋加工質量是工業(yè)領域中的一項基本且重要的質量管控項目，主要涉及的檢測項有:螺紋間異物檢測、螺紋長度(深度)、螺距、齒形。
[0003]目前能夠進行螺紋檢測的方法主要有接觸式、非接觸式2種檢測方法。其中接觸式檢測法有量針檢測法、螺紋千分尺、各種類型的螺紋規(guī)檢測法；非接觸式方法有工具顯微鏡法、機器視覺檢測法。
[0004]接觸式螺紋檢測法存在量具易磨損、檢測速度慢、檢測參數(shù)單一的問題；非接觸檢測法雖無前者的問題，但目前仍主要運用在外螺紋檢測中。而內螺紋，尤其是小孔徑盲孔中的深度內螺紋檢測，因現(xiàn)有設備無法深入，難以甚至無法進行檢測。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種內螺紋檢測裝置及方法。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:
[0007]一種內螺紋檢測裝置，內螺紋為內螺紋管的內部紋路，包括上螺紋面檢測裝置和下螺紋面檢測裝置，上螺紋面檢測裝置包括相機、激光一字線投射器和能夠獲知轉動角度的轉動機構，相機和激光一字線投射器設置在內螺紋管的管口上部，轉動機構的動力輸出部件與內螺紋管的底部連接，帶動內螺紋管轉動；
[0008]所述下螺紋面檢測裝置包括相機、激光一字線投射器和能夠獲知轉動角度的轉動機構、第一反射鏡和第二反射鏡，相機和激光一字線投射器設置在內螺紋管的管口上部，轉動機構的動力輸出部件與內螺紋管的底部連接，帶動內螺紋管轉動；第一反射鏡設置在內螺紋管上部，第二反射鏡設置在內螺紋管內部。
[0009]一種內螺紋檢測方法，包括上螺紋面檢測方法和下螺紋面檢測方法；
[0010]上螺紋面檢測方法包括以下步驟:
[0011](I)進行相機內部參數(shù)K的定標；
[0012](2)進行相機與激光線相對位置參數(shù)的定標；
[0013](3)將待測工件按照圖示位置放置，令激光線以圖示方向投射至待測螺紋面上；
[0014](4)相機拍攝一張螺紋面上的激光線圖像；
[0015](5)利用基于灰度或顏色的圖像分割算法，提取激光線圖像并擬合方程，進而由相機成像參數(shù)和相對位置參數(shù)，獲得此激光線的空間坐標；
[0016](6)根據線方程，判斷是否存在加工異常或雜質；如果存在，停止后續(xù)檢測過程，并發(fā)出異常信號，進行異常工件處理；如果正常，則繼續(xù)后續(xù)檢測；
[0017](7)轉動機構驅動待檢測工件，令其繞內齒中軸轉動I個已知角度，并記錄此角度；
[0018](8)重復執(zhí)行步驟4，直至工件轉動360度；
[0019](9)根據每條激光線的空間坐標，進行上螺紋面的重建；
[0020]下螺紋面檢測方法包括以下步驟:
[0021](I)進行相機內部參數(shù)K的定標；
[0022](2)進行相機與激光線相對位置參數(shù)的定標；
[0023](3)將待測工件按照圖示位置放置，令激光線以圖示方向投射至待測螺紋面上；
[0024](4)相機拍攝一張螺紋面上的激光線圖像；
[0025](5)利用基于灰度或顏色的圖像分割算法，提取激光線圖像并擬合方程，進而由相機成像參數(shù)和相對位置參數(shù)，獲得此激光線的空間坐標；
[0026](6)根據線方程，判斷是否存在加工異?；螂s質；如果存在，停止后續(xù)檢測過程，并發(fā)出異常信號，進行異常工件處理；如果正常，則繼續(xù)后續(xù)檢測；
[0027](7)轉動機構驅動待檢測工件，令其繞內齒中軸轉動I個已知角度，并記錄此角度；
[0028](8)重復執(zhí)行步驟4，直至工件轉動360度；
[0029](9)根據每條激光線的空間坐標，進行下螺紋面的重建。
[0030]下螺紋面檢測方法中，其中設置第一反射鏡和第二反射鏡分別為ml和m2 ;投射光束在m2鏡上反射后的光線，定義為I I;光束I I投射至空間點P上，相機視野中的P點像位置為P “處，即由相機成像方程測量到的P點空間坐標，其實為P’點的空間坐標。
[0031]在此裝置制造時，2面反射鏡與相機的相對位置、投射激光線束的空間位置，皆為已知或能通過成熟的定標方法獲知；在已知P’點的空間坐標后，即能夠求解出P點的空間坐標。
[0032]對于三角形截面的螺紋的齒尖線L是存在于螺紋上、下表面檢測結果中的公共線；而對于梯形截面的螺紋，L1、L2是公共線，即基于此進行螺紋上下表面的拼接；不失一般性的，以三角形截面螺紋為例進行說明，具體實現(xiàn)算法為:
[0033](I)分別獲得螺紋上、下重建表面上，齒尖線Lu、Ld ;
[0034](2)以弧長間隔a，從靠近螺紋孔口的端點開始，分別在Lu曲線上選取點列Pu ;
[0035](3)計算Pu中每點處的法向量、切向量、曲率參數(shù)，構成每個點的評估向量vui ；
[0036](4)在Ld曲線上，從螺紋孔口的端點開始，以較小的弧長，確定若干個起始端點Sn ；
[0037](5)分別以這些起始點開始，以弧長間隔a確定點列Pdn，并計算各點處的評估向量vdni ;其中Pdn表示第η個起始端點確定的弧長間隔為a的點列；
[0038](6)分別計算Pu點列和Pdn各點處的評估向量的距離，選取具有最小距離的點列Pda ；
[0039](7)采用ICP空間迭代算法，完成上下螺紋面的最佳匹配。
[0040]以上拼接方法，也可使用局部具有高測量精度的齒尖線段進行拼接，如靠近螺紋口的部分螺紋，更容易處于最佳的測量條件，進而也會具有更高的測量精度。對此部分進行拼接，并作為測量結果的主要來源部位，更具有代表性和準確性。
[0041]本發(fā)明的有益效果在于:
[0042]本發(fā)明為一種內螺紋檢測裝置及方法，其中所述的由激光線進行三維重建的技術，是一種結構光重建技術，為獲得較好的測量精度，數(shù)字相機應避免正對投射光線，但相機位置偏離投射線布置，則增大了測量部件的整體尺寸，無法進入小孔徑孔中進行螺紋測量;
[0043]本發(fā)明提出了一種分別進行螺紋上、下表面測量和重建，進而完成螺紋參數(shù)測量的方法。由于單次僅針對螺紋上或下表面的測量，無須要求相機一次獲取完整的齒形圖像，因此可以將相機和激光投射器置于檢測孔外部，避免了設備尺寸方面的限制；該方法最終獲得了內螺紋的完整形狀信息，能夠同時進行異物檢測、螺紋深度、螺距、齒形參數(shù)的測量;
[0044]因多數(shù)螺紋是金屬質地，投射光在其加工表面上進行鏡面反射，將相機和激光投射器設置于檢測面同側，更有助于相機獲取清晰的投射光線圖像；
[0045]內螺紋下表面檢測中，本發(fā)明設計的檢測方法，僅將小尺寸的反射鏡置于孔內，而相機和其它設備皆置于孔外部，完全沒有尺寸方面的限制；相機通過2面反射鏡拍攝掃描線圖像，在孔外部獲得了傳統(tǒng)方法難以獲得的視角，并且非常有利于鏡面反射條件下的圖像獲??；
[0046]內螺紋下表面測量方法中，測量部件能夠上下移動，能夠對靠近孔口部分的螺紋下表面進行高精度測量。通過提高此部分測量數(shù)據的權重，有助于提高整體測量精度；
[0047]在螺紋下表面測量中，本發(fā)明提出的方法能利用經2個鏡面反射后的被測物圖像數(shù)據，進行其空間坐標的求解，使得無須將相機置于孔內部，簡化了測量裝置的設計制造；
[0048]本發(fā)明中提出了一種基于最優(yōu)化理論的自動化表面拼接技術，提高了螺紋上下表面的拼接精度，也易于程序實現(xiàn)，提高了數(shù)據后期處理的自動化，簡化測量操作。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發(fā)明中所述上螺紋面檢測裝置的結構示意圖；
[0050]圖2是本發(fā)明中所述下螺紋面檢測裝置的結構示意圖；
[0051]圖3是本發(fā)明中所述下螺紋面檢測原理示意圖；
[0052]圖4是本發(fā)明中螺紋三維重建示意圖；
[0053]圖5是本發(fā)明中三維重建結果示意圖。
[0054]圖中:1_相機，2-激光一字線投射器，3-轉動機構，4-上螺紋面，5-內螺紋，6_螺紋孔中軸，7-第一反射鏡，8-第二反射鏡，9-下螺紋面。
【具體實施方式】
[0055]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0056]完整的檢測流程為:上螺紋面檢測(見圖1)和下螺紋面檢測(見圖2) 2部分。對于較大內徑的工件，2種檢測可同時進行；對于較小內徑工件，可分別進行。
[0057]完整的檢測流程為:
[0058]1.進行上螺紋面檢測；
[0059]2.進行下螺紋面檢測；
[0060]3.上、下螺紋面測量數(shù)據拼接；
[0061]4.計算螺紋齒形、螺距、深度參數(shù)。
[0062]其中步驟I中的上螺紋面檢測原理如圖1所述:
[0063]檢測流程為:
[0064](I)進行相機內部參數(shù)K的定標；
[0065](2)進行相機與激光線相對位置參數(shù)的定標；
[0066](3)將待測工件按照圖示位置放置，令激光線以圖示方向投射至待測螺紋面上；
[0067](4)相機拍攝一張螺紋面上的激光線圖像；
[0068](5)利用基于灰度或顏色的圖像分割算法，提取激光線圖像并擬合方程，進而由相機成像參數(shù)和相對位置參數(shù)，獲得此激光線的空間坐標；
[0069](6)根據線方程，判斷是否存在加工異?；螂s質；如果存在，停止后續(xù)檢測過程，并發(fā)出異常信號，進行異常工件處理；如果正常，則繼續(xù)后續(xù)檢測；
[0070](7)轉動機構驅動待檢測工件，令其繞內齒中軸轉動I個已知角度，并記錄此角度；
[0071](8)重復執(zhí)行步驟4，直至工件轉動360度；
[007