[发明专利]一种大螺距锥形外螺纹检测装置及方法

权利要求书

1.一种大螺距锥形外螺纹检测方法，其特征在于，检测装置包括工件固定组件(3)和取像组件(2)；其特征在于，还包括检测组件(1)和光源组件(5)；

所述光源组件(5)为平面光源，用于向所述取像组件(2)提供光源；

所述检测组件(1)包括显示界面、数据存储系统、螺纹轮廓提取模块和螺纹逆向计算模块，用以提取螺纹图像轮廓、计算螺纹加工参数和判定结果；

所述工件固定组件(3)包括能自动夹紧的手爪和固定平台，用于夹持和固定旋转待测工件(4)以及调整待测工件(4)高度；

所述取像组件(2)包括工业相机和远心镜头，用于通过所述光源组件(5)对待测工件(4)螺纹进行取像，并将得到的螺纹图像发送至检测组件(1)；

所述数据存储系统用于支撑螺纹轮廓提取模块和螺纹逆向计算模块运行以及存储检测结果；

所述显示界面用于显示操作界面，设定模型参数以及显示所述螺纹轮廓提取模块和螺纹逆向计算模块计算结果；

检测方法包括以下步骤：

步骤S1：在所述检测组件显示界面中，输入待测工件螺纹设计参数和加工螺纹所用刀具参数；所述螺纹设计参数包括螺纹大径、中径、螺距、牙型角、螺纹总长和锥度；

步骤S2：将待测工件放置在所述工件固定组件中，调整工件固定组件，使光源组件、待测工件螺纹、取像组件在同一水平线；

步骤S3：所述取像组件采集待测工件螺纹图像，并传输至检测组件；

所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S301：所述检测组件准备就绪，所述取像组件配合使用远心平行背光的光源组件，采集第一张螺纹图像；

步骤S302：所述工件固定组件以固定速度旋转360°，取像组件以固定间隔采集多张螺纹图像，并将螺纹图像传递至检测组件；

步骤S4：所述检测组件及其螺纹轮廓提取模块对待测工件螺纹图像进行处理并提取螺纹轮廓，测量待测工件螺纹图像的螺纹投影尺寸，所述螺纹投影尺寸包括螺纹大径、中径、螺距、牙型角、螺纹总长和锥度；

所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S401：所述检测组件对获取的螺纹图像做灰度处理，提取螺纹区域，去除噪声点，得到初步螺纹图像；

步骤S402：利用prewitt算子对初步螺纹图像做一阶锐化，得到一阶梯度，将梯度值大于设定阂值部分记为轮廓边缘，对不连续边界做腐蚀膨胀处理，得到像素级螺纹轮廓；

步骤S403：基于领域面积的亚像素边缘提取算法，确定像素级螺纹轮廓的精确螺纹轮廓边界；

步骤S404：根据精确螺纹轮廓边界，测量初步螺纹投影尺寸L_m，所述初步螺纹投影尺寸L_m包括螺纹大径、螺距和螺纹总长；

步骤S405：根据初步螺纹投影尺寸L_m、加工偏差δ_m、刀具偏差δ_t，计算螺纹投影尺寸L_r：

L_r＝L_m-δ_m-δ_t；

步骤S5：所述检测组件及其螺纹逆向计算模块依据螺纹投影尺寸与螺纹轮廓，反算螺纹加工参数，所述螺纹加工参数包括螺纹大径、中径、螺距、牙型角、螺纹总长和锥度；

所述步骤S5包括以下步骤：

步骤S501：根据螺纹投影尺寸和螺纹投影关系，建立螺纹逆向计算模型，该模型如下：

螺纹大径(L_t，D)：L_t，D＝L_r，D

螺纹总长(L_t，L)：L_t，L＝L_r，L

螺纹螺距(L_t，P)：L_t，P＝L_r，P

螺纹左侧下螺纹牙型线沿中心线对称至右侧，向上平移L_t，P/2距离，螺纹右侧上螺纹牙型线沿中心线对称至左侧，向下平移L_t，P/2距离，分别延长上下牙型线得到牙型角顶点、牙型角底点，计算牙型角、锥度、中径线：

1)牙型角α：α＝180°-arctan(k₁)+arctan(k₂)

其中，k₁为螺纹牙型下线斜率，k₂为螺纹牙型上线斜率；

2)牙顶线锥度β：β＝180°-arctan(k₃)-arctan(k₄)

其中，k₃为右侧螺纹牙型角顶点连线斜率，k₄为左侧螺纹牙型角顶点连线斜率；

3)中径线：平行于右侧螺纹牙底角连线的直线向左平移，与相邻两个螺纹牙相交于a₁，a₂，a₃，a₄四点，其中|a₁a₂|为螺纹厚度，|a₂a₃|为相邻两个螺纹距离，取|a₁a₂|＝|a₂a₃|时平行于牙底角连线的直线为右侧螺纹中径线K1，同理，得左侧螺纹中径线K₂；

步骤S502：将螺纹投影尺寸代入螺纹逆向计算模型，计算螺纹加工参数，并根据螺纹加工参数计算左右中线最大差值、左右牙顶线最大差值、左右牙底线最大差值；

步骤S503：将螺纹加工参数与螺纹设计参数做比对，计算误差值δ_m,n，m为螺纹参数类型，m∈{螺纹大径、中径、螺距、牙型角、螺纹总长和锥度}，n为同一螺纹图像张数，n＝1,2,3,4,5…N；

步骤S6：所述检测组件将螺纹加工参数与螺纹设计参数比对，给出判定结果，并将检测结果存储在数据存储系统中，同时根据判定结果给出动作指令到工件分拣机构和螺纹加工设备。