一种针对高要求螺纹的检测设备

高斯

摘 要：螺纹是一种机械上重要的连接机构，随着工业的发展，部分行业对螺纹的要求越来越高传统的纯检具检测方式具有差异性大，效率低的特点。新的机械视觉检测方法提高了检测水平，但是对某些螺纹来说准确度依然不达标，本文提出了一种专门检测汽车燃油管路螺纹的设备。

关键词：螺纹检测;定向;元器件

前言

螺栓连接作为一种重要的机械连接形式，对于机械的正常运转十分重要，螺纹的质量可以直接影响到设备是否可以稳定运行，以及设备的使用寿命。所以为了控制螺纹的质量，传统的检测方式为手动使用螺纹通止规进行检测，该方式受制于人工，有着检测效率低，检测结果因人而异的缺点。近年来也出现了使用机器视觉的检测方法，该方法效率和检测稳定性都比人工要高出很多，准确率可达97%-98%，对于一般性的紧固螺纹连接，该合格率可以满足要求，但是对于某些有重要功能螺纹而言，此准确率还远远不够。例如汽车燃油系统中的螺纹连接，供油管路的螺纹对密封性有着严苛的要求，如果管路密封性不足，将造成燃油泄漏，严重者更会发生自燃现象，产生严重的后果，所以需要一种更可靠且高效的检测方式来确保螺纹的质量。

1技术介绍

1.1问题分析

螺纹的质量取决于螺纹大经、螺纹中经、螺纹小径、螺距、螺纹深度等，因此要对这些数据进行全面的检测，为了检测的准确性，我们要避免使用人工检测，因为人无法每时每刻集中注意力，不可避免的犯错，所以检测不能以人的感官为基准;所以拟定采用自动化检测。

1.2确定方向

對于螺纹大经和螺纹中经来说，螺纹通止规是最为有效且经济的方案;对于螺纹小径，螺纹通止规并不能做到全面检测，当螺纹小径偏小时，通规可以正常检测，但当螺纹小径偏大时，通止规都可以通过，无法检出，但此时有效螺纹减小，相应会减小螺纹的强度;经过实验对比发现，螺纹小径越小，两零件螺纹之间的间隙越小，需要的旋入力矩越小，因此，在旋入机构中增加扭矩传感器来进行检测;对于螺纹有效深度，由于无法直接测量，所以采用测量通规的旋入深度来间接测量螺纹的有效深度。对于不同的螺纹，螺纹的参数也不一样，本文中使用一种汽车燃油分配器中常用的内螺纹M22*1.5-6H，深度10±0.5作为实验对象。

1.3元器件选型

1.3.1电机选型：通止规旋入时，不能使用太大的力矩，不然会使螺纹发生损坏，但由于螺纹之间摩擦力的存在，旋入力矩不能过小，所以采用人工使用扭矩传感器旋入螺纹的方法测定合适的旋入力矩，经过200个旋入测试，得到通规旋入扭矩为0.7N·M，止规旋入扭矩为1N·M，经过选型查询，拟定采用400W伺服电机。

1.3.2螺纹规及扭矩传感器选型：根据扭矩值选择HBM扭矩传感器T21WN_E_2Nm，测量值为0-2NM，螺纹通止规选择国标的螺纹通止规。

1.3.3距离传感器选型：对于螺纹深度的间接测量，要先确定机械传动方案才能确定。经过实验发现螺纹通止规在传统旋转轴系中无法正常旋入，螺纹的旋入点不确定，造成螺纹规受力不均而倾斜，进而卡死并损坏工件螺纹及螺纹规。为了使螺纹规能够正常旋入，需要使用可浮动的旋入机构，那么为了使浮动机构受力平均，不对螺纹规施加侧向力，所以需要使用非接触测量方式，经过选型查询，选用keyence的IG-028多功能CCD激光测微仪来测量旋入深度，该激光传感器安装距离为0 到 1500 mm，实际安装距离55mm，安装距离符合要求;检测范围28 mm，实际检测距离要求17mm<28 mm，检测范围满足要求;检测精度±0.04，小于图纸精度要求±0.5的十分之一±0.05，检测精度满足使用要求。

1.3.4凸轮分割器选型：为了达到一定的检测速度，拟采用转盘式凸轮分割器作为工件夹具载体，对于不同工件，通规和止规检测两工位可同时进行，加上上料工位，共需三个工位，由于三工位并非常用工位数，拟定采用四工位凸轮分割器，有一个工位为空。经过设计计算可得转盘直径约为520mm，厚度20mm，经过选型对比，采用SANDEX的9AD凸轮分割器，工位数为4。

1.4设备组成

该设备机械部分主要由上料工位、通规检测工位、止规检测工位三个部分组成，其中两检测工位大概组成基本相同，二者只有检测头不同。上料工位由人工操作按钮及工件检测传感器组成，人工操作按钮包括急停按钮、启动按钮、故障复位按钮组成;工件检测传感器则是由工件有无检测传感器及工件安装位置防错传感器组成，防止由于人工错误防止工件而造成检测失败，两种传感器皆使用自反射光电传感器。

螺纹检测工位由驱动部分和浮动部分组成，为了使螺纹规的浮动有自对中的效果，整套机构垂直于地面安装，在重力的作用下，浮动机构在原点位总成保持同一位置。驱动部分则如图所示由伺服电机、扭矩传感器、驱动轴轴系组成，三者之间使用联轴器连接，为螺纹规旋转提供动力，过程中监控螺纹规收到的阻力;浮动部分由平移浮动机构和万向旋转机构组成，其中连接轴1部分与驱动部分连接，在垂直方向上可以滑动，只传递扭矩，浮动销轴则固定在连接轴上，给浮动部分传递扭矩，浮动头则与万向联轴器相连，为末端提供平移浮动，考虑到滑动摩擦阻力过大，会让浮动效果大打折扣，在连接轴与浮动头之间加装钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦，由此可使浮动机构正常使用。旋转浮动机构基本原理为万向联轴节，但是加装了旋转角度的限制，并适当增加了刚性，以确保旋转的正确进行。深处机构的末端安装距离传感器，以工件端面和通止规安装面作为基准，最大化减小累计误差。

1.5工作流程

首先人工放置工件到上料工位，并按下启动按钮，工件检测传感器发信正常后转盘将工件旋转到通规检测工位，同时下一空工位旋转到人工位，操作人员可继续上料。转盘到位信号发出后，气缸伸出，当螺纹规碰到工件后浮动机构停止运动，驱动机构继续伸出，气缸伸出到位后，伺服电机驱动，螺纹规在驱动力的作用下旋入工件，旋入全程监控扭矩值信息，当扭矩传感器达到设定扭矩值时，伺服电机停止驱动，距离传感器检测两测量面之间间距，经过计算可得知螺纹深度，与标准值对比可得知工件螺纹深度是否合格;之后就旋转全程的扭矩值进行评估，当低于一定数值时则阻力过小，需要检查螺纹内径。检测结束后伺服反转将螺纹规选出，距离传感器检测两测量面间距，确保螺纹规完全旋出工件;气缸缩回，带动检测机构上升，浮动机构回到初始位置;转盘旋转将工件送到止规检测工位，止规检测工位工作流程与通规检测工位相同，唯一不同处为距离设定值不同，若检测间距过小，止规旋入深度过长则工件不合格。全部检测完毕的工件将旋转到工件上料为，由人工下料整理，并由指示灯提示操作人员该工件是否合格，若不合格则提示不合格种类。

2应当注意的问题

一般情况下，螺纹检测需要注意以下方面的问题

2.1螺纹检测需要确保螺纹的清洁，碎屑油污等将影响扭矩值检测的结果，通止规需要按时清洁、更换，避免影响测量结果。

2.2要保证合格工件与不合格工件的正确分类;由此工件可以选择刻印二维码，设备增加工件扫码枪，对每一根工件形成追溯，防止不合格件流出。

3结束语

综上所述，增加螺纹的螺纹检测项目将极大的提高螺纹的使用效果，螺纹的一致性将更好。并可根据不合格产品的种类数量报表提示生产过程中的问题环节，进一步减小生产成本。本设备具有结构简单、工作可靠、自动化程度高的特点。可有效避免人工误操作以及设备过载产生的对工件的损坏。在设计过程中，笔者充分考虑了燃油管件螺纹本身的特点，以及管件形状复杂的实际情况，在工件定位以及装卡方面做了特殊设计，既保证了定位精度，又兼顾了检测的可靠性。通过刻印二维码标识，为产品追朔提供了可靠依据，并可根据实际工作需要添加RFID识别，为流水线生产提供保障。

参考文献：

[1]用于检测轮毂轴承螺纹、裂纹的检测装置及其检测方法[P]. 雷良育，杨自栋. 中国专利：CN112539688A， 2021-03-23