CN104990511A - 螺纹孔结构质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺纹孔结构质量检测方法，利用CCD相机以及环形光源对内螺纹进行质量检测，检测的指标项目包括：对内螺纹进行检测计算外径和内径的尺寸以及饱牙率、检测计算螺牙数目、检测计算牙距和牙深、检测计算有效牙，其中可以识别出的无效牙包括：烂牙、少牙以及异物和毛刺。

Description

螺纹孔结构质量检测方法

技术领域

本发明涉及一种螺纹一系列指标的质量检测计算方法，尤其涉及一种螺纹孔结构质量检测方法。

背景技术

对于重要部件上设有的内螺纹，在安装过程中，需要将螺丝或螺钉拧入。在拧入过程中经常发生的问题是因为内螺纹的质量问题导致整个内螺纹滑丝或者其他损坏发生，往往由于一个内螺纹的损坏，就会造成整个重要部件的报废，损失较大。为了避免上述技术问题，需要预先对内螺纹和螺丝上的外螺纹进行质量检测。剔除不良品后再进行拧入操作。

螺丝或螺钉上的外螺纹由于位于外部，对其表面的螺纹进行预先检测，剔除不良品是很容易做到的。但是内螺纹的检测就不容易实现，首先内螺纹位于孔内，不易观察，特别是深度较大位置的螺纹，也是特别难以检测。

在质量检测的项目通常包括：内螺纹的内径、外径，内螺纹的螺纹数目，每两个相邻两圈螺纹之间的牙距，第一圈螺纹与最后一圈螺纹之间的间距(牙深)，还有检测螺纹的有效牙(无效牙包括螺牙的：烂牙、缺牙和缺牙，甚至包括异物和毛刺的存在)，通过内径外径尺寸还可以计算得到饱牙率，饱牙率：就是指内螺纹孔上的螺牙在预挑(做)丝前，孔的内径要足够小，这样的材料挑出来的丝才全端部那部份的丝尖，如不是用那样材料的那就会少了那部份丝尖，不缺和缺的好坏就这个饱牙率来表示。

ROI(region of interest)即感兴趣区域。机器视觉、图像处理中，从被处理的图像以方框、圆、椭圆、不规则多边形等方式勾勒出需要处理的区域，称为感兴趣区域，ROI。在Halcon、OpenCV、Matlab等机器视觉软件上常用到各种算子(Operator)和函数来求得感兴趣区域ROI，并进行图像的下一步处理。在图像处理领域，感兴趣区域(ROI)是从图像中选择的一个图像区域，这个区域是你的图像分析所关注的重点。圈定该区域以便进行进一步处理。使用ROI圈定你想读的目标，可以减少处理时间，增加精度。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种非接触式的螺纹孔结构质量检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明第一种技术方案：一种内螺纹外径和内径的检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头垂直的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔孔口的第一圈螺牙影像，分析出影像中第一圈螺牙反光形成的环形光斑，计算所述环形光斑的内径和外径尺寸。

本发明第一种技术方案的一个较佳实施例中，分析影像过程包括以下步骤：

1)分析出黑斑，即所述螺纹孔内径内的斑点，并以所述黑斑为原点建立坐标系；

2)画找所述环形光斑的ROI框，通过找圆算子，拟合出外径的圆和内径的圆，并以此计算出对应的外径和内径，即所述环形光斑的内径和外径。

本发明第一种技术方案的一个较佳实施例中，所述影像设备为CCD相机。

本发明第一种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源设置在所述影像设备和所述内螺纹之间。

本发明第一种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源为环形光源。

本发明第二种技术方案：一种内螺纹螺牙数目检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑数量，即螺牙数目。

本发明第二种技术方案的一个较佳实施例中，两个所述影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向所述内螺纹一端。

本发明第二种技术方案的一个较佳实施例中，所述影像设备为CCD相机。

本发明第二种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源设置在所述影像设备和所述内螺纹之间。

本发明第二种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源为环形光源。

本发明第三种技术方案：一种内螺纹牙距和牙深检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑，计算相邻两个弧条形光斑之间的间距即为牙距，计算第一个弧条形光斑与最后一个弧条形光斑之间的间距即为牙深。

本发明第三种技术方案的一个较佳实施例中，两个所述影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向所述内螺纹一端。

本发明第三种技术方案的一个较佳实施例中，所述影像设备为CCD相机。

本发明第三种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源设置在所述影像设备和所述内螺纹之间。

本发明第三种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源为环形光源。

本发明第四种技术方案：一种内螺纹有效牙检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑，根据每个所述弧条形光斑的面积大小判断螺牙是否有效。

本发明第四种技术方案的一个较佳实施例中，分析影像过程为：画找所述弧条形光斑的ROI框，计算所述ROI框内亮斑和黑斑的面积比。

本发明第四种技术方案的一个较佳实施例中，两个所述影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向所述内螺纹一端。

本发明第四种技术方案的一个较佳实施例中，所述影像设备为CCD相机。

本发明第四种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源设置在所述影像设备和所述内螺纹之间。

本发明第四种技术方案的一个较佳实施例中，所述光源为环形光源。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一种技术方案检测计算内螺纹外径拍摄的影像图；

图2是本发明第一种技术方案检测计算内螺纹内径拍摄的影像图；

图3是本发明第二种技术方案检测计算内螺纹螺牙数目拍摄的影像图；

图4是本发明第三种技术方案检测计算内螺纹牙距和牙深拍摄的影像图；

图5是本发明第四种技术方案检测计算内螺纹确认为有效牙拍摄的影像图；

图6是本发明第四种技术方案检测计算内螺纹确认为无效牙拍摄的影像图；

图7是本发明涉及到的用于检测的影像检测机构的立体结构图；

图中：1、影像检测机构，2、架体，3、固定板，4、腰型孔，5、Z轴移动模组，6、第一影像设备，7、第二影像设备，8、第三影像设备，9、环形光源，10、内孔，11、载具台面，12、托盘夹具，13、固定柱，14、活动柱，15、气缸，16、X轴移动模组，17、Y轴移动模组，18、交点，21、外径，22、内径，23、环形光斑，24、弧条形光斑，25、黑斑，26、亮斑，27、ROI框，28、辅助线。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2和图7所示，本发明第一种技术方案：一种内螺纹外径21和内径22的检测计算方法，将带有光源的影像设备镜头垂直的朝向内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔孔口的第一圈螺牙影像，分析出影像中第一圈螺牙反光形成的环形光斑23，计算环形光斑23的内径22和外径21尺寸。

分析影像过程包括以下步骤：

1)分析出黑斑25，即螺纹孔内径22内的斑点，并以黑斑25为原点建立坐标系；

2)画找环形光斑23的ROI框26，通过找圆算子，拟合出外径21的圆和内径22的圆，并以此计算出对应的外径21和内径22，即环形光斑23的内径22和外径21。

影像设备为CCD相机，光源设置在影像设备和内螺纹之间，光源为环形光源。

CCD相机捕获的效果图如图1所示，即为测量外径21的效果图。选取坐标系后，画找圆的ROI框26，通过找圆算子，拟合出外径21的圆，并以此计算出对应的D_outside(外径21)。以此，即可根据已知的d(钻头外径21)和饱牙率公式，计算出：

饱牙率＝(D_outside-d)/2×0.5413P

CCD相机捕获的效果图如图2所示。先通过Blob分析(找斑点)，找到黑斑25，即内径22斑点。并以此建立坐标系。再选取坐标系后，画找圆的ROI框26，通过找圆算子，拟合出内径22的圆，并以此计算出对应的内径22。

如图3和图7所示，本发明第二种技术方案：一种内螺纹螺牙数目检测计算方法，将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条光斑24数量，即螺牙数目。

两个影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向内螺纹一端。

影像设备为CCD相机，光源设置在影像设备和内螺纹之间，光源为环形光源。

CCD相机捕获的螺牙效果图即为图3所示。通过Blob分析(找亮斑26)，找到效果图上的亮斑26区域，并加上限制条件，即亮斑26区域的面积，只有当亮斑26区域的面积在正常范围内，才判定此圈螺牙属于正常螺牙，否则判定为缺牙、烂牙或有异物等。如果整体都没有黑白变化的区域，则可以判断为无牙。

根据图3，可得出螺牙数为：5个。

如图4和图7所示，本发明第三种技术方案：一种内螺纹牙距和牙深检测计算方法，将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条光斑24，计算相邻两个弧条光斑24之间的间距即为牙距，计算第一个弧条光斑24与最后一个弧条光斑24之间的间距即为牙深。

本发明第三种技术方案的一个较佳实施例中，两个影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向内螺纹一端。

影像设备为CCD相机，光源设置在影像设备和内螺纹之间，光源为环形光源。

螺牙间距即为每圈螺牙的上边缘的点到上一圈螺牙的下边缘的点的Y轴距离。

如图4所示：

Dis1(螺牙间距1)＝Point_2.y–Point_1.y

Dis2(螺牙间距2)＝Point_4.y–Point_3.y

Dis3(螺牙间距3)＝Point_6.y–Point_5.y

Dis4(螺牙间距4)＝Point_8.y–Point_7.y

螺牙的MFTD(有效牙深)，等于最后一圈螺牙的下边缘点到第一圈螺牙的下边缘点的Y轴距离：MFTD＝Point_9.y–Point_1.y

如图5、图6和图7所示，本发明第四种技术方案：一种内螺纹有效牙检测计算方法，将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条光斑24，根据每个弧条光斑24的面积大小判断螺牙是否有效。

分析影像过程为：画找弧条光斑24的ROI框26，计算ROI框26内亮斑26和黑斑25的面积比。

两个影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向内螺纹一端。

影像设备为CCD相机，光源设置在影像设备和内螺纹之间，光源为环形光源。

主要是检测边框(即ROI区域)内的白色亮斑26点的面积。如果检测的面积在指定的范围内(图5)表示OK,没有断纹。如果有断纹则(图6)所示，白色亮斑26点的面积明显偏小，则表示NG。

软件判定某圈螺牙是否为正常螺牙，并检测出该圈螺牙具体是缺牙、烂牙、还是有异物、毛刺等。

螺纹孔内表面光泽根据环形光源等因素可以形成：高光和中光。

如图7所示，一种螺纹孔检测装置，包括：影像检测机构1以及影像检测机构1朝向一侧设置的载具台面11，影像检测机构1上设有一个正向朝向载具台面11的影像设备，以及设有两个倾斜朝向载具台面11的影像设备，影响检测机构与载具台面11之间能够相互接近的移动，载具台面11能够在其所在平面内移动，影像设备为CCD相机。

正向设置的CCD相机和倾斜设置的CCD相机分工明确的对内螺纹的各个质量指标进行检测，同时将两种角度不同的CCD相机设置在同一个固定板3上，可以一体的同时检测同一个内螺纹的全部质量指标项目。

设置至少两个倾斜设置的CCD相机，可以实现对内螺纹孔至少两个不同的角度方向进行检测计算，采样更加全面，漏检率大大降低；同时两个倾斜设置的CCD相机配合使用可以检测内螺纹中两端部的自由端螺牙位置角度，以此精密计算整条螺纹的圈数，即并不局限与整数倍圈数，可以是半圈。

影像检测机构1上设有三个影像设备，分别为中间的第一影像设备6，以及对称设置在第一影像设备6两边的第二影像设备7与第三影像设备8。第一影像设备6、第二影像设备7和第三影像设备8的镜头朝向的延伸线相交于一交点18。

影像检测机构1上还设有环形光源9，影像设备的镜头均通过环形光源9的内孔10拍摄载具台面11。延伸线穿过环形光源9后，形成的交点18位于载具台面11上。环形光源9设置在内螺纹和CCD相机之间，同时设置内孔10，保证内螺纹反射环形光源9的光线传到镜头里，环形光源9的内孔10设置，边缘镜头穿过其内孔10拍摄，光线效果较好。

影像检测机构1设有固定板3，第一影像设备6、第二影像设备7、第三影像设备8和环形光源9均设置在固定板3上。

固定板3连接Z轴移动模组5，Z轴移动模组5的移动方向轴线垂直于载具台面11。Z轴移动模组5带动固定板3上的所有CCD相机和环形光源9运动，可以灵活调节CCD相机与内螺纹之间的距离，辅助镜头的聚焦。固定板3通过竖直的导轨设置在架体2上，Z轴移动模组5一端设置在架体2上，另一端设置在固定板3上。

第一影像设备6、第二影像设备7和第三影像设备8均沿各自镜头延伸线方向可移动的设置在固定板3上。每个CCD相机可以单独在固定板3上沿其镜头延伸线方向移动，便于对每个CCD相机经行聚焦辅助。

载具台面11上设有托盘夹具12，托盘夹具12设有至少一个固定柱14和至少一个活动柱13。载具台面11设有相互垂直的X轴移动模组16和Y轴移动模组17，X轴移动模组16和Y轴移动模组17分别能够带动载具台面11在其所在平面内移动，活动柱13连接有气缸15。载具台面11上设置托盘，托盘上分布设置若干行-若干列带有内螺纹的物料。X轴移动模组16和Y轴移动模组17同时控制载具台面11，可以方便调整载具台面11上的托盘的位置，将物料逐一的移动到交点18位置，以便CCD相机对其进行检测。固定柱14和活动柱13配合可以将托盘精确固定在载具台面11的预定初始位置；气缸15控制活动柱13的开合。

第一影像设备6、第二影像设备7和第三影像设备8均通过长条结构的腰型孔4设置在固定板3上。第二影像设备7的镜头延伸线与第一影像设备6的镜头延伸线之间的夹角为锐角；第三影像设备8的镜头延伸线与第一影像设备6的镜头延伸线之间的夹角为锐角；锐角优选30°。倾斜设置的CCD相机镜头延伸线与被检测内螺纹轴线之间的夹角为锐角，优选30°角，上述角度设置可以使得CCD相机拍摄到的内螺纹内壁上的几乎所有圈数的螺纹，并且较为清晰。

螺纹孔检测装置上还连接有工控机19，工控机19信号连接第一影像设备6、第二影像设备7、第三影像设备8、X轴移动模组16、Y轴移动模组17、Z轴移动模组5和气缸15。工控机19的显示屏可以显示托盘上合格物料与不合格物料的具体位置坐标，人工可以剔除不合格物料。

影像检测机构1设置在架体2上，影像检测机构1下方设有载具台面11，载具台面11的上表面水平设置。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1. 一种内螺纹外径和内径的检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头垂直的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔孔口的第一圈螺牙影像，分析出影像中第一圈螺牙反光形成的环形光斑，计算所述环形光斑的内径和外径尺寸。

2. 根据权利要求1所述一种内螺纹外径和内径的检测计算方法，其特征在于：分析影像过程包括以下步骤：

1）分析出黑斑，即所述螺纹孔内径内的斑点，并以所述黑斑为原点建立坐标系；

2）画找所述环形光斑的ROI框，通过找圆算子，拟合出外径的圆和内径的圆，并以此计算出对应的外径和内径，即所述环形光斑的内径和外径。

3. 一种内螺纹螺牙数目检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑数量，即螺牙数目。

4. 一种内螺纹牙距和牙深检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑，计算相邻两个弧条形光斑之间的间距即为牙距，计算第一个弧条形光斑与最后一个弧条形光斑之间的间距即为牙深。

5. 一种内螺纹有效牙检测计算方法，其特征在于：将带有光源的影像设备镜头倾斜的朝向所述内螺纹孔的一端，拍取内螺纹孔内若干个正对镜头的螺牙部分影像，分析出影像中若干个正对镜头的螺牙部分反光形成的弧条形光斑，根据每个所述弧条形光斑的面积大小判断螺牙是否有效。

6. 根据权利要求5所述一种内螺纹有效牙检测计算方法，其特征在于：分析影像过程为：画找所述弧条形光斑的ROI框，计算所述ROI框内亮斑和黑斑的面积比。

7. 根据权利要求3或4或5中任一权利要求所述的检测计算方法，其特征在于：两个所述影像设备的镜头分别从两个不同的倾斜方向朝向所述内螺纹一端。

8. 根据权利要求1或3或4或5中任一权利要求所述的检测计算方法，其特征在于：所述影像设备为CCD相机。

9. 根据权利要求1或3或4或5中任一权利要求所述的检测计算方法，其特征在于：所述光源设置在所述影像设备和所述内螺纹之间。

10. 根据权利要求9所述的检测计算方法，其特征在于：所述光源为环形光源。