专利名称：一种螺丝内斜牙缺陷检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种缺陷检测系统及其检测方法，具体来说为一种螺丝内斜牙缺陷检 测系统及其检测方法，属于光学检测领域。
背景技术：
螺丝内斜牙缺陷，指的是螺丝在加工过程中内螺纹轴心出现倾斜的情况。如图1 所示，为螺丝的剖面示意图。其中，图1(a)为没有出现内斜牙缺陷的螺丝的剖面图，此时， 螺丝的中轴线00’与水平方向垂直，其内螺纹1与水平方向夹角为Al，并且视该值为此规 格螺丝的内螺牙倾斜角度的理论值(通常，该理论值在实际操作过程中用某一取值范围代 替)。当此规格螺丝存在内斜牙缺陷时，见图1(b)和1(c)，此时，螺丝的中轴线00’与水平 方向的夹角不再是直角，螺丝的内螺纹1与水平方向的夹角也不再是Al。存在内斜牙缺陷 的螺丝的内螺纹1与水平方向的夹角(A2，A3)与该规格螺丝的内螺纹1与水平方向夹角的 理论值Al之差，S卩|A2-A1|和|A3-A1|，将超过某一给定阈值。同理，当所述差值小于某一 给定阈值时，表明待检测螺丝不存在内斜牙缺陷。另外，所述螺纹内斜牙缺陷的严重程度， 也可以通过该差值的大小判断，差值越大，内斜牙缺陷越严重。
目前，许多领域都对紧固件的质量提出了很高的要求，例如，汽车紧固件产业中多 种规格的螺丝产品。在制造过程中，螺丝会产生各种各样的缺陷，例如位于螺丝表面及侧面 的划伤，产品标号打印错误，较大的尺寸误差，内、外螺牙漏攻，内、外螺牙攻斜等。现有技术 已经提出许多缺陷检测方案用来检测上述的缺陷。
然而，随着对紧固件的质量的要求越来越高，尤其是部分用于出口的紧固件被要 求全检，需要针对不同类型的缺陷采取不同的质量控制标准。在这种情况下，不但需要检测 出尺寸误差所带来的缺陷，而且还需要检测出螺丝内斜牙缺陷，并根据所检测出的螺丝轴 心的倾斜程度对螺丝内斜牙缺陷的严重程度进行分级。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种螺丝内斜牙缺陷检测系统及其检测方法， 其能有效地检测出螺丝是否存在内斜牙缺陷，以及内斜牙缺陷的严重程度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种螺丝内斜牙缺陷检测系统，其包括用于 摆放螺丝的透明或半透明状的托板，以及
照明单元，其距离所述托板一个表面Bl —固定距离Xl ；
反射单元，其包括距离所述托板另一个表面B2—固定距离X2的至少一组反射镜， 所述每组反射镜分别以螺丝轴心所在位置为中心对称放置，且当反射镜是两组时，每组相 邻反射镜间夹角为90度；
成像单元，其距离所述托板另一个表面B2—固定距离X3，且位于所述反射单元上 方，所述成像单元的光轴和待检测螺丝的轴心基本重合；
图像构建模块，其与所述成像单元相连接；
图像处理模块，其与所述图像构建模块相连接；
所述照明单元向所述托板照射且透射通过所述托板而入射到所述成像单元的光， 以及所述照明单元向放置在所述托板上的待检测螺丝照射且通过螺丝内壁反射而入射到 所述反射单元的光在所述成像单元上形成二维图像；
所述二维图像包括感测照明单元向所述托板照射且透射通过所述托板的光形成 的第一图像和感测所述反射单元反射的光形成的第二图像，上述第一图像和该第二图像在 同在一幅一维图像中出现，但其在位置上是相互分开的，所述第二图像成对出现，且其与所 述反射单元中的反射镜的组数相等。
在所述的检测系统中，所述成像单元的光轴垂直于所述托板的表面Bl和B2。
在所述的检测系统中，所述托板为转盘或皮带。
在所述的检测系统中，所述托板与所述照明单元、反射单元和成像单元相对移动。
在所述的检测系统中，所述照明单元为一个或多个光源。
在所述的检测系统中，所述成像单元以连续方式拍摄二维图像或以脉冲方式拍摄 二维图像，相应的所述照明单元采用连续照射光或脉冲照射光。当以脉冲方式拍摄图像时， 所述成像单元与照明单元时序相同，即光源亮时拍一次图像。
在所述螺丝内斜牙缺陷检测系统中，所述照明单元与托板之间的距离或所述反射 单元与托板之间的距离或所述成像单元与托板之间的距离可以调整变动。
一种螺丝内斜牙缺陷检测方法，其包括以下步骤
1)、启动螺丝内斜牙缺陷检测系统，照明单元常亮，由震动料斗向托板的B2面供 应待测螺丝G，测螺丝G由摆正装置自动摆正，使所述待测螺丝的中轴线与所述托板的表面垂直；
2)、调整所述反射单元中反射镜的角度和位置，使所述反射单元中的每个反射镜 都反射出待检测螺丝G内壁的图像；
3)、在所述成像单元上形成二维图像，其中包括感测照明单元向所述托板照射且 透射通过所述托板的光形成的第一图像21和感测所述反射单元反射的光形成的第二图像 22 ；
4)、通过所述图像构建模块和图像处理模块，得到所述待测螺丝内螺纹所成的图 像，并通过其得出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角A2、A3 ；
5)、取所检测出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角A2、A3与该规格螺丝的内螺纹与 水平方向夹角的理论值Al的绝对值差，S卩|A2-A1|或|A3-A1|，将其与设定的阈值进行比 较，若所述绝对值差大于设定的阈值，则所述待测螺丝G存在内斜牙缺陷；若所述绝对值差 小于等于设定的阈值，则所述待测螺丝G不存在内斜牙缺陷。
在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，所述阈值采用以下方法来确定
1)、若待检测螺丝G为标准件，直接使用其参数；幻、若待检测螺丝G为非标准件， 采用人工方式筛选出多枚无内斜牙缺陷的螺丝的内螺纹倾斜角度进行多次测量，将该测量 值做为该类型螺丝的内螺纹倾斜角度的标准参数。
在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，所述步骤幻中，所述绝对值差与所述设定 的阈值相比，相差越大，表示所述待测螺丝的内斜牙缺陷越严重。
在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，在所述步骤4)中，取所述内螺纹与水平线的夹角中最大值为待检测螺丝G的内螺纹倾斜角。
本发明所述的螺丝内斜牙缺陷检测系统及其检测方法，其可以对螺丝的内螺牙是 否存在斜牙缺陷进行检测以及判断对所出现的斜牙缺陷的严重程度，其操作简单，检测精 确。


图1为螺丝的剖面示意图2为本发明所述螺丝内斜牙缺陷检测系统的结构示意图3为图2所示检测系统中成像单元形成的二维图像；
图4为图2所示检测系统中反射单元所反映的螺丝内壁的示意图。
具体实施方式
以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最 佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例
如图2所示，为本发明所述螺丝内斜牙缺陷检测系统的结构示意图。所述螺丝内 斜牙缺陷检测系统100，包括用于摆放螺丝G的透明或半透明状的托板160，其可以为转盘 或皮带，所述缺陷检测系统还包括
照明单元110，其距离所述托板160 —个表面Bl —固定距离XI，当然所述照明单 元110与托板160之间的距离Xl可以根据需要变动。所述照明单元110用于向托板160 及放置其上的待检测螺丝G照射光。照明单元110可以包括一个或多个光源，以便照明单 元110能在透明或半透明状托板160的整个平面范围上向透明或半透明状托板160及放置 在其上的待检测螺丝照射光。
反射单元120，其包括距离所述托板160另一个表面B2外侧一固定距离X2的至少 一组反射镜，所述每组反射镜分别以螺丝轴心所在位置为中心对称放置，且当反射镜是两 组时，每组相邻反射镜间夹角为90度。用于反射照明单元110向所述托板160照射且透射 通过透明或半透明状托板160而入射到反射单元120的光以及照明单元110向放置在所述 托板160上的待检测螺丝照射且通过螺丝内壁反射而入射到反射单元120的光。其中，所 述反射单元120与所述托板160间的距离X2可以变动，只要反射单元120反射的待检测螺 丝的内螺纹能够明确被图像处理模块识别即可。
成像单元130，其距离所述托板160另一个表面B2 —固定距离X3(其也可以根据 需要变动)，且位于所述反射单元120上方，所述成像单元130的光轴和待检测螺丝的轴心 基本重合。所述成像单元130的光轴可以垂直于所述托板160的表面Bl和B2。当然，所述 成像单元130的光轴也可以不垂直于所述托板160的表面Bl和B2。所述成像单元130用 于通过感测照明单元110向所述托板160照射且透射通过所述托板160而入射到成像单元 130的光以及照明单元110向放置在所述托板160上的待检测螺丝照射且通过螺丝内壁反 射而入射到反射单元120的光来形成一个二维图像(如图3所示)。所述成像单元130所 拍摄的二维图像包括感测照明单元110向透明或半透明状托板160照射且透射通过透明或 半透明状托板160的光拍摄的第一图像21和感测反射单元120反射的光拍摄的第二图像22，其中，上述第一图像21和该第二图像22可以形成在同一幅一维图像中，但在位置上是 相互分开的，而且所述第二图像22成对出现，且其与所述成像单元130中的反射镜的组数 相等。所以，成像单元130和照明单元110形成第一通道并生成一维图像中的第一图像，以 及反射单元120、成像单元130和照明单元110形成第二通道，并在一维图像中生成第二图像。
在螺丝内斜牙缺陷检测系统100工作期间，当所述托板160沿着ζ方向(垂直纸 面方向)移动时，所述成像单元130可以采用连续方式通过感测照明单元110向所述托板 160照射且透射通过所述托板160的光和反射单元120反射的光来拍摄至少一个二维图像， 其中所述成像单元130可以由一个或多个成像元件构成。
所述螺丝内斜牙缺陷检测系统还包括与所述成像单元130相连接的图像构建模 块140和与所述图像构建模块140相连接的图像处理模块150。其可以利用软件、硬件或软 硬件结合的方式来实现。
其中，所述图像构建模块140用于分别利用成像单元130所拍摄的一个二维图像 中的各个二维图像(包括第一图像21和第二图像2 来构所述托板160上的待检测螺丝G 内螺纹的至少一组图像，即利用成像单元130所拍摄的一个二维图像中的第一图像来构建 所述托板160上的待检测螺丝的俯视图像和利用成像单元130所拍摄的二维图像中的第二 图像来构建放置在透明或半透明状托板160上的待检测螺丝的内壁的图像。而所述图像处 理模块150用于对图像构建模块140所构建的第一图像21和第二图像22进行处理以确定 放置于所述托板160上的待检测螺丝是否存在内斜牙缺陷，以及当待检测螺丝存在内斜牙 缺陷时，判断其缺陷程度。换句话说，当在第二图像22中出现的螺丝内壁中的螺纹的最大 倾斜程度与标准无内斜牙缺陷的内螺纹倾斜角度的差值等于或大于最大偏移量时，图像处 理模块150检测缺陷属于内斜牙缺陷。
上述最大偏移量的确定可以通过测量得到的待检测螺丝的最大内螺纹倾斜角度 与标准无内斜牙缺陷的螺丝的内螺纹倾斜角度的差值的绝对值。其中，标准无内斜牙缺陷 的螺丝的内螺纹倾斜角度因螺丝型号而异，通常为固定值，也可以通过反复试验获得比较 可靠的取值范围作为检测基准。当待检测螺丝内螺纹倾斜角度与该型号螺丝的对应检测基 准值的差值的绝对值超过某一阈值时，判定该螺丝存在内斜牙缺陷。待检测螺丝的内螺纹 倾斜角度从由图像构建模块140所构建的第二图像22中获得，其中，第二图像22包括反应 待检测螺丝内螺纹倾斜情况的与反射单元中反射镜数量相等的子图像，最大偏移量便是所 有上述子图像中的内螺纹倾斜角度的最大值与标准无内斜牙缺陷的螺丝的内螺纹倾斜角 度的差值的绝对值。
而通过试验得知，由于使用一个成像单元来拍摄两个通道的图像，且所述成像单 元所拍摄的第二图像包括至少一组子图像，因此，成本得到了降低，并且由于使用一个成像 单元来拍摄两个通道的图像，所以由螺丝摆放位置不同引起的螺丝内螺纹倾斜角度无法正 确测量的问题也得到了解决。
一种螺丝内斜牙缺陷检测方法，其包括以下步骤
1)、启动螺丝内斜牙缺陷检测系统100，照明单元110常亮，由震动料斗向托板160 的B2面供应待测螺丝G，测螺丝G由摆正装置自动摆正，使所述待测螺丝的中轴线与所述托 板160的表面垂直；
2)、调整所述反射单元120中反射镜的角度和位置，使所述反射单元120中的每个 反射镜都反射出待检测螺丝G内壁的图像；
3)、在所述成像单元130上形成二维图像，其中包括感测照明单元110向所述托板 160照射且透射通过所述托板160的光形成的第一图像21和感测所述反射单元反射的光形 成的第二图像22;
4)、通过所述图像构建模块140和图像处理模块150，得到所述待测螺丝内螺纹所 成的图像，并通过其得出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角A2、A3 ；
5)、取所检测出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角A2、A3与该规格螺丝的内螺纹与 水平方向夹角的理论值Al的绝对值差，S卩|A2-A1|或|A3-A1|，将其与设定的阈值进行比 较，若所述绝对值差大于设定的阈值，则所述待测螺丝G存在内斜牙缺陷；若所述绝对值差 小于等于设定的阈值，则所述待测螺丝G不存在内斜牙缺陷。
在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，所述阈值采用以下方法来确定
1)、若待检测螺丝G为标准件，直接使用其参数；幻、若待检测螺丝G为非标准件， 采用人工方式筛选出多枚无内斜牙缺陷的螺丝的内螺纹倾斜角度进行多次测量，将该测量 值做为该类型螺丝的内螺纹倾斜角度的标准参数。
优选的是，在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，所述步骤幻中，所述绝对值差 与所述设定的阈值相比，相差越大，表示所述待测螺丝的内斜牙缺陷越严重。
优选的是，在所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法中，在所述步骤4)中，取所述内螺 纹与水平线的夹角中最大值为待检测螺丝G的内螺纹倾斜角。
如图4所示，其中图4(a)即为当螺丝斜牙缺陷不存在时，所述包括至少一组反射 镜的反射单元120所呈图像。其中，水平直线L2通过螺丝几何中心，点0，与图像中螺丝的 最外层螺纹(即垂直方向最靠近反射单元的螺纹)相交于点T。Ll为通过点T且与螺丝最 外层螺纹相切的直线。L3为通过螺丝几何中心0与L3相垂直的直线，直线L2与L3所成夹 角值Bl在此定义为该螺丝内螺纹的倾斜角。
由于成像单元所拍摄的不同螺丝所呈的二维图像中，待测螺丝的几何中心出现在 图像中的位置基本相同(通过机械部分保证精度)，所以，当待测螺丝不存在内斜牙缺陷 时，所测量的螺丝内螺纹倾斜角度值基本相同。
同理，当待测螺丝存在内斜牙缺陷时，如图4(b)和图4(c)所示，直线L2与L3的 夹角值，B2和B3，将与不存在内斜牙缺陷的螺丝所成夹角值Bl相差较大，S卩|B2-B1|和 IB3-B1将超过某一给定阈值。
虽然每次拍摄的螺丝的图像不可以保证其几何中心位于某一固定位置(可以通 过机械设计保证其误差在一定允许范围内)，但由于螺丝在所述透明或半透明托板上随机 摆放，单一反射镜所测量的螺丝内螺纹1倾斜角度可能不是该螺丝内螺纹1的最大倾斜角 度，即此时无法从该反射镜中的图像测量出准确的螺纹主轴的倾斜情况。因此，本发明使用 至少一组反射镜来拍摄多个通道的图像，近而排除由于螺丝随机摆放所造成的无法准确测 量的情况。也可以将两组反射镜中的四个测量通道分别测量得到的内螺纹1倾斜方向的最 大值做为待检测螺丝的内螺纹1倾斜角度，近而提高检测准确率。
当然，在所述陷检测系统中，还可以做进一步改进，如所述托板160可与所述照明 单元110、反射单元120和成像单元130相对移动，即当所述照明单元、反射单元和成像单元固定时，所述托板可以移动，或者当所述托板固定时，所述照明单元、反射单元和成像单元 可以移动。
而所述成像单元130也以连续方式拍摄二维图像或以脉冲方式拍摄二维图像，所 述照明单元110对应的采用连续照射光或脉冲方式照射光。当所述照明单元110以脉冲 方式拍摄图像时，成像单元130与照明单元时序相同，即光源亮时拍一次图像。比如，在所 述螺丝内斜牙缺陷检测系统100工作期间，所述照明单元110以脉冲方式照射光，每个脉冲(T1、T2、T3.....Τη)向所述托板160照射一次光，照射的持续时长为一个脉冲宽度。对应的所述成像单元130与照明单元的时序相同，照明单元110亮时拍一次图像。
本领域技术人员应当理解，本发明的上述实施例可以在没有偏离发明实质的情况 下做出各种变型和改变，并且这些变型和改变都应该落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种螺丝内斜牙缺陷检测系统，包括用于摆放螺丝的透明或半透明状的托板 (160)，其特征在于所述检测系统还包括照明单元(110)，其距离所述托板(160) —个表面Bl—固定距离Xl ；反射单元(120)，其包括距离所述托板(160)另一个表面B2—固定距离X2的至少一组 反射镜，所述每组反射镜分别以螺丝轴心所在位置为中心对称放置，且当反射镜是两组时， 每组相邻反射镜间夹角为90度；成像单元(130)，其距离所述托板(160)另一个表面B2—固定距离X3，且位于所述反 射单元(120)上方，所述成像单元(130)的光轴和待检测螺丝的轴心基本重合；图像构建模块(140)，其与所述成像单元(130)相连接；图像处理模块(150)，其与所述图像构建模块(140)相连接；所述照明单元(110)向所述托板(160)照射且透射通过所述托板(160)而入射到所述 成像单元(130)的光，以及所述照明单元(110)向放置在所述托板(160)上的待检测螺丝 照射且通过螺丝内壁反射而入射到所述反射单元(120)的光在所述成像单元(130)上形成 二维图像；所述二维图像包括感测照明单元(110)向所述托板(160)照射且透射通过所述托板 (160)的光形成的第一图像和感测所述反射单元(120)反射的光形成的第二图像，上述第 一图像和该第二图像在同在一幅一维图像中出现，但其在位置上是相互分开的，所述第二 图像成对出现，且其与所述反射单元(120)中的反射镜的组数相等。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于所述成像单元(130)的光轴垂直于 所述托板(160)的表面Bl和B2。
3.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于所述托板(160)为转盘或皮带。
4.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于所述托板(160)可与所述照明 单元(110)、反射单元(120)和成像单元(130)相对移动。
5.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于所述照明单元(110)为一个或 多个光源。
6.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于所述成像单元(130)以连续方 式拍摄二维图像或以脉冲方式拍摄二维图像，相应的所述照明单元(110)采用连续照射光 或脉冲照射光。
7.—种螺丝内斜牙缺陷检测方法，其特征在于其包括以下步骤1)、启动螺丝内斜牙缺陷检测系统，照明单元(110)常亮，由震动料斗向托板(160)的 B2面供应待测螺丝G，测螺丝G由摆正装置自动摆正，使所述待测螺丝的中轴线与所述托板 (160)的表面垂直；2)、调整所述反射单元(120)中反射镜的角度和位置，使所述反射单元(120)中的每个 反射镜都反射出待检测螺丝G内壁的图像；3)、在所述成像单元(130)上形成二维图像，其中包括感测照明单元(110)向所述托板 (160)照射且透射通过所述托板(160)的光形成的第一图像21和感测所述反射单元(120) 反射的光形成的第二图像22;4)、通过所述图像构建模块(140)和图像处理模块(150)，得到所述待测螺丝内螺纹所 成的图像，并通过其得出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角(A2、A3)；5)、取所检测出待测螺丝内螺纹与水平线的夹角(A2、A;3)与该规格螺丝的内螺纹与水 平方向夹角的理论值Al的绝对值差，S卩|A2-A1|或|A3-A1|，将其与设定的阈值进行比较， 若所述绝对值差大于设定的阈值，则所述待测螺丝G存在内斜牙缺陷；若所述绝对值差小 于等于设定的阈值，则所述待测螺丝G不存在内斜牙缺陷。
8.根据权利要求7所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法，其特征在于所述阈值采用以下 方法来确定1)、若待检测螺丝G为标准件，直接使用其参数；幻、若待检测螺丝G为非标准件，采用 人工方式筛选出多枚无内斜牙缺陷的螺丝的内螺纹倾斜角度进行多次测量，将该测量值做 为该类型螺丝的内螺纹倾斜角度的标准参数。
9.根据权利要求8所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法，其特征在于所述步骤幻中，所 述绝对值差与所述设定的阈值相比，相差越大，表示所述待测螺丝的内斜牙缺陷越严重。
10.根据权利要求8或9所述的螺丝内斜牙缺陷检测方法，其特征在于在所述步骤4) 中，取所述内螺纹与水平线的夹角中最大值为待检测螺丝G的内螺纹倾斜角。
全文摘要
一种螺丝内斜牙缺陷检测系统，包括用于摆放螺丝的托板(160)，其还包括距离所述托板(160)一个表面B1一固定距离X1的照明单元(110)；以及包括距离托板(160)另一个表面B2一固定距离X2的至少一组反射镜的反射单元(120)；距离托板(160)另一个表面B2一固定距离X3，且位于反射单元(120)上方的成像单元(130)；成像单元(130)相连接的图像构建模块(140)和与图像构建模块(140)相连接的图像处理模块(150)。本发明还公开了一种螺丝内斜牙缺陷检测方法。本发明所述的缺陷检测系统及其方法可以对螺丝的内螺牙是否存在斜牙缺陷进行检测以及判断对所出现的斜牙缺陷的严重程度。
文档编号G01N21/954GK102042988SQ20101056240
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者赵晓宇, 郭晓锋 申请人:赵晓宇, 郭晓锋