内螺纹自动检测机台之设计研发-AOIEA自动光学检测设备联盟.PDF

內螺紋自動檢測機台之設計研發 彭德保 陳思翰 張元碩 國立交通大學 國立交通大學 國立交通大學 perng@.tw ssuhanchen.iem95g@.tw iemenew.iem92@.tw 李恕明 張朝香 王文政 國立交通大學 國立交通大學 國立交通大學 phil.iem89g@.tw chco103@ alen105@ 摘要 由於內螺紋(Internal Thread)特殊的結構與空間位置的限制，目前尚未發現以機器視覺為基礎的內 螺紋檢測機制。本研究所發展之光學螺紋塞規(Optical Thread Plug Gauge ，OTPG) ，可對內螺紋工件進 行非接觸式的自動化檢測。OTPG 乃以內視鏡及電荷耦合元件(Charge Coupled Device ，CCD)組成取像 光學模組，並透過觸發器與兩組馬達控制單元搭配，逐步拼貼連續拍攝到的部分螺紋影像，以重建出 360 度內螺紋壁的二維全周影像圖(Unwrapped Image) ，接著，運用傅立葉轉換法(Fourier Transform ， FT)將影像還原，並配合統計管制圖之二值化法來突顯依附在內螺紋上的瑕疵，如：螺紋坡(Flank)上 凸起狀的刮痕(Scratch) ，以及螺峰(Crest)或螺谷(Root)上凹陷狀的崩塌(Collapse)或裂痕(Flaw) 。 關鍵字：內螺紋、工業內視鏡、自動光學檢測、條狀性紋理、傅立葉轉換影像還原技術 壹、 前言 內螺紋(Internal Thread)是機械工業中應用最為廣泛的零件之一，通常需與外螺紋(External Thread) 搭配，可用於緊固、密封、傳遞與位移。內螺紋攻牙加工的過程雖已自動化，但仍會發生異常狀況， 在攻牙的過程中，料屑有時會依附在螺紋攻牙器(Screw Taps)上並一同進行高速旋轉，此時，依附的料 屑就如一把鋒利的尖刀破壞了螺紋原有的結構，最常見的瑕疵如：螺紋坡(Flank)上的刮痕(Scratch) 、 螺峰(Crest)上的崩塌(Collapse)與螺谷(Root)上的裂痕(Flaw) ，一般而言，螺紋坡上的刮痕為凸起狀 (Bulge-shaped)瑕疵，是造成內、外螺紋無法順利旋入、旋出的元兇；而螺峰或螺谷上的崩塌或裂痕為 凹陷狀(Cave-shaped)瑕疵，則是造成內、外螺紋旋入後出現無法密合或鬆動的主因。然而，由於內螺 紋特殊的結構與空間位置的限制，使得目視檢測並非易事，而目前業界上所仰賴的螺紋塞規，除了必 須面臨傳統接觸式檢測固有的缺點之外，它僅能偵測出凸起狀瑕疵，對於凹陷狀瑕疵則是莫可奈何。 因此，為了進一步地確保內螺紋的品質，特別是在要求較精密的車、船、太空產業中，開發一套非接 觸式檢測系統是相當為重要的。 目前發展的內螺紋非接觸式檢測法共有四種：(1) 光反射法(Reflected Light Method) ，利用發射器 將光束照射在螺紋上，再以接收器蒐集物件表面的反射光線並將資訊轉換成量測值，以檢查孔內螺紋 特徵之良窳[4, 5, 8-10] ；(2) 漏磁檢測法(Magnetic Leakage Test) ，藉由磁場探測加工過之管壁內的螺 紋，由磁場的變化偵查出缺陷位置[1] ；(3) 渦電流檢測法(Eddy Current Test) ，以渦流電磁感應比對孔 壁電場的幾何形狀，偵測螺紋缺陷[2] ；(4) 工業用電腦橫向斷層攝影法(Industrial Computed Tomography Method) ，透過斷層掃描技術，取得螺紋物件在不同角度上的斷層掃描圖，以量測螺紋之特徵[3] 。上 述方法中，光反射法每次僅能針對其小部分的螺紋進行檢查，且容易受到物件表面的液體或油漬的影 響，降低偵測能力；漏磁檢測法與渦電流檢測法僅能透過磁場或渦電流的變化，約略地判別缺陷的存 在與否、或缺陷的大致分佈位置，且僅適用於由金屬材質鑄造的待測物件；至於斷層攝影法則是存在 設備費用高昂的經濟性問題，對一般工業產品而言，較不