螺纹量规检测中螺纹综合测量机的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：诸彬（1996），男，汉族，江苏无锡人，助理工程师，本科，研究方向为计量检测。-191-螺纹量规检测中螺纹综合测量机的应用 诸 彬 无锡市检验检测认证研究院，江苏 无锡 214101 摘要：摘要：螺纹综合测量机采用接触式综合扫描的测量方法，突破了传统方法无法检测内螺纹的难点，具有很多优点，可测量内螺纹、小螺纹，不但测量速度快，测量精度高，而且测量范围广，一次可测出多个参数，对于国内螺纹检测技术的发展具有重要的意义。本文阐述了螺纹量规检测中各种测量方法的优缺点，分析了螺纹综合测量机的优点，探讨了螺纹量规检测中螺纹综合测量机的应用，以及校准螺纹量规中径时需要注意的问题。关键词：关键词：螺纹量规；检测；螺纹综合测量机；应用；注意事项 中图分类号：中图分类号：TB 0 引言 螺纹作为工业领域常用的工件，由于其容易装配，方便拆卸的特性，在机械军工化工航天汽车核电等领域，得到了越来越广泛的应用，这对螺纹各项参数精准度的要求也越来越高。然而，目前就螺纹的单一参数而言，大多利用常用的计量器具，运用直接测量的方法就可以得到;对于螺纹的多项参数，必须得借助多种计量器具，利用不同的测量方法进行测量得到，不仅费时费力且人为因素对测量结果的影响很大。对于螺纹的中径类参数，无法利用计量器具直接进行测量，需要借助多种计量器具组合的方式，例如采用三针法进行测量，不仅测量难度大，测量效率低，而且测量结果出来后，还需要进行复杂的计算，过程非常繁琐。在通常情况下，我们会利用螺纹校对量规，对螺纹进行综合检验的方法，去检验螺纹的作用中径是否合格，但此种方法无法测量出螺纹各项参数的具体数值，且受人为因素的影响很大，因此使用此种方法进行螺纹的检验经常会引起争议。对于传统检测方法对螺纹中径等参数检测的过程繁琐测量精度低等缺点和不足，螺纹综合测量机应运而生。螺纹综合测量机采用接触式综合扫描的测量方法，突破了传统的测量方法检测内螺纹难的难点。使用螺纹综合测量机检测螺纹，具有很多优点，不但可测量内螺纹小螺纹，测量速度快，测量精度高，而且测量范围广，一次可测出多个参数，对于促进国内螺纹检测技术的发展，具有重要的作用和意义。1 螺纹量规概述 人类在很早之前就发明了螺纹，由于螺纹装配简单，拆卸方便的特性，其在机械制造中的应用越来越广泛。为了确保螺纹零件在不同行业应用中的可靠性，其几何参数的精准度，是一个非常重要的因素。因此，在螺纹零件的生产过程中，对螺纹的几何参数进行精确的检测，是一个至关重要的环节，这有助于我们发现并淘汰不合格的螺纹，确保各行业中螺纹的正常使用，对于产品质量的提升有着积极的推进作用。在日常生活中，螺丝钉是最为常见的螺纹形态，但是，螺丝钉并不代表螺纹。螺纹是指在圆柱或圆锥母体表面上，沿着螺旋线形成的，具有特定截面的连续凸起或沟槽。螺纹根据其位置的不用，可分为内螺纹和外螺纹。螺纹具有通用性互换性等特点，被应用在生活的各个角落。螺纹是一种复杂的零件，具有很多参数，其中，比较主要的几何参数，包括大径中径小径螺距螺纹升角螺纹旋合长度牙型半角等。螺纹是一种精密的工件，它的任何参数出现误差，都会影响到螺纹工件的整体质量。为了确保螺纹在不同行业的通用性和互换性，世界各国都制定了相应的螺纹标准，对螺纹的各项参数进行了严格的规定。在工业生产中，也需要对螺纹的各项参数，进行严格的检测分析，以最大程度的降低不合格螺纹的数量，从而提升产品的质量。为了检验螺纹工件的尺寸是否符合技术要求，就要使用螺纹量规对螺纹工件进行一个综合的检验。经过检验的螺纹工件，其尺寸就会得到有效控制。圆柱螺纹量规按照所属螺纹标准，分为公制螺纹量规，英制非密封螺纹量规，美制同意螺纹量规气瓶中国科技期刊数据库 工业 A-192-螺纹量规以及梯形螺纹量规等，其中常见的多为公制螺纹量规。圆柱螺纹量规通常有通端和止端两个测量头。圆锥螺纹量规按照所属标准，分为英制密封管螺纹量规，美制管螺纹量规以及气瓶螺纹量规等。圆锥螺纹量规通常只有一个测量头。圆柱螺纹量规主要尺寸参数，有螺纹大径中径小径螺距牙型角等。圆锥螺纹量规主要尺寸参数有基本大径基本中径基本小径螺距牙型角锥度等。2 螺纹量规检测中各种测量方法的优缺点 目前，在螺纹量规检测中，常用的测量方法，主要有综合测量法单项测量法影像法坐标法接触扫描法，各种方法的优缺点如下:综合测量法(量规测量法)，其使用的测量器具为螺纹量规，优点是测量效率高，非常适合大批量校验，缺点是只能对螺纹工件的中径尺寸进行综合校验，无法得到中径数值，受人为因素的影响大，需要配备的螺纹量规较多，并且准确度不是很好。单项测量法(三针法测球法)，其使用的测量器具为测长仪，优点是三针测量的精度较高，可达 23um，缺点是只可测量单一参数，且测量的精度受三针直径，被测对象的螺距螺旋升角牙型角，以及测长仪测力等的影响。影像法，其使用的测量器具为万能工具显微镜，优点是一次可测出多个参数，中径测量精度 48um，缺点是只可检测外螺纹的参数，且测量精度受到螺旋升角的影响，对螺纹表面的工艺要求也比较高。坐标法，其使用的设备为坐标测量机，优点是一次可测出多个参数，缺点是测头的结构偏大，对于小螺纹和内螺纹的检测，有一定的局限性，测量仪器的成本较高。接触扫描法，其使用设备为螺纹综合测量机，可以检测大多数螺纹，不但测量速度快，测量精度高，而且测量范围广，一次测量可得到多项参数，是目前最有优势的螺纹检测方法。针对传统检测方法对于螺纹中径等参数检测精度低检测过程繁琐等缺点和不足，螺纹综合测量机采用接触式综合扫描的测量方法，突破了传统方法检测内螺纹难的难点，因此对螺纹计量水平的提升具有很大的推动作用。螺纹由于其具有容易装配和方便拆卸的特性，被广泛地应用在航天化工机械汽车等领域。这些行业所使用的螺纹工件，一般用螺纹量规进行校验，而螺纹量规由计量检定机构进行校准或检测。计量检定机构使用螺纹综合测量机检测螺纹，不但检测速度快，检测精度高，而且检测范围广，一次可测出多个参数，对于保证行业产品质量水平的提升，以及国内螺纹检测技术的发展，都具有重要的现实意义。3 螺纹量规检测中螺纹综合测量机的应用 以中图 SJ5200 型螺纹综合测量机为例，其接触扫描法是目前最好的螺纹量规测量方法。其外尺寸测量范围为（1.0150）mm，内尺寸测量范围为（3160）mm，最小测量螺距为 0.1mm。以公制圆柱螺纹量规为例，圆柱螺纹量规规格为 M10*1.5-6H，其中 10 为公称直径10mm，1.5 为螺距 1.5mm，6H 为精度等级，牙型角为60。将螺纹量规用汽油清洗擦拭干净，然后放置于恒温恒湿实验室，待满足检测要求后进行检测，首先根据螺纹规格选取合适的测针，螺纹测量机所配的常用测针为 ST_2.2、ST_3.5、ST_7.0、ST_11.0 等。规格为 M10*1.5-6H 的螺纹量规可选用 ST_7.0测针，将测针安装好，安装主标定规进行主标定规标定（只要更换测针就需要进行主标定规标定），标定结束后更换上合适的夹具。M10*1.5-6H 的螺纹量规，选用 U2_P_3-20，此夹具大径测量范围为（320）mm。测量螺纹量规使用标称尺寸与被测量规公称直径相同或相近的标准光面量规（螺纹测量机配备）进行标定，这样可提高测量的精度。光面量规标定以后，将量规止端装夹在夹具上。量规装夹好以后进入软件操作界面，点击进入“圆柱螺纹量规”选项后，选取正 确 的 螺 纹 量 规 标 准，国 标 普 通 螺 纹 量 规GB/T3934-2003。测量软件中还提供了其他类型的圆柱螺纹标准，例如：国际气瓶螺纹量规 GB/T8336-2011、美标统一螺纹 ANSI/ASME B1.2-1983、英制非密封管螺纹 BS EN ISO 228-2：2003 等。还有一些圆锥螺纹标准，例如：用螺纹密封的管螺纹量规 JB/T10031-1999、国际气瓶螺纹量规 GB/T8336-2011、美标管螺纹（NPT）ASME B1.20.1-1983-R2001、英制密封管螺纹 BS 21：1985 等。选好螺纹标准后进入螺纹参数界面，填写螺纹相中国科技期刊数据库 工业 A-193-关参数，公称直径 10；螺距 1.5；公差等级 6；基本偏差 H；螺纹长度 6；左右螺纹选择“右”。点击“下一步”进入“测量控制”界面，正确选择所使用的夹具U2_P_3-20，并填写测量牙数以确定测针扫描起始位置。点击“下一步”，进入测量位置界面，若点击“手动确定起始位置”可以手动确定测针扫描起始位置，前一界面测量牙数确定的起始位置就不会执行，点击“手动确定起始位置”后测针从机体内移动出来至螺纹上方。听到“嘀”声后，使用手动控制操作面板确定螺纹上端面扫描起始位置，此界面默认螺纹上下端扫描位置相同。点击“下一步”，进入量规检测信息界面，填写送检单位、出厂编号、生产厂家以及检测日期等信息。点击“下一步”测针开始分别扫描螺纹上端和下端。扫描结束后，出现检测数据界面，包括大径、中径、小径、牙型角、螺距等参数实测值，以及各参数的最大和最小允许值。止端螺纹测量结束后，将量规取下换通端装夹在夹具上，在此界面点击“重新测量”，进行通端螺纹扫描。扫描结束后，将螺纹参数中修改成通端测量，并重新计算，完成通端检测。通端和止端测量结束后，会生成记录文件，可供打印。其他类型圆柱螺纹量规的检测，与上例螺纹量规类似，只要选取相应的螺纹标准，并填写正确的螺纹参数，即可进行检测。但是，有一些种类的螺纹量规，并不在常用的螺纹标准系列中，可选用用户标准进行检测，用数显卡尺测量出量规的公称直径、螺距等参数，填写参数后可进行检测。需要指出的是，如果是锥度螺纹量规，又没有适合的螺纹标准，需要用数显卡尺测量出准确的基准距离进行填写，基准距离填写正确与否，直接影响检测数据是否准确。4 校准螺纹量规中径时需要注意的问题 对于普通螺纹环规，在判断其螺纹中径是否合格时，根据 G B/T3 9 3 4 2003 要求，都应以校对螺纹塞规的检验结果为准，也就是说必须以校准它们的作用中径的结果为准，而不是单一中径，只有当客户和供应商双方都同意用其他方式检测时，螺纹环规单一中径的尺寸和偏差才是有效的。在普通螺纹的国家标准 GB/T147912013 中，根据螺纹术语中的内容可知，对于普通螺纹的单一中径，强调的内容是：牙型上沟槽的宽度，要等于基本螺距的一半。而对于凸起的宽度，这方面是没有具体要求的，并没有要求其为基本螺距的一半；对于普通螺纹的作用中径，强调的内容是：沟槽的宽度，与凸起的宽度，这二者是相等的，与基本螺距是无关。不管它们是否等于基本螺距的一半，沟槽的宽度都等于凸起的宽度。在利用“三针法”，对螺纹量规的中径进行校准时，当不考虑导程和螺距偏差的影响时，“三针法”中采用的校准方法，不符合作用中径的定义，这一点在校准螺纹量规中径的过程中，需要引起检定员的注意。因此，在校准过程中，针对一些精度要求较高的或是会出现争议的螺纹量规，我们可以既检测螺纹的单一中径，又检测螺纹的作用中径，并跟客户多进行沟通，这样就能确保螺纹量规的质量了。综上所述，对于传统检测方法对螺纹中径等参数检测的过程繁琐、测量精度低等缺点和不足，螺纹综合测量机采用接触式综合扫描的测量方法，突破了传统方法检测内螺纹难的难点，使用螺纹综合测量机检测螺纹优点很多，不但可以检测现有的大多数螺纹，而且测量速度快，测量精度高，测量范围广，一次测量可得到多个参数，对于国内螺纹检测技术的发展和行业产品质量水平的提升，具有重要的现实意义。参考文献 1圆柱螺纹量规.JJG888-1995;国家技术监督局:1995-01-23.255密封管螺纹量规.JB/T10031-2019;中华人民共和国工业和信息化部:2019-08-02.3王艳,周建伟.螺纹测量方法综述J.山东工业技术.2019(01):57.4张和君,欧协锋,马俊杰.螺纹综合测量机的扫描原理与误差分析J.计测技术.2020,40(03):24-29.5吴秋梅.基于间隙测量的螺纹环规量化检测方法研究D.洛阳:河南科技大学,2019.6倪颖倩,吴小丽.螺纹量规常见测量J.中国科技信息.2018(01):45,15.7赵淑君.螺纹综合测量机测量中常见问题及解决方式J.工业计量.2018,28(04):89-91.中国科技期刊数据库 工业 A-194-8欧协峰.螺纹检测技术的发展趋势J.中国计量.2014(01):68-70.9耿协辉,宋镜明,张蕾,左超,孙鸣捷.基于高速 LED 阵列的条纹结构光三维测量方法J.激光与光电子学进展,2023(08):253-260.10王闽生,孟宏伟.基于三坐标测量机的线结构光快速高精度点云采集方法 J.航空精密制造技术,2023(01):39-42.11 任 明 阳,王 立 忠,赵 建 博,唐 正 宗.复 杂 曲 面 零 件 面 结 构 光 扫 描 视 点 规 划 J.中 国 光 学(中 英文),2023(01):113-126.12位恒政,裴丽梅,崔剑秋,郭斯宜,向思思.轮廓扫描法与双球法测量螺纹中径的差异分析J.计量科学与技术.2023,67(06):49-53.13张瑾,范路,胥成亮,郭志永,高雷雷.基于 CCD 成像的油管螺纹参数自动化检测技术J.工具技术,2023(03):134-139.14王荣峰,曹迪,文浩,黄梓劲,周亦泉.螺纹量规扫描测量仪径向测量示值误差不确定度分析J.机电工程技术,2022(12):314-317.15林虎,黄垚,杨国梁,杨禹,顾雨铃,邹伟,薛梓.新一代齿轮螺旋线基准装置的研制J.计量科学与技术,2022(04):67-73.