A method of screw thread measurement using a 3D vision system

• Autorzy: Farana R. , Sioma A. , Suliga P. , Kowal J.

Warianty tytułu

PL

Metoda pomiaru parametrów gwintu z wykorzystaniem technologii systemów wizyjnych 3D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a method allowing for the quality inspection of a screw thread directly on a production line. The parameter evaluation was performed on a surface partial image obtained using 3D laser triangulation. Three characteristic values are being measured for each element: minor pitch, major pitch, and pitch diameter. The paper contains an overview and discussion of methods commonly used for screw thread measurements. The non-tactile 3D imaging method that was selected for this task is fast enough to be used on every element which leaves the production line, and it is accurate enough to provide reliable data about the quality of the final product. Thread parameter assessment is based on a two-stage algorithm. The first step provides data about the overall placement of the elements, along with a rough estimate of the major diameter. The final values are then calculated using the least squares minimization method. This algorithm was verified using synthetic data representing an ideal thread contour, and then implemented for the analysis of the actual thread surface of a 3D image. Detailed algorithm execution time measurements were presented, along with our method to decrease computational costs for performing measurements on each screw thread.

PL

Artykuł przedstawia metodę kontroli jakości elementów gwintowanych możliwą do realizacji bezpośrednio na linii produkcyjnej. Pomiar parametrów został przeprowadzony, bazując na częściowym obrazie gwintu wykonanym przy pomocy triangulacji laserowej. Opisano metodę pozwalającą na wyznaczenie trzech charakterystycznych parametrów gwintu: średnicy wewnętrznej, średnicy wewnętrznej oraz skoku gwintu. W pracy przedstawiono przegląd metod powszechnie wykorzystywanych do pomiaru parametrów gwintu. Do realizacji zadania wybrano ostatecznie bezstykową metodę obrazowania 3D, charakteryzującą się szybkością wystarczającą, by można ją było zastosować dla każdego elementu opuszczającego linię produkcyjną oraz dokładnością pozwalającą skutecznie oszacować jakość produktów opuszczających linię produkcyjną. Opracowany algorytm wyznaczania parametrów gwintu składa się z dwóch etapów. W wyniku kroku pierwszego otrzymano zgrubną informację o położeniu oraz parametrach obrazowanego obiektu. Drugi krok pozwala na dokładne wyznaczenie szukanych parametrów z wykorzystaniem minimalizacji funkcji błędu. Algorytm został zweryfikowany z wykorzystaniem danych opisujących kontur idealny, a następnie wykorzystany do analizy danych pochodzących z rzeczywistego pomiaru. W artykule zaprezentowano dokładne dane dotyczące czasu wykonywania algorytmu wraz z metodą skrócenia czasu obliczeń dla każdego pojedynczego elementu.

Słowa kluczowe

EN

screw thread; thread parameters; 3D image; triangulation

PL

gwint; parametry gwintu; obraz 3D; triangulacja

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 2
• Strony: 7--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Farana R.

• Faculty of Business and Economics, Mendel University in Brno, Czech Republic

autor

Sioma A.

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Suliga P.

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Kowal J.

• Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. NPL Notes on Screw Gauges. National Physical Laboratory. Great Britain, 2007.
• 2. Determination of pitch diameter of parallel thread gauges by mechanical probing. Calibration Guide. European Association of National Metrology Institutes. EURAMET/cg-10/v.01, 2007.
• 3. Carmignato S., De Chiffre L.: A new method for thread calibration on coordinate measuring machines. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2003, 52(1), pp. 447-450.
• 4. Kosarevsky S., Latypov V.: Development of an algorithm to detect screw threads in planar point clouds. Measurement Science Review, 2010, 10(4), pp. 136-141.
• 5. Wang W., Guan F., Ma S., Li J.: Measurement System of Gear Parameters Based on Machine Vision. Measurement and Control, 2015, 48(8), pp. 242-248.
• 6. Olszyna G., Sioma A., Tytko A.: Assessment of the Condition of Hoisting Ropes by Measuring their Geometric Parameters in a Three-Dimensional Image of their Surface. Archives of Mining Sciences, 2013, 58(3), pp. 643-654.
• 7. Mutambi J., Yu L.J.: Application of digital image analysis method in metric screw thread metrology. Journal of Shanghai University (English Edition), 2004, 8(2), pp. 208-212.
• 8. He F.J., Zhang R.J., Du Z.J., Cui X.M.: Non-contact measurement of damaged external tapered thread based on linear array CCD. Journal of Physics: Conference Series, 2006, 48(1), pp. 676-680.
• 9. Robertson C., Fisher R.B.: Shape recovery and analysis of large screw threads. In3-D Digital Imaging and Modeling. In: Third International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, Quebec City (Canada), 28 May - 1 June 2001. IEEE, 2001, pp. 300-305.
• 10. Kosarevsky S., Latypov V.: Detection of screw threads in computed tomography 3D density fields. Measurement Science Review, 2013, 13(6), pp. 292-297.
• 11. Sioma A.: The estimation of resolution in 3D range image system. In: 14th International Carpathian Control Conference (ICCC), Rytro (Poland), 26-29 May 2013. IEEE, 2013, pp. 346-349.
• 12. Kahn P.C.: Defining the axis of a helix. Computers & Chemistry, 1989, 13(3), pp. 185-189.
• 13. Åqvist J.: A simple way to calculate the axis of an α-helix. Computers & Chemistry, 1986, 10(2), pp. 97-99.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).