摘要：从螺孔探测器历史发展的角度，介绍了探测杆测量、反射光、空气流/背压测量、机器视觉、电磁检测及可调谐双线圈涡流探测器的原理和特点。

关键词：螺纹孔；视觉；电磁测量；可调谐双线圈探测器；线性可变差接变压器

中图分类号：TP212；TH131.3 文献标识码：B 文章编号：1006-883X(2003) 02-0021-03

一、前言

一般而言，汽车上需要大量的螺纹紧固件，如发动机系统、传动系统、悬挂、托架和操纵杆、机座和薄板金属等，有大量的零件需要紧固，所以也就需要钻削和功丝成百上千个孔。

在螺孔加工过程中，经常会有异常情况出现，如有的螺纹可能少于最小螺纹的线数，或者加工用的螺纹丝功已损坏，所以加工出的螺纹形状较差，甚至根本就未被加工成螺纹，有时螺纹丝功还会折断在加工孔里，由此造成了相当多的生产问题与成本损失。

螺孔检测伴随着制造业的发展自然地被提到了议事日程。从历史上看，最早的螺纹孔检测是通过操作者人工完成的，即操作者将螺栓或量计旋入孔内完成的。人们很快就意识到，人工方法在批量生产中是不实际的，劳动强度太大，且成本太高。由此，人们开始研究自动化检测螺孔的方法。

二、螺孔探测器的发展历程

螺孔探测器的发展经历了探测杆法、反射光法、空气流/背压测量法、视觉法、电磁检测法等阶段，目前{zxj}的是可调谐型传感器和双线圈轮廓探测器。

1、探测杆测量法

该方法主要用于大批量生产环境中的{bfb}功丝螺纹孔检测。探测杆为机械部件，可在孔内沿轴线方向贴紧纹路移动。这种方法只能确定孔的一侧是否存在螺纹，而不能产生有关螺纹质量和深度的信息。此外，由于这种方法必须与孔纹路作物理接触，因此会引起机械磨损。

2、反射光法

反射光法是速度较快的一种非接触螺纹检测技术。一般方法是采用发射器/接收器探测装置，将其以一定的角度置于接近螺纹表面的垂线上。当发射器光束直接照射在螺纹上时，已加工或辊轧成型的表面就将光线反射到接收器。高反射率表明孔内存在机械加工或辊轧成型的表面，这样就知道螺纹丝功或辊轧成型加工是否到位了。

这个方法也不能检测螺纹质量和螺纹深度，次品零件也有可能通过检验。另外当螺纹上有液体或机油时，反射光的变化将降低探测能力，拒收、错收现象将会大量增加。同时反射光法只能检查部分螺孔，所以只能假设剩下螺纹孔质量和形状都是正常的。

3、空气流/背压测量法

空气流/背压测量法是将一个探测器插入到注入空气的螺纹孔内，测量空气流逸出的背压，孔内有螺纹存在时产生的涡流，较没有螺纹存在时的涡流具有更大的背压，从而可以推断螺纹的存在或不存在。此方法同样不能确定螺纹的质量和深度，而且这种方法逐渐将被电磁检测法所取代。

4、机器视觉

小型摄像机和软件的改进，使机械视觉技术可以用来检测孔内螺纹是否存在。用反射光方法探测螺纹时，切削液和其它液体会影响传感光线，而机器视觉系统则不受影响，不过视觉技术的应用也存在着严格的限制。

5、电磁检测法

电磁检测法的原理是：用探测器探测由待测螺孔与一个激励线圈形成的电磁场，并将其与用同样的线圈配合具有正常螺纹的螺孔所形成的电磁场相比较。由于感应的电磁场受孔的综合几何形状影响，相似的几何形状就会呈现相似的电磁感应。

电磁检测方法对检测电磁感应的仪器依赖性较大，而不仅仅是被测螺纹的存在或不存在。早期的非调谐型探测传感器，在理想条件下，能检测出一个孔丢失2或3道螺纹螺线的情况，而且探测器不受切削液和冷却剂的影响。此方法是非接触的，能检测360°的几何形状，且检测速度非常快。

这种方法的缺点是只能探测到紧邻探测器线圈区域的部分螺纹，而不检测孔内其它区域。又因为螺纹丝攻或辊轧成型头必须经过未检测到的区域。所以，必须假设在孔中，线圈的上方有加工成型的螺纹。

6、可调谐双线圈涡流探测器

目前较有影响的可调谐型涡流探测器，能提供的灵敏度是非调谐型探测器的3~10倍。新型探测器为非接触测量，检测时不受切削液和润滑油的影响，可完成360°全周检测。整个操作过程中定位器定位及整个操作周期需要1~2s，其中测量时间不超过0.1s。

孔深决定了这类探测器能否检测孔内各个部分的螺纹。由于灵敏度较高，在许多应用场合甚至能检测到丢失一道螺纹螺线的情形。通常在大多数应用中，被测零件固定在定位器内，然后探测器探入螺孔内。定位器上的气动操纵机构能够将探测器快速的送入和退出，这些操作机构可由手动或PLC控制。

最近出现了一种双线圈轮廓探测器。在有外形轮廓的螺纹孔中，可得到一个模拟的涡流信号，作为进入孔中深度的一种功能函数（通常在工件的表面测量）。当探测器进入孔中时，它先经过圆槽和沉孔，然后进入到螺纹区域，再进入到定位孔的无螺纹区域。在探测器的行进过程中，其输出信号连续地与正常成形的孔的轮廓（沉孔、螺纹）作比较。这种探测器线圈既能与孔中心线平行，又能与孔中心线垂直。当线圈与孔轴线垂直时，探测器就不能检测全部360°的孔特征，但能容易地检测到单个螺纹，并提供螺纹的计数功能。

为了改进单线圈探测器测量法，人们才开发双线圈涡流探测器和与之配套的电子仪器。虽然单线圈调谐型探测器、涡流方法在大多数应用场合使用良好，但是在有些测量中，即使一致性很好的零件，其涡流特征总体上也会呈现出较大变化，这种变化是由零件化学性质、微结构、硬度的不同而造成的，温度或孔隙度的不同也会有所影响。在这种情况下，单线圈探测器很难将特异零件与正常零件区分开来。

调谐型双线圈探测器则忽略了零件与零件之间化学性质和微结构、硬度以及温度变化带来的差别，其容差能力大大增强，同时它在检测螺纹深度、螺纹质量甚至孔隙度等方面，更为高效。

将双线圈探测器探入至螺纹孔内一个特定深度，在此孔深探测器不仅检测螺纹是否存在，还能在少到一道螺纹线的情况下检测螺纹孔的质量和螺纹的深度。将探测器与一个线性可变差动变压器相结合，可获得一个随操作深度变化的模拟信号。这样一来就能检测孔的全部轮廓。

双线圈探测器不仅能在零件温度、化学性质、微结构及硬度不同时确定螺纹的深度，而且可在需要多次校准的情况下确定螺纹深度，这一点是单线圈调谐探测器不易办到的。

三、结束语

除上述介绍的几种方法以外，目前还有一项压电传感检测技术正在研究与开必，可与当前的螺纹检测方法相竞争。然而目前还需要解决温度的相关性和零件的可制造性等一些问题。

综上所述，螺孔探测器的发展过程，是螺孔探测器不断解决和满足螺孔检测中出现的新问题和要求的过程，是螺孔探测器的特点不断改进和完善的过程，传感器开发是每个人努力的焦点。