如何快速準確測量螺栓和螺絲的頸下

螺栓和螺絲的種類很多，通常會依長度、粗細、形狀加以分類，並依照不同用途來挑選使用。此外，雖然這些都是有標準化的規格，但也有些是為特定目所專門設計的。所有螺栓和螺絲的共同點是，必須在標準或設計規定的公差範圍內進行高準確度加工。
在這裡，我們將對準確度要求最高的頸下部分的基本知識、作用、測量問題和解決方案進行說明。

何謂頸下
螺紋結構
全螺牙和半螺牙的區別
頸下R的作用
傳統頸下R測量的問題
- 使用投影機進行頸下R測量的問題
- 使用輪廓測定機進行頸下R測量的問題
如何解決螺栓和螺絲測量中的問題
總結：顯著改善和提升難以測量的螺栓和螺絲各部位形狀之測量效率

何謂頸下

表面積是立體表面的面積，也是可見部分的面積。表面積是和粗糙度等指標並列的功能性評估重要指標之一，像是質地、附著力、滑度、散熱性等。例如，透過測量金屬斷裂面、摩擦面以及PGA和雷射標記刻印的表面積，即可取得各種資訊。

螺紋結構

螺紋為螺旋狀，整個螺旋就是將直角三角形纏繞於圓柱體上的線。這種線被稱為「纏繞捲線」，螺峰和螺谷具有各種結構，以實現摩擦力、強度和準確度等功能。
另外，螺絲旋轉一圈時，螺絲朝軸向所行進的距離稱為「導程」。螺絲針對導程旋轉一圈的長度所形成的角度稱為「導程角」。

全螺牙和半螺牙的區別

螺栓和螺絲的螺紋最重要的作用是緊固力（擰緊螺絲的固定力）和將零件黏合在一起的力。螺紋有兩種類型：「全螺牙」和「半螺牙」，「全螺牙」從頸下都有螺紋，而「半螺牙」只有一半螺紋。
全螺牙具有很強的緊固力，因此表現出很強的固定力。但是，如果兩片板子之間有縫隙，就無法去除縫隙並將黏在一起。另一方面，半螺牙只能對一個板子施加緊固力，因此通常會用於無間隙地連接重疊的零件。

範例：固定兩塊板子時

關於擰緊全螺牙時，即使進一步擰緊至其頭部，也會留有間隙。
至於半螺牙的話，螺絲的力量僅會作用於板子的一側並被拉動，所以不會留下間隙。

緊固力
施加在板子上的力

頸下R的作用

由於頭部和頸下的剖面發生急遽變化，可能會發生應力集中，疲勞斷裂可能會導致稱為「斷頭」的現象。為避免這種情況，所施加的處理就是「頸下R」。透過將此部分變成角R，並消除表面的凹凸性，以期提升疲勞強度。頸下R對於螺栓和螺絲的強度有很大的影響。近年來，也有研究結果指出結合R和錐形，也能有效作為應力集中的措施。
頸下R必須使用稱為「頸下轉壓」的方法進行高準確度加工，適用於航空引擎等對強度要求特別高的螺栓。

傳統頸下R測量的問題

螺絲的品質隨著製造技術的發展而提升，但很難完全杜絕缺陷的發生。如果出現毛刺、裂紋、缺口（破裂）、變形、尺寸差異、頸下R成型不良等情況，不僅不能發揮緊固零件的功能，還會導致使用螺絲或螺栓的產品損壞等問題。在這裡，我們將介紹螺絲和螺栓製造過程中常見的缺陷及其原因。

使用投影機進行頸下R測量的問題

光學測量儀器的一種，測量原理與光學顯微鏡相似。透過將對象物放在載物台上並從下方照射光線，對象物的輪廓會被投射到布幕上。一些大型布幕的直徑超過1m。在對螺絲進行頸下R測量時，螺絲必須精確對齊。

由於形狀是3D的，因此很難將焦距集中在頸下的整個區域。另外，頸下R在2次元投影圖中，是很難定義其距離，測量值會因每個人而異。此外，無法取得和尺寸或圖面上不同的數值，必須將輪廓形狀轉印到描圖紙上，所以難以保存和比較資料。
由於投影機只能從垂直於剖面的方向，進行觀察才能得到剖面形狀，所以對象物的放置方式必須能看到頸下R的部分，並且在測量前必須準確調整出水平狀態。這時候就出現了對象物放置方式不固定的問題。

這樣一來，就不僅不是現場的每個人都能準確測量，還會有無法進行測量的地方，而隨著對象物的不同，也可能需要加以切割等，這將是一個很大的問題。

使用輪廓測定機進行頸下R測量的問題

輪廓測定機是使用稱為尖筆的觸針，透過描摹出對象物表面，藉以測量並記錄輪廓形狀的裝置。近年來，也有的類型是使用雷射代替觸針，透過非接觸式描摹輪廓來測量複雜形狀。此外，某些型號能夠測量上下兩面。
在使用輪廓測定機測量螺栓和螺絲時，需要調整出水平狀態。

該測量方法存在以下問題。

將對象物固定到夾具上，並調整出水平狀態需要時間。此外，具備輪廓測定機相關的知識和技能，對於準確地調整出水平狀態極為重要。
輪廓測定機的觸針將繞著觸針針臂上的支點做圓弧上下運動，觸針尖端也會沿著X方向移動，造成X軸資料產生誤差。
準確地依照預期穿針非常困難，即使是最輕微的針錯位也會導致測量值發生偏差。

如何解決螺栓和螺絲測量中的問題

傳統所使用的一般測量儀器，存在著需要耗費時間固定目標物的問題，以及必須在點狀或現狀接觸立體目標物、測量位置，才能進行測量的課題。為了解決這些測量問題，KEYENCE開發了一次性3D形狀測量儀「VR系列」。
能以非接觸方式，準確捕捉對象物的3D形狀。此外，可以在短短1秒內對台上的對象物進行3D掃描，以高準確度測量3D形狀。因此，可以在測量結果沒有偏差的情況下，瞬時進行定量測量。以下將介紹其具體上的優點。

優點1：取得整個「面」的形狀。所以任何人都可以進行測量

測量演算法和硬體已經完全改善，以實現最快1秒的測量速度。瞬間掃描完畢整個面的資訊。可以自由測量螺絲頸下R和螺距等目標處。不同人進行測量，測量數值也不會出現差異。
「VR系列」以最快1秒的壓倒性速度，實現了N的大幅增加並縮短作業時間。這將提昇測量品質，將檢驗人員的人手調動成生產人員，進而促進增加產量。無論是評估試做品還是出貨前的產品檢查，速度將能改善任何測量任務。