BRPI0810645B1 - processo e dispositivo para a medição óptica de roscas externas - Google Patents
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Description
(54) Título: PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO ÓPTICA DE ROSCAS EXTERNAS (73) Titular: VALLOUREC DEUTSCHLAND GMBH. Endereço: Theodorstrasse 109, 40472 Düsseldorf, ALEMANHA (DE) (72) Inventor: HANS GSCHWENDTNER; WOLFGANG HENGSTENBERG; ALAINE PIANEZZI.
Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 11/12/2018, observadas as condições legais
Expedida em: 11/12/2018
Assinado digitalmente por:
Liane Elizabeth Caldeira Lage
Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
1/10
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO ÓPTICA DE ROSCAS EXTERNAS.
DESCRIÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um processo e um dispositivo para a medição óptica de roscas externas, especialmente em tubos, de acordo com as reivindicações de patente 1 e 4.
[002] Com roscas externas se proveem, por exemplo, tubos para tubulações, as quais transportam especialmente fluidos que ficam sob pressão, como, por exemplo, gás ou petróleo. Neste caso os tubos se proveem nos seus lados extremos com uma rosca externa, e se aparafusam um com o outro com um elemento de luva, o qual apresenta uma rosca interna.
[003] No caso destas tubulações que ficam sob pressão, se exigem altos requisitos dos aparafusamentos e com isso da qualidade das roscas.
[004] Tubos deste gênero se utilizam, por exemplo, como tubos de revestimento (casings) e tubos de produção (tubings) na ocasião da produção de petróleo e gás.
[005] Diâmetros externos típicos destes tubos são de 60,3 a 177,8 mm, nos quais se abrem roscas com até 48 passos de rosca.
[006] O controle de qualidade das roscas de tubo abertas, requer uma medição geométrica dos perfis de rosca, com o intuito de poder comparar estes com as predeterminações de referência. Neste caso se medem especialmente os seguintes valores:
- diâmetro de cada um dos passos de rosca,
- passo da rosca por polegada,
- largura da borda livre entre a extremidade do tubo e o início da rosca,
- comprimento da rosca em mm,
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- profundidade da rosca,
- contorno da rosca,
- roscas não abertas totalmente.
[007] Para o controle de qualidade na linha de fabricação, na ocasião da abertura das roscas com um tempo de ciclo de, por exemplo, 15 a 25 segundos, só podem ser executados controles de amostragem aleatória manuais.
[008] A medição manual das roscas é dispendiosa em termos de tempo, com grande intensidade de custos, e não é suficiente para um controle de qualidade abrangente. Além disso, existe o risco que no caso de controle de amostragem aleatória não se reconhecem em tempo pioramentos da qualidade de rosca, e que aumentam a produção de material rejeitado e o risco de reclamações.
[009] Da DE 103 59 837 A1 são conhecidos um processo óptico e um dispositivo para o controle automático de danificações de rosca em elementos de conexão, como por exemplo, parafusos.
[0010] O aparelho dispõe de um dispositivo para a iluminação do parafuso a ser controlado, sendo que o dispositivo de iluminação está alinhado em relação ao parafuso de tal maneira, que os feixes de luz se emitem em essência de maneira perpendicular em relação a um flanco da rosca.
[0011] O aparelho consiste, além disso, em um sistema óptico de captura para a captura dos feixes de luz refletidos pelo flanco da rosca, sendo que a óptica de captura está alinhada em relação ao elemento de conexão de tal maneira, que se captam os feixes de luz, refletidos em essência de maneira perpendicular em relação ao flanco da rosca.
[0012] No entanto, uma medição de roscas de tubo não pode ser executada, uma vez que não se detecta o perfil da rosca.
[0013] É tarefa da invenção, indicar um processo para a medição
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3/10 óptica de perfis de roscas externas, especialmente de roscas externas em tubos, com o qual é possível um controle de 100% e favorável em termos de custos das roscas durante a fabricação de rosca cadenciada. Uma outra tarefa consiste no fato de indicar um dispositivo correspondente.
[0014] Estas tarefas são solucionadas de acordo com o termo genérico juntamente com as características marcantes da reivindicação
1. Aperfeiçoamentos vantajosos são objeto de reivindicações dependentes.
[0015] De acordo com os ensinamentos da invenção, o perfil da rosca antes fabricado se ilumina e, respectivamente, se explora de maneira tangencial em relação à seção transversal do tubo a partir do início da rosca até a extremidade da rosca, por meio de um movimento relativo consistindo na rotação e na translação entre o tubo e pelo menos uma unidade de medição, disposta na contraluz e consistindo em iluminação e câmera.
[0016] A imagem do contorno de rosca se detecta continuamente pela câmera e os sinais ópticos se avaliam diretamente em seguida e se comparam com as predeterminações de referência.
[0017] A velocidade de exploração se ajusta como a experiência ensina de tal maneira, que o tempo para a exploração do perfil de rosca fique sob consideração da resolução espacial necessária da câmera dentro do tempo de ciclo, o qual é necessário para a próxima fabricação de rosca.
[0018] Através de testes operacionais extensos foi comprovado, que os parâmetros do perfil de rosca necessários para a medição óptica da rosca, podem ser vantajosamente detectados e avaliados completamente com o processo de acordo com a invenção.
[0019] Por meio do processo de preferência automatizado agora é possível realizar durante a abertura de rosca, sem a necessidade de
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4/10 interromper o fluxo de produção, um controle de rosca 100%, e com isso um controle de qualidade completo.
[0020] Por meio da possibilidade de medição In-Line das roscas, no caso de variações de qualidade agora pode ser exercida influência direta sobre o processo da abertura de rosca. Desta maneira se reduzem trabalhos de reparo das roscas e produção de material rejeitado, e o risco de reclamações em consequência de defeitos não reconhecidos da rosca se reduzem nitidamente ou até se evitam.
[0021] Para a detecção óptica do perfil de rosca se utilizam vantajosamente câmeras CCD com alta resolução, as quais possibilitam uma avaliação simultânea de vários filetes de rosca.
[0022] Em uma forma de execução vantajosa, a iluminação se realiza com luz telecêntrica e uma câmera projetada correspondentemente com objetivo telecêntrico.
[0023] A utilização de componentes telecêntricos tem a vantagem, que o sistema de medição permanece não influenciado por irradiações de luz externa através de luz solar e de luz de naves fabris. No caso deste método, o contorno de rosca se destaca com muito contraste como objeto escuro de um fundo claro.
[0024] A comparação dos resultados de medição com os valores de referência predeterminados, fornece informações sobre a qualidade de rosca.
[0025] No caso de grandes diâmetros de tubo e rosca, respectivamente, a medição da rosca se realiza vantajosamente com pelo menos duas câmeras ao mesmo tempo em dois pontos opostos do tubo, porque em caso contrário não pode ser reconhecido se deslocamentos do contorno de perfil nas imagens da câmera se baseiam em falhas de rosca ou em posicionamentos errados do tubo em relação à unidade de medição.
[0026] Por causa da trajetória do raio telecêntrica, no caso de pe
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5/10 quenos desvios de posição o fator de escala permanece constante, assim que a precisão de medição não é restrita.
[0027] Em dependência do sistema óptico utilizado, quando da utilização de duas unidades de medição durante uma meia rotação do tubo pode ser detectada a totalidade da circunferência de tubo com os filetes de rosca correspondentes.
[0028] Para o aumento da produção podem ser instaladas de acordo com a invenção também outras unidades de medição para uma captura e avaliação paralela do perfil de rosca.
[0029] De acordo com a projeção geométrica dos componentes da unidade de medição e, respectivamente, dos diâmetros de rosca a serem controlados, o movimento relativo entre o tubo e a unidade de medição pode ser realizado de acordo com a invenção de diversas maneiras.
[0030] Por um lado, como para a medição contínua da rosca, o tubo pode ser colocado em rotação e a unidade de medição pode ser deslocada de maneira translatória sobre a rosca em direção longitudinal.
[0031] Uma outra possibilidade consiste no fato, que a unidade de medição gera em volta da rosca do tubo e é deslocada simultaneamente de maneira translatória em direção longitudinal do tubo.
[0032] Além disso, existe a possibilidade, que para a medição contínua da rosca, a unidade de medição está posicionada de maneira firme e o tubo é deslocado de maneira rotatória e translatória embaixo da unidade de medição.
[0033] Uma outra possibilidade consiste no fato, que o tubo está posicionado de maneira firme e a unidade de medição é deslocada de maneira rotatória e translatória.
[0034] Antes da aplicação da medição em série automática e vantajosa do perfil de rosca de um determinado tipo de tubo, é necessário
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6/10 ajustar os parâmetros de referência em um modo de aprendizagem. Estes são em primeiro lugar as predeterminações para os parâmetros de rosca e de tubo, assim como os valores de tolerância a serem observados.
[0035] De acordo com a invenção, o contorno de referência se descreve ou como curva matemática, ou mediante inserção de uma amostra aceita, que se armazena como imagem no sistema e desta maneira serve como referência para as medições em série. Além disso, a amostra aceita também pode servir vantajosamente para a calibração das câmeras.
[0036] Caso o tubo está apoiada de maneira giratória e a unidade de medição de maneira translatória, então em virtude de apoios não alinhados de maneira exata pode ocorrer eventualmente uma migração involuntária do tubo em direção longitudinal quando da rotação.
[0037] Tal variação de posição pode levar ao fato, que o comprimento de rosca durante a medição não pode ser determinado de maneira exata, e que esta medição só pode realizar-se durante o movimento de volta da unidade de medição para a posição inicial.
[0038] Com o intuito de detectar esta influência sobre a determinação do comprimento de rosca, de acordo com uma outra característica vantajosa se determina continuamente a posição da extremidade de tubo com respeito à posição da unidade de medição em direção longitudinal do tubo, e sob consideração de um deslocamento longitudinal do tubo que ocorre se calcula continuamente durante a medição o comprimento de tubo, assim que o comprimento de rosca já pode ser determinado durante o movimento de ida da unidade de medição.
[0039] Vantajosamente, a detecção de posição da extremidade de tubo em direção axial, se detecta de acordo com o princípio da triangulação de laser. Neste caso uma câmera CCD se alinha, por exemplo, sob um ângulo de aproximadamente 30°até 40° em rel ação ao eixo de
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7/10 tubo. Em prolongamento direto do tubo e do eixo de tubo, respectivamente, se dispõe um laser de linha, que projeta uma linha de laser sobre o tubo. A câmera capta a posição da linha de laser.
[0040] Quando durante a rotação ocorre um deslocamento longitudinal do tubo, então a linha de laser se move na imagem de câmera para baixo ou para cima. Desta maneira pode determinar-se diretamente a posição axial da extremidade de tubo.
[0041] Através da posição de altura da linha de laser na imagem de câmera pode ser medida a distância e, respectivamente, a variação de posição do laser de linha em relação ao tubo, por conseguinte da posição de tubo em direção longitudinal. Neste caso a resolução da medição fica em uma faixa de aproximadamente 0,5 mm.
[0042] Adicionalmente se reconhece de modo vantajoso, se na extremidade de tubo se encontra ainda uma tampa de proteção ou uma luva. Neste caso o comprimento da linha de laser se torna maior e se coloca um sinal de alerta. Através deste sinal, se impede que o sistema de medição se movimente para fora de sua posição de base e se danifique mecanicamente.
[0043] A detecção de posição de acordo com a invenção oferece vantagens essenciais:
- O comprimento de rosca não se mede mais no movimento de volta da unidade de deslocamento com o tubo parado, mas diretamente quando do movimento de ida com todos os outros valores de medição, no entanto então corrigido pelo valor de um deslocamento longitudinal que ocorre.
- O movimento de volta da unidade de deslocamento pode realizar-se com alta velocidade.
[0044] Outras características, vantagens e pormenores da invenção obtêm-se da descrição que segue.
[0045] Mostram:
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8/10 a figura 1a: um esboço de princípio do dispositivo de acordo com a invenção, com duas unidades de medição para a medição óptica do contorno de uma rosca externa, a figura 1 b: imagem feita em contraluz de um dente de rosca, a figura 2: unidade de medição de acordo com a invenção, para a detecção da posição longitudinal do tubo durante a medição.
[0046] Na figura 1a está representado em um esboço de princípio, o dispositivo de acordo com a invenção para a medição do contorno de rosca de roscas externas em tubos.
[0047] Para o aumento da produção, isto é, para o encurtamento do tempo de medição, o dispositivo está provido com duas unidades de medição 2, as quais, com respeito à seção transversal do tubo, são dispostas de maneira oposta uma em relação à outra.
[0048] As unidades de medição 2 consistem em uma iluminação 5, 5', cada vez fixada em um suporte 3, e um câmera 4, 4', que está alinhada em disposição de contraluz de tal maneira, que a rosca 6 a ser medida, do tubo 1, se ilumina e, respectivamente se explora de maneira tangencial em relação à seção transversal do tubo, e a imagem do contorno de rosca se detecta pela câmera.
[0049] De acordo com a invenção, a iluminação 5, 5', e a câmera 4, 4', são projetadas para luz telecêntrica.
[0050] Em seguida os sinais ópticos se avaliam com uma unidade de avaliação aqui não representada, e em seguida se comparam com as predeterminações de referência a serem observadas.
[0051] De acordo com a invenção, o movimento relativo necessário para a medição de rosca, entre o tubo 1, e as unidades de medição 2, 2', se realiza pelo fato, que o tubo 1 é giratório e as unidades de medição 2, 2', são deslocáveis de maneira translatória em direção longitudinal do tubo 1.
[0052] Através das duas unidades de medição 2, 2' telecêntricas,
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9/10 situadas de maneira oposta uma em relação à outra, então se detecta em uma meia rotação do tubo a circunferência do tubo completa com o respectivo número de filetes de rosca, que depende do sistema óptico da câmera 4, 4'. Ao mesmo tempo, através de um acionamento linear aqui não representado, a unidade de medição 2, 2', se desloca em direção longitudinal do tubo 1, e com isso se mede a rosca 6, em sua totalidade do início até a extremidade.
[0053] Quando da medição se ajusta de acordo com a invenção a velocidade de exploração de tal maneira que o tempo para a exploração do perfil de rosca, sob consideração da resolução espacial necessária da câmera, fique dentro do tempo de ciclo de fabricação da próxima rosca.
[0054] A figura 1b, mostra uma imagem feita em contraluz do contorno de um dente de rosca 7 defeituoso, na ocasião da medição. No flanco lateral esquerdo do dente de rosca 7, se notam em comparação com o flanco lateral direito desvios nítidos em relação do contorno de referência da rosca. Desta maneira pode ser exercida influência direta sobre o processo de fabricação da abertura de rosca das roscas que seguem, e a rosca defeituosa pode ser usinada posteriormente.
[0055] A figura 2, mostra uma unidade de medição de acordo com a invenção, para a detecção da posição de comprimento do tubo durante a medição.
[0056] O sistema de medição 8, consiste, de acordo com a invenção, em um laser de linha 10, e uma câmera 9.
[0057] O laser de linha 10, está disposto em uma distância em relação à extremidade de tubo em linha do eixo de tubo 12, e a câmera 9, em um ângulo em relação ao eixo de tubo 12.
[0058] O laser de linha 10 projeta uma linha de laser sobre o tubo
1. A câmera 9, capta a posição da linha de laser. Quando o tubo 1, varia durante a rotação sua posição longitudinal, então a linha de laser
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10/10 se move na imagem de câmera para baixo ou para cima, pelo qual pode ser determinada diretamente a posição axial da extremidade de tubo.
[0059] Através da posição de altura da linha de laser na imagem de câmera se averigua a distância e, respectivamente, a variação de posição do laser de linha em relação ao tubo, por conseguinte da posição de tubo em direção longitudinal. Mostrou-se como vantajoso alinhar a câmera 9, sobre para a extremidade de tubo, sob um ângulo de aproximadamente 30°até 40° em relação ao eixo de t ubo.
[0060] O comprimento de rosca averiguado pela unidade de medição 2, 2', (figura 1a), se corrige pelo valor do deslocamento longitudinal do tubo, e o comprimento de rosca se averigua exatamente já durante o movimento de ida da medição.
LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERÊNCIA
Número Denominação
I Tubo
2, 2' Unidade de medição
Suporte
4, 4' Câmera telecêntrica
5, 5' Iluminação telecêntrica
Rosca
Contorno do dente de rosca
Sistema de medição da posição de tubo
Câmera para medição de posição
Laser de linha para medição de posição
II Superfície de frente do tubo
Eixo de tubo
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Claims (17)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo para a medição óptica do perfil da rosca externa, especialmente em extremidades de tubo, sendo que as roscas (6) se fabricam antes de maneira cadenciada em uma cadeia de produção e se medem continuamente antes da transformação subsequente em linha do início até a extremidade da rosca (6), caracterizado pelo fato de o perfil da rosca (6) antes fabricado ser iluminado e, respectivamente, ser explorado de maneira tangencial em relação à seção transversal do tubo (1), mediante um movimento relativo consistindo em rotação e em translação entre o tubo (1) e pelo menos uma unidade de medição, disposta na contraluz e consistindo em iluminação (5, 5') e câmera, e a velocidade de exploração ajustar-se de tal maneira, que o tempo para a exploração do perfil de rosca (6) fique, sob consideração da resolução espacial necessária da câmera, dentro do tempo de ciclo, o qual é necessário para a fabricação da rosca (6) subsequente, sendo que a imagem do contorno de rosca (6) se detecta pela câmera e os sinais ópticos avaliam-se em seguida e comparam-se com predeterminações de referência.
- 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a iluminação (5, 5') realizar-se com luz telecêntrica.
- 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de medir-se com pelo menos duas unidades de medição (2, 2') ao mesmo tempo em dois pontos situados de maneira oposta um em relação ao outro com respeito à seção transversal do tubo (1).
- 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de para a medição contínua da rosca (6), o tubo (1) colocar-se em rotação e a unidade de medição (2, 2') deslocar-se de maneira translatória sobre a rosca (6) em direção longiPetição 870180125898, de 03/09/2018, pág. 14/222/4 tudinal.
- 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de para a medição contínua da rosca (6), a unidade de medição (2, 2') guiar em volta da rosca (6) do tubo (1) e ser deslocada simultaneamente de maneira translatória em direção longitudinal do tubo (1).
- 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de para a medição contínua da rosca (6), a unidade de medição (2, 2') estar posicionada de maneira firme e o tubo (1) ser deslocado de maneira rotatória e translatória embaixo da unidade de medição (2, 2').
- 7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de detectar-se continuamente a posição da extremidade de tubo (1) com respeito à posição da unidade de medição (2, 2'), e calcular-se durante a medição o comprimento de rosca (6) sob consideração de eventuais variações de posição.
- 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a detecção de posição realizar-se mediante triangulação de laser.
- 9. Dispositivo para a execução do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, com pelo menos uma unidade de medição (2, 2') e uma unidade de avaliação, que consiste em uma iluminação (5, 5') e uma câmera, caracterizado pelo fato de a iluminação (5, 5'), e a câmera (4, 4') serem posicionadas em um suporte (3), em disposição de contraluz em direção tangencial em relação à seção transversal do tubo (1), e a unidade de medição (2, 2') e, respectivamente, o tubo (1), serem apoiados de maneira relativa um em relação ao outro e móveis de maneira rotatória e translatória.
- 10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a unidade de medição (2, 2'), consistir em uma ilumiPetição 870180125898, de 03/09/2018, pág. 15/223/4 nação telecêntrica (5, 5'), e uma câmera telecêntrica (4, 4').
- 11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de pelo menos duas unidades de medição (2, 2') que medem de maneira paralela, serem dispostas em dois pontos situados de maneira oposta um em relação ao outro com respeito à seção transversal do tubo (1).
- 12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de as câmeras (4, 4') serem câmeras CCD.
- 13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de o tubo (1), estar apoiado de maneira giratória e a unidade de medição (2, 2') móvel de maneira translatória.
- 14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de o tubo (1), estar posicionado de maneira firme e a unidade de medição (2, 2'), estar apoiada de maneira móvel de maneira rotatório e translatória.
- 15. Dispositivo de acordo com as reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de a unidade de medição (2, 2') estar posicionada de maneira firme e o tubo (1), estar apoiado de maneira móvel de maneira rotatório e translatória.
- 16. Dispositivo para a execução do processo como definido na reivindicação 7, com uma unidade de medição óptica (8), para a detecção da posição longitudinal do tubo (1), em relação à posição da unidade de medição (2, 2'), caracterizado pelo fato de a unidade de medição (8), consistir em um laser de linha (10), que irradia a superfície de frente (11), da extremidade de tubo, e uma câmera (9), a qual capta os feixes de luz do laser (10), que são refletidos pela superfície de frente (11), do tubo (1), sendo que o laser de linha (10), está disposto em uma distância em relação à extremidade de tubo em linha doPetição 870180125898, de 03/09/2018, pág. 16/224/4 eixo de tubo (12), e a câmera (9), em um ângulo em relação ao eixo de tubo (12).
- 17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a câmera (9), ser uma câmera CCD.Petição 870180125898, de 03/09/2018, pág. 17/221/1 l
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