RU2311610C1 - Electro-optic device for controlling parameters of thread - Google Patents
Electro-optic device for controlling parameters of threadInfo
- Publication number
- RU2311610C1 RU2311610C1 RU2006108618/28A RU2006108618A RU2311610C1 RU 2311610 C1 RU2311610 C1 RU 2311610C1 RU 2006108618/28 A RU2006108618/28 A RU 2006108618/28A RU 2006108618 A RU2006108618 A RU 2006108618A RU 2311610 C1 RU2311610 C1 RU 2311610C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinate table
- thread
- drive
- coordinate
- optoelectronic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля изделий с наружной или внутренней резьбой, например для контроля резьбы насосно-компрессорных труб и муфт (НКТМ), а также бурильных и обсадных труб и муфт различного типоразмера при ремонте нефтяного оборудования и скважин.The invention relates to measuring technique and can be used for non-contact control of products with external or internal thread, for example, for controlling the threads of tubing and couplings (NKTM), as well as drill and casing pipes and couplings of various sizes when repairing oil equipment and wells.
Установление уровня техники.Establishment of prior art.
Массовое применение в нефтедобывающей промышленности резьбовых изделий выдвигает задачи создания универсальных и высокопроизводительных средств контроля резьбы. Средства изготовления наружных и внутренних резьб достигли в настоящее время достаточно высокой степени совершенства, что нельзя сказать о качестве их контроля. Применение прогрессивной технологии позволяет изготовлять резьбы во много раз быстрее, чем их контролировать [1].Massive use of threaded products in the oil industry puts forward the task of creating universal and high-performance means of thread control. The means of manufacturing external and internal threads have now reached a sufficiently high degree of perfection, which cannot be said about the quality of their control. The use of advanced technology makes it possible to produce threads many times faster than controlling them [1].
Номенклатура применяемых типов резьб очень обширна, однако для любых резьб функциональными параметрами являются геометрические элементы, определяющие их профиль. Так, например, для резьбовых соединений НКТМ, применяемых в нефтяной промышленности, основными геометрическими параметрами являются:The nomenclature of the used types of threads is very extensive, however, for any threads, the functional parameters are the geometric elements that determine their profile. So, for example, for threaded connections NKTM used in the oil industry, the main geometric parameters are:
- шаг и высота витков,- step and height of turns,
- конусность профиля,- taper profile
- углы наклона профиля витков,- the angles of inclination of the coil profile,
- радиусы вершин и впадин витков,- the radii of the tops and bottoms of the turns,
- параметры фасок и т.д.- chamfer parameters, etc.
Известны контактные и бесконтактные средства контроля параметров внутренних и наружных резьб [1, 2]. Однако они характеризуются малой универсальностью и сложностью конструкции.Known contact and non-contact means of monitoring the parameters of internal and external threads [1, 2]. However, they are characterized by low versatility and design complexity.
Известно, например, бесконтактное оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы трубных изделий, содержащее источник и приемник светового потока со средствами обработки информации и узел сканирования, соединенный с координатным столом и выполненный с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, причем источник и приемник светового потока со средствами обработки информации объединены в единый блок, выполненный в виде коноскопа, а узел сканирования выполнен, по меньшей мере, с двумя оптически связанными с коноскопом каналами и системой зеркал, обеспечивающей прохождение светового потока от коноскопа через каналы к наружной или внутренней поверхности изделия [3].It is known, for example, a non-contact optoelectronic device for controlling the parameters of the thread of tubular products, containing a source and receiver of the light flux with information processing means and a scanning unit connected to the coordinate table and configured to reciprocate and rotate, and the source and receiver of the light flux with means information processing are combined into a single unit made in the form of a conoscope, and the scanning unit is made of at least two optically coupled to onoskopom channels and mirror system providing passage of the light flux from the conoscope through the channels to the outer or inner surface of the product [3].
Однако такое устройство характеризуется сложностью конструкции.However, such a device is characterized by design complexity.
Известны оптоэлектронные устройства контроля параметров наружной резьбы, основанные на теневом способе измерений [4-6].Known optoelectronic devices for controlling the parameters of the external thread, based on the shadow method of measurement [4-6].
Такие устройства характеризуются малой универсальностью и сложностью конструкции.Such devices are characterized by low versatility and design complexity.
Известны оптоэлектронные устройства контроля параметров внутренней резьбы, основанные на триангуляционном способе измерений [7, 8]. Такие устройства также характеризуются малой универсальностью и сложностью конструкции.Known optoelectronic devices for controlling the parameters of the internal thread, based on the triangulation method of measurements [7, 8]. Such devices are also characterized by low versatility and design complexity.
Наиболее близким изобретением к предлагаемому по технической сущности и схемному решению является оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы, описанное в [8].The closest invention to the proposed technical essence and circuit design is an optoelectronic device for controlling thread parameters described in [8].
Данное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит основание для базирования контролируемой детали, узел крепления контролируемой детали с внутренней резьбой, размещенный на основании для базирования контролируемой детали, координатный стол, снабженный приводом продольного перемещения и датчиком продольного перемещения, размещенную на координатном столе оптоэлектронную головку, снабженную приводом вращения вокруг продольной оси и датчиком углового перемещения и состоящую из источника узкого светового луча, например, лазера с оптической системой, многоэлементного фотоприемника, например фотолинейки, и объектива, причем объектив установлен с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника с источником узкого светового луча через соответствующую поверхность контролируемой детали с внутренней резьбой, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой соединены с выходами многоэлементного фотоприемника и датчика продольного перемещения, а выход - с приводом продольного перемещения.This device, selected as a prototype, contains a base for basing the controlled part, an attachment unit for the controlled part with internal thread, located on the base for basing the controlled part, a coordinate table equipped with a longitudinal displacement drive and a longitudinal displacement sensor, an optoelectronic head placed on the coordinate table, equipped with a rotation drive around the longitudinal axis and an angular displacement sensor and consisting of a source of a narrow light beam, for example, a laser a system with an optical system, a multi-element photodetector, for example a photo line, and a lens, the lens being mounted with the possibility of providing a triangulation optical connection of the multi-element photodetector with a narrow light beam through the corresponding surface of the controlled part with internal thread, and a personal electronic computer (PC), the inputs of which connected to the outputs of a multi-element photodetector and a longitudinal displacement sensor, and the output is connected to a longitudinal displacement drive.
Недостатки данного устройства:The disadvantages of this device:
а) подобные устройства часто используются в полевых условиях, что требует от них высокой универсальности, возможности контролировать параметры резьбы как труб, так и муфт, являющихся основными объектами контроля. Однако устройство [8] не отвечает данному требованию;a) such devices are often used in the field, which requires them to be highly versatile, the ability to control the thread parameters of both pipes and couplings, which are the main objects of control. However, the device [8] does not meet this requirement;
б) для выполнения измерений при разных угловых положениях контролируемых НКТМ относительно измерителя требуется поворачивать триангуляционную оптоэлектронную головку вокруг ее продольной оси. Как правило, оптоэлектронная головка «связана» с ПЭВМ и блоками питания рядом проводов (кабелей). Для осуществления поворота головки при наличии проводов приходится усложнять конструкцию устройства.b) to perform measurements at different angular positions of the controlled NKTM relative to the meter, it is necessary to rotate the triangulation optoelectronic head around its longitudinal axis. As a rule, the optoelectronic head is “connected” to the PC and power supplies by a number of wires (cables). To carry out the rotation of the head in the presence of wires, it is necessary to complicate the design of the device.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Изобретение направлено на обеспечение таких технических результатов как:The invention is aimed at providing such technical results as:
- достижение универсальности оптоэлектронного устройства путем обеспечения возможности контроля параметров резьбы деталей как с внутренней, так и с наружной резьбой;- achieving the versatility of the optoelectronic device by providing the ability to control the thread parameters of parts with both internal and external threads;
- упрощение конструкции устройства контроля.- simplification of the design of the control device.
Обеспечение указанных технических результатов достигается тем, что оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы, содержащее основание для базирования контролируемых деталей, узел крепления контролируемой детали с внутренней резьбой, размещенный на основании для базирования контролируемых деталей, первый координатный стол, снабженный приводом продольного перемещения и датчиком продольного перемещения, первую оптоэлектронную головку, размещенную на первом координатном столе и состоящую из источника узкого светового луча, например, лазера с оптической системой, многоэлементного фотоприемника, например фотолинейки, и объектива, причем объектив установлен с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника с источником узкого светового луча через соответствующую поверхность контролируемой детали с внутренней резьбой, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой соединены с выходами многоэлементного фотоприемника и датчика продольного перемещения, а выход - с приводом продольного перемещения, содержит также узел крепления контролируемой детали с наружной резьбой, выполненный, например, в виде двухконусного упора-центратора, размещенного на первом координатном столе, причем один из его конусов выполнен съемным, второй координатный стол, имеющий П-образную форму, размещенный на основании для базирования контролируемых деталей и снабженный приводом поперечного перемещения и датчиком поперечного перемещения, вторую оптоэлектронную головку, образованную из оптически сопряженных источника и приемника светового излучения, снабженных соответствующими объективами и установленных на втором координатном столе по разные стороны от контролируемой детали с наружной резьбой, при этом узел крепления контролируемой детали с внутренней резьбой выполнен, например, в виде сменного кольцевого зажима (гильзы), снабженного приводом вращения вокруг продольной оси и датчиком углового перемещения, первый координатный стол размещен на основании для базирования контролируемых деталей, входы ПЭВМ соединены с выходами приемника светового излучения второй оптоэлектронной головки, датчика углового перемещения и датчика поперечного перемещения, а выходы ПЭВМ - с приводом вращения вокруг продольной оси и приводом поперечного перемещения.Ensuring the indicated technical results is achieved by the fact that an optoelectronic device for monitoring the parameters of the thread, containing a base for basing the controlled parts, a fastener for the controlled part with an internal thread, located on the base for basing the controlled parts, the first coordinate table equipped with a longitudinal displacement drive and a longitudinal displacement sensor, the first optoelectronic head located on the first coordinate table and consisting of a source of a narrow light beam, for example, a laser with an optical system, a multi-element photodetector, for example a photo line, and a lens, the lens being mounted with the possibility of triangulating optical communication of the multi-element photodetector with a source of a narrow light beam through the corresponding surface of a controlled part with internal thread, and a personal electronic computer (PC), the inputs of which are connected to the outputs of the multi-element photodetector and longitudinal displacement sensor, and the output is connected to the drive of the longitudinal The room also contains a fastener for the controlled part with an external thread, made, for example, in the form of a two-cone stop-centralizer placed on the first coordinate table, one of its cones being removable, and the second coordinate table having a U-shape placed on the base for basing the controlled parts and equipped with a lateral movement drive and a lateral movement sensor, a second optoelectronic head formed from optically coupled light source and receiver equipped with appropriate lenses and mounted on the second coordinate table on opposite sides of the controlled part with external thread, while the mounting unit of the controlled part with internal thread is made, for example, in the form of a removable ring clamp (sleeve) equipped with a rotation drive around the longitudinal axis and with an angular displacement sensor, the first coordinate table is placed on the base for monitoring the controlled parts, the PC inputs are connected to the outputs of the light radiation receiver, the second optoelectron a head, an angular displacement sensor and a transverse displacement sensor, and PC outputs - with a rotation drive around a longitudinal axis and a transverse displacement drive.
Кроме того, привод вращения вокруг продольной оси выполнен, например, в виде шагового электродвигателя и снабжен опорными роликами, взаимодействующими со сменным кольцевым зажимом (гильзой).In addition, the rotation drive around the longitudinal axis is made, for example, in the form of a stepper motor and is equipped with support rollers interacting with a removable ring clamp (sleeve).
Проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «новизна».Verification of compliance of the claimed device with the patentability condition "novelty."
Проведенный авторами анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и другим научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах устройства, позволили установить, что не имеются аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам устройства, а выделение из перечня аналогов прототипа [8] обеспечило выявление совокупности существенных по отношению к техническим результатам отличительных признаков заявленного устройства.The analysis of the prior art by the authors, including a search by patent and other scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the device, made it possible to establish that there are no analogues characterized by features that are identical to all the essential features of the device, and the selection from the list of analogues of the prototype [8] provided for the identification of a set of essential distinguishing features of the claimed device with respect to the technical results.
Основными признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа, являются:The main features that distinguish the claimed device from the prototype are:
- наличие узла крепления контролируемой детали с наружной резьбой, выполненного, например, в виде двухконусного упора-центратора,- the presence of the mounting unit of the controlled part with an external thread, made, for example, in the form of a two-cone stop-centralizer,
- размещение упора-центратора на первом координатном столе,- placement of the stop-centralizer on the first coordinate table,
- выполнение одного из конусов упора-центратора съемным,- the implementation of one of the cones of the stop-centralizer removable,
- наличие второго координатного стола, имеющего П-образную форму,- the presence of a second coordinate table having a U-shape,
- размещение второго координатного стола на основании для базирования контролируемых деталей,- placement of the second coordinate table on the basis for basing the controlled parts,
- наличие у второго координатного стола привода поперечного перемещения и датчика поперечного перемещения,- the presence of the second coordinate table of the drive transverse displacement and transverse displacement sensor,
- наличие второй оптоэлектронной головки, образованной из оптически сопряженных источника и приемника светового излучения, снабженных соответствующими объективами,- the presence of a second optoelectronic head formed from optically conjugated light source and receiver, equipped with appropriate lenses,
- установка источника и приемника светового излучения на втором координатном столе по разные стороны от контролируемой детали с наружной резьбой,- installation of the source and receiver of light radiation on the second coordinate table on different sides of the controlled part with external thread,
- выполнение узла крепления контролируемой детали с внутренней резьбой, например, в виде сменного кольцевого зажима (гильзы),- the implementation of the mounting unit of the controlled part with internal thread, for example, in the form of a removable ring clamp (sleeve),
- наличие у сменного кольцевого зажима (гильзы) привода вращения вокруг продольной оси и датчика углового перемещения,- the presence of a removable ring clamp (sleeve) of a rotation drive around a longitudinal axis and an angular displacement sensor,
- размещение первого координатного стола на основании для базирования контролируемых деталей,- placement of the first coordinate table on the basis for basing the controlled parts,
- соединение входов ПЭВМ с выходами приемника светового излучения второй оптоэлектронной головки, датчика углового перемещения и датчика поперечного перемещения, а выходов ПЭВМ - с приводом вращения вокруг продольной оси и приводом поперечного перемещения.- connection of the inputs of the PC with the outputs of the light emission receiver of the second optoelectronic head, the angular displacement sensor and the transverse displacement sensor, and the PC outputs - with a rotation drive around the longitudinal axis and a transverse displacement drive.
Кроме того:Besides:
- выполнение привода вращения вокруг продольной оси, например, в виде шагового электродвигателя,- execution of a rotation drive around a longitudinal axis, for example, in the form of a stepper motor,
- наличие у привода вращения вокруг продольной оси опорных роликов, взаимодействующих со сменным кольцевым зажимом (гильзой).- the presence of the drive rotation around the longitudinal axis of the support rollers interacting with a removable ring clamp (sleeve).
Наличие указанных отличительных признаков обеспечивает соответствие заявляемого устройства условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.The presence of these distinctive features ensures compliance of the claimed device with the patentability condition of "novelty" under the current law.
Проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».Verification of compliance of the claimed device with the condition of patentability "inventive step".
Для проверки соответствия требованию изобретательского уровня авторами проведен дополнительный поиск и анализ решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от выбранного прототипа признаками, результаты которого показали, что заявленный объект явным образом не следует из известного уровня техники, установленного авторами.To verify compliance with the requirements of the inventive step, the authors conducted an additional search and analysis of solutions in order to identify signs that match signs that are different from the selected prototype, the results of which showed that the claimed object does not explicitly follow from the prior art established by the authors.
Другими словами, сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях оптоэлектронной контрольно-измерительной техники показало, что последние не содержат признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа.In other words, a comparison of the claimed device not only with the prototype, but also with other technical solutions in this and related fields of optoelectronic control and measuring equipment showed that the latter do not contain features similar to those distinguishing the claimed technical solution from the prototype.
Указанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.The above allows us to conclude that the claimed device conforms to the patentability condition "inventive step" under applicable law.
Новая совокупность существенных признаков устройства позволяет повысить универсальность описываемого устройства путем обеспечения возможности контроля параметров резьбы деталей как с внутренней, так и с наружной резьбой, а также упростить конструкцию данного устройства путем исключения необходимости вращения первой оптоэлектронной головки. Указанное подтверждается изложенными ниже сведениями.A new set of essential features of the device allows to increase the versatility of the described device by providing the ability to control the thread parameters of parts with both internal and external threads, as well as to simplify the design of this device by eliminating the need for rotation of the first optoelectronic head. The above is confirmed by the information below.
Описание устройства в статике.Description of the device in statics.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1-3 приведена конструктивная схема устройства, на фиг.4 показаны основные электрические связи между блоками устройства, а фиг.5 поясняет работу устройства при контроле параметров резьбы детали с наружной резьбой.The invention is illustrated by drawings. Figure 1-3 shows a structural diagram of the device, figure 4 shows the main electrical connections between the blocks of the device, and figure 5 explains the operation of the device when monitoring the parameters of the thread of a part with an external thread.
Оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы содержит массивное неподвижное горизонтальное основание 1 для базирования контролируемых деталей, узел 2 крепления контролируемой детали 3 с внутренней резьбой, установленный на основании 1 для базирования контролируемых деталей и выполненный, например, в виде сменного кольцевого зажима (гильзы) 4, снабженного приводом 5 вращения вокруг продольной оси и датчиком 6 углового перемещения, первый координатный стол 7, также размещенный на основании 1 для базирования контролируемых деталей и снабженный приводом 8 продольного перемещения и датчиком 9 продольного перемещения, узел 10 крепления контролируемой детали 11 с наружной резьбой, выполненный в виде двухконусного упора-центратора с конусами 12 и 13, один из конусов 13 из которых выполнен съемным, второй координатный стол 14, имеющий П-образную форму, размещенный на основании 1 для базирования контролируемых деталей и снабженный приводом 15 поперечного перемещения и датчиком 16 поперечного перемещения, первую оптоэлектронную головку 17, размещенную на первом координатном столе 7 и состоящую из источника 18 узкого светового луча, например, лазера с оптической системой 19, многоэлементного фотоприемника 20, например, фотолинейки, и объектива 21, причем объектив 21 установлен с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника 20 с источником 18 узкого светового луча через соответствующую поверхность контролируемой детали 3 с внутренней резьбой, вторую оптоэлектронную головку 22 (фиг.2), образованную из оптически сопряженных источника 23 и приемника 24 светового излучения, снабженных соответствующими объективами 25 и 26 и установленных на втором координатном столе 14 по разные стороны от контролируемой детали 11 с наружной резьбой, и ПЭВМ 27 (фиг.4), входы которой соединены с выходами многоэлементного фотоприемника 20, приемника 24 светового излучения, продольного 9 и поперечного 16 датчиков перемещения и датчика 6 углового перемещения (фиг.1 и 4), а выходы - с приводами продольного 8 и поперечного 15 перемещений и приводом 5 вращения вокруг продольной оси.The optoelectronic device for monitoring the parameters of the thread contains a massive stationary
ПЭВМ 27 может быть снабжена монитором и принтером (на чертеже не показаны).The PC 27 may be equipped with a monitor and printer (not shown in the drawing).
Оптоэлектронная головка 17 представляет собой цилиндрический корпус с прорезью в боковой части для выхода и приема лазерного излучения.The optoelectronic head 17 is a cylindrical body with a slot in the side for output and reception of laser radiation.
Привод 5 вращения вокруг продольной оси сменного кольцевого зажима (гильзы) 4 может быть выполнен, например, в виде шагового электродвигателя и снабжен опорными роликами 28, взаимодействующими со сменным кольцевым зажимом (гильзой) 4.The
В дальнейшем, для удобства, сменный кольцевой зажим 4 будем называть гильзой 4, контролируемую деталь 3 с внутренней резьбой - муфтой 3, а контролируемую деталь 11 с наружной резьбой - трубой 11.In the future, for convenience, a removable ring clamp 4 will be called a sleeve 4, the controlled part 3 with an internal thread - a sleeve 3, and the controlled
Назначение и функции элементов и блоков устройства.The purpose and functions of the elements and blocks of the device.
Источник 18 вместе с объективом 19 предназначены для формирования узкого светового луча в направлении резьбовой поверхности муфты 3, а фотоприемник 20 вместе с объективом 21 - для формирования сигнала о положении рассеянного и отраженного светового пятна на поверхности фотоприемника 20.The
Оптоэлектронная головка 17 предназначена для определения дальности до резьбовой поверхности детали 3 путем реализации триангуляционного метода измерения. Данная головка 17 осуществляет измерение сечения резьбы муфты 3 (в нижней ее части) в одной плоскости за один ход поступательного перемещения стола 7.The optoelectronic head 17 is designed to determine the distance to the threaded surface of the part 3 by implementing the triangulation measurement method. This head 17 measures the cross section of the thread of the coupling 3 (in its lower part) in one plane in one stroke of the translational movement of the table 7.
Оптоэлектронная головка 22 предназначена для определения координат точек резьбовой поверхности детали 11 путем реализации теневого метода измерения. Другими словами, источник 23 и приемник 24 светового излучения с соответствующими объективами 25 и 26 предназначены для реализации теневого оптического метода измерений и фиксации координат точек резьбовой поверхности трубы 11.The
Автоматически сканирующие (перемещающиеся) относительно объектов контроля оптоэлектронные головки 17 и 22 позволяют получать в памяти ПЭВМ 27 профилограммы сечений данных объектов.Automatically scanning (moving) relative to the monitoring objects, the optoelectronic heads 17 and 22 make it possible to obtain profilograms of sections of these objects in the
Датчики 9 и 16 предназначены для формирования сигналов о координатах положения соответственно столов 7 и 14, а датчик 6 предназначен для формирования сигналов об угловом положении гильзы 4. Датчики 9 и 6 позволяют отслеживать текущее «линейное» и «угловое» положения муфты 3 относительно оптоэлектронной головки 17, а датчики 16 и 9 - «линейные» положения трубы 11 относительно оптоэлектронной головки 22.
Привод 5 на основе шагового двигателя предназначен для передачи через опорные ролики 28 вращательного движения на гильзу 4 и ее поворота вместе с муфтой 3 на заданный угол (например, на 180°).The
Координатный стол 7 вместе с приводом 8 обеспечивают перемещение контролируемой детали - трубы 11 и оптоэлектронной головки 17 вдоль координаты Х системы координат устройства при контроле параметров резьбы трубы 11 и муфты 3 (фиг.1).The coordinate table 7 together with the
Координатный стол 14 вместе с приводом 15 обеспечивают перемещение оптоэлектронной головки 22 вдоль координаты Y системы координат устройства при контроле параметров резьбы трубы 11 (фиг.2 и 3).The coordinate table 14 together with the
Ход стола 7 достаточен для сканирования вдоль координаты Х системы координат устройства трубы 11 и муфты 3 соответственно оптоэлектронными головками 22 и 17 по всей длине их резьбового участка.The stroke of the table 7 is sufficient for scanning along the coordinate X of the coordinate system of the device of the
Ход стола 14 достаточен для перемещения оптоэлектронной головки 22 вдоль координаты Y системы координат устройства для контроля резьбы на противоположных участках трубы 11.The stroke of the table 14 is sufficient to move the
Гильза 4 предназначена для оперативной осевой фиксации муфты 3 перед процедурой контроля параметров ее резьбы.The sleeve 4 is designed for operational axial fixation of the coupling 3 before the procedure for monitoring the parameters of its thread.
Конусы 12 и 13 узла 10 крепления предназначены для центрирования и фиксации трубы 11 на координатном столе 7 перед процедурой контроля параметров ее резьбы. На фиг.2 и 3 узел 10 крепления условно не показан.The cones 12 and 13 of the mount 10 are designed to center and fix the
ПЭВМ 27 предназначена для реализации программы контроля параметров резьбы муфты 3 и трубы 11 и координации работы блоков и узлов устройства при проведении такого контроля. При этом ПЭВМ 27 обеспечивает соответствующую обработку сигналов, поступающих с фотоприемников 20 и 24 и датчиков 6, 9 и 16 и формирует соответствующие профилограммы сечений резьбовых участков муфты 3 и трубы 11. Далее на основе профилограмм ПЭВМ 27 производит расчет параметров резьбы и сопоставляет их с параметрами резьбы, заданными чертежом и другой конструкторской документацией. Результаты сопоставления выдаются в виде распечатанных протоколов контроля.A
Описание устройства в динамике.Description of the device in dynamics.
Устройство может работать в двух режимах:The device can operate in two modes:
- режиме контроля деталей с внутренней резьбой, основанной на триангуляционном оптическом методе измерений (режим контроля муфты);- the mode of control of parts with internal thread, based on the triangulation optical measurement method (coupling control mode);
- режиме контроля деталей с внешней резьбой, основанной на теневом оптическом методе измерений (режим контроля трубы).- the control mode of parts with external thread, based on the shadow optical measurement method (pipe control mode).
Перед началом работы устройства в любом из указанных режимов в память ПЭВМ 27 вводятся программа контроля и необходимые исходные данные, в том числе допуски на параметры резьбы муфты 3 или трубы 11.Before starting the operation of the device in any of these modes, a control program and the necessary initial data are entered into the
Программа контроля основана на сопоставлении заданных значений параметров резьбы с измеренными значениями параметров резьбы данных объектов контроля.The control program is based on a comparison of the set values of the thread parameters with the measured values of the thread parameters of the data of the test objects.
Режим контроля муфты.Coupling control mode.
При работе устройства в данном режиме муфта 3 заданного типоразмера устанавливается и фиксируется в гильзе 4.When the device is in this mode, the coupling 3 of a given size is installed and fixed in the sleeve 4.
По команде с ПЭВМ 27 включается привод 8, который начинает перемещать координатный стол 7, а вместе с ним и оптоэлектронную головку 17 вдоль координаты Х системы координат устройства. При этом на контролируемую внутреннюю поверхность муфты 3 через прорезь в боковой части головки 17 направляется узкий луч от источника лазерного излучения 18. Изображение светового пятна, формируемого по диффузной (рассеянной) составляющей отраженного лазерного луча, проецируется через оптическую систему 21 на соответствующие светочувствительные элементы фотоприемника 20 в виде световых марок. Схема развертки фотоприемника 20 (на чертеже для простоты не показана) формирует тактовые импульсы, обеспечивающие оптоэлектронное преобразование изображений световой марки на его элементах.On command from the
Данное преобразование осуществляется таким образом, чтобы изменения координат указанной световой марки на элементах фотоприемника 20 были пропорциональны изменениям профиля резьбы муфты 3. Изображение световой марки вызывает изменение уровней напряжения в отдельных элементах фотоприемника 20, вследствие чего распределение выходных сигналов элементов во времени пропорциональны пространственному распределению интенсивности света по сечению световой марки на элементах фотоприемника 20. Информационные сигналы с выхода фотоприемника 20 поступают на вход ПЭВМ 27 для последующей обработки согласно хранящейся в ней программы и получения значения дальности до соответствующей точки резьбовой поверхности муфты 3.This transformation is carried out in such a way that changes in the coordinates of the specified light mark on the elements of the
Благодаря датчику 9 измерение дальности до соответствующей точки резьбы сопровождается фиксацией ее координаты х, код которой также записывается в память ПЭВМ 27. В результате за один проход оптоэлектронной головки 17 в памяти ПЭВМ 27 формируется профилограмма сечения в нижней области внутренней поверхности муфты 3 при одном его угловом положении, т.е. выявляется изменение профиля резьбы в этой области муфты 3 в плоскости XOZ.Thanks to the
Для сканирования сечения муфты 3 при другом ее угловом положении (например, через 180°) по сигналу с ПЭВМ 27 включается привод 5, опорные ролики 28 которого поворачивают гильзу 4, а вместе с ней и муфту 3 на заданный угол.To scan the cross section of the coupling 3 at its other angular position (for example, through 180 °), the
Измерение профиля резьбы муфты 3 при данном ее угловом положении аналогично описанному выше.The measurement of the thread profile of the coupling 3 at a given angular position is similar to that described above.
Получение профилограмм с двух «противоположных» сечений муфты 3 может быть использовано для определения фактических параметров резьбы, включая диаметральные.Obtaining profilograms from two "opposite" sections of the coupling 3 can be used to determine the actual parameters of the thread, including diametrical.
После завершения измерений муфта 3 выгружается (вытаскивается) из гильзы 4 и, далее, загружается следующая муфта.After completing the measurements, the sleeve 3 is unloaded (pulled out) from the sleeve 4 and, then, the next sleeve is loaded.
Проведенные авторами испытания заявляемого устройства показали, что оптоэлектронная головка 17, в основу работы которой положен способ оптической триангуляции, может быть использована не только для контроля профиля резьбы муфты 3 по всей ее длине, но и ее юбки и части фаски на торце.The tests carried out by the authors of the inventive device showed that the optoelectronic head 17, which is based on the method of optical triangulation, can be used not only to control the thread profile of the sleeve 3 along its entire length, but also its skirt and part of the chamfer at the end.
Режим контроля трубы.Pipe control mode.
При работе устройства в данном режиме между конусами 12 и 13 упора-центратора размещается (крепится) кусок трубы 11 заданного типоразмера с резьбовым участком, параметры резьбы которого предполагается подвергнуть процедуре контроля.When the device is operating in this mode, a piece of
Включается ПЭВМ 27, которая начинает работать по так называемому алгоритму поиска «граничных» точек резьбовой поверхности трубы 11. При этом луч света источника 23 падает на приемник 24, с выхода которого снимается сигнал постоянной величины.The
Включается привод 15 перемещения, перемещающий координатный стол 14, а вместе с ним и источник 23 и приемник 24 светового излучения, вдоль координаты Y системы координат устройства (на фиг.5 - по направлению «А»). Такое перемещение продолжается до тех пор, пока резьбовой участок трубы 11 не начнет перекрывать луч, идущий от источника 23 к приемнику 24 (фиг.2). При этом происходит изменение величины сигнала, снимаемого с приемника 24.The
В момент изменения указанного сигнала с выходов датчиков 9 и 16 в память ПЭВМ 27 заносятся коды координат Х и Y «граничной» точки «Б» (фиг.5).At the time of changing the specified signal from the outputs of the
В следующий момент времени включается также привод 8, что приводит к одновременному перемещению обоих столов 7 и 14. В ПЭВМ 27 программа управления их перемещением составлена таким образом, что проекция луча источника 23 на (воображаемой) плоскости XOY перемещается по окружности (по траектории «В» на фиг.5) предварительно заданного радиуса r. При этом за центр такой окружности принимается упомянутая выше точка «Б».At the next time, the
Такое перемещение проекции луча источника 23 продолжается до тех пор, пока опять не произойдет изменения сигнала на выходе приемника 24, т.е. пока данный луч не дойдет до границы «свет-тень» или «тень-свет».This movement of the projection of the beam of the source 23 continues until, again, there is a change in the signal at the output of the
По изменению сигнала на выходе приемника 24 вновь фиксируются коды с выходов датчиков 9 и 16 и вновь в память ПЭВМ 27 заносятся коды координат Х и Y очередной «граничной» точки, принимаемой в следующем цикле поиска за центр круговой траектории луча источника 23 и т.д.By changing the signal at the output of the
Аналогичным образом выделяются коды координат Х и Y остальных «граничных» точек резьбового участка трубы 11. При этом следует отметить, что программа их поиска составлена таким образом, что перемещение луча по окружности всегда начинается, например, с самой «нижней» ее точки (фиг.5) и это перемещение всегда осуществляется в одном направлении, например по часовой стрелке.Similarly, the coordinate codes X and Y of the remaining “boundary” points of the threaded section of the
Следовательно, за один проход трубы 11 мимо оптоэлектронной головки 22 в памяти ПЭВМ 27 формируется профилограмма сечения в «правой» области (см. фиг.2) наружной поверхности трубы 11 (при одном ее угловом положении), т.е. выявляется изменение (распределение) профиля резьбы трубы 11 в плоскости XOY.Therefore, in one pass of the
Для сканирования сечения трубы 11 при другом ее угловом положении (через 180°) по сигналу с ПЭВМ 27 включается привод 15 перемещения, перемещающий координатный стол 14, а вместе с ним и источник 23 и приемник 24 светового излучения, вдоль координаты Y системы координат устройства. Такое перемещение продолжается до тех пор, пока резьбовой участок трубы 11 не перестанет перекрывать луч, идущий от источника 23 к приемнику 24. При этом происходит изменение величины сигнала, снимаемого с приемника 24 (фиг.3).To scan the cross section of the
Дальнейшая работа устройства по поиску «граничных» точек резьбового участка на другом (противоположном) участке трубы 11 аналогично описанному выше.Further operation of the device to search for "boundary" points of the threaded section on another (opposite) section of the
Получение профилограмм с двух «противоположных» сечений трубы 11 может быть использована для определения фактических параметров резьбы, включая диаметральные.Obtaining profilograms from two “opposite”
После завершения измерений труба 11 выгружается (вытаскивается) из упора-центратора и, далее, загружается следующая контролируемая труба.After completing the measurements, the
Автоматические измерения геометрии резьбы муфты 3 и трубы 11 проводятся ПЭВМ 27 под управлением специализированного программного обеспечения (СПО). СПО также проводит расчет параметров резьбы, регистрирует и отображает значения фактического профиля резьбы на каждый типоразмер изделия. При этом измерения сечения резьбы проводятся бесконтактно и с достаточно высокой производительностью (один «проход» луча вдоль контролируемого объекта 3 или 11 осуществляется примерно за 10-30 сек).Automatic measurements of the geometry of the threads of the coupling 3 and
Результаты измерений отображаются в наглядной форме, регистрируются и сохраняются в памяти ПЭВМ 27 и на машинных носителях информации неограниченное время. Они также могут выдаваться в виде распечатанных протоколов на бумажном носителе.The measurement results are displayed in visual form, recorded and stored in the memory of the
Программа контроля сопоставляет эталонные значения параметров резьбы с измеренными значениями параметров резьбы. По результатам контроля выносится решение о годности деталей 3 и 11 для их дальнейшей эксплуатации.The control program compares the reference values of the thread parameters with the measured values of the thread parameters. Based on the results of the control, a decision is made on the suitability of
В основу работы второй оптоэлектронной головки 22 положен теневой оптоэлектронный способ измерений. Сравнивая ее работу с работой первой оптоэлектронной головки 17, можно указать на следующие достоинства теневого способа контроля параметров резьбы:The operation of the second
- минимально влияние качества выполнения резьбовой поверхности трубы 11 на достоверность результатов контроля, углов наклона ее резьбы и, соответственно, минимальна погрешность измерений,- the influence of the quality of the execution of the threaded surface of the
- минимальна ширина зоны измерения, не превышающая 20-30 мкм,- the minimum width of the measurement zone, not exceeding 20-30 microns,
- минимально влияние на результаты контроля возможных смещений оси трубы 11 в поперечных направлениях,- minimal impact on the results of monitoring possible displacements of the axis of the
- проще обработка сигналов, поступающих с оптоэлектронной головки 22, чем при триангуляционном способе, что не требует больших вычислительных ресурсов для управления оптоэлектронной головкой 22 в реальном масштабе времени.- it is easier to process signals from the
Однако теневой способ не может быть использован для контроля параметров внутренней резьбы.However, the shadow method cannot be used to control the parameters of the internal thread.
Сменные гильзы 4 могут быть выполнены пользователем данного устройства с разными внутренними диаметрами, что позволит проводить отбраковку муфт 3 по наружному диаметру одновременно с контролем резьбы. Если муфта 3 имеет овальность, повреждения поверхности или наружный диаметр больше внутреннего диаметра сменной гильзы 4, то она не вставится в эту гильзу.Replaceable sleeves 4 can be made by the user of this device with different internal diameters, which will allow the rejection of couplings 3 on the outer diameter simultaneously with the control of the thread. If the coupling 3 has ovality, surface damage or an outer diameter greater than the inner diameter of the replaceable sleeve 4, then it will not fit into this sleeve.
Таким образом, предложенная авторами новая совокупность существенных признаков устройства позволяет повысить универсальность описываемого устройства путем обеспечения возможности контроля параметров резьбы деталей как с внутренней, так и с наружной резьбой, а также упростить конструкцию данного устройства путем исключения необходимости вращения первой оптоэлектронной головки, которая связана проводами (кабелями) с ПЭВМ и блоками питания. Указанные выводы подтверждаются изложенными выше сведениями.Thus, the new set of essential features of the device proposed by the authors allows to increase the universality of the described device by providing the ability to control the thread parameters of parts with both internal and external threads, as well as to simplify the design of this device by eliminating the need to rotate the first optoelectronic head, which is connected by wires ( cables) with a PC and power supplies. These conclusions are confirmed by the above information.
Проверка условия патентоспособности «промышленная применимость».Verification of patentability conditions “industrial applicability”.
Предлагаемое оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы не вызывает затруднений при его изготовлении. Например, один из вариантов его реализации внедрен заявителем на нефтедобывающем предприятии Республики Татарстан для контроля НКТМ диаметрами 60, 73 и 89 мм.The proposed optoelectronic device for monitoring the parameters of the thread does not cause difficulties in its manufacture. For example, one of the options for its implementation was introduced by the applicant at an oil producing enterprise of the Republic of Tatarstan to control NKTM with diameters of 60, 73 and 89 mm.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют для заявленного устройства, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, о возможности реализации его с помощью известных и предложенных средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.The above information indicates for the claimed device, as it is described in the claims, about the possibility of implementing it using known and proposed means. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability" under applicable law.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Приборы и системы автоматического контроля размеров деталей машин. Рабинович А.Н. - Киев: Технiка, 1970, с.220-231.1. Devices and systems for automatic control of the dimensions of machine parts. Rabinovich A.N. - Kiev: Technics, 1970, p. 220-231.
2. Чудов В.А. и др. Размерный контроль в машиностроении / В.А.Чудов, Ф.В.Цидулко, Н.И.Фредгейм - М.: Машиностроение, 1982, с.238-250.2. Miracles V.A. et al. Dimensional control in mechanical engineering / V.A. Chudov, F.V. Tsidulko, N.I. Fredheim - M .: Mechanical Engineering, 1982, p.
3. Патент РФ №2267086 на изобретение «Устройство для контроля параметров резьбовых трубных изделий». МПК G01B 11/24, G01B 11/30. Публ. 27.12.2005 г.3. RF patent No. 2267086 for the invention "Device for monitoring the parameters of threaded tubular products."
4. Патент РФ №2151999 на изобретение «Способ контроля параметров наружной резьбы и устройство для его осуществления». МПК G01B 11/30, G01B 3/40. Публ. 27.06.2000 г.4. RF patent No. 2151999 for the invention "Method for controlling the parameters of the external thread and device for its implementation."
5. Свидетельство РФ №11333 на полезную модель «Устройство для контроля параметров наружной резьбы». МПК G01D 3/00. Публ. 16.09.1999 г.5. The certificate of the Russian Federation No. 11333 for the utility model “Device for monitoring the parameters of the external thread”. IPC G01D 3/00. Publ. September 16, 1999
6. Свидетельство РФ №19915 на полезную модель «Устройство для контроля параметров резьбового участка с наружной резьбой». МПК G01D 3/10. Публ. 10.10.2001 г.6. RF certificate No. 19915 for utility model "Device for monitoring the parameters of a threaded section with an external thread." IPC G01D 3/10. Publ. 10/10/2001 g.
7. Свидетельство РФ №11332 на полезную модель «Устройство для контроля параметров внутренней резьбы». МПК G01D 3/00. Публ. 16.09.1999 г.7. Certificate of the Russian Federation No. 11332 for the utility model “Device for monitoring the parameters of the internal thread”. IPC G01D 3/00. Publ. September 16, 1999
8. Патент РФ №2152000 на изобретение «Способ контроля параметров внутренней резьбы и устройства для его осуществления». МПК G01B 11/30, G01B 3/48. Публ. 27.06.2000 г. (прототип).8. RF patent №2152000 for the invention "Method for controlling the parameters of the internal thread and device for its implementation."
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006108618/28A RU2311610C1 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Electro-optic device for controlling parameters of thread |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006108618/28A RU2311610C1 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Electro-optic device for controlling parameters of thread |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2311610C1 true RU2311610C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006108618/28A RU2311610C1 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Electro-optic device for controlling parameters of thread |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2311610C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477453C1 (en) * | 2008-12-05 | 2013-03-10 | Тенарис Коннекшнс Лимитед | Method and apparatus for measuring thread parameters |
RU2582481C2 (en) * | 2012-04-30 | 2016-04-27 | Смс Меер Гмбх | Device and method for pipe 3d measurement |
RU179248U1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-05-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | MEASURING DEVICE FOR DETERMINING GEOMETRIC PARAMETERS OF THE FORM OF SURFACES OF LARGE-SIZED PARTS |
RU2695599C1 (en) * | 2018-10-26 | 2019-07-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of controlling geometrical parameters of thread |
-
2006
- 2006-03-20 RU RU2006108618/28A patent/RU2311610C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477453C1 (en) * | 2008-12-05 | 2013-03-10 | Тенарис Коннекшнс Лимитед | Method and apparatus for measuring thread parameters |
RU2582481C2 (en) * | 2012-04-30 | 2016-04-27 | Смс Меер Гмбх | Device and method for pipe 3d measurement |
RU179248U1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-05-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | MEASURING DEVICE FOR DETERMINING GEOMETRIC PARAMETERS OF THE FORM OF SURFACES OF LARGE-SIZED PARTS |
RU2695599C1 (en) * | 2018-10-26 | 2019-07-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of controlling geometrical parameters of thread |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10612907B2 (en) | Device and method for measuring workpieces | |
Gerbino et al. | On the influence of scanning factors on the laser scanner-based 3D inspection process | |
US11199395B2 (en) | Profile inspection system for threaded and axial components | |
KR102005626B1 (en) | Optical detecting apparatus for detecting a degree of freedom error of a spindle and a detecting method thereof | |
US7903245B2 (en) | Multi-beam optical probe and system for dimensional measurement | |
US9644950B2 (en) | Shape measuring apparatus and point sensor positioning unit | |
EP3702723B1 (en) | Apparatus and method for measuring a profile of an internally threaded surface | |
CN111141767A (en) | X-ray CT apparatus for measurement and CT reconstruction method using the same | |
JP2017150984A (en) | Surface property measurement instrument and surface property measurement method | |
RU2311610C1 (en) | Electro-optic device for controlling parameters of thread | |
JP2016075502A (en) | Screw shape measuring apparatus and method for screwed members having hook-shaped flanks | |
TR201816334T4 (en) | Methods and apparatus for optically determining a distance. | |
EP1985968B1 (en) | Noncontact measuring apparatus for interior surfaces of cylindrical objects based on using the autofocus function that comprises means for directing the probing light beam towards the inspected surface | |
JP2012220341A (en) | Shape measuring device, shape measuring method, and program therefor | |
JP2019074470A (en) | Adjustment method of image measurement device | |
CN112461871A (en) | X-ray CT apparatus for measurement | |
JP2007183145A (en) | Method and instrument for measuring tubular bore | |
RU2377494C2 (en) | Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method | |
Wang et al. | A new structured-laser-based system for measuring the 3D inner-contour of pipe figure components | |
TW201326737A (en) | Measuring system and method for morphology of hole surface | |
US11754390B2 (en) | Method, system, and apparatus for optical measurement | |
RU2357204C2 (en) | Optic electronic device for quality control of articles with internal thread | |
JP6507067B2 (en) | Measuring method, measuring device and manufacturing method using the same | |
RU2267086C1 (en) | Device for measuring parameters of threaded piping articles | |
Chen et al. | Analysing and evaluating a dual-sensor autofocusing method for measuring the position of patterns of small holes on complex curved surfaces |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140321 |