RU2357204C2 - Optic electronic device for quality control of articles with internal thread - Google Patents

Optic electronic device for quality control of articles with internal thread Download PDF

Info

Publication number
RU2357204C2
RU2357204C2 RU2007104884/28A RU2007104884A RU2357204C2 RU 2357204 C2 RU2357204 C2 RU 2357204C2 RU 2007104884/28 A RU2007104884/28 A RU 2007104884/28A RU 2007104884 A RU2007104884 A RU 2007104884A RU 2357204 C2 RU2357204 C2 RU 2357204C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optoelectronic
head
optic
threaded surface
light beam
Prior art date
Application number
RU2007104884/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007104884A (en
Inventor
Равиль Масгутович Галиулин (RU)
Равиль Масгутович Галиулин
Римма Равильевна Галиулина (RU)
Римма Равильевна Галиулина
Рустем Рафаилович Галимзянов (RU)
Рустем Рафаилович Галимзянов
Александр Александрович Петров (RU)
Александр Александрович Петров
Илья Николаевич Ярмак (RU)
Илья Николаевич Ярмак
Original Assignee
Равиль Масгутович Галиулин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Равиль Масгутович Галиулин filed Critical Равиль Масгутович Галиулин
Priority to RU2007104884/28A priority Critical patent/RU2357204C2/en
Publication of RU2007104884A publication Critical patent/RU2007104884A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2357204C2 publication Critical patent/RU2357204C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanics.
SUBSTANCE: optic electronic device for quality control of articles with internal thread includes basement, mobile carriage moving along longitudinal axis of article under control and featuring electric drive for shifting, platform mounted on moving carriage, optic mechanical unit mounted in bearings on the platform and featuring electric drive for rotation around its longitudinal axis, rotation angle sensor and first optic electronic head positioned inside article under control and comprised by narrow light beam generator, multielement photo receiver and two lenses. Optic electronic head is made in the form of hollow case with slit in side part for output and reception of emission from narrow light beam source. Lenses of first optic electronic head maintain triangulation optic communication of multielement photo receiver with narrow light beam source through threaded surface of article under control, and personal computer (PC) with inputs connected to outputs of multielement photo receiver, linear movement sensor and rotation angle sensor, and outputs connected to shift and rotation drives. Optic mechanical unit is made in the form of spindle with its shaft mounted in bearings on the platform and with vertical shift aggregate. Spindle head is made in the form of disk with guide lines formed by oblong recess in diagonal direction. First optic electronic head is made in the form of semicylindrical case with its end installed in oblong recess of the disc and connected to device for adjustment of distance to threaded surface of article under control. Mobile carriage is positioned on vertical shift aggregate which is attached to basement.
EFFECT: extended diametre range of controlled couplings, enhanced operation speed of device.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля изделий с внутренней резьбой, например для контроля резьбы муфт различного типоразмера при производстве, монтаже и ремонте нефтяного оборудования и скважин.The invention relates to measuring equipment and can be used for non-contact control of products with internal thread, for example, to control the thread of couplings of various sizes in the production, installation and repair of 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 внутренних и наружных 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 internal and external 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 элементами являются геометрические параметры, определяющие их профиль. Так, например, для резьбовых соединений, применяемых в нефтяной промышленности, основными геометрическими параметрами являются: шаг и высота витков, конусность профиля, углы наклона профиля витков, радиусы вершин и впадин витков, параметры фасок и т.д.The nomenclature of the used types of threads is very extensive, however, for any threads, the functional elements are the geometric parameters that determine their profile. So, for example, for threaded joints used in the oil industry, the main geometric parameters are: pitch and height of the turns, taper of the profile, tilt angles of the profile of the turns, radii of the tops and troughs of the turns, chamfer parameters, etc.

В настоящее время существует большое количество средств для контроля внутренней резьбы самого разнообразного конструктивного выполнения, Для оценки новизны и изобретательского уровня заявляемого решения рассмотрим основные из них.Currently, there are a large number of tools for controlling the internal thread of the most diverse structural design. To assess the novelty and inventive step of the claimed solution, we consider the main ones.

Известны контактные и бесконтактные средства контроля параметров внутренних резьб [1, 2]. Контактные средства контроля базируются в основном на применении всевозможных калибров. Существующий субъективный визуально-ручной контроль геометрии резьбы с помощью гладких резьбовых калибров, слепков и шаблонов не отвечает современным требованиям. С помощью калибров нельзя произвести объективный контроль годности резьбы, так как не анализируются конусность, местный износ и даже шаг резьбы. При определенной комбинации параметров совершенно негодная резьба может быть признана годной. Фактически с помощью калибров контролируется только один виток с наибольшим относительным диаметром резьбы муфты, что трудно признать достаточным. Такой контроль приводит к перебраковке, увеличивает трудоемкость ремонта, снижает длину и срок службы трубы и в то же время не исключает пропуск брака [3-6].Known contact and non-contact means of monitoring the parameters of internal threads [1, 2]. Contact controls are mainly based on the use of various calibers. The existing subjective visual-manual control of the geometry of the thread with the help of smooth thread gauges, casts and templates does not meet modern requirements. With the help of calibers, it is impossible to make an objective control of the suitability of a thread, since the taper, local wear and even the thread pitch are not analyzed. With a certain combination of parameters, a completely unsuitable thread can be considered suitable. In fact, with the help of gauges, only one turn is controlled with the largest relative diameter of the coupling thread, which is difficult to recognize as sufficient. Such control leads to rejection, increases the complexity of the repair, reduces the length and life of the pipe and at the same time does not exclude skipping defects [3-6].

Следует отметить также то, что, используя калибры, вообще невозможно контролировать такие важнейшие параметры, как высота резьбы, форма и значения радиусов впадин (вершин), которые, собственно, и обеспечивают прочность колонн и герметичность соединений в нефтяной промышленности. Поэтому для контроля этих важных параметров выборочно делают слепки резьбы, которые обмеряют визуальным способом на микроскопе. Однако такой контроль имеет существенную погрешность вследствие большой усадки слепков.It should also be noted that, using gauges, it is generally impossible to control such important parameters as the thread height, the shape and radius values of the depressions (vertices), which, in fact, provide strength of the columns and tightness of the joints in the oil industry. Therefore, to control these important parameters, selectively imprints of the thread are taken, which are measured visually using a microscope. However, such control has a significant error due to the large shrinkage of the casts.

Известны бесконтактные средства контроля параметров внутренних резьб [7-9].Known non-contact means of controlling the parameters of internal threads [7-9].

Бесконтактное оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы трубных изделий и муфт [7] содержит 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 поверхностям изделия.A non-contact optoelectronic device for controlling the parameters of the thread of tubular products and couplings [7] contains a source and a receiver of the light flux with information processing means and a scanning unit connected to the coordinate table and configured to reciprocate and rotate, the source and receiver of the light flux with means information processing are combined in a single unit made in the form of a conoscope, and the scanning unit is made of at least two optically connected with a conoscope Alami and mirror system providing passage of the light flux from the conoscope through the channels to the outer or inner surfaces of the article.

Однако такое устройство характеризуется низкой точностью и малой производительностью измерений из-за высокой чувствительности к влиянию бликов, разной шероховатости и локальным загрязнениям поверхности резьбы. Использование устройства требует предварительного матирования контролируемой поверхности резьбы. Устройство критично к позиционированию контролируемого изделия, так как в нем применяется односторонний метод измерения, подверженный сильному влиянию даже незначительных механических вибраций.However, such a device is characterized by low accuracy and low measurement performance due to its high sensitivity to the influence of glare, different roughness and local contamination of the thread surface. Using the device requires preliminary matting of the controlled surface of the thread. The device is critical to the positioning of the controlled product, since it uses a one-way measurement method, subject to the strong influence of even minor mechanical vibrations.

Известны оптоэлектронные устройства контроля параметров внутренней резьбы, основанные на триангуляционном способе измерений [8, 9]. Такие устройства характеризуются узким диапазоном диаметров контролируемых муфт, малой универсальностью и производительностью (быстродействием).Known optoelectronic devices for controlling the parameters of the internal thread, based on the triangulation method of measurements [8, 9]. Such devices are characterized by a narrow range of diameters of controlled couplings, low versatility and performance (speed).

Наиболее близким изобретением к предлагаемому по наибольшему количеству сходных признаков, технической сущности, схемному решению и достигаемому при использовании результату является устройство, описанное в [9].The closest invention to the proposed according to the greatest number of similar features, technical nature, circuit design and achieved by using the result is the device described in [9].

Такое устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит основание, подвижную каретку, размещенную на основании и выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси контролируемого изделия и снабженную электроприводом перемещения и датчиком линейного перемещения, подставку, закрепленную на подвижной каретке, оптико-механический блок, установленный в подшипниках на подставке и снабженный электроприводом поворота вокруг собственной продольной оси, датчиком угла поворота и оптоэлектронной головкой, размещенной внутри контролируемого изделия и образованной из источника узкого светового луча, многоэлементного фотоприемника и двух объективов, причем оптоэлектронная головка выполнена в виде полого цилиндрического корпуса с прорезью в боковой части для выхода и приема излучения источника узкого светового луча, а объективы оптоэлектронной головки установлены с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника с источником узкого светового луча через резьбовую поверхность контролируемого изделия, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой подключены к выходам многоэлементного фотоприемника, датчика линейного перемещения и датчика угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения и поворота.Such a device, selected as a prototype, contains a base, a movable carriage, placed on the base and made with the possibility of movement along the longitudinal axis of the controlled product and equipped with an electric drive and a linear displacement sensor, a stand mounted on a movable carriage, an optical-mechanical unit installed in bearings on a stand and equipped with an electric drive of rotation around its own longitudinal axis, a rotation angle sensor and an optoelectronic head located inside the a rolled product and formed from a source of a narrow light beam, a multi-element photodetector and two lenses, the optoelectronic head made in the form of a hollow cylindrical body with a slot in the side for output and reception of radiation from a source of a narrow light beam, and the optoelectronic head lenses are installed with the possibility of providing a triangulation optical the connection of a multi-element photodetector with a source of a narrow light beam through the threaded surface of the controlled product, and personal electronic computer (PC), the inputs of which are connected to the outputs of a multi-element photodetector, linear displacement sensor and angle sensor, and the outputs to electric displacement and rotation.

Недостатки такого устройства.The disadvantages of such a device.

1. Узкий диапазон диаметров контролируемых муфт. Основой его оптико-механического блока является жесткая конструкция - металлическая труба, что ограничивает диапазон диаметров измеряемых муфт. На практике же часто приходится контролировать муфты различного диаметра, например, муфты диаметрами 102 мм, 114 мм, 146 мм, 168 мм, 178 мм, 194 мм, 219 мм, 245 мм, 324 мм и др. Принцип работы устройства основан на измерении дальности до резьбовой поверхности, а сам измеритель дальности может работать только в определенном диапазоне дальностей. С изменением диаметра (типоразмера) муфты меняется расстояние от оптоэлектронной головки до резьбовой поверхности, и при этом измеряемая дальность может лежать за пределами указанного диапазона. Требуется изменить конструкцию устройства таким образом, чтобы регулировать расстояние от измерителя дальности до резьбовой поверхности при смене типоразмера муфты.1. A narrow range of diameters of controlled couplings. The basis of its optical-mechanical unit is a rigid structure - a metal pipe, which limits the diameter range of the measured couplings. In practice, it is often necessary to control couplings of various diameters, for example, couplings with diameters of 102 mm, 114 mm, 146 mm, 168 mm, 178 mm, 194 mm, 219 mm, 245 mm, 324 mm, etc. The principle of operation of the device is based on measuring the range to a threaded surface, and the range meter itself can only work in a certain range of ranges. With a change in the diameter (size) of the coupling, the distance from the optoelectronic head to the threaded surface changes, and the measured range can lie outside the specified range. It is required to change the design of the device in such a way as to adjust the distance from the range meter to the threaded surface when changing the size of the coupling.

2. Низкое быстродействие (производительность) известного устройства.2. Low speed (performance) of the known device.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Изобретение направлено на достижение таких технических результатов, как:The invention is aimed at achieving such technical results as:

а) расширение диапазона диаметров контролируемых муфт;a) expanding the range of diameters of controlled couplings;

б) повышение быстродействия (производительности) известного устройства.b) improving the speed (performance) of the known device.

Достижение указанных технических результатов обеспечивается тем, что в известном оптоэлектронном устройстве для контроля изделий с внутренней резьбой, содержащем основание, подвижную каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси контролируемого изделия и снабженную электроприводом перемещения и датчиком линейного перемещения, подставку, закрепленную на подвижной каретке, оптико-механический блок, установленный в подшипниках на подставке и снабженный электроприводом поворота вокруг собственной продольной оси, датчиком угла поворота и первой оптоэлектронной головкой, размещенной внутри контролируемого изделия и образованной из источника узкого светового луча, многоэлементного фотоприемника и двух объективов, причем данная оптоэлектронная головка выполнена в виде полого корпуса с прорезью в боковой части для выхода и приема излучения источника узкого светового луча, а объективы первой оптоэлектронной головки установлены с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника с источником узкого светового луча через резьбовую поверхность контролируемого изделия, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой подключены к выходам многоэлементного фотоприемника, датчика линейного перемещения и датчика угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения и поворота, его оптико-механический блок выполнен в виде шпинделя, вал которого установлен в подшипниках на подставке и снабжен механизмом вертикального смещения, а головка шпинделя выполнена в виде диска с направляющими, образованными продолговатым углублением в его диагональном направлении, первая оптоэлектронная головка выполнена в виде полуцилиндрического корпуса, торец которого установлен в продолговатом углублении диска и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия, а подвижная каретка размещена на механизме вертикального смещения, который закреплен на основании.The achievement of these technical results is ensured by the fact that in the known optoelectronic device for monitoring products with internal thread, containing a base, a movable carriage, arranged to move along the longitudinal axis of the controlled product and equipped with an electric drive and a linear displacement sensor, a stand mounted on a movable carriage, an optical-mechanical block mounted in bearings on a stand and equipped with an electric drive for turning around its own longitudinal si, a rotation angle sensor and the first optoelectronic head located inside the controlled product and formed from a source of a narrow light beam, a multi-element photodetector and two lenses, and this optoelectronic head is made in the form of a hollow body with a slot in the side for output and reception of radiation from a narrow light source beam, and the lenses of the first optoelectronic head are installed with the ability to provide triangulation optical communication of a multi-element photodetector with a narrow source beam through the threaded surface of the controlled product, and a personal electronic computer (PC), the inputs of which are connected to the outputs of the multi-element photodetector, linear displacement sensor and angle sensor, and the outputs to the electric displacement and rotation, its optical-mechanical unit is made in the form a spindle whose shaft is mounted in bearings on a stand and equipped with a vertical displacement mechanism, and the spindle head is made in the form of a disk with guides formed by an elongated angle by basting in its diagonal direction, the first optoelectronic head is made in the form of a semi-cylindrical body, the end of which is installed in an elongated recess of the disk and is connected with a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product, and the movable carriage is placed on the vertical displacement mechanism, which is fixed to the base.

Кроме того:Besides:

- оптико-механический блок снабжен второй оптоэлектронной головкой, торец которой установлен в продолговатом углублении диска симметрично первой оптоэлектронной головке и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия, а выход многоэлементного фотоприемника второй оптоэлектронной головки соединен с входом ПЭВМ;- the optical-mechanical unit is equipped with a second optoelectronic head, the end of which is installed in the oblong recess of the disk symmetrically to the first optoelectronic head and is connected with a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product, and the output of the multi-element photodetector of the second optoelectronic head is connected to the input of the PC;

- в торцах первой и второй оптоэлектронных головок выполнены радиальные отверстия соответственно с правой и левой резьбой, а механизм регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия выполнен в виде подстроечного вала, установленного в подшипниках на диске вдоль продолговатого углубления и имеющего участки с правой и левой резьбой, размещенные соответственно в радиальных отверстиях торцов первой и второй оптоэлектронных головок;- at the ends of the first and second optoelectronic heads, radial holes are made with right and left threads, respectively, and the mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product is made in the form of a trimming shaft mounted in bearings on the disk along an elongated recess and having sections with right and left threads, placed respectively in the radial holes of the ends of the first and second optoelectronic heads;

- механизм вертикального смещения вала шпинделя содержит корпус, состоящий из неподвижной секции, размещенной на основании, и подвижной секции, на которой размещена подвижная каретка, установленные внутри корпуса червячный узел, узел «винт-гайка» и указатель уровня, причем червяк червячного узла соединен с рукояткой, а червячное колесо - с гайкой узла «винт-гайка», винт которого соединен с подвижной секцией корпуса.- the mechanism of vertical displacement of the spindle shaft comprises a housing consisting of a fixed section located on the base and a movable section on which the movable carriage is mounted, a worm assembly, a screw-nut assembly and a level indicator mounted inside the housing, the worm of the worm assembly being connected to handle, and the worm wheel with the nut of the screw-nut assembly, the screw of which is connected to the movable section of the housing.

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 [9] 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 [9] ensured the identification of a set of essential distinguishing features of the claimed device with respect to the technical results.

Проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «новизна».Verification of compliance of the claimed device with the patentability condition "novelty."

Основными признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа, являются:The main features that distinguish the claimed device from the prototype are:

- выполнение оптико-механического блока в виде шпинделя, вал которого установлен в подшипниках на подставке и снабжен механизмом вертикального смещения,- the implementation of the optical-mechanical unit in the form of a spindle, the shaft of which is mounted in bearings on a stand and is equipped with a vertical displacement mechanism,

- выполнение головки шпинделя в виде диска с направляющими, образованными продолговатым углублением в его диагональном направлении,- the execution of the spindle head in the form of a disk with guides formed by an elongated recess in its diagonal direction,

- выполнение первой оптоэлектронной головки в виде полуцилиндрического корпуса, торец которого установлен в продолговатом углублении диска и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия,- the implementation of the first optoelectronic head in the form of a semi-cylindrical body, the end of which is installed in an elongated recess of the disk and is associated with a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product

- размещение подвижной каретки на механизме вертикального смещения, который закреплен на основании.- placement of the movable carriage on the vertical displacement mechanism, which is fixed to the base.

Кроме того:Besides:

- наличие у оптико-механического блока второй оптоэлектронной головкой, торец которой установлен в продолговатом углублении диска симметрично первой оптоэлектронной головке и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия,- the presence of the optical-mechanical unit of the second optoelectronic head, the end of which is installed in the oblong recess of the disk symmetrically to the first optoelectronic head and is connected with the mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product,

- соединение выхода многоэлементного фотоприемника второй оптоэлектронной головки с входом ПЭВМ;- connection of the output of the multi-element photodetector of the second optoelectronic head with the input of the PC;

- выполнение в торцах первой и второй оптоэлектронных головок радиальных отверстий соответственно с правой и левой резьбой,- execution at the ends of the first and second optoelectronic heads of radial holes, respectively, with right and left thread,

- выполнение механизма регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия в виде подстроечного вала, установленного в подшипниках на диске вдоль продолговатого углубления и имеющего участки с правой и левой резьбой, размещенные соответственно в радиальных отверстиях торцов первой и второй оптоэлектронных головок;- the implementation of the mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product in the form of a trimming shaft mounted in bearings on the disk along an elongated recess and having sections with right and left threads located respectively in the radial holes of the ends of the first and second optoelectronic heads;

- выполнение механизма вертикального смещения вала шпинделя в виде корпуса, состоящего из неподвижной секции, размещенной на основании, и подвижной секции, на которой размещена подвижная каретка,- the implementation of the mechanism of vertical displacement of the spindle shaft in the form of a housing consisting of a fixed section located on the base and a movable section on which the movable carriage is placed,

- размещение внутри корпуса червячного узла, узла «винт-гайка» и указателя уровня, при котором червяк червячного узла соединен с рукояткой, а червячное колесо - с гайкой узла «винт-гайка», винт которого соединен с подвижной секцией корпуса.- placement of a worm assembly, a screw-nut assembly and a level indicator inside the housing, at which the worm of the worm assembly is connected to the handle and the worm wheel is connected to the nut of the screw-assembly assembly, the screw of which is connected to the movable section of the housing.

Наличие указанных признаков обеспечивает соответствие всей совокупности признаков условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству. При этом не обнаружены устройства, в которых технический результат достигнут аналогичной совокупностью существенных признаков.The presence of these features ensures compliance of the totality of features with the condition of patentability “novelty” under current law. However, no devices were found in which the technical result was achieved by a similar set of essential features.

Проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «Изобретательский уровень».Verification of compliance of the claimed device with the patentability condition "Inventive step".

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусмотренных существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата.From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result has not been revealed.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step" under applicable law.

Новая совокупность существенных признаков устройства позволяет расширить диапазон диаметров контролируемых муфт и повысить производительность устройства, что подтверждается изложенными ниже сведениями.A new set of essential features of the device allows you to expand the range of diameters of the controlled couplings and increase the productivity of the device, which is confirmed by the information below.

Между совокупностью существенных признаков настоящего изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, поскольку отличительные признаки не были выявлены ни в одном из аналогов, а достигаемый технический результат получается лишь при совместном использовании всех без исключения известных и отличительных признаков.There is a causal relationship between the totality of the essential features of the present invention and the achieved technical result, since distinctive features were not identified in any of the analogues, and the achieved technical result is obtained only when all known and distinctive features are used together.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показаны:The invention is illustrated in the drawing, which shows:

- на фиг.1 - общий вид устройства (вид спереди);- figure 1 is a General view of the device (front view);

- на фиг.2 - вид устройства слева (в сечении А-А);- figure 2 is a view of the device on the left (in section AA);

- на фиг.3 - диск устройства с оптоэлектронными головками и валом;- figure 3 is a disk device with optoelectronic heads and a shaft;

- на фиг.4 - диск устройства в трех проекциях;- figure 4 - disk device in three projections;

- на фиг.5 - подстроечный вал устройства;- figure 5 - tuning shaft of the device;

- на фиг.6 - основные электрические связи в устройстве.- figure 6 - the main electrical connection in the device.

Описание устройства в статике.Description of the device in statics.

Оптоэлектронное устройство для контроля изделий с внутренней резьбой содержит (фиг.1) основание 1, на котором установлены механизм 2 подвода и фиксации контролируемого изделия с внутренней резьбой (например, муфты) 3 и механизм 4 вертикального смещения, подвижную каретку 5, размещенную на механизме 4, подставку 6, закрепленную на подвижной каретке 5, оптико-механический блок, выполненный в виде шпинделя, состоящего из вала 7 и головки, имеющей форму диска 8, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) 9 (фиг.6).The optoelectronic device for controlling products with internal thread contains (Fig. 1) a base 1 on which a mechanism 2 for supplying and fixing a controlled product with internal thread (for example, a coupling) 3 and a vertical displacement mechanism 4, a movable carriage 5 mounted on the mechanism 4 are installed , stand 6, mounted on a movable carriage 5, an optical-mechanical unit made in the form of a spindle, consisting of a shaft 7 and a head shaped like a disk 8, and a personal electronic computer (PC) 9 (Fig.6).

Механизм 4 вертикального смещения выполнен в виде домкрата, который содержит корпус, состоящий из неподвижной секции 10, размещенной на основании 1, и подвижной секции 11, на которой размещена подвижная каретка 5, установленные внутри корпуса червячный узел, узел «винт-гайка» и указатель 12 уровня, причем червяк 13 червячного узла соединен с рукояткой 14, а червячное колесо 15 - с гайкой 16 узла «винт-гайка», винт 17 которого соединен с подвижной секцией 11 корпуса. В таком механизме вращательное движение рукоятки 14 преобразуется в поступательное перемещение секции 11 вертикально вверх параллельно оси координат Z устройства.The vertical displacement mechanism 4 is made in the form of a jack, which comprises a housing consisting of a fixed section 10 located on the base 1 and a movable section 11 on which the movable carriage 5 is placed, a worm assembly, a screw-nut assembly and a pointer are installed inside the housing 12 level, and the worm 13 of the worm assembly is connected to the handle 14, and the worm wheel 15 is connected to the nut 16 of the screw-nut assembly, the screw 17 of which is connected to the movable section 11 of the housing. In such a mechanism, the rotational movement of the handle 14 is converted into a translational movement of the section 11 vertically upward parallel to the coordinate axis Z of the device.

Подвижная каретка 5 выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси 18 контролируемого изделия 3 по направляющим 19 и снабжена электроприводом 20 перемещения и датчиком 21 линейного перемещения. При этом вращение вала электропривода 20 с помощью роликов 22, ременной передачи 23 и рычага 24 преобразуется в продольно-поступательное перемещение каретки 5 вдоль оси координат Х устройства.The movable carriage 5 is arranged to move along the longitudinal axis 18 of the monitored product 3 along the guides 19 and is equipped with an electric drive 20 and a sensor 21 linear displacement. The rotation of the shaft of the electric drive 20 using the rollers 22, the belt drive 23 and the lever 24 is converted into a longitudinal-translational movement of the carriage 5 along the coordinate axis X of the device.

Вал 7 шпинделя оптико-механического блока установлен в подшипниках 25 на подставке 6 и снабжен электроприводом 26 поворота вокруг собственной продольной оси 27 и датчиком 28 угла поворота. В общем случае продольная ось 18 контролируемого изделия 3 и продольная ось 27 вала 7 шпинделя лежат в одной вертикальной плоскости и параллельны друг другу.The shaft 7 of the spindle of the optical-mechanical unit is mounted in bearings 25 on a stand 6 and is equipped with an electric drive 26 of rotation around its own longitudinal axis 27 and a sensor 28 of the angle of rotation. In the General case, the longitudinal axis 18 of the controlled product 3 and the longitudinal axis 27 of the shaft 7 of the spindle are in the same vertical plane and parallel to each other.

Диск 8 головки шпинделя (фиг.4) имеет направляющие, образованные продолговатым углублением 29 в его диагональном направлении, и снабжен первой оптоэлектронной головкой 30, размещенной внутри контролируемого изделия 3 (фиг.1). Данный диск 8 жестко связан с валом 7 шпинделя с помощью шпонки 31 (фиг.3).The disk 8 of the spindle head (Fig. 4) has guides formed by an elongated recess 29 in its diagonal direction, and is equipped with a first optoelectronic head 30 located inside the controlled product 3 (Fig. 1). This disk 8 is rigidly connected to the shaft 7 of the spindle using the keys 31 (figure 3).

Первая оптоэлектронная головка 30 (фиг.2) образована из источника 32 узкого светового луча, многоэлементного фотоприемника 33 и объективов 34 и 35, установленных с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи фотоприемника 33 с источником 32 узкого светового луча через резьбовую поверхность контролируемого изделия 3. При этом оптоэлектронная головка 30 выполнена в виде полого полуцилиндрического корпуса с прорезью 36 в боковой части для выхода и приема отраженного излучения источника 32 и имеет радиальное резьбовое отверстие 37 на торце (см.сечение Б1-Б1 на фиг.3). Данный торец установлен в продолговатом углублении 29 диска 8 (фиг.4) и прикреплен к этому диску 8 с помощью двух болтов 38 с шайбами 39. При этом болты 38 размещены в «удлиненных» отверстиях 40 диска 8 (фиг.4).The first optoelectronic head 30 (FIG. 2) is formed from a narrow light beam source 32, a multi-element photodetector 33, and lenses 34 and 35 mounted with the possibility of triangulating optical communication of the photodetector 33 with a narrow light beam source 32 through the threaded surface of the product under test 3. the optoelectronic head 30 is made in the form of a hollow semi-cylindrical body with a slot 36 in the side for exiting and receiving the reflected radiation of the source 32 and has a radial threaded hole 37 on ortse (sm.sechenie B1-B1 in Figure 3). This end is installed in the elongated recess 29 of the disk 8 (figure 4) and is attached to this disk 8 with two bolts 38 with washers 39. In this case, the bolts 38 are placed in the "elongated" holes 40 of the disk 8 (figure 4).

Кроме того, оптоэлектронная головка 30 снабжена механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия 3, который представляет собой подстроечный вал 41 (фиг.5), установленный в подшипниках 42 на диске 8 (фиг.3) и имеющий участок 43 с правой резьбой, размещенный в соответствующем резьбовом отверстии 37 на торце оптоэлектронной головки 30. Вал 41 имеет грани 44 на концах под гаечный ключ.In addition, the optoelectronic head 30 is equipped with a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product 3, which is a trimming shaft 41 (Fig. 5) installed in the bearings 42 on the disk 8 (Fig. 3) and having a right-threaded portion 43 in the corresponding threaded hole 37 at the end of the optoelectronic head 30. The shaft 41 has faces 44 at the ends of the wrench.

В оптоэлектронной головке 30 источник 32 узкого светового луча может быть реализован на базе полупроводникового лазера, а многоэлементный фотоприемник 33 - на основе интегральной фотоприемной линейки. При этом падающий на контролируемую поверхность изделия 3 и отраженный от нее лучи источника 32 лежат в одной плоскости, перпендикулярной продольным осям 18 и 27 (фиг.2), а фотоприемная линейка ориентирована в пространстве перпендикулярно данным продольным осям и лежит в этой плоскости.In the optoelectronic head 30, the source 32 of a narrow light beam can be realized on the basis of a semiconductor laser, and the multi-element photodetector 33 can be realized on the basis of an integrated photodetector line. In this case, the rays of the source 32 incident on the controlled surface of the product 3 and reflected from it lie in the same plane perpendicular to the longitudinal axes 18 and 27 (Fig. 2), and the photodetector is oriented in space perpendicular to these longitudinal axes and lies in this plane.

Входы ПЭВМ 9 подключены к выходам фотоприемника 33, датчика 21 линейного перемещения и датчика 28 угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения 20 и поворота 26 (фиг.6).The inputs of the PC 9 are connected to the outputs of the photodetector 33, the linear displacement sensor 21 and the rotation angle sensor 28, and the outputs are connected to the electric displacement drives 20 and rotation 26 (Fig. 6).

При необходимости повышения быстродействия (производительности) описываемого устройства в состав оптико-механического блока может быть введена вторая оптоэлектронная головка 45 (фиг.1), которая устанавливается симметрично первой оптоэлектронной головке 30 в продолговатом углублении 29 диска 8 по разные стороны от продольной оси 27 вала 7 и крепится к диску 8 с помощью двух болтов 46 с шайбами 47 (фиг.3). При этом болты 46 размещаются в «удлиненных» отверстиях 48 диска 8 (фиг.4).If it is necessary to increase the speed (productivity) of the described device, a second optoelectronic head 45 (FIG. 1) can be introduced into the optical-mechanical block, which is mounted symmetrically to the first optoelectronic head 30 in the elongated recess 29 of the disk 8 on opposite sides of the longitudinal axis 27 of the shaft 7 and attached to the disk 8 with two bolts 46 with washers 47 (figure 3). When this bolts 46 are placed in the "elongated" holes 48 of the disk 8 (figure 4).

Вторая оптоэлектронная головка 45 выполняется аналогично первой оптоэлектронной головке 30 с той разницей, что торец ее имеет отверстие 49 с противоположной (левой) резьбой (см. сечение Б2-Б2 на фиг.3). Кроме того, подстроечный вал 41 «снабжается» участком 50 с противоположной (левой) резьбой (фиг.5), который размещается в отверстии 49 второй оптоэлектронной головки 45 (фиг.3), Выход многоэлементного фотоприемника 33 второй оптоэлектронной головки 45 подключается к входу ПЭВМ 9 (фиг.6).The second optoelectronic head 45 is performed similarly to the first optoelectronic head 30 with the difference that its end has an opening 49 with an opposite (left) thread (see section B2-B2 in FIG. 3). In addition, the trimming shaft 41 is "supplied" with a section 50 with opposite (left) thread (Fig. 5), which is located in the hole 49 of the second optoelectronic head 45 (Fig. 3). The output of the multi-element photodetector 33 of the second optoelectronic head 45 is connected to the input of the PC 9 (Fig.6).

Из вышеизложенного следует, что конструкция устройства с двумя оптоэлектронными головками отличается от конструкции устройства с одной оптоэлектронной головкой:From the above it follows that the design of the device with two optoelectronic heads differs from the design of the device with one optoelectronic head:

а) наличием дополнительной оптоэлектронной головки 45;a) the presence of an additional optoelectronic head 45;

б) наличием у подстроечного вала 41 участка 50 с «противоположной» резьбой;b) the presence of the trimming shaft 41 section 50 with the "opposite" thread;

в) наличием у диска 8 дополнительных отверстий 48 (фиг.4);C) the presence of the disk 8 additional holes 48 (figure 4);

г) подключением выхода соответствующего многоэлементного фотоприемника 33 ко входу ПЭВМ 9.g) by connecting the output of the corresponding multi-element photodetector 33 to the input of the PC 9.

Для случая с двумя оптоэлектронными головками обеспечивается лучшая балансировка оптико-механического блока.For the case with two optoelectronic heads, better balancing of the opto-mechanical unit is ensured.

Назначение и функции элементов и узлов устройства.Purpose and functions of elements and units of the device.

Механизм 4 вертикального смещения предназначен для регулировки уровня (высоты) продольной оси 27 вала 7 в вертикальной плоскости и совмещения ее с продольной осью 18 контролируемого изделия 3, т.е. для обеспечения их соосности. Контроль высоты (уровня) оси 27 вращения вала 7 осуществляется по указателю 12 (фиг.1).The vertical displacement mechanism 4 is designed to adjust the level (height) of the longitudinal axis 27 of the shaft 7 in a vertical plane and to combine it with the longitudinal axis 18 of the controlled product 3, i.e. to ensure their alignment. Control the height (level) of the axis 27 of the rotation of the shaft 7 is carried out according to the pointer 12 (figure 1).

Возможны различные варианты исполнения механизма 4. Ввиду того, что во время работы устройства регулировка высоты производится относительно редко, данный механизм выполнен с ручным приводом. В устройстве, реализованном заявителем, он реализован на базе обычного автомобильного домкрата.Various versions of the mechanism are possible 4. Due to the fact that during operation of the device, height adjustment is relatively rare, this mechanism is made with a manual drive. In the device implemented by the applicant, it is implemented on the basis of a conventional car jack.

Подвижная каретка 5 вместе с электроприводом 20 предназначены для перемещения оптико-механического блока вдоль продольной оси 18 контролируемого изделия 3. При этом датчик 21 линейного перемещения обеспечивает формирование кодов координат х оптико-механического блока вдоль оси 18 и передачу их в ПЭВМ 9.The movable carriage 5 together with the electric drive 20 are designed to move the optical-mechanical block along the longitudinal axis 18 of the controlled product 3. In this case, the linear displacement sensor 21 provides the generation of coordinate codes x of the optical-mechanical block along the axis 18 and transfers them to the PC 9.

Подставка 6 предназначена для закрепления вала 7 с электроприводом 26 и датчиком 28 угла поворота на подвижной каретке 5. При этом датчик 28 обеспечивает формирование кодов угла α поворота вала 7 вокруг оси 27 и передачу их в ПЭВМ 9.The support 6 is designed to fix the shaft 7 with the electric drive 26 and the rotation angle sensor 28 on the movable carriage 5. In this case, the sensor 28 provides the formation of angle codes α of the rotation of the shaft 7 around the axis 27 and transfer them to the PC 9.

Оптоэлектронные головки 30 и 45 предназначены для формирования электронных сигналов, соответствующих профилю внутренней резьбы контролируемого изделия 3, путем измерения дальности до его резьбовой поверхности. Так как оптоэлектронные головки 30 и 45 работают (измеряют) в определенном диапазоне дальностей, в конструкцию устройства введен механизм регулировки расстояния до резьбовой поверхности контролируемого изделия 3, реализованный на базе подстроечного вала 41. Регулировка расстояния в устройстве сводится фактически к обеспечению величины зазора D между одной из оптоэлектронных головок 30 или 45 до внутренней поверхности муфты 3 данного типоразмера (фиг.1). Для этого вдоль кромки продолговатого углубления 29 нанесены риски (штрихи) 51, каждый из которых соответствует муфте 3 определенного типоразмера.Optoelectronic heads 30 and 45 are designed to generate electronic signals corresponding to the profile of the internal thread of the controlled product 3, by measuring the distance to its threaded surface. Since the optoelectronic heads 30 and 45 work (measure) in a certain range of ranges, a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the controlled product 3, implemented on the basis of the trimming shaft 41, has been introduced into the device’s design. from the optoelectronic heads 30 or 45 to the inner surface of the coupling 3 of this size (figure 1). For this, risks (strokes) 51 are applied along the edge of the elongated recess 29, each of which corresponds to a sleeve 3 of a certain size.

Корпус у оптоэлектронных головок 30 и 45 выполнен в виде полуцилиндра, который установлен симметрично относительно другого полуцилиндра. Такая форма корпусов и такое их взаимное положение связаны с тем, что в процессе измерений они вращаются внутри контролируемого изделия (муфты) 3, внутреннее пространство которой имеет форму цилиндра.The housing of the optoelectronic heads 30 and 45 is made in the form of a half cylinder, which is mounted symmetrically relative to the other half cylinder. This shape of the cases and their relative position are related to the fact that during the measurement process they rotate inside the controlled product (sleeve) 3, the inner space of which has the shape of a cylinder.

ПЭВМ 9 предназначена для хранения и реализации программы контроля резьбовой поверхности изделия 3. Авторами для эксплуатации данного устройства разработано специальное программное обеспечение.PC 9 is designed to store and implement a program for monitoring the threaded surface of a product 3. The authors have developed special software for the operation of this device.

Описание устройства в динамике.Description of the device in dynamics.

Ниже рассмотрена работа устройства с двумя оптоэлектронными головками. Работа устройства с одной оптоэлектронной головкой не имеет существенных отличий от работы устройства с двумя оптоэлектронными головками.The following describes the operation of the device with two optoelectronic heads. The operation of the device with one optoelectronic head does not have significant differences from the operation of the device with two optoelectronic heads.

В устройстве реализован оптический триангуляционный метод измерения дальности до контролируемой поверхности. При этом работа устройства проходит в несколько этапов.The device implements an optical triangulation method for measuring the distance to a controlled surface. In this case, the operation of the device takes place in several stages.

1. Настройка соосности контролируемого изделия (муфты) 3 и вала 7 шпинделя.1. Alignment adjustment of the controlled product (coupling) 3 and spindle shaft 7.

Необходимость такой настройки вызвана тем, что при смене типоразмера муфты 3, размещенной на механизме 2, меняется высота ее оси 18 над основанием 1. Чем больше диаметр муфты 3, тем больше высота оси 18 над основанием 1 и тем больше нужно поднять ось 27 вала 7 шпинделя.The need for such a setting is caused by the fact that when changing the size of the coupling 3 located on the mechanism 2, the height of its axis 18 above the base 1 changes. The larger the diameter of the coupling 3, the greater the height of the axis 18 above the base 1 and the more the shaft axis 27 must be raised 7 spindle.

Для регулировки указанной высоты используется механизм 4 вертикального смещения. При вращении рукоятки 14 вращается червяк 13, а вместе с ним и червячное колесо 15 червячного механизма. В свою очередь, червячное колесо 15 вращает гайку 16, что приводит к поступательному перемещению вверх или вниз винта 17. Последний поднимает или опускает подвижную секцию 11, а следовательно, каретку 5 с подставкой 6 и вал 7.To adjust the specified height, a vertical displacement mechanism 4 is used. When the handle 14 is rotated, the worm 13 rotates, and with it the worm wheel 15 of the worm gear. In turn, the worm wheel 15 rotates the nut 16, which leads to the translational movement of the screw 17 up or down. The latter raises or lowers the movable section 11, and therefore the carriage 5 with the stand 6 and the shaft 7.

Таким образом, вращая рукоятку 14 по стрелке указателя 12, устанавливают необходимую высоту оси 27 вращения вала 7, соответствующую контролируемому типоразмеру муфты 3.Thus, rotating the handle 14 in the direction of the pointer 12, set the required height of the axis of rotation 27 of the shaft 7, corresponding to the controlled size of the coupling 3.

2. Настройка устройства для измерений в соответствующем диапазоне дальностей.2. Set up the device for measurements in the corresponding range of ranges.

Необходимость такой настройки вызвана тем, что при смене типоразмера муфты 3, размещенной на механизме 2, «меняется» ее диаметр, т.е. расстояние от оптоэлектронной головки до резьбовой поверхности. Чем больше внутренний диаметр муфты 3, тем больше требуется поднять, например, оптоэлектронную головку 30, чтобы «попасть» в нужный диапазон дальностей (фиг.1).The need for such a setting is caused by the fact that when changing the size of the coupling 3 located on the mechanism 2, its diameter “changes”, i.e. distance from the optoelectronic head to the threaded surface. The larger the inner diameter of the coupling 3, the more it is necessary to raise, for example, the optoelectronic head 30 in order to "get" into the desired range of ranges (figure 1).

Для установки необходимой дальности D ослабляют крепежные болты 38 и 46 на диске 8. Вращая гаечным ключом подстроечный вал 41, поступательно перемещают торцы оптоэлектронных головок 30 и 45 вдоль продолговатого отверстия 29 (контур которого используется в качестве направляющих) до тех пор, пока нижняя кромка корпуса оптоэлектронной головки 30 не установится напротив риски 51, соответствующей данному типоразмеру муфты 3, которая будет подвергаться контролю. Затем затягивают болты 38 и 46.To set the required range D, loosen the mounting bolts 38 and 46 on the disk 8. Rotate the adjusting shaft 41 with a wrench and translate the ends of the optoelectronic heads 30 and 45 along the elongated hole 29 (whose outline is used as guides) until the lower edge of the housing the optoelectronic head 30 will not be installed opposite the risks 51 corresponding to the given size of the coupling 3, which will be controlled. Then tighten the bolts 38 and 46.

С помощью механизма 2 муфта 3 заданного типоразмера, предназначенная для контроля, подводится к устройству и фиксируется в исходной позиции перед оптико-механическим блоком, например, как показано на фиг.1.Using mechanism 2, the coupling 3 of a given size, designed for control, is brought to the device and fixed in its original position in front of the optical-mechanical unit, for example, as shown in figure 1.

3. Ввод в ПЭВМ 9 программы контроля резьбы муфты данного типоразмера.3. Enter in the PC 9 program control thread coupling of this size.

В ПЭВМ 9 вводятся необходимые исходные данные и соответствующая программа контроля.In PC 9, the necessary initial data and the corresponding control program are entered.

4. Выполнение контрольных измерений.4. Performing control measurements.

По сигналу с ПЭВМ 9 запускается электропривод 20. В результате перемещения подвижной каретки 5 оптоэлектронные головки 30 и 45 занимают заданное исходное линейное положение х0 вдоль оси 18, соответствующее началу измерений (началу резьбового участка муфты 3), При этом заданное положение оптоэлектронных головок 30 и 45 контролируется датчиком 21, с выхода которого соответствующие коды поступают на вход ПЭВМ 9.The signal from the PC 9 starts the electric drive 20. As a result of moving the movable carriage 5, the optoelectronic heads 30 and 45 occupy a predetermined initial linear position x 0 along axis 18, corresponding to the beginning of measurements (the beginning of the threaded section of the coupling 3), while the specified position of the optoelectronic heads 30 and 45 is controlled by a sensor 21, from the output of which the corresponding codes are fed to the input of the PC 9.

По сигналу с ПЭВМ 9 запускается электропривод 26. В результате поворота вала 7 оптоэлектронные головки 30 и 45 занимают заданное исходное угловое положение α0, соответствующее началу измерений. При этом указанное угловое положение оптоэлектронных головок 30 и 45 контролируется датчиком 28, с выхода которого соответствующие коды поступают на вход ПЭВМ 9.The signal from the PC 9 starts the electric drive 26. As a result of the rotation of the shaft 7, the optoelectronic heads 30 and 45 occupy a predetermined initial angular position α 0 corresponding to the beginning of measurements. In this case, the indicated angular position of the optoelectronic heads 30 and 45 is controlled by a sensor 28, from the output of which the corresponding codes are input to the PC 9.

Далее по сигналу с ПЭВМ 9 вновь запускается электропривод 20. В результате перемещения подвижной каретки 5 оптоэлектронные головки 30 и 45 начинают перемещаться вдоль оси 18. При этом последовательность кодов координат хi с выхода датчика 21 непрерывно поступают на вход ПЭВМ 9. А с выхода датчика 28 на вход ПЭВМ 9 поступает последовательность одних и тех же кодов угла α0, так как угловое положение оптоэлектронных головок 30 и 45 при этом не меняется.Then, according to the signal from the personal computer 9, the electric drive 20 starts again. As a result of moving the movable carriage 5, the optoelectronic heads 30 and 45 begin to move along the axis 18. In this case, the sequence of coordinate codes x i from the output of the sensor 21 is continuously fed to the input of the personal computer 9. A from the output of the sensor 28 to the input of the PC 9 receives a sequence of the same angle codes α 0 , since the angular position of the optoelectronic heads 30 and 45 does not change.

В процессе перемещения оптоэлектронных головок 30 и 45 их источники 32 непрерывно генерируют узкие световые лучи. В результате эти лучи через объективы 34 и прорези 36 в боковой части головок 30 и 45 направляются на контролируемую внутреннюю резьбовую поверхность муфты 3 и отражаются от нее.In the process of moving the optoelectronic heads 30 and 45, their sources 32 continuously generate narrow light rays. As a result, these rays through the lenses 34 and slots 36 in the lateral part of the heads 30 and 45 are directed to the controllable internal threaded surface of the coupling 3 and are reflected from it.

Изображение светового пятна, формируемого по диффузной (рассеянной) составляющей отраженного лазерного луча, проецируется через объективы 35 на соответствующие светочувствительные элементы многоэлементных фотоприемников 33 в виде световых марок. Схема развертки фотоприемников 33 (на чертеже для простоты не показана) формирует тактовые импульсы, обеспечивающие оптоэлектронное преобразование изображений световой марки на его элементах.The image of the light spot formed by the diffuse (scattered) component of the reflected laser beam is projected through the lenses 35 onto the corresponding photosensitive elements of the multi-element photodetectors 33 in the form of light marks. The scanning circuit of the photodetectors 33 (not shown in the drawing for simplicity) generates clock pulses that provide optoelectronic conversion of light mark images on its elements.

Данное преобразование осуществляется таким образом, чтобы изменения координат указанной световой марки на элементах фотоприемников 33 были пропорциональны изменениям профиля резьбы муфты 3. Изображение световой марки вызывает изменение уровней напряжения в отдельных элементах фотоприемников 33, вследствие чего распределение выходных сигналов элементов во времени пропорциональны пространственному распределению интенсивности света по сечению световой марки на элементах фотоприемников 33. Информационные сигналы с выхода фотоприемников 33 поступают на входы ПЭВМ 9 для последующей обработки согласно хранящейся в ней программы и получения значения дальности di до соответствующей точки резьбовой поверхности муфты 3.This transformation is carried out in such a way that changes in the coordinates of the indicated light mark on the elements of the photodetectors 33 are proportional to changes in the thread profile of the coupling 3. The image of the light mark causes a change in voltage levels in individual elements of the photodetectors 33, as a result of which the distribution of the output signals of the elements over time is proportional to the spatial distribution of light intensity along the cross section of the light mark on the elements of the photodetectors 33. Information signals from the output of the photodetector 33 enter the inputs of the personal computer 9 for subsequent processing according to the program stored in it and obtaining the value of the range d i to the corresponding point on the threaded surface of the coupling 3.

Таким образом, в устройстве измерение дальности di до контролируемой точки резьбы сопровождается фиксацией соответствующих координат хi и α0, коды которых также записываются в память ПЭВМ 9.Thus, in the device, the measurement of the range d i to the controlled point of the thread is accompanied by fixing the corresponding coordinates x i and α 0 , the codes of which are also recorded in the memory of the PC 9.

В результате такого «прохода» оптоэлектронных головок 30 и 45 в памяти ПЭВМ 9 формируются две противоположные профилограммы сечения внутренней поверхности муфты 3 при одном и том же угловом положении головок.As a result of such a “passage” of the optoelectronic heads 30 and 45, two opposite profilograms of the cross section of the inner surface of the coupling 3 are formed in the memory of the personal computer 9 at the same angular position of the heads.

Указанные измерения и запоминание результатов таких измерений в памяти ПЭВМ 9 продолжаются до тех пор, пока оптоэлектронные головки 30 и 45 не достигнут конца резьбового участка муфты 3, который был задан в виде исходных данных перед началом измерений. С достижением конца резьбового участка муфты 3 ПЭВМ 9 останавливает электропривод 20 и включает электропривод 26, поворачивающий вал 7, а следовательно, оптоэлектронные головки 30 и 45 на некоторый заданный угол Δα.These measurements and storing the results of such measurements in the memory of the PC 9 continues until the optoelectronic heads 30 and 45 reach the end of the threaded section of the coupling 3, which was set in the form of initial data before the measurements. With the end of the threaded section of the coupling 3, the PC 9 stops the electric drive 20 and turns on the electric drive 26, the rotary shaft 7, and therefore, the optoelectronic heads 30 and 45 by a predetermined angle Δα.

Далее включается электропривод 20, вал которого начинает вращаться теперь уже в обратном направлении. В результате оптоэлектронные головки 30 и 45 перемещаются в противоположном направлении, не меняя при этом нового углового положения, равного (α0+Δα). Вновь последовательность кодов координат х с выхода датчика 21 непрерывно поступают на вход ПЭВМ 9, а с выхода датчика 28 на вход ПЭВМ 9 поступает последовательность одних и тех же кодов угла (α0+Δα).Next, the drive 20 is turned on, the shaft of which is now starting to rotate in the opposite direction. As a result, the optoelectronic heads 30 and 45 move in the opposite direction, without changing the new angular position equal to (α 0 + Δα). Again, the sequence of coordinate codes x from the output of the sensor 21 is continuously fed to the input of the PC 9, and from the output of the sensor 28 to the input of the PC 9 receives a sequence of the same angle codes (α 0 + Δα).

При этом вновь источники 32 оптоэлектронных головок 30 и 45 непрерывно генерируют узкие световые лучи в направлении противоположных резьбовых поверхностей муфты 3, часть которых отражается и используется для измерения дальности d до этих поверхностей. Соответствующие сигналы с выходов фотоприемников 33 поступают на вход ПЭВМ 9 и записываются в ее память.In this case, again, the sources 32 of the optoelectronic heads 30 and 45 continuously generate narrow light rays in the direction of the opposite threaded surfaces of the coupling 3, part of which is reflected and used to measure the distance d to these surfaces. The corresponding signals from the outputs of the photodetectors 33 are fed to the input of the PC 9 and are recorded in its memory.

Дальнейшие измерения производятся аналогично описанному выше и продолжаются до тех пор, пока каждая из оптоэлектронных головок не повернется на пол-оборота вокруг оси 18 контролируемой муфты 3, что достаточно для получения полной информации о профиле всего резьбового участка муфты 3, поскольку каналов снятия информации о резьбе два и имеет место одновременное измерение параметров резьбы двух диаметрально противоположных участков муфты 3.Further measurements are carried out similarly to those described above and continue until each of the optoelectronic heads rotates half a turn around the axis 18 of the controlled coupling 3, which is sufficient to obtain complete information about the profile of the entire threaded section of the coupling 3, since there are channels for removing thread information two and there is a simultaneous measurement of the thread parameters of two diametrically opposite sections of the coupling 3.

Примечание. Очевидно, что для случая устройства с одной оптоэлектронной головкой для получения полной информации о профиле всего резьбового участка муфты 3 потребуется полный оборот оптоэлектронной головки вокруг оси 18.Note. Obviously, for the case of a device with one optoelectronic head, to obtain complete information about the profile of the entire threaded section of the coupling 3, a complete revolution of the optoelectronic head around axis 18 is required.

5. Обработка полученных результатов измерений и принятие решения о пригодности контролируемого изделия.5. Processing the obtained measurement results and deciding on the suitability of the controlled product.

К концу измерений в памяти ПЭВМ 9 формируются коды координат контура профиля резьбы при разных углах сечения, по которым в ПЭВМ 9 программным путем производится расчет параметров внутренней резьбы изделия 3 (шаг и высота витков, конусность профиля, углы наклона профиля витков, радиусы вершин и впадин витков и т.д.). Полученные таким образом параметры сопоставляются с заданными (эталонными) параметрами резьбы. Если измеренные параметры резьбы не выходят за пределы допусков, выносится решение о пригодности изделия 3 к дальнейшей эксплуатации.By the end of the measurements, the coordinates of the thread profile contour are generated in the memory of the personal computer 9 at different cross-section angles, according to which the computer 9 calculates the parameters of the internal thread of the product 3 (step and height of the turns, taper profile, the angle of the profile of the turns, the radii of the vertices and troughs turns, etc.). The parameters thus obtained are compared with the specified (reference) thread parameters. If the measured thread parameters do not go beyond the tolerances, a decision is made on the suitability of the product 3 for further operation.

После завершения измерений муфта 3 отводится механизмом 2 от оптико-механического блока и производится загрузка следующей муфты 3, подлежащей контролю.After completing the measurements, the coupling 3 is retracted by the mechanism 2 from the optical-mechanical unit and the next coupling 3 to be controlled is loaded.

Если требуется произвести контроль резьбы муфты другого диаметра, описанным выше образом производится перенастройка устройства.If you want to control the thread of the coupling of a different diameter, the device is reconfigured as described above.

Проведенные авторами испытания заявляемого устройства показали, что данная конструкция устройства 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 claimed device showed that this device design can be used not only to control the thread profile of the coupling 3 along its entire length, but also its skirt and part of the chamfer at the end.

Описанная выше конструкция устройства может быть использована для контроля резьбы муфт, в частности, в следующих случаях:The design of the device described above can be used to control the threads of the couplings, in particular, in the following cases:

- по завершении изготовления муфты (выходной контроль резьбы);- upon completion of the manufacture of the coupling (output control of the thread);

- перед монтажом, например, нефтяного оборудования (входной контроль резьбы);- before installation, for example, of oil equipment (incoming thread control);

- после эксплуатации, например, нефтяного оборудования (ремонт, проверка резьбы на пригодность для дальнейшей эксплуатации).- after operation, for example, of oil equipment (repair, checking the thread for suitability for further operation).

Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков оптоэлектронного устройства контроля резьбы трубных изделий обеспечивает:Thus, the proposed set of essential features of an optoelectronic device for controlling the thread of pipe products provides:

1. Расширение диапазона диаметров контролируемых муфт благодаря особой конструкции оптико-механического блока, которая имеет возможность в отличие от конструкции прототипа «адаптироваться» к величине диаметра изделия 3.1. The expansion of the diameter range of the controlled couplings due to the special design of the optical-mechanical unit, which, in contrast to the prototype design, has the ability to "adapt" to the diameter of the product 3.

2. Дополнительно для устройства с двумя оптоэлектронными головками - повышение быстродействия (производительности)устройства.2. Additionally, for a device with two optoelectronic heads - increasing the speed (productivity) of the device.

Быстродействие (производительность) устройства как с одной, так и с двумя оптоэлектронными головами повышается также благодаря тому, что в отличие от прототипа имеется возможность оперативно переналадить устройство при смене типоразмера изделия 3.The speed (productivity) of the device with both one and two optoelectronic heads is also increased due to the fact that, unlike the prototype, it is possible to quickly change the device when changing the size of the product 3.

Проверка условия патентоспособности «промышленная применимость».Verification of patentability conditions “industrial applicability”.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют для заявленного изобретения, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, о возможности его осуществления с помощью известных и предложенных методов и средств.The above information indicates for the claimed invention, as it is described in the independent claim, about the possibility of its implementation using known and proposed methods and means.

По мнению заявителя, сведения, приведенные в описании, достаточны для осуществления устройства. Предлагаемое устройство для контроля внутренней резьбы не вызывает затруднений при его изготовлении, а возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается, например, успешным внедрением одного из вариантов его реализации на нефтедобывающем предприятии в Западной Сибири для контроля муфт диаметрами 146 мм, 168 мм, 178 мм, 194 мм, 219 мм, 245 мм.According to the applicant, the information given in the description is sufficient to implement the device. The proposed device for controlling the internal thread does not cause difficulties in its manufacture, and the possibility of industrial application of the claimed technical solution is confirmed, for example, by the successful implementation of one of the options for its implementation at an oil producing enterprise in Western Siberia for monitoring couplings with diameters of 146 mm, 168 mm, 178 mm, 194 mm, 219 mm, 245 mm.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована, например, при ремонте нефтяного оборудования и скважин с получением технического результата, заключающегося в расширении диапазона диаметров контролируемых муфт, а для устройства с двумя оптоэлектронными головками дополнительно - повышении быстродействия (производительности) средства для контроля резьб.Thus, the set of essential features characterizing the essence of the invention, in principle, can be repeatedly used, for example, in the repair of oil equipment and wells to obtain a technical result, which consists in expanding the diameter range of controlled couplings, and for a device with two optoelectronic heads, in addition, improving performance (performance) means for controlling threads.

Указанное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.The above allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability "industrial applicability" under applicable law.

Источники информацииInformation sources

1. Рабинович А.Н. Приборы и системы автоматического контроля размеров деталей машин. Киев: Технiка, 1970, с.220-231.1. Rabinovich A.N. Devices and systems for automatic control of the dimensions of machine parts. 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.238-250.

3. Авт. св. СССР №2073191 на изобретение «Способ измерения параметров резьбы и устройство для его осуществления. Опубл. 02.10.1997 г.3. Auth. St. USSR No. 2073191 for the invention “Method for measuring thread parameters and a device for its implementation. Publ. 10/02/1997

4. Патент РФ №2174211 на изобретение «Калибр резьбовой для контроля наружных резьб». Опубл. 27.09.2001 г.4. RF patent No. 2174211 for the invention "Caliber threaded to control external threads." Publ. 09/27/2001

5. Авт. св. СССР №1615542 на изобретение «Способ контроля параметров внутренней резьбы». Опубл. 23.12.1990 г.5. Auth. St. USSR No. 1615542 for the invention "Method for controlling the parameters of the internal thread". Publ. 12/23/1990

6. Патент РФ №2073191 на изобретение «Способ контроля резьбовых отверстий и устройство для его осуществления. Опубл. 27.12.1995 г.6. RF patent No. 2073191 for the invention “Method for controlling threaded holes and a device for its implementation. Publ. 12/27/1995 g.

7. Патент РФ №2267086 на изобретение «Устройство для контроля параметров резьбовых трубных изделий». МПК G01B 11/24, G01B 11/30. Опубл. 27.12.2005 г.7. RF patent No. 2267086 for the invention "Device for monitoring the parameters of threaded tubular products." IPC G01B 11/24, G01B 11/30. Publ. 12/27/2005

8. Свидетельство РФ №11332 на полезную модель «Устройство для контроля параметров внутренней резьбы». МПК G01D 3/00. Опубл. 16.09.1999 г.8. 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

9. Патент РФ №2152000 на изобретение «Способ контроля параметров внутренней резьбы и устройство для его осуществления». МПК G01B 11/30, G01B 3/48. Опубл. 27.06.2000 г. (прототип).9. RF patent №2152000 for the invention "Method for controlling the parameters of the internal thread and device for its implementation." IPC G01B 11/30, G01B 3/48. Publ. 06/27/2000 (prototype).

Claims (4)

1. Оптоэлектронное устройство для контроля изделий с внутренней резьбой, содержащее основание, подвижную каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси контролируемого изделия и снабженную электроприводом перемещения и датчиком линейного перемещения, подставку, закрепленную на подвижной каретке, оптико-механический блок, установленный в подшипниках на подставке и снабженный электроприводом поворота вокруг собственной продольной оси, датчиком угла поворота и первой оптоэлектронной головкой, размещенной внутри контролируемого изделия и образованной из источника узкого светового луча, многоэлементного фотоприемника и двух объективов, причем данная оптоэлектронная головка выполнена в виде полого корпуса с прорезью в боковой части для выхода и приема излучения источника узкого светового луча, а объективы первой оптоэлектронной головки установлены с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи многоэлементного фотоприемника с источником узкого светового луча через резьбовую поверхность контролируемого изделия, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой подключены к выходам многоэлементного фотоприемника, датчика линейного перемещения и датчика угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения и поворота, отличающееся тем, что оптико-механический блок выполнен в виде шпинделя, вал которого установлен в подшипниках на подставке и снабжен механизмом вертикального смещения, а головка шпинделя выполнена в виде диска с направляющими, образованными продолговатым углублением в его диагональном направлении, первая оптоэлектронная головка выполнена в виде полуцилиндрического корпуса, торец которого установлен в продолговатом углублении диска и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия, а подвижная каретка размещена на механизме вертикального смещения, который закреплен на основании.1. Optoelectronic device for monitoring products with internal thread, containing a base, a movable carriage, made with the possibility of movement along the longitudinal axis of the controlled product and equipped with an electric drive and a linear displacement sensor, a stand mounted on a movable carriage, an optical-mechanical unit mounted in bearings on a stand and equipped with an electric rotation drive around its own longitudinal axis, a rotation angle sensor and the first optoelectronic head located inside controlled product and formed from a narrow light beam source, a multi-element photodetector and two lenses, this optoelectronic head made in the form of a hollow body with a slot in the side for output and reception of radiation from a narrow light beam source, and the lenses of the first optoelectronic head are installed with the possibility of triangulating optical communication of a multi-element photodetector with a source of a narrow light beam through the threaded surface of a controlled product, and personally n electronic computer (PC), the inputs of which are connected to the outputs of a multi-element photodetector, linear displacement sensor and a rotation angle sensor, and the outputs to electric displacement and rotation sensors, characterized in that the optical-mechanical unit is made in the form of a spindle, the shaft of which is installed in bearings on the stand and is equipped with a vertical displacement mechanism, and the spindle head is made in the form of a disk with guides formed by an elongated recess in its diagonal direction, the first optoelectronic Single head is formed as a semi-cylindrical body, the end of which is mounted in the elongated recess and connected with the drive mechanism to adjust the distance of the threaded surface of the test product and the movable carriage is placed on the vertical displacement mechanism, which is fixed on the base. 2. Оптоэлектронное устройство по п.1, отличающееся тем, что оптико-механический блок снабжен второй оптоэлектронной головкой, торец которой установлен в продолговатом углублении диска симметрично первой оптоэлектронной головке и связан с механизмом регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия, а выход многоэлементного фотоприемника второй оптоэлектронной головки соединен с входом ПЭВМ.2. The optoelectronic device according to claim 1, characterized in that the optomechanical unit is equipped with a second optoelectronic head, the end of which is installed in the oblong recess of the disk symmetrically to the first optoelectronic head and is connected with a mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the product being monitored, and the output of the multi-element photodetector is second the optoelectronic head is connected to the input of the PC. 3. Оптоэлектронное устройство по п.2, отличающееся тем, что в торцах первой и второй оптоэлектронных головок выполнены радиальные отверстия соответственно с правой и левой резьбой, а механизм регулировки дальности до резьбовой поверхности контролируемого изделия выполнен в виде подстроечного вала, установленного в подшипниках на диске вдоль продолговатого углубления и имеющего участки с правой и левой резьбой, размещенные соответственно в радиальных отверстиях торцов первой и второй оптоэлектронных головок.3. The optoelectronic device according to claim 2, characterized in that at the ends of the first and second optoelectronic heads there are made radial holes with right and left threads, respectively, and the mechanism for adjusting the distance to the threaded surface of the item being tested is made in the form of a trimming shaft mounted in bearings on the disk along an elongated recess and having sections with right and left threads, located respectively in the radial holes of the ends of the first and second optoelectronic heads. 4. Оптоэлектронное устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм вертикального смещения вала шпинделя содержит корпус, состоящий из неподвижной секции, размещенной на основании, и подвижной секции, на которой размещена подвижная каретка, установленные внутри корпуса червячный узел, узел «винт-гайка» и указатель уровня, причем червяк червячного узла соединен с рукояткой, а червячное колесо - с гайкой узла «винт-гайка», винт которого соединен с подвижной секцией корпуса. 4. The optoelectronic device according to claim 1, characterized in that the vertical displacement mechanism of the spindle shaft comprises a housing consisting of a fixed section located on the base and a movable section on which the movable carriage is installed, the worm assembly installed inside the housing, the screw-to-screw assembly nut ”and a level gauge, the worm of the worm assembly connected to the handle, and the worm wheel to the nut of the screw-nut assembly, the screw of which is connected to the movable section of the housing.
RU2007104884/28A 2007-02-08 2007-02-08 Optic electronic device for quality control of articles with internal thread RU2357204C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104884/28A RU2357204C2 (en) 2007-02-08 2007-02-08 Optic electronic device for quality control of articles with internal thread

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104884/28A RU2357204C2 (en) 2007-02-08 2007-02-08 Optic electronic device for quality control of articles with internal thread

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007104884A RU2007104884A (en) 2008-08-20
RU2357204C2 true RU2357204C2 (en) 2009-05-27

Family

ID=39747505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007104884/28A RU2357204C2 (en) 2007-02-08 2007-02-08 Optic electronic device for quality control of articles with internal thread

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2357204C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007104884A (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11199395B2 (en) Profile inspection system for threaded and axial components
CN102162717B (en) Device and method for automatically detecting composite errors of spiral inner raceway of ball nut
US10036629B2 (en) Optical thread profiler
US6564466B2 (en) Measuring apparatus for pulley
JP2000501505A (en) Surface shape measurement
JP6423662B2 (en) Thread groove shape measuring device and machine tool using it
US20090272183A1 (en) Device and method for generating reference geometric data for tire inspection
JP6676730B2 (en) Method and system for gaugeless measurement of thread
CN110631534A (en) Method for detecting pitch diameter and pitch of taper thread of oil sleeve joint
RU2342632C2 (en) Optoelectronic device for tubular goods thread control
RU2386925C2 (en) Device for monitoring of geometric parametres of cylindrical items with threaded surface
JP2018036184A (en) System for automatically measuring screw shape
Zhao et al. A novel non-contact measuring system for the thread profile of a ball screw
RU2357204C2 (en) Optic electronic device for quality control of articles with internal thread
EP0589500B1 (en) Methods for gauging and scanning of screwthreads and similar grooves
RU2311610C1 (en) Electro-optic device for controlling parameters of thread
JPS63191007A (en) Method of screw inspection and measurement
RU2377494C2 (en) Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method
CN110332892A (en) A kind of accurate detecting method
Chen et al. The Development of using the digital projection method to measure the contact angle of ball screw
JP2007183145A (en) Method and instrument for measuring tubular bore
CN101109621B (en) Optical measuring method for hole cubage
Chang et al. An innovative optical-based method and automation system for rapid and non-destructive measurement of the web thickness of microdrills
Pueo et al. Universal roll testing machine for worm and worm gear
Zhang et al. In-process inspection of internal threads of machined automotive parts

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140209