[发明专利]螺纹参数的测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及螺纹的测量方法，该方法特别适合于在碳氢化合物行业中使用的螺纹管道，并适合于类似的带有螺纹的物体。

背景技术

在诸如螺钉、螺栓或螺纹管道的螺纹制造过程中，需要确认零件的几何尺寸符合为产品设定的公差。另外，与这些公差的偏差的本质有关的知识可以用于反馈给制造过程，从而避免在该过程中产生次品。

执行测量操作以进行质量控制时的主要问题是测量的精度和可重复性。在过去，已有人尝试提高测量操作的精度和可重复性并使得测量系统能够测量复杂机械物体，例如在石油行业中使用的螺纹管道的螺纹形状。在该具体技术领域中，需要测量多个参数，例如内外螺纹的锥度、螺距、螺纹高度、内外螺纹直径、管道椭圆度、切入(run in)和收尾(run out)。例如，文献US5712706公开了一种由精确机械系统引导的非接触式激光传感器，其扫描螺纹牙型并产生螺纹的一组计算机图像。然后分析该计算机图像以获得有关螺纹特征，诸如螺距、导程、牙底半径、牙侧角、表面粗糙度、螺旋变化，及螺距直径的定量信息。然而，该文献的不足包括未明确解决零件错位这一重要问题，且因此在对准(aligning)要测量的零件与机械系统坐标时要求操作绝对精确。该对准只能在零件处在螺纹机上时实现。在螺纹机上的测量存在一些缺点；这使得检查和制造过程不能同时运行，从而会增加高成本的时间，并需要将精巧的光学部件和精确机械部件放置在有切削油和强振动的恶劣环境中，且在某种程度上使用必须经确认的相同的机械运动。一旦已将零件从车床上移除，该对准就非常难以手动地实现且因此该文献公开的系统只允许通过比较连续的牙顶和牙底来测量相对的或局部的量值，即螺纹高度，而由零件错位引入的误差未由该技术方案“注意到”且在这些情况下这些误差会导致测量精度不够。该文献也未解决重要的螺纹参数，诸如锥度、切入、收尾、黑顶(black crest)、完整螺纹长度，或特定的处理参数，诸如作为示例列出的锥形牙型、螺距线性、椭圆度的傅立叶模式分解、车床板错位、钩头角刚度(hook end angle severity)的测量。

存在以可重复、令人满意并足够精确的方式解决克服测量装置和要测量的螺纹零件之间的错位问题的需要。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供克服上述缺点和限制的一种测量方法。

本发明的主要目的是提供一种用于对带有螺纹的物体，特别是油管螺纹，特别是内外螺纹(pins and boxes)准确、自动地执行非接触式检查的方法。

参考下述说明，容易理解上述目的和其它目的，这些目的可以根据本发明通过特别是带有螺纹的物体的螺纹参数的测量方法来实现，其中提供测量装置，其包括适用于检索(retrieve)带有螺纹的物体的形状的至少一个光学传感器，该带有螺纹的物体具有前端(nose)并定义包括第一坐标轴的第一空间参照系，该测量装置定义包括第二坐标轴的第二空间参照系，提供计算机装置，用于存储预设的算法以计算描述在第二空间参照系中表示带有螺纹的物体的二次型的第一矩阵，因此提供第一和第二空间参照系之间的关系，该方法包括步骤：

a)预定义至少一个光学传感器在带有螺纹的物体上的至少一个轨迹，沿着该轨迹选择测量点以使在这些值上估算的矩阵具有最大的秩(rank)；

b)由至少一个光学传感器沿着所述至少一个轨迹执行第一扫描操作并检索预定义的测量点的数据；

c)输入这些数据到预设的算法中并计算将第一空间参照系与第二空间参照系相关的轴变换矩阵，以定义带有螺纹的物体相对于第二空间参照系的相对位置；

d)使用轴变换矩阵将检索到的所有数据从第二空间参照系转换到第一空间参照系。

在本文中，轨迹指传感器在空间中所检测到的路径，其描述相对于传感器的表面位置的值的序列。根据本发明的方法具有多种优点：

允许获取有关螺纹特征的定量信息，例如锥度、密封圈直径和椭圆度、切入、收尾、螺纹直径和椭圆度、沿着管道的多个母线(generatrice)的螺距，及步进高度；

允许对多个螺纹参数和管道特征执行绝对测量，而不管螺纹管道和测量装置之间的任何错位；

借助于使用非接触式传感器，如激光传感器或其它光学传感器，避免要测量的物体与测量装置之间的有害接触；

通过执行一系列扫描和拟合步骤在空间中精确地定位要测量的物体，而不管其相对于测量装置的位置和对准。

为了执行本发明的方法，本发明根据第二方面，提供一种测量装置，包括：

用于执行权利要求1所述方法的测量装置，包括：