RU2377494C2 - Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method - Google Patents
Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377494C2 RU2377494C2 RU2008103859/28A RU2008103859A RU2377494C2 RU 2377494 C2 RU2377494 C2 RU 2377494C2 RU 2008103859/28 A RU2008103859/28 A RU 2008103859/28A RU 2008103859 A RU2008103859 A RU 2008103859A RU 2377494 C2 RU2377494 C2 RU 2377494C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- range meter
- controlled product
- sensor
- threaded surface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного бесконтактного контроля изделий с внутренней резьбой, например, для контроля резьбы муфт к трубам различного типоразмера.The invention relates to instrumentation and can be used for automated non-contact control of products with internal thread, for example, to control the thread of the couplings to pipes of various sizes.
Установление уровня техники.Establishment of prior art.
Резьбой называется один или несколько равномерно расположенных выступов постоянного сечения, образованных на боковой поверхности цилиндра или конуса. Резьбовая поверхность образуется одновременными равномерными вращательным и поступательным движениями какого-либо профиля относительно оси резьбы.A thread is called one or more evenly spaced protrusions of constant cross section formed on the side surface of a cylinder or cone. The threaded surface is formed by simultaneous uniform rotational and translational movements of any profile relative to the axis of the thread.
Номенклатура применяемых типов резьб обширна, однако для любых резьб функциональными параметрами являются геометрические элементы, определяющие их профиль. Профиль резьбы - это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости осевого сечения резьбы. В зависимости от формы профиля различают резьбы: треугольные, трапецеидальные, прямоугольные, упорные, круглые и др. (см., например, фиг.5 в материалах настоящей заявки).The nomenclature of the used types of threads is extensive, however, for any threads, the functional parameters are the geometric elements that determine their profile. The thread profile is the profile of the protrusion and groove of the thread in the plane of the axial section of the thread. Depending on the shape of the profile, the threads are distinguished: triangular, trapezoidal, rectangular, thrust, round, etc. (see, for example, Fig. 5 in the materials of this application).
Примечание. Здесь и далее термины «ось резьбы», «угол подъема резьбы», «винтовая линия», «профиль резьбы», «высота профиля резьбы», «плоскость осевого сечения» и др. позаимствованы из [1].Note. Hereinafter, the terms “thread axis”, “thread elevation angle”, “helix”, “thread profile”, “thread profile height”, “axial section plane”, etc. are borrowed from [1].
Все способы и устройства контроля резьбы подразделяются на контактные и бесконтактные. Главным недостатком, присущим всем контактным контрольно-измерительным способам и устройствам, является механический износ контактных поверхностей, и, как следствие, снижение точности измерений. Например, для контроля внутренней резьбы используется так называемый комплексный контроль с помощью резьбовых калибров и контркалибров. При этом регламентируется порядок применения калибров. В частности, калибр должен "свободно" навинчиваться на контролируемую резьбу. При этом понятие "свободно" соответствует условию, когда прилагаемое усилие создается рукой контролера без применения каких-либо технических средств, вызывающих повышение сцепления руки с калибром или его ручкой (например, использование перчаток, тряпки и пр.). Причем для резьб диаметром свыше 68 мм допускается навинчивать калибр двумя руками [1-7].All methods and devices for thread control are divided into contact and non-contact. The main disadvantage inherent in all contact control and measuring methods and devices is the mechanical wear of the contact surfaces, and, as a result, the decrease in measurement accuracy. For example, the so-called integrated control using threaded gauges and counter-gauges is used to control the internal thread. In this case, the procedure for the use of calibers is regulated. In particular, the gauge should “loosely” screw onto a controlled thread. In this case, the concept of "free" corresponds to the condition when the applied force is created by the hand of the controller without using any technical means that increase the grip of the hand with the caliber or its handle (for example, using gloves, rags, etc.). Moreover, for threads with a diameter over 68 mm it is allowed to screw the gauge with two hands [1-7].
При таком подходе к процессу контроля большую роль играет человеческий фактор и элемент субъективизма, что недопустимо в связи с современными высокими требованиями к качеству контроля. Недостатки здесь очевидны: контактный метод, износ калибра, субъективность контроля, низкая производительность, наличие человеческого фактора.With this approach to the control process, the human factor and the element of subjectivity play an important role, which is unacceptable in connection with modern high demands on the quality of control. The disadvantages here are obvious: contact method, caliber wear, subjectivity of control, low productivity, the presence of the human factor.
Следует отметить также то, что, используя калибры, вообще невозможно контролировать такие важнейшие параметры, как высота резьбы, форма и значения радиусов впадин (вершин). Поэтому для контроля этих параметров выборочно делают слепки резьбы, которые обмеряют визуальным способом на микроскопе. Однако такой способ контроля имеет существенную погрешность вследствие большой усадки слепков, а также характеризуется большой длительностью во времени [8-14].It should also be noted that, using calibers, it is generally impossible to control such critical parameters as the thread height, shape and values of the radii of the depressions (vertices). Therefore, to control these parameters, carvings of the thread are selectively taken, which are measured visually using a microscope. However, this method of control has a significant error due to the large shrinkage of the casts, and is also characterized by a long duration in time [8-14].
Таким образом, 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 срок службы трубы и, в то же время, не исключает пропуск брака.Thus, the existing subjective visual-manual control of the geometry of the thread using smooth threaded gauges, casts and patterns 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 service life of the pipe and, at the same time, does not exclude the passage of rejects.
Все вышеперечисленные способы и устройства контроля резьбы имеют общие существенные недостатки: низкую точность и невысокую производительность процесса контроля, отсутствие полноценной автоматизации и информационной поддержки, влияние человеческого фактора, элемент субъективизма. При этом наиболее важным является принципиальный недостаток существующих способов: они не дают ответа на вопрос, что делать в случае обнаружения непригодной резьбы, можно ли исправить дефекты или резьба не подлежит восстановлению. Кроме того, эти способы не позволяют получить полный комплексный и детальный отчет обо всех параметрах резьбы.All of the above methods and devices for thread control have common significant disadvantages: low accuracy and low productivity of the control process, lack of full automation and information support, the influence of the human factor, an element of subjectivity. Moreover, the most important is a fundamental drawback of existing methods: they do not provide an answer to the question of what to do in case of detection of unsuitable threads, whether defects can be fixed or the threads cannot be restored. In addition, these methods do not allow you to get a full comprehensive and detailed report on all parameters of the thread.
В связи с этим наиболее перспективными методами контроля являются бесконтактные оптоэлектронные способы и устройства неразрушающего контроля с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками [15-18].In this regard, the most promising control methods are non-contact optoelectronic methods and non-destructive testing devices with high metrological and operational characteristics [15-18].
Бесконтактное оптоэлектронное устройство контроля параметров резьбы трубных изделий и муфт [16], реализующее соответствующий способ, 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 [16], which implements the corresponding method, 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 the light flux receiver with information processing means are combined into a single unit made in the form of a conoscope, and the scanning unit is made with at least two optically connected to the conoscope channels and a system of mirrors, ensuring the passage of the light flux from the conoscope through the channels to the outer or inner surfaces of the product.
Однако такое устройство и соответствующий способ характеризуются низкой точностью и малой производительностью измерений из-за высокой чувствительности к влиянию бликов, разной шероховатости и локальным загрязнениям поверхности резьбы. Использование устройства и способа требует предварительного матирования контролируемой поверхности резьбы. Устройство критично к позиционированию контролируемого изделия, подвержено сильному влиянию даже незначительных механических вибраций.However, such a device and the corresponding method are characterized by low accuracy and low measurement performance due to the high sensitivity to the influence of glare, different roughness and local contamination of the thread surface. The use of the device and method requires preliminary matting of the controlled surface of the thread. The device is critical to the positioning of the controlled product, is subject to the strong influence of even minor mechanical vibrations.
Известны также оптоэлектронные устройства контроля параметров внутренней резьбы, также основанные на триангуляционном способе измерений [17, 18]. Однако они пригодны, в основном, только для контроля треугольной и круглой резьб (фиг.5), которые характеризуются относительно малой крутизной фронтов своего профиля.Optoelectronic devices for controlling the parameters of internal threads are also known, also based on the triangulation method of measurements [17, 18]. However, they are suitable mainly only for controlling triangular and round threads (Fig. 5), which are characterized by a relatively small steepness of the fronts of their profile.
Характеристика и критика прототипа.Characterization and criticism of the prototype.
Наиболее близким изобретением к предлагаемому по наибольшему количеству сходных признаков, технической сущности, схемному решению и достигаемому при использовании техническому результату является изобретение, предназначенное для контроля параметров внутренней резьбы, описанное в [18].The closest invention to the proposed according to the greatest number of similar features, technical nature, circuit design and achieved using the technical result is an invention designed to control the parameters of the internal thread described in [18].
В таком изобретении (способе), выбранном в качестве прототипа, устанавливают контролируемое изделие на основании, размещают внутри контролируемого изделия триангуляционный измеритель дальности, с помощью которого формируют зондирующий луч в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия, перемещают триангуляционный измеритель дальности вдоль оси резьбы контролируемого изделия, принимают триангуляционным измерителем дальности диффузно-рассеянные резьбовой поверхностью лучи, преобразуют их в электрические сигналы, которые подают в персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), где производят обработку полученных данных по определению дальностей до точек резьбовой поверхности и формирование на их основе профиля резьбы, по завершении перемещения вдоль оси резьбы осуществляют поворот триангуляционного измерителя дальности в другое угловое положение и повторяют указанную последовательность действий, и так до тех пор, пока не будет просканирована указанным образом вся резьбовая поверхность контролируемого изделия.In such an invention (method), selected as a prototype, a controlled product is installed on the base, a triangulation range meter is placed inside the controlled product, with which a probe beam is formed in the direction of the threaded surface of the controlled product, the triangulated range meter is moved along the thread axis of the controlled product, accept with a triangulation range meter, the rays diffusely scattered by the threaded surface convert them into electrical signals, The rye are fed to a personal electronic computer (PC), where they process the obtained data to determine the distances to the points of the threaded surface and form a thread profile based on them, after completing the movement along the axis of the thread, they rotate the triangulation range meter to another angular position and repeat the indicated a sequence of actions, and so on, until the entire threaded surface of the product being inspected is scanned in this way.
Данный способ реализуется в известном из того же источника [18] устройстве, содержащем основание, на котором установлено контролируемое изделие, подвижную каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль оси резьбы контролируемого изделия и снабженную электроприводом перемещения и датчиком линейного перемещения, триангуляционный измеритель дальности, установленный на подвижной каретке и снабженный электроприводом поворота вокруг продольной оси и датчиком угла поворота, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой подключены к выходам триангуляционного измерителя дальности, датчика линейного перемещения и датчика угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения и поворота, при этом триангуляционный измеритель дальности выполнен с возможностью формирования зондирующего луча в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия и приема диффузно-рассеянных данной поверхностью лучей и имеет полый корпус с прорезью в боковой части для выхода и приема указанных лучей.This method is implemented in a device known from the same source [18], which contains a base on which a controlled product is mounted, a movable carriage made to move along the thread axis of the controlled product and equipped with an electric drive of movement and a linear displacement sensor, a triangulation range meter mounted on a movable carriage and equipped with a rotary electric drive about a longitudinal axis and a rotation angle sensor, and a personal electronic computer (PC), in the odes of which are connected to the outputs of the triangulation range meter, linear displacement sensor and rotation angle sensor, and the outputs are connected to electric drives of displacement and rotation, while the triangulation range meter is configured to generate a probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product and receive diffusely scattered by this surface rays and has a hollow body with a slot in the side for output and reception of these rays.
При этом в триангуляционном измерителе дальности формирование зондирующего луча и прием соответствующих диффузно-рассеянных лучей осуществляется с помощью оптоэлектронной головки, образованной из источника излучения и оптически сопряженного с ним через поверхность соответствующего резьбового участка позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого является выходом триангуляционного измерителя дальности.In this case, in a triangulation range meter, the formation of a probe beam and reception of the corresponding diffuse-scattered rays is carried out using an optoelectronic head formed from a radiation source and optically coupled to it through the surface of the corresponding threaded portion of a position-sensitive photodetector, the output of which is the output of the triangulation range meter.
В подобных устройствах зондирующий луч источника излучения направлен, как правило, под углом, близким 90° к оси резьбы (см., например, [19]). В точке падения на резьбовую поверхность данный луч диффузно рассеивается (отражается) в разные стороны (направления). Поэтому для наблюдателя практически с любого углового положения данная точка воспринимается в виде яркого светового пятна малого диаметра. В устройстве с помощью объектива это пятно проецируется на светочувствительную поверхность («линию») фотоприемника. Тем самым объектив с фотоприемником осуществляют выборку некоторого углового направления, с которого воспринимаются диффузно-рассеянные лучи. Это направление равнозначно отраженному лучу, образующему с зондирующим лучом некоторый угол.In such devices, the probe beam of the radiation source is directed, as a rule, at an angle close to 90 ° to the axis of the thread (see, for example, [19]). At the point of incidence on the threaded surface, this beam diffusely scatters (is reflected) in different directions (directions). Therefore, for an observer from almost any angular position, this point is perceived as a bright light spot of small diameter. In the device, using the lens, this spot is projected onto the photosensitive surface (“line”) of the photodetector. Thus, a lens with a photodetector selects a certain angular direction from which diffuse-scattered rays are perceived. This direction is equivalent to the reflected beam, which forms a certain angle with the probe beam.
При продольном перемещении измерителя дальности траектория светового пятна будет пролегать по резьбовой поверхности, в результате чего будет меняться положение светового пятна на светочувствительной «линии» фотоприемника, реализуя тем самым триангуляционный метод измерения.During the longitudinal movement of the range meter, the trajectory of the light spot will lie along the threaded surface, as a result of which the position of the light spot on the photosensitive “line” of the photodetector will change, thereby implementing the triangulation measurement method.
Как было отмечено выше, номенклатура применяемых типов резьб обширна. Некоторые из них характеризуется высокой «крутизной» фронтов профиля. Такие резьбы, как трапецеидальная, прямоугольная (ленточная), упорная (см. фиг.5) имеют практически вертикальные участки фронтов. В результате указанное выше световое пятно на таких фронтах «расплывается», «растягивается», имеет нечеткие границы, что приводит к неточности измерений, а часто и вообще к отсутствию данных о профиле, так как соответствующие фронты профиля резьбы являются «невидимыми» для оптоэлектронной головки прототипа.As noted above, the range of thread types used is extensive. Some of them are characterized by high “steepness” of profile fronts. Such threads as trapezoidal, rectangular (tape), persistent (see figure 5) have almost vertical sections of the fronts. As a result, the aforementioned light spot at such fronts “spreads out”, “stretches”, has fuzzy boundaries, which leads to inaccurate measurements, and often to a lack of profile data, since the corresponding fronts of the thread profile are “invisible” to the optoelectronic head prototype.
Другими словами, при сканировании указанных типов резьб информация о ряде фрагментов профиля резьбовой поверхности не будет поступать в ПЭВМ. Более-менее успешно устройство [18] может быть использовано только при сканировании треугольной и круглой резьб (фиг.5). Для контроля таких резьб, как трапецеидальная, прямоугольная (ленточная), упорная требуются способ и устройство, свободные от этих недостатков.In other words, when scanning these types of threads, information about a number of fragments of the profile of the threaded surface will not enter the PC. More or less successfully, the device [18] can be used only when scanning triangular and round threads (figure 5). To control such threads as trapezoidal, rectangular (tape), resistant, a method and device are required that are free from these shortcomings.
Технический результат и его достижение.The technical result and its achievement.
Изобретение направлено на достижение такого технического результата, как расширение номенклатуры типов контролируемых резьб (расширение функциональных возможностей способа и соответствующего устройства) путем увеличения у измерителя дальности «поля его обзора», или, другими словами, устранения у него «невидимых зон» резьбовой поверхности, адаптация измерителя дальности к особенностям резьбы контролируемого изделия.The invention is aimed at achieving such a technical result as expanding the range of types of controlled threads (expanding the functionality of the method and the corresponding device) by increasing the range of the field of view of the meter, or, in other words, eliminating its "invisible zones" of the threaded surface, adaptation range meter to the features of the thread of the controlled product.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что в известном способе контроля параметров внутренней резьбы [18], заключающемся в том, что устанавливают контролируемое изделие на основании, размещают внутри контролируемого изделия триангуляционный измеритель дальности, с помощью которого формируют первый зондирующий луч в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия, перемещают триангуляционный измеритель дальности вдоль оси резьбы контролируемого изделия, принимают триангуляционным измерителем дальности диффузно-рассеянные резьбовой поверхностью лучи, преобразуют их в электрические сигналы, которые подают в персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), где производят обработку полученных данных по определению дальностей до точек резьбовой поверхности и формирование на их основе профиля резьбы, по завершении перемещения вдоль оси резьбы осуществляют поворот триангуляционного измерителя дальности в другое угловое положение и повторяют указанную последовательность действий, и так до тех пор, пока не будет просканирована указанным образом вся резьбовая поверхность контролируемого изделия, дополнительно формируют с помощью триангуляционного измерителя дальности второй зондирующий луч в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия, при этом направляют оба зондирующих луча так, чтобы они лежали в одной и той же плоскости с осью резьбы контролируемого изделия и образовывали с этой осью углы, равные соответственно α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°, а обработку в ПЭВМ полученных данных по формированию профиля резьбы осуществляют по формуле hсовi=0,5(h1i+h2i)=Т-0,5(d1i+d2i),The achievement of this technical result is ensured by the fact that in the known method for controlling the parameters of the internal thread [18], namely, that the controlled product is installed on the base, a triangulation range meter is placed inside the controlled product, with which the first probe beam is formed in the direction of the threaded surface of the controlled products, move the triangulation range meter along the axis of the thread of the controlled product, take the triangulation meter gave diffusely scattered by a threaded surface, the rays convert them into electrical signals, which are fed to a personal electronic computer (PC), where they process the obtained data to determine the distances to the points of the threaded surface and form a thread profile on their basis, after moving along the axis of the thread rotate the triangulation range meter to another angular position and repeat the specified sequence of actions, and so on, until it is scanned in this way, the entire threaded surface of the controlled product is additionally formed using a triangulation range meter a second probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product, while both probing beams are directed so that they lie in the same plane with the thread axis of the controlled product and form with with this axis, angles equal respectively to α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °, and processing in the PC of the obtained data on the formation of the thread profile is carried out according to the formula h sovi = 0.5 (h 1i + h 2i ) = T-0.5 (d 1i + d 2i ),
гдеWhere
d1i и d2i - значения дальности до точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;d 1i and d 2i are the values of the distance to the point of the thread profile with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product with the first and second probe beams, respectively;
h1i и h2i - значения высоты точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;h 1i and h 2i are the values of the height of the thread profile point with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product with the first and second probe beams, respectively;
Т - максимальное расстояние от центра оптической системы триангуляционного измерителя дальности до резьбовой поверхности (величина постоянная, задается конструктивно);T is the maximum distance from the center of the optical system of the triangulation range meter to the threaded surface (constant value, specified constructively);
hсовi - значение высоты точки совмещенного профиля резьбы с координатой xi;h Sovi - the value of the height of the point of the combined thread profile with the coordinate x i ;
i=0, 1, 2, 3, ….i = 0, 1, 2, 3, ....
Данная последовательность действий способа может быть реализована в устройстве контроля параметров внутренней резьбы, содержащем основание, на котором установлено контролируемое изделие, подвижную каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль оси резьбы контролируемого изделия и снабженную электроприводом перемещения и датчиком линейного перемещения, триангуляционный измеритель дальности, установленный на подвижной каретке и снабженный электроприводом поворота вокруг продольной оси и датчиком угла поворота, и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), входы которой подключены к выходам триангуляционного измерителя дальности, датчика линейного перемещения и датчика угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения и поворота, при этом триангуляционный измеритель дальности выполнен с возможностью формирования первого зондирующего луча в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия и приема диффузно-рассеянных данной поверхностью лучей и имеет полый корпус с прорезью в боковой части для выхода и приема указанных лучей, в котором триангуляционный измеритель дальности выполнен с возможностью формирования также второго зондирующего луча в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия и приема диффузно-рассеянных данной поверхностью лучей, при этом оба зондирующих луча направлены в сторону резьбовой поверхности контролируемого изделия так, что они лежат в одной и той же плоскости с осью резьбы контролируемого изделия и образуют с этой осью углы, равные соответственно α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°.This sequence of steps of the method can be implemented in a device for monitoring the parameters of the internal thread, containing the base on which the controlled product is mounted, a movable carriage made with the possibility of moving along the thread axis of the controlled product and equipped with an electric drive of displacement and a linear displacement sensor, a triangulation range meter mounted on movable carriage and equipped with an electric swing around the longitudinal axis and a rotation angle sensor, and personnel an electronic computer (PC), the inputs of which are connected to the outputs of the triangulation range meter, linear displacement sensor and angle sensor, and the outputs are connected to electric drives of displacement and rotation, while the triangulation range meter is configured to form the first probe beam in the direction of the threaded surface controlled product and receiving diffusely scattered by this surface rays and has a hollow body with a slot in the side for output and reception of these rays, in which the triangulation range meter is also configured to form a second probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product and to receive rays diffusely scattered by this surface, while both probe beams are directed towards the threaded surface of the controlled product so that they lie in the same planes with the axis of the thread of the controlled product and form angles with this axis, respectively α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °.
При этом в триангуляционном измерителе дальности формирование обоих зондирующих лучей и прием соответствующих диффузно-рассеянных лучей осуществляется с помощью двух оптоэлектронных головок, каждая из которых образована из источника излучения и оптически сопряженного с ним через поверхность соответствующего резьбового участка позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого является выходом триангуляционного измерителя дальности.At the same time, in the triangulation range meter, the formation of both probe beams and the reception of the corresponding diffuse-scattered beams are carried out using two optoelectronic heads, each of which is formed from a radiation source and optically coupled to it through the surface of the corresponding threaded portion of a position-sensitive photodetector, the output of which is the output triangulation range meter.
Также каждая из оптоэлектронных головок выполнена в виде коноскопа, оптически связанного через объектив с поверхностью соответствующего резьбового участка контролируемого изделия, при этом выход коноскопа является выходом триангуляционного измерителя дальности.Also, each of the optoelectronic heads is made in the form of a conoscope, optically connected through the lens to the surface of the corresponding threaded portion of the controlled product, while the output of the conoscope is the output of a triangulation range meter.
Кроме того, в триангуляционном измерителе дальности формирование обоих зондирующих лучей и прием соответствующих диффузно-рассеянных лучей осуществляется с помощью оптоэлектронной головки, выполненной в виде коноскопа, оптически связанного через объектив и поворотное зеркало с соответствующей резьбовой поверхностью контролируемого изделия, при этом электропривод поворотного зеркала соединен с выходом ПЭВМ, а выход коноскопа является выходом триангуляционного измерителя дальности.In addition, in a triangulation range meter, the formation of both probe beams and the reception of the corresponding diffuse-scattered beams is carried out using an optoelectronic head made in the form of a conoscope optically connected through a lens and a rotary mirror to the corresponding threaded surface of the product being monitored, while the rotary mirror electric drive is connected to PC output, and the conoscope output is the output of a triangulation range meter.
Проведенный авторами анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и другим научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах способа и устройства, позволили установить, что не имеются аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам способа и устройства, а выделение из перечня аналогов прототипа [18] обеспечило выявление совокупности существенных по отношению к техническим результатам отличительных признаков заявленных способа и 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 method and device, made it possible to establish that there are no analogues characterized by features identical to all the essential features of the method and device, and the selection from the list of analogues of the prototype [18] provided the identification of a combination of essential in relation to the technical results of the distinguishing features of the claimed method and device.
Авторами проведена также проверка соответствия заявляемого изобретения трем условиям (критериям) патентоспособности.The authors also checked the compliance of the claimed invention with the three conditions (criteria) of patentability.
а) проверка соответствия заявляемого способа условию патентоспособности «новизна».a) verification of compliance of the proposed method with the condition of patentability "novelty".
Основными признаками, отличающими заявляемый способ от ближайшего аналога - прототипа, являются:The main features that distinguish the claimed method from the closest analogue of the prototype are:
- формирование с помощью триангуляционного измерителя дальности второго зондирующего луча в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия,- the formation using a triangulation measuring range of the second probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product,
- направление обоих зондирующих лучей так, чтобы они лежали в одной и той же плоскости с осью резьбы контролируемого изделия и образовывали с этой осью углы, равные соответственно α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°,- the direction of both probe beams so that they lie in the same plane with the axis of the thread of the controlled product and form angles with this axis, respectively α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) ° ,
- осуществление обработки в ПЭВМ полученных данных по формированию профиля резьбы по формуле:- the processing in the PC of the obtained data on the formation of the thread profile according to the formula:
hcoвi=0,5(h1i+h2i)=Т-0,5(d1i+d2i), гдеh covi = 0.5 (h 1i + h 2i ) = T-0.5 (d 1i + d 2i ), where
d1i и d2i - значения дальности до точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;d 1i and d 2i are the values of the distance to the point of the thread profile with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product with the first and second probe beams, respectively;
h1i и h2i - значения высоты точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;h 1i and h 2i are the values of the height of the thread profile point with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product with the first and second probe beams, respectively;
Т - максимальное расстояние от центра оптической системы триангуляционного измерителя дальности до резьбовой поверхности (величина постоянная, задается конструктивно);T is the maximum distance from the center of the optical system of the triangulation range meter to the threaded surface (constant value, specified constructively);
hсовi - значение высоты точки совмещенного профиля резьбы с координатой хi;h Sovi - the value of the height of the point of the combined thread profile with the coordinate x i ;
i=0, 1, 2, 3, ….i = 0, 1, 2, 3, ....
Наличие указанных признаков обеспечивает соответствие всей совокупности признаков способа условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству. При этом не обнаружены способы, в которых технический результат достигнут аналогичной совокупностью существенных признаков.The presence of these signs ensures the compliance of the totality of the features of the method with the condition of patentability "novelty" under current law. However, no methods were found in which the technical result was achieved by a similar set of essential features.
б) проверка соответствия заявляемого устройства условию патентоспособности «новизна».b) verification of compliance of the claimed device with the patentability condition “novelty”.
Основными признаками, отличающими заявляемое устройство от ближайшего аналога - прототипа, являются:The main features that distinguish the claimed device from the closest analogue of the prototype are:
- выполнение триангуляционного измерителя дальности с возможностью формирования также второго зондирующего луча в направлении резьбовой поверхности контролируемого изделия и приема диффузно-рассеянных данной поверхностью лучей,- the implementation of a triangulation range meter with the possibility of forming a second probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product and receiving diffusely scattered by this surface of the rays,
- направление обоих зондирующих лучей в сторону резьбовой поверхности контролируемого изделия так, чтобы они лежали в одной и той же плоскости с осью резьбы контролируемого изделия и образовывали с этой осью углы, равные соответственно α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°.- the direction of both probe beams towards the threaded surface of the controlled product so that they lie in the same plane with the axis of the thread of the controlled product and form angles with this axis equal to α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = ( α 1 +60) °.
При этом:Wherein:
- осуществление в триангуляционном измерителе дальности формирования обоих зондирующих лучей и приема соответствующих диффузно-рассеянных лучей с помощью двух оптоэлектронных головок, каждая из которых образована из источника излучения и оптически сопряженного с ним через поверхность соответствующего резьбового участка позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого является выходом триангуляционного измерителя дальности.- implementation in the triangulation measuring range of the formation of both probe beams and receiving the corresponding diffuse-scattered rays using two optoelectronic heads, each of which is formed from a radiation source and optically coupled through the surface of the corresponding threaded portion of a position-sensitive photodetector, the output of which is the output of the triangulated range meter.
Также:Also:
- выполнение каждой из оптоэлектронных головок в виде коноскопа, который оптически связан через объектив с поверхностью соответствующего резьбового участка контролируемого изделия, а выход коноскопа является выходом триангуляционного измерителя дальности.- the implementation of each of the optoelectronic heads in the form of a conoscope, which is optically connected through the lens to the surface of the corresponding threaded portion of the controlled product, and the output of the conoscope is the output of a triangulation range meter.
Кроме того:Besides:
- осуществление в триангуляционном измерителе дальности формирования обоих зондирующих лучей и приема соответствующих диффузно-рассеянных лучей с помощью оптоэлектронной головки, выполненной в виде коноскопа, который оптически связан через объектив и поворотное зеркало с соответствующей резьбовой поверхностью контролируемого изделия, а выход коноскопа является выходом триангуляционного измерителя дальности,- the implementation in the triangulation range meter of the formation of both probe beams and the reception of the corresponding diffuse scattered rays using an optoelectronic head made in the form of a conoscope, which is optically connected through the lens and a rotary mirror to the corresponding threaded surface of the product to be monitored, and the output of the conoscope is the output of the triangulation range meter ,
- соединение электропривода поворотного зеркала с выходом ПЭВМ.- connection of the electric drive of the rotary mirror with the PC output.
Наличие указанных признаков обеспечивает соответствие всей совокупности признаков устройства условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству. При этом не обнаружены устройства, в которых технический результат достигнут аналогичной совокупностью существенных признаков.The presence of these signs ensures compliance with the totality of the characteristics of the device condition of patentability "novelty" under the current law. However, no devices were found in which the technical result was achieved by a similar set of essential features.
в) проверка соответствия заявляемых способа и устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».c) verification of compliance of the claimed method and device with the patentability condition “inventive step”.
Результаты поиска известных решений в области контрольно-измерительной техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. При этом из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусмотренных существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата.The search results for known solutions in the field of instrumentation in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution, showed that they do not follow explicitly from the prior art. Moreover, 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 is not 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 способа и устройства позволяют достичь расширения номенклатуры типов контролируемых резьб, что подтверждается изложенными ниже сведениями.A new set of essential features of the method and device allows to expand the range of types of controlled threads, which is confirmed by the information below.
Следует также отметить, что между совокупностью существенных признаков настоящих способа и устройства 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 (отдельно для способа и отдельно для устройства).It should also be noted that there is a causal relationship between the totality of the essential features of the present method and device 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 signs (separately for the method and separately for the device).
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:
- на фиг.1, а, б, в - общий вид устройства (при разных конструкциях триангуляционного измерителя дальности);- figure 1, a, b, c - General view of the device (with different designs of a triangulation range meter);
- на фиг.2, а, б, в - основные электрические связи в устройстве (при разных конструкциях триангуляционного измерителя дальности);- figure 2, a, b, c - the main electrical connection in the device (with different designs of a triangulation range meter);
- на фиг.3, а - размещение зондирующих лучей в плоскости осевого сечения резьбы;- figure 3, a - the placement of the probe beams in the plane of the axial section of the thread;
- на фиг.3, б - диапазоны изменения углов α1 и α2;- figure 3, b - ranges of angles α 1 and α 2 ;
- на фиг.4 - пояснение совмещения (усреднения) полученных с оптоэлектронных головок данных;- figure 4 - explanation of the combination (averaging) obtained from the optoelectronic data heads;
- на фиг.5 - основные профили типов резьб.- figure 5 - the main profiles of the types of threads.
Описываемый способ контроля параметров внутренней резьбы реализуется устройством, содержащим (фиг.1, а и 2, а) основание 1, на котором размещено контролируемое изделие 2 с внутренней резьбой (например, трубная муфта), подвижную каретку 3, выполненную с возможностью перемещения вдоль оси 4 резьбы контролируемого изделия 2 и снабженную электроприводом 5 перемещения и датчиком 6 линейного перемещения, триангуляционный измеритель 7 дальности, установленный на подвижной каретке 3, и снабженный электроприводом 8 поворота вокруг продольной оси, датчиком 9 угла поворота и первой 10 и второй 11 оптоэлектронными головками, размещенными внутри триангуляционного измерителя 7 дальности и образованными соответственно из источников 12 и 13 излучения, позиционно-чувствительных фотоприемников 14 и 15, объективов 16 и 17, 18 и 19 и персональную вычислительную машину (ПЭВМ) 20 (фиг.2, а), входы которой подключены к выходам позиционно-чувствительных фотоприемников 14 и 15 оптоэлектронных головок 10 и 11, датчика 6 линейного перемещения и датчика 9 угла поворота, а выходы - к электроприводам перемещения 5 и поворота 8. Триангуляционный измеритель 7 дальности имеет полый цилиндрический корпус с прорезью в боковой части для прохода зондирующих 21 и 22 и диффузно-рассеянных 23 и 24 лучей.The described method for controlling the parameters of the internal thread is implemented by a device containing (Fig. 1, a and 2, a) a base 1, on which is placed a controlled product 2 with an internal thread (for example, a pipe coupling), a movable carriage 3, made with the possibility of movement along the axis 4 threads of the controlled product 2 and equipped with an electric actuator 5 for displacement and a sensor 6 for linear displacement, a triangulation range meter 7 mounted on a movable carriage 3 and equipped with an electric actuator 8 for rotation around a longitudinal axis, sensor com 9 rotation angles and the first 10 and second 11 optoelectronic heads located inside the triangulation range meter 7 and formed respectively from radiation sources 12 and 13, position-sensitive photodetectors 14 and 15, lenses 16 and 17, 18 and 19 and a personal computer ( PC) 20 (Fig. 2, a), the inputs of which are connected to the outputs of position-sensitive photodetectors 14 and 15 of the optoelectronic heads 10 and 11, the linear displacement sensor 6 and the rotation angle sensor 9, and the outputs to the electric displacement 5 and rotation 8.The triangulation range meter 7 has a hollow cylindrical body with a slot in the side for passage of probing 21 and 22 and diffusely scattered 23 and 24 rays.
Источники 12 и 13 излучения выполнены на основе источника узкого светового луча - полупроводникового лазера и установлены в триангуляционном измерителе 7 дальности следующим образом. Их зондирующие лучи 21 и 22 лежат в одной (вертикальной) плоскости А с осью 4 резьбы данного контролируемого изделия 2 (фиг.3.а) и образуют с ней соответственно углы:Sources of radiation 12 and 13 are made on the basis of a narrow light beam source - a semiconductor laser and are installed in a
α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°.α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °.
Позиционно-чувствительные фотоприемники 14 и 15 выполнены на основе интегральных МДП (SМOS)-фотодиодных линеек и установлены в сканирующем узле 7 для приема отраженных (диффузно-рассеянных) от резьбовой поверхности контролируемого изделия 2 лучей 23 и 24. При этом выходы позиционно-чувствительных фотоприемников 14 и 15 являются соответствующими выходами измерителя 7.Position-
Объективы 16-19 оптоэлектронных головок 10 и 11 установлены в сканирующем узле 7 с возможностью обеспечения триангуляционной оптической связи позиционно-чувствительных фотоприемников 14 и 15 с источниками 12 и 13 излучения через резьбовую поверхность контролируемого изделия 2.The lenses 16-19 of the optoelectronic heads 10 and 11 are mounted in the
В состав ПЭВМ 20 входит блок 25 предварительной обработки (фиг.2, а), конструктивно выполненный в виде печатной платы, размещенной внутри корпуса ПЭВМ 20. Данный блок предназначен для преобразования поступающих на его входы сигналов в форму, удобную для их дальнейшей обработки в ПЭВМ 20.The composition of the
Описанный способ в данном устройстве реализуется в следующей последовательности действий.The described method in this device is implemented in the following sequence of actions.
1. Устанавливают контролируемое изделие 2 с внутренней резьбой на основании 1 (фиг.1, а).1. Install the controlled
2. Размещают внутри контролируемого изделия 2 триангуляционный измеритель 7 дальности с первой 10 и второй 11 оптоэлектронными головками путем закрепления его на подвижной каретке 3.2. Place within the controlled product 2 a
3. С помощью источников 12 и 13 излучения оптоэлектронных головок 10 и 11 формируют зондирующие лучи 21 и 22, лежащие в одной (вертикальной) плоскости А с осью 4 резьбы данного контролируемого изделия 2 (фиг.3, а) и образующие с ней соответственно углы3. Using sources of radiation 12 and 13 of the optoelectronic heads 10 and 11, probing
α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°.α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °.
Опытным путем установлено, что указанные диапазоны углов α1 и α2 являются наиболее оптимальными с точки зрения сканирования «крутых» участков профиля 26 резьбы и получения при этом на выходе измерителя 7 максимальных по величине полезных сигналов (фиг.3, б).It has been experimentally established that the indicated ranges of angles α 1 and α 2 are the most optimal from the point of view of scanning “steep” sections of the
4. Одновременно путем подачи сигналов с ПЭВМ 20 на электропривод 5 непрерывно перемещают контролируемое изделие 2 вдоль оси 4 его резьбы (вдоль оси координат X, см. фиг.1, а).4. At the same time, by supplying signals from the
5. Принимают на позиционно-чувствительные фотоприемники 14 и 15 оптоэлектронных головок 10 и 11 диффузно-рассеянные от резьбового участка контролируемого изделия 2 лучи 23 и 24.5. Receive on position-
Выше было отмечено, что в точке падения на резьбовую поверхность зондирующий луч диффузно рассеивается (отражается) в разные стороны (направления). Поэтому для наблюдателя практически с любого углового положения данная точка воспринимается в виде яркого светового пятна малого диаметра. В измерителе 7 с помощью объектива это пятно проецируется на светочувствительную поверхность («линию») фотоприемника. Тем самым объектив с фотоприемником осуществляют выборку некоторого углового направления, с которого воспринимаются диффузно-рассеянные лучи. Это направление может «рассматриваться» в виде отраженного луча.It was noted above that at the point of incidence on the threaded surface, the probe beam diffusely scatters (is reflected) in different directions (directions). Therefore, for an observer from almost any angular position, this point is perceived as a bright light spot of small diameter. In
При продольном перемещении измерителя 7 траектория светового пятна будет пролегать по («неровной») резьбовой поверхности, в результате чего будет меняться положение светового пятна на светочувствительной «линии» фотоприемника, реализуя тем самым триангуляционный метод измерения, когда путем измерения координаты светового пятна на позиционно-чувствительном фотоприемнике определяется расстояние di от центра оптической системы измерителя 7 до резьбовой поверхности изделия 2 (фиг.4).During the longitudinal movement of the
Знание этого расстояния позволяет определить соответствующую высоту hi профиля резьбыKnowing this distance allows you to determine the corresponding thread profile height h i
hi=T-di,h i = Td i ,
где Т - максимальное расстояние от центра оптической системы триангуляционного измерителя 7 до резьбовой поверхности (величина постоянная, задается конструктивно).where T is the maximum distance from the center of the optical system of the
6. Преобразуют в позиционно-чувствительных фотоприемниках 14 и 15 оптоэлектронных головок 10 и 11 диффузно-рассеянные от резьбовой поверхности контролируемого изделия 2 лучи 23 и 24 в электрические сигналы, которые затем преобразуют в блоке 25 в цифровые сигналы.6. In position-
7. Подают полученные цифровые сигналы в память ПЭВМ 20.7. Submit the received digital signals to the memory of the
8. По завершении перемещения вдоль оси 2 резьбы путем подачи сигналов с ПЭВМ 20 на электропривод 8 осуществляет поворот измерителя 7 на некоторый заранее заданный угол Δβ, например, на 30°.8. Upon completion of the movement along the
9. Повторяют указанную выше последовательность действий по сканированию резьбовой поверхности, и так до тех пор, пока не будет просканирована вся резьбовая поверхность контролируемого изделия 2. В результате в памяти ПЭВМ 20 формируется последовательность данных, полученных от обеих оптоэлектронных головок 10 и 11.9. Repeat the above sequence of actions for scanning the threaded surface, and so on until the entire threaded surface of the product under test is scanned 2. As a result, a sequence of data obtained from both
10. По завершении сканирования производят обработку (усреднение) полученных данных по формированию профиля 32 резьбы по формуле10. Upon completion of the scan, processing (averaging) of the obtained data on the formation of the thread profile 32 is performed according to the formula
hсовi=0,5(h1i+h2i)=0,5[(Т-d1i)+(Т-d2i)]=Т-0,5(d1i+d2i),h Sovi = 0.5 (h 1i + h 2i ) = 0.5 [(T-d 1i ) + (T-d 2i )] = T-0.5 (d 1i + d 2i ),
гдеWhere
d1i и d2i - значения дальности до точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия 2 соответственно первым и вторым зондирующими лучами;d 1i and d 2i are the values of the distance to the point of the thread profile with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled
h1i и h2i - значения высоты точки профиля резьбы с координатой xi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия 2 соответственно первым и вторым зондирующими лучами;h 1i and h 2i are the values of the height of the thread profile point with coordinate xi obtained by scanning the threaded surface of the controlled
hсовi - значение высоты точки совмещенного профиля резьбы с координатой xi;h Sovi - the value of the height of the point of the combined thread profile with the coordinate x i ;
i=0, 1, 2, 3, ….i = 0, 1, 2, 3, ....
При этом необходимо отметить следующее. Точки падения зондирующих лучей 21 и 22 (световые пятна) перемещаются вдоль резьбовой поверхности изделия 2 друг за другом («след в след»), причем некоторые (например, горизонтальные) участки профиля резьбы сканируются дважды, а другие участки, ввиду их крутизны, оказываются «доступными» только для одного из лучей. Для получения полного (совмещенного) профиля резьбы (фиг.4, г) полученные фрагменты профиля (фиг.4, б и 4, в) программным путем «смещают» друг относительно друга вдоль координаты х так, чтобы объединить значения высот профиля для одной и той же координаты хi путем их усреднения по указанной формуле.It should be noted the following. The points of incidence of the probe beams 21 and 22 (light spots) move along the threaded surface of the
11. На основе полученных профилей (срезов) резьбы программным путем могут быть рассчитаны параметры резьбы, такие как шаг резьбы, высота профиля, радиусы вписанных во впадины и вершины окружностей, углы наклона профилей, повитковые диаметры и т.д. [1] Далее на основе сопоставления рассчитанных параметров с заданными (ГОСТовскими) параметрами может быть вынесено решение о годности или негодности контролируемой резьбы.11. Based on the obtained thread profiles (slices), thread parameters, such as thread pitch, profile height, radiuses of circles inscribed in the depressions and vertices, tilt angles of the profiles, rotational diameters, etc. can be calculated programmatically. [1] Further, based on a comparison of the calculated parameters with the specified (GOST) parameters, a decision can be made on the suitability or unsuitability of the controlled thread.
Следовательно программа, заложенная в ПЭВМ 20, в частности, обеспечивает:Therefore, the program embedded in the
а) управление перемещением и поворотом триангуляционного измерителя 7 дальности;a) control the movement and rotation of the
б) сбор информации о профиле контролируемой резьбы, поступающей с оптоэлектронных головок, и накопление ее в памяти ПЭВМ 20;b) collecting information about the profile of the controlled thread coming from the optoelectronic heads, and accumulating it in the memory of the
в) формирование совмещенных профилей резьбы по отдельным сечениям;c) the formation of combined thread profiles for individual sections;
г) расчет параметров резьбы на основе обработки совмещенных профилей резьбы;d) calculation of thread parameters based on processing of combined thread profiles;
д) сопоставление рассчитанных параметров с заданными (например, ГОСТовскими) параметрами резьбы;e) comparison of the calculated parameters with the specified (for example, GOST) thread parameters;
е) вынесение решения о годности/негодности контролируемой резьбы.f) the decision on the suitability / unsuitability of the controlled thread.
Результаты измерений сохраняются в памяти ПЭВМ 20 в виде банков данных и могут быть отображены в виде графиков и текстовых протоколов с возможностью распечатки.The measurement results are stored in the memory of the
Для реализации указанной последовательности действий способа триангуляционный измеритель 7 дальности устройства может иметь также конструкцию, показанную на фиг.1, б. В отличие от описанной выше конструкции измерителя 7 каждая из оптоэлектронных головок 10 и 11 выполнена в виде коноскопа 27 или 28, оптически связанного через объектив 16 или 17 с поверхностью соответствующего резьбового участка контролируемого изделия. При этом выходы коноскопов 27 или 28 являются выходами триангуляционного измерителя 7 дальности.To implement the specified sequence of steps of the method, the
Коноскоп - прибор для измерения линейных параметров объектов, основанный на анализе рефлектограмм, полученных при прохождении отраженного когерентного света в двухлучепреломляющем кристалле [16, 20-24].A conoscope is a device for measuring the linear parameters of objects, based on the analysis of reflectograms obtained during the passage of reflected coherent light in a birefringent crystal [16, 20-24].
Конструктивно коноскоп объединяет в едином блоке источник и приемник излучения и, как правило, состоит из объектива, специализированной оптической системы, лазера и позиционно-чувствительного фотоприемника. Назначение коноскопа - сбор информации о координатах профиля объекта (в данном случае - резьбы). Излучение лазера проецируется на поверхность резьбы, отраженный свет собирается объективом коноскопа и, проходя через специализированную оптическую систему, формирует голографическую интерференционную картину на встроенном позиционно-чувствительном ПЗС-фотоприемнике. Анализ полученного таким образом оптического изображения позволяет проводить измерения координат с высокой точностью. Поскольку элементы коноскопа объединены в одном корпусе, отпадает необходимость настройки и юстировки коноскопа в цеховых условиях, а переход на другой типоразмер контролируемого изделия производится сменой объектива.Structurally, a conoscope combines a source and a radiation receiver in a single unit and, as a rule, consists of a lens, a specialized optical system, a laser, and a position-sensitive photodetector. The purpose of a conoscope is to collect information about the coordinates of the profile of an object (in this case, threads). Laser radiation is projected onto the surface of the thread, the reflected light is collected by a conoscope lens and, passing through a specialized optical system, forms a holographic interference picture on the built-in position-sensitive CCD photodetector. An analysis of the optical image thus obtained makes it possible to measure coordinates with high accuracy. Since the elements of the conoscope are combined in one housing, there is no need to set up and align the conoscope in workshop conditions, and the change to another standard size of the product to be monitored is done by changing the lens.
Реализация способа может быть осуществлена также триангуляционным измерителем 7, конструкция которого показана на фиг.1, в. В отличие от описанной выше конструкции измеритель 7 содержит всего одну оптоэлектронную головку 11, выполненную в виде коноскопа 28, оптически связанного через объектив 17 и поворотное зеркало 29 с соответствующей резьбовой поверхностью контролируемого изделия, при этом электропривод 30 поворотного зеркала 29 соединен с выходом ПЭВМ 20, а выход коноскопа 28 является выходом триангуляционного измерителя 7 дальности.The implementation of the method can also be carried out by a
Поворотное зеркало 29 может находиться в двух угловых положениях, управляемых (задаваемых) ПЭВМ 20. При одном из них резьбовая поверхность «обозревается» коноскопом 28 под углом α1, а при другом угловом положении - под углом α2.The pivoting
Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков изобретения позволяет, в отличие от прототипа, увеличить номенклатуру типов контролируемых резьб, т.е. расширить функциональные возможности способа и устройства.Thus, the proposed set of essential features of the invention allows, in contrast to the prototype, to increase the range of types of controlled threads, i.e. expand the functionality of the method and device.
Триангуляционный измеритель 7 дальности устройства по сравнению с аналогичным измерителем прототипа более адаптирован к особенностям формы профиля контролируемых резьб. В процессе контроля оптоэлектронные головки заявляемого изобретения дополняют друг друга, «обозревая» крутые фронты профиля резьбы с разных (противоположных) сторон, а зондирующие лучи оказываются ориентированными в направлении соответствующего участка резьбы, обеспечивая получение более качественного сигнала с фотоприемников.The
Испытания, проведенные заявителем, показали, что заявляемые способ и устройство могут быть использованы даже для контроля резьбы типа TMK-GF (фиг.5, е), которая характеризуется в отличие от других резьб неположительным углом наклона опорной грани.Tests conducted by the applicant showed that the inventive method and device can even be used to control threads of the TMK-GF type (Fig. 5, e), which, in contrast to other threads, is characterized by a non-positive angle of inclination of the support face.
Как отмечается в [25], высокогерметичное муфтовое резьбовое соединение TMK-GF предназначено для строительства и эксплуатации горизонтальных и наклонно-направленных газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин. Данное резьбовое соединение имеет ряд конструктивных особенностей, а именно, впервые в отечественной практике разработана и начала выпускаться резьба трапецеидального профиля, имеющая отрицательный (!) угол наклона опорной грани. Такой наклон опорной грани гарантирует отсутствие «раскрытия» резьбы при значительных изгибающих нагрузках и работу резьбового соединения «в замок» при нагрузке с предельным осевым (изгибающем) усилием.As noted in [25], the TMK-GF high-tight male threaded joint is intended for the construction and operation of horizontal and directional gas, gas condensate and oil wells. This threaded connection has a number of design features, namely, for the first time in domestic practice, a trapezoidal thread has been developed and began to be produced, which has a negative (!) Angle of inclination of the support face. This inclination of the support face guarantees the absence of "opening" of the thread at significant bending loads and the threaded connection "into the lock" under load with maximum axial (bending) force.
г) проверка условия патентоспособности «промышленная применимость».d) verification of the patentability condition “industrial applicability”.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют для заявленного изобретения, как оно охарактеризовано в пунктах 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 claims, about the possibility of its implementation using known and proposed methods and means.
По мнению заявителя, сведения, приведенные в описании, достаточны для осуществления способа и соответствующего устройства. Оно не вызывает затруднений при его изготовлении, а возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается, например, опытным экземпляром, изготовленным и испытанным заявителем для муфт диаметром 168 мм.According to the applicant, the information given in the description is sufficient to implement the method and the corresponding device. It does not cause difficulties in its manufacture, and the possibility of industrial application of the claimed technical solution is confirmed, for example, by a prototype made and tested by the applicant for couplings with a diameter of 168 mm.
Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность изобретения, в принципе может быть многократно изготовлена и использована, например, при контроле широкой номенклатуры типов резьб с получением указанного технического результата.Thus, the set of essential features characterizing the essence of the invention, in principle, can be repeatedly made and used, for example, when controlling a wide range of types of threads with obtaining the specified technical result.
Вышеизложенное 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. ГОСТ 11708-82. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба. Термины и определения.1. GOST 11708-82. Basic norms of interchangeability. Thread. Terms and Definitions.
2. Балонкина И.И., Кутай А.К., Сорочкин Б.М., Тайц Б.А. Точность и производственный контроль в машиностроении / Под общ. Ред. Кутая А.К., Сорочкина Б.М. - Л.: Машиностроение, 1983.2. Balonkina I.I., Kutai A.K., Sorochkin B.M., Taits B.A. Precision and production control in mechanical engineering / Under the general. Ed. Kutaya A.K., Sorochkina B.M. - L .: Engineering, 1983.
3. Денежный П.М., Стискин Г.М., Тхор И.Е. Токарное дело. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учебник для СПТУ. - М.: Высш. Школа, 1976.3. Money P.M., Stiskin G.M., Thor I.E. Turning business. Ed. 2nd, rev. and add. Textbook for vocational school. - M .: Higher. School, 1976.
4. Малевский Н.П., Мещеряков Р.К., Полтавец О.Ф. Слесарь-инструментальщик: Учеб. пособие для СПТУ. - М.: Высш. Школа, 1987.4. Malevsky N.P., Meshcheryakov R.K., Poltavets O.F. Toolmaker: Textbook. allowance for vocational schools. - M .: Higher. School, 1987.
5. ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия.5. GOST 633-80. Tubing and couplings. Technical conditions
6. Справочник по производственному контролю в машиностроении / Под. Ред. А.К.Кутая. Л.: Машиностроение, 1974.6. Handbook of industrial control in mechanical engineering / Under. Ed. A.K. Kutaya. L .: Engineering, 1974.
7. Авторское свидетельство СССР №1025990. Устройство для контроля натяга конической резьбы. Публ. 06.30.1983.7. Copyright certificate of the USSR No. 1025990. Device for controlling the interference of tapered threads. Publ. 30/06/1983.
8. ГОСТ 12690-67. Калибры резьбовые конические. Методы и средства поверки.8. GOST 12690-67. Conical threaded gauges. Methods and means of verification.
9. ГОСТ 8.128-74. Калибры резьбовые цилиндрические. Методы и средства поверки.9. GOST 8.128-74. Gauges are threaded cylindrical. Methods and means of verification.
10. ГОСТ 24939-81. Калибры для цилиндрических резьб.10. GOST 24939-81. Gauges for cylindrical threads.
11. Патент РФ №2133452 на изобретение «Устройство для измерения среднего диаметра резьбы». Публ. 20.07.1999 г.11. RF patent №2133452 for the invention of "Device for measuring the average diameter of the thread." Publ. 07/20/1999
12. Патент РФ №2073191 на изобретение «Способ измерения параметров резьбы и устройство для его осуществления. Публ. 02.10.1997 г.12. RF patent No. 2073191 for the invention “Method for measuring thread parameters and a device for its implementation. Publ. 10/02/1997
13. Авт. св. СССР №1615542 на изобретение «Способ контроля параметров внутренней резьбы». Публ. 23.12.1990 г.13. Auth. St. USSR No. 1615542 for the invention "Method for controlling the parameters of the internal thread". Publ. 12/23/1990
14. Патент РФ №2051327 на изобретение «Способ контроля резьбовых отверстий и устройство для его осуществления. Публ. 27.12.1995 г.14. RF patent No. 2051327 for the invention “Method for controlling threaded holes and a device for its implementation. Publ. 12/27/1995 g.
15. Галиулин Рав.М. и др. Лазерные системы «ОПТЭЛ» для неразрушающего контроля геометрии наружной и внутренней резьбы. - «Передовые технологии России». - Сайт Интернета http://www.ptechnology.ru/Science/Science36.html.15. Galiulin Rav.M. and others. Laser systems "OPTEL" for non-destructive testing of the geometry of the external and internal threads. - “Advanced Technologies of Russia”. - Internet site http://www.ptechnology.ru/Science/Science36.html.
16. Патент РФ №2267086 на изобретение «Устройство для контроля параметров резьбовых трубных изделий». МПК G01B 11/24, G01В 11/30. Публ. 27.12.2005 г.16. RF patent No. 2267086 for the invention of a "Device for monitoring the parameters of threaded tubular products."
17. Свидетельство РФ №11332 на полезную модель «Устройство для контроля параметров внутренней резьбы». МПК С01D 3/00. Публ. 16.09.1999 г.17. Certificate of the Russian Federation No. 11332 for the utility model “Device for monitoring the parameters of the internal thread”. IPC C01D 3/00. Publ. September 16, 1999
18. Патент РФ №2152000 на изобретение «Способ контроля параметров внутренней резьбы и устройство для его осуществления». МПК G01B 11/30, G01B 3/48. Публ. 27.06.2000 г. (прототип).18. RF patent No. 2152000 for the invention "Method for monitoring the parameters of the internal thread and device for its implementation."
19. Вальков В.М. Контроль в ГАП. - Л.: Машиностроение, Ленингр.отд-е, 1986, с.47-48, рис.2.13, а.19. Valkov V.M. Control in the gap. - L .: Engineering, Leningrad.otd-e, 1986, p. 47-48, fig. 2.13, a.
20. Патент США №6953137.20. US patent No. 6953137.
21. Патент США №4976504.21. US patent No. 4976504.
22. Патент ЕР №0376837.22. Patent EP No. 0376837.
23. Сайт из Интернета http://www.extera.ru23. Website from the Internet http://www.extera.ru
24. Сайт из Интернета http://www.insys-neftegaz.ru24. Website from the Internet http://www.insys-neftegaz.ru
25. Металлопрокат. ру / Новости /17.05.2005 - «Новые резьбовые соединения с маркой ТМК». Сайт Интернета http://www.metalloprokat.ru/news/2005/05/17/news 23342-html25. Metal rolling. ru / News / May 17, 2005 - “New threaded connections with TMK brand”. Internet site http://www.metalloprokat.ru/news/2005/05/17/news 23342-html
Claims (5)
α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°,
а обработку в ПЭВМ полученных данных по формированию профиля резьбы осуществляют по формуле:
hcовi=0,5(h1i+h2i)=T-0,5(d1i+d2i),
где d1i и d2i - значения дальности до точки профиля резьбы с координатой хi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;
h1i и h2i - значения высоты точки профиля резьбы с координатой хi, полученные при сканировании резьбовой поверхности контролируемого изделия соответственно первым и вторым зондирующими лучами;
Т - максимальное расстояние от центра оптической системы триангуляционного измерителя дальности до резьбовой поверхности (постоянная величина, задается конструктивно);
hcoвi - значение высоты точки совмещенного профиля резьбы с координатой хi;
i=0, 1, 2, 3,….1. The method of controlling the parameters of the internal thread, namely, that the controlled product is installed on the base, a triangulation range meter is placed inside the controlled product, with which a first probe beam is formed in the direction of the threaded surface of the controlled product, the triangulated range meter is moved along the thread axis of the controlled product , take diffusion-scattered rays threaded by a threaded surface with a triangulation range meter, convert them to electric signals that are fed to a personal electronic computer (PC), where they process the obtained data to determine the distances to the points of the threaded surface and form a thread profile on their basis, after moving along the axis of the thread, rotate the triangulation range meter to another angular position and repeat the specified sequence of actions, and so on, until the entire threaded surface of the controlled product, which distinguishes the fact that they form a second probe beam using a triangulation range meter in the direction of the threaded surface of the controlled product, while both probe beams are directed so that they lie in the same plane with the axis of the thread of the controlled product and form angles equal to this axis respectively:
α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °,
and processing in the PC of the obtained data on the formation of the thread profile is carried out according to the formula:
h covi = 0.5 (h 1i + h 2i ) = T-0.5 (d 1i + d 2i ),
where d 1i and d 2i are the values of the distance to the point of the thread profile with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product, respectively, the first and second probe beams;
h 1i and h 2i are the values of the height of the point of the thread profile with the coordinate x i obtained by scanning the threaded surface of the controlled product with the first and second probe beams, respectively;
T is the maximum distance from the center of the optical system of the triangulation range meter to the threaded surface (constant value, specified constructively);
h covi is the value of the height of the point of the combined thread profile with the coordinate x i ;
i = 0, 1, 2, 3, ....
α1=(60±30)° и α2=(α1+60)°.2. A device for monitoring the parameters of the internal thread, containing the base on which the controlled product is mounted, a movable carriage made to move along the axis of the thread of the controlled product and equipped with an electric drive and a linear displacement sensor, a triangulation range meter mounted on a moving carriage and equipped with an electric rotation drive around the longitudinal axis and a rotation angle sensor, and a personal electronic computer (PC), the inputs of which are connected They are connected to the outputs of the triangulation range meter, linear displacement sensor, and angle sensor, and the outputs are to electric displacement and rotation sensors, while the triangulation range meter is configured to form the first probe beam in the direction of the threaded surface of the product being monitored and to receive rays diffusely scattered by this surface and has a hollow body with a slot in the side for output and reception of these beams, characterized in that the triangulation range meter fulfilled it is also possible to form a second probe beam in the direction of the threaded surface of the controlled product and to receive rays diffusely scattered by this surface, while both probing beams are directed towards the threaded surface of the controlled product so that they lie in the same plane with the axis of the thread of the controlled products and form with this axis angles equal respectively:
α 1 = (60 ± 30) ° and α 2 = (α 1 +60) °.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103859/28A RU2377494C2 (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008103859/28A RU2377494C2 (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008103859A RU2008103859A (en) | 2009-07-27 |
| RU2377494C2 true RU2377494C2 (en) | 2009-12-27 |
Family
ID=41048170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008103859/28A RU2377494C2 (en) | 2008-01-23 | 2008-01-23 | Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377494C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528033C2 (en) * | 2012-07-10 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Device for diagnostics of condition of inner surface of pipes |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116147555B (en) * | 2023-04-19 | 2023-07-04 | 山东恒圣石墨科技有限公司 | Device for detecting size of internal thread of graphite chuck and control method |
-
2008
- 2008-01-23 RU RU2008103859/28A patent/RU2377494C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528033C2 (en) * | 2012-07-10 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Device for diagnostics of condition of inner surface of pipes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008103859A (en) | 2009-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11199395B2 (en) | Profile inspection system for threaded and axial components | |
| Danzl et al. | Focus variation–a new technology for high resolution optical 3D surface metrology | |
| Feng et al. | Analysis of digitizing errors of a laser scanning system | |
| US6222628B1 (en) | Surface characteristics measurement system and method | |
| Swojak et al. | Assessment of selected metrological properties of laser triangulation sensors | |
| SA109300190B1 (en) | Apparatus, System, and Method for Measuring Thread Features on Pipe or Tube End | |
| CN110631534B (en) | Method for detecting pitch diameter and pitch of taper thread of oil sleeve joint | |
| Kapłonek et al. | Laser methods based on an analysis of scattered light for automated, in-process inspection of machined surfaces: A review | |
| RU2377494C2 (en) | Method of control over parametres of female thread and facility for implementation of this method | |
| Hashmi et al. | Surface Characteristics Measurement Using Computer Vision: A Review. | |
| RU2342632C2 (en) | Optoelectronic device for tubular goods thread control | |
| Tong et al. | A novel laser-based system for measuring internal thread parameters | |
| Yoshizawa et al. | Development of an inner profile measurement instrument using a ring beam device | |
| RU2311610C1 (en) | Electro-optic device for controlling parameters of thread | |
| CN104180772A (en) | Visual inspection device | |
| CN106949849A (en) | Bearing ball deviation from spherical form method for quick based on laser interference Holographic test method | |
| Liu et al. | A reflective fiber optic sensor for surface roughness in-process measurement | |
| JP2899875B2 (en) | Non-contact surface roughness measuring method and its measuring device | |
| Wang et al. | A new structured-laser-based system for measuring the 3D inner-contour of pipe figure components | |
| RU2357204C2 (en) | Optic electronic device for quality control of articles with internal thread | |
| Chian et al. | Determination of tool nose radii of cutting inserts using machine vision | |
| Ehrig et al. | Artefacts with rough surfaces for verification of optical microsensors | |
| Farahi et al. | On machine test of Inverse Projected-Fringe system for measurement of form deviation and surface profile of axisymmetric objects | |
| Goch et al. | Precise alignment of workpieces using speckle patterns as optical fingerprints | |
| KR100344344B1 (en) | Potable Nondestructive and Noncontact Optical Measurement System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140124 |