СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОЙ РЕЗЬБЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01B11/30 G01B3/40 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве и эксплуатации разнообразных изделий, имеющих наружную резьбу, например, труб, используемых для сборки колонн насосно-компрессорных, бурильных, обсадных и др. труб, болтов, инструментов и т.д.

Известны способ и устройство контроля резьбы бурильных труб [1], содержащие узел базирования, в который устанавливают контролируемую трубу, и обойму с калибром, который навинчивают с определенным усилием на трубу вручную или с помощью механики, и при этом автоматически контролируют усилие навинчивания. По этому усилию судят о качестве резьбы.

Недостатком известных способа и устройства является то, что они пригодны для контроля только новых труб и не годятся для регламентных работ, поскольку износ резьбы бурильных труб неравномерный, и необходимо определить место и степень износа конкретного витка, чтобы выяснить, можно ли данную резьбу эксплуатировать дальше, нужен ли ремонт и какой. Кроме того, данные способ и устройство не дают достоверной информации, поскольку о качестве резьбы судят по косвенному параметру - усилию навинчивания. Способ измерения на этом оборудовании трудоемок и неудобен.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля натяга конической резьбы и реализующее его устройство [2], которое выбрано за прототип. Способ - прототип заключается в том, что устанавливают контролируемую трубу на позицию контроля, проводят снятие информации, обработку, анализ и представление полученной информации, в качестве средства для снятия информации используют калибр-кольцо, который навинчивают на контролируемый резьбовой участок, регистрируют число его оборотов и по нему судят о качестве резьбового участка.

Устройство - прототип содержит позицию контроля и калибр-кольцо, который навинчивается на резьбу контролируемой детали. Имеется контактный датчик, который при начале навинчивания приходит в соприкосновение с контролируемой деталью и сигнал от которого через токосъемник передается на датчик, который включает регистрирующее устройство подсчета числа оборотов калибра-кольца.

Способ и устройство - прототип обладают рядом недостатков. Они пригодны в основном для контроля новых труб и не годятся для регламентных и восстановительных работ, поскольку износ резьбы насосно-компрессорных, бурильных и др. труб неравномерный. При этом необходимо определить место и степень износа конкретного витка, чтобы выяснить, можно ли данную резьбу эксплуатировать дальше, нужен ли ремонт и какой. Известные способ и устройство не дают достоверной информации, поскольку о качестве резьбы судят по косвенному параметру - числу оборотов калибра при навинчивании. Между тем, известно, что резьбовое соединение насосно- компрессорных и бурильных труб испытывает очень большую нагрузку (как статическую - растягивающее усилие от веса колонны, так и динамическую, вызванную движениями инструмента и растворов, различными вибрациями), а также разрушающее воздействие агрессивных сред. На практике очень важно иметь объективную картину состояния резьбы в процессе эксплуатации.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение - создание простого, достоверного, объективного способа контроля параметров наружной резьбы трубы и оборудования для реализации данного способа в процессе регламентных и восстановительных работ, позволяющее иметь максимально полную объективную картину резьбового участка изделия, с тем, чтобы оперативно решать вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации данного участка изделия или необходимости и объеме его ремонта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля параметров наружной резьбы, согласно которому устанавливают контролируемое изделие в узел базирования, проводят съем информации с помощью средства для съема информации, выполненного в виде оптоэлектронной головки, включающей расположенные по разные стороны от контролируемого резьбового участка источник и приемник светового излучения, которое перемещают вдоль продольной оси контролируемой трубы, при этом облучают контролируемый резьбовой участок световым потоком, с помощью приемника излучения принимают световой сигнал, прошедший контролируемую поверхность резьбового участка, который преобразуют в электрический, а затем в цифровой сигнал, передают и обрабатывают в ПЭВМ, причем, по завершении движения по одному сечению резьбового участка средство для снятия информации и/или контролируемую трубу поворачивают в другое угловое положение и вновь осуществляют движение вдоль резьбового участка.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля резьбы труб, содержащем узел базирования для установки контролируемого изделия и средство для съема информации, в отличие от прототипа, узел базирования представляет собой цилиндрическую трубу с прорезями, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси на подставках, жестко связанных с координатным столом, выполненным с возможностью перемещения вдоль продольной оси, на цилиндрической трубе жестко закреплено средство для съема информации, представляющее собой одну или более платформы с закрепленными на них оптическими системами, содержащими расположенные по разные стороны от контролируемого изделия и оптически сопряженные через прорези в трубе источник параллельного светового потока (например, полупроводниковый лазер) и приемник светового потока, выполненный в виде фотоприемной матрицы, выход которой соединен через электронный блок первичной обработки информации с ПЭВМ.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что координатный стол снабжен датчиком координат.

Поставленная задача решается тем, что узел базирования снабжен электроприводом перемещения, соединенным с ПЭВМ.

Поставленная задача решается тем, что узел базирования снабжен электроприводом поворота, соединенным с ПЭВМ.

На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства. Устройство для контроля резьбы состоит из узла базирования 1, выполненного в виде полой цилиндрической трубы 2 с прорезями 3, внутри которой располагается контролируемое изделие 4. Узел базирования 1 установлен в подшипниках 5 на опоре 6, которая, в свою очередь, жестко закреплена на координатном столе 7, выполненном с возможностью перемещения вдоль продольной оси. Для обеспечения продольного перемещения стол 7 снабжен электроприводом перемещения (не показан). На узле базирования 1 жестко закреплены одно или несколько (в нашем случае - два) устройств для снятия информации, каждое из которых представляет собой платформу 8, на которой закреплены источник параллельного светового потока, например, полупроводниковый лазер 9 и приемник светового потока 10, выполненный в виде фотоприемной матрицы, выход которой соединен с блоком первичной обработки информации 11 (в нашем случае - двухканальным), выход которого соединен с блоком анализа и представления информации, в качестве которого использована ПЭВМ 12.

Узел базирования 1 выполнен с возможностью поворота вокруг своей оси на 360^o, 180^o, 120^o и т.д., пропорционально соответственно количеству каналов одновременных измерений резьбы: 1, 2, 3 и т.д. Таким образом, чем больше количество каналов, тем на меньший угол необходимо поворачивать узел базирования 1 для обеспечения измерений всей резьбовой поверхности. Для задания углового положения узла базирования 1 имеется электропривод поворота, например, на основе шагового электродвигателя (не показан). Электропривод перемещения и электропривод поворота связаны с ПЭВМ 12.

Реализация блока первичной обработки информации является общеизвестной и описана, например, в [3].

Заявляемый способ реализуется с помощью заявляемого устройства следующим образом. Контролируемое изделие 4 подводится к узлу контроля, вставляется в узел базирования 1 таким образом, чтобы начало резьбового участка контролируемого изделия 4 примерно совпало с началом прорези 3 в узле базирования 1. Поскольку каналов для снятия информации о резьбе два, производится одновременный контроль параметров верхней и нижней половины резьбового участка контролируемого изделия 4. Включается привод продольного перемещения координатного стола 7, начинается движение узла базирования 1 вдоль неподвижного контролируемого изделия 4 и сканирование его резьбового участка световым потоком от источника 9. При измерении реализуется теневой метод контроля. Фотоприемные матрицы 10 засвечиваются в соответствии с профилем и наружным диаметром резьбы. Соответствующие электрические информационные сигналы выделяются и предварительно обрабатываются в блоке первичной обработки информации 11, откуда поступают в ПЭВМ 12. Туда же поступают данные о линейных и угловых координатах устройства для снятия информации.

После проведения измерений (сканирования) резьбового участка в одном угловом положении, программно задают угол поворота цилиндрической трубы в другое угловое положение. Величина шага поворота задается исходя из требуемой дискретности измерений резьбовой поверхности изделия.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 360536.

2. Авторское свидетельство СССР N 1025990, прототип.

3. Системы технического зрения. Справочник (В.И.Сырямкин, В.С. Титов, Ю. Г. Якушенков, Р.М. Галиулин и др.). Под общ. ред. В.И.Сырямкина и В.С.Титова - Томск, МГП "Раско" издательства "Радио и связь", 1993 г., с. 36 - 132.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к измерительной технике с помощью оптоэлектронных приборов, и может быть использовано при производстве и эксплуатации деталей и устройств, имеющих наружную резьбу. Заявленное устройство содержит источник и приемник лазерного излучения, расположенные по разные стороны от контролируемого резьбового участка, электромеханическую систему, с помощью которой осуществляют перемещение вдоль контролируемого резьбового соединения и поворот контролируемой детали и/или средства для снятия информации в следующее угловое положение, ПЭВМ для обработки данных и подачи сигнала для перемещения в электромеханическую систему. Технический результат - контроль неравномерного износа наружной резьбы нагруженных деталей и определение места и степени износа конкретного витка, осуществляемые в процессе ремонта трубопроводов и т.п., достигается благодаря использованию для измерений фотоприемной матрицы в оптоэлектронной головке и датчика линейных и угловых перемещений, выходы которого связаны с блоком первичной обработки информации. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля параметров наружной резьбы, заключающийся в том, что устанавливают контролируемое изделие в узел базирования, проводят съем информации, ее обработку, анализ и представление, отличающийся тем, что средство для съема информации, выполненное в виде оптоэлектронной головки, включающей расположенные по разные стороны от контролируемого резьбового участка источник и приемник оптического излучения, перемещают вдоль продольной оси контролируемого изделия, при этом облучают контролируемый резьбовой участок световым потоком, с помощью приемника излучения принимают световой сигнал, прошедший через контролируемый резьбовой участок, который преобразуют в электрический, а затем в цифровой сигнал, передают и обрабатывают в ПЭВМ, причем по завершении движения по одному сечению резьбового участка средство для снятия информации и/или контролируемое изделие поворачивают в другое угловое положение и вновь осуществляют движение вдоль резьбового участка. 2. Устройство для контроля параметров наружной резьбы, содержащее узел базирования для установки контролируемого изделия, и средство для съема информации, отличающееся тем, что узел базирования представляет собой цилиндрическую трубу с прорезями, установленную с возможностью вращения вокруг продольной оси на подставках, жестко связанных с координатным столом, выполненным с возможностью перемещения вдоль продольной оси, на цилиндрической трубе жестко закреплено средство для съема информации, представляющее собой одну или более платформы с закрепленными на них оптическими системами, содержащими расположенные по разные стороны от контролируемого изделия и оптически сопряженные через прорези в трубе источник параллельного светового потока (например, полупроводниковый лазер) и приемник светового потока, выполненный в виде фотоприемной матрицы, выход которой соединен через электронный блок первичной обработки информации с ПЭВМ. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что координатный стол снабжен датчиком координат. 4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что узел базирования снабжен электроприводом перемещения, соединенным с ПЭВМ. 5. Устройство по любому из пп.2 - 4, отличающееся тем, что узел базирования снабжен электроприводом поворота, соединенным с ПЭВМ.