CN111238381A - 自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法。目前测量钢管外螺纹参数是接触式与非接触式测量，两种测量普遍存在精度不高、测头磨损、图像模糊等缺点。本发明其组成包括：支撑平台I（1），支撑平台I为上方为凹槽结构，凹槽内安装有丝杆装置I（10），凹槽两端凸起处具有导轨并通过导轨与支撑平台II（2）连接，支撑平台II上平面安装有丝杆装置II（9），丝杆装置II上方通过支座与支撑平台III（3）连接，支撑平台III的侧板上安装有支撑平台IV（4），支撑平台IV内安装有丝杆装置III（8），支撑平台IV侧面通过支座与转动轴I（7）连接，转动轴I与支撑平台V（5）固定，支撑平台V内安装有转向装置。本发明用于自动测量钢管的外螺纹参数装置。

Description

自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法

技术领域：

本发明涉及一种自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法。

背景技术：

目前石油化工等企业测量钢管外螺纹参数的方法是接触式测量和非接触式测量；接触式测量为每一项参数采用单独一个装置，同时每个装置需要定期检测，普遍存在精度不高、测头容易磨损、重复性波动大和操作繁琐等缺点，成本高，而且容易引入人为误差因素；非接触式测量一般采用光学成像测量，在测量过程中，由于相机广角原因，需要相机运动才能完成参数测量，由此产生运动误差；在相机拍照时，为了提高图片质量，要求保证钢管螺纹相对本设备三个定位精度：沿着X轴的移动和转动，沿着Z轴的转动，即要求钢管螺纹中心轴线所在的竖直平面和光源垂直，并且该平面通过相机焦点，由于钢管长度一般10米左右，直接通过生产线滚送过来，只能保证大致位置精度，而且钢管本身有一定的弯曲，因此相机拍照时，钢管很难达到上述定位要求，将导致相机拍照后的图像尺寸变形和模糊。

发明内容：

本发明的目的是提供一种自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法，具体采用非接触式测量，二个相机一次拍照测量成像，测量出螺纹齿高、螺距和锥度三项参数，降低了成本，设计了被测钢管螺纹和相机光源的定位装置，提高了测量精度，开发了一套参数测量系统，有效提高了测量效率和测量质量。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种自动测量钢管的外螺纹参数装置，其组成包括：支撑平台I，所述的

支撑平台I为上方为凹槽结构，所述的凹槽内安装有丝杆装置I，所述的凹槽两端凸起处具有导轨并通过导轨与支撑平台II连接，所述的支撑平台II上平面安装有丝杆装置II，所述的丝杆装置II上方通过支座与支撑平台III连接，所述的支撑平台III的侧板上安装有支撑平台IV，所述的支撑平台IV内安装有丝杆装置III，所述的支撑平台IV侧面通过支座与转动轴I连接，所述的转动轴I与支撑平台V固定，所述的支撑平台V内安装有转向装置，所述的转向装置包括转动轴II，所述的转动轴II与推片I固定，所述的推片I分别与2个导向轴固定，所述的导向轴穿入到推片II内，所述的推片I与所述的推片II之间安装有2个弹簧I，所述的推片I与所述的支撑平台V侧壁之间安装有2个弹簧II。

所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，所述的支撑平台V为槽型结构，其中一个侧面分别安装有光源I、光源II，另一侧面分别安装有相机I、相机II，所述的支撑平台V的底面上安装有传感器I，所述的支撑平台V侧面方便安装传感器II、传感器III并与所述的相机I与所述的相机II同侧，所述的转动轴II上方安装有传感器IV。

所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，所述的丝杆装置I是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机I，所述的丝杆装置II是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机II，所述的丝杆装置III是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机III，所述的转动轴I上方安装有电机IV，所述的被测钢管放置在所述的支撑平台V的左侧。

一种自动测量钢管的外螺纹参数装置及测量方法，该方法包括如下步骤：

首先本装置在测量钢管螺纹参数的过程中，要求保证钢管螺纹相对本装置

三个定位精度，沿着X轴的移动和转动，沿着Z轴的转动；

本装置的测量过程是：首先电机II、电机I、电机III沿着X轴、Y轴、Z轴直线回零，电机IV绕着Z轴转动回零，等待被测钢管到位，传感器I检测到被测钢管沿着Y轴负向过来后，向生产线和本设备分别发送信号，被测钢管停止运动，电机I沿着Y轴正向进给，传感器III和传感器II都检测到被测钢管后，传感器III通知电机I沿着Y轴减速并正向进给一个固定距离，保证推片II接触到被测钢管端面，此时，由于被测钢管不动，推片II被推动以导向轴作为导向，沿着Y轴负向运动，弹簧I被压缩并产生弹力，在此弹力作用下，和转动轴II固连在一起的推片I沿着Z轴产生转动，转动轴II和传感器IV直接连接在一起，传感器IV记录下转动角度并发送给电机IV，电机IV和转动轴I直接连接在一起，转动轴I和支撑平台V固定连接在一起，电机IV转动该角度，从而修正钢管沿着Z轴的转动偏差；

上述动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证被测钢管端面和推片II分开，完成上述动作后，传感器II为距离传感器，将数值传递给电机II，电机II沿着X轴方向直线移动修正偏差，该动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证钢管端面大致位于相机拍照区域，启动相机拍照被测钢管端面，通过图片分析，获得钢管沿着X轴方向的转动偏差数值，该动作完成后，电机I沿着Y轴正向运动一定距离，保证被测钢管螺纹位于相机拍照区域，启动相机拍照钢管螺纹，获得螺纹图像；

此时将被测钢管沿着X轴方向的转动偏差数值传递给计算机内部软件，计算机内部软件处理图像获得螺纹参数，然后电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证传感器I检测不到被测钢管后，将检测结果发送给生产线，如果螺纹参数合格，将钢管流转到下一工位，如果参数不合格，发出报警，将被测钢管流转到废品工位，设备处于就位状态，等待下一根被测钢管。

有益效果：

1. 本发明采用非接触式测量，通过二个相机一次拍照测量成像，能够准确

测量出螺纹齿高、螺距和锥度三项参数，有效地降低了检测成本，具有测量效率高，准确性高，并且实现了在线测量。

本发明设计了被测钢管螺纹和相机光源的定位装置，提高了测量精度，并提高了测量效率和测量质量，测量效率高是指，人工测量三项参数，从测量到记录完成需要90秒左右，利用该装置测量只需40秒左右就能够完成。

本发明设计了钢管螺纹三个方向的定位装置，有效提高了成像精度，根据美国石油协会标准（API标准），我们利用该装置现场测量了标准螺纹的三项参数，分别是齿高、螺距和锥度，每个参数我们重复测量5次，完全符合API标准，而且数据稳定。

本发明降低了成本，传统是采用人工测量需要三班倒，每个工人工资要3000元左右每个月，那么1年人工工资就要11万元左右，还有手动测量仪表装置以及校准装置等1年要5万元左右，同时校准装置定期还要到计量局进行校准，合计每年消耗18万元，而该装置成本20万元左右，没有太多消耗品，因此降低了成本；通过处理现场，我们可以实现在线测量。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1的左视图。

附图3是附图1的俯视图。

附图4是本发明的立体图。

附图5是本发明计算机软件的程序流程图。

其中：1 支撑平台I、2 支撑平台II、3 支撑平台III、4 支撑平台IV、5 支撑平台V、6 转动轴II、7 转动轴I、8丝杆装置III、9丝杆装置II、10 丝杆装置I、11电机III、12 电机IV、13 电机I、14电机II、15相机I、16相机II、17 光源I、18光源II、19 传感器IV、20 传感器III、21 传感器II、22传感器I、23 推片II、24 弹簧I、25 导向轴、26推片I、27弹簧II。

具体实施方式：

实施例1：

一种自动测量钢管的外螺纹参数装置，其组成包括：支撑平台I1，所述的支撑平台I为上方为凹槽结构，所述的凹槽内安装有丝杆装置I10，所述的凹槽两端凸起处具有导轨并通过导轨与支撑平台II2连接，所述的支撑平台II上平面安装有丝杆装置II9，所述的丝杆装置II上方通过支座与支撑平台III3连接，所述的支撑平台III的侧板上安装有支撑平台IV4，所述的支撑平台IV内安装有丝杆装置III8，所述的支撑平台IV侧面通过支座与转动轴I7连接，所述的转动轴I与支撑平台V5固定，所述的支撑平台V内安装有转向装置，所述的转向装置包括转动轴II6，所述的转动轴II与推片I26固定，所述的推片I分别与2个导向轴25固定，所述的导向轴穿入到推片II23内，所述的推片I与所述的推片II之间安装有2个弹簧I24，所述的推片I与所述的支撑平台V侧壁之间安装有2个弹簧II27。

实施例2：

根据实施例1所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，所述的支撑平台V为槽型结构，其中一个侧面分别安装有光源I17、光源II18，另一侧面分别安装有相机I15、相机II16，所述的支撑平台V的底面上安装有传感器I22，所述的支撑平台V侧面方便安装传感器II21、传感器III20并与所述的相机I与所述的相机II同侧，所述的转动轴II上方安装有传感器IV19。

实施例3：

根据实施例2所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，所述的丝杆装置I是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机I13，所述的丝杆装置II是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机II14，所述的丝杆装置III是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机III11，所述的转动轴I上方安装有电机IV12，所述的被测钢管放置在所述的支撑平台V的左侧。

实施例4：

一种利用实施例1-3所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置的测量方法，该方法包括如下步骤：

首先本装置在测量钢管螺纹参数的过程中，要求保证钢管螺纹相对本装置

三个定位精度，沿着X轴的移动和转动，沿着Z轴的转动；

本装置的测量过程是：首先电机II、电机I、电机III沿着X轴、Y轴、Z轴直线回零，电机IV绕着Z轴转动回零，等待被测钢管到位，传感器I检测到被测钢管沿着Y轴负向过来后，向生产线和本设备分别发送信号，被测钢管停止运动，电机I沿着Y轴正向进给，传感器III和传感器II都检测到被测钢管后，传感器III通知电机I沿着Y轴减速并正向进给一个固定距离，保证推片II接触到被测钢管端面，此时，由于被测钢管不动，推片II被推动以导向轴作为导向，沿着Y轴负向运动，弹簧I被压缩并产生弹力，在此弹力作用下，和转动轴II固连在一起的推片I沿着Z轴产生转动，转动轴II和传感器IV直接连接在一起，传感器IV记录下转动角度并发送给电机IV，电机IV和转动轴I直接连接在一起，转动轴I和支撑平台V固定连接在一起，电机IV转动该角度，从而修正钢管沿着Z轴的转动偏差；

上述动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证被测钢管端面和推片II分开，完成上述动作后，传感器II为距离传感器，将数值传递给电机II，电机II沿着X轴方向直线移动修正偏差，该动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证钢管端面大致位于相机拍照区域，启动相机拍照被测钢管端面，通过图片分析，获得钢管沿着X轴方向的转动偏差数值，该动作完成后，电机I沿着Y轴正向运动一定距离，保证被测钢管螺纹位于相机拍照区域，启动相机拍照钢管螺纹，获得螺纹图像；

此时将被测钢管沿着X轴方向的转动偏差数值传递给计算机内部软件，计算机内部软件处理图像获得螺纹参数，然后电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证传感器I检测不到被测钢管后，将检测结果发送给生产线，如果螺纹参数合格，将钢管流转到下一工位，如果参数不合格，发出报警，将被测钢管流转到废品工位，设备处于就位状态，等待下一根被测钢管。

所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置的传动关系：

该装置主体结构由四个电机、三个丝杠、二根转动轴、五个支撑平台、二个相机、二个光源、一套移动转向装置、四个传感器组成；其传动关系是：支撑平台I固定不动，上面安装丝杆装置I和电机I；支撑平台II沿着Y轴往复直线运动，和丝杆装置I通过丝杠螺母连接在一起，上面安装丝杆装置II和电机II；支撑平台III沿着X轴往复直线运动，和丝杆装置II通过丝杠螺母连接在一起，上面安装丝杆装置III和电机III，以及传感器I；支撑平台IV沿着Z轴往复直线运动，和丝杆装置III通过丝杠螺母连接在一起，上面安装转动轴I和电机IV；支撑平台V沿着Z轴转动，和转动轴I固连在一起，上面安装二个相机、二个光源、一套转向装置（包括推片、导向轴和弹簧）、三个传感器，其中，相机、光源、传感器II、传感器III都固定在支撑平台V的侧面，相机I和光源I轴线保持同轴，轴线平行X轴，相机II和光源II轴线保持同轴，轴线平行X轴，传感器IV和转动轴II连接在一起，转动轴II沿着Z轴转动，推片I和转动轴II固连在一起，其两端通过弹簧II的拉伸（拉伸在支撑平台V上面）保持稳定，推片II通过弹簧I、导向轴和推片I连接在一起，导向轴垂直固定在推片I上，推片II通过导向轴可以沿着Y轴往复直线运动，弹簧I为压缩弹簧。

所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置的工作原理是：

主要测量生产线上钢管外螺纹三项参数：齿高、齿螺距和齿锥度，钢管长度10m左右；首先是被测钢管沿着Y轴负向运动，传感器I检测到被测钢管后，向生产线和本装置同时发送指令，被测钢管停止运动，同时电机I驱动支撑平台II沿着Y轴正向运动，传感器II和传感器III分别被触发后，支撑平台II减速运动，此时推片II和被测钢管端面接触，通过程序设定支撑平台II行走一个固定距离后停止运动，在被测钢管端面的推动下，推片II沿着导向轴移动一定距离，同时推片I沿着转动轴II的轴线转动一个角度，传感器IV接收此角度值并将该值传送给电机IV，带动转动轴I转动，从而修正钢管沿着Z轴方向的转动偏差，修正完成后，支撑平台II沿着Y轴负方向运动一定距离，保证钢管端面和推片II脱开后，传感器II为距离传感器，测量出和钢管的距离后，将数值传送给电机II，让支撑平台III移动该数值，修正钢管沿着X轴方向的移动偏差，修正完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证钢管端面大致位于相机拍照区域，启动相机拍照钢管端面，通过图片分析，获得钢管沿着X轴方向的转动偏差数值；然后支撑平台II沿着Y轴正方向运动一定距离，保证螺纹位于相机拍照区域，然后传感器I将测量得到的数据传送给电机III，所述的电机III驱动支撑平台IV沿着Z轴移动，将螺纹调整到相机视角范围内，相机开始拍照，完成后续工作。

利用该装置现场测量了标准螺纹的三项参数，分别是齿高、螺距和锥度，如表1所示，每个参数我们重复测量5次，表1中“标准要求”为API标准，可以看出，完全符合API标准，而且数据稳定；降低成本是指：采用人工测量需要三班倒，每个工人工资要3000元左右每个月，那么1年人工工资就要11万元左右，还有手动测量仪表装置以及校准装置等1年要5万元左右，同时校准装置定期还要到计量局进行校准，合计每年消耗18万元，而该装置成本20万元左右，没有太多消耗品，因此降低了成本；通过处理现场，我们可以实现在线测量。

表1为测量结果：

Claims (4)

1.一种自动测量钢管的外螺纹参数装置，其组成包括：支撑平台I，其特征

是：所述的支撑平台I为上方为凹槽结构，所述的凹槽内安装有丝杆装置I，所述的凹槽两端凸起处具有导轨并通过导轨与支撑平台II连接，所述的支撑平台II上平面安装有丝杆装置II，所述的丝杆装置II上方通过支座与支撑平台III连接，所述的支撑平台III的侧板上安装有支撑平台IV，所述的支撑平台IV内安装有丝杆装置III，所述的支撑平台IV侧面通过支座与转动轴I连接，所述的转动轴I与支撑平台V固定，所述的支撑平台V内安装有转向装置，所述的转向装置包括转动轴II，所述的转动轴II与推片I固定，所述的推片I分别与2个导向轴固定，所述的导向轴穿入到推片II内，所述的推片I与所述的推片II之间安装有2个弹簧I，所述的推片I与所述的支撑平台V侧壁之间安装有2个弹簧II。

2.根据权利要求1所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，其特征是：所述的支撑平台V为槽型结构，其中一个侧面分别安装有光源I、光源II，另一侧面分别安装有相机I、相机II，所述的支撑平台V的底面上安装有传感器I，所述的支撑平台V侧面方便安装传感器II、传感器III并与所述的相机I与所述的相机II同侧，所述的转动轴II上方安装有传感器IV。

3.根据权利要求2所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置，其特征是：所述的丝杆装置I是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机I，所述的丝杆装置II是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机II，所述的丝杆装置III是丝杆通过丝杠螺母连接在一起并在端部连接电机III，所述的转动轴I上方安装有电机IV，所述的被测钢管放置在所述的支撑平台V的左侧。

4.一种利用权利要求1-3之一所述的自动测量钢管的外螺纹参数装置的测量方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

首先本装置在测量钢管螺纹参数的过程中，要求保证钢管螺纹相对本装置

三个定位精度，沿着X轴的移动和转动，沿着Z轴的转动；

本装置的测量过程是：首先电机II、电机I、电机III沿着X轴、Y轴、Z轴直线回零，电机IV绕着Z轴转动回零，等待被测钢管到位，传感器I检测到被测钢管沿着Y轴负向过来后，向生产线和本设备分别发送信号，被测钢管停止运动，电机I沿着Y轴正向进给，传感器III和传感器II都检测到被测钢管后，传感器III通知电机I沿着Y轴减速并正向进给一个固定距离，保证推片II接触到被测钢管端面，此时，由于被测钢管不动，推片II被推动以导向轴作为导向，沿着Y轴负向运动，弹簧I被压缩并产生弹力，在此弹力作用下，和转动轴II固连在一起的推片I沿着Z轴产生转动，转动轴II和传感器IV直接连接在一起，传感器IV记录下转动角度并发送给电机IV，电机IV和转动轴I直接连接在一起，转动轴I和支撑平台V固定连接在一起，电机IV转动该角度，从而修正钢管沿着Z轴的转动偏差；

上述动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证被测钢管端面和推片II分开，完成上述动作后，传感器II为距离传感器，将数值传递给电机II，电机II沿着X轴方向直线移动修正偏差，该动作完成后，电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证钢管端面大致位于相机拍照区域，启动相机拍照被测钢管端面，通过图片分析，获得钢管沿着X轴方向的转动偏差数值，该动作完成后，电机I沿着Y轴正向运动一定距离，保证被测钢管螺纹位于相机拍照区域，启动相机拍照钢管螺纹，获得螺纹图像；

此时将被测钢管沿着X轴方向的转动偏差数值传递给计算机内部软件，计算机内部软件处理图像获得螺纹参数，然后电机I沿着Y轴负向运动一定距离，保证传感器I检测不到被测钢管后，将检测结果发送给生产线，如果螺纹参数合格，将钢管流转到下一工位，如果参数不合格，发出报警，将被测钢管流转到废品工位，设备处于就位状态，等待下一根被测钢管。

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