一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法技术

一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法，在三坐标机测量空间内，根据螺纹接头结构建立空间坐标系，沿着轴线方向对螺纹牙侧面进行采点测量，每一个侧面上的点构成一条直线，所有的直线相互连接形成完整的螺纹牙，相邻直线间互不平行；根据“螺纹中径线上凸起宽度等于沟槽宽度”的原则，通过计算相邻直线间的轴向距离，确定每一个螺纹牙与中径线的交点，利用最小二乘法对所有交点进行直线拟合，得到螺纹中径线方程；计算相邻交点间的轴向距离得到螺纹螺距，通过中径线方程确定每个螺纹牙处的螺纹中径；该方法不需要事先知道螺纹的理论螺距和牙型角，也不需要借助辅助装置，具有适用范围广、测量精度高、方便快捷的特点。

A testing method for pitch and pitch of taper thread of oil casing joint

【技术实现步骤摘要】
一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法
本专利技术涉及检测
，特别涉及一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法。
技术介绍
螺纹接头是油套管的重要组成部分，对油套管的性能具有直接影响，也是油套管最容易发生失效的部位。螺纹参数的精确测量对油套管接头的设计开发和加工制造有着重要作用。井筒中的油套管接头发生力学损坏后，失效分析时往往需要对接头进行计算机几何建模，此时，需要对失效接头进行精确测量，并按照实测数据建立接头的三维模型。在螺纹的众多参数中，中径与螺距是最主要的参数，是判定接头是否合格的重要指标，也是测量难度大的参数。在油套管特殊螺纹接头的优化设计中，有时候需要借助逆向工程技术对现有产品进行测量分析，这也需要对螺纹中径和螺距等关键参数进行高精度测量。业内一直都在探索油套管螺纹中径和螺距的测量手段，以往采用的测量方法主要有三针法、垂直投影法和影像法。三针法是一种间接测量方法，这种方法先要根据被测螺纹的理论螺距和牙型角计算最佳量针直径，然后将三个量针放入螺纹沟槽中，再通过千分尺测量三针外表面之间的尺寸，最后利用公式计算螺纹中径和螺距。该方法在测量过程中要保持最佳测针和螺纹牙侧面的稳定接触，人为因素影响大，且不适用于未知理论螺距和牙型角的螺纹。垂直投影法和影像法将光线射入待测螺纹，得到螺纹影像，然后使用精密仪器测量螺纹影像，得到螺纹中径和螺距值。这些方法获得的螺纹牙影像质量由仪器设备和螺纹表面精度决定，易产生误差，且操作过程繁琐。三坐标测量机是一种高精密测量仪器，可以在一个三维空间范围内获取被测物体上各测点的坐标数据，再通过数学计算得到所需的几何尺寸值，被广泛应用于机械、航空、仪器、国防、交通等各行业。近年来，人们已开始探索利用三坐标机测量螺纹的方法。王庆广等在三坐标测量机的测杆上安装了一种辅助装置，当辅助装置上的高精度圆柱与螺纹牙槽两侧接触后，再用三坐标机测头测量圆柱上的点，最后根据辅助测头在不同位置时的圆心坐标测量数据计算螺纹中径和螺距。刘浩等研究了用三坐标测量机测量螺纹量规的方法，利用细小的探针将整个牙侧面全部测量出来，得到螺纹牙侧面直线，根据两条牙侧面直线计算一个理论最佳测球的球心位置，进而计算各个沟槽的球心位置，通过数据处理计算螺纹中径和螺距。张欣等研究了利用三坐标机测量大尺寸圆柱螺纹量规中径的方法，根据最佳测球直径选择测量机探针，利用三坐标测量机的自定心功能采集四个方向上母线的自定心点数据，再对采集数据处理，得到圆柱螺纹中径和螺距。张波等研制了一套基于三坐标测量机和激光干涉仪的大尺寸圆锥螺纹量规基面中径测量系统。该系统包含一种T形测头，该测头直径为最佳测球直径，移动T形测头分别与三个螺纹沟槽两侧面相切，采集测点数据，再根据数学公式计算螺纹中径和螺距。上述四种方法对利用三坐标机测量螺纹的方法进行了有益的尝试，促进了螺纹测量手段的发展。但这些方法大多是针对螺纹量规的测量开展的研究，测量目的与本文的油套管螺纹测量不同，所以在测量方法上与油套管螺纹测量的考虑不尽相同。第二种、第三种和第四种方法都需要事先知道螺纹的理论螺距和理论牙型角，这不适用于未知参数螺纹的测量与建模；第一种和第四种方法还需要借助辅助装置进行测量；第三种方法不适用于油套管上采用的锥螺纹；第四种方法测得的仅仅是螺纹基面的中径值。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法，在三坐标机测量空间内，根据螺纹接头结构建立空间坐标系，沿着轴线方向对螺纹牙侧面进行采点测量，每一个侧面上的点构成一条直线，所有的直线相互连接形成完整的螺纹牙，相邻直线间互不平行；根据“螺纹中径线上凸起宽度等于沟槽宽度”的原则，通过计算相邻直线间的轴向距离，确定每一个螺纹牙与中径线的交点，利用最小二乘法对所有交点进行直线拟合，得到螺纹中径线方程，计算相邻交点间的轴向距离得到螺纹螺距，通过中径线方程确定每个螺纹牙处的螺纹中径；该方法不需要事先知道螺纹的理论螺距和牙型角，也不需要借助辅助装置，具有适用范围广、测量精度高、方便快捷的特点。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法，包括以下步骤：一、中径线与螺纹轴线之间存在夹角，沟槽宽度为构成沟槽的两螺纹面与中径线交点间的轴向距离，记作m1，凸起宽度为构成凸起的两螺纹面与中径线交点间的轴向距离，记作m2，中径线与螺纹牙相交；二、建立空间坐标系，以油套管螺纹接头端面作为基准平面，首先测量该基准平面，将测量得到的基准平面绕Z轴做空间旋转，使基准平面的法向矢量方向为Z轴方向，然后在基准平面上测量一条直线，将该直线绕Z轴旋转到X轴，直线的矢量方向为X轴方向，Y轴方向自动确定，依据三轴两两垂直原则，只要两轴确定，第三轴自然确定，最后测量中心孔，中心孔的轴线方向与基准平面的交点即为原点；三、规划测量路线和测点数，沿着螺纹接头轴线方向(Z轴方向)对螺纹牙侧面进行测点，为了便于计算，在X-Z平面内确定测量路线，且取X轴正向，由于油套管螺纹牙型较小，其螺纹牙之间测量空间较小，可测量点数少，故在各个螺纹牙上每个侧面测点两处；四、确定中径线与螺纹牙侧线交点，在X-Z平面内，Y轴坐标值为0，则测点坐标为(X，0，Z)，对两个相邻螺纹牙上的三个侧面测点六处，分别记为点A、B、C、D、E、F，则六个测点的坐标分别为(XA，0，ZA)、(XB，0，ZB)、(XC，0，ZC)、(XD，0，ZD)、(XE，0，ZE)、(XF，0，ZF)；五、用测点A和B构造直线LAB，测点C和D构造直线LCD，测点E和F构造直线LEF，做一条与螺纹接头轴线平行的直线，该直线与直线LAB的交点为O′，与直线LCD的交点为O，与直线LEF的交点为O″。则在直线LCD上必然存在一点O，使得线段O′O的长度h1等于线段OO″的长度h2，根据几何知识，此点O同时满足m1＝m2，根据螺纹中径线的定义，O点的位置即为螺纹中径线与直线LCD的交点；直线LAB的数学表达式为：Z＝(X-XA)(ZB-ZA)+ZA(XB-XA)(公式1)直线LCD的数学表达式为：Z＝(X-XC)(ZD-ZC)+ZC(XD-XC)(公式2)直线LEF的数学表达式为：Z＝(X-XE)(ZF-ZE)+ZE(XF-XE)(公式3)六、设交点O的坐标为(X，0，Z)，过点O处相邻两直线间轴向距离为h，即有h1＝h2＝h，则O′点坐标是(X，0，Z+h)、O″点坐标是(X，0，Z-h)；将O(X，0，Z)、O′(X，0，Z+h)、O″(X，0，Z-h)分别带入公式1、公式2、公式3中，得：引入直线斜率计算公式和则原方程变为：由公式5得：七、设中径线与各螺纹牙的交点为Oi，对应的交点坐标为Oi(Xi，0，Zi)，Xi和Zi分别由公式6和公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n一、中径线与螺纹轴线之间存在夹角，沟槽宽度为构成沟槽的两螺纹面与中径线交点间的轴向距离，记作m

【技术特征摘要】
1.一种油套管接头锥螺纹中径和螺距的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、中径线与螺纹轴线之间存在夹角，沟槽宽度为构成沟槽的两螺纹面与中径线交点间的轴向距离，记作m1，凸起宽度为构成凸起的两螺纹面与中径线交点间的轴向距离，记作m2，中径线与螺纹牙相交；
二、建立空间坐标系，以油套管螺纹接头端面作为基准平面，首先测量该基准平面，将测量得到的基准平面绕Z轴做空间旋转，使基准平面的法向矢量方向为Z轴方向，然后在基准平面上测量一条直线，将该直线绕Z轴旋转到X轴，直线的矢量方向为X轴方向，Y轴方向自动确定，依据三轴两两垂直原则，只要两轴确定，第三轴自然确定，最后测量中心孔，中心孔的轴线方向与基准平面的交点即为原点；
三、规划测量路线和测点数，沿着螺纹接头轴线方向(Z轴方向)对螺纹牙侧面进行测点，为了便于计算，在X-Z平面内确定测量路线，且取X轴正向，由于油套管螺纹牙型较小，其螺纹牙之间测量空间较小，可测量点数少，故在各个螺纹牙上每个侧面测点两处；
四、确定中径线与螺纹牙侧线交点，在X-Z平面内，Y轴坐标值为0，则测点坐标为(X，0，Z)，对两个相邻螺纹牙上的三个侧面测点六处，分别记为点A、B、C、D、E、F，则六个测点的坐标分别为(XA，0，ZA)、(XB，0，ZB)、(XC，0，ZC)、(XD，0，ZD)、(XE，0，ZE)、(XF，0，ZF)；
五、用测点A和B构造直线LAB，测点C和D构造直线LCD，测点E和F构造直线LEF，做一条与螺纹接头轴线平行的直线，该直线与直线LAB的交点为O′，与直线LCD的交点为O，与直线LEF的交点为O″；则在直线LCD上必然存在一点O，使得线段O′O的长度h1等于线段OO″的长度h2，根据几何知识，此点O同时满足m1＝m2，根据螺纹中径线的定义，O点的位置即为螺纹中径线与直线LCD的交点；
直线LAB的数学表达式为：
Z＝(X-XA)(ZB-ZA)+ZA(XB-XA)
(公式1)
直线LCD的数学表达式为：
Z＝(X-XC)(ZD-ZC)+ZC(XD-XC)
(公式2)

【专利技术属性】
技术研发人员：张建兵，王洋洋，张晓梅，杨紫晔，鞠录岩，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61