管端部的螺纹要素测量装置、螺纹要素测量系统和螺纹要素测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种管端部的螺纹要素测量装置、螺纹要素测量系统和螺纹要素测量方法，利用光学式传感器（２），对漏出到相对于管轴线光源（２１）而言位于相反一侧的光中的与螺纹槽（Ａ４）大致平行的光进行检测，来测量第１螺纹要素。此外，通过使接触式传感器（３）的接触探头（３１）与螺纹牙侧面（Ａ８）接触，检测接触时的接触探头（３１）的空间坐标，由此测量第２螺纹要素。被分别检测到的第１和第２螺纹要素由运算处理部件（４）合成，运算测量对象的螺纹的螺纹要素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及测量油井管等带螺纹的管的管端部的螺纹要素的螺纹要素测量装置 以及包括能应用于具有带螺纹的管的检查工序的管的制造线和精整线等自动连续处理线 的上述螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统。此外，本专利技术涉及使用上述螺纹要素测量 装置的螺纹要素测量方法。
技术介绍
以往，使用在油井管等中连接管端部之间的基础上，在该管端部形成螺纹，利用该 螺纹连接的方法。随着对油井的深化、腐蚀环境性的要求，该螺纹在螺纹形状等方面进行了 各种改善(例如参照非专利文献1)。该螺纹(包括从后述的图6的螺纹部到顶端的密封 部)的形状对油井管的品质来说是重要的。根据情况不同，这样的螺纹形成在长度达到几十m，重量达到几百kg重的管的端 部，并且具有复杂·高精度的螺纹形状。图6是表示带螺纹的管的管端部的一个例子的剖视图，图7是图6的螺纹部的局 部放大图。如图6所示，在管端部的螺纹A2有时会包括设有螺纹牙A3和螺纹槽A4的螺纹 部A5、设于该螺纹部A5顶端侧的平行部A7和设于管的顶端部并具有锥形状的密封部A6， 设计、加工成各自适当的尺寸。此外，该螺纹中，具有复杂形状的各部的要素分别规定有公 差，成为重要的品质管理项目。以往，上述品质管理项目由人工测量，但是从省力、抑制人为误差、测量的高速化 和高精度化的观点出发，试行开发了更加高精度的自动测量技术。具体而言，作为为了在管端部的螺纹加工后进行检验而测量设于该管端部的螺纹 的螺纹要素的技术，公知有以下的自动测量装置，即，相对于螺纹槽大致平行地照射来自光 源的平行光，具有对漏出到相对于管轴线而言位于与上述光源相反一侧的光进行检测的光 学式传感器，基于该光学式传感器的检测结果测量螺纹要素(例如参照专利文献1、2)。在专利文献1中，公开了以下的方法，S卩，在对螺纹槽照射平行光，检测通过螺纹 的光的方法中，以假想接触式传感器的触头的图像与所测量的螺纹形状线图(以后称为螺 纹轮廓)内切的方式重合，用此时的假想的触头的坐标测量螺纹要素。专利文献1记载的 方法是以利用导出接近以前人工用API测量仪(带触头的接触式测量仪)等进行的检查结 果的输出，将以往结果假定为真值的基础上得到高精度的输出为目标的方法。另外，在该方 法中，光源使用商光灯，光检测器使用CCD摄像机。此外，在专利文献2中公开有以下的结构，即，以接触式来测量机械密封件的端面 位置、倾斜度，求出螺纹端面的位置、倾斜度，并且以接触式来测量密封部、螺纹部等的外 径，另一方面，以非接触式(光学式)来测量外形(表面的凹凸形状)即螺纹轮廓。即，将 以接触式来测量的螺纹轴线的倾斜度、螺纹部的外径为基准，以非接触式来测量并合成螺 纹接头的准确的形状的方法。该测量法通过将以接触式测量的高精度的数据为基础，进行3螺纹轴线的倾斜度校正等而谋求高精度化，并且通过以光学式来测量需要测量点数多的螺 纹轮廓而谋求迅速化。作为光学式的测量，投射激光束来作为平行光，利用隔着螺纹置于对 面的光检测器，由该激光束来检测被螺纹所遮挡的位置的方法。此外，在专利文献2中还公 开了以下的方法，即，作为温度的影响而考虑热膨胀，在测量了基准样品的温度之后，用其 结果进行校正。非专利文献1 小笠原昌雄、《最近的油井管接头》铁与钢日本铁工协会会志、 1993 年 5 月 1 日、Vol. 79、No. 5、pp. N352-N355专利文献1 日本特许第3552440号公报专利文献2 日本特开昭63-212808号公报但是，在上述技术中，尚不能达到提供能够自动且迅速、高精度地测量所有的螺纹 要素的技术。特别是对于螺纹部A5中的位于螺纹牙A3和螺纹槽A4之间的牙侧面A8(参 照图6、7)的螺纹要素，仍难以得到足够的测量精度。而且，随着最近螺纹形状复杂化，测量的难度进一步增加。例如，如非专利文献1 和图7所示，在油井管等中，使用形成有如下螺纹的带螺纹的管即，在对各管端部之间进 行连接时，该管端部的螺纹牙的管轴线方向内方侧的牙侧面A8，即对管轴线方向的拉伸力 施加载荷的一侧的牙侧面A8成为随着从上述螺纹牙A3的顶端部向基端部去而接近螺纹牙 中央部的牙侧面(以下称为钩状牙侧面A8h)。对于这样的钩状牙侧面A8h的螺纹要素，自 动测量更加困难。
技术实现思路
本专利技术是鉴于该问题而提出的，其目的在于提供一种即使是带螺纹的管的管端部 的螺纹要素中的与牙侧面相关的螺纹要素都能高精度地测量出的螺纹要素测量装置、具有 该螺纹要素测量装置的螺纹要素测量系统和用螺纹要素测量装置的螺纹要素测量方法。本专利技术的专利技术人研究了上述以往方法的问题点。结果，得到了以下的见解。1.由于用光学式传感器测量牙侧面而产生的问题首先，如图7所示，研究了与作为位于螺纹牙和螺纹槽之间的面的牙侧面相关的 螺纹要素测量的问题点。在带螺纹的管的品质评价中，螺纹(在管的管端部具有与车床加 工的螺纹轴线同轴线的加工部位)的牙侧面的位置是必要的，例如列举有螺纹牙的宽度、 螺纹槽的宽度、螺纹节距或螺纹升角等。能够以与螺纹轴线(与螺纹外周相切的面或螺纹 槽的底面的对称轴线)平行且通过牙侧面的螺纹牙的高度方向中央部的坐标轴为基准测 量螺纹牙的宽度、螺纹槽的宽度、螺纹节距或螺纹升角等。例如，螺纹节距、螺纹升角能够通 过相邻的螺纹牙的相对应的牙侧面的螺纹牙高度方向中央部之间的间隔求出。在此，在专利文献1和2中记载了利用对螺纹槽照射平行光，检测经过螺纹的光的 方法，测量螺纹轮廓。但是，由于螺纹轮廓为曲线，所以在检测平行光的光学式检测方法中， 有时牙侧面会被螺纹牙的棱线的阴影遮挡，无法准确地检测牙侧面。例如，在如图6和图7 所示那样的、牙侧面相对于螺纹轴线垂直或具有接近于垂直的角度的螺纹轮廓中，在螺纹 牙的高度方向中央部检测牙侧面的位置时，由于牙侧面被螺纹牙的棱线的阴影遮挡而产生 的误差无法忽视。以下，详细地说明这一点。另外，作为本说明的空间坐标轴，采用直角坐标系。在大致沿着管轴线和螺纹轴线的方向上，将后述的管的把持机构中的向心轴作为X轴。将与 X轴正交且与水平面平行的轴作为Y轴、将与X-Y平面垂直的轴(铅垂方向)作为Z轴。图8是用于说明投射一般的螺纹中的牙侧面的螺纹牙方向中央部位置的轨迹时 的情况的图。图8的(a)表示牙侧面的螺纹牙方向中央部位置的轨迹和与Y轴垂直的平面 U交叉的情况。图8的(b)表示在图8的(a)中的平面U和Y轴的交点位于牙侧面螺纹牙 方向中央部位置上时的向与X轴垂直的面V的投影图。图8的(c)表示在图8的(a)中的 平面U和Y轴的交点位于牙侧面螺纹牙方向中央部位置上时(图8的(b)所示的状态)的 牙侧面和平面U的交线。在该情况下，在向沿着Z轴的方向照射平行光时，如图8的(C)所示，由于牙侧面 和平面U的交线沿X轴方向扩展，所以在与平行光的照射方向正交的投影面上产生该扩展 的部分的阴影，妨碍牙侧面的位置检测。为了减小该阴影的影响，使光的投射方向倾斜出螺 纹升角的量(=)，向沿着图8的(C)中的Ζ2轴的方向照射平行光。在该情况下，与 向沿着Z轴的方向照射平行光的情况相比，能够抑制误差，但是牙侧面和平面U的交线向Χ2 轴的投影部分依然被作为阴影而检测。为了能够估算向沿着Ζ2轴的方向照射平行光时的误差，图9是表示Χ2-Ζ2坐标中 的牙侧面和平面U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺纹要素测量装置，是测量带螺纹的管的管端部的螺纹要素的装置，其特征在于，包括：光学式传感器，通过对漏出到相对于管轴线而言位于与光源相反一侧的光中的与螺纹槽大致平行的光进行检测，来测量第１螺纹要素；接触式传感器，通过使接触探头与螺纹牙侧面接触，检测接触时的该接触探头的空间坐标，由此测量第２螺纹要素；运算处理部件，合成从上述光学式传感器得到的第１螺纹要素和从上述接触式传感器得到的第２螺纹要素而运算螺纹要素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：本田达朗，谷田睦，平冈诚司，加佐泰久，康拉德弗里德里希，艾哈德格吕纳，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，卡尔马尔控股有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[]