基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测

油管接箍是油田钻井用重要连接工具,其内螺纹质量对于油气安全开采至关重要。针对现有油管接箍内螺纹接触式检测方法效率低、磨损大、光谱共焦等非接触式方法测量可达性差的问题,提出基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测系统与方法,利用激光和反射镜实现内螺纹牙型轮廓的强化和转角窥视,借助已标定的相机模型参数,通过立体视觉和旋转进给重构纵截面中双侧牙型的三维点云,经进一步处理,从三维点云中计算出内螺纹螺距、齿高和锥度三项几何参数。依据美国石油协会(API)标准规定的参数容限范围实现油管接箍内螺纹质量的判定,研制出视觉系统,并与传统量具在相同工况下测量27/8与31/2英寸两种规格的油管内螺纹几何参数,结果表明,提出的视觉系统可实现内螺纹多项参数的一体化高精、高效测量,满足工业现场需求。

螺纹表面处理检测参数研究与应用

螺纹连接是实现零部件组装的主要方法,螺纹连接简单,拆卸方便,已被广泛应用于航空航天、石油化工、5G通信、新能源汽车、兵器和模具等行业。随着科学技术的不断发展,对螺纹连接的要求也日益提高,因而螺纹加工过程中进行监测是质量保证的重要手段。应用螺纹连接的装备产品为保证其长贮要求,会对带有螺纹的零部件进行表面处理,表面处理后螺纹尺寸发生变化,为使用专用螺纹量具完成螺纹加工各阶段的检测。因此,需要进行表面处理前、后螺纹检测参数的研究与应用,以控制表面处理前、后螺纹的加工质量,正确地检测表面处理前、后螺纹尺寸是否合格。

非接触式自动螺纹检测仪的研制

基于激光三角测量原理,提出了非接触式检测内外螺纹各参数的工作原理和实现方法.设计制造了由轴向位移测量模块、横向位移测量模块以及上位机数据处理、控制、评价模块组成的检测系统,并给出了检测螺纹各主要参数的算法.利用激光测量头检测螺纹轮廓在横截面上的尺寸,结合由光栅测得的精密平台的轴向位移量和螺纹合格的判断标准完成螺纹轮廓曲线的检测和评价.该测量装置的检测分辨率可达1.5μm,能满足绝大多数的螺纹表面检测要求.此测量方法能避免接触式测量方式引起的变形问题,实时控制螺纹加工质量,提高检测精度和检测效率.

基于CCD视觉的螺纹参数自动检测技术研究

为实时准确地对螺纹的牙型角(牙型半角)、螺距、导程、螺纹高度、大径、小径、中径、螺纹升角等参数进行测量,并提高测量精度,设计并实现了基于面阵CCD的螺纹参数非接触测量系统。着重研究了该系统的光学成像、螺纹图像预处理、边缘检测、亚像素提取以及摄像机标定等内容,研制了相应的测试分析软件,进行了相应的实验研究。研究结果表明,该系统测量速度快、测试精度高、重复性好。

螺纹参数CCD视觉检测系统的研究

基于面阵CCD视觉检测技术,设计并实现了一种螺纹参数非接触式自动检测系统,可实时准确地测量螺纹的牙型角、螺距、导程、螺纹升角、螺纹高度、大径、中径、小径等参数。并着重研究了螺纹图像预处理、边缘检测、亚像素定位等关键技术,以提高螺纹参数的测量精度。实验结果表明,该检测系统可以完成各项螺纹参数测量,相对测量精度优于1·3%。

石油钻杆螺纹廓形参数在机测量系统研究

为解决石油钻杆因尺寸长、重量大等装卸不便因素给其两端内、外螺纹廓形参数测量带来的困难,设计并实现了一种安装于SCK230型数控石油钻杆螺纹修复机床上的非接触式石油钻杆螺纹在机测量系统。该系统利用数控机床的伺服功能带动二维激光位移传感器获取螺纹某轴截面的廓形数据;采用基于不连续度的自适应滤波算法对采集的廓形信息进行降噪处理,根据石油钻杆螺纹牙形的几何特征对降噪后的离散数据分段,以加权整体最小二乘法为基础拟合出各段廓型数据的回归模型;实时计算螺纹参数,判断加工质量。对NC50型石油钻杆螺纹及其标准环规的测量结果表明,该系统可在7.5 s内完成长度为25 mm的螺纹测量,测量精度为±8μm,重复性限≤4μm且重复性较高。设计的在机测量系统利用了良好的数控资源,实现了石油钻杆螺纹廓形参数的在机测量,提高了测量精度和效率。

基于机器视觉的非接触式螺纹参数测量系统

文中采用光机电一体化的思想,将光源、CCD、计算机等有机结合,开发了一种基于面阵CCD技术的石油管螺纹参数智能化测量系统。生产现场测量结果表明:该系统具有重复性好、精度高、检测速度快等优点,此外,此系统具有抗环境光及振动干扰,可操作性强等特点,适用于各种规格钢管外螺纹参数的在线测量。

轮廓扫描式螺纹中径测量的两规校准补偿方法

轮廓扫描式螺纹参数测量的过程中,由于工件和探针的装夹会不同程度地产生定位误差,导致中径测量结果不准确。然而各项定位误差的准确测量十分困难,加上误差模型的不完备,现有的相对测量方式（单规校准）只能测量与校准规尺寸相差不大的螺纹量规。特别是批量检测螺纹规时需要准备一批不同尺寸的校准规,且花费了很多的校准时间。基于齐次坐标变换建立了定位误差对中径结果影响的数学模型。依据该模型,利用两个不同尺寸的螺纹规校准定位误差,再对中径结果进行补偿。此外对最终结果的不确定度进行了分析,并给出了减小测量不确定度的校准规选用方法。实验结果显示,此方法只需要两个校准规,就能确保M15~M50范围内螺纹的定位误差对中径结果的影响小于1μm。相比于单规校准,两规校准补偿方法虽然增大了测量结果的不确定度,但有效减小了校准规数量和对工件、探针定位精度的要求。

螺纹的综合测量和单项测量

简要介绍了螺纹测量的现状和目前存在的问题,讨论了螺纹测量需要研究的几个问题,分析了螺纹单项参数测量和综合测量的关系以及螺纹量值传递技术。具体介绍了实现内螺纹中径参数测量的测量原理、测量方法和测量中的问题。

基于“三线法”原理测量内螺纹装置的设计

根据"三线法"测量螺纹参数的原理,分析研究了内螺纹主要参数的相互关系,设计了一种测量内螺纹主要参数的装置,通过测量值和相应的计算公式,可得到普通螺纹、梯形螺纹、锯齿形等内螺纹的中径、牙型角和螺距等。实践使用证明,该测量装置使用方便,数据准确度较高。

外螺纹中径测量不确定度的计算方法

以外螺纹中径测量为例，详细论述了标准不确定度和展伸不确定度的建模过程，并给出了计算实例，使外螺纹中径测量精度的评定符合国际规范。

测量数据的分析与处理软件设计

介绍了采用LabWindows/CVI软件平台开发离线测量数据分析处理软件的设计方法。软件实现了对数据的读取与预处理,波形的显示与调节,信号的参数测量以及对频谱、功率谱和谐波失真进行了分析,利用多线程技术实现了软件的多任务同步进行。实验结果表明软件的分析结果正确,界面友好,性能可靠。

非接触式光纤内螺纹测试装置

为克服接触式测量内螺纹方法的不足,研制了基于强度调制型光纤传感器的非接触测量装置。通过与特制的机械结构相结合,实现了相对效率高、速度快、且便于应用的内螺纹参数的测量。该装置主要由进给平台和光纤探头组成,同时采用半导体激光光源(LD)作光源,光电二极管为光电转换器件。测量的信号经光路转换及前置放大后,通过采样保持送入数据采集系统,经数据处理软件Matlab进行处理得出螺距误差。实验表明,经适当改进后,该方法可用于工业生产过程中内螺纹的非接触测量。

基于机器视觉的螺纹参量测量系统

为了高精度测量螺纹的各项参量,建立了基于机器视觉技术的螺纹参量测量系统。采用螺纹工件旋转、相机跟随拍摄的方式采集螺纹在平行背光下的轮廓数据,实现了螺纹的各项参量测量,扩大了系统的测量范围,并且降低了相机标定误差的影响。推导了坐标系统转换方程,通过标定实现了坐标统一,并推导了螺纹参量计算公式;针对CCD相机光轴和螺纹轴线垂直时螺旋线对螺纹牙投影产生遮挡失真情况建立了数学补偿模型。结果表明,得到的测量不确定度小于2μm,重复性优于4μm。该系统可以完成螺纹的各项参量测量。

螺纹中径参数符合定义实用测量方法的研究

在普通圆柱螺纹中径参数测量方法的讨论中,螺纹中径参数如何严格按照国家标准的要求去测量,一直未得到一个明确的认识。目前,所有有关测量技术的教科书和参考书中的中径参数三针测量和影像测量方法、公式,是否严格符合定义要求,也未从理论(定义)上给出一个确切的解释和公式推导。文中将从理论上论述这一问题。

基于激光三角法的螺纹量规自动检测系统设计

为实现对螺纹量规大径、小径、中径、螺距、牙型角(牙型半角)等螺纹参数的快速检测,全面反应螺纹实际情况,并提高检测质量、减少检测成本,设计了一种基于激光三角法的螺纹量规非接触式自动检测系统的检测方法。着重研究了该系统基于激光三角检测原理的非接触式检测螺纹量规各参数的设计思路、工作原理和实现方法等内容。设计了由三坐标测量机为位移模块、数控转台为旋转模块、激光位移传感器为检测模块以及控制装置数控处理、控制、评价模块等组成的检测系统,并给出了螺纹主要参数的算法以及数据采集、处理等手段。研制了相应的专用检测软件,进行了相应的实验研究。实验结果表明,该系统能全面反应出螺纹量规实际情况,测试精度高、检测成本低、工作效率高。

螺纹参数自动检测系统设计

针对传统的螺纹检测方法检测误差大、效率低等特点,开发一种基于数字图像处理的螺纹参数自动检测系统。首先,通过CCD摄像机获取螺纹外轮廓的数字图像;然后对图像数据进行加工和处理;最后计算得到螺纹联接的相关几何参数,并对标准螺纹试件的螺纹夹角、螺距和中径等参数进行了测量。测量结果表明,螺纹参数符合测量精度要求。该系统可以实现螺纹的高精度检测,扩大了视觉检测的应用范围。

螺纹多参数检测的发展方向

因螺纹的型号规格、精度等不同,传统的检测方法大多只对螺纹的部分螺纹参数分别测量,缺少整体的合格判定依据,不能满足生产的实际需要,螺纹多参数检测已成为迫切需要解决的问题,同时也是螺纹进行量值传递的基础条件。目前多家计量机构正致力于螺纹的多参数检测研究工作,以接触法和非接触法为主要发展方向,实现螺纹的全方位检测判定。

螺纹量规的数字化检测方法

螺纹量规是判定螺纹紧固件合格与否的重要量具,其几何参数的精确测量具有重要意义。利用螺纹综合测量仪完成了螺纹量规的数字化测量试验,分析得出该方法的测量结果准确,精度可靠。同时对螺纹综合测量仪测量中径的不确定度进行了评定,为螺纹量规的测量质量提供了参考依据。

石油管螺纹量规校准控制程序研究

以石油管螺纹量规校准控制程序为研究对象,PMM 12106三坐标测量机作为参考,重点分析了控制程序中的测量参数控制程序和测量路线控制程序。并通过实验的方式对测量位置、测头移动速度、探测速度、逼近距离和测量路线进行了论证,达到控制程序最佳效果的实现,进而保证校准数据的准确性与可靠性。