手工幾何測(cè)量方法是目前油氣管道制造商面臨的最大問題之一。卡尺和其他特殊量規(guī)通常需要進(jìn)行表面定期清理和校驗(yàn)。這增加了非質(zhì)量生產(chǎn)和維護(hù)成本的成本。人為因素的問題、性能和精度的要求催生了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展。

測(cè)量幾何中的各種挑戰(zhàn)決定了坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)和方法的多樣性。在創(chuàng)建幾何測(cè)量系統(tǒng)的過程中，開發(fā)人員的任務(wù)是選擇最優(yōu)的方法和設(shè)備。因此，針對(duì)各種操作條件、表面特征和性能要求需要比較專業(yè)的技術(shù)能力。

來自俄羅斯烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)的LavrinovDS等人對(duì)油氣管道螺紋的自動(dòng)化測(cè)量需求進(jìn)行了不同測(cè)量方案的對(duì)比，油氣管道螺紋的截面圖如圖1所示。

圖1. 管道螺紋示例圖

目前，所有的管道和接頭制造商都采用兩輪幾何檢測(cè)。第一輪是通過手動(dòng)量規(guī)和管徑對(duì)螺紋進(jìn)行全檢，第二級(jí)是使用鑄模對(duì)工件尺寸進(jìn)行抽檢。第一輪大約需要1分鐘，但不提供有關(guān)齒的幾何形狀和螺紋粗糙度的信息。第二輪提供有關(guān)齒的幾何形狀和螺紋的粗糙度的信息，但需要大約20分鐘。隨著具有密封圈、特殊幾何形狀的溝槽和螺紋的優(yōu)質(zhì)聯(lián)軸器的出現(xiàn)，接觸方法不再提供所需參數(shù)的檢測(cè)能力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量精度應(yīng)為5微米，性能為每秒10萬點(diǎn)。還應(yīng)考慮到，大多數(shù)產(chǎn)品的直徑都超過70毫米。目前生產(chǎn)線操作人員采用人工螺紋量規(guī)或鑄件形成螺紋表面，并且這些方法無法將測(cè)量結(jié)果集成到數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA)中。

光譜共焦位移傳感器是一種快速、精確的幾何測(cè)量方法。光線通過透鏡聚焦在被測(cè)物體上，由其反射并返回傳感器。在單色共焦傳感器中，使用單色光，傳感器和物體必須機(jī)械地相互移動(dòng)，以保持物體在透鏡的焦點(diǎn)上。這使得該技術(shù)非常緩慢，不適合在車間測(cè)量管道和聯(lián)軸器。相比之下，白光共聚焦傳感器使用的是由多種顏色組成的光。這種透鏡將每種顏色聚焦在略微不同的位置，通過測(cè)量返回光的顏色，我們可以以納米級(jí)的精度評(píng)估距離，見圖2。文章采用的光譜共焦位移傳感器包含192個(gè)測(cè)量通道，實(shí)現(xiàn)5毫米長度的2D線掃描，采樣頻率為每秒2 000次(或每秒384 000點(diǎn))，接收角度高達(dá)45°，便于測(cè)量螺紋齒等斜坡結(jié)構(gòu)。由于探頭的高數(shù)值孔徑和傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，幾乎可以對(duì)所有材料進(jìn)行測(cè)量。然而，線陣的光譜共焦位移傳感器非常笨重。它們不能安裝在可轉(zhuǎn)位的頭部，比較適用于外螺紋。而針對(duì)內(nèi)螺紋，則可以考慮采用點(diǎn)式的光譜共焦位移傳感器。

圖2. 光譜共焦位移傳感器原理圖

論文標(biāo)題：Comparative Analysis of Automatic Methods forMeasuring Surface of Threads of Oil and Gas Pipes