BRPI0910043B1

BRPI0910043B1 - Aparelho, sistema, e método para medir características de rosca em extremidade de cano ou tubo

Info

Publication number: BRPI0910043B1
Application number: BRPI0910043-1A
Authority: BR
Inventors: Tatsuro Honda; Mutsumi Tanida; Seiji Hiraoka; Yasuhisa Kasa; Konrad Friedrich; Erhard Gruener
Original assignee: Carl Mahr Holding Gmbh; Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2019-04-30
Also published as: AR071076A1; PL2259015T3; CN101981408B; JP4486700B2; US8804104B2; AU2009229943B2; MX2010010441A; JPWO2009119713A1; AU2009229943A1; BRPI0910043A2; CA2718224C; EP2259015A4; EP2259015A1; SA109300190B1; CN101981408A; EP2259015B1; CA2718224A1; WO2009119713A1; US20110164244A1; RU2449244C1

Abstract

aparelho, sistema, e método para medir características de rosca em extremidade de cano ou tubo trata-se de uma primeira característica de rosca que é medida através da detecção com um sensor óptico 2 da luz que se estende a partir de uma fonte de luz 21 localizada no lado oposto de um eixo geométrico de tubo e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca a4. uma sonda de contato 31 de um sensor de contato 3 entra em contato com uma superfície de flanco de rosca a8 para detectar as coordenadas de espaço da sonda de contato 31 no momento do contato, para que uma segunda característica de rosca seja medida. a primeira e a segunda características de rosca detectadas são combinadas , assim, uma com a outra por meio de um processador 4, e as características de rosca da rosca fornecida como um objeto de medição são calculadas, desse modo.

Description

“APARELHO, SISTEMA, E MÉTODO RARA MEDIR CARACTERÍSTICAS DE ROSCA EM EXTREMIDADE DE CANO OU TUBO”.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um aparelho de medição de característica de rosca para medir características de rosca em uma extremidade de um cano ou tubo rosqueado como os Produtos Tubulares Petrolíferos (O// Country Tubular Goods, OCTG) e para um sistema de medição de característica de rosca que inclui o aparelho, o sistema que é aplicável a linhas de processamento contínuo automáticas como uma linha de produção de cano ou tubo e uma linha de condicionamento que inclui uma parte de inspeção de cano ou tubo para tubos ou canos rosqueados. A presente invenção também se refere a um método de medição de características de rosca com o uso do aparelho. Daqui por diante, “cano ou tubo” é chamado de “tubo”, quando considerado apropriado.

Descrição da Técnica Relacionada

Convencionalmente, para unir, por exemplo, OCTG nas extremidades, as roscas são formadas nas extremidades para o engate por rosqueamento. Diversas melhorias, por exemplo, em geometria de rosca, são feitas nas roscas com a finalidade de acomodar o aprofundamento adicional dos poços de petróleo e a cordialidade ambiental em associação com a corrosão (vide, por exemplo, Documento de Não Patente 1 (Masao Ogasawara, “Current Status of Tubular Connections for OCTG,” Tetsu-to-Hagane, The Joumal of The Iron and Steel Institute of Japan, 1^o de maio, 1993, vol. 79, n° 5, página N-352N355)). As geometrias das roscas (incluindo uma porção rosqueada até uma porção de vedação em uma extremidade frontal na Figura 6, que serão descritas mais tarde) são cruciais para a qualidade para o uso como OCTG

Dependendo das condições do poço de petróleo, tais roscas são fornecidas nas extremidades de um tubo de diversas dezenas de metros em comprimento e diversas centenas de quilogramas em peso e têm uma geometria de rosca altamente precisa e intricada.

A Figura 6 é uma vista em corte transversal que mostra uma extremidade exemplificadora de um tubo rosqueado, e a Figura 7 é uma vista ampliada em parte da porção rosqueada da Figura 6. Conforme mostrado na Figura 6, uma rosca A2 em uma

2/41 extremidade de tubo inclui, em alguns casos, uma porção rosqueada A5 fornecida com cristas de rosca Α3 e ranhuras de rosca Α4, uma porção paralela A7 fornecida em um lado frontal da porção rosqueada Α5, e uma porção de vedação Α6 em um formato afunilado fornecida em uma extremidade frontal do tubo. Cada uma dessas porções é criada e processada em dimensões apropriadas. Tolerâncias são definidas para as respectivas características dessas porções conformadas de forma intricada, cujas tolerâncias são itens materiais no controle de qualidade.

Esses itens de controle de qualidade foram medidos manualmente até o momento; entretanto, na expectativa de redução de trabalho, impedimento de erros humanos, bem como a intensificação em velocidade e precisão de medição, as tentativas foram feitas para o desenvolvimento de uma técnica de medição automática com precisão maior.

De forma específica, em relação a uma técnica de características de medição de rosca de uma rosca fornecida em uma extremidade de tubo para a inspeção da extremidade de tubo rosqueado, um aparelho de medição automático com um sensor óptico é conhecido; o sensor óptico aplica luz paralela a partir de uma fonte de luz às ranhuras de rosca em uma direção substancialmente paralela à mesma e detecta luz atingindo no lado oposto do eixo geométrico de tubo a partir da fonte de luz, e o aparelho mede as características de rosca com base no resultado de detecção do sensor óptico (vide, por exemplo, Documento de Patente 1 (Patente N° JP 3552440) e Documento de Patente 2 (Publicação de Patente Não-Examinada N° JP 63-212808)).

O Documento de Patente 1 descreve um método de aplicação de luz paralela às ranhuras de rosca e de detecção da luz que passa através da rosca, sendo que uma imagem de um chip de contato de um sensor de contato fica sobreposta ao diagrama de geometria de rosca medido (daqui por diante chamado de um perfil de rosca) de tal maneira a reunir, virtualmente, a rosca intemamente, para permitir, por conseguinte a medição das características de rosca usando as coordenadas do chip de contato virtual nesse ponto. O método descrito no Documento de Patente 1 tem como alvo obter produção altamente precisa na suposição de que os resultados obtidos através de medição convencional são verdadeiros, manipulando a produção para que esteja próxima aos resultados de inspeção

3/41 até o momento desempenhados pelos seres humanos com o uso, por exemplo, de um indicador API (um indicador de contato com um chip de contato). Nesse método, uma lâmpada halógena é usada para a fonte de luz, e uma câmera CCD é usada para o fotodetector.

Além disso, o Documento de Patente 2 descreve uma configuração em que a posição de uma face de extremidade de uma vedação mecânica e a inclinação da mesma são obtidas através da medição de contato para localizar a posição e a inclinação da face de extremidade de uma rosca, e os diâmetros externos, por exemplo, de uma porção de vedação e uma porção rosqueada são obtidos através de medição de contato, ao mesmo tempo em que o formato externo (o formato rebaixado e aumentado da superfície), isto é, o perfil de rosca, é obtido através da medição de não-contato (óptica). Isto é, o formato exato de um acoplamento de rosca é adquirido através da medição de não-contato e é processado no interior de uma imagem compósita, com base na inclinação do eixo geométrico de rosca e o diâmetro externo da porção rosqueada que são obtidos através da medição de contato. O método de medição tem como alvo melhorar a precisão de medição por meio de correção na inclinação de eixo geométrico de rosca com base nos dados altamente precisos obtidos através da medição de contato, bem como facilitar a medição de perfil de roscas envolvendo inúmeros pontos de medição desempenhando a medição opticamente. A medição óptica usada na mesma é um método em que um feixe de laser é refletido como a luz paralela para detectar a posição em que o feixe é interceptado por meio da rosca, com um fotodetector disposto defronte à fonte de luz com a rosca disposta entre as mesmas. No Documento de Patente 2, também é descrito que, em consideração à expansão térmica como um efeito da temperatura, a temperatura de uma amostra de referência é medida e o resultado da mesma é usada para correção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As técnicas previamente mencionadas, entretanto, não têm o desempenho suficiente de que todas as características de rosca podem ser medidas automaticamente, de forma rápida e altamente precisa. Particularmente, nas características de rosca associadas com as superfícies de flanco A8 (vide Figuras 6 e 7) entre as cristas de rosca A3 e as ranhuras de rosca A4 da porção rosqueada A5, ainda é difícil obter precisão de medição

4/41 satisfatória.

Além disso, as roscas modernas vieram a ter formatos ainda mais complexos, que processam a medição ainda mais difícil. Por exemplo, conforme mostrado no Documento de Não Patente 1 e na Figura 7, no acoplamento, por exemplo, OCTG em extremidades, tal tubo rosqueado é usado de tal forma que as superfícies de flanco A8 no lado interno na direção de eixo geométrico de tubo das cristas de rosca na extremidade de tubo, isto é, as superfícies de flanco A8 no lado exposto a uma carga quando a força de tensão atua na direção de eixo geométrico de tubo, são formadas no interior das superfícies de flanco que se aproximam das porções centrais das cristas de rosca A3 assim como as superfícies de flanco avançam para baixo a partir das pontas para as bases das cristas de rosca (daqui por diante chamado de superfícies de flanco em forma de gancho A8h). As características de rosca associadas com tais superfícies de flanco em forma de gancho A8h processam medição automática ainda mais difícil para realizar.

A presente invenção foi criada em face dos problemas precedentes, e é um objetivo da invenção apresentar um aparelho de medição de característica de rosca capaz de medir as características de rosca associadas com as superfícies de flanco das características de rosca em uma extremidade de um tubo rosqueado, um sistema de medição de característica de rosca que inclui o aparelho, e um método de medição de característica de rosca com o uso do aparelho.

Os presentes inventores estudaram os problemas convencionais previamente mencionados. Como resultado, os inventores descobriram o seguinte.

1. Problemas devido ao uso de um sensor óptico para medição de superfícies de flanco

Os inventores primeiro estudaram os problemas com relação à medição das características de rosca associadas com as superfícies de flanco que ficam localizadas entre as cristas de rosca e as ranhuras de rosca, conforme mostrado na Figura 7. Na avaliação de qualidade dos tubos rosqueados, as posições das superfícies de flanco de uma rosca (uma porção processada em uma extremidade de um tubo que foi processado por meio de tomo mecânico e tem o mesmo eixo geométrico que o eixo geométrico de rosca) são requisitos para medição, por exemplo, de uma largura de crista de rosca, uma largura de ranhura de

5/41 rosca, uma largura de inclinação, e um ângulo guia. Esses itens podem ser medidos em relação a um eixo geométrico de coordenada que fica paralelo ao eixo geométrico de rosca (o eixo geométrico de simetria de superfícies tangentes ao perímetro da rosca ou das superfícies de fundo das ranhuras de rosca) e passa através das respectivas porções centrais, verticalmente às cristas de rosca, das superfícies de flanco. Por exemplo, a largura de inclinação e o ângulo guia são localizados a partir da distância entre as porções centrais, verticalmente às cristas de rosca, das superfícies de rosca correspondentes das cristas de rosca adjacentes.

Os Documentos de Patente 1 e 2 descrevem a medição de um perfil de rosca no método de aplicação de luz paralela às ranhuras de rosca para detectar a luz que passa através da rosca. Desde então, entretanto, o perfil de rosca faz uma curva, no método de medição óptica de detecção de luz paralela, as superfícies de flanco podem ser colocadas na tonalidade das pontas das cristas de rosca, em cujo caso as superfícies de flanco são incapazes de serem medidas corretamente. Por exemplo, no perfil de rosca, conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, sendo que as superfícies de flanco são perpendiculares a ou são perpendiculares a ou quase perpendiculares ao eixo geométrico de rosca, os erros devido às superfícies de flanco que ficam ocultas na tonalidade das pontas das cristas de rosca ocasionam um problema significativo na detecção das posições das superfícies de flanco nas porções centrais verticalmente às cristas de rosca.

O problema é elucidado abaixo. O sistema de coordenadas Cartesianas é usado para os eixos geométricos de coordenadas espaciais na presente descrição. O eixo geométrico centrípeto de um mecanismo de preensão de tubo será descrito mais tarde, o eixo geométrico que segue substancialmente o eixo geométrico de tubo e o eixo geométrico de rosca, é um eixo geométrico X. O eixo geométrico ortogonal ao eixo geométrico X e paralelo a um plano horizontal é um eixo geométrico Y. O eixo geométrico (vertical) perpendicular ao plano X-Y é um eixo geométrico Z.

As Figuras 8A a 8C ilustram a projeção de uma trajetória das superfícies de flanco em suas posições centrais na direção de crista de rosca, em uma rosca comum. A Figura 8A mostra um estado em que a trajetória das superfícies de flanco em suas posições centrais na direção de crista de rosca atravessa um plano que é perpendicular ao eixo

6/41 geométrico Y. A Figura 8B mostra um diagrama de projeção em que uma superfície de flanco é projetada sobre um plano V que é perpendicular ao eixo geométrico X quando um ponto de interseção do plano U da Figura 8A e do eixo geométrico Y está na posição central na direção de crista de rosca da superfície de flanco. A Figura 8C mostra uma linha de interseção da superfície de flanco e do plano U quando o ponto de interseção do plano U da Figura 8A e do eixo geométrico Y está na posição central na direção de crista de rosca da superfície de flanco (conforme mostrado na Figura 8B).

Nesse caso, desde então, conforme mostrado na Figura 8C, a linha de interseção da superfície de flanco e do plano U se estende na direção de eixo geométrico X, a aplicação de luz paralela em uma direção ao longo do eixo geométrico Z ocasiona a tonalidade da porção estendida em um plano de projeção que é ortogonal à direção de aplicação da luz paralela, impedindo a detecção de posição das superfícies de flanco. Com a finalidade de reduzir o efeito da tonalidade, a direção de reflexão de luz é inclinada em um ângulo correspondente ao ângulo guia (= η°), a fim de aplicar a luz paralela em uma direção ao longo de um eixo geométrico Z2 na Figura 8C. Nesse caso, embora os erros sejam reduzidos conforme comparado com o caso em que a luz paralela é aplicada na direção ao longo do eixo geométrico Z, uma porção da linha de interseção da superfície de flanco e do plano U que é projetada em um eixo geométrico X2 ainda é detectada como uma tonalidade.

Para estimar os erros a serem gerados na aplicação de luz paralela na direção ao longo do eixo geométrico Z2, a Figura 9 mostra uma linha de interseção exemplificadora nas coordenadas X2-Z2 de uma superfície de flanco e um plano U. A Figura 9 mostra os resultados calculados para uma rosca que tem um raio externo de 90 mm, uma altura de crista de rosca de 3 mm, e uma largura de inclinação de 6 mm, bem como uma geometria em que as superfícies de flanco são perpendiculares ao eixo geométrico de rosca. Nesse caso, devido à tonalidade das pontas das cristas de rosca, um erro de medição de 2 pm é ocasionado nas posições centrais na direção de altura de crista de rosca das superfícies de flanco.

Além disso, no caso das superfícies de flanco em forma de gancho, o erro cresce mais. Considerando uma rosca que tem um raio externo de 90 mm, uma altura de crista de rosca de 3 mm, e uma largura de inclinação de 6 mm como no caso acima, e em

7/41 que as superfícies de flanco ficam inclinadas em um ângulo de -3^o (ο Θ da Figura 7 é de -3^o) na suposição de que o ângulo é indicado em valor positivo no caso em que uma superfície de flanco se localiza em uma posição central na direção de eixo geométrico X de uma crista de rosca na medida em que a superfície de flanco sobe a partir da base em direção à ponta da crista de rosca; nesse caso, um erro de aproximadamente 78 pm é gerado devido à tonalidade das pontas das cristas de rosca. Um erro de aproximadamente 39 pm é gerado mesmo no caso em que a altura de crista de rosca é de 1,5 mm. Tais erros são intoleráveis na avaliação de qualidade dos tubos rosqueados.

Conforme descrito acima, mesmo quando as características de rosca associadas com as superfícies de flanco são medidas através de aplicação de luz paralela às ranhuras de rosca, como com o aparelho de medição de característica de rosca descrito nos Documentos de Patente 1 e 2, a tonalidade das cristas de rosca oferece, inevitavelmente, aumento aos erros. Assim sendo, as características de rosca associadas com as superfícies de flanco, incluindo a largura de crista de rosca, a largura de ranhura de rosca, o ângulo guia, a largura de inclinação, e o ângulo das superfícies de flanco, resultam em valores de medição imprecisos.

2. Problemas de diferença entre uma posição de medição em um aparelho de medição de característica de rosca e uma posição real em que a medição é desempenhada

Os presentes inventores procederam a estudar os problemas concernentes aos erros de medição devido ao desvio posicionai entre um aparelho de medição de característica de rosca e um tubo rosqueado.

Por exemplo, em um caso em que um aparelho de medição de característica de rosca é aplicado a uma linha de processamento contínuo de tubo para medição, um tubo rosqueado alimentado fica automaticamente preso com um mecanismo de preensão para medir as características de rosca por meio do aparelho de medição de característica de rosca. Nesse caso, se o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca ou o centro de preensão do mecanismo de preensão se desviar amplamente do eixo geométrico de rosca do tubo rosqueado alimentado, a medição precisa das características de rosca se toma impossível.

E, além disso, o eixo geométrico de tubo de um tubo rosqueado (o eixo

8/41 geométrico central de uma porção central de um tubo) se desvia, embora levemente, a partir do eixo geométrico de rosca (o eixo geométrico central de uma extremidade de tubo), que é com frequência o caso com os tubos rosqueados reais.

Como resultado das diferenças de verificação em ângulo entre os eixos geométricos de rosca e os eixos geométricos de tubo dos tubos de aço rosqueados reais, uma diferença de ângulo na ordem de 0,057° (uma inclinação de 1/1000), por exemplo, 0,11° (uma inclinação de 2/1000) dependendo das circunstâncias, foi localizada.

A Figura 10 ilustra os efeitos ocasionados por meio da diferença de ângulo. A Figura 10 mostra as linhas de interseção de uma superfície de flanco e um plano U no sistema de coordenadas de eixos geométricos X2-Z2 dentro do plano U, onde as diferenças na faixa de 0,029° a 0,11° ocorrem entre o ângulo de direção de reflexão de luz (eixo geométrico Z2) relativo ao eixo geométrico Z e o ângulo guia, devido à diferença de ângulo entre o eixo geométrico de rosca e o eixo geométrico de tubo, previamente mencionada, em uma rosca que tem a mesma geometria como aquela da Figura 9. As porções projetadas no eixo geométrico X2 das linhas de interseção criam tonalidade, e, por conseguinte, o erro de medição na posição central na direção de altura de crista de rosca da superfície de flanco é de 33 pm na direção de eixo geométrico X no caso de diferença por 0,11° entre o ângulo de direção de reflexão de luz (eixo geométrico Z2) relativo ao eixo geométrico Z e o ângulo guia. De forma similar, o erro é de 17 pm no caso de diferença por 0,059°, e o erro é de 9 pm no caso de diferença por 0,029°. Conforme é descrito, o desvio leve entre o eixo geométrico de rosca e o eixo geométrico de tubo é um fator crucial entre os fatores de erro na medição de posição das superfícies de flanco; entretanto, tal desvio leve entre o eixo geométrico de rosca e o eixo geométrico de tubo (na ordem de 1/1000) não é detectado facilmente, e é extremamente difícil regular o desvio em preensão de um tubo rosqueado para medição ou em instalação do tubo no lugar.

Assim sendo, na medição que apenas usa luz paralela, conforme descrito no Documento de Patente 1, deve-se permitir que a direção de eixo geométrico de rosca tenha o desvio na ordem relativa, previamente mencionada, para a direção de eixo geométrico de tubo, que conduz a tal erro significativo que é não é permitido para a medição de posição de superfície de flanco, por exemplo, nas posições centrais na direção de altura de crista de

9/41 rosca das superfícies de flanco. Desse modo, o erro de medição significativo não permitido afeta o resultado de medição das características de rosca associadas com as superfícies de flanco (exigindo as coordenadas das porções centrais na direção de crista de rosca das superfícies de flanco) incluindo o ângulo das superfícies de flanco, a largura de crista de rosca, a largura de ranhura de rosca, o ângulo guia, e a largura de inclinação, prejudicando a possibilidade de medição altamente precisa.

Além disso, no caso em que um tubo rosqueado fica preso para medição com um mecanismo de preensão como um mandril, uma superfície rolada do tubo rosqueado a ser medido, cuja superfície não fica situada no local de medição e não é processada por meio de tomo mecânico, fica presa sobre o mesmo. Por conseguinte, conforme mostrado na Figura 11, mesmo se um mecanismo de preensão com uma função centrípeta altamente precisa for adotado para o uso, um desvio que é aproximadamente igual a ou maior do que o desvio entre o eixo geométrico de rosca e o eixo geométrico de tubo, previamente mencionado, ocorre entre o eixo geométrico de tubo e o centro de preensão do mecanismo de preensão quando o tubo rosqueado fica preso com o mecanismo de preensão. O “mecanismo de preensão com uma função centrípeta altamente precisa” se refere àquele, com o qual, quando prendendo um bastão perfeitamente circular e reto, o desvio entre o eixo geométrico do bastão e o centro de preensão do mecanismo de preensão é suficientemente pequeno, por exemplo, o desvio está bem abaixo de 0,1 mm. Um desvio é gerado entre o eixo geométrico de tubo e o centro de preensão do mecanismo de preensão conforme é descrito por causa da ocorrência múltipla de problemas incluindo o dobramento ou a variação na circularidade do tubo, os efeitos devido ao desbaste da superfície de tubo, e os erros centrípetos do mecanismo de preensão (desvio entre o centro de preensão e o eixo geométrico de tubo originando-se do mecanismo de preensão). O desvio entre o centro de preensão do mecanismo de preensão e o eixo geométrico de tubo, em conjunto com o desvio entre o eixo geométrico de tubo e o eixo geométrico de rosca, toma isso ainda mais difícil para localizar a posição do eixo geométrico de rosca.

De acordo com o método de medição do Documento de Patente 2, existe descrita a detecção de um eixo geométrico de rosca com um sensor de contato; entretanto, o método implica alguns problemas. No método de detecção, um eixo geométrico de rosca

10/41 descrito no Documento de Patente 2, o deslocamento (deslocamento ao longo da direção de eixo geométrico X) de uma porção de vedação em uma extremidade de tubo é medida em uma pluralidade de locais em uma direção circunferencial do tubo, com base em cujo deslocamento a inclinação da face de extremidade de tubo é localizada, e a inclinação do eixo geométrico de rosca é medida na suposição de que a direção perpendicular à face de extremidade de tubo é a orientação do eixo geométrico de rosca. Os problemas com o método incluem a necessidade de entrar em contato com o sensor com uma porção da porção de vedação de extremidade de tubo que é menos desejável de falhas e manchas. Colocando em contato o sensor com a porção, tende-se a ocasionar uma falha ou mancha. Uma falha na porção de vedação é inaceitável, uma vez que isso degrada seriamente a qualidade do produto. A adesão de uma mancha necessita da limpeza da porção de vedação, que consequentemente interfere de forma significativa com a produtividade.

Além disso, de acordo com o método do Documento de Patente 2, existe descrito que um ponto central de tubo (um ponto pré-determinado no eixo geométrico de tubo) é alinhado com um ponto central de um estágio de medição para localizar um eixo geométrico de rosca, na premissa de que o eixo geométrico de tubo está de acordo com o eixo geométrico de rosca. Com a finalidade de localizar um eixo geométrico de rosca de forma altamente precisa, é exigido especificar as coordenadas de pelo menos um ponto prédeterminado (centro de rosca) no eixo geométrico de rosca, em adição à inclinação do eixo geométrico de rosca. No Documento de Patente 2, as coordenadas são localizadas de tal maneira que três bastões são inseridos na superfície interna do tubo e feitos em contato com o tubo intemamente para fazer com que o estágio de medição seja movido por meio da força de reação produzida contra o contato interno dos bastões e para ocasionar o ponto central de estágio de medição de acordo com o ponto central de tubo, isto é, o centro de rosca. Conforme descrito mais cedo, entretanto, o eixo geométrico de rosca de uma rosca formada por meio do giro de tomo mecânico nem sempre está de acordo com o eixo geométrico de tubo do tubo rosqueado em uma porção que não é processada por meio de tomo mecânico. Desse modo, a operação para ocasionar o ponto central de estágio de medição de acordo com o ponto central de tubo pode não ocasionar o ponto central de estágio de medição de acordo com o centro de rosca. Além disso, é difícil fazer os bastões em contato interno

11/41 estável e próprio com a superfície interna do tubo.

Conforme descrito acima, tendo em vista que ocorre uma diferença significante entre o eixo geométrico de rosca de uma rosca a ser medida efetivamente e o centro de medição através do método acima, também, o eixo geométrico de rosca não pode ser localizado em um grau satisfatório de precisão. Além disso, o método envolve um número aumentado de itens de medição, e, portanto, o controle de posição e atitude tem que ser desempenhado em tempos multiplicados em conformidade, impedindo, desse modo, a expedição da medição.

Conforme descrito acima, o desvio grande entre o eixo geométrico padrão de medição de um aparelho de medição de característica de rosca ou do centro de preensão de um mecanismo de preensão e o eixo geométrico de rosca de um tubo rosqueado alimentado requero resultado de medição não preciso das características de rosca.

A presente invenção foi concluída com base nas descobertas acima descritas recentemente feitas por meio dos presentes inventores.

Isto é, um aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção é apresentado para solucionar os problemas previamente mencionados e se refere a um aparelho para medir características de rosca de uma extremidade de cano ou tubo rosqueado. O aparelho compreende: um sensor óptico que mede uma primeira característica de rosca detectando a luz que se estende a partir de uma fonte de luz localizada no lado oposto do eixo geométrico de cano ou tubo e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca; um sensor de contato que mede uma segunda característica de rosca entrando em contato com uma sonda de contato sobre uma superfície de flanco de rosca e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato em um tempo de contato; e um processador que calcula as características de rosca a partir da combinação da primeira característica de rosca com a segunda característica de rosca.

Um método de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção refere-se a um método de medição de características de rosca de uma extremidade de cano ou tubo rosqueado. O método compreende as etapas de: medir uma primeira característica de rosca com um sensor óptico detectando a luz que se estende a partir de uma fonte de luz localizada no lado oposto do eixo geométrico de cano ou tubo e

12/41 prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca; medir uma segunda característica de rosca com um sensor de contato entrando em contato com uma sonda de contato sobre uma superfície de flanco de rosca e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato em um tempo de contato; e calculando as características de rosca a partir da combinação da primeira característica de rosca com a segunda característica de rosca.

De preferência, a superfície de flanco de rosca inclui uma superfície de flanco que tem um formato de gancho.

Com o aparelho e o método para medir as características de rosca configuradas conforme acima, a primeira característica de rosca é medida detectando a luz que se estende a partir da fonte de luz localizada no lado oposto do eixo geométrico de cano ou tubo e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca. A segunda característica de rosca é medida entrando em contato com a sonda de contato do sensor de contato em uma superfície de flanco de rosca e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato em um tempo do contato.

A primeira e a segunda características de rosca detectadas, assim, são combinadas uma com a outra por meio do processador para calcular as características de rosca da rosca fornecida conforme um objeto de medição.

Desse modo, a primeira característica de rosca que não é associada com as superfícies de flanco de rosca é medida detectando a luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca, enquanto que a segunda característica de rosca que é associada com as superfícies de flanco de rosca, a característica que é passível de um erro de medição quando medida opticamente devido à tonalidade das pontas das cristas de rosca previamente mencionada, é medida por meio do sensor de contato, e essas características são combinadas uma com a outra. As características de rosca, incluindo a característica de rosca associada com as superfícies de flanco de rosca, podem ser, desse modo, medidas de forma altamente precisa.

Particularmente, a medição altamente precisa pode ser efetuada até mesmo a partir da característica de rosca associada com as superfícies de flanco em forma de gancho que é passível de um erro de medição significativo quando medida somente opticamente, ficando largamente oculta na tonalidade das pontas das cristas de rosca.

13/41

Deve-se notar que, embora a “luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca” refere-se opticamente à luz paralela (fluxo de luz), a luz não é limitada ao fluxo de luz cuja direção (direção de eixo geométrico óptico) é completamente paralela às ranhuras de rosca. A luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca abrange o fluxo de luz cuja direção de eixo geométrico óptico é completamente paralela ao eixo geométrico Z previamente mencionado bem como o fluxo de luz cuja direção de eixo geométrico óptico existe entre o eixo geométrico Z e a ranhura de rosca.

De preferência, só a medição por meio do sensor óptico e a medição tanto por meio do sensor óptico quanto por meio do sensor de contato são desempenhadas de forma seletiva.

Nesse caso, é possível selecionar entre produzir, nestas circunstâncias, a primeira característica de rosca, como resultado da medição por meio do sensor óptico, conforme uma característica de rosca medida, e produzir uma combinação da primeira característica de rosca, como resultado da medição por meio do sensor óptico, com a segunda característica de rosca, como resultado da medição por meio do sensor de contato, conforme uma característica de rosca medida.

Particularmente, onde o aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção é usado como um aparelho de medição em uma linha de processamento contínuo de cano ou tubo, um período permitido para medição pode ser muito curto. Se a qualidade dos produtos for controlada dentro da linha de processamento contínuo com o uso do presente aparelho de medição de característica de rosca, pode-se dizer que nem todas as características de rosca são necessariamente medidas automaticamente com todos os canos ou tubos. Na medida em que a medição por meio do sensor óptico é concluída em um período de tempo relativamente curto, a medição por meio do sensor óptico pode ser desempenhada para todas e a medição de contato pode ser desempenhada em todo o número pré-determinado, conduzindo, desse modo, o controle de qualidade com o uso da medição automática das características de rosca de acordo com a presente invenção. Isto é, a medição de contato é desempenhada em todo o número prédeterminado, e se não existir defeituosidade localizada, isso significa que os canos ou tubos entre aqueles medidos podem ser determinados para serem aceitáveis em relação à

14/41 segunda característica de rosca associada com as superfícies de flanco. Se um produto com defeito for detectado por meio da medição de contato, é possível determinar a defeituosidade ou reexaminar, de forma específica, de forma regressiva o número prédeterminado dos produtos como a partir daquele detectado. A definição apropriada do número pré-determinado permite a supressão de dano ocasionado no momento da determinação da defeituosidade, isto é, os danos em termos de tempo e custo devido à necessidade de descarte total do número pré-determinado dos produtos e da medição de retomada a partir daquele por meio do número pré-determinado, para um grau relativamente baixo enquanto não interfere com a produtividade. Se uma falha ou defeituosidade for detectada em relação à primeira característica de rosca que não está associada com as superfícies de flanco, durante a medição somente com o sensor óptico no número prédeterminado dos produtos, a detecção da falha ou da defeituosidade não incorre na necessidade de desempenhar a medição por meio do sensor de contato; desse modo, toma-se possível detectar uma falha na operação de rosqueamento e outros mais rapidamente e para enviar um feedback sobre a falha em tempo anterior. Certamente, o método conforme acima pode ser usado para a medição de todas as características por meio do sensor óptico e do sensor de contato em todo o número de tubos ou canos rosqueados em um caso em que a velocidade de produção da linha de processamento contínuo é suficientemente lenta em comparação com a velocidade de medição, ou em um caso em que as peças múltiplas do presente aparelho podem ser instaladas e o processamento pode ser distribuído.

3. Problemas concernentes à expansão térmica

Conforme descrito anteriormente, o cano ou tubo rosqueado é, por exemplo, um cano ou tubo de aço fornecido com uma rosca, e o cano ou tubo é submetido, desse modo, à expansão/contração, dependendo da temperatura, que acompanha a alteração nas características de rosca devido à temperatura. Nesse sentido, um método, em que uma amostra de referência é medida, é conhecido convencionalmente, e com base no resultado, a correção é feita nos erros, devido à expansão térmica nas características de rosca medidas com o aparelho de medição de característica de rosca.

Entretanto, de acordo com o método, quando uma diferença em temperatura

15/41 ocorre entre a amostra de referência e o cano ou tubo rosqueado fornecido como um objeto de medição, um erro é gerado em conformidade. Por exemplo, na medida em que o coeficiente de expansão térmica de aço é cerca de 1 χ 10⁵ (1/°C), uma alteração na temperatura de cano ou tubo de 10°C ocasiona uma alteração em diâmetro externo de cerca de 18 pm em um cano ou tubo de 90 mm em raio. A diferença de temperatura entre a amostra de referência e o objeto de medição é obtida como resultado por meio da diferença em capacidade térmica e de dimensão entre a amostra de referência e o objeto de medição ou a diferença em histerese térmica até a medição das características de rosca, isto é, o histórico de temperatura das temperaturas ambientes ou da histerese térmica, por exemplo, no aquecimento, resfriamento, laminação, e processamento do próprio objeto de medição.

Assim sendo, de preferência, a temperatura do cano ou tubo rosqueado é obtida, e a correção de temperatura é feita nos valores medidos das características de rosca com base na temperatura obtida. Por exemplo, os seguintes quatro métodos (1) a (4) são concebíveis como um método de obtenção da temperatura de um cano ou tubo rosqueado:

(1) Método de medição da temperatura de um cano ou tubo rosqueado no meio da ou imediatamente antes e depois da medição das características de rosca;

(2) Método de medição da temperatura ambiente de um mecanismo de alimentação de cano ou tubo que alimenta um cano ou tubo rosqueado em uma posição de medição para as características de rosca, ou medição da temperatura ambiente em uma posição em espera no caso em que o cano ou tubo rosqueado é feito para esperar até o início da medição na posição de medição para definir o resultado da medição conforme a temperatura do cano ou tubo rosqueado;

(3) Método de predição da temperatura de um cano ou tubo rosqueado no momento da medição das características de rosca, com base nas dimensões e no material do cano ou tubo rosqueado, que processa até a medição de característica de rosca, e o cronograma de processo; e (4) Método de desempenho de um cálculo para adicionar um valor de correção que é definido com base nas dimensões e no material de um cano ou tubo rosqueado, que processa até a medição de característica de rosca, e o cronograma de processo, em uma temperatura efetivamente medida do cano ou tubo rosqueado, ou em um

16/41 valor de medição real da temperatura ambiente de um mecanismo de alimentação de cano ou tubo que alimenta um cano ou tubo rosqueado, a fim de definir o resultado do cálculo conforme a temperatura do cano ou tubo rosqueado.

Nesse caso, os valores medidos das características de rosca são corrigidos com base na temperatura do cano ou tubo rosqueado usada na medição real, e, com isso, a diferença em temperatura é impedida de ser produzida dependendo de mediante qual objeto e qual momento a medição é desempenhada, fornecendo, por conseguinte, resultados de medição ainda mais precisos.

De preferência, são fornecidos um dispositivo de rotação que gira o cano ou tubo rosqueado em tomo do eixo geométrico de cano ou tubo ou de um eixo geométrico de rosca, e um dispositivo de detecção de ângulo de rotação que detecta o ângulo de rotação do dispositivo de rotação.

Nesse caso, o cano ou tubo rosqueado pode ser girado por meio do dispositivo de rotação em tomo do eixo geométrico de cano ou tubo ou do eixo geométrico de rosca, e o ângulo de rotação pode ser detectado por meio do dispositivo de detecção de ângulo de rotação. Assim sendo, o desempenho da medição de característica de rosca em uma pluralidade de locais, por exemplo, em dois a oito locais, em uma direção circunferencial do cano ou tubo rosqueado permite a garantia de qualidade exata sob a forma de resultados na direção circunferencial. Além disso, a variação circunferencial pode ser localizada na medição de diâmetro externo, para que a circularidade ainda mais precisa possa ser obtida. As circularidades de uma porção rosqueada, porção paralela, porção de vedação, e haste de cano ou tubo podem ser obtidas conforme as variações em diâmetros externos ou as diferenças entre diâmetros externos máximos e diâmetros externos mínimos.

Um sistema de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção compreende: o aparelho de medição de característica de rosca configurado conforme acima; um mecanismo de preensão para fixar um cano ou tubo rosqueado; e um mecanismo de ajuste de altura que ajusta a altura do cano ou tubo rosqueado para que um eixo geométrico central do cano ou tubo rosqueado esteja substancialmente alinhado com um centro de preensão do mecanismo de preensão ou um eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca.

17/41

Para medir um cano ou tubo rosqueado processado em uma linha de processamento contínuo, ou algo semelhante, com o aparelho de medição de característica de rosca configurado conforme acima, os resultados de medição óptica e os resultados de medição de contato necessitam ser combinados; portanto, o cano ou tubo rosqueado fornecido como um objeto de medição fica preso com o mecanismo de preensão para ser mantido estacionário até que ambas as medições sejam concluídas.

A altura em que o cano ou tubo rosqueado é colocada pode ser ajustada por meio do mecanismo de ajuste de altura de tal maneira que o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca é alinhado com o eixo geométrico central do cano ou tubo rosqueado.

Assim sendo, até mesmo em um caso em que os canos ou tubos de diâmetros diferentes são alimentados em série para o aparelho de medição de característica de rosca na linha de processamento contínuo ou algo semelhante, a oscilação na posição de medição pode ser restringida aproximadamente para um grau de variação em raio dos canos ou tubos, facilitando, por conseguinte, a medição das características de rosca.

Por exemplo, é preferencial que em um caso em que, por exemplo, uma câmera CCD que tem uma faixa de fotografia de cerca de 3 mm χ 3 mm a 10 mm χ 10 mm seja usada como o dispositivo receptor de foto do sensor óptico, sendo que a precisão centrípeta do mecanismo de preensão para os eixos geométricos de rosca é igual a ou inferior a 2 mm. O valor definido de diâmetro externo de um cano ou tubo fornecido como um objeto de medição é armazenado previamente, para que a posição a ser detectada por meio do dispositivo receptor de foto possa ser decidida de uma maneira bem planejada e detectada de forma confiável. A obtenção de um nível de precisão centrípeta nos eixos geométricos de rosca na ordem de diversos milímetros pode ser possível mesmo no caso em que existe desvio entre um eixo geométrico rosqueado e um eixo geométrico de cano ou tubo, conforme mencionado anteriormente.

E, além disso, introduzindo um cano ou tubo rosqueado no interior do mecanismo de preensão, a altura do cano ou tubo rosqueado pode ser ajustada com o uso do mecanismo de ajuste de altura de uma maneira que suplemente a função centrípeta do mecanismo de preensão, e o cano ou tubo pode ser movido para que o eixo geométrico

18/41 central do cano ou tubo rosqueado fique substancialmente alinhado com o centro de preensão do mecanismo de preensão. Desse modo, é possível evitar tal situação de que o cano ou tubo rosqueado alimentado não é bem mantido de forma centrípeta devido ao desvio amplo entre o eixo geométrico de cano ou tubo do cano ou tubo e o centro de preensão do mecanismo de preensão, ou de que a medição das características de rosca é impedida por meio da inclinação excessiva do cano ou tubo rosqueado na posição de medição.

De preferência, antes da medição da primeira e da segunda características de rosca, a detecção é feita de uma distância entre o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca e o eixo geométrico de rosca do cano ou tubo rosqueado a ser medido.

No aparelho de medição de característica de rosca acima descrito, os erros que ocorrem na medição por meio do sensor óptico são compensados com a medição das posições das superfícies de flanco de rosca por meio do sensor de contato; entretanto, se a primeira característica de rosca fornecida como o resultado de medição por meio do sensor óptico for combinada com a segunda característica de rosca fornecida como o resultado de medição por meio do sensor de contato em um nível baixo de precisão de combinação, a medição altamente precisa das características de rosca se toma impossível. Por essa razão, a precisão de combinação deve ser suficientemente alta. Em relação às coordenadas de eixos geométricos X e Y, as coordenadas obtidas em ambas as medições podem ser igualadas uma com a outra em um grau satisfatório de precisão, por exemplo, por meio da comparação entre os valores de referência pré-determinados (posições de referência) para os respectivos dados obtidos em ambas as medições.

Entretanto, os erros gerados na direção de eixo geométrico de recebimento de luz do sensor óptico que inclui a direção de eixo geométrico Z, isto é, a direção substancialmente paralela às ranhuras de rosca, apresentam um problema. O erros incluem presumivelmente (1) um erro em profundidade de campo do sistema óptico e (2) um erro devido à discrepância entre o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato e o eixo geométrico de rosca do cano ou tubo rosqueado a ser medido.

Com relação ao erro (1), uma profundidade mais profunda de campo pode

19/41 acomodar de forma mais flexível a variação em eixo geométrico de rosca na direção de eixo geométrico de recebimento de luz. Desse modo, para medição confiável, uma profundidade mais profunda de campo é preferencial. A profundidade de campo conta com o desempenho do sistema óptico. Por exemplo, em um caso em que uma câmera CCD é usada como o dispositivo receptor de foto e, por exemplo, uma lente telecêntrica comercialmente disponível com uma ampliação de cerca de 1,0 x é adotada para o sistema óptico de coleta de luz do mesmo para usar o fluxo de luz paralela obtido a partir do mesmo, o erro (1) é cerca de 0,5 mm (± 0,25 mm).

Com relação ao erro (2), se o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato não estiver alinhado com o eixo geométrico de rosca do cano ou tubo rosqueado a ser medido, o sensor de contato produzirá valores de medição dos quais as posições de superfície de flanco de rosca são deslocadas a partir das posições de superfície de flanco de rosca efetivamente medidas por meio de um ângulo correspondente ao ângulo guia, na direção de eixo geométrico X (eixo geométrico de rosca). A quantidade deslocada das posições de superfície de flanco de rosca constitui um erro de medição do sensor de contato.

A Figura 12 é uma ilustração para um caso em que a distância entre o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato e o eixo geométrico de rosca de um cano ou tubo de rosca a ser medido é alterada. Além disso, a Tabela 1 abaixo mostra os erros na posição de superfície de flanco de rosca na direção de eixo geométrico X no caso da Figura 12. Conforme mostrado na Tabela 1, um erro que corresponde a um ângulo guia é tolerado na medida em que a distância entre o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato e o eixo geométrico de rosca (altura de eixo geométrico de rosca) é cerca de 0,5 mm. Entretanto, se uma distância for igual a ou maior do que 1 mm, o erro na posição de superfície de flanco de rosca na direção de eixo geométrico X excede 10 pm, o que resulta em um resultado de medição além de uma faixa aceitável.

Tabelai

Diâmetro Externo (mm)

Diâmetro de Raiz (mm)

Altura de Crista (mm)

Inclinação (mm)

Ângulo Guia (grau)

Altura de Eixo Geométrico de Rosca (mm)

Erro na Superfície de Flanco de Rosca Posição na Direção de Eixo Geométrico

Erro de Inclinação (grau)

20/41

						(mm)
180,0	174,0	3,0	6,0	0,61	1,0 0,5	0,0108 0,0054	-0,007 -0,003
120,0	116,4	1,8	5,0	0,76	1.0 0,5	0,0135 0,0067	-0,013 -0,007
60,0	58,8	0,6	3,0	0,91	1.0 0.5	0,0080 0,0040	-0,008 -0,004

Conforme descrito acima, tendo em vista que o erro (1) é dominante, a distância entre o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato e o eixo geométrico de rosca é definida, de preferência, não mais longa do que cerca de ± 0,25 mm.

Com base nas descobertas acima descritas, antes da medição por meio do aparelho de medição de característica de rosca, a detecção é feita da distância entre o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca e o eixo geométrico de rosca de um cano ou tubo rosqueado a ser medido, e, com isso, as características de rosca podem ser medidas com a posição do eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato alinhado de forma altamente precisa com a posição do eixo geométrico de rosca do cano ou tubo rosqueado a ser medido. Além disso, a correção posicionai é desempenhada nos dados medidos, para que os resultados de medição ainda mais precisos possam ser obtidos.

Com o aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção, a primeira característica de rosca que não é associada com as superfícies de flanco de rosca é medida detectando a luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca, enquanto que a segunda característica de rosca que é associada com as superfícies de flanco de rosca, a característica que é passível de um erro de medição quando medida opticamente devido à tonalidade previamente mencionada das pontas das cristas de rosca, é medida por meio do sensor de contato, e essas características são combinadas uma com a outra. As características de rosca, que incluem a característica de rosca associada com as superfícies de flanco de rosca, podem ser, desse modo, medidas

21/41 de forma altamente precisa.

Com o sistema de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção, a altura em que o cano ou tubo rosqueado é colocada pode ser ajustada por meio do mecanismo de ajuste de altura de tal maneira que o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca é alinhado com o eixo geométrico central do cano ou tubo rosqueado. Assim sendo, mesmo em um caso em que os tubos de diâmetros diferentes são alimentados em série para o aparelho de medição de característica de rosca na linha de processamento contínuo ou algo semelhante, a oscilação na posição de medição pode ser restringida, aproximadamente, a um grau de variação em raio dos canos ou tubos, facilitando, por conseguinte, a medição das características de rosca.

E, além disso, com a introdução de um cano ou tubo rosqueado no interior do mecanismo de preensão, a altura do cano ou tubo rosqueado pode ser ajustada com o uso do mecanismo de ajuste de altura de uma maneira que suplemente a fijnção centrípeta do mecanismo de preensão, e o cano ou tubo pode ser movido para que o eixo geométrico central do cano ou tubo rosqueado esteja substancialmente alinhado com o centro de preensão do mecanismo de preensão. Desse modo, é possível evitar tal situação de que o cano ou tubo rosqueado alimentado não é bem mantido de forma centrípeta devido ao desvio amplo entre o eixo geométrico de cano ou tubo do cano ou tubo e o centro de preensão do mecanismo de preensão, ou de que a medição das características de rosca é impedida por meio da inclinação excessiva do cano ou tubo rosqueado na posição de medição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista estrutural esquemática de uma modalidade de um sistema de medição de característica de rosca ao que um aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção é aplicado.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva ampliada que mostra os estágios de

22/41 movimento de um sensor óptico e de um sensor de contato do aparelho de medição de característica de rosca da Figura 1.

A Figura 3 é uma vista lateral de um mecanismo de ajuste de altura no sistema de medição de característica de rosca da Figura 1.

A Figura 4 é uma ilustração de um método de medição de superfícies de flanco com o uso do sensor de contato de acordo com a modalidade.

As Figuras 5A a 5C são ilustrações da combinação de uma primeira característica de rosca com uma segunda característica de rosca.

A Figura 6 é uma vista em corte transversal esquemática paralela a uma direção de eixo geométrico de uma extremidade de cano ou tubo em que uma rosca de gancho é fornecida.

A Figura 7 é uma vista ampliada em parte de uma porção rosqueada da Figura 6.

As Figuras 8A a 8C ilustram a projeção de uma trajetória das superfícies de flanco em suas posições centrais na direção de crista de rosca em uma rosca comum.

A Figura 9 mostra uma linha de interseção exemplificadora de uma superfície de flanco e um plano U nas coordenadas X2-Z2 em um tempo de aplicação de luz paralela em uma direção ao longo do eixo geométrico Z2.

A Figura 10 ilustra um efeito ocasionado por meio de uma diferença de ângulo entre um eixo geométrico de rosca e um eixo geométrico de cano ou tubo.

A Figura 11 ilustra o desvio entre o centro de preensão de um mecanismo de preensão, um eixo geométrico de cano ou tubo, e um eixo geométrico de rosca.

A Figura 12 ilustra um caso em que a distância entre o eixo geométrico padrão de medição do sensor de contato e o eixo geométrico de rosca de um cano ou tubo rosqueado a ser medido é alterada.

MODALIDADE PREFERIDA PARA REALIZARA INVENÇÃO

Uma modalidade preferencial da presente invenção é descrita abaixo em relação aos desenhos anexados.

Primeiro, uma descrição é feita na estrutura de uma rosca de gancho que inclui uma superfície de flanco em forma de rosca em uma extremidade de um tubo

23/41 rosqueado fornecido como um objeto de medição de um aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção. O aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção é capaz de medir tubos rosqueados com geometrias de rosca comuns além da rosca de gancho.

A Figura 6 é uma vista em corte transversal esquemática paralela à direção de eixo geométrico de uma extremidade de tubo fornecida com uma rosca de gancho. A Figura 7 é uma vista ampliada de uma crista de rosca na Figura 6. Nas Figuras 6 e 7, a inclinação, o tamanho, e outros mais das cristas de rosca são alterados deliberadamente a partir daquelas de uma rosca real para fácil referência.

A rosca A2 fornecida em uma extremidade de um tubo rosqueado A1, conforme mostrado nas Figuras 6 e 7, inclui uma porção rosqueada A5 em uma geometria que tem cristas de rosca A3 e ranhuras de rosca A4, uma porção de vedação A6 fornecida em uma extremidade frontal da extremidade de tubo, e uma porção paralela A7 ligando a porção rosqueada A5 com a porção de vedação A6.

Das superfícies de flanco A8 entre as cristas de rosca A3 e as ranhuras de rosca A4, as superfícies de flanco em um lado das cristas de rosca A3 que fazem frente em direção ao centro do tubo rosqueado na direção de eixo geométrico de rosca são feitas no interior das superfícies de flanco em forma de gancho A8h. Conforme mostrado na Figura 7, as superfícies de flanco em forma de gancho A8h se inclinam em direção ao lado da face de extremidade de tubo do tubo rosqueado na direção de eixo geométrico de rosca na medida em que as superfícies de flanco em forma de gancho avançam a partir das pontas A3t para as bases A3b das cristas de rosca A3.

Assumindo que o ângulo é indicado em valor positivo no caso em que as superfícies de flanco são localizadas em um lado central do tubo rosqueado na direção de eixo geométrico de rosca na medida em que as superfícies de flanco avançam a partir das pontas A3t em direção às bases A3b das cristas de rosca A3, o ângulo de inclinação Θ das superfícies de flanco em forma de gancho A8h é de -20° <8 < 0°, e -5^o <θ < 0^o em muitos casos, típico do qual é de -3^o.

Para tal rosca, as características de rosca conforme segue são medidas tipicamente, embora dependendo dos tipos e das estruturas da rosca. Na presente

24/41 modalidade, para a comodidade de descrição, as características de rosca são divididas em uma primeira característica de rosca, que é mensurável somente com um sensor óptico 2 a ser descrito mais adiante, e uma segunda característica de rosca, que é difícil de ser medida somente com o sensor óptico 2.

A primeira característica de rosca não se refere à medição exata e ótima das superfícies de flanco de rosca e inclui todas as características que são mensuráveis com o sensor óptico 2. A primeira característica de rosca inclui, por exemplo, o diâmetro externo de uma porção rosqueada, e o diâmetro externo de uma porção de vedação, o diâmetro externo de uma porção paralela, um diâmetro de ranhura de rosca, uma altura de crista de rosca, uma profundidade de ranhura de rosca, porção cônica de rosca (alteração axial no diâmetro de crista de rosca e alteração axial no diâmetro de ranhura de rosca), porção cônica de vedação, alteração da porção cônica, o desvio circunferencial de diversos diâmetros externos (elipticidade), o comprimento axial da porção de vedação, e o comprimento axial da porção paralela. Adicionalmente, a primeira característica de rosca também inclui, por exemplo, os rebordos (pontas) das cristas de rosca, ou, altemativamente, as dimensões aproximadas das cristas de rosca ou das ranhuras de rosca e os perfis das mesmas que são necessários para medir a segunda característica de rosca, embora essas características não pertençam aos itens de controle de qualidade.

A segunda característica de rosca refere-se à medição exata e ótima das superfícies de flanco de rosca e é incapaz de ser medida em todos ou em um grau satisfatório de precisão de medição com o sensor óptico. Isto é, a segunda característica de rosca inclui, por exemplo, as coordenadas das superfícies de flanco de rosca, particularmente, as coordenadas das superfícies de flanco de rosca em uma porção distante das (oculta por meio das) pontas das cristas de rosca, os ângulos das superfícies de flanco de rosca, o espaçamento das superfícies de flanco de rosca (uma largura de crista de rosca, uma largura de ranhura de rosca, uma largura de inclinação, um ângulo guia), e o perfil em corte transversal da porção rosqueada que inclui as superfícies de flanco de rosca. Adicionalmente, a segunda característica de rosca inclui, por exemplo, o raio de curvatura da porção de vedação, o diâmetro de uma superfície periférica interna de tubo da porção de vedação, e a porção cônica da superfície periférica interna.

25/41

A seguir, é oferecida uma descrição de um aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção para medir as características de rosca formadas em uma extremidade do tubo rosqueado A1 fornecido com a rosca de gancho A2 e de um sistema de medição de característica de rosca ao qual o aparelho é aplicado.

A Figura 1 é uma vista estrutural esquemática de uma modalidade do sistema de medição de característica de rosca ao qual o aparelho de medição de característica de rosca de acordo com a presente invenção é aplicado. A Figura 2 é uma vista em perspectiva ampliada dos estágios de movimento de um sensor óptico e de um sensor de contato no aparelho de medição de característica de rosca da Figura 1.

Conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, um aparelho de medição de característica de rosca 1 da presente modalidade inclui o sensor óptico 2, um sensor de contato 3, e um processador 4. O sensor óptico 2 mede a primeira característica de rosca detectando a luz que se estende a partir de uma fonte de luz 21 localizada no lado oposto do eixo geométrico de tubo XA (que é descrito neste documento como sendo substancialmente igual ao eixo geométrico de rosca) e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca A4. O sensor de contato 3 mede a segunda característica de rosca entrando em contato com uma sonda de contato 31 em uma superfície de flanco de rosca A8 incluindo uma superfície de flanco em forma de rosca A8h e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato 31 no momento do contato. O processador 4 calcula as características de rosca a partir da combinação da primeira característica de rosca obtida a partir do sensor óptico 2 com a segunda característica de rosca obtida a partir do sensor de contato 3.

Além disso, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, um sistema de medição de característica de rosca 5 ao qual o aparelho de medição de característica de rosca 1 é aplicado inclui o aparelho de medição de característica de rosca 1, um mecanismo de preensão 6, e um mecanismo de ajuste de altura 7. O mecanismo de preensão 6 é adaptado para fixar um tubo rosqueado A1. O mecanismo de ajuste de altura 7 é adaptado para ajustar a altura do tubo rosqueado A1 a fim de alinhar, substancialmente, o eixo geométrico central do tubo rosqueado com o centro de preensão do mecanismo de preensão 6 ou o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de

26/41 característica de rosca 1. Além disso, o sistema de medição de característica de rosca 5 inclui um dispositivo de controle de tubo 8 que desempenha o controle sobre o movimento do aparelho de medição de característica de rosca 1 bem como o movimento e a rotação do tubo rosqueado A1. O processador 4 fornece instruções ao dispositivo de controle de tubo 8 e agrega as condições do tubo rosqueado A1 e os valores de medição obtidos no aparelho de medição de característica de rosca 1 para processamento.

O sistema de medição de característica de rosca 5 é configurado para que pelo menos a porção rosqueada A5 no tubo rosqueado A1 seja introduzida, no momento de medição, no interior de uma câmara condicionada pela atmosfera 12 dentro de que a temperatura ambiente e a umidade são condicionadas adequadamente.

O processador 4 e o dispositivo de controle de tubo 8 são configurados com um computador dedicado ou de propósito geral. O processador 4 é operativo para adquirir informação no tubo rosqueado A1 fornecido como um objeto de medição (que inclui valores definidos do mesmo) a partir de um computador altamente classificado (não mostrado), para transferir as características de rosca medidas e calculadas para o computador altamente classificado, e para produzir o resultado de medição para um dispositivo de saída (não mostrado) como um monitor e uma impressora.

Adicionalmente, o processador 4 produz características de rosca necessárias como um diâmetro de rosca e uma largura de inclinação com base no resultado de medição sob uma forma de dados numéricos. O dispositivo também é capaz de comparar os dados numéricos obtidos (conforme as características de rosca) com os valores definidos. O dispositivo de controle de tubo 8 também desempenha, em conjunto com o computador altamente classificado e o processador 4, tal controle para alimentar um tubo rosqueado predeterminado A1 em uma linha de processamento no interior da condição de medição, conforme mostrado na Figura 1 a fim de desempenhar a medição com o tubo preso, e, então, enviar o tubo para fora, novamente, para a linha de processamento à jusante.

Tal aparelho de medição de característica de rosca 5 é aplicado a uma linha de processamento contínuo (não mostrada) para tubos rosqueados A1. De forma mais específica, um tubo rosqueado A1 a ser medido é transportado para o aparelho de medição de característica de rosca (ao longo da direção XA de eixo geométrico de tubo) ao mesmo

27/41 tempo em que está substancialmente alinhado com o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca 1 por meio de um mecanismo de alimentação de tubo (não mostrado) fornecido na linha de processamento contínuo, em que o tubo é medido.

Nesse momento, o mecanismo de ajuste de altura 7 da presente modalidade também funciona como uma porção do mecanismo de alimentação de tubo que alimenta o tubo rosqueado A1 na direção de eixo geométrico de tubo. De forma mais específica, o mecanismo de ajuste de altura 7 inclui um cilindro em V (não mostrado) do qual o diâmetro de cilindro é reduzido em uma porção central do mesmo. O cilindro em V é girado com o eixo geométrico de tubo XA do tubo rosqueado A1 substancialmente alinhado com a posição de uma ranhura no cilindro em V em vista planar X-Y, para que o tubo rosqueado A1 seja transportado na direção de eixo geométrico de tubo. O eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 e o centro de preensão X6 do mecanismo de preensão 6 são definidos substancialmente alinhados com a posição da ranhura no cilindro em V em vista planar X-Y.

A Figura 3 é uma vista lateral do mecanismo de ajuste de altura no sistema de medição de característica de rosca da Figura 1.

Conforme mostrado na Figura 3, fornecido como o mecanismo de ajuste de altura 7 em relação à direção de altura do tubo rosqueado A1 (a direção de eixo geométrico Z) é um mecanismo de rebaixamento e elevação capaz de ajustar verticalmente (na direção de eixo geométrico Z) a posição em que o tubo rosqueado A1 é sustentado por meio do cilindro em V. Com o mecanismo de ajuste de altura 7, as alturas dos tubos rosqueados A1 a serem medidos são ajustadas para cada valor definido de altura de acordo com os diâmetros externos dos tubos. Os valores definidos de altura são armazenados de forma preliminar, por exemplo, no dispositivo de controle de tubo 8, para controle. O ajuste de altura por meio do mecanismo de ajuste de altura 7 pode ser desempenhado em um nível de precisão na ordem de diversos milímetros, mas um nível de precisão mais alto é mais preferencial.

O tubo rosqueado A1 assim ajustado verticalmente por meio do mecanismo de ajuste de altura 7 e transportado por meio do cilindro em V é inserido no interior do mecanismo de preensão 6 com o eixo geométrico de tubo XA (o eixo geométrico de rosca)

28/41 do tubo rosqueado A1 substancialmente alinhado com o centro de preensão X6 do mecanismo de preensão 6 (e o eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1).

Um dispositivo de detecção de extremidade de tubo 9 fica disposto em uma distância pré-determinada a partir do mecanismo de preensão 6 no lado à jusante na direção de transporte A1 de tubo rosqueado. Mediante a detecção de um tubo rosqueado A1 por meio do dispositivo de detecção de extremidade de tubo 9, a alimentação de tubo por meio do mecanismo de alimentação de tubo (o cilindro em V) é interrompida. Nesse ponto, é facilmente implementado que o tubo rosqueado A1 seja interrompido em um nível de precisão posicionai de cerca de 2 mm na extremidade de tubo.

Com base nos sinais de interrupção enviados ao dispositivo de controle de tubo 8 mediante interrupção do tubo rosqueado A1 (o movimento real do tubo rosqueado A1 pode ser detectado, ou uma intenupção do cilindro em V pode ser considerada como uma interrupção do tubo rosqueado A1), o dispositivo de controle de tubo 8 envia sinais de controle para o mecanismo de preensão 6 para fazer com que o mecanismo de preensão 6 prenda o tubo rosqueado A1. O mecanismo de preensão 6 para tubos rosqueados A1 pode ser um com uma estrutura similar àquele, por exemplo, de um mecanismo de mandril que é usado para prender um bastão de coluna altamente circular para desempenhar no mesmo o processamento por meio de tomo mecânico ou algo semelhante na ordem de cerca de 10 pm. O mecanismo de preensão 6 é fornecido com um dispositivo de rotação (não mostrado) que faz com que o tubo rosqueado A1 gire em tomo do eixo geométrico de tubo e um dispositivo de detecção de ângulo de rotação (não mostrado) que detecta o ângulo da rotação.

A posição de preensão do mecanismo de preensão 6 no tubo rosqueado A1 e a face de extremidade de tubo do tubo rosqueado A1 ficam separadas, de preferência, por meio de uma distância possível mais curta que permite a medição das características de rosca. Desse modo, os efeitos ocasionados pelo dobramento do tubo podem ser suprimidos a um grau máximo. De forma específica, a distância está, de preferência, em uma faixa de cerca de 200 mm a 400 mm. Em geral, a oscilação na ordem de diversos milímetros ocorre horizontalmente (nas direções de eixos geométricos X e Y) e verticalmente (na direção de

29/41 eixo geométrico Z) nos eixos geométricos de rosca nas extremidades de tubo mesmo dos tubos das mesmas dimensões de projeto. Isso se dá porque a oscilação é ocasionada como um efeito combinado de dois fatores, isto é, a oscilação no dobramento dos próprios tubos e a oscilação no desvio entre os eixos geométricos de rosca e os eixos geométricos de tubo.

Subsequentemente, a estrutura do aparelho de medição de característica de rosca 1 da presente modalidade é descrita adicionalmente, de forma específica.

Conforme mostrado na Figura 2, o aparelho de medição de característica de rosca 1 da presente modalidade é configurado por meio do sensor óptico 2 e por meio do sensor de contato 3 cada um dos quais é instalado em estágios de movimento X-, Y-, e Zaxiais 10X, 10Y, e 10Z de alta precisão dispostos em uma base de medição 10. O sensor óptico 2 e o sensor de contato 3 são tridimensionalmente móveis através do movimento nos estágios de movimento X-, Y-, e Z-axiais 10X, 10Y, e 10Z. As quantidades tridimensionais movidas são processadas no processador 4 através da gravação do deslocamento dos sensores relativos a uma posição de referência pré-determinada; particularmente, o eixo geométrico padrão de medição X1 é definido como a referência para a medição na direção Z.

Na presente modalidade, para o sensor óptico 2 e o sensor de contato 3 serem móveis independentemente, os estágios de movimento X-, Y- e Z-axiais 10X, 10Y, e 10Z são fornecidos a cada um do sensor óptico 2 e do sensor de contato 3; entretanto, os estágios de movimento X-, Y-, e Z-axiais 10X, 10Y, e 10Z podem ser compartilhados entre o sensor óptico 2 e o sensor de contato 3, em outras palavras, o sensor óptico 2 e o sensor de contato 3 podem ficar dispostos em um conjunto de estágios de movimento X-, Y-, e Z-axiais.

Na presente modalidade, a base de medição 10 e o mecanismo de preensão 6 ficam dispostos em uma tabela vibro-isolante 13 na câmara condicionada pela atmosfera 12 a fim de impedirem as agitações do tubo rosqueado A1 preso com o mecanismo de preensão 6 bem como impedirem as agitações do sensor óptico 2 e do sensor de contato 3, reduzindo, desse modo, os erros de medição.

Na medição das características de rosca com o uso do aparelho de medição de característica de rosca 1, de acordo com a presente modalidade, antes da medição das características de rosca, primeiro é detectada a distância (altura de eixo geométrico de rosca)

30/41 entre o eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 e o eixo geométrico de rosca do tubo rosqueado a ser medido, e o ajuste posicionai do eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 é feito para que a altura de eixo geométrico de rosca detectada seja substancialmente conduzida a zero, isto é, que a posição do eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 seja conduzida substancialmente de acordo com a posição do eixo geométrico de rosca. Conforme um dispositivo para detectar a altura de eixo geométrico de rosca, o sensor óptico 2 é usado na presente modalidade. Deve-se notar que um dispositivo de medição dedicado pode ser usado independentemente do sensor óptico 2.

Na detecção da altura de eixo geométrico de rosca, o sensor óptico 2 primeiro é movido nas direções de eixos geométricos X e Y para que um dispositivo receptor de foto 22 seja localizado imediatamente acima de uma posição correspondendo aproximadamente ao eixo geométrico de rosca, em uma área de medição pré-determinada (uma área diferente da porção rosqueada A5, como a porção paralela A7 ou a porção de vedação A6) no tubo rosqueado A1. Após isso, a posição do eixo geométrico padrão de medição Z1 (as coordenadas de eixo geométrico Z) é definida temporariamente, e a área de medição é fotografada por meio do dispositivo receptor de foto 22 ao mesmo tempo em que o sensor óptico 2 estiver sendo movido longo da direção de eixo geométrico Z. Ao se fazer isso, o contraste em uma imagem fotografada por meio do dispositivo receptor de foto 22 é avaliada, e a posição do sensor óptico 2 (as coordenadas de eixo geométrico Z em relação ao eixo geométrico padrão de medição temporariamente definido X1), quando o contraste se toma mais claro, é detectada. Com base na posição detectada do sensor óptico 2 e nos valores definidos incluindo as dimensões do sensor óptico 2 e o raio externo da área de medição, a altura de eixo geométrico de rosca é calculada. Em outras palavras, a posição (coordenadas de eixo geométrico Z) do eixo geométrico de rosca é detectada com o eixo geométrico padrão de medição temporariamente definido X1 como uma referência de medição.

Então, a posição do eixo geométrico padrão de medição temporariamente definido X1 é alterada para que a altura de eixo geométrico de rosca assim calculada seja

31/41 substancialmente zero, isto é, a posição do eixo geométrico padrão de medição X1 alterado seja substancialmente a mesma que a posição do eixo geométrico de rosca detectada. Dessa maneira, através do ajuste da altura do eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 com base na posição do sensor óptico 2 em um momento em que o contraste da imagem fotografada se toma mais claro, a posição (coordenadas de eixo geométrico Z) do eixo geométrico de rosca pode ser obtida na profundidade de campo (faixa focal) do dispositivo receptor de foto 22.

Conforme descrito acima, a detecção da distância entre o eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca e o eixo geométrico de rosca do tubo rosqueado a ser medido antes da medição por meio do aparelho de medição de característica de rosca permite que as características de rosca sejam medidas com a posição do aparelho de medição de característica de rosca, especialmente a posição do eixo geométrico padrão de medição X1 do sensor de contato 3, alinhada de forma altamente precisa com a posição do eixo geométrico de rosca do tubo rosqueado A1 a ser medido, e também permite a aquisição de resultados de medição altamente precisa através da correção posicionai nos dados medidos.

O ajuste de altura por meio desse método permite que a posição do eixo geométrico de rosca esteja alinhada verticalmente com o eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 em um nível de precisão de cerca de 0,1 mm a 0,2 mm, cujo nível de precisão é suficientemente de uso.

Além do método acima descrito, é possível usar diversos métodos que incluem um método de triangulação a laser para a detecção da altura de eixo geométrico de rosca.

O sensor óptico 2 inclui a fonte de luz 21 como uma lâmpada halógena que irradia luz em direção à porção rosqueada A5 do tubo rosqueado A1 e o dispositivo receptor de foto 22 que detecta a luz que se estende a partir da fonte de luz 21 localizada no lado oposto do eixo geométrico de tubo XA (aproximadamente igual ao eixo geométrico de rosca) do tubo rosqueado A1 e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca. A fonte de luz 21 e o dispositivo receptor de foto 22 são configurados a fim de serem móveis como um par nos estágios de movimento X-, Y-, e Z-axiais 10X, 10Y, e 10Z.

32/41

Adicionalmente, os estágios de movimento do sensor óptico 2 incluem um estágio rotativo 10R que é capaz de fazer com que a fonte de luz 21 e o dispositivo receptor de foto 22 girem integralmente em tomo do eixo geométrico Y para que as orientações da fonte de luz 21 e do dispositivo receptor de foto 22 se tomem substancialmente paralelas às ranhuras de rosca A4 do tubo rosqueado A1. De forma específica, o sensor óptico 2 no estágio rotativo 10R é girado em tomo do eixo geométrico Y com base no ângulo guia (um valor definido), cujo ângulo é conhecido previamente.

Deve-se notar que a luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca A4 não é limitada ao fluxo de luz cuja direção de eixo geométrico óptico é completamente paralela às ranhuras de rosca A4 e abrange o fluxo de luz cuja direção de eixo geométrico óptico é completamente paralela ao eixo geométrico Z bem como o fluxo de luz cuja direção de eixo geométrico óptico existe entre o eixo geométrico Z e as ranhuras de rosca A4.

Deve-se notar que a luz não é limitada à luz cuja direção de eixo geométrico óptico é completamente paralela às ranhuras de rosca A4 devido ao dobramento na extremidade do tubo rosqueado A1 a ser medido, e, na realidade, pode ser difícil aumentar o paralelismo relativo às ranhuras de rosca reais A4 mesmo quando o dispositivo receptor de foto 22 fica inclinado (por meio do ângulo guia) com base no vaiar do ângulo guia que é conhecido previamente. Se a direção do dispositivo receptor de foto 22 se desviar da direção das ranhuras de rosca A4, as pontas das cristas de rosca A3 ou das ranhuras de rosca A4 aparentam estendidas (vide a extensão da tonalidade AB mostrada na Figura 7) na imagem obtida através da medição por meio do sensor óptico 2, que ocasiona inabilidade para determinar as posições exatas das pontas (beiras) das cristas de rosca A3 ou das ranhuras de rosca A4. No aparelho de medição de característica de rosca 1 de acordo com a presente invenção, a fim de determinar uma posição de beira em pelo menos um lado (por exemplo, no lado da extremidade de tubo) em relação a uma porção central na direção de eixo geométrico de rosca de uma crista de rosca A3 (ou de uma ranhura de rosca A4), o sensor óptico 2 é girado em tomo do eixo geométrico Y para inclinar o sensor, por exemplo, em uma direção substancialmente intermediária entre uma direção que corresponde ao ângulo guia conhecido de forma preliminar (um valor definido) e o eixo geométrico Z, em que

33/41 a medição é desempenhada.

Deve-se notar que, se o dispositivo receptor de foto 22 está a receber componentes de luz paralela, a fonte de luz 21 pode irradiar luz paralela ou luz diferente de luz paralela.

O dispositivo receptor de foto 22 pode ser uma câmera CCD com uma faixa de fotografia de cerca de 5 mm χ 5 mm a 10 mm χ 10 mm (um dispositivo receptor de foto com um espaçamento de pixel de cerca de diversos pm a 10 pm). O uso, de preferência, de uma câmera CCD com uma lente telecêntrica permite que a luz paralela seja facilmente recebida no dispositivo receptor de foto.

O resultado da fotografia por meio da câmera CCD é processado em uma base de sub-pixel a fim de fornecer uma resolução e uma precisão em uma fração de ou diversas décimos do tamanho de pixel.

Deve-se notar que a fonte de luz 21 pode fazer uso de laser, uma lente telecêntrica, ou algo semelhante para refletir a luz paralela ao mesmo tempo em que o dispositivo receptor de foto 22 pode usar um sistema óptico que não tem a lente telecêntrica conforme mencionado acima, na medida em que um efeito equivalente pode ser obtido em termos de óptica geométrica.

Com o uso de tal sensor óptico 2, a detecção é feita da luz que se estende a partir da fonte de luz localizada no lado oposto do eixo geométrico de tubo e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca A4, e a primeira característica de rosca que não é associada com as superfícies de flanco de rosca são medidas, desse modo.

Na medição da primeira característica de rosca por meio do sensor óptico 2, o eixo geométrico padrão de medição X1 previamente mencionado é definido como uma altura de referência. Isto é, o sensor óptico 2 é focalizado no eixo geométrico padrão de medição X1 para fotografar o perfil das áreas em tomo da rosca. De forma específica, com a luz aplicada às beiras da rosca (localizadas substancialmente na mesma altura que o eixo geométrico de rosca em relação à posição de direção Z) a partir da fonte de luz 21, o formato externo do tubo rosqueado A1 (onde as porções, em que a luz é protegida por meio do tubo ou da rosca, criam tonalidade) é fotografado no dispositivo receptor de foto 22.

O uso de uma câmera CCD com a lente telecêntrica previamente

34/41 mencionada conforme o dispositivo receptor de foto 22 permite que a luz substancialmente paralela ao eixo geométrico óptico do dispositivo receptor de foto 22 seja coletada nas adjacências das beiras da rosca para a geração de imagem. Das imagens obtidas, as áreas (posições de pixel) em que a luz é protegida por meio do tubo ou da rosca são detectadas como porções escuras (em uma detecção de luminância de E0), ao mesmo tempo em que as áreas em que a luz não é protegida são detectadas como porções claras (em uma detecção de luminância de E1). As áreas detectadas em um brilho intermediário entre as mesmas (em uma detecção de luminância de E2) indicam as beiras ou bordas da rosca. Segmentando a detecção de luminância em E0, E1, e E2, as posições imediatamente no interior das posições de pixel (posições de borda) que são encerradas com as luminâncias de detecção de E0 e E1 são detectadas de forma altamente precisa como as coordenadas das beiras da rosca.

Conforme outro método de detecção das coordenadas das beiras da rosca, é possível usar o processamento de sub-pixel previamente mencionado. De forma específica, os resultados de detecção de luminância nos grupos de pixel localizados em uma área que tem a detecção de luminância E2 e nas áreas em tomo da mesma são plotados em um sistema de coordenadas Cartesianas com a posição de cada pixel (a posição central de cada pixel que corresponde ao espaço real) determinada para as coordenadas de eixo geométrico horizontal e a detecção de luminância em cada pixel para as coordenadas de eixo geométrico vertical. Os dados plotados nesse sistema de coordenadas Cartesianas desenvolve uma relação em que um aumento monotônico ou uma diminuição monotônica é localizado em uma área que tem a detecção de luminância E2. A relação é aproximada a uma função própria (por exemplo, uma função linear). Então, as coordenadas de eixo geométrico horizontal que correspondem a um limite em uma detecção de luminância definida de forma preliminar (um limite para detectar as coordenadas das beiras da rosca) são calculadas com base na função. As coordenadas de eixo geométrico horizontal assim calculadas são definidas como as coordenadas das beiras da rosca. O processamento de sub-pixel conforme descrito acima permite que as coordenadas das beiras da rosca sejam detectadas em uma resolução mais alta e um nível de precisão mais alto do que com base no tamanho de pixel.

35/41

O formato externo de rosca, isto é, o perfil em um local de medição (excluindo as superfícies de flancos) do sensor óptico 2 é adquirido com base nas definições das coordenadas das beiras da rosca assim obtidas.

Na medida em que uma faixa a ser medida da rosca em geral se estende dimensionalmente além da faixa de fotografia do dispositivo receptor de foto 22, o sensor óptico 2 é movido para posições pré-determinadas por meio de cada um dos estágios de movimento axiais 10X, 10Y, e 10Z para medição repetitiva, e as imagens de medição obtidas em uma pluralidade de locais são ligadas juntamente, então, no processador 4; dessa maneira, os valores de medição necessários da primeira característica de rosca, como um perfil, podem ser calculados.

Após a medição acima descrita por meio do sensor óptico 2, o movimento do sensor de contato 3 é controlado a fim de desempenhar a medição da segunda característica de rosca que é associada com as superfícies de flanco de rosca.

Um dispositivo de medição que é chamado, em geral, de uma máquina de medição tridimensional pode ser aplicado ao sensor de contato 3.

O sensor de contato 3 é fornecido com a sonda de contato 31 que é tridimensionalmente móvel em cada um dos estágios de movimento axiais 10X, 10Y, e 10Z. As posições, para as quais a sonda de contato 31 é movida, são lidas, por exemplo, por um codificador de alta precisão linear, e os dados posicionais são transmitidos ao processador 4. Um contatar substancialmente esférico 31a é fornecido em uma extremidade frontal da sonda de contato 31. A detecção é feita de força leve que é aplicada ao contatar 31a em um instante quando o contatar 31a entra em contato com um objeto de medição, pelo que o cálculo é desempenhado para as coordenadas da posição central da superfície esférica do contatar 31a. Na presente modalidade, ao mesmo tempo em que a medição adequada é desempenhada com o contatar 31a que tem um diâmetro não maior do que 0,5 mm, o diâmetro está, com maior preferência, em uma faixa de 0,1 mm a 0,3 mm.

Na medida em que o desvio de coordenada tridimensional é uniforme a partir da posição em que a sonda de contato 31 is instalada até o contatar 31a, a calibração é feita previamente, por exemplo, com base nos resultados de medição de uma amostra de referência para que as coordenadas de posição central do contatar 31a possam ser

36/41 calculadas com base nas posições para as quais a sonda de contato 31 é movida.

A Figura 4 é uma ilustração de um método de medição das superfícies de flanco por meio do sensor de contato de acordo com a presente modalidade.

Um plano de movimento é preparado previamente para a sonda de contato 31 (o contatar 31 a) para que a sonda seja móvel relativamente à rosca A2 a ser medida com base nos dados de projeto da rosca A2. Entretanto, o processador 4 é fornecido com as posições de crista de rosca, a altura de eixo geométrico de rosca, e as posições aproximadas das superfícies de flanco sob a forma de coordenadas, conforme os resultados de medição, por meio do sensor óptico 2. O plano de movimento é revisado com base nas diversas coordenadas assim obtidas como resultado de medição por meio do sensor óptico 2 para decidir uma rota de movimento do contatar 31a. Além disso, a inclinação do contatar 31a é ajustada para um ângulo maior do que a inclinação das superfícies de flanco A8 (A8h) a serem medidas. Isto é, o ajuste é feito para que a porção diferente do contatar 31a (uma porção de escora) da sonda de contato 31 não entre em contato com as superfícies de flancos A8 (A8h) ou as pontas das cristas de rosca.

De forma específica, conforme mostrado na Figura 4, a sonda de contato 31 é primeiro movida na direção de eixo geométrico Z a ser ajustada para que o contatar 31a esteja localizado em uma posição igual ao eixo geométrico padrão de medição X1 (isto é, a posição de eixo geométrico de rosca acima descrita). Subsequentemente, o contatar 31a é movido, na posição de uma ranhura de rosca A4 na direção de eixo geométrico X, ao longo da direção de eixo geométrico Y para uma posição em uma distância pré-determinada a partir da ranhura de rosca A4. Daí por diante, a sonda de contato 31 é movida para transportar o contatar 31a na direção de eixo geométrico X bem como em direção a uma superfície de flanco A8 (A8h) a ser medida, e as coordenadas (as coordenadas X-Y) do contatar 31a são lidas em um instante quando o contatar 31a entra em contato com a superfície de flanco A8 (A8h).

Subsequentemente, a sonda de contato 31 é movida para que o contatar 31a esteja separado por uma distância pré-determinada na direção de eixo geométrico X a partir da superfície de flanco A8 (A8h) ao mesmo tempo em que á movido para uma distância prédeterminada na direção de eixo geométrico Y (em uma direção afastada do eixo geométrico

37/41 de rosca na Figura 4), e, então, a sonda de contato 31 é movida para que o contator 31a seja novamente movido na direção de eixo geométrico X bem como em direção à superfície de flanco A8 (A8h) a ser medida, em que as coordenadas (as coordenadas X-Y) do contator 31a são lidas em um instante quando o contator entra em contato com a superfície de flanco A8 (A8h) novamente. Tal detecção de coordenada é repetida por um número requerido de vezes que é definido previamente de acordo com as especificações da rosca, decidindo, então, as posições das superfícies de flanco sob a forma de conjuntos de coordenadas obtidas. As posições de superfície de flanco assim decididas são posicionadas como as pontas das cristas de rosca A3 e da ranhura de rosca A4 que foram medidas com o sensor óptico 2, e, com isso, uma relação posicionai como um todo na porção rosqueada A5 é especificada. A segunda característica de rosca associada com as superfícies de flanco é obtida com base nos dados posicionais em relação às superfícies de flanco assim especificadas.

Conforme descrito acima, a primeira característica de rosca medida com o sensor óptico 2 e a segunda característica de rosca medida com o sensor de contato 3 são combinadas uma com a outra no processador 4.

As Figuras 5A a 5C são ilustrações da combinação da primeira característica de rosca com a segunda característica de rosca. A Figura 5A mostra um perfil com base no resultado de medição da primeira característica de rosca, a Figura 5B mostra um perfil com base no resultado de medição da segunda característica de rosca, e a Figura 5C mostra um perfil após a combinação. A título de comodidade, as Figuras 5A a 5C mostram somente uma superfície de flanco em forma de rosca A8h como resultado de medição da segunda característica de rosca.

De forma específica, conforme mostrado nas Figuras 5A a 5C, a primeira e a segunda características de rosca são combinadas uma com a outra sob a forma de coordenadas no plano X-Y no eixo geométrico padrão de medição X1 acima descrito (a posição de eixo geométrico de rosca). Particularmente, a segunda característica de rosca é usada, de preferência, para a superfície de flanco A8 (A8h). Na Figura 5C, somente a porção mostrada com a linha contínua é usada, e o perfil próximo à superfície de flanco em forma de rosca A8h mostrado com a linha tracejada (vide Figura 5A), cujo perfil é obtido

38/41 como resultado de medição da primeira característica de rosca, não é usado.

No caso em que a medição acima descrita das características de rosca é desempenhada em uma pluralidade de locais em uma direção circunferencial de um tubo rosqueado A1, a medição é desempenhada em um local pré-determinado, então, o tubo rosqueado A1 é girado por meio de um ângulo pré-determinado em trono do centro de preensão do mecanismo de preensão 6 com o uso do dispositivo de rotação do mecanismo de preensão 6, o ângulo de rotação da rosca é detectado como o uso do dispositivo de detecção de ângulo de rotação, e a medição é desempenhada novamente. O ângulo de rotação do tubo rosqueado A1 ou o ângulo de rotação do mecanismo de preensão 6 pode ser aproximado ao ângulo de rotação da rosca nesse ponto.

O dispositivo de rotação não precisa necessariamente ser construído no mecanismo de preensão 6, e um dispositivo de rotação pode ser fornecido separadamente.

Se o centro de preensão (o eixo geométrico de tubo) do mecanismo de preensão 6 se desviar do eixo geométrico de rosca, o cálculo é desempenhado previamente como para tal posição, a posição do eixo geométrico de rosca detectada antes de a rotação se mover após o tubo rosqueado A1 ser girado por meio de um ângulo pré-determinado, por exemplo, 90°, com o mecanismo de preensão 6. Então, de preferência, o tubo rosqueado A1 é girado efetivamente no ângulo pré-determinado com o mecanismo de preensão 6, seguido pelo controle de movimento do sensor óptico 2 e do sensor de contato 3 com base na posição do eixo geométrico de rosca após o movimento calculado, a fim de desempenhar a medição.

Na presente modalidade, a correção de temperatura é feita nos valores resultantes da medição de característica de rosca. Isto é, o sistema de medição de característica de rosca 5 de acordo com a presente modalidade inclui um sensor de temperatura 11 que mede a temperatura do tubo rosqueado A1 fornecido como um objeto de medição, com base em cuja temperatura, a correção de temperatura é feita nos valores das características de rosca medidos.

Nesse caso, os valores medidos das características de rosca são corrigidos com base na temperatura do tubo rosqueado A1 usado na medição real, e, com isso, a diferença em temperatura é impedida de ser produzida dependendo de quais objetos e de

39/41 qual momento a medição é desempenhada, fornecendo, por conseguinte, os resultados de medição ainda mais precisos.

Além disso, a expansão térmica pode ocorrer no próprio aparelho de medição de característica de rosca 1. Isto é, um erro pode ser gerado nas distâncias de deslocamento (posições de sensor) fazendo com que o sensor óptico 2 e o sensor de contato 3 sejam movidos por cada um dos estágios de movimento axiais 10X, 10Y, e 10Z, devido à expansão térmica. Nesse sentido, o uso de um codificador com um substrato de vidro de quartzo ou um vidro de expansão térmica baixa no método de posições de sensor de detecção pode conduzir tal erro a um grau permissível.

As temperaturas dos tubos rosqueados A1 são substancialmente iguais à temperatura ajustada apropriadamente na fábrica; portanto, a medição pode ser conduzida através da temperatura ambiente em ou em tomo de uma posição onde os tubos rosqueados A1 a serem medidos passam através da, e com base na temperatura medida, a correção pode ser desempenhada nos valores medidos das características de rosca. Com a finalidade de desempenhar a correção com precisão aumentada, é preferencial que a temperatura do tubo rosqueado A1 ou da rosca A2 seja medida no meio da medição das características de rosca ou imediatamente antes e depois da medição, em que a correção é feita no resultado da medição de característica de rosca.

Deve-se notar que o sensor de temperatura 11 pode ficar disposto em uma posição diferente da posição exemplificadora mostrada na Figura 1. Isto é, o sensor não tem que ficar disposto nas adjacências da porção rosqueada A5. Por exemplo, o sensor pode ficar disposto, por exemplo, em uma porção central do tubo rosqueado A1. Além disso, mesmo quando a temperatura do tubo rosqueado A1 é medida no lado à jusante da linha do presente sistema de medição, o valor de medição de temperatura pode ser usado na correção de temperatura na medida em que não existe atraso temporal significativo até que a medição de característica de rosca e a oscilação de temperatura sejam pequenas.

Conforme descrito acima, com o aparelho de medição de característica de rosca 1 de acordo com a presente modalidade, a primeira característica de rosca é medida por meio de detecção da luz que se estende a partir da fonte de luz localizada no lado oposto do eixo geométrico de tubo e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca

40/41

Α4. A segunda característica de rosca é medida por meio da detecção das coordenadas de espaço da sonda de contato 31 (o contator 31a) do sensor de contato 3, a sonda (contator) que entra em contato com uma superfície de flanco de rosca A8 (A8h).

A primeira e a segunda características de rosca detectadas são combinadas por meio do processador 4, para que as características de rosca da rosca fornecida como um objeto de medição sejam calculadas.

Desse modo, a primeira característica de rosca que não é associada com as superfícies de flanco de rosca A8 (A8h) é medida por meio de detecção da luz que percorre substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca A4, enquanto que a segunda característica de rosca que é associada com as superfícies de flanco de rosca A8 (A8h), a característica que é passível de um erro de medição quando medida opticamente devido à tonalidade das pontas das cristas de rosca acima descrita A3, é medida por meio do sensor de contato 3. Essas características são combinadas uma com a outra, possibilitando, desse modo, a medição altamente precisa nas características de rosca incluindo a característica de rosca associada com as superfícies de flanco de rosca A8 (A8h).

Particularmente, a medição altamente precisa pode ser efetuada até mesmo a partir da característica de rosca associada com as superfícies de flanco em forma de gancho A8h que é passível de um erro de medição significativo quando medida somente opticamente, ficando largamente oculta na tonalidade das pontas das cristas de rosca A3.

Além disso, com o sistema de medição de característica de rosca 5 de acordo com a presente modalidade, a altura em que o tubo rosqueado A1 é colocado pode ser ajustada de tal maneira que o eixo geométrico padrão de medição X1 do aparelho de medição de característica de rosca 1 esteja alinhada com o eixo geométrico central do tubo rosqueado A1 por meio do mecanismo de ajuste de altura 7. Assim sendo, até mesmo em um caso em que os tubos de diâmetros diferentes são alimentados em série para o aparelho de medição de característica de rosca 1, por exemplo, em uma linha de processamento contínuo, a oscilação em posição de medição pode ser restringida aproximadamente a um grau de variação em raio dos tubos, facilitando, por conseguinte, a medição das características de rosca.

E, além disso, com a introdução de um tubo rosqueado A1 no interior do

41/41 mecanismo de preensão 6, a altura do tubo rosqueado A1 pode ser ajustada com o uso do mecanismo de ajuste de altura 7 de uma maneira que suplemente a função centrípeta do mecanismo de preensão 6, e o tubo pode ser movido para que o eixo geométrico central do tubo rosqueado A1 esteja substancialmente alinhado com o centro de preensão do mecanismo de preensão 6. Desse modo, é possível evitar tal situação de que o tubo rosqueado A1 alimentado não é bem mantido de forma centrípeta devido ao desvio amplo entre o eixo geométrico de tubo do tubo e o centro de preensão do mecanismo de preensão 6, ou de que a medição das características de rosca é impedida por meio da inclinação excessiva do tubo rosqueado Α1 na posição de medição.

O sistema de medição de característica de rosca 5 de acordo com a presente modalidade é configurado para desempenhar, de forma seletiva, a medição por meio somente do sensor óptico 2 e a medição tanto por meio do sensor óptico 2 quando por meio do sensor de contato 3.

Nesse caso, a comutação é desempenhada no tempo apropriado entre a produção, nestas circunstâncias, a primeira característica de rosca como resultado da medição por meio do sensor óptico 2 como uma característica de rosca medida e a produção de uma combinação da primeira característica de rosca como resultado da medição por meio do sensor óptico 2 com a segunda característica de rosca como resultado da medição por meio do sensor de contato 3, como uma característica de rosca medida, e, com isso, a medição de característica de rosca pode ser facilitada sem atrapalhar o controle de qualidade.

Ao mesmo tempo em que uma modalidade de acordo com a presente invenção é descrita anteriormente neste documento, a presente invenção não é limitada à modalidade, e diversas melhorias, alterações, e modificações são possíveis sem se desviar do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho (1) para medir características de rosca de uma extremidade de cano ou tubo rosqueado, CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

um sensor óptico (2) que mede uma primeira característica de rosca detectando a luz que se estende a partir de uma fonte de luz (21) localizada no lado oposto do eixo geométrico de cano ou tubo (XA) e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca (A4);

um sensor de contato (3) que mede uma segunda característica de rosca entrando em contato com uma sonda de contato (31) sobre uma superfície de flanco de rosca (A8) e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato (31) em um tempo de contato; e um processador (4) que calcula as características de rosca a partir da combinação da primeira característica de rosca com a segunda característica de rosca.
2. Aparelho de medição de característica de rosca, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície de flanco de rosca (A8) inclui uma superfície de flanco (A8h) que tem um formato de gancho.
3. Aparelho de medição de característica de rosca, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é configurado de forma seletiva desempenhando a medição por meio somente do sensor óptico (2) e a medição tanto por meio do sensor óptico (2) quanto por meio do sensor de contato (3).
4. Aparelho de medição de característica de rosca, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura do cano ou tubo rosqueado (A1) é obtida, e a correção de temperatura é feita nos valores medidos das características de rosca com base na temperatura obtida.
5. Aparelho de medição de característica de rosca, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente:

um dispositivo de rotação que gira o cano ou tubo rosqueado em torno do eixo geométrico de cano ou tubo (XA) ou de um eixo geométrico de rosca; e um dispositivo de detecção de ângulo de rotação que detecta o ângulo de

Petição 870190018744, de 25/02/2019, pág. 8/10

2/3 rotação do dispositivo de rotação.
6. Sistema de medição de característica de rosca CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

o aparelho de medição de característica de rosca de qualquer uma das reivindicações 1 a 5;

um mecanismo de preensão (6) para fixar um cano ou tubo rosqueado; e um mecanismo de ajuste de altura (7) que ajusta a altura do cano ou tubo rosqueado para que um eixo geométrico central do cano ou tubo rosqueado esteja substancialmente alinhado com um centro de preensão (X6) do mecanismo de preensão ou um eixo geométrico padrão de medição (X1) do aparelho de medição de característica de rosca.
7. Sistema de medição de característica de rosca, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que:

antes da medição da primeira e da segunda características de rosca, a detecção é feita de uma distância entre o eixo geométrico padrão de medição do aparelho de medição de característica de rosca e o eixo geométrico de rosca do cano ou tubo rosqueado a ser medido.
8. Método de medição de características de rosca de uma extremidade de cano ou tubo rosqueado, para ser utilizado em um sistema conforme definido na reivindicação 6 ou em um aparelho conforme definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de:

medir uma primeira característica de rosca com um sensor óptico (2) detectando a luz que se estende a partir de uma fonte de luz (21) localizada no lado oposto do eixo geométrico de cano ou tubo (XA) e prossegue substancialmente em paralelo às ranhuras de rosca (A4);

medir uma segunda característica de rosca com um sensor de contato (3) entrando em contato com uma sonda de contato (31) sobre uma superfície de flanco de rosca (A8) e detectando as coordenadas de espaço da sonda de contato (31) em um tempo de contato; e calcular as características de rosca a partir da combinação da primeira

Petição 870190018744, de 25/02/2019, pág. 9/10

3/3 característica de rosca com a segunda característica de rosca.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície de flanco de rosca (A8h) inclui uma superfície de flanco de rosca de gancho (A8h) que tem um formato de gancho.