手工幾何測量方法是目前油氣管道制造商面臨的最大問題之一。卡尺和其他特殊量規通常需要進行表面定期清理和校驗。這增加了非質量生產和維護成本的成本。人為因素的問題、性能和精度的要求催生了三坐標測量機的發展。
測量幾何中的各種挑戰決定了坐標測量技術和方法的多樣性。在創建幾何測量系統的過程中，開發人員的任務是選擇最優的方法和設備。因此，針對各種操作條件、表面特征和性能要求需要比較專業的技術能力。
來自俄羅斯烏拉爾聯邦大學的LavrinovDS等人對油氣管道螺紋的自動化測量需求進行了不同測量方案的對比，油氣管道螺紋的截面圖如圖1所示。
圖1. 管道螺紋示例圖
目前，所有的管道和接頭制造商都采用兩輪幾何檢測。第一輪是通過手動量規和管徑對螺紋進行全檢，第二級是使用鑄模對工件尺寸進行抽檢。第一輪大約需要1分鐘，但不提供有關齒的幾何形狀和螺紋粗糙度的信息。第二輪提供有關齒的幾何形狀和螺紋的粗糙度的信息，但需要大約20分鐘。隨著具有密封圈、特殊幾何形狀的溝槽和螺紋的優質聯軸器的出現，接觸方法不再提供所需參數的檢測能力。根據標準，測量精度應為5微米，性能為每秒10萬點。還應考慮到，大多數產品的直徑都超過70毫米。目前生產線操作人員采用人工螺紋量規或鑄件形成螺紋表面，并且這些方法無法將測量結果集成到數據采集與監控系統 (SCADA)中。
光譜共焦位移傳感器是一種快速、精確的幾何測量方法。光線通過透鏡聚焦在被測物體上，由其反射并返回傳感器。在單色共焦傳感器中，使用單色光，傳感器和物體必須機械地相互移動，以保持物體在透鏡的焦點上。這使得該技術非常緩慢，不適合在車間測量管道和聯軸器。相比之下，白光共聚焦傳感器使用的是由多種顏色組成的光。這種透鏡將每種顏色聚焦在略微不同的位置，通過測量返回光的顏色，我們可以以納米級的精度評估距離，見圖2。文章采用的光譜共焦位移傳感器包含192個測量通道，實現5毫米長度的2D線掃描，采樣頻率為每秒2 000次(或每秒384 000點)，接收角度高達45°，便于測量螺紋齒等斜坡結構。由于探頭的高數值孔徑和傳感器的動態范圍，幾乎可以對所有材料進行測量。然而，線陣的光譜共焦位移傳感器非常笨重。它們不能安裝在可轉位的頭部，比較適用于外螺紋。而針對內螺紋，則可以考慮采用點式的光譜共焦位移傳感器。
圖2. 光譜共焦位移傳感器原理圖
論文標題：Comparative Analysis of Automatic Methods forMeasuring Surface of Threads of Oil and Gas Pipes