CN105965324A - 石油螺纹廓形在机激光反射检测及反馈补偿装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：该装置主要包括保护壳、激光传感器、机械支架、光学反射系统、数控刀架和密封盖；激光传感器置于保护壳内，光学反射系统设置于保护壳的一侧，保护壳设置在机械支架上，机械支架设置在数控刀架的一个刀位上。本发明显著提高了石油螺纹检测的技术水平、质量水平，同时也具有巨大的科研价值、应用价值及社会效益。

Description

石油螺纹廓形在机激光反射检测及反馈补偿装置与方法
技术领域
本发明专利用于石油螺纹质量检测领域，涉及激光位移传感器对数控车床上已车削完成的内、外螺纹廓形精度的在机反射检测及反馈补偿装置。本发明专利应用光学反射系统，实现对较小内螺纹廓形精度的检测。
背景技术
石油螺纹主要应用于石油天然气钻采行业中钻杆、钻铤间的连接，作用是将钻井所需的巨大扭矩从井口传递到井底钻头，由于其承受扭矩大，密封要求高且呈锥形，因此对石油螺纹的廓形精度检测非常重要。目前石油螺纹零件廓形精度的检测以接触式测量为主，分为三类：一类是采用旋紧螺纹规的方法测量螺纹的紧密距，这是目前各油田管子站判断加工螺纹零件是否合格的唯一方法，这种检测方法能实现在机测量和脱机测量两种检测方式，但它只能检测出螺纹的综合参数，无法完成对螺纹廓形参数以及牙顶、牙底廓形精度的检测，测量劳动强度大，且结果易受人为因素影响；另一类方法是采用专用仪器，这种检测方法能测量出除牙型角和中径以外的所有螺纹参数，但只能应用在实验室中，对石油螺纹进行脱机检测，无法实现石油螺纹的在机测量，且内螺纹参数测量不全面；第三类方法是利用三坐标测量机，这种测量方式无法实现在机检测，且由于接触测头半径较大带来的横向分辨率问题无法解决。
发明内容
发明目的：发明提供一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置与方法。
技术方案：发明是通过以下技术方案实现的：
一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：该装置主要包括保护壳、激光传感器、机械支架、光学反射系统、数控刀架和密封盖；激光传感器置于保护壳内，光学反射系统设置于保护壳的一侧，保护壳设置在机械支架上，机械支架设置在数控刀架的一个刀位上。
保护壳上设置有密封盖。
光学反射系统设置于保护壳内激光位移传感器的激光光路侧，光学反射系统为将激光束反射到待测的螺纹表面的结构。
在数控刀架上设置有螺纹廓形在机激光反射检测装置，该刀架置于机床的滑板上，由刀架的运动实现了检测装置的轴向和径向进给运动，在机激光反射检测及反馈补偿装置还包括计算机和数控系统；计算机连接激光位移传感器和数控系统，激光位移传感器和数控系统连接机床。
应用上述的石油螺纹廓形精度在机激光反射检测装置所实施的对已加工完成的内、外螺纹廓形在机非接触测量方法，其特征在于：该方法通过反射光学系统使激光位移传感器的光束沿螺纹廓形轴向扫描，具体步骤如下：将机械支架设置在数控刀架的一个刀位上，把安装好激光传感器的保护壳用密封盖密封后设置于机械支架上，光学反射系统设置在保护壳内激光位移传感器的激光光路侧，待螺纹车削加工完成后，利用数控刀架将激光传感器所在刀位旋转至工作刀位，执行螺纹廓形精度检测程序，利用计算机发出指令，刀架带动激光传感器通过光学反射系统反射的激光光束完成对螺纹轴向廓形进行扫描。
以计算机为检测系统中心，计算机对接收的螺纹轴向廓形数据降噪、拟合等数值算法处理，计算机根据处理后的螺纹廓形计算螺距、中径、牙型角、牙高等所有螺纹参数，与设置在计算机中的标准比较，并判定螺纹的加工质量，对于不合格的螺纹由计算机将所需的补偿量反馈给数控系统，控制机床上刀具位置的改变，以进行修整车削，循环上述检测反馈补偿过程，直到检测的螺纹零件合格为止，最终完成石油螺纹的在机激光反射检测与补偿。
该方法完成了一个石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿的闭环过程，实现了石油螺纹廓形精度在机检测及反馈补偿的功能，解决了对较小内螺纹廓形精度无法检测的瓶颈问题。
优点效果：
本发明提供一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置与方法，
该方法以计算机为中心，通过应用光学反射系统将激光传感器发出的光源反射到待测螺纹表面，完成对内、外螺纹廓形的在机反射实时检测，利用计算机中的算法对检测数据进行数值分析，并计算全部螺纹参数、判定螺纹质量、对于不合格的螺纹给出补偿量，并将全部结果反馈给数控系统以控制机床的刀具位置，循环上述过程，直到检测的螺纹零件合格为止。该方法将机械支架设置在数控刀架的一个刀位上，把安装好激光传感器的保护壳用密封盖密封后设置于机械支架上，密封盖主要防止车削螺纹过程中的高温铁屑和切削液等对高精度传感器造成损害,并将光学反射系统设置于保护壳的一侧。待锥螺纹车削加工完成后，数控刀架将激光传感器所在刀位旋转至工作刀位，执行螺纹廓形精度检测程序时，计算机发出指令，刀架带动激光传感器对内、外螺纹轴向廓形进行扫描，计算机对接收的螺纹轴向廓形数据降噪、拟合等数值算法处理，计算机根据处理后的螺纹廓形计算螺距、中径、牙型角、牙高等所有螺纹参数，与设置在计算机中的标准比较，并判定螺纹加工质量，对于不合格的螺纹由计算机将所需的补偿量反馈给数控系统，来控制机床上刀具位置的改变，以进行修整车削，循环上述检测反馈补偿过程，直到检测的螺纹零件合格为止，最终完成石油螺纹的在机激光反射检测与补偿。
本发明针对目前石油螺纹廓形精度在机检测遇到的问题，应用激光位移传感器实现对螺纹廓形精度的非接触在机反射检测，基本组成为：机械装置，利用光学反射系统将安装在机床数控刀架上的激光位移传感器发出的光束反射到待测工件上来完成对石油螺纹轴向齿形轮廓的扫描；控制装置，以计算机为中心，在计算机中通过数值算法完成对检测数据的处理，并计算螺纹所有参数，判断轴向廓形精度，判别加工偏差，对于不合格工件计算机将补偿结果反馈给数控系统，以控制机床上刀具位置的改变。本发明利用光学反射系统解决了由于激光传感器尺寸大，对较小内螺纹廓形参数无法检测的问题，经过实验验证反射检测的精度较激光直射检测低但仍在可用范围内。
具有优点如下：
①本发明通过扫描螺纹轴向轮廓，可以直接获得螺纹轴向数据。根据廓形数据不仅可以直接计算螺纹的各项参数，也可以用来评定廓形面加工质量，较之现行的检测方法更加全面。
②本发明是一个完整的闭环装置，实现了检测—计算—补偿—修整全过程的智能化，操作简便，测量精度高，检测速度快，可实现石油螺纹全参数的在机动态实时检测与补偿。
③本发明利用光学反射系统，解决了较小内螺纹参数无法检测的致命问题。
本发明显著提高了石油螺纹检测的技术水平、质量水平，同时也具有巨大的科研价值、应用价值及社会效益。
附图说明：
图1为本发明的廓形在机激光反射检测结构示意图；
图2为本发明的精度计算及补偿反馈过程的状态示意图。
具体实施方式：
如图1所示，本发明提供一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，该装置主要包括保护壳2、激光传感器3、机械支架4、光学反射系统5、数控刀架6和密封盖7；激光传感器3置于保护壳2内，光学反射系统5设置于保护壳2的一侧，保护壳2设置在机械支架4上，机械支架4设置在数控刀架6的一个刀位上。
保护壳2上设置有密封盖7。
光学反射系统5设置于保护壳2内激光位移传感器3的激光光路侧，光学反射系统5为将激光束反射到待测的螺纹1表面的结构。
设置有螺纹廓形在机激光反射检测装置的数控刀架6置于机床10的滑板上并能实现检测装置的轴向和径向进给，在机床10的两侧设置有计算机8和数控系统9。
对已加工完成的内、外螺纹廓形在机非接触测量方法，该方法通过反射光学系统5使激光位移传感器3的光束沿螺纹1廓形轴向扫描，具体步骤如下：将机械支架4设置在数控刀架6的一个刀位上，把安装好激光传感器3的保护壳2用密封盖7密封后设置于机械支架4上，光学反射系统5设置在保护壳2内激光位移传感器3的激光光路侧，待螺纹1车削加工完成后，利用数控刀架6将激光传感器3所在刀位旋转至工作刀位，执行螺纹廓形精度检测程序，利用计算机8发出指令，刀架6带动激光传感器3通过光学反射系统5反射的激光光束完成对螺纹1轴向廓形进行扫描。
以计算机8为检测系统中心，计算机8对接收的螺纹1轴向廓形数据降噪、拟合等数值算法处理，计算机8根据处理后的螺纹1廓形计算螺距、中径、牙型角、牙高等所有螺纹参数，与设置在计算机8中的标准比较，并判定螺纹1的加工质量，对于不合格的螺纹由计算机8将所需的补偿量反馈给数控系统9，控制机床10上刀具位置的改变，以进行修整车削，循环上述检测反馈补偿过程，直到检测的螺纹零件1合格为止，最终完成石油螺纹的在机激光反射检测与补偿。
该方法完成了一个石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿的闭环过程，实现了石油螺纹廓形精度在机检测及反馈补偿的功能，解决了对较小内螺纹廓形精度无法检测的瓶颈问题。
本发明以计算机为中心，提供一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置与方法，既要准确获得内、外螺纹全部参数又要对螺纹廓形质量作出评定，并对评定不合格的螺纹反馈补偿车削，实现一个封闭的循环装置。目的是有效地控制石油螺纹的车削精度，更好地保证锥螺纹连接的互换性和可靠性。本发明提供了一种光学反射系统，实现了对内、外螺纹廓形精度的激光反射检测。

Claims (7)

1.一种石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：该装置主要包括保护壳（2）、激光传感器（3）、机械支架（4）、光学反射系统（5）、数控刀架（6）和密封盖（7）；激光传感器（3）置于保护壳（2）内，光学反射系统（5）设置于保护壳（2）的一侧，保护壳（2）设置在机械支架（4）上，机械支架（4）设置在数控刀架（6）的一个刀位上。
2.根据权利要求1所述的石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：保护壳（2）上设置有密封盖（7）。
3.根据权利要求1所述的石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：光学反射系统（5）设置于保护壳（2）内激光位移传感器（3）的激光光路侧，光学反射系统（5）为将激光束反射到待测的螺纹（1）表面的结构。
4.根据权利要求1所述的石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿装置，其特征在于：在数控刀架（6）上设置有螺纹廓形在机激光反射检测装置，该刀架置于机床（10）的滑板上，由刀架的运动实现了检测装置的轴向和径向进给运动，在机激光反射检测及反馈补偿装置还包括计算机（8）和数控系统（9）；计算机（8）连接激光位移传感器（3）和数控系统（9），激光位移传感器（3）和数控系统（9）连接机床（10）。
5.应用权利要求1的石油螺纹廓形精度在机激光反射检测装置所实施的对已加工完成的内、外螺纹廓形在机非接触测量方法，其特征在于：该方法通过反射光学系统（5）使激光位移传感器（3）的光束沿螺纹（1）廓形轴向扫描，具体步骤如下：将机械支架（4）设置在数控刀架（6）的一个刀位上，把安装好激光传感器（3）的保护壳（2）用密封盖（7）密封后设置于机械支架（4）上，光学反射系统（5）设置在保护壳（2）内激光位移传感器（3）的激光光路侧，待螺纹（1）车削加工完成后，利用数控刀架（6）将激光传感器（3）所在刀位旋转至工作刀位，执行螺纹廓形精度检测程序，利用计算机（8）发出指令，刀架（6）带动激光传感器（3）通过光学反射系统（5）反射的激光光束完成对螺纹（1）轴向廓形进行扫描。
6.根据权利要求5所述的对螺纹廓形精度计算及反馈补偿方法，其特征在于：以计算机（8）为检测系统中心，计算机（8）对接收的螺纹（1）轴向廓形数据降噪、拟合等数值算法处理，计算机（8）根据处理后的螺纹（1）廓形计算螺距、中径、牙型角、牙高等所有螺纹参数，与设置在计算机（8）中的标准比较，并判定螺纹（1）的加工质量，对于不合格的螺纹由计算机（8）将所需的补偿量反馈给数控系统（9），控制机床（10）上刀具位置的改变，以进行修整车削，循环上述检测反馈补偿过程，直到检测的螺纹零件（1）合格为止，最终完成石油螺纹的在机激光反射检测与补偿。
7.根据权利要求6所述的对螺纹廓形精度计算及反馈补偿方法，其特征在于：该方法完成了一个石油螺纹廓形精度在机激光反射检测及反馈补偿的闭环过程，实现了石油螺纹廓形精度在机检测及反馈补偿的功能，解决了对较小内螺纹廓形精度无法检测的瓶颈问题。
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