CN106739537A - 一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备及其打标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备及其打标方法，涉及激光打标技术领域，本发明包括电控柜和激光器，电控柜上设置有间歇分割器，间歇分割器上连接有转盘，转盘均布有个用于安装待打标接箍的承接套筒，激光器上活动连接有旋转激光头；本发明结构简单，工作效率高，劳动强度低，方便待打标接箍内孔打标，打标字体不容易被磨损的优点，工作时，把待打标接箍安装在转盘的承接套筒上，调节激光器的位置，在电脑中输入需要打标参数，调整激光在接箍内壁的焦距，然后开始打标，调整激光的焦距，可以实现深度打标和碳化打标，当一个产品打标结束后，转盘自动旋转进行下一个产品的打标，如此一来就实现了无间断的打标工作。

Description

一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备及其打标方法
技术领域
本发明涉及激光打标设备领域，更具体的是涉及一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备及其打标方法。
背景技术
抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接光杆，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62或8米、9.14m，材质一般是低碳合金钢经过调质处理，根据长度需要，在油管内用内螺纹接箍把单根的抽油杆一根根连接起来一直延伸到地下油层处的活塞上。
目前，公知的API抽油杆接箍的打标方式是采用外圆滚压刻字，通常可以调整间距的滚筒、刻字模板、可替换字钉组合，采用机械的方式在接箍的外圆上滚压出深深的印记；例如按API 11B得要求滚压的印记深度不超过0.79mm。
但是，采用机械的方式在抽油杆接箍的外圆上打标存在如下缺点：1、由于每个接箍的外形不同，滚压出来的字体深浅不一；2、API抽油杆接箍根据型号不同可以分为几十种，如果用滚压的方式，每一种型号接箍都需要单独做一个字模板或者采用更换字钉的形式来实现打标内容的变化；3、通常需要1名或者2名操作人员操作1台设备，劳动强度较大，效率不高，；4、滚压的凹坑，在腐蚀环境的井中，形成腐蚀坑，腐蚀介质集聚，在局部形成早期腐蚀源，导致产品失效；5、产品在油井中使用一段时间后，由于油井中油管内壁与接箍外圆的摩擦，导致外圆刻字信息模糊或者丢失，进而导致产品失去追溯性。
如何解决上技术问题成了本领域技术人员的努力方向。
发明内容
为了解决现有采用机械方式在接箍的外圆上滚压打标存在的效率低、打标质量差、人工劳动强度大、刻字新型易磨损的技术问题，本发明提供一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备及其打标方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，包括电控柜，电控柜上设置有间歇分割器，间歇分割器上连接有转盘，间歇分割器控制转盘间歇转动，转盘上按圆周均布有多个用于安装待打标接箍的承接套筒，电控柜上间歇分割器一侧设置有水平导轨，水平导轨上通过卡接件A连接有可沿水平导轨往复运动的竖直支撑件，竖直支撑件上设置有竖直导轨槽，竖直支撑件一侧设置有沿竖直导轨槽升降的激光器，激光器上活动连接有旋转激光头，旋转激光头最底端的高度高于待打标接箍顶部的高度，这种位置使激光与待打标接箍形成一定角度，方便待打标接箍内孔打标。
进一步地，所述的电控柜上还设置有PC显示器，所述电控柜内部中安装有PC主机，PC主机与激光器电连接，电控柜一侧设置有与PC主机电连接的控制面板，控制面板上设置有多个控制按钮。
进一步地，所述旋转激光头能绕激光器360°旋转，增加了激光头的灵活性。
进一步地，所述的承接套筒的数量为4，4个套筒的设计是一个最优设计，转盘旋转90°便可以进入下一个接箍打标，方便控制和打标好了的接箍的取出。
进一步地，所述承接套筒与待打标接箍插接配合，承接套筒内设置有辅助压紧待打标接箍的三个弹簧鸭舌片。
承接套筒与待打标接箍插接配合的设计是为了更方便的拿去和放置箍插，由于激光焦距的误差只允许0.5mm内，为了更好的保证产品的一致性，因此在套筒中设计了三个内置弹簧的鸭舌片，是为了更好的保证自动定心的效果。
进一步地，所述承接套筒与待打标接箍螺纹配合，螺纹配合结构简单，稳定性高。
进一步地，所述电控柜由型材组成的正方体且中间空心的工作台。
进一步地，所述电控柜底端安装有滚轮和基脚。
进一步地，所述的激光器下设置有沿竖直导轨槽升降的卡接座B。
一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标方法，该方法包括一下步骤：
步骤S1，将待打标接箍(5)放置于承接套筒(4)内，通过水平轨道(12)和竖直导轨槽竖直导轨槽(8-1)调节激光器(7)的位置，到达预定位置，打标部位不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果；
步骤S2，在PC主机中输入加工参数：字体型号、字体高度、字体长度；
步骤S3，调整激光在接箍(5)内壁的焦距，然后开启激光器(7)，开始打标；
步骤S4，当接箍(5)打标结束后，间歇分割器(2)带动转盘(3)自动旋转进行下一个产品的打标。
调整步骤3中激光焦距，可以实现深度打标和碳化打标，当激光的焦距在160mm聚焦时为深度打标，当激光的焦距在154-156mm或者164-166mm(即偏焦4-6mm)范围内时为碳化打标。
深度打标的参数设置为：
焦距：160mm；脉冲宽度：100ns；脉冲频率：100KHz；激光功率：95％；激光频率：100-200KHz扫描速度：大于1000mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
碳化打标的参数设置为：
焦距：154-156mm或者164-166mm(即偏焦4-6mm)；脉冲宽度：100ns；激光功率：95％；脉冲频率：100KHz；激光功率：95％；激光电流：9.4A；激光频率：160-500KHz；移动速度：小于500mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
工作原理：
工作时，把待打标接箍安装在转盘的承接套筒上，通过水平轨道和竖直导轨槽调节激光器的位置，到达预定位置后，在电脑中输入需要打标的内容、字体型号、字体高度、字体长度。调整激光在接箍内壁的焦距，然后开始打标。当产品打标结束后，转盘自动旋转90°后，自动进行下一个产品的打标，如此一来就实现了无间断的打标工作，操作者只需要从套筒中抽出已经打标完成的产品，然后插入待打标产品即可。
由于激光头升高超过产品后，通过旋转激光头角度，利用激光与接箍内孔之间的夹角，激光照射到产品内孔壁上进行打标。调整激光的焦距，可以实现深度打标和碳化打标。
本发明的有益效果如下：
1、本发明结构简单，进行内孔刻字，克服以上外圆滚压刻字的不足，并采用间歇分割器控制转盘间歇转动，实现无间断连续工作，减小劳动强度和提高生产效率。打标在内孔中，抽油杆拧紧后不与外界接触，产品信息不容易被磨损，解决了接箍外圆打标易磨损后失去追溯性问题有效，保护了产品的追溯性，尤其是深度打标，打标内容用砂纸擦拭后字体非常清晰。
2、由于接箍外圆没有滚压造成的凹痕，避免了外圆凹坑腐蚀介质的堆积造成的腐蚀凹坑。
3、承接套筒的数量为4是一个最优设置，转盘自动旋转90°后，自动进行下一个产品的打标，如此一来就实现了无间断的打标工作，操作者只需要从套筒中抽出已经打标完成的产品，然后插入待打标产品即可，这个打标的全过程实现了自动切换零件，不间断工作的原理，基本实现了全自动，通常1个操作者可以同时操作2台设备，大大提高了工作效率。
4、所述承接套筒与待打标接箍插接配合，承接套筒内设置有辅助压紧待打标接箍的三个弹簧鸭舌片，内置弹簧解决了同一个型号产品外径略微差异导致的装夹问题；鸭舌片提供了在轴线方向有效的接触长度，保证了产品安装的自动定心，增加了打标质量。
5、打标内容在计算机上编辑好后直接打标，随时可以修改，节约了各种型号接箍定做字模的成本，适于推广使用。
6、电控柜底端的滚轮和基脚的设置，便于移动和固定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的一个向视图；
图3是激光束与打标接箍的形成夹角的结构示意图；
图4是承接套筒的结构示意图；
附图标记：1-电控柜，1-1-控制面板，2-间歇分割器，3-转盘，4-承接套筒，5-打标接箍，6-卡接座B，7-激光器，8-竖直支撑件，8-1-竖直导轨槽，9-PC显示器，10-旋转激光头，11-卡接件A，12-水平导轨，13-基脚，14-滚轮。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1到3所示，本实施例提供一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，包括电控柜1，电控柜1上设置有间歇分割器2，间歇分割器2上连接有转盘3，间歇分割器2控制转盘3间歇转动，转盘3上按圆周均布有多个用于安装待打标接箍5的承接套筒4，电控柜1上间歇分割器2一侧设置有水平导轨12，水平导轨12上通过卡接件A11连接有可沿水平导轨12往复运动的竖直支撑件8，竖直支撑件8上设置有竖直导轨槽8-1，竖直支撑件8一侧设置有沿竖直导轨槽8-1升降的激光器7，激光器7上活动连接有旋转激光头10。
旋转激光头最底端的高度高于待打标接箍顶部的高度，这种位置使激光与待打标接箍形成一定角度，方便待打标接箍内孔打标。
所述的电控柜1上还设置有PC显示器9，所述电控柜1内部中安装有PC主机，PC主机与激光器7电连接，电控柜1一侧设置有与PC主机电连接的控制面板1-1，控制面板1-1上设置有多个控制按钮。
本实施例中，把待打标接箍安装在转盘的承接套筒上，通过水平轨道和竖直导轨槽调节激光器的位置，到达预定位置后，在电脑中输入需要打标的内容、字体型号、字体高度、字体长度。调整激光在接箍内壁的焦距，然后开始打标。当产品打标结束后，转盘自动旋转进行下一个产品的打标，如此一来就实现了无间断的打标工作，操作者只需要从套筒中抽出已经打标完成的产品，然后插入待打标产品即可。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步改进，具体是：
所述旋转激光头10能绕激光器7旋转360°。
所述的承接套筒4的数量为4。
激光器采用重庆亮科激光科技有限公司100-200W光纤激光器。
实施例3
本实施例是在实施例1或2的基础上做了进一步优化，具体是：
所述承接套筒4与待打标接箍5插接配合，承接套筒4内设置有辅助压紧待打标接箍5的三个弹簧鸭舌片。
所述承接套筒与待打标接箍插接配合，承接套筒内设置有辅助压紧待打标接箍的三个弹簧鸭舌片，内置弹簧解决了同一个型号产品外径略微差异导致的装夹问题；鸭舌片提供了在轴线方向有效的接触长度，保证了产品安装的自动定心，增加了打标质量。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上做了进一优化，具体如下：
所述承接套筒4与待打标接箍5螺纹配合。
所述电控柜1由型材组成的正方体且中间空心的工作台。
所述电控柜1底端安装有滚轮14和基脚13。
所述的激光器7下设置有沿沿竖直导轨槽8-1升降的卡接座B6。
实施例5
一种用于抽油杆接箍的内孔激光深度打标方法，该方法包括一下步骤：
步骤S1，将待打标接箍(5)放置于承接套筒(4)内，通过水平轨道(12)和竖直导轨槽竖直导轨槽(8-1)调节激光器(7)的位置，到达预定位置，打标部位不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果；
步骤S2，在PC主机中输入加工参数：字体型号、字体高度、字体长度；
步骤S3，调整激光在接箍(5)内壁的焦距，然后开启激光器(7)，开始打标；
步骤S4，当接箍(5)打标结束后，间歇分割器(2)带动转盘(3)自动旋转进行下一个产品的打标。
当激光的焦距在160mm聚焦时为深度打标，
深度打标的参数设置为：
焦距：160mm；脉冲宽度：100ns；脉冲频率：100KHz；激光功率：小于95％；激光频率：100-200KHz扫描速度：大于1000mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
根据参数的不同，和刻字效率的不同要求，刻字深度不同，刻字深度为0.05-0.15mm范围内时效果更佳。
对打标后字体表面的毛刺进行打磨；打磨的方式可以是砂纸，抛光轮，玻璃钢丸等，目的是去除毛刺，保留字体的深度，不得造成字体模糊和深度过浅。
待接箍后续所有机加工完成后(螺纹加工)，进行正常产品的磷化工艺的处理，磷化处理后浸泡防锈油，得到成品接箍。
接箍打标刻字前产品准备状态：精加工工序完成后，尤其DQ“内螺纹沉孔直径”必须是最终加工状态，因为刻字后，此处不能再进行车削加工；产品其余部位状态可以是成品也可以是半成品状态。刻字前的产品是没有磷化的状态，刻字部位尽量不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果。
实施例6
一种用于抽油杆接箍的内孔激光碳化打标方法，该方法包括一下步骤：
步骤S1，将待打标接箍放置于承接套筒内，通过水平轨道和竖直导轨槽竖直导轨槽调节激光器的位置，到达预定位置，打标部位不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果；
步骤S2，在PC主机中输入加工参数：字体型号、字体高度、字体长度；
步骤S3，调整激光在接箍内壁的焦距，然后开启激光器，开始打标；
步骤S4，当接箍打标结束后，间歇分割器带动转盘自动旋转进行下一个产品的打标。
调整步骤3中激光焦距，当激光的焦距在154-156mm或者164-166mm(即偏焦4-6mm)范围内时为碳化打标。
碳化打标的参数设置为：
焦距：154-156mm或者164-166mm(即偏焦4-6mm)；脉冲宽度：100ns；激光功率：95％；脉冲频率：100KHz；激光功率：95％；激光电流：9.4A；激光频率：160-500KHz；移动速度：小于500mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
打标前接箍准备状态：所有工序加工完毕，并且磷化工艺完成后进行打标，打标前产品的状态是产品磷化的状态，刻字部位(内螺纹沉孔直径处)尽量不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果。
碳化单标和深度打标的效率对比表：
以单个产品刻20个字符，字体Arial Baltic，字高2.8-3.0mm为基础的实际效率为例。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，包括电控柜(1)，其特征在于，电控柜(1)上设置有间歇分割器(2)，间歇分割器(2)上连接有转盘(3)，转盘(3)上按圆周均布有多个用于安装待打标接箍(5)的承接套筒(4)，电控柜(1)上间歇分割器(2)一侧设置有水平导轨(12)，水平导轨(12)上通过卡接件A(11)连接有可沿水平导轨(12)往复运动的竖直支撑件(8)，竖直支撑件(8)上设置有竖直导轨槽(8-1)，竖直支撑件(8)一侧设置有沿竖直导轨槽(8-1)升降的激光器(7)，用于发射激光，激光器(7)上活动连接有360°旋转激光头(10)，所述的电控柜(1)上还设置有PC显示器(9)，所述电控柜(1)内部中安装有PC主机，PC主机与激光器(7)电连接。
2.根据权利要求1所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，其特征在于，电控柜(1)一侧设置有与PC主机电连接的控制面板(1-1)，控制面板(1-1)上设置有多个控制按钮。
3.根据权利要求1所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，其特征在于，所述的承接套筒(4)的数量为4。
4.根据权利要求1所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，其特征在于，所述承接套筒(4)与待打标接箍(5)插接配合，承接套筒(4)内设置有辅助压紧待打标接箍(5)的三个弹簧鸭舌片。
5.一种用于抽油杆接箍的内孔激光打标方法，应用于权利要求1-4任一项所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标设备，其特征在于，该方法包括一下步骤：
步骤S1，将待打标接箍(5)放置于承接套筒(4)内，通过水平轨道(12)和竖直导轨槽竖直导轨槽(8-1)调节激光器(7)的位置，到达预定位置，打标部位不能有水和油等污染物，避免影响刻字效果；
步骤S2，在PC主机中输入加工参数：字体型号、字体高度、字体长度；
步骤S3，调整激光在接箍(5)内壁的焦距，然后开启激光器(7)，开始打标；
步骤S4，当接箍(5)打标结束后，间歇分割器(2)带动转盘(3)自动旋转进行下一个产品的打标。
6.根据权利要求5所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标方法，其特征在于，调整步骤3中激光焦距，可以实现深度打标和碳化打标，当激光的焦距在160mm时为深度打标，当激光的焦距在154-156mm或者164-166mm范围内时为碳化打标。
7.根据权利要求6所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标方法，其特征在于，
深度打标的参数设置为：
焦距：160mm；脉冲宽度：100ns；脉冲频率：100KHz；激光功率：95％；激光频率：100-200KHz扫描速度：大于1000mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
8.根据权利要求6所述的用于抽油杆接箍的内孔激光打标方法，其特征在于，
碳化打标的参数设置为：
焦距：154-156mm或者164-166mm(即偏焦4-6mm)；脉冲宽度：100ns；激光功率：95％；脉冲频率：100KHz；激光电流：9.4A；激光频率：160-500KHz；移动速度：小于500mm/s；是否填充：填充；填充角度：360°；填充线分布：平均分布；是否反转：反转；距四周各：0mm。
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