CN112171379A - 数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，卡盘带动管件围绕中心车床主轴旋转；在车床X轴方向上设置测量装置；将距离测量装置移至同心圆测量区上方进行测量；获取同心圆测量区的外圆R；记距离测量装置至Z轴距离为X，距离测量装置到同心圆测量区外表面的距离记为d；卡盘夹持管件绕Z轴旋转360°，获得每旋转一定角度时的X和d；同心圆测量区在某一旋转角度时的半径为r1，r1＝X‑d；加上相对180°测量的r2值为K，K＝r1+r2；记在多个角度测量的多组K值为集合A，所有A集合中最大的K值所对应的角度为管件的中心轴偏移方向，偏移量为这组最大K值包含的r1‑r2的差；卡爪根据偏移量相应调整；能够准确的确定管件的中心轴偏移方向和该方向上的偏移量。

Description

数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法

技术领域

本发明涉及数控车床维修非均匀磨损螺纹管检测技术领域，尤其涉及一种数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法。

背景技术

钻杆是石油开采，天然气开采，打井的重要生产物质和工具。但是钻杆在多次使用后会出现两个方面的磨损。其一螺纹的磨损，其二钻杆外圆的非均匀磨损。我国现阶段的石油装备生产和维修单位面临钻杆上述两种情况的维修都没有好的解决方案只能采用传统的普通车床进行手动定心的方式维修。受钻杆中心轴偏移量的技术方法的限制，造成维修后的钻杆精度差和原设计标准存在一定差异，并且增加工人的劳动强度。

在钻杆的纠偏维修中，最为重要的一个步骤就是找到钻杆的偏移角度和偏移量，因为数控车床加工首先是通过卡盘的固定，然后进行一系列加工进行维修的；其中，待修工件在送入数控车床后通过卡盘夹紧固定工件，此时工件的中心轴必须要和数控车床的设计中心轴重合维修出来的钻杆才能符合设计要求；而卡盘是机械性工具，其工作原理是多个卡爪在夹紧时，同时向中心匀速、等距运动，直到与工件紧密结合夹紧工件；但是能自定心需要待加工工件具有外圆平整，管体轴心直线度高的特点。所以数控车床非常适合加工新工件或者是毛呸件。但是管件的维修工作往往不是加工新件和毛呸件，维修的意义是在旧的工件外表面重新加工出和新工件几何尺寸和螺纹轨迹完全一样的管件。比如石油开采工程中需要的重要设备石油钻杆的维修。

所以，如何让数控车床的卡盘能够对中心轴有偏移的钻杆进行修正，找到其中心轴偏移量，是解决数控车床维修中心轴偏移管件的关键问题。

发明内容

针对上述技术中存在的如：在现有的数控车床维修中心轴有偏移的管件中，还未有一种能确定管件偏移角度和偏移量的方法。

具体为一种数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，数控车床卡盘的中心轴定义为主轴，管件被所述卡盘夹紧并围绕主轴旋转；垂直于Z轴的方向上设置有距离测量装置；包括以下步骤：

S1、所述管件螺纹管，所述螺纹管具有未被磨损的同心圆测量区，将所述距离测量装置移动至所述同心圆测量区上方进行测量；并获取未损坏管件的同心圆测量区的外圆距离数据R；

S2、记所述距离测量装置至Z轴距离为X，所述距离测量装置到所述同心圆测量区的外表面的距离记为d；

S3、所述卡盘夹持所述管件绕Z轴旋转360°，获得每旋转一定角度时的X和d；

S4、所述同心圆测量区在某一旋转角度时的数据为r1，r1＝X-d，r1加上相对180°时测量的r2值记为K，K＝r1+r2,多个角度测量的多个K值的集合为A，所有A集合中最大的K值所对应的角度方向则为所述管件的中心轴偏移角度，偏移量为这组最大K值包含的r1-r2的差；所述卡盘的卡爪根据所述偏移量相应调整。

作为优选，在步骤S3中，所述旋转角度为n°时进行测量，则再取旋转角度为n+180°时进行测量；

在n°所测量的d记为d1，所测量的X为X1，所计算的r为r1；在n+180°所测量的d记为d2，所测量的X为X2，所计算的r为r2。

作为优选，当n取0时，将r1+r2和2R进行比较，若r1+r2＝2R，则所述距离测量装置的安装位置准确；若r1+r2≠2R，则需调整所述距离测量装置的安装位置。

作为优选，在步骤S4中，将多组n°和n+180°数据进行整合，得到以(n°，r1+r2，r1，r2)为单元数据的数据集A，比较所有得出r1+r2的最大单元数据，则对应的n°为所述管件的中心轴偏移角度，偏移大小为r1-r2。

作为优选，若r1-r2小于0，则偏移方向为n+180°，偏移大小为r2-r1；若r1-r2大于0，则偏移大小为n°，距离为r1-r2。

作为优选，旋转角度n°取至少180组对角数据计算。

作为优选，所述偏移量P＝(r1-r2)/2，若P为负数，则所述管件的中心轴向n°方向偏移-P；向n+180°方向偏移P；所述卡盘的n°卡爪需调整-P距离；n+180°方向卡爪需调整P距离。

作为优选，所述距离测量装置安装在垂直于Z轴的刀架上。

作为优选，若检测所述管件的内径，则将所述距离测量装置伸入到管件内，获得所述距离测量装置与所述管件内表面的距离，以及所述距离测量装置与Z轴的距离。

本发明为数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，卡盘带动管件围绕中心车床主轴旋转；在车床X轴方向上设置测量装置；将距离测量装置移至同心圆测量区上方进行测量；获取同心圆测量区的外圆R；记距离测量装置至Z轴距离为X，距离测量装置到同心圆测量区外表面的距离记为d；卡盘夹持管件绕Z轴旋转360°，获得每旋转一定角度时的X和d；同心圆测量区在某一旋转角度时的半径为r1，r1＝X-d；加上相对180°测量的r2值为K，K＝r1+r2；记在多个角度测量的多组K值为集合A，所有A集合中最大的K值所对应的角度为管件的中心轴偏移方向，偏移量为这组最大K值包含的r1-r2的差；卡爪根据偏移量相应调整；能够准确的确定管件的中心轴偏移方向和该方向上的偏移量。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的原理结构示意图；

图3为本发明实施例的视图说明；

图4为本发明同心圆测量区的结构示意图；

图5位本发明坐标系示意图。

主要元件符号说明如下：

1、距离测量装置；2、管件；21、公扣根部；22、母扣台阶。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

钻杆外圆偏磨造成的主要原因：钻杆在工作时是旋转向下运动，工作环境是自然地貌其主要物质有土壤、砂石和岩层。在这种自然环境下钻杆工作就会与上述材料产生摩擦，有摩擦就一定会有磨损，有磨损就一定会产生非均匀磨损。在上述情况下原钻杆外圆的正圆表面变成椭圆表面或其他非正圆表面。综上所述当传统的自定心卡盘夹持外圆被磨损的钻杆时钻杆的原轴心位置和数控车床轴心位置一定会发生偏移。用石油钻杆举例，一旦钻杆外圆被磨损，数控车床卡盘夹紧钻杆时工件的中心轴和数控车床的中心轴一定会发生偏移。请参阅图4，通过外圆很难找到旧钻杆上的轴心位置，但是钻杆外圆末端到锥度螺纹连接处有一小段环形平面端和原工件外圆形成同心圆；如钻杆的公扣根部21，及母扣台阶22处均有同心圆；这个圆面端不会在钻杆工作时受到了磨损，其圆心就是原钻杆的轴心。本发明针对数控车床维修外圆偏磨的钻杆找正的测量方法主要是对这个位置做精确侧量并精确地计算轴心偏差值，我们把这个区域称为同心圆检测区。管螺纹数控车床在加工工件时是需要使用三个数控车床坐标系统，请参阅图5，其一工件轴心方向的轴为Z轴，这个轴的表示方式为距离值。其二垂直于Z轴的为X轴也是距离值表示(图)，其三数控车床主轴(数控车床主轴是带动工件转动的旋转轴，表现单位是角度值)。数控车床的刀架可以在Z轴和X轴两个方向自由运动。

当刀架上安装测量工具垂直于Z轴方向侧量同心圆检测区的外圆距离就可以算出，待修管件同心圆外圆到该点的距离，我们将这个距离称为同心圆外圆单侧测量值。当我们转动数控车床的主轴，当主轴旋转满360°就检测出钻杆同心圆检测区的外轮廓相等于钻杆这个位置的外圆剖面。因此我们可以获取这根管件当前断面的外圆数据和数控车床中心轴的偏差量，经过计算就可以换算工件的轴心修正量。(在这里获取数控车床的Z和X轴位置可以通过数控车床的接口获取，而获得主轴角度需要连接数控车床主轴编码器获取)

侧量工具是安装在数控车床刀架上的距离测量装置包括但不限于激光位移传感器电子式的百分表。以下对该工艺做具体说明：

具体为一种数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，请参阅图1-图2；数控车床卡盘的中心轴定义为Z轴，管件2被卡盘夹紧并以Z轴为旋转轴旋转；垂直于Z轴的方向上设置有距离测量装置；包括以下步骤：

数控车床卡盘的中心轴为主轴，管件被卡盘夹紧并围绕主轴旋转；垂直于Z轴的方向上设置有距离测量装置；包括以下步骤：

S1、管件螺纹管，螺纹管具有未被磨损的同心圆测量区，将距离测量装置移动至同心圆测量区上方进行测量；并获取未损坏管件的同心圆测量区的外圆距离数据R；

S2、记距离测量装置至Z轴距离为X，距离测量装置到同心圆测量区的外表面的距离记为d；

S3、卡盘夹持管件绕Z轴旋转360°，获得每旋转一定角度时的X和d；

S4、同心圆测量区在某一旋转角度时的数据为r1，r1＝X-d，r1加上相对180°时测量的r2值记为K，K＝r1+r2,多个角度测量的多个K值的集合为A，所有A集合中最大的K值所对应的角度方向则为管件的中心轴偏移角度，偏移量为这组最大K值包含的r1-r2的差；卡盘的卡爪根据偏移量相应调整。

在一个具体的实施例中，通过同产品得知，待维修的钻杆同心圆检测区的直径是200mm，将激光位移传感器至于数控车床X轴300mm位置检测，那激光位移传感器所测得的数据应该是200mm，经过换算外圆到数控车床轴心的同心圆外表面的测量值为100mm。此时R＝r＝100，X＝300，d＝200。如此便可以快速查询到每个角度上的测量值集合，并找出最大的r，那么最大的r所对应的n°方向为中心轴偏移方向。

在本实施例中，在步骤S3中，旋转角度为n°时进行测量，则再取旋转角度为n+180°时进行测量；

在n°所测量的d记为d1，所测量的X为X1，所计算的r为r1；在n+180°所测量的d记为d2，所测量的X为X2，所计算的r为r2。为了保证数据的有效性和可靠性，所以测量数据需要在同一直径线上进行方向相反的两次测量；从而得出两个方向上的具体偏移量，使得数据完整，能够互相印证对照；因为管件同心圆检测区的外表面可能会出现油污、砂子、碰撞伤害和打钢号的影响，所以需要对数据做消抖滤波处理，但是污渍和钢号一般不会覆盖整个圆周面，所以取相对角度的两组数据相当于进行了滤波处理，当然，也还可以进行更加精细的消抖滤波处理。

作为一个更优选的方案，当n取0时，将r1+r2和2R进行比较，若r1+r2＝2R，则距离测量装置的安装位置准确；若r1+r2≠2R，则需调整距离测量装置的安装位置，直至r1+r2＝2R。因为距离测量装置安装在X轴上，且Y轴位置也需要合适，一般来说应当是0；所以为了确认其Y轴位置是否准确，所以取数据集中的一组数据，验证是否r1+r2＝2R，当然不仅仅只在0°实验，因为工件的圆心会在Y轴方向规律性摆动，其测量的距离数字不是恒定的，而0°为初始位置，最易观察和调整。

在本实施例中，在步骤S4中，将多组n°和n+180°数据进行整合，得到以(n°，r1+r2，r1，r2)为单元数据的数据集A，比较所有得出r1+r2的最大单元数据，则对应的n°为所述管件的中心轴偏移角度，偏移大小为r1-r2的差。

再一个具体的实施例中，请参阅图3；如维修的钻杆同心圆检测区的直径是300mm，将激光位移传感器至于数控车床X轴300mm位置检测，那激光位移传感器所测得的数据应该是150mm，经过换算外圆到数控车床轴心的同心圆外圆单侧测量值为150mm。依照上述方法可以得到(0,300,168,132)(1,299.9989,167.9965,132.0024)......(179,299.9989,132.0024,167.9965)这么一组数据集合；如(0,300,168,132)是由0°的数组(0，168)和180°的数组(180，132)组成；通过上述数据我们可以发现主轴在0°位置，侧量的同心圆外圆单侧测量值为168mm。主轴在180°位置，侧量的同心圆外圆单侧测量值为132mm。将这两组数据的同心圆外圆单侧测量值相组合为0°同心圆测量区的直径为168+132＝300说明激光位移传感器Y轴安装位置正确，是数控车床的Y方向0点位置。钻杆轴心偏移量为(168-132)/2＝18mm，说明钻杆轴心向180°方向偏移-18mm。向数控车床主轴0°方向偏移18mm。那么数控车床卡盘在0度这个位置的卡爪需要调整18mm，180°位置卡爪需要调整18mm。上述方式说明将主轴转满360°后，距离测量装置获取了整圈360个管体同心圆外圆单侧测量值数据。正如上述例子，这些数据形成180组某一直径线上两侧测量数据单元，该180组数据单元组成的集合便是所以数据的数据库；其中一定有一组r1+r2≥R。

在本实施例中，若r1-r2小于0，则偏移角度为n+180°，偏移大小为r2-r1；若r1-r2大于0，则偏移角度为n°，距离为r2-r1；偏移量P＝(r1-r2)/2，若P为负数，则管件的中心轴向n°方向偏移-P；向n+180°方向偏移P；卡盘的n°卡爪需调整-P距离；n+180°方向卡爪需调整P距离。正如上述说明，这一组数据单元的角度值就是管件偏心的方向。因此数组中的角度范围为0～180，在此我们将这组数据定义为180个采样中最大的数据(造成数据大于管体直径的原因是同心圆检测区表面沾染油污，因此取值最大直径角度)。如有如下数据满足上方条件数据为(35,200,92,108)说明钻杆轴心偏移角度是35°方向偏移-8mm。如数据是(35,200,108,92)表明钻杆轴心偏移角度是215°方向偏移+8mm。通过侧量获取上述数据，调整数控车床卡盘卡爪的位置就可以使钻杆的轴心重叠于数控车床轴心，从而达到数控车床维修外圆偏磨钻杆的找正。

在本实施例中，距离测量装置安装在垂直于Z轴的刀架上。

在本实施例中，若检测管件的内径，则将距离测量装置伸入到管件内，获得距离测量装置与管件内表面的距离，以及距离测量装置与Z轴的距离。因为这种检测方式可能会受到内径尺寸的影响，无法放置检测工具进入检测；那么将采用棱镜/光学反射系统，检测管件的内径，从而得到管件的偏移方向和偏移量。

本发明的优势在于：

可以测量出管件的偏移方向和偏移量，从而进行维修；使得维修后的钻杆精度差和原设计标准相差无几；结构巧妙、节省资源。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，数控车床卡盘的中心轴为主轴，管件被所述卡盘夹紧并围绕主轴旋转；垂直于Z轴的方向上设置有距离测量装置；包括以下步骤：

S1、所述管件螺纹管，所述螺纹管具有未被磨损的同心圆测量区，将所述距离测量装置移动至所述同心圆测量区上方进行测量；并获取未损坏管件的同心圆测量区的外圆距离数据R；

S2、记所述距离测量装置至Z轴距离为X，所述距离测量装置到所述同心圆测量区的外表面的距离记为d；

S3、所述卡盘夹持所述管件绕Z轴旋转360°，获得每旋转一定角度时的X和d；

S4、所述同心圆测量区在某一旋转角度时的数据为r1，r1＝X-d，r1加上相对180°时测量的r2值记为K，K＝r1+r2,多个角度测量的多个K值的集合为A，所有A集合中最大的K值所对应的角度方向则为所述管件的中心轴偏移角度，偏移量为这组最大K值包含的r1-r2的差；所述卡盘的卡爪根据所述偏移量相应调整。

2.根据权利要求1所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述旋转角度为n°时进行测量，则再取旋转角度为n+180°时进行测量；

在n°所测量的d记为d1，所测量的X为X1，所计算的r为r1；在n+180°所测量的d记为d2，所测量的X为X2，所计算的r为r2。

3.根据权利要求2所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，当n取0时，将r1+r2和2R进行比较，若r1+r2＝2R，则所述距离测量装置的安装位置准确；若r1+r2≠2R，则需调整所述距离测量装置的安装位置。

4.根据权利要求2所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，在步骤S4中，将多组n°和n+180°数据进行整合，得到以(n°，r1+r2，r1，r2)为单元数据的数据集A，比较所有得出r1+r2的最大单元数据，则对应的n°为所述管件的中心轴偏移角度，偏移大小为r1-r2。

5.根据权利要求4所述的数控车床测算待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，若r1-r2小于0，则偏移方向为n+180°，偏移大小为r2-r1；若r1-r2大于0，则偏移大小为n°，距离为r1-r2。

6.根据权利要求4所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，旋转角度n°取至少180组对角数据计算。

7.根据权利要求5所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，所述偏移量P＝(r1-r2)/2，若P为负数，则所述管件的中心轴向n°方向偏移-P；向n+180°方向偏移P；所述卡盘的n°卡爪需调整-P距离；n+180°方向卡爪需调整P距离。

8.根据权利要求1所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，所述距离测量装置安装在垂直于Z轴的刀架上。

9.根据权利要求1所述的数控车床检测待维修管件中心轴偏移量的方法，其特征在于，若检测所述管件的内径，则将所述距离测量装置伸入到管件内，获得所述距离测量装置与所述管件内表面的距离，以及所述距离测量装置与Z轴的距离。

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