CN113324511A - 钻杆直线度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻杆直线度检测装置及方法，所述装置包括第一支撑机构、第二支撑机构和检测机构；所述第二支撑机构与所述第一支撑机构相连，由所述第一支撑机构支撑，用于支撑待测钻杆；所述检测机构包括驱动单元和空间位置信息采集单元；所述驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转；所述空间位置信息采集单元用于与待测钻杆接触，实时采集待测钻杆的空间位置信息。本发明能够在生产过程中便捷准确快速地检测带有键条的钻杆直线度，对其加工质量提升与工艺改进具有重要意义。

Description

钻杆直线度检测装置及方法
技术领域
本发明属于直线度检测领域，具体涉及一种钻杆直线度检测装置及方法。
背景技术
钻杆是旋挖钻机核心零部件，将动力头转矩传递给钻具、导向钻具进行钻孔。其直线度直接影响着旋挖钻机成孔质量。钻杆直线度超差还会造成钻杆与动力头卡滞、磨损、早期失效，直接影响着旋挖钻机的使用性能与寿命。在钻杆制造中，钢管进厂、钢管拼焊后、键条焊接后三道工序直线度决定着钻杆直线度，需要进行直线度检测与控制，特别是键条焊接后。由于键条焊接后，钻杆外圆柱面均布键条，造成检测基准难题建立、数据不准确等难题，尚无有效检测方法及装置。因此，开发简便、易于实现、适合现场使用的钻杆直线度检测装置迫在眉睫。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种钻杆直线度检测装置，能够在生产过程中便捷准确快速地检测带有键条的钻杆直线度，对其加工质量提升与工艺改进具有重要意义。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种钻杆直线度检测装置，包括第一支撑机构、第二支撑机构和检测机构；
所述第二支撑机构与所述第一支撑机构相连，由所述第一支撑机构支撑，用于支撑待测钻杆；
所述检测机构包括驱动单元和空间位置信息采集单元；所述驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转；所述空间位置信息采集单元用于与待测钻杆接触，实时采集待测钻杆的空间位置信息。
可选地，所述驱动单元包括驱动电机、连杆、支撑架和凸轮；
所述驱动电机设于所述第一支撑机构上，且与所述连杆相连，驱动所述连杆绕自身轴线回转；
所述支撑架与所述凸轮始终保持接触状态，所述凸轮置于所述连杆上，所述凸轮在所述连杆的作用下驱动所述支撑架上下移动；
所述第一支撑板和第二支撑板相对设置，所述第一支撑板与所述第一支撑机构相连；所述第二支撑板通过弹性导向柱与所述第一支撑板相连，所述第二支撑板上还设有通孔，用于供空间位置信息采集单元穿过后与待测钻杆接触。
可选地，所述第一支撑机构和第二支撑机构的数量相等，当所述第一支撑机构和第二支撑机构的数量大于1时，各第一支撑机构和第二支撑机构均顺次布置，相邻第二支撑机构中的连杆之间通过万向联轴节相连，所有所述连杆在所述驱动单元的驱动下同步回转。
可选地，所述空间位置信息采集单元包括测头、位移传感器和位移转换器；
所述测头、位移传感器、位移转换器均与所述支撑架相连；
所述测头内设探针，所述探针的一端在弹性元件作用下穿过第二支撑板上的通孔后与待测钻杆接触；
所述位移传感器的轴线与所述测头的轴线垂直；
所述位移转换器的两端分别与所述探针的另一端和位移传感器的探头接触，将所述探针竖直方向位移转换为所述位移传感器的水平位移，实现对所述钻杆空间位置信息采集。
可选地，所述探针竖直方向位移与所述位移传感器的水平位移之间的转换比例为1：1。
可选地，所述位移转换器呈T型结构，通过转轴与所述支撑架相连；所述探针的另一端和位移传感器的探头分别与所述T型结构上对称设置的凸起接触。
可选地，所述第一支撑机构包括隔振可调垫铁、支撑块和平板；
所述平板沿待测钻杆轴向布置，与所述第二支撑机构和检测机构相连；
所述支撑块与所述平板固联；
所述隔振可调垫铁与所述支撑块固联。
可选地，所述第二支撑机构包括工件支撑环、工件支撑机构伺服电机和工件回转滚轮；
所述工件支撑机构伺服电机驱动所述工件回转滚轮转动，带动所述支撑环转动；
所述工件支撑环用于支撑待测钻杆，并带动待测钻杆回转。
可选地，所述工件回转滚轮的数量为2，2个工件回转滚轮相对设置，且分别与所述工件支撑环接触，驱动所述工件支撑环转动，进而带动待测钻杆转动。
第二方面，本发明提供了一种钻杆直线度检测方法，包括：
利用第一支撑机构支撑第二支撑机构，同时利用第二支撑机构支撑待测钻杆；
利用驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转，当所述空间位置信息采集单元转到与待测钻杆非线条位置相对应时，控制所述空间位置信息采集单元与待测钻杆的外壁接触，采集待测钻杆的空间位置信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明实现了键条焊接后钻杆直线度精准、高效直线度检测。本发明结构简单、工程可实现性强。本发明能够在生产过程中便捷准确快速地检测带有键条的钻杆直线度，对其加工质量提升与工艺改进具有重要意义。
本发明提出了将伺服电机、连杆和万向联轴节机构结合起来，实现长间距多测头同步动作，确保检测精度。
本发明还提出将凸轮、测头、位移传感器和位移转换器结合，解决狭小距离内运动方向精准变换，实现同步伸缩。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的钻杆直线度检测装置的整体结构图；
图2为本发明一种实施例的钻杆直线度检测装置无待测钻杆的状态示意图；
图3为本发明一种实施例的第一支撑机构和第二支撑机构的结构总成示意图；
图4为本发明一种实施例的驱动单元的结构图；
图5为本发明一种实施例的检测机构的结构图；
图6为本发明一种实施例的测头的结构图；
图7为本发明一种实施例的位移转换器的结构图；
图中：
1.第一支撑机构，11.隔振可调垫铁，12.支撑块，13.平板，2.检测机构，21.驱动电机，22.连杆，23.万向联轴节，24.凸轮，25.弹性导向柱，26支撑架，27.测头，28.位移传感器，29.位移转换器，3.第二支撑机构，31.工件支撑环，32.工件支撑机构伺服电机，33.工件回转滚轮，4.钻杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种钻杆直线度检测装置，如图1-7所示，包括第一支撑机构1、第二支撑机构3和检测机构2；
所述第二支撑机构3与所述第一支撑机构1相连，由所述第一支撑机构1支撑，用于支撑待测钻杆4；
所述检测机构2包括驱动单元和空间位置信息采集单元；所述驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转；所述空间位置信息采集单元用于与待测钻杆4接触，实时采集待测钻杆4的空间位置信息。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图4-5所示，所述驱动单元包括驱动电机21、连杆22、支撑架26和凸轮24；所述驱动电机21在具体实施过程中，可以选用伺服电机；
所述驱动电机设于所述第一支撑机构1上，且与所述连杆22相连，驱动所述连杆22绕自身轴线回转；
所述连杆22沿所述钻杆4轴向布置，每个驱动单元中包含一根所述连杆22；
所述支撑架26与所述凸轮24始终保持接触，所述凸轮24置于所述连杆22上，所述凸轮24在所述连杆22的作用下驱动所述支撑架26上下移动；
所述第一支撑板和第二支撑板相对设置，所述第一支撑板与所述第一支撑机构1相连；所述第二支撑板通过弹性导向柱25与所述第一支撑板相连，所述第二支撑板上还设有通孔，用于供空间位置信息采集单元穿过后与待测钻杆4接触；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一支撑机构1和第二支撑机构3的数量相等，当所述第一支撑机构1和第二支撑机构3的数量大于1时，各第一支撑机构1和第二支撑机构3均顺次布置，相邻第二支撑机构3中的连杆22之间通过万向联轴节23相连，所有所述连杆22在所述驱动单元的驱动下同步回转。可见，本发明实施例中采用集成创新驱动电机+连杆22+万向联轴节23机构，实现长间距多测头27同步动作，确保了检测精度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图6-7所示，所述空间位置信息采集单元包括测头27、位移传感器28和位移转换器29；
所述测头27、位移传感器28、位移转换器29均与所述支撑架26相连；
所述测头27内设探针，所述探针的一端在弹性元件作用下穿过第二支撑板上的通孔后与待测钻杆4接触；
所述位移传感器28的轴线与所述测头27的轴线垂直；
所述位移转换器29的两端分别与所述探针的另一端和位移传感器28的探头接触，将所述测头27中探针竖直方向位移转换为所述位移传感器28的水平位移，实现对所述钻杆4空间位置信息采集。优选地，所述探针竖直方向位移与所述位移传感器28的水平位移之间的转换比例为1：1。在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述位移转换器29呈T型结构，通过转轴与所述支撑架26相连；所述探针的另一端和位移传感器28的探头分别与所述T型结构上对称设置的凸起接触。可见，本发明实施例中实现了将凸轮24和测头27、位移传感器28和位移转换器29结合，解决狭小距离内运动方向精准变换，实现同步伸缩。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图3所示，所述第一支撑机构1包括隔振可调垫铁11、支撑块12和平板13；
所述平板13沿待测钻杆4轴向布置，与所述第二支撑机构3和检测机构2相连，起到支撑所述钻杆4直线度检测装置、隔离外围振动的作用；
所述支撑块12与所述平板13固联，用于支撑作用；
所述隔振可调垫铁11与所述支撑块12固联，用于调整所述支撑块12与平板13的空间姿态、隔离外围振动。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图3所示，所述第二支撑机构3包括工件支撑环31、工件支撑机构伺服电机32和工件回转滚轮33；
所述工件支撑机构伺服电机32驱动所述工件回转滚轮33转动，带动所述支撑环转动；
所述工件支撑环31用于支撑待测钻杆4，并带动待测钻杆4回转。
在具体实施过程中，所述工件回转滚轮33的数量为2，两个工件回转滚轮33相对设置，且分别与待测钻杆4接触。
综上所述，本发明实施例中的钻杆直线度检测装置的工作原理具体为：
利用工件支撑机构伺服电机32驱动所述工件回转滚轮33转动，带动所述工件支撑环31转动，进而带动待测钻杆4自转，使得待测钻杆4转动到可检测部位(即待测待测钻杆表面非线条部分)；
启动驱动电机21，所述驱动电机21驱动连杆22自转，所述凸轮24在所述连杆22的作用下驱动所述支撑架26上下移动，实现测头27的竖直位置调整；
侧头27内的探头伸出与待测钻杆4接触，进行数据采集；
启动驱动电机21，所述驱动电机21驱动连杆22自转，所述凸轮24在所述连杆22的作用下驱动所述支撑架26上下移动，实现测头27的竖直位置调整，使得探头退回；
利用工件支撑机构伺服电机32驱动所述工件回转滚轮33转动，带动所述工件支撑环31转动，进而带动待测钻杆4自转，使得待测钻杆4转动到下一个位置(即待测待测钻杆表面下一个非线条部分)；
启动驱动电机21，所述驱动电机21驱动连杆22自转，所述凸轮24在所述连杆22的作用下驱动所述支撑架26上下移动，实现测头27的竖直位置调整；
侧头27内的探头伸出与待测钻杆4接触，进行数据采集。
不断重复上述过程，直至完成整个检测过程。
实施例2
本发明实施例中提供了一种钻杆直线度检测方法，包括以下步骤：
利用第一支撑机构支撑第二支撑机构，同时利用第二支撑机构支撑待测钻杆；
利用驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转，当所述空间位置信息采集单元转到与待测钻杆非线条位置相对应时，控制所述空间位置信息采集单元与待测钻杆的外壁接触，采集待测钻杆的空间位置信息。。
本发明实施例中的方法可以基于实施例1中的钻杆4直线度检测装置来实现。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：包括第一支撑机构、第二支撑机构和检测机构；
所述第二支撑机构与所述第一支撑机构相连，由所述第一支撑机构支撑，用于支撑待测钻杆；
所述检测机构包括驱动单元和空间位置信息采集单元；所述驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转；所述空间位置信息采集单元用于与待测钻杆接触，实时采集待测钻杆的空间位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述驱动单元包括驱动电机、连杆、支撑架和凸轮；
所述驱动电机设于所述第一支撑机构上，且与所述连杆相连，驱动所述连杆绕自身轴线回转；
所述支撑架与所述凸轮始终保持接触状态，所述凸轮置于所述连杆上，所述凸轮在所述连杆的作用下驱动所述支撑架上下移动；
所述第一支撑板和第二支撑板相对设置，所述第一支撑板与所述第一支撑机构相连；所述第二支撑板通过弹性导向柱与所述第一支撑板相连，所述第二支撑板上还设有通孔，用于供空间位置信息采集单元穿过后与待测钻杆接触。
3.根据权利要求2所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述第一支撑机构和第二支撑机构的数量相等，当所述第一支撑机构和第二支撑机构的数量大于1时，各第一支撑机构和第二支撑机构均顺次布置，相邻第二支撑机构中的连杆之间通过万向联轴节相连，所有所述连杆在所述驱动单元的驱动下同步回转。
4.根据权利要求2所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述空间位置信息采集单元包括测头、位移传感器和位移转换器；
所述测头、位移传感器、位移转换器均与所述支撑架相连；
所述测头内设探针，所述探针的一端在弹性元件作用下穿过第二支撑板上的通孔后与待测钻杆接触；
所述位移传感器的轴线与所述测头的轴线垂直；
所述位移转换器的两端分别与所述探针的另一端和位移传感器的探头接触，将所述探针竖直方向位移转换为所述位移传感器的水平位移，实现对所述钻杆空间位置信息采集。
5.根据权利要求4所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述探针竖直方向位移与所述位移传感器的水平位移之间的转换比例为1：1。
6.根据权利要求4或5所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述位移转换器呈T型结构，通过转轴与所述支撑架相连；所述探针的另一端和位移传感器的探头分别与所述T型结构上对称设置的凸起接触。
7.根据权利要求1所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述第一支撑机构包括隔振可调垫铁、支撑块和平板；
所述平板沿待测钻杆轴向布置，与所述第二支撑机构和检测机构相连；
所述支撑块与所述平板固联；
所述隔振可调垫铁与所述支撑块固联。
8.根据权利要求1所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述第二支撑机构包括工件支撑环、工件支撑机构伺服电机和工件回转滚轮；
所述工件支撑机构伺服电机驱动所述工件回转滚轮转动，带动所述支撑环转动；
所述工件支撑环用于支撑待测钻杆，并带动待测钻杆回转。
9.根据权利要求7所述的一种钻杆直线度检测装置，其特征在于：所述工件回转滚轮的数量为2，2个工件回转滚轮相对设置，且分别与所述工件支撑环接触，驱动所述工件支撑环转动，进而带动待测钻杆转动。
10.一种钻杆直线度检测方法，其特征在于，包括：
利用第一支撑机构支撑第二支撑机构，同时利用第二支撑机构支撑待测钻杆；
利用驱动单元驱动所述空间位置信息采集单元自转，当所述空间位置信息采集单元转到与待测钻杆非线条位置相对应时，控制所述空间位置信息采集单元与待测钻杆的外壁接触，采集待测钻杆的空间位置信息。
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