CN114653623A - 一种钻头缺陷检测及分拣装备 - Google Patents

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Abstract

本发明一种钻头缺陷检测及分拣装备，主要包括钻头、传送装置、转运装置、检测装置、中控台；所述的传送装置包括待检品传送装置、合格品传送装置、非合格品传送装置；所述的转运装置包括转运架、移动部件、转运部件；所述的检测装置包括底座、支撑杆、光源、工业相机、超声波接收器、超声波发射器；所述的中控台包括工作台、控制台、传送装置控制面板、转运装置控制面板、检测装置控制面板、电脑；本发明能够通过机器代替人工来检测钻头的缺陷，并将不合格的钻头进行分拣，有效解决了人工检测有误差高、效率低、易受主观因素影响等问题，提高钻头的出厂质量，为超声波探伤技术和机器视觉缺陷检测技术在钻具检测领域的现场应用奠定基础。

Description

一种钻头缺陷检测及分拣装备
技术领域：
本发明涉及一种钻头缺陷检测及分拣装备，属于钻具缺陷检测领域。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，国家对油气资源需求日益增加，目前石油进口依存度增至74％，能源安全保障问题依旧严峻，因此，需加大国内油气勘探开发力度，以保障国家能源安全。
钻头作为我国油气开采的主要钻井工具，主要分为胎体式钻头和刚体式钻头，在工业生产时，部分钻头会在表面或内部形成微裂纹、气孔、砂眼等缺陷，其易引起钻头发生断裂，从而需要频繁更换钻头，导致起下钻频繁，增加钻井成本，严重则发生钻头掉落引起事故。然而，目前钻头在大规模生产时大多通过人工使用渗透的方式对其表面缺陷进行检测，使用仪器检测的方式对其内部缺陷进行检测，比如超声波探伤仪等。但人工检测有误差高、效率低、易受主观因素影响等问题，严重影响了钻头的出厂质量和使用寿命。因此，通过先进设备对钻头质量进行高效快捷的检测就显得极其重要。
近年来，超声波技术和机器视觉技术正逐渐运用在各工程领域。超声波探伤检测是利用超声波遇到缺陷和工件底面时形成脉冲波，根据脉冲波的波形特征来判断缺陷位置和大小；机器视觉缺陷检测是先通过工业相机对检测对象表面进行图像采集，然后通过软件对其进行图像处理，进而根据处理后的结果来判断缺陷位置和大小。这两项缺陷检测技术能够快速便捷、无损伤、精确地对工件表面或内部缺陷进行检测和定位，可以极大地提高检测效率和精度。
针对人工通过渗透方式和仪器检测方式对钻头缺陷检测有误差高、效率低、易受主观因素影响等问题，本发明设计了一种钻头缺陷检测及分拣装备，能够通过机器代替人工来检测钻头的缺陷，并将不合格钻头进行分拣，提高了钻头的出厂质量，为超声波探伤技术和机器视觉缺陷检测技术在钻具检测领域的现场应用奠定基础。
发明内容：
本发明针对人工通过渗透方式和仪器检测方式对钻头缺陷检测有误差高、效率低、易受主观因素影响等问题，设计了一种钻头缺陷检测及分拣装备，本发明能够通过机器来代替人工检测钻头缺陷，并将不合格的钻头进行分拣，通过本装备，可以有效提高钻头出厂质量，进而提高其使用寿命，降低钻井成本。
本发明的技术方案：
本发明一种钻头缺陷检测及分拣装备，主要包括钻头、传送装置、转运装置、检测装置、中控台；所述的传送装置包括待检品传送装置、合格品传送装置、非合格品传送装置；所述的转运装置包括转运架、移动部件、转运部件；所述的检测装置包括底座、支撑杆、光源、工业相机、超声波接收器、超声波发射器；所述的中控台包括工作台、控制台、传送装置控制面板、转运装置控制面板、检测装置控制面板、电脑；各模块的连接是钻头水平放在传送装置上，传送装置、转运装置、检测装置均通过橡胶电缆与中控台中的各控制面板连接。
所述的待检品传送装置包括红外线探测仪、传送带、传送装置框架、皮带、电机一；所述的合格品传送装置和非合格品传送装置均与待检品传送装置相同；所述的移动部件包括轮子一、移动架、电机二；所述的转运部件包括机械臂、液压系统一、螺栓、夹具、液压系统二、承载杆、电机三、轮子二、随转块、机械手、电机四、轴承；所述的传送装置控制面板包括传送装置开关总成、电机一控制端、红外线探测仪控制端；所述的转运装置控制面板包括电机二控制端、液压系统一控制端、液压系统二控制端、电机三控制端、电机四控制端、转运装置开关总成；所述的检测装置控制面板包括光源控制端、工业相机控制端、超声波接收器控制端、超声波发射器控制端、检测装置开关总成。
所述的机械手包括PDC钻头检测机械手、牙轮钻头检测机械手、取芯钻头检测机械手、冲旋钻头检测机械手；所述的PDC钻头检测机械手包括五指抓、齿轮；所述的牙轮钻头检测机械手包括半球体、三指抓、齿轮；所述的取芯钻头检测机械手包括圆台体、齿轮；所述的冲旋钻头检测机械手包括端盖、防滑块、齿轮。
所述的传送装置中的待检品传送装置、合格品传送装置、非合格品传送装置均通过橡胶电缆与中控台传送装置控制面板连接。所述的转运装置中的移动部件上的轮子一放置在转运架上表面凹槽内，转运部件上的轮子二放置在移动部件内部凹槽中。所述的检测装置中支撑杆焊接在底座上表面，光源安装在支撑杆上，工业相机安装固定在光源中部，超声波接收器安装在支撑杆上，超声波发射器安装固定在超声波接收器中部。所述的中控台中的控制台通过螺栓固定在工作台上，传送装置控制面板、转运装置控制面板、检测装置控制面板上端分别与传送装置、转运装置、检测装置通过橡胶电缆连接，下端与电脑通过电路板连接。
所述的待检品传送装置中的红外线探测仪固定安装在传送装置框架的端面，传送带安装在传送装置框架的上表面，电机一通过螺栓固定在传送装置框架的下方支架上，皮带将传送装置框架和电机一连接。所述的移动部件中的电机二通过螺栓安装在移动架内部，轮子一安装在电机二上。所述的转运部件中的机械臂通过螺栓与夹具连接固定，液压系统一焊接在机械臂之间，液压系统二下端焊接在夹具上表面，液压系统二上端焊接在承载杆下表面，电机三安装固定在承载杆内部，轮子二安装在电机三两端，随转块和机械手均通过轴承安装在机械臂上，电机四通过螺栓固定在机械臂上。所述控制台中各控制端和开关总成均通过螺钉固定在控制台上，电脑安装在控制台内部。
所述的PDC钻头检测机械手中的五指抓焊接在齿轮上；所述的牙轮钻头检测机械手中的半球体和三指抓均焊接在齿轮上；所述的取芯钻头检测机械手中的圆台体焊接在齿轮上；所述的冲旋钻头检测机械手中的端盖和防滑块均焊接在齿轮上。
本发明专利有以下优点：
1.与传统人工通过渗透方式和仪器检测方式对钻头缺陷检测相比，本发明采用机器代替人工对钻头进行缺陷检测，可以提高检测效率和精度，降低人工工作强度，进而保障钻头出厂质量。
2.本发明同时采用机器视觉技术和超声波技术共同作用来进行钻头缺陷检测，能够分别对钻头表面和内部缺陷进行全方位检测，从而提高检测精度。
3.本发明中的机械手设计为易拆卸零件，针对不同的钻头缺陷检测及分拣，设计了PDC钻头检测机械手、牙轮钻头检测机械手、取芯钻头检测机械手、冲旋钻头检测机械手，增加了检测对象的种类，应用前景更加广泛。
附图说明：
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面对本发明的附图做简单的介绍。
图1为一种钻头缺陷检测及分拣装备结构示意图；
图2为一种钻头缺陷检测及分拣装备传送装置示意图；
图3为一种钻头缺陷检测及分拣装备转运装置示意图；
图4为一种钻头缺陷检测及分拣装备检测装置示意图；
图5为一种钻头缺陷检测及分拣装备中控台示意图；
图6为一种钻头缺陷检测及分拣装备待检品传送装置示意图；
图7为一种钻头缺陷检测及分拣装备移动部件示意图；
图8为一种钻头缺陷检测及分拣装备转运部件示意图；
图9为一种钻头缺陷检测及分拣装备控制台布局示意图；
图10为一种钻头缺陷检测及分拣装备PDC钻头检测机械手示意图；
图11为一种钻头缺陷检测及分拣装备牙轮钻头检测机械手示意图；
图12为一种钻头缺陷检测及分拣装备取芯钻头检测机械手示意图；
图13为一种钻头缺陷检测及分拣装备空气冲旋钻头检测机械手示意图；
图中：1.钻头；2.传送装置；3.转运装置；4.检测装置；5.中控台；6.待检品传送装置；7.合格品传送装置；8.非合格品传送装置；9.转运架；10.移动部件；11.转运部件；12.底座；13.支撑杆；14.光源；15.工业相机；16.超声波接收器；17.超声波发射器；18.工作台；19.控制台；20.传送装置控制面板；21.转运装置控制面板；22.检测装置控制面板；23.电脑；24.红外线探测仪；25.传送带；26.传送装置框架；27.皮带；28.电机一；29.轮子一；30.移动架；31.电机二；32.机械臂；33.液压系统一；34.螺栓；35.夹具；36.液压系统二；37.承载杆；38.电机三；39.轮子二；40.随转块；41.机械手；42.电机四；43.轴承；44.传送装置开关总成；45.电机一控制端；46.红外线探测仪控制端；47.电机二控制端；48.液压系统一控制端；49.液压系统二控制端；50.电机三控制端；51.电机四控制端；52.转运装置开关总成；53.光源控制端；54.工业相机控制端；55.超声波接收器控制端；56.超声波发射器控制端；57.检测装置开关总成；58.PDC钻头检测机械手；59.牙轮钻头检测机械手；60.取芯钻头检测机械手；61.冲旋钻头检测机械手；62.五指抓；63.齿轮；64.半球体；65.三指抓；66.圆台体；67.端盖；68.防滑块；
具体实施方式：
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明一种钻头缺陷检测及分拣装备，主要包括钻头1、传送装置2、转运装置3、检测装置4、中控台5；所述的传送装置2包括待检品传送装置6、合格品传送装置7、非合格品传送装置8；所述的转运装置3包括转运架9、移动部件10、转运部件11；所述的检测装置4包括底座12、支撑杆13、光源14、工业相机15、超声波接收器16、超声波发射器17；所述的中控台5包括工作台18、控制台19、传送装置控制面板20、转运装置控制面板21、检测装置控制面板22、电脑23；各模块的连接是钻头1水平放在传送装置2上，传送装置2、转运装置3、检测装置4均通过橡胶电缆与中控台5中的各控制面板连接。
如图6、图7、图8、图9所示，所述的待检品传送装置6包括红外线探测仪24、传送带25、传送装置框架26、皮带27、电机一28；所述的合格品传送装置7和非合格品传送装置8均与待检品传送装置6相同；所述的移动部件10包括轮子一29、移动架30、电机二31；所述的转运部件11包括机械臂32、液压系统一33、螺栓34、夹具35、液压系统二36、承载杆37、电机三38、轮子二39、随转块40、机械手41、电机四42、轴承43；所述的传送装置控制面板20包括传送装置开关总成44、电机一控制端45、红外线探测仪控制端46；所述的转运装置控制面板21包括电机二控制端47、液压系统一控制端48、液压系统二控制端49、电机三控制端50、电机四控制端51、转运装置开关总成52；所述的检测装置控制面板22包括光源控制端53、工业相机控制端54、超声波接收器控制端55、超声波发射器控制端56、检测装置开关总成57。
如图10、图11、图12、图13所示，所述的机械手41包括PDC钻头检测机械手58、牙轮钻头检测机械手59、取芯钻头检测机械手60、冲旋钻头检测机械手61；所述的PDC钻头检测机械手58包括五指抓62、齿轮63；所述的牙轮钻头检测机械手59包括半球体64、三指抓65、齿轮63；所述的取芯钻头检测机械手60包括圆台体66、齿轮63；所述的冲旋钻头检测机械手61包括端盖67、防滑块68、齿轮63。
如图2所示，所述的传送装置2中的待检品传送装置6、合格品传送装置7、非合格品传送装置8均通过橡胶电缆与中控台传送装置控制面板20连接。
如图3所示，所述的转运装置3中的移动部件10上的轮子一29放置在转运架9上表面凹槽内，转运部件11上的轮子二39放置在移动部件10内部凹槽中。
如图4所示，所述的检测装置4中支撑杆13焊接在底座12上表面，光源14安装在支撑杆13上，工业相机15安装固定在光源14中部，超声波接收器16安装在支撑杆13上，超声波发射器17安装固定在超声波接收器16中部。
如图5所示，所述的中控台5中的控制台19通过螺栓固定在工作台18上，传送装置控制面板20、转运装置控制面板21、检测装置控制面板22上端与传送装置2、转运装置3、检测装置4各装置通过橡胶电缆连接，下端与电脑23通过电路板连接。
如图6所示，所述的待检品传送装置6中的红外线探测仪24固定安装在传送装置框架26的端面，传送带25安装在传送装置框架26的上表面，电机一28通过螺栓固定在传送装置框架26的下方支架上，皮带27将传送装置框架26和电机一28连接。
如图7所示，所述的移动部件10中的电机二31通过螺栓安装在移动架30内部，轮子一29安装在电机二31上。
如图8所示，所述的转运部件11中的机械臂32通过螺栓34与夹具35连接固定，液压系统一33焊接在机械臂32之间，液压系统二36下端焊接在夹具35上表面，液压系统二36上端焊接在承载杆37下表面，电机三38安装固定在承载杆37内部，轮子二39安装在电机三38两端，随转块40和机械手41均通过轴承43安装在机械臂32上，电机四42通过螺栓固定在机械臂32上。
如图9所示，所述控制台19中各控制端和开关总成均通过螺钉固定在控制台19上，电脑23安装在控制台19内部。
如图10、图11、图12、图13所示，所述的PDC钻头检测机械手58中的五指抓62焊接在齿轮63上；所述的牙轮钻头检测机械手59中的半球体64和三指抓65均焊接在齿轮63上；所述的取芯钻头检测机械手60中的圆台体66焊接在齿轮63上；所述的冲旋钻头检测机械手61中的端盖67和防滑块68均焊接在齿轮63上。
本发明工作原理：
本发明一种钻头缺陷检测及分拣装备，其工作原理分为以下六步：
第一步：钻头在待检品传送装置上以适合转运装置获取的固定角度水平放置，并随着传送带以一定的速度移动；
第二步：当到达传送带端面时，红外线探测仪进行计数，并将信号传输至中控台；
第三步：中控台接收信号后，中控台首先控制转运装置中的电机二将移动部件转运到待检品传送装置的中心平面上，其次控制电机三将转运部件移动到钻头上方，再次控制液压系统二伸长至机械手与钻头齐平，最后控制液压系统一收缩以夹紧钻头；
第四步：获取钻头后，中控台首先控制转运部件中的液压系统二收缩提起钻头，其次控制电机三将转运部件移动至检测装置上方，最后控制液压系统二伸长，使机械臂上的钻头处于两检测装置之间；
第五步：机械臂上的钻头到达两检测装置之间后，中控台首先控制转运部件中的电机四使机械手以一定的角度旋转，其次控制光源提供适合的光学环境和工业相机进行图像采集，与此同时，控制超声波发射器发出超声波，并通过超声波接收器接受反射回的超声波信号，并将采集的图像和接受到的超声波信号传输至中控台的电脑进行分析判断；
第六步：电脑分析判断后，如果钻头合格，中控台首先控制转运部件中的液压系统二收缩，提升机械臂和钻头至完全离开两检测装置，其次控制移动部件中的电机二将移动部件转移至合格品传送装置上方，再次控制转运部件中的液压系统二伸长使钻头处于合格品传送装置上表面，最后控制液压系统一伸长将合格的钻头水平放置在合格品传送装置上；如果钻头不合格，则中控台控制转运装置以同样的方式将不合格的钻头放置在非合格品传送装置上，并在电脑上记录缺陷位置，以便后续处理，从而实现钻头的缺陷检测及分拣。

Claims (6)

1.一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：整体结构包括钻头(1)、传送装置(2)、转运装置(3)、检测装置(4)、中控台(5)；
所述的传送装置(2)包括待检品传送装置(6)、合格品传送装置(7)、非合格品传送装置(8)；
所述的转运装置(3)包括转运架(9)、移动部件(10)、转运部件(11)；
所述的检测装置(4)包括底座(12)、支撑杆(13)、光源(14)、工业相机(15)、超声波接收器(16)、超声波发射器(17)；
所述的中控台(5)包括工作台(18)、控制台(19)、传送装置控制面板(20)、转运装置控制面板(21)、检测装置控制面板(22)、电脑(23)；
各模块的连接是钻头(1)水平放在传送装置(2)上，传送装置(2)、转运装置(3)、检测装置(4)均通过橡胶电缆与中控台(5)中的各控制面板连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：待检品传送装置(6)包括红外线探测仪(24)、传送带(25)、传送装置框架(26)、皮带(27)、电机一(28)；所述的合格品传送装置(7)和非合格品传送装置(8)均与待检品传送装置(6)相同；所述的移动部件(10)包括轮子一(29)、移动架(30)、电机二(31)；所述的转运部件(11)包括机械臂(32)、液压系统一(33)、螺栓(34)、夹具(35)、液压系统二(36)、承载杆(37)、电机三(38)、轮子二(39)、随转块(40)、机械手(41)、电机四(42)、轴承(43)；所述的传送装置控制面板(20)包括传送装置开关总成(44)、电机一控制端(45)、红外线探测仪控制端(46)；所述的转运装置控制面板(21)包括电机二控制端(47)、液压系统一控制端(48)、液压系统二控制端(49)、电机三控制端(50)、电机四控制端(51)、转运装置开关总成(52)；所述的检测装置控制面板(22)包括光源控制端(53)、工业相机控制端(54)、超声波接收器控制端(55)、超声波发射器控制端(56)、检测装置开关总成(57)。
3.根据权利要求2所述的一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：机械手(41)包括PDC钻头检测机械手(58)、牙轮钻头检测机械手(59)、取芯钻头检测机械手(60)、冲旋钻头检测机械手(61)；所述的PDC钻头检测机械手(58)包括五指抓(62)、齿轮(63)；所述的牙轮钻头检测机械手(59)包括半球体(64)、三指抓(65)、齿轮(63)；所述的取芯钻头检测机械手(60)包括圆台体(66)、齿轮(63)；所述的冲旋钻头检测机械手(61)包括端盖(67)、防滑块(68)、齿轮(63)。
4.根据权利要求1所述的一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：传送装置(2)中的待检品传送装置(6)、合格品传送装置(7)、非合格品传送装置(8)均通过橡胶电缆与中控台传送装置控制面板(20)连接；所述的转运装置(3)中的移动部件(10)上的轮子一(29)放置在转运架(9)上表面凹槽内，转运部件(11)上的轮子二(39)放置在移动部件(10)内部凹槽中；所述的检测装置(4)中支撑杆(13)焊接在底座(12)上表面，光源(14)安装在支撑杆(13)上，工业相机(15)安装固定在光源(14)中部，超声波接收器(16)安装在支撑杆(13)上，超声波发射器(17)安装固定在超声波接收器(16)中部；所述的中控台(5)中的控制台(19)通过螺栓固定在工作台(18)上，传送装置控制面板(20)、转运装置控制面板(21)、检测装置控制面板(22)上端分别与传送装置(2)、转运装置(3)、检测装置(4)通过橡胶电缆连接，下端与电脑(23)通过电路板连接。
5.根据权利要求2所述的一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：待检品传送装置(6)中的红外线探测仪(24)固定安装在传送装置框架(26)的端面，传送带(25)安装在传送装置框架(26)的上表面，电机一(28)通过螺栓固定在传送装置框架(26)的下方支架上，皮带(27)将传送装置框架(26)和电机一(28)连接；所述的移动部件(10)中的电机二(31)通过螺栓安装在移动架(30)内部，轮子一(29)安装在电机二(31)上；所述的转运部件(11)中的机械臂(32)通过螺栓(34)与夹具(35)连接固定，液压系统一(33)焊接在机械臂(32)之间，液压系统二(36)下端焊接在夹具(35)上表面，液压系统二(36)上端焊接在承载杆(37)下表面，电机三(38)安装固定在承载杆(37)内部，轮子二(39)安装在电机三(38)两端，随转块(40)和机械手(41)均通过轴承(43)安装在机械臂(32)上，电机四(42)通过螺栓固定在机械臂(32)上；所述控制台(19)中各控制端和开关总成均通过螺钉固定在控制台(19)上，电脑(23)安装在控制台(19)内部。
6.根据权利要求3所述的一种钻头缺陷检测及分拣装备，其特征在于：PDC钻头检测机械手(58)中的五指抓(62)焊接在齿轮(63)上；所述的牙轮钻头检测机械手(59)中的半球体(64)和三指抓(65)均焊接在齿轮(63)上；所述的取芯钻头检测机械手(60)中的圆台体(66)焊接在齿轮(63)上；所述的冲旋钻头检测机械手(61)中的端盖(67)和防滑块(68)均焊接在齿轮(63)上。
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