CN117214185B - 一种油气管具管螺纹自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气管具检测技术领域，尤其涉及一种油气管具管螺纹自动测量装置。该种油气管具管螺纹自动测量装置具有较高的自动化程度，其操作过程简单，测量设备调试完成后、测量过程中仅需转动油气管具即可完成全部检测过程且具有较高的测量效率。该油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成；调试平台中包括有手摇丝杠台、基座、X轴双导轨、Y轴双导轨；定位机构包括有定位板、升降机、电机、联轴器以及L型固定板；夹持机构由第一三爪卡盘、主轴箱、第二三爪卡盘和车床床身构成；成像系统中包括有第一远心镜头、圆顶光源、第一相机、第二远心镜头、环形光源、第二相机。
Description
技术领域
本发明属于油气管具检测技术领域，尤其涉及一种油气管具管螺纹自动测量装置。
背景技术
油气管具作为石油钻采设备中的重要构成，其大多均通过螺纹进行连接。因此，油气管具的管螺纹承受着来自管材自重、上扣扭矩和抽油系统往复运动等多重作用力的复合作用。若油气管具管螺纹质量不合格，极易导致油气管具连接失效，进而引发接口产生油气泄露甚至爆裂等事故。因此，需要对油气管具管螺纹（参数）进行精确检验，确保其符合质量要求，这对于保证油气管具安全具有重要意义。
评价油气管具管螺纹质量的参数通常可参考有如：锥度、牙高、齿顶高、螺距、累计螺距公差、椭圆度、L4、Lc和端面刃角等等，但发明人发现，现有检测技术大多是依靠各类专用接触式量规对各待测参数进行分步检测，不仅检测速度慢、检测人员操作水平要求高；并且接触式测量还会磨损螺纹，同时无法避免的人为误差导致的测量结果不稳定。
此时，非接触式测量技术就体现出了显著优势，如上海交通大学的赵之谦等人发明的专利号为CN110082359A“基于图像检测的钢管螺纹检测系统的定位结构机械装置”中提供了一种钢管螺纹检测系统的定位装置，该装置通过调整检测平台位置，使平台检测工位与被测钢管端面对齐，但该对齐方式对检测系统的稳定性提出了较高要求，且对齐过程较为复杂，难以适应管螺纹生产线的生产节奏。而中国石油天然气集团公司管材研究所的袁鹏斌等人发明的专利号为CN2543029Y“面阵CCD螺纹成像装置”中提供了一种利用面阵CCD来完成螺纹成像的装置，该装置测量管螺纹多项参数时，需进行各部件位置调整，不满足生产线高效检测要求。
综上，现有的油气管具管螺纹检测设备仍存在着较大的技术局限性，无法满足油田企业的实际生产检测需要。
发明内容
本发明提供了一种油气管具管螺纹自动测量装置，该种油气管具管螺纹自动测量装置具有较高的自动化程度，其操作过程简单，测量设备调试完成后、测量过程中仅需转动油气管具即可完成全部检测过程；且具有较高的测量效率，一次测量即可完成对油气管具管螺纹多种参数的全部测量。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种油气管具管螺纹自动测量装置，所述油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成；
调试平台中包括有手摇丝杠台6以及基座7；其中，基座7设置在手摇丝杠台6上方，基座7上还设置有由手摇丝杠台6控制的X轴双导轨16、Y轴双导轨17；
定位机构固定安装在基座7上，其中包括有定位板18、升降机20、电机21、联轴器22以及L型固定板19；其中，定位板18与升降机20的升降轴固定连接；通过联轴器22，电机21与升降机20的主体相连，电机21上还固定连接有L型固定板19；
夹持机构由第一三爪卡盘2、主轴箱3、第二三爪卡盘4和车床床身5构成；其中，主轴箱3设置在车床床身5的上方，主轴箱3上贯穿设置有用于放置待检测油气管具1的通道；通道两侧的主轴箱3上分别设置有用于夹持固定待检测油气管具1的第一三爪卡盘2、第二三爪卡盘4；
成像系统中包括有第一远心镜头12、圆顶光源11、第一相机13、第二远心镜头8、环形光源9、第二相机10；
其中，圆顶光源11的中心轴与第一远心镜头12的中心轴同轴设置，且均与待检测油气管具1的中心轴相平行；第一相机13与圆顶光源11配合后，通过第一远心镜头12采集待检测油气管具1的管螺纹端面图像；
环形光源9的中心轴与第二远心镜头8的中心轴同轴设置，环形光源9的中心轴、第二远心镜头8的中心轴与待检测油气管具1的中心轴处于同一水平面，且环形光源9的中心轴、第二远心镜头8的中心轴与待检测油气管具1的中心轴相垂直；第二相机10与环形光源9配合后，通过第二远心镜头8采集待检测油气管具1的管螺纹表面图像。
较为优选的，调试平台中还包括有用于罩设在基座7上方的箱罩15。
较为优选的，定位机构中还包括有固定安装在定位板18上的光电传感器23，所述光电传感器23用于确定待检测油气管具1是否就位。
较为优选的，成像系统中还包括有远心光源14；
远心光源14设置在待检测油气管具1背离第二远心镜头8的另一侧，且远心光源14的中心轴与第二远心镜头8的中心轴相一致；第二相机10与远心光源14配合后，通过第二远心镜头8采集待检测油气管具1的管螺纹轮廓图像。
本发明提供了一种油气管具管螺纹自动测量装置，该油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成；调试平台中包括有手摇丝杠台、基座、X轴双导轨、Y轴双导轨；定位机构包括有定位板、升降机、电机、联轴器以及L型固定板；夹持机构由第一三爪卡盘、主轴箱、第二三爪卡盘和车床床身构成；成像系统中包括有第一远心镜头、圆顶光源、第一相机、第二远心镜头、环形光源、第二相机。具有上述结构特征的一种油气管具管螺纹自动测量装置，其采用了无接触式测量的方式，因此避免了螺纹磨损，减小测量误差，测量结果精度高。此外，该油气管具管螺纹自动测量装置可适应不同规格的管螺纹，具有更高普适性且测量效率更高。
附图说明
该附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在下述附图中：
图1为本发明提供的一种油气管具管螺纹自动测量装置的结构示意图之一；
图2为本发明提供的一种油气管具管螺纹自动测量装置的结构示意图之二；
图3为本发明提供的一种油气管具管螺纹自动测量装置的结构示意图之三；
图4为定位机构的结构示意图。
附图标记：
1、待检测油气管具；2、第一三爪卡盘；3、主轴箱；4、第二三爪卡盘；5、车床床身；6、手摇丝杠台；7、基座；8、第二远心镜头；9、环形光源；10、第二相机；11、圆顶光源；12、第一远心镜头；13、第一相机；14、远心光源；15、箱罩；16、X轴双导轨；17、Y轴双导轨；18、定位板；19、L型固定板；20、升降机；21、电机；22、联轴器；23、光电传感器。
具体实施方式
本发明提供了一种油气管具管螺纹自动测量装置，该种油气管具管螺纹自动测量装置具有较高的自动化程度，其操作过程简单，测量设备调试完成后、测量过程中仅需转动油气管具即可完成全部检测过程；且具有较高的测量效率，一次测量即可完成对油气管具管螺纹多种参数的全部测量。
本发明提供了一种油气管具管螺纹自动测量装置，如图1-图3所示，具体的，油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成。
其中，调试平台中包括有手摇丝杠台6以及基座7。基座7设置在手摇丝杠台6上方，基座7上还设置有由手摇丝杠台6控制的X轴双导轨16、Y轴双导轨17。
如图4所示，定位机构固定安装在基座7上，其中包括有定位板18、升降机20、电机21、联轴器22以及L型固定板19。其中，定位板18与升降机20的升降轴固定连接。通过联轴器22，电机21与升降机20的主体相连，电机21上还固定连接有L型固定板19。
夹持机构由第一三爪卡盘2、主轴箱3、第二三爪卡盘4和车床床身5构成。其中，主轴箱3设置在车床床身5的上方，主轴箱3上贯穿设置有用于放置待检测油气管具1的通道。通道两侧的主轴箱3上分别设置有用于夹持固定待检测油气管具1的第一三爪卡盘2、第二三爪卡盘4。
成像系统中包括有第一远心镜头12、圆顶光源11、第一相机13、第二远心镜头8、环形光源9、第二相机10。
其中，圆顶光源11的中心轴与第一远心镜头12的中心轴同轴设置，且均与待检测油气管具1的中心轴相平行。第一相机13与圆顶光源11配合后，通过第一远心镜头12采集待检测油气管具1的管螺纹端面图像。
环形光源9的中心轴与第二远心镜头8的中心轴同轴设置，环形光源9的中心轴、第二远心镜头8的中心轴与待检测油气管具1的中心轴处于同一水平面，且环形光源9的中心轴、第二远心镜头8的中心轴与待检测油气管具1的中心轴相垂直。第二相机10与环形光源9配合后，通过第二远心镜头8采集待检测油气管具1的管螺纹表面图像。
进一步结合附图，对本发明提供的油气管具管螺纹自动测量装置其各个结构部分的工作实施步骤做如下解释说明：
首先，介绍调试平台。调试平台中包括有X轴双导轨16，Y轴双导轨17、手摇丝杠台6、基座7。其中，X轴双导轨16，Y轴双导轨17的位置移动由手摇丝杠台6控制。具体的，X轴双导轨16为燕尾型导轨，工作行程为1685mm。在油气管具管螺纹自动测量前、进行系统调试的过程中，X轴双导轨16，Y轴双导轨17用于确保油气管具管螺纹自动测量始终处于指定成像位置处。
值得注意的是，作为本发明的一种较为优选的实施方式，调试平台中还包括有用于罩设在基座7上方的箱罩15，该箱罩15用于起到保护基座7上设置的多种结构单元的目的。
进一步的，首先转动手摇丝杠台6使其沿X轴双导轨的方向移动，改变夹持机构与成像系统之间的距离，进而调整油气管具管螺纹悬长，避免油气管具管螺纹的螺纹轴线与夹持机构（车床床身）主轴轴线产生较大偏离。而后，移动基座7使其沿Y轴双导轨17的方向移动，保障待检测油气管具1的中心轴与第一远心镜头12的中心轴相一致，从而完成油气管具管螺纹自动测量装置的设备调试工作。
然后，介绍定位机构和夹持机构。定位机构中包括有电机21、联轴器22、升降机20、L型固定板19和定位板18。其中，L型固定板19可利用螺钉与手摇丝杠台6连接，并优选安装在基座7上例如在基座设置长方形槽，将L型固定板19整体放置在该长方形槽中，其槽的尺寸可选择为310mm×125mm×76mm；升降机20、联轴器22和电机21之间则采用键连接。其工作过程可描述为：当送入待检测油气管具1时，待检测油气管具1运动至定位板18触发位置，其送入随即停止。此时，待检测油气管具1的管螺纹端处于预设好的第二远心镜头8中央位置处。此外，即完成待检测油气管具1管螺纹的定位。
作为本发明的一种较为优选的实施方式，定位机构中还进一步包括有固定安装在定位板18上的光电传感器23，该光电传感器23用于通过光电传感方式，确定待检测油气管具1是否就位。
而夹持机构由第一三爪卡盘2、主轴箱3、第二三爪卡盘4和车床床身5构成。其中，第一三爪卡盘2与第二三爪卡盘4均采用电控式卡盘；当定位机构触发时，第一三爪卡盘2与第二三爪卡盘4同步动作夹紧待检测油气管具1，从而测量过程中待检测油气管具1螺纹端的稳定性。至此完成夹持机构的夹持过程。
最后，介绍成像系统。成像系统中包括有第一远心镜头12、圆顶光源11、第一相机13、第二远心镜头8、环形光源9、第二相机10。其中，第一相机13、第二相机10在测量过程中优选与计算机连接，用于实时将图像传输至计算机。第一远心镜头12、第二远心镜头8可采用相同型号，例如采用TCCR3M096-C的镜头，其尺寸为139mm×172mm×208mm，工作F值为8。
此外，作为本发明一种较为优选的实施方式，成像系统中还包括有远心光源14。该远心光源14设置在待检测油气管具1背离第二远心镜头8的另一侧，且远心光源14的中心轴与第二远心镜头8的中心轴相一致。该远心光源14用于配合第二远心镜头8的工作，从而通过第二远心镜头8采集待检测油气管具1的管螺纹轮廓图像。其型号可选择使用参考如LTCLCR096。
具体的，成像系统其工作过程可描述为：
第一步打开远心光源14。此时第二远心镜头8与远心光源14分别位于管螺纹两侧，第二相机10开始采集待检测油气管具1管螺纹的轮廓图像。第二步关闭远心光源14，打开环形光源9，第二相机10继续采集待检测油气管具1管螺纹的表面图像。第三步关闭环形光源9，打开圆顶光源11，第一相机13采集待检测油气管具1管螺纹的端面图像。至此完成了对待检测油气管具1管螺纹中（三类）图像的采集。
在上述管螺纹图像采集完成后，通过现有计算公式对图像进行处理，再结合相机的成像模型及标定的模型参数，即可计算得到对应的待检测油气管具1管螺纹几何参数信息（包括但不限于锥度、牙高、齿顶高、螺距、累计螺距公差、椭圆度、L4、Lc和端面刃角等等）。其中，具体计算公式等内容属于本领域技术人员常规技术手段，限于本申请篇幅所限，在此不做过多赘述。
本发明提供了一种油气管具管螺纹自动测量装置，该油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成；调试平台中包括有手摇丝杠台、基座、X轴双导轨、Y轴双导轨；定位机构包括有定位板、升降机、电机、联轴器以及L型固定板；夹持机构由第一三爪卡盘、主轴箱、第二三爪卡盘和车床床身构成；成像系统中包括有第一远心镜头、圆顶光源、第一相机、第二远心镜头、环形光源、第二相机。具有上述结构特征的一种油气管具管螺纹自动测量装置，其采用了无接触式测量的方式，因此避免了螺纹磨损，减小测量误差，测量结果精度高。此外，该油气管具管螺纹自动测量装置可适应不同规格的管螺纹，具有更高普适性且测量效率更高。
尽管已经示出和描述了本发明的实 施例，本领域的普通技术人员可以理解的是：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改和变型，如将手动改为自动，将电动改为液动、底座不同结构形式改变等，本发明的范围权利要求及其等同物限定。
本发明适用的检测范围可以但不限于油气管道领域，其对航空航天、能源动力、高端船舶和轨道交通等其他领域同样适用，并且本发明不仅适用于管螺纹检测，对上述领域的锯齿形螺纹、圆形螺纹和矩形螺纹等其它类型的外螺纹同样适用，但不限于所列举的上述三类，对未列举的其他类型外螺纹同样适用。
Claims (3)
1.一种油气管具管螺纹自动测量装置，其特征在于，所述油气管具管螺纹自动测量装置由调试平台、定位机构、夹持机构、成像系统组成；
调试平台中包括有手摇丝杠台(6)以及基座(7)；其中，基座(7)设置在手摇丝杠台(6)上方，基座(7)上还设置有由手摇丝杠台(6)控制的X轴双导轨(16)、Y轴双导轨(17)；
定位机构固定安装在基座(7)上，其中包括有定位板(18)、升降机(20)、电机(21)、联轴器(22)以及L型固定板(19)；其中，定位板(18)与升降机(20)的升降轴固定连接；通过联轴器(22)，电机(21)与升降机(20)的主体相连，电机(21)上还固定连接有L型固定板(19)；
定位机构中还包括有固定安装在定位板(18)上的光电传感器(23)，所述光电传感器(23)用于确定待检测油气管具是否就位；
夹持机构由第一三爪卡盘(2)、主轴箱(3)、第二三爪卡盘(4)和车床床身(5)构成；其中，主轴箱(3)设置在车床床身(5)的上方，主轴箱(3)上贯穿设置有用于放置待检测油气管具的通道；通道两侧的主轴箱(3)上分别设置有用于夹持固定待检测油气管具的第一三爪卡盘(2)、第二三爪卡盘(4)；
成像系统中包括有第一远心镜头(12)、圆顶光源(11)、第一相机(13)、第二远心镜头(8)、环形光源(9)、第二相机(10)；
其中，圆顶光源(11)的中心轴与第一远心镜头(12)的中心轴同轴设置，且均与待检测油气管具的中心轴相平行；第一相机(13)与圆顶光源(11)配合后，通过第一远心镜头(12)采集待检测油气管具的管螺纹端面图像；
环形光源(9)的中心轴与第二远心镜头(8)的中心轴同轴设置，环形光源(9)的中心轴、第二远心镜头(8)的中心轴与待检测油气管具的中心轴处于同一水平面，且环形光源(9)的中心轴、第二远心镜头(8)的中心轴与待检测油气管具的中心轴相垂直；第二相机(10)与环形光源(9)配合后，通过第二远心镜头(8)采集待检测油气管具的管螺纹表面图像。
2.根据权利要求1所述的一种油气管具管螺纹自动测量装置，其特征在于，调试平台中还包括有用于罩设在基座(7)上方的箱罩(15)。
3.根据权利要求1所述的一种油气管具管螺纹自动测量装置，其特征在于，成像系统中还包括有远心光源(14)；
远心光源(14)设置在待检测油气管具背离第二远心镜头(8)的另一侧，且远心光源(14)的中心轴与第二远心镜头(8)的中心轴相一致；第二相机(10)与远心光源(14)配合后，通过第二远心镜头(8)采集待检测油气管具的管螺纹轮廓图像。
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