石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置及測量方法
【專利摘要】一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置，該裝置包括保護殼、激光傳感器、機械支架和數(shù)控刀架；激光傳感器置于保護殼內(nèi)并通過保護殼（2）的密封密封蓋密封，保護殼設置在機械支架上，機械支架設置在數(shù)控刀架的一個刀位上。本發(fā)明顯著提高了石油螺紋檢測的技術(shù)水平、質(zhì)量水平，同時也具有巨大的科研價值、應用價值及社會效益。
【專利說明】
石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置及測量方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明用于螺紋質(zhì)量檢測領域，涉及激光位移傳感器對數(shù)控車床上已車削完成的螺紋廓形精度的在機直接檢測及反饋補償裝置，由于激光位移傳感器的尺寸限制，本發(fā)明專利可實現(xiàn)對外螺紋和較大內(nèi)螺紋的廓形精度測量。
【背景技術(shù)】
[0002]石油螺紋主要應用于石油天然氣鉆采行業(yè)中鉆桿、鉆鋌間的連接，作用是將鉆井所需的巨大扭矩從井口傳遞到井底鉆頭，由于其承受扭矩大，密封要求高且呈錐形，因此對石油螺紋的廓形精度檢測非常重要。目前石油螺紋零件廓形精度的檢測以接觸式測量為主，分為三類:一類是采用旋緊螺紋規(guī)的方法測量螺紋的緊密距，這是目前各油田管子站判斷加工螺紋零件是否合格的唯一方法，這種檢測方法能實現(xiàn)在機測量和脫機測量兩種檢測方式，但它只能檢測出螺紋的綜合參數(shù)，無法完成對螺紋廓形參數(shù)以及牙頂、牙底廓形精度的檢測，測量勞動強度大，且結(jié)果易受人為因素影響；另一類方法是采用專用儀器，這種檢測方法能測量出除牙型角和中徑以外的所有螺紋參數(shù)，但只能應用在實驗室中，對石油螺紋進行脫機檢測，無法實現(xiàn)石油螺紋的在機測量，且內(nèi)螺紋參數(shù)測量不全面;第三類方法是利用三坐標測量機，這種測量方式無法實現(xiàn)在機檢測，且由于接觸測頭半徑較大帶來的橫向分辨率問題無法解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:發(fā)明提供一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置及測量方法，其目的是解決以往所存在的問題。
[0004]技術(shù)方案:發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置，其特征在于:該裝置包括保護殼、激光傳感器、機械支架和數(shù)控刀架;激光傳感器置于保護殼內(nèi)并通過保護殼的密封密封蓋密封，保護殼設置在機械支架上，機械支架設置在數(shù)控刀架的一個刀位上。
[0005]在數(shù)控刀架上設置有螺紋廓形在機激光直接檢測裝置，該刀架置于機床的滑板上，由刀架的運動實現(xiàn)了檢測裝置的軸向和徑向進給運動，在機激光直接檢測及反饋補償裝置還包括計算機和數(shù)控系統(tǒng);計算機連接激光傳感器和數(shù)控系統(tǒng)，激光傳感器和數(shù)控系統(tǒng)連接機床。
[0006]應用上述的石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置所實施的對已加工完成的螺紋廓形在機非接觸測量方法，其特征在于:該方法是通過激光位移傳感器沿被測螺紋廓形軸向掃描實現(xiàn)的，具體如下:將機械支架設置在數(shù)控刀架(6)的一個刀位上，把安裝好激光傳感器的保護殼用密封蓋密封后設置于機械支架上，待螺紋車削加工完成后，利用數(shù)控刀架將激光傳感器所在刀位旋轉(zhuǎn)至測量刀位，執(zhí)行螺紋廓形精度檢測程序時，利用計算機發(fā)出指令，使刀架帶動激光傳感器對錐螺紋軸向廓形進行掃描。
[0007]以計算機為檢測系統(tǒng)控制與分析中心，計算機接收螺紋軸向廓形數(shù)據(jù)，并對其進行降噪、擬合以及參數(shù)計算等數(shù)值算法處理，計算機根據(jù)計算結(jié)果提取螺紋廓形的螺距、中徑、牙型角、牙高、錐度等所有螺紋參數(shù)，再與設置在計算機中的標準參數(shù)比較，判定螺紋的加工質(zhì)量，對于不合格的螺紋由計算機將所需的補償量反饋給數(shù)控系統(tǒng)，控制機床上刀具位置的改變，以進行修整車削，循環(huán)上述檢測反饋補償過程，直到檢測的螺紋零件合格為止，最終完成石油螺紋的在機激光直接檢測與補償。
[0008]完成了一個石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測及反饋補償?shù)拈]環(huán)過程，實現(xiàn)了外螺紋和尺寸較大內(nèi)螺紋廓形精度在機檢測及反饋補償?shù)墓δ埽鉀Q了石油螺紋廓形精度檢測的瓶頸問題。
[0009]優(yōu)點效果:
本發(fā)明提供一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置及測量方法，本發(fā)明以計算機為中心，提供一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測及反饋補償裝置與方法，既要準確獲得螺紋全部參數(shù)又要對螺紋廓形質(zhì)量作出評定，并對評定不合格的螺紋反饋補償車肖Ij，實現(xiàn)一個封閉的循環(huán)裝置。目的是有效地控制石油螺紋的車削精度，更好地保證螺紋連接的互換性和可靠性。由于激光傳感器尺寸限制，只能實現(xiàn)對外螺紋和尺寸較大內(nèi)螺紋廓形精度的激光檢測。
[0010]具體優(yōu)點如下:
①本發(fā)明通過掃描螺紋軸向輪廓，可以直接獲得螺紋軸向數(shù)據(jù)。根據(jù)廓形數(shù)據(jù)不僅可以直接計算螺紋的各項參數(shù)，也可以用來評定廓形面加工質(zhì)量，較之現(xiàn)行的檢測方法更加全面。
[0011]②本發(fā)明是一個完整的閉環(huán)裝置，實現(xiàn)了檢測一計算一補償一修整全過程的智能化，操作簡便，測量精度高，檢測速度快，可實現(xiàn)螺紋全參數(shù)的在機動態(tài)實時檢測與補償
本發(fā)明顯著提高了石油螺紋檢測的技術(shù)水平、質(zhì)量水平，同時也具有巨大的科研價值、應用價值及社會效益。
[0012]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的廓形在機激光直接檢測結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的精度計算及補償反饋裝置示意圖。
[0013]【具體實施方式】:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置，
本發(fā)明針對目前石油螺紋廓形精度檢測遇到的問題，應用激光位移傳感器實現(xiàn)對螺紋廓形精度的非接觸在機直接檢測，基本組成為:機械裝置，借助安裝在機床數(shù)控刀架上的激光位移傳感器，完成對石油螺紋軸向齒形輪廓的掃描;控制裝置，以計算機為中心，在計算機中通過數(shù)值算法完成對檢測數(shù)據(jù)的處理，并計算螺紋所有參數(shù)，判斷軸向廓形精度，判別加工偏差，對于不合格工件計算機將補償結(jié)果反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以控制機床上刀具位置的改變。但由于激光傳感器尺寸大無法進入較小內(nèi)螺紋中進行檢測，因此該裝置能實現(xiàn)對被測螺紋I的外螺紋和尺寸較大內(nèi)螺紋的廓形精度的激光直接檢測，該裝置具體包括保護殼
2、激光傳感器3、機械支架4和數(shù)控刀架6;激光傳感器3置于保護殼2內(nèi)并通過保護殼2的密封密封蓋7密封，保護殼2設置在機械支架4上，機械支架4設置在數(shù)控刀架6的一個刀位上。機械支架4通過螺釘5設置在數(shù)控刀架6的一個刀位上。
[0014]設置有螺紋廓形在機激光直接檢測裝置的數(shù)控刀架6置于機床10的滑板上并能實現(xiàn)檢測裝置的軸向和徑向進給，在機床10的兩側(cè)分別設置有計算機8和數(shù)控系統(tǒng)9。
[0015]應用上述的石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置所實施的對已加工完成的螺紋廓形在機非接觸測量方法，該方法是通過激光位移傳感器3沿被測螺紋I廓形軸向掃描實現(xiàn)的，該方法以計算機為中心，通過應用激光傳感器對螺紋廓形的在機直接實時檢測，利用計算機中的算法對檢測數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析，并計算全部螺紋參數(shù)、判定螺紋質(zhì)量、對于不合格的螺紋給出補償量，并將全部結(jié)果反饋給數(shù)控系統(tǒng)以控制機床的刀具位置，循環(huán)上述過程，直到檢測的螺紋零件合格為止。
[0016]具體如下:將機械支架4設置在數(shù)控刀架6的一個刀位上，把安裝好激光傳感器3的保護殼2用密封蓋7密封后設置于機械支架4上，密封蓋主要防止車削螺紋過程中的高溫鐵肩和切削液等對高精度傳感器造成損害。待螺紋I車削加工完成后，利用數(shù)控刀架6將激光傳感器3所在刀位旋轉(zhuǎn)至工作刀位，執(zhí)行螺紋廓形精度檢測程序時，利用計算機8發(fā)出指令，使刀架6帶動激光傳感器3對錐螺紋I軸向廓形進行掃描。
[0017]以計算機8為檢測系統(tǒng)中心，計算機8對接收的螺紋I軸向廓形數(shù)據(jù)降噪、擬合等數(shù)值算法處理，計算機8根據(jù)處理后的螺紋I廓形計算螺距、中徑、牙型角、牙高等所有螺紋參數(shù)，與設置在計算機8中的標準比較判定螺紋I的加工質(zhì)量，對于不合格的螺紋由計算機8將所需的補償量反饋給數(shù)控系統(tǒng)9，控制機床10上刀具位置的改變，以進行修整車削，循環(huán)上述檢測反饋補償過程，直到檢測的螺紋零件I合格為止，最終完成石油螺紋的在機激光直接檢測與補償。
[0018]綜上所述，本發(fā)明完成了一個石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測及反饋補償?shù)拈]環(huán)過程，實現(xiàn)了外螺紋和尺寸較大內(nèi)螺紋廓形精度在機檢測及反饋補償?shù)墓δ?，解決了石油螺紋廓形精度檢測的瓶頸問題。
【主權(quán)項】
1.一種石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置，其特征在于:該裝置包括保護殼(2)、激光傳感器(3)、機械支架(4)和數(shù)控刀架(6);激光傳感器(3)置于保護殼(2)內(nèi)并通過保護殼(2 )的密封密封蓋(7 )密封，保護殼(2 )設置在機械支架(4 )上，機械支架(4 )設置在數(shù)控刀架(6)的一個刀位上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置，其特征在于:在數(shù)控刀架(6)上設置有螺紋廓形在機激光直接檢測裝置，該刀架置于機床(10)的滑板上，由刀架的運動實現(xiàn)了檢測裝置的軸向和徑向進給運動，在機激光直接檢測及反饋補償裝置還包括計算機(8)和數(shù)控系統(tǒng)(9);計算機(8)連接激光傳感器(3)和數(shù)控系統(tǒng)(9)，激光傳感器(3 )和數(shù)控系統(tǒng)(9 )連接機床(1 )。3.應用權(quán)利要求1所述的石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測裝置所實施的對已加工完成的螺紋廓形在機非接觸測量方法，其特征在于:該方法是通過激光位移傳感器(3)沿被測螺紋(I)廓形軸向掃描實現(xiàn)的，具體如下:將機械支架(4)設置在數(shù)控刀架(6 )的一個刀位上，把安裝好激光傳感器(3)的保護殼(2)用密封蓋(7)密封后設置于機械支架(4)上，待螺紋(I)車削加工完成后，利用數(shù)控刀架(6)將激光傳感器(3)所在刀位旋轉(zhuǎn)至測量刀位，執(zhí)行螺紋廓形精度檢測程序時，利用計算機(8)發(fā)出指令，使刀架(6)帶動激光傳感器(3)對錐螺紋(I)軸向廓形進行掃描。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于:以計算機(8)為檢測系統(tǒng)控制與分析中心，計算機(8)接收螺紋(I)軸向廓形數(shù)據(jù)，并對其進行降噪、擬合以及參數(shù)計算等數(shù)值算法處理，計算機(8)根據(jù)計算結(jié)果提取螺紋(I)廓形的螺距、中徑、牙型角、牙高、錐度等所有螺紋參數(shù)，再與設置在計算機(8)中的標準參數(shù)比較，判定螺紋(I)的加工質(zhì)量，對于不合格的螺紋由計算機(8)將所需的補償量反饋給數(shù)控系統(tǒng)(9)，控制機床(10)上刀具位置的改變，以進行修整車削，循環(huán)上述檢測反饋補償過程，直到檢測的螺紋零件(I)合格為止，最終完成石油螺紋的在機激光直接檢測與補償。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于:完成了一個石油螺紋廓形精度在機激光直接檢測及反饋補償?shù)拈]環(huán)過程，實現(xiàn)了外螺紋和尺寸較大內(nèi)螺紋廓形精度在機檢測及反饋補償?shù)墓δ?，解決了石油螺紋廓形精度檢測的瓶頸問題。
【文檔編號】B23G3/02GK105965323SQ201610431510
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】王可, 孫興偉, 董祉序
【申請人】沈陽工業(yè)大學