專利名稱：一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，特別是一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定 心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，應(yīng)用于石油管工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油天然氣鉆井應(yīng)用的鉆桿的主要失效形式之一是由于鉆井過程中泥漿噴涌產(chǎn) 生的巨大壓力、使鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)發(fā)生"刺穿"及斷裂現(xiàn)象、造成整個鉆桿使用壽命 降低或報(bào)廢。因此對于鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸必須在鉆桿生產(chǎn)過程中加 以規(guī)范。美國石油學(xué)會(API)標(biāo)準(zhǔn)中就規(guī)定了對鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)沿鉆桿軸線方向的 長度Miu檢驗(yàn)驗(yàn)收的要求，各鉆桿生產(chǎn)廠也提出了相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如殼牌石油公司標(biāo)準(zhǔn) 中就規(guī)定了對鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)沿鉆桿軸線方向的過渡區(qū)輪廓曲線進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收的 要求。這些檢驗(yàn)驗(yàn)收的要求必須借助于一定的方法和手段對鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)進(jìn)行測 量來實(shí)現(xiàn)。專利200820152005. 6提出了一種鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)測量儀，應(yīng)用光環(huán)成像 法技術(shù)，在精密線性模組驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動下，光學(xué)檢測器可快速進(jìn)入鉆桿管端內(nèi)部，并利 用圖像處理軟件系統(tǒng)對管道內(nèi)壁進(jìn)行三維測量，同時(shí)進(jìn)行在線的缺陷檢測，沿鉆桿軸線方 向測量長度達(dá)到300mm，主要適用于鉆桿管體內(nèi)加厚以后與鉆桿接頭焊接以前時(shí)的已加厚 半成品鉆桿的測量。由于石油天然氣鉆桿在實(shí)際鉆井一定深度使用一定時(shí)間后，需要重新 對成品完整鉆桿管內(nèi)表面進(jìn)行檢查檢測，根據(jù)成品完整鉆桿的磨損腐蝕等狀況重新評定級 別確定修復(fù)或報(bào)廢。該200820152005. 6專利就存在以下不足1.其鉆桿管端內(nèi)加厚過渡 區(qū)測量儀設(shè)在一整體測量儀臺架上，在生產(chǎn)現(xiàn)場難于與鉆桿中心對中，造成測量誤差增大。 2.沿鉆桿軸線方向測量長度達(dá)到300mm不能滿足成品完整鉆桿在將鉆桿接頭焊接以后沿 鉆桿軸線方向的測量長度要求。3.不能滿足人們對完整鉆桿管端內(nèi)壁在線缺陷進(jìn)行直觀 觀察的要求。因此有必要發(fā)明一種更適合人們生產(chǎn)應(yīng)用的新型成品完整鉆桿管端內(nèi)壁測量 儀。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀， 可以對包括半成品鉆桿或成品完整鉆桿的管端內(nèi)加厚過渡區(qū)在內(nèi)的管端內(nèi)壁進(jìn)行測量和 觀察。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測 量儀，其特征是它是分體式結(jié)構(gòu)，是由測量單元和控制顯示單元通過柔性電纜連接組成； 測量單元是由測量單元機(jī)構(gòu)框架、栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架一側(cè)端面的自動定心裝置和固 定安裝在測量單元機(jī)構(gòu)框架內(nèi)的一端帶有光學(xué)探頭的機(jī)械運(yùn)動裝置組成；控制顯示單元包 括光源、伺服控制電氣系統(tǒng)、圖像處理軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、高分辨率平面液晶觸控顯示
o所述的自動定心裝置包括三爪定心卡盤、鉆桿端面定位部件，鉆桿端面定位部件栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架一側(cè)端面，三爪定心卡盤固定安裝在鉆桿端面定位部件上。所述的光學(xué)探頭固定安裝在機(jī)械運(yùn)動裝置的一側(cè)，光學(xué)探頭包括光環(huán)成像法檢測 裝置和視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置；光環(huán)成像法檢測裝置包括環(huán)形激光發(fā)生器、錐面反射鏡、透明 有機(jī)玻璃管、正面光環(huán)成像物鏡、光環(huán)成像CCD/CMOS圖像傳感器，并依次順序設(shè)置于光學(xué) 探頭內(nèi)一端；視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置包括設(shè)置于光學(xué)探頭內(nèi)另一端的導(dǎo)光纖維、側(cè)面工業(yè)視 頻物鏡、工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳感器，側(cè)面工業(yè)視頻物鏡設(shè)置在工業(yè)視頻成像(XD/ CMOS圖像傳感器的上方。所述的側(cè)面工業(yè)視頻物鏡視野范圍為120° 140°。所述的機(jī)械運(yùn)動裝置包括直線運(yùn)動裝置和圓周運(yùn)動裝置；直線運(yùn)動裝置包括線性 模組、移動平臺、驅(qū)動電機(jī)，圓周運(yùn)動裝置包括旋轉(zhuǎn)支承、旋轉(zhuǎn)機(jī)架、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)；移動平 臺通過線性模組的滾珠絲杠螺母和線性導(dǎo)軌滑塊與線性模組連接，驅(qū)動電機(jī)通過聯(lián)軸器與 線性模組的滾珠絲杠連接，旋轉(zhuǎn)支承固定連接在測量單元機(jī)構(gòu)框架上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架和旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動電機(jī)固定連接在移動平臺上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)通過聯(lián)軸器連接。所述的移動平臺的直線運(yùn)動行程為900毫米，沿鉆桿軸線方向測量和觀察的長度 超過600毫米，所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)角度范圍為360°。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)測量儀具有測量新、舊鉆桿或已加厚半成品鉆桿的內(nèi)加 厚過渡區(qū)內(nèi)孔的徑截面內(nèi)徑、軸剖面輪廓和過渡區(qū)長度(直段、錐度段)的功能；2)測量儀 的測量單元通過三爪定心卡盤直接固定在待測鉆桿上，自動定心使測量儀的光學(xué)檢測系統(tǒng) 中心與待測鉆桿中心保持一致；3)測量儀不僅可以對鉆桿管端內(nèi)加厚過渡區(qū)進(jìn)行快速測 量，而且可以通過視頻內(nèi)窺鏡對鉆桿內(nèi)壁表面狀況特別是缺陷部位進(jìn)行直接的觀察；4)測 量儀機(jī)械運(yùn)動裝置直線運(yùn)動行程為900毫米，沿鉆桿軸線方向測量和觀察的長度可以超過 600毫米。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光學(xué)探頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、三爪定心卡盤；2、鉆桿端面定位部件；3、測量單元機(jī)構(gòu)框架；4、光學(xué)探 頭；5、旋轉(zhuǎn)支承；6、旋轉(zhuǎn)機(jī)架；7、線性模組；8、移動平臺；9、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)；10、驅(qū)動電機(jī)； 11、柔性電纜；12、高分辨率平面液晶觸控顯示器；13、環(huán)形激光發(fā)生器；14、錐面反射鏡； 15、透明有機(jī)玻璃管；16、正面光環(huán)成像物鏡；17、光環(huán)成像(XD/CM0S圖像傳感器；18、導(dǎo)光 纖維；19、側(cè)面工業(yè)視頻物鏡；20、工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳感器；21、光源；22、伺服 控制電氣系統(tǒng)；23、圖像處理軟件；24、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其特征 是它是分體式結(jié)構(gòu)，是由測量單元和控制顯示單元通過柔性電纜11連接組成。在鉆桿生產(chǎn)檢測現(xiàn)場，將待測鉆桿管端插入具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端 內(nèi)壁測量儀的測量單元，通過測量單元上自動定心裝置的三爪定心卡盤1與鉆桿端面定位部件2直接將測量單元機(jī)構(gòu)框架3固定在待測鉆桿上，這樣自動定心使測量儀的光學(xué)檢測 系統(tǒng)中心與待測鉆桿中心保持一致；所述的測量單元是一完整獨(dú)立結(jié)構(gòu)，它是由測量單元 機(jī)構(gòu)框架3、栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架3 —側(cè)端面的自動定心裝置和固定安裝在測量單元 機(jī)構(gòu)框架3內(nèi)的一端帶有光學(xué)探頭4的機(jī)械運(yùn)動裝置組成；所述的自動定心裝置包括三爪 定心卡盤1、鉆桿端面定位部件2，鉆桿端面定位部件2栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架3 —側(cè)端 面，三爪定心卡盤1固定安裝在鉆桿端面定位部件2上；光學(xué)探頭4包括光環(huán)成像法檢測裝 置和視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置，所述的光環(huán)成像法檢測裝置包括環(huán)形激光發(fā)生器13、錐面反射 鏡14、透明有機(jī)玻璃管15、正面光環(huán)成像物鏡16、光環(huán)成像(XD/CM0S圖像傳感器17，并依 次順序設(shè)置于光學(xué)探頭4內(nèi)一端；所述的視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置包括設(shè)置于光學(xué)探頭4內(nèi)另 一端的導(dǎo)光纖維18、側(cè)面工業(yè)視頻物鏡19、工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳感器20，其中側(cè) 面工業(yè)視頻物鏡19設(shè)置在工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳感器20的上方；機(jī)械運(yùn)動裝置包 括直線運(yùn)動裝置和圓周運(yùn)動裝置，直線運(yùn)動裝置包括線性模組7、移動平臺8、驅(qū)動電機(jī)10， 圓周運(yùn)動裝置包括旋轉(zhuǎn)支承5、旋轉(zhuǎn)機(jī)架6、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)9。移動平臺8通過線性模組7 的滾珠絲杠螺母和線性導(dǎo)軌滑塊與線性模組7連接，驅(qū)動電機(jī)10通過聯(lián)軸器與線性模組7 的滾珠絲杠連接，旋轉(zhuǎn)支承5固定連接在測量單元機(jī)構(gòu)框架3上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架6和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電 機(jī)9固定連接在移動平臺8上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架6與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)9通過聯(lián)軸器連接。該測量儀 的測量單元通過柔性電纜11與該測量儀的控制顯示單元連接，控制顯示單元是一高性能 集成系統(tǒng)，包括光源21、伺服控制電氣系統(tǒng)22、圖像處理軟件23、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)24、高分 辨率平面液晶觸控顯示器12。在測量儀測量時(shí)，測量單元上由伺服控制電氣系統(tǒng)22控制 機(jī)械運(yùn)動裝置的驅(qū)動電機(jī)10通過精密線性模組7帶動移動平臺8使光學(xué)探頭4快速水平 運(yùn)動到鉆桿管端內(nèi)部，移動平臺8直線運(yùn)動行程為900毫米，沿鉆桿軸線方向測量和觀察 的長度超過600毫米；環(huán)形激光發(fā)生器13通過錐面反射鏡14經(jīng)透明有機(jī)玻璃管15將圓結(jié) 構(gòu)光環(huán)反射到鉆桿管端被測內(nèi)表面包括內(nèi)加厚過渡區(qū)上，反射光環(huán)通過正面光環(huán)成像物鏡 16成像在光環(huán)成像CCD/CMOS圖像傳感器17上，該CCD攝像機(jī)采集到的信號通過柔性電 纜11傳送到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)24，經(jīng)圖像處理軟件23實(shí)時(shí)顯示軸截面內(nèi)孔內(nèi)徑和輪廓圖像 結(jié)果在高分辨率平面液晶觸控顯示器12上；當(dāng)出現(xiàn)超差時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)架6的旋轉(zhuǎn)角度 范圍可達(dá)360°，機(jī)械運(yùn)動裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)9通過旋轉(zhuǎn)機(jī)架6使光學(xué)探頭4的來自光 源21通過導(dǎo)光纖維18照明的側(cè)面工業(yè)視頻物鏡19面對超差缺陷部位、其旋轉(zhuǎn)角度范圍可 達(dá)360°、視野角度范圍可達(dá)120° 140°、將鉆桿內(nèi)壁表面實(shí)時(shí)狀況圖像成像在工業(yè)視 頻成像(XD/CM0S圖像傳感器20上，該(XD攝像機(jī)采集到的信號通過柔性電纜11和工業(yè)控 制計(jì)算機(jī)24實(shí)時(shí)顯示在高分辨率平面液晶觸控顯示器12上，該工業(yè)視頻鏡19可精確定位 直接觀察光學(xué)探頭4可達(dá)的鉆桿管端任何部位內(nèi)壁表面狀況。
權(quán)利要求一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其特征是它是分體式結(jié)構(gòu)，是由測量單元和控制顯示單元通過柔性電纜(11)連接組成；測量單元是由測量單元機(jī)構(gòu)框架(3)、栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架(3)一側(cè)端面的自動定心裝置和固定安裝在測量單元機(jī)構(gòu)框架(3)內(nèi)的一端帶有光學(xué)探頭(4)的機(jī)械運(yùn)動裝置組成；控制顯示單元包括光源(21)、伺服控制電氣系統(tǒng)(22)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(24)、高分辨率平面液晶觸控顯示器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其 特征是所述的自動定心裝置包括三爪定心卡盤(1)、鉆桿端面定位部件(2)，鉆桿端面定 位部件(2 )栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架(3 ) 一側(cè)端面，三爪定心卡盤(1)固定安裝在鉆桿端面 定位部件(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其 特征是所述的光學(xué)探頭(4)固定安裝在機(jī)械運(yùn)動裝置的一側(cè)，光學(xué)探頭(4)包括光環(huán)成像 法檢測裝置和視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置；光環(huán)成像法檢測裝置包括環(huán)形激光發(fā)生器(13)、錐面 反射鏡(14)、透明有機(jī)玻璃管(15)、正面光環(huán)成像物鏡(16)、光環(huán)成像(XD/CM0S圖像傳感 器(17)，并依次順序設(shè)置于光學(xué)探頭(4)內(nèi)一端；視頻內(nèi)窺鏡檢測裝置包括設(shè)置于光學(xué)探 頭(4)內(nèi)另一端的導(dǎo)光纖維(18)、側(cè)面工業(yè)視頻物鏡(19)、工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳 感器(20)，其中側(cè)面工業(yè)視頻物鏡(19)設(shè)置在工業(yè)視頻成像(XD/CM0S圖像傳感器(20)的 上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其特 征是所述的側(cè)面工業(yè)視頻物鏡(19)視野范圍為120° 140°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其 特征是所述的機(jī)械運(yùn)動裝置包括直線運(yùn)動裝置和圓周運(yùn)動裝置；直線運(yùn)動裝置包括線性 模組(7)、移動平臺(8)、驅(qū)動電機(jī)(10)，圓周運(yùn)動裝置包括旋轉(zhuǎn)支承(5)、旋轉(zhuǎn)機(jī)架(6)、旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(9);移動平臺(8)通過線性模組(7)的滾珠絲杠螺母和線性導(dǎo)軌滑塊與線性模 組(7)連接，驅(qū)動電機(jī)(10)通過聯(lián)軸器與線性模組(7)的滾珠絲杠連接，旋轉(zhuǎn)支承(5)固定 連接在測量單元機(jī)構(gòu)框架(3)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架(6)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(9)固定連接在移動平臺 (8 )上，旋轉(zhuǎn)機(jī)架(6 )與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)(9 )通過聯(lián)軸器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其 特征是所述的移動平臺(8)的直線運(yùn)動行程為900毫米，沿鉆桿軸線方向測量和觀察的長 度超過600毫米，所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)架(6)的旋轉(zhuǎn)角度范圍為360°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，特別是一種具有視頻內(nèi)窺鏡的自動定心鉆桿管端內(nèi)壁測量儀，其特征是它是分體式結(jié)構(gòu)，是由測量單元和控制顯示單元通過柔性電纜連接組成；測量單元是由測量單元機(jī)構(gòu)框架、栓接在測量單元機(jī)構(gòu)框架一側(cè)端面的自動定心裝置和固定安裝在測量單元機(jī)構(gòu)框架內(nèi)的一端帶有光學(xué)探頭的機(jī)械運(yùn)動裝置組成；控制顯示單元包括光源、伺服控制電氣系統(tǒng)、圖像處理軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、高分辨率平面液晶觸控顯示器。它可以對包括半成品鉆桿或成品完整鉆桿的管端內(nèi)加厚過渡區(qū)在內(nèi)的管端內(nèi)壁進(jìn)行測量和觀察。
文檔編號G01B11/02GK201688830SQ201020150158
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者劉建龍, 宋順平, 李培梅, 李雪崗, 楊森, 王強(qiáng) 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶管具公司