[发明专利]一种钻杆弯曲度检测装置及方法

权利要求书

1.一种钻杆弯曲度检测装置，包括钻杆夹持部分、传感器传动部分和控制与运算部分；其特征在于：所述的钻杆夹持部分设有工作平台、V形块、三爪卡盘以及步进电机A；V形块、步进电机A通过螺栓固定在工作平台上；步进电机A的轴与三爪卡盘连接，三爪卡盘用于将待测钻杆一端夹紧,钻杆的另一端放置在V形块上；钻杆夹持部分用于实现钻杆的定位夹紧以及多次测量时的钻杆旋转；

所述的传感器传动部分设有步进电机B、联轴器、滚珠丝杠、直线导轨、丝杠座、传动平台以及高精度2D激光传感器；所述步进电机B通过联轴器与滚珠丝杠一端连接，滚珠丝杠另一端通过轴承与丝杠座相连；滚珠丝杠连接传动平台；所述传动平台又与直线导轨连接，且滚珠丝杠轴线与直线导轨平行；所述高精度2D激光传感器通过螺栓安装在传动平台上端；传感器传动部分用于带动高精度2D激光传感器移动中采集钻杆轮廓数据；

所述的控制与运算部分包括单片机与上位机，单片机通过数据线与步进电机A、步进电机B和上位机相连，上位机通过数据线与2D激光传感器相连；所述的单片机为外置的控制模块，用于控制传感器的位移以及钻杆的回转；上位机用于分析处理钻杆轮廓数据，得到检测结果。

2.根据权利要求1所述的钻杆弯曲度检测装置，其特征在于：所述的单片机用于控制步进电机B驱动滚珠丝杠转动，单片机也用于控制步进电机A带动三爪卡盘转动，从而带动钻杆转动。

3.一种使用权利要求1所述的装置进行钻杆弯曲度检测的方法，其特征在于：按如下步骤操作：

步骤一、将待测钻杆装夹定位好；

步骤二、启动单片机，由单片机控制步进电机B驱动滚珠丝杠转动，带动高精度2D激光传感器沿滚珠丝杠轴线方向平缓移动；在移动过程中，高精度2D激光传感器将激光投射于钻杆半侧表面；移动过程中每一个瞬间，高精度2D激光传感器发射的激光束都将截取钻杆一个截面，获取该截面的半侧数据；从所有的截面的半侧数据中，等距离选取n组截面轮廓数据，高精度2D激光传感器完成对钻杆轮廓数据的采集，选择其中n个截面的轮廓数据送到上位机中保存；

步骤三、上位机对获取的钻杆轮廓数据进行数据处理，以椭圆作为n组截面形状的模型，对每组截面数据进行椭圆拟合，得到n组截面的椭圆方程，并求出n个截面的中心点坐标值；

步骤四、对n个截面的中心点进行数据处理，先以第一个截面与最后一个截面的中心点的连线作为基准轴线，并求出空间直线方程；新建二维坐标系，以高精度2D激光传感器的位移，即截面位移，作为x坐标，以截面中心点到基准轴线的距离作为y坐标，可以得到n组点；所述的y坐标值即为该截面的弯曲程度；对所述的n组点进行二维曲线拟合，得到的曲线即为钻杆弯曲度曲线；

步骤五、获得到钻杆弯曲度曲线后，求出钻杆弯曲度曲线的最大值，该点即为钻杆最大弯曲点处；将上述最大值与给定的钻杆弯曲度限定值作比较，判断最大弯曲点处的弯曲程度是否满足钻杆弯曲度判断要求，最大值大于限定值则表明钻杆不合格，反之为合格；

步骤六、为增加判断的准确度，进行多次测量；单片机控制步进电机A带动三爪卡盘转动一个角度，从而带动钻杆转动一个角度；随后，重复步骤二到步骤五，得到检测数据和结果，完成第二次测量；以此类推，完成多次测量；

步骤七、记录上述判断数据和结果，将判断结果以及最大弯曲点的坐标信息提供给用户；若多次测量结果都为合格，则表明钻杆弯曲度合格，否则不合格。