[发明专利]一种钻杆弯曲度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻杆弯曲度检测装置及方法，具体地说是一种用于检测钻杆弯曲程度是否达标并提供钻杆弯曲信息的装置及检测方法。

背景技术

随着我国钻进技术的发展，钻进施工的深度也越来越深，随之对于钻杆精度的要求也越来越高。其中，钻杆的弯曲度就是钻杆精度的重要参数。在钻进施工过程中，钻杆弯曲度过高就会导致钻进过程不平稳以及钻进位置偏移等问题。当前对钻杆弯曲度的检测方法基本依赖于工人利用机械仪表进行手动测量，这种方法不但效率低而且也缺乏数据的有效分析。

现有的激光测量钻杆弯曲度的方法，是根据采样定理布置一个或多个点激光传感器，通过旋转钻杆采集钻杆若干截面型面点数据，再对数据进行处理得出结论。这种方法需要较多的传感器，对传感器布置精度也有较高的要求，且需要对钻杆旋转有高精度控制。因此，该方法实施所需的装置成本高、难度大。

针对上述问题，研究一种原理正确、计算简单的钻杆弯曲度检测方法以及较低成本、高精度、高效率、高自动化程度的检测装置是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻杆弯曲度检测装置及方法，从而自动地、高精度地、高效率地实现对钻杆弯曲度的检测。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：提供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；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。

本发明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。

本发明还提供一种使用上述的装置进行钻杆弯曲度检测的方法，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；