專利名稱：鉆桿管端直度在線檢測矯直設備及方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金領域內的檢測設備及其控制方法，尤其涉及一種鉆桿管端的直度檢測設備及其控制方法。
背景技術：
鉆桿作為冶金領域內鋼管生產的重要產品之一，需要保證其質量。鉆桿直度是衡量鉆桿質量的重要標準之一。鉆桿的直度矯直由專門的矯直設備和工藝完成。然而，由于大部分鉆桿都需要經過管端加厚處理，即將鉆桿的兩端部在加熱狀態下墩粗，以便于后面焊接加工，這就造成加厚的鉆桿兩端直徑與鉆桿中間部分的直徑不一樣，造成現有的矯直設備無法對鉆管端部進行矯直，形成了鉆桿矯直的盲區。目前彌補這一矯直盲區的方法是在鉆桿矯直工序后增加了鉆桿管端壓力矯直工序，專門對鉆桿的兩端部進行局部矯直處理，使鉆桿全長滿足API直線度要求。該鉆桿管端壓力矯直工序由鉆桿管端壓力矯直設備實現，現有的鉆桿管端壓力矯直設備包括上料臺架、V型輸送輥、縱向旋轉移運輥、壓力矯直機、出料臺架以及控制系統等，完成鉆桿的輸入、 矯直和矯直后的輸出。但通過上述設備組成可以看出該壓力矯直設備在矯直前必須得先判斷出鉆桿管端發生彎曲變形的部位和彎曲變形的大小，進而根據彎曲部位和彎曲大小確定壓力矯直的部位和作用力的大小。現有技術是通過人為目測法確定彎曲變形部位和彎曲變形大小由一名操作人員操作旋轉支撐輥將待矯直的鉆桿支撐起來并旋轉，由另一名檢測人員將一只記號筆支撐在鉆桿管端的旁邊機座上，粉筆與管端表面預留一定的距離，當鉆桿旋轉時，操作人員用眼睛觀察管端表面與記號筆端的距離變化，當人為判斷該距離增大且超過標準時，便用記號筆在管端表面劃一記號，確定晃頭超差部位，同時利用騎馬規上的百分表指針判斷盲區的直度，如超差，并用記號筆做好記號。當盲區和晃頭都檢測好后，另一名操作人員便停止旋轉鉆桿，同時按照檢測人員提供的信息和標記來判斷需要矯直的部位和矯直量，然后進行手動矯直，手動矯直時，檢測人員配合觀察固定在矯直機旁邊的百分表，人為判斷矯直的進給量，及時通知操作人員停止矯直進給。該方法過分依賴于操作人員和檢測人員的經驗和技術水平，檢測和矯直精度不高，效率低。
發明內容
本發明的目的是提供一種鉆桿管端直度在線檢測矯直設備及方法，實現鉆桿管端直度檢測和矯直的自動化，從而提高檢測和矯直的精度，提高工作效率。根據本發明的上述目的，本發明提出了一種鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，用于檢測和矯直待測鉆桿的管端直度，其包括一矯直機；一設于矯直機上的定位夾具裝置；若干送料裝置，沿鉆桿軸向輸送方向依次設于所述矯直機旁，其中每一送料裝置均包括一周向旋轉裝置和一軸向輸送裝置；一 PLC電控系統，與所述送料裝置、矯直機和定位夾具裝置分別電連接；一工控機，與所述PLC電控系統連接；一升降驅動裝置，設于所述矯直機上，位于待測鉆桿的上方，所述升降驅動裝置與 PLC電控系統連接；一管端直度檢測裝置，與所述升降驅動裝置固定連接，位于待測鉆桿的上方，所述管端直度檢測裝置還與所述PLC電控系統連接。優選地，所述矯直機包括一矯直機座；一設于矯直機座上的頂頭；一與所述頂頭連接的動力機構；一與所述動力機構連接的壓力傳感器；一與所述頂頭連接的矯直位移傳感器。優選地，所述定位夾具裝置，設于所述矯直機座上與所述頂頭相對的位置，所述定位夾具裝置包括一夾具驅動電機；一與所述夾具驅動電機連接的傳動軸，所述傳動軸與鉆桿平行設置；兩夾具座，對稱固定設于所述傳動軸上；兩夾具，分別與各夾具座對應固定連接。優選地，所述定位夾具裝置中兩夾具的夾持面均為高低臺階面，所述各高低臺階面均包括一高夾持面和一低夾持面，所述低夾持面設置于高夾持面的內側，所述高夾持面與對應的低夾持面的臨界處均設有一定位開關，所述兩定位開關均與PLC電控系統連接。 該高低臺階面的設置使得定位夾具可以將具有一定管徑差的鉆桿管端牢牢夾持住，另外定位開關的設置可以防止鉆桿管端與鉆桿管端直度在線檢測矯直設備發生碰撞，起到很好的定位控制作用。優選地，所述各送料裝置還包括一固定座，其上表面開有一滑槽，所述滑槽與鉆桿軸向輸送方向垂直設置；一平移支架，其底部設有一滑塊，所述滑塊設于所述滑槽內，所述周向旋轉裝置和軸向輸送裝置均設于平移支架上；所述各送料裝置中的平移支架均通過一連接件與一平移支架驅動元件連接，所述平移支架驅動元件與所述PLC電控系統連接。 上述設置可以實現被輸送的鉆桿貼近或遠離定位夾具，實現鉆桿沿與其軸向方向垂直的方向進行平移。優選地，所述各平移支架均包括一直角架，包括一底板和一垂直板，所述滑塊設于底板的底部，所述軸向輸送裝置設于垂直板的上端部；一擺動板，其左端與所述垂直板的上部鉸接，所述周向旋轉裝置設于擺動板的右端；一楔形塊，其傾斜面朝上可滑動地設于所述底板上，所述楔形塊的滑動軌跡與鉆桿軸向輸送方向平行；一支承，其上端與所述擺動板的右端下表面固定連接，其下端與一軸承連接，所述軸承擱置于所述楔形塊的傾斜面上；一拉桿，與所述楔形塊固定連接；所述各平移支架的拉桿均與一拉桿驅動元件連接，所述拉桿驅動元件與PLC電控系統連接。上述設置可以通過拉動拉桿，調節軸向輸送裝置與周向旋轉裝置的相對高低，從
8而使其交替投入到對鉆桿的輸送作用中。優選地，所述升降驅動裝置包括一支撐座，固定設于所述矯直機上；一電機，固定設于所述支撐座上；兩主動鏈輪，相對設于所述支撐座上，并通過同一鏈輪傳動軸與所述電機連接，所述各主動鏈輪均通過一鏈條與一對從動鏈輪對應連接；四根曲臂桿，分別與各從動鏈輪對應固定連接，所述各曲臂桿彼此平行設置；一升降框架，其左、右兩邊支架分別與兩對從動鏈輪對應連接的曲臂桿固定連接， 所述升降框架的前邊支架與所述管端直度檢測裝置固定連接。優選地，所述管端直度檢測裝置包括一長條狀的測量架，沿鉆桿軸向方向與鉆桿平行設置，所述測量架與升降驅動裝置固定連接；兩V型騎板，開口向下設置，所述V型騎板上設有一同步壓輪，所述同步壓輪上設有一周向旋轉編碼器，所述周向旋轉編碼器均與PLC電控系統連接；兩V型騎板驅動元件，分別與各V型騎板對應連接，所述兩V型騎板驅動元件對稱固定設于所述測量架上，所述V型騎板驅動元件還均與PLC電控系統連接；若干位移傳感器，沿所述測量架長度方向排布于測量架的下表面，所述各位移傳感器均與PLC電控系統連接；四個限位開關，分別為沿測量架依次設置的第一、第二、第三和第四限位開關，其中第一、第二限位開關設于所述測量架的前端下表面，第三、第四限位開關設于所述測量架的后端下表面，所述四個限位開關均與PLC電控系統連接。優選地，所述管端直度檢測裝置還包括一固定架，設于所述升降驅動裝置與測量架之間；一對柔性組件，其上端與所述固定架連接，其下端與所述測量架連接，用以實現測量架與固定架的相對浮動。該柔性組件的設置可以使得V型騎板始終貼合鉆桿表面，實現柔性浮動。優選地，所述位移傳感器為非接觸式激光位移傳感器。相應地，本發明還提供了一種鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其包括如下步驟1)開始；2)PLC電控系統控制升降驅動裝置帶動管端直度檢測裝置下降到檢測工位；3)PLC電控系統控制軸向輸送裝置沿鉆桿軸向方向輸送鉆桿，管端直度檢測裝置檢測鉆桿前端各測量點的初始彎曲量SnS2,……，δ n，并將其傳輸至PLC電控系統；4)PLC電控系統將鉆桿前端各測量點的初始彎曲量S1, δ2，……，3 傳輸至工控機，工控機分別計算鉆桿前端各測量點的初始彎曲量\，δ2，……，3 與預設的標準直度S。的差值仏，Q2,……， ，若Q1, %，……，I均小于或等于0則直接執行步驟6)，若Qi > 0，則工控機將最大正差值Qmax傳輸至PLC電控系統執行步驟5)，1彡i彡η ；5)矯直機根據PLC電控系統的控制對鉆桿前端最大正差值Qmax對應的測量點進行矯直；
6)PLC電控系統控制桿管端直度檢測裝置離開鉆桿表面后，PLC電控系統控制軸向輸送裝置繼續向前輸送鉆桿，管端直度檢測裝置檢測鉆桿后端各測量點的初始彎曲量 S1, δ2，……，δ η，并將其傳輸至PLC電控系統；7)PLC電控系統將鉆桿后端各測量點的初始彎曲量S1, δ2，……，3 傳輸至工控機，工控機分別計算鉆桿后端各測量點的初始彎曲量\，δ2，……，5 與預設的標準直度S。的差值仏，Q2,……, ，若Q1, %，……，I均小于或等于0，則直接執行步驟9)，若Qi > 0，則工控機將最大正差值Qmax傳輸至PLC電控系統執行步驟8)，1彡i彡η ；8)矯直機根據PLC電控系統的控制對鉆桿后端最大正差值Qmax對應的測量點進行矯直；9)結束。 優選地，所述步驟幻具體包括3a)鉆桿前端進入測量架下方，測量架前端的第二限位開關檢測到鉆桿后向PLC 電控系統傳輸“有料”信號，PLC電控系統接收到第二限位開關傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置減速輸送鉆桿；3b)測量架前端的第一限位開關檢測到鉆桿后向PLC電控系統傳輸“有料”信號， PLC電控系統接收到第一限位開關傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置停止輸送鉆桿；3c) PLC電控系統控制V型騎板驅動元件帶動V型騎板下降直至V型騎板騎在鉆桿前端表面，然后PLC電控系統控制周向旋轉裝置帶動鉆桿旋轉，設于測量架上的N個位移傳感器對應檢測距鉆桿前端端部距離為X1, &，……，Xn的各測量點的初始彎曲量\， δ2,……，Sn，并將測得的結果傳輸至PLC電控系統，周向旋轉編碼器檢測鉆桿轉過的角度并將角度信號傳輸至PLC電控系統，鉆桿轉過360度后，PLC電控系統控制周向旋轉裝置停止旋轉鉆桿。優選地，所述步驟幻或步驟9)具體包括a) PLC電控系統根據周向旋轉編碼器傳輸的角度信號控制周向旋轉裝置旋轉鉆桿，使待矯直部位沿周向方向旋轉對準矯直機的頂頭的中心位置；b)PLC電控系統控制軸向輸送裝置調整鉆桿的軸向位置，同時控制定位夾具裝置中的夾具驅動電機調整夾具的軸向位置，使待矯直部位沿軸向方向位于兩夾具的正中；c)PLC電控系統控制送料裝置的平移支架連同鉆桿一起向靠近兩夾具夾持面的方向平移，設于兩夾具上的定位開關檢測到鉆桿后，向PLC電控系統傳輸“有料”信號，PLC電控系統控制平移支架停止動作；d)工控機計算矯直機的頂頭進給量設定值，頂頭進給量設定值λ的計算模型為λ= οΕοδ^ + b + b
GΙΨ上式中 為彈性模量；G為鉆桿的屈服強度；δ max待矯直點的初始彎曲量，其由對應的位移傳感器測得；D為鉆桿外徑；1為兩夾具的間距；t為鉆桿的壁厚；Iv b” b2分別為線性回歸系數，bQ為0. 8 1. 2，Id1為0. 4 0. 7，ID2為0. 6 0. 8 ；e)PLC電控系統控制矯直機的動力機構推動頂頭動作，直至頂頭接觸到鉆桿表 f)工控機將頂頭進給量傳輸至PLC電控系統，PLC電控系統控制頂頭頂緊鉆桿表面后繼續向前進給，矯直位移傳感器實時檢測頂頭實際進給量，并實時傳輸至PLC電控系統；g)當頂頭實際進給量等于頂頭進給量設定值時，PLC電控系統控制頂頭復位。優選地，所述步驟6)具體包括6a) PLC電控系統控制V型騎板升起，離開鉆桿前端表面，然后PLC電控系統控制軸向輸送裝置繼續向前輸送鉆桿，測量架上的第四限位開關檢測不到鉆桿后，向PLC電控系統發送“無料”信號，PLC電控系統接收到第四限位開關發送的“無料”信號后，控制軸向輸送裝置減速輸送鉆桿；6b)測量架上的第三限位開關檢測不到鉆桿后，向PLC電控系統發送“無料”信號， PLC電控系統接收到第三限位開關發送的“無料”信號后，控制軸向輸送裝置停止輸送鉆桿；6c) PLC電控系統控制V型騎板驅動元件帶動V型騎板下降直至V型騎板騎在鉆桿，PLC電控系統控制周向旋轉裝置帶動鉆桿旋轉，設于測量架上的N個位移傳感器對應檢測距鉆桿后端端部距離為X1J2，……，Xn的各測量點的初始彎曲量\，δ 2，……，δη，并將測得的結果傳輸至PLC電控系統，周向旋轉編碼器檢測鉆桿轉過的角度并將角度信號傳輸至PLC電控系統，鉆桿轉過360度后，PLC電控系統控制周向旋轉裝置停止旋轉鉆桿。優選地，所述各步驟中，當PLC電控系統控制軸向輸送裝置沿鉆桿軸向方向輸送鉆桿時，PLC電控系統先控制拉桿驅動元件帶動楔形塊滑動，使擺動板擺動至軸向輸送裝置高于周向旋轉裝置的位置，PLC電控系統再控制軸向輸送裝置輸送鉆桿。優選地，所述各步驟中，當PLC電控系統控制周向旋轉裝置旋轉鉆桿時，PLC電控系統先控制拉桿驅動元件帶動楔形塊滑動，使擺動板擺動至周向旋轉裝置高于軸向輸送裝置的位置，PLC電控系統再控制周向旋轉裝置旋轉鉆桿。本發明所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備能夠對現有鉆桿管端檢測盲區進行自動化精確檢測，并根據檢測結果進行矯直，大大提高了鉆桿管端矯直的生產效率。說明書附1為本發明所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備結構示意圖。圖2為本發明所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備中定位夾具裝置的結構示意圖。圖3為本發明的一種優選實施例中定位夾具裝置的結構示意圖。圖如為本發明的一種優選實施例中送料裝置的結構示意圖。圖4b為圖如的側視圖。圖5為本發明的一種優選實施例中若干送料裝置的連接關系俯視圖。圖6為送料裝置中的軸向輸送裝置的輸送工位示意圖。圖7為送料裝置中的周向旋轉裝置的輸送工位示意圖。圖為本發明所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備中升降驅動裝置的結構俯視圖。圖8b為圖8a的側視圖。圖9為本發明所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備中管端直度檢測裝置的結構示意圖。
附圖標號說明
1-矯直機11-矯i[機座12-頂頭13-動力機構
14-壓力傳感器15-矯直位移傳感器2-定位夾具裝置21-夾具驅動電機
而22-傳動軸夾具座夾具241-高夾持IMJ
242-低夾持面243-定位開關25-夾具電機編碼器3-送料裝置
31-周向旋轉裝置32-軸向輸送裝置33-固定座331-滑槽
34-平移支架341-直角架342-擺動板343-楔形塊
344-支承345-軸承346-拉桿35-滑塊
36-樞軸4-平移軸6-連接件7-平移支架驅動元件
8-升降驅動裝置81-支撐座82-電機83-主動鏈輪
84-鏈輪傳動軸85-鏈條86-從動鏈輪87-曲臂桿
88-升降框架9-管端直度檢測裝置91-測量架92-V型騎板
93-同步壓輪94-周向旋轉編碼器95-V型騎板驅動元件
96-位移傳感器97-第一限位開關98-第二限位開關99-第三限位開關
910-第四限位開關911-固定架912-柔性組件
具體實施例方式下面將結合說明書附圖，詳細介紹本發明是一種優選實施例。如
圖1所示的是鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其包括矯直機1 ；設于矯直機 1上的定位夾具裝置2，設于矯直機1上的升降驅動裝置8，與升降驅動裝置8固定連接的管端直度檢測裝置9，在矯直機1的兩側還設有若干輸送鉆桿的送料裝置，其中矯直機1、定位夾具裝置2、送料裝置、驅動裝置8以及管端直度檢測裝置9均與一起控制作用的PLC電控系統連接，PLC電控系統與工控機連接。矯直機1包括矯直機座11 ；設于矯直機座上的頂頭12，用于頂緊鉆桿進行矯直； 與頂頭12連接的動力機構13，用于給頂頭12提供進給力；與動力機構13連接的壓力傳感器14，用于實時檢測進給壓力，其將檢測信號傳輸給PLC電控系統；與頂頭12連接的矯直位移傳感器15，用以實時檢測進給量，其將檢測信號傳輸至PLC電控系統。如圖2和圖3所示，本發明中的定位夾具裝置2設于所述矯直機座上與頂頭12相對的位置，定位夾具裝置2包括夾具驅動電機21 ；與夾具驅動電機21連接的傳動軸22，傳動軸22與鉆桿平行設置；兩夾具座23，對稱固定設于傳動軸22上；兩夾具24，分別與各夾具座23對應固定連接；其中兩夾具M的夾持面均為高低臺階面，由一高夾持面241和一低夾持面242組成，從而形成與鉆桿管端匹配的夾持面，高夾持面241與對應的低夾持面242 的臨界處均設有一定位開關對3，兩定位開關243均與PLC電控系統連接。如圖如和圖4b所示，本發明中的送料裝置包括軸向輸送鉆桿的軸向輸送裝置32， 以及周向旋轉鉆桿的周向旋轉裝置31，此外還包括固定座33，其上表面開有一滑槽331，
12滑槽331與鉆桿軸向輸送方向垂直設置；平移支架34，周向旋轉裝置31和軸向輸送裝置32 均設于其上，平移支架34的底部設有一滑塊35，滑塊35設于滑槽331內，可沿滑槽331滑動。平移支架34包括由一底板和一垂直板組成的直角架341 ；擺動板342的左端通過樞軸 36與垂直板的上部鉸接；楔形塊343，其傾斜面朝上可滑動地設于底板上，楔形塊343的滑動軌跡與鉆桿軸向輸送方向平行；支承344，其上端與擺動板342的右端下表面固定連接， 其下端與軸承345連接；軸承345擱置于楔形塊343的傾斜面上。因此移動楔形塊343的水平位置，便可以通過與其接觸連接的軸承244間接調節擺動板342的擺動位置，從而調節周向旋轉裝置31和軸向輸送裝置32的相對高低，使得周向旋轉裝置31和軸向輸送裝置32 可控地進入輸送工位。如圖5所示，若干送料裝置3依次分設于矯直機1的入口處和出口側兩側，每一臺送料裝置3均通過一連接件6與平移軸4連接，平移軸4由平移支架驅動元件7控制，帶動平移支架，進而帶動鉆桿向定位夾具裝置方向靠近或遠離定位夾具裝置。平移支架驅動元件7可以是氣缸、油缸、絲桿等任何可以提供拉力和推力的元件，其接受與其連接的PLC電控系統的控制。如圖6所示，各送料裝置之間通過拉桿346彼此連接，拉桿346與楔形塊343固定連接。當鉆桿P需要軸向輸送時，拉桿驅動元件10接受與其連接的PLC電控系統的控制， 拉動拉桿346，進而使楔形塊343沿鉆桿輸送方向水平移動，軸承沿楔形塊343的傾斜面向下運動，使得擺動板向小角度方向擺動，周向旋轉裝置31與鉆桿P不發生接觸，僅有軸向輸送裝置32與鉆桿P接觸，軸向運輸鉆桿P，此時鉆桿P距離地面的高度也較低。拉桿驅動元件10可以是氣缸、油缸、絲桿等任何可以提供拉力和推力的元件。如圖7所示，當鉆桿P需要周向旋轉時，拉桿驅動元件10接受與其連接的PLC電控系統的控制，拉動拉桿346，進而使楔形塊343沿鉆桿輸送方向水平移動，軸承沿楔形塊 343的傾斜面向上運動，使得擺動板向大角度方向擺動，軸向輸送裝置32與鉆桿P不發生接觸，僅有周向旋轉31裝置與鉆桿P接觸，周向旋轉鉆桿P，此時鉆桿P距離地面的高度較圖 6所示的狀態較高。因此該裝置同時還可調節鉆桿P距離地面的高度，從而在檢測、矯直過程中配合各步驟調整相應的位置。如圖8a和圖8b所示，升降驅動裝置包括支撐座81，其固定架設于矯直機的矯直機座上；電機82固定設于支撐座81上；兩個主動鏈輪83，相對設于支撐座81上，并通過同一鏈輪傳動軸84與所述電機82連接，各主動鏈輪83均通過一條鏈條85與一對從動鏈輪 86對應連接；四根曲臂桿87，分別與各從動鏈輪86對應固定連接，所述各曲臂桿87彼此平行設置；一升降框架88，其左、右兩邊支架分別與兩對從動鏈輪86對應連接的曲臂桿87固定連接，所述升降框架88的前邊支架與所述管端直度檢測裝置9固定連接。需要了解的是，上述升降驅動裝置的具體結構僅是本發明所述鉆桿管端直度在線檢測矯直設備中升降驅動裝置的一種實現方式，其他采用氣缸驅動、蝸輪蝸桿驅動、齒輪齒條驅動等能夠實現升降驅動裝置上升或下降的裝置均在本發明的保護范圍內。如圖9所示，管端直度檢測裝置包括長條狀的測量架91，其沿鉆桿軸向方向與鉆桿平行設置，測量架91與升降驅動裝置固定連接；兩個V型騎板92，開口向下設置，各V型騎板92上均設有一同步壓輪93，所述各同步壓輪93上均對應設有一周向旋轉編碼器94， 所述各周向旋轉編碼器94均與PLC電控系統連接，當鉆桿旋轉時，與其接觸的同步壓輪93便在摩擦力的作用下與鉆桿同步轉動，周向旋轉編碼器94對同步壓輪轉過的角度進行檢測，從而間接測量鉆桿轉過的角度；兩個V型騎板驅動元件95，分別與兩個V型騎板92對應連接，兩個V型騎板驅動元件95對稱固定設于測量架91上，各V型騎板驅動元件與PLC 電控系統連接，接受PLC電控系統的控制，V型騎板驅動元件95可以為氣缸、油缸或其他動力元件；9個位移傳感器96均為激光位移傳感器，其沿測量架長度方向依次排布于測量架 91的下表面，對與所述9個激光位移傳感器96對應的9個測量點進行直度測量，所述各激光位移傳感器96均與PLC電控系統連接；第一限位開關97和第二限位開關98設于測量架 91的前端下表面，第三限位開關99和第四限位開關910設于測量架91的后端下表面，上述四個限位開關均與PLC電控系統連接；固定架911，設于所述升降驅動裝置與測量架(91) 之間；一對柔性組件912，其上端與所述固定架911連接，其下端與所述測量架91連接，用以實現測量架91與固定架911的相對浮動。該柔性組件可以是彈簧組件等任何可以實現柔性功能的組件，目的是為了使測量架91實現浮動，從而提高測量的精度。下面將結合上述鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，介紹鉆桿管端直度在線檢測矯直方法1)開始;2)PLC電控系統控制升降驅動裝置帶動管端直度檢測裝置下降到檢測工位；3) PLC電控系統控制軸向輸送裝置沿鉆桿軸向方向輸送鉆桿，管端直度檢測裝置檢測鉆桿前端各測量點的初始彎曲量SnS2,……，δ n，并將其傳輸至PLC電控系統鉆桿前端進入測量架下方，測量架前端的第二限位開關檢測到鉆桿后向PLC電控系統傳輸“有料”信號，PLC電控系統接收到第二限位開關傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置減速輸送鉆桿；測量架前端的第一限位開關檢測到鉆桿后向PLC電控系統傳輸“有料”信號，PLC 電控系統接收到第一限位開關傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置停止輸送鉆桿；PLC電控系統控制V型騎板驅動元件帶動V型騎板下降直至V型騎板騎在鉆桿前端表面，然后PLC電控系統控制周向旋轉裝置帶動鉆桿旋轉，設于測量架上的9個位移傳感器對應檢測9個測量點的初始彎曲量δ 2，……，δ 9(具體測量值參見表1)，并將測得的結果傳輸至PLC電控系統，周向旋轉編碼器檢測鉆桿轉過的角度并將角度信號傳輸至 PLC電控系統，鉆桿轉過360度后，PLC電控系統控制周向旋轉裝置停止旋轉鉆桿。4) PLC電控系統將鉆桿前端各測量點的初始彎曲量δ2，……，δη傳輸至工控機，工控機分別計算鉆桿前端各測量點的初始彎曲量\，δ2，……，δη與預設的標準直度 s C1的差值Q1A2，……，化，(各測量點的值如表1所示)若Q1A2，……，ι均小于或等于 0則直接執行步驟6)，若A > 0，則工控機將最大正差值Qmax傳輸至PLC電控系統執行步驟 5), 1 ^ i ^ η ；表1鉆桿前端各測量點的測量值(單位mm)
權利要求
1.一種鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，用于檢測和矯直待測鉆桿的管端直度，其特征在于，包括一矯直機⑴；一設于矯直機(1)上的定位夾具裝置O)；若干送料裝置(3)，沿鉆桿軸向輸送方向依次設于所述矯直機(1)旁，其中每一送料裝置(3)均包括一周向旋轉裝置(31)和一軸向輸送裝置(32)；一 PLC電控系統，與所述送料裝置(3)、矯直機(1)和定位夾具裝置( 分別電連接；一工控機，與所述PLC電控系統連接；一升降驅動裝置(8)，設于所述矯直機(1)上，位于待測鉆桿的上方，所述升降驅動裝置⑶與PLC電控系統電連接；一管端直度檢測裝置(9)，與所述升降驅動裝置(8)固定連接，位于待測鉆桿的上方， 所述管端直度檢測裝置(9)還與所述PLC電控系統電連接。
2.如權利要求1所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述矯直機(1) 包括一矯直機座(11)；一設于矯直機座上的頂頭(1 ；一與所述頂頭(1 連接的動力機構(13)；—與所述動力機構(13)連接的壓力傳感器(14)；一與所述頂頭(12)連接的矯直位移傳感器(15)。
3.如權利要求2所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述定位夾具裝置0)，設于所述矯直機座(11)上與所述頂頭(1 相對的位置，所述定位夾具裝置(2) 包括一夾具驅動電機；—與所述夾具驅動電機連接的傳動軸(22)，所述傳動軸 (22)與鉆桿平行設置；兩夾具座(23)，對稱固定設于所述傳動軸0 上；兩夾具(M)，分別與各夾具座對應固定連接。
4.如權利要求3所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述定位夾具裝置中兩夾具04)的夾持面均為高低臺階面，所述各高低臺階面均包括一高夾持面 (241)和一低夾持面042)，所述低夾持面( 設置于高夾持面041)的內側，所述高夾持面041)與對應的低夾持面042)的臨界處均設有一定位開關043)，所述兩定位開關 (243)均與PLC電控系統連接。
5.如權利要求1所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述各送料裝置C3)還包括一固定座(33)，其上表面開有一滑槽(331)，所述滑槽(331)與鉆桿軸向輸送方向垂直設置；一平移支架(34)，其底部設有一滑塊(35)，所述滑塊(3 設于所述滑槽 (331)內，所述周向旋轉裝置(31)和軸向輸送裝置(3 均設于平移支架(34)上；所述各送料裝置( 中的平移支架(34)均通過一連接件(6)與一平移支架驅動元件(7)連接，所述平移支架驅動元件(7)與所述PLC電控系統電連接。
6.如權利要求5所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述各平移支架(34)均包括一直角架(341)，包括一底板和一垂直板，所述滑塊(3 設于底板的底部，所述軸向輸送裝置(3 設于垂直板的上端部；一擺動板(342)，其左端與所述垂直板的上部鉸接，所述周向旋轉裝置(31)設于擺動板(342)的右端；一楔形塊(343)，其傾斜面朝上可滑動地設于所述底板上，所述楔形塊(343)的滑動軌跡與鉆桿軸向輸送方向平行；一支承(344)，其上端與所述擺動板(342)的右端下表面固定連接，其下端與一軸承 (345)連接，所述軸承(34 擱置于所述楔形塊(343)的傾斜面上； 一拉桿(346)，與所述楔形塊(343)固定連接；所述各平移支架的拉桿(346)均與一拉桿驅動元件(10)連接，所述拉桿驅動元件(10) 與PLC電控系統電連接。
7.如權利要求1所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述升降驅動裝置⑶包括一支撐座(81)，固定設于所述矯直機(1)上； 一電機(82)，固定設于所述支撐座(81)上；兩主動鏈輪(83)，相對設于所述支撐座(81)上，并通過同一鏈輪傳動軸(84)與所述電機(8 連接，所述各主動鏈輪(8 均通過一鏈條(8 與一對從動鏈輪(86)對應連接； 四根曲臂桿(87)，分別與各從動鏈輪(86)對應固定連接，所述各曲臂桿(87)彼此平行設置；一升降框架(88)，其左、右兩邊支架分別與兩對從動鏈輪(86)對應連接的曲臂桿(87) 固定連接，所述升降框架(88)的前邊支架與所述管端直度檢測裝置(9)固定連接。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于， 所述管端直度檢測裝置(9)包括一長條狀的測量架(91)，沿鉆桿軸向方向與鉆桿平行設置，所述測量架(91)與升降驅動裝置(8)固定連接；兩V型騎板(92)，開口向下設置，所述各V型騎板(9 上均設有一同步壓輪(93)，所述各同步壓輪(9 上均對應設有一周向旋轉編碼器(94)，所述各周向旋轉編碼器(94)均與PLC電控系統連接；兩V型騎板驅動元件(％)，分別與各V型騎板(9 對應連接，所述各V型騎板驅動元件(％)對稱固定設于所述測量架(91)上，所述各V型騎板驅動元件(％)還均與PLC電控系統電連接；若干位移傳感器(96)，沿所述測量架長度方向排布于測量架(91)的下表面，所述各位移傳感器(96)均與PLC電控系統連接；四個限位開關，分別為沿測量架依次設置的第一、第二、第三和第四限位開關，其中第一限位開關(97)、第二限位開關(98)設于所述測量架(91)的前端下表面，第三限位開關 (99)、第四限位開關(910)設于所述測量架(91)的后端下表面，所述四個限位開關均與PLC 電控系統連接。
9.如權利要求8所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述管端直度檢測裝置(9)還包括一固定架(911)，設于所述升降驅動裝置(8)與測量架(91)之間； 一對柔性組件(912)，其上端與所述固定架(911)連接，其下端與所述測量架(91)連接，用以實現測量架(91)與固定架(911)的相對浮動。
10.如權利要求8所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，其特征在于，所述位移傳感器(96)為非接觸式位移傳感器。
11.一種鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，包括如下步驟1)開始2)PLC電控系統控制升降驅動裝置(8)帶動管端直度檢測裝置(9)下降到檢測工位；3)PLC電控系統控制軸向輸送裝置(3 沿鉆桿軸向方向輸送鉆桿，管端直度檢測裝置 (9)檢測鉆桿前端各測量點的初始彎曲量δ 2，……，δ η，并將其傳輸至PLC電控系統；4)PLC電控系統將鉆桿前端各測量點的初始彎曲量δ2，……，3 傳輸至工控機， 工控機分別計算鉆桿前端各測量點的初始彎曲量SpS2,……，δ η與預設的標準直度δ0 的差值Q1, Q2,……，Qn，若Q1, Q2,……，Qn均小于或等于0則直接執行步驟6)，若& >0， 則工控機將最大正差值Qmax傳輸至PLC電控系統執行步驟5)，1彡i彡η ；5)矯直機(1)根據PLC電控系統的控制對鉆桿前端最大正差值Qmax對應的測量點進行矯直；6)PLC電控系統控制管端直度檢測裝置(9)離開鉆桿表面，PLC電控系統控制軸向輸送裝置(3 繼續向前輸送鉆桿，管端直度檢測裝置(9)檢測鉆桿后端各測量點的初始彎曲量 S1, δ2，……，δ η，并將其傳輸至PLC電控系統；7)PLC電控系統將鉆桿后端各測量點的初始彎曲量δ2，……，5 傳輸至工控機， 工控機分別計算鉆桿后端各測量點的初始彎曲量SpS2,……，δ η與預設的標準直度δ0 的差值Q1, Q2,……，Qn，若Q1, Q2,……，Qn均小于或等于0，則直接執行步驟9)，若& >0， 則工控機將最大正差值Qmax傳輸至PLC電控系統執行步驟8)，1彡i彡η ；8)矯直機(1)根據PLC電控系統的控制對鉆桿后端最大正差值Qmax對應的測量點進行矯直；9)結束。
12.如權利要求11所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，所述步驟3) 包括3a)鉆桿前端進入測量架(91)下方，測量架(91)前端的第二限位開關(98)檢測到鉆桿后向PLC電控系統傳輸“有料”信號，PLC電控系統接收到第二限位開關(98)傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置(3 減速輸送鉆桿；3b)測量架(91)前端的第一限位開關(97)檢測到鉆桿后向PLC電控系統傳輸“有料” 信號，PLC電控系統接收到第一限位開關(97)傳輸的“有料”信號后控制軸向輸送裝置(32) 停止輸送鉆桿；3c) PLC電控系統控制V型騎板驅動元件(％)帶動V型騎板(9 下降直至V型騎板 (92)騎在鉆桿前端表面，然后PLC電控系統控制周向旋轉裝置(31)帶動鉆桿旋轉，設于測量架(91)上的N個位移傳感器(96)對應檢測距鉆桿前端端部距離為，……，Xn的各測量點的初始彎曲量S1, δ2，……，δ η，并將測得的結果傳輸至PLC電控系統，周向旋轉編碼器(94)檢測鉆桿轉過的角度并將角度信號傳輸至PLC電控系統，鉆桿轉過360度后， PLC電控系統控制周向旋轉裝置(31)停止旋轉鉆桿。
13.如權利要求12所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，所述步驟5) 或步驟9)具體包括a) PLC電控系統根據周向旋轉編碼器(94)傳輸的角度信號控制周向旋轉裝置(31)旋轉鉆桿，使待矯直部位沿周向方向旋轉對準矯直機(1)的頂頭(1 的中心位置；b)PLC電控系統控制軸向輸送裝置(3 調整鉆桿的軸向位置，同時控制定位夾具裝置 (2)中的夾具驅動電機調整夾具04)的軸向位置，使待矯直部位沿軸向方向位于兩夾具(24)的正中；c)PLC電控系統控制送料裝置(3)的平移支架(34)連同鉆桿一起向靠近兩夾具夾持面的方向平移，設于兩夾具04)上的定位開關043)檢測到鉆桿后，向PLC電控系統傳輸 “有料”信號，PLC電控系統控制平移支架(34)停止動作；d)工控機計算矯直機(1)的頂頭進給量設定值，頂頭進給量設定值λ的計算模型為G 1 ft2 2上式中 為彈性模量；G為鉆桿的屈服強度；δ _待矯直點的初始彎曲量，其由對應的位移傳感器測得；D為鉆桿外徑；1為兩夾具的間距；t為鉆桿的壁厚；Iv b” b2分別為線性回歸系數，b。為0. 8 1. 2，Id1為0. 4 0. 7，ID2為0. 6 0. 8 ；e)PLC電控系統控制矯直機⑴的動力機構(13)推動頂頭(12)動作，直至頂頭(12) 接觸到鉆桿表面；f)工控機將頂頭進給量傳輸至PLC電控系統，PLC電控系統控制頂頭(1 頂緊鉆桿表面后繼續向前進給，矯直位移傳感器(15)實時檢測頂頭實際進給量，并實時傳輸至PLC電控系統；g)當頂頭實際進給量等于頂頭進給量設定值時，PLC電控系統控制頂頭(12)復位。
14.如權利要求13所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，所述步驟6) 具體包括6a) PLC電控系統控制V型騎板(92)升起，離開鉆桿前端表面，然后PLC電控系統控制軸向輸送裝置(3 繼續向前輸送鉆桿，測量架(91)上的第四限位開關(910)檢測不到鉆桿后，向PLC電控系統發送“無料”信號，PLC電控系統接收到第四限位開關(910)發送的 “無料”信號后，控制軸向輸送裝置(3 減速輸送鉆桿；6b)測量架(91)上的第三限位開關(99)檢測不到鉆桿后，向PLC電控系統發送“無料”信號，PLC電控系統接收到第三限位開關(99)發送的“無料”信號后，控制軸向輸送裝置(32)停止輸送鉆桿；6c) PLC電控系統控制V型騎板驅動元件(％)帶動V型騎板(9 下降直至V型騎板 (92)騎在鉆桿，PLC電控系統控制周向旋轉裝置(31)帶動鉆桿旋轉，設于測量架(91)上的 N個位移傳感器(96)對應檢測距鉆桿后端端部距離為&，X2,……，Xn的各測量點的初始彎曲量\，δ2，……，δ η，并將測得的結果傳輸至PLC電控系統，周向旋轉編碼器(94)檢測鉆桿轉過的角度并將角度信號傳輸至PLC電控系統，鉆桿轉過360度后，PLC電控系統控制周向旋轉裝置(31)停止旋轉鉆桿。
15.如權利要求14所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，所述各步驟中，當PLC電控系統控制軸向輸送裝置(32)沿鉆桿軸向方向輸送鉆桿時，PLC電控系統先控制拉桿驅動元件(10)帶動楔形塊(34 滑動，使擺動板(34 擺動至軸向輸送裝置(32) 高于周向旋轉裝置(31)的位置，PLC電控系統再控制軸向輸送裝置(3 輸送鉆桿。
16.如權利要求15所述的鉆桿管端直度在線檢測矯直方法，其特征在于，所述各步驟中，當PLC電控系統控制周向旋轉裝置(31)旋轉鉆桿時，PLC電控系統先控制拉桿驅動元件(10)帶動楔形塊(34 滑動，使擺動板(34 擺動至周向旋轉裝置(31)高于軸向輸送裝置(3 的位置，PLC電控系統再控制周向旋轉裝置(31)旋轉鉆桿。
全文摘要
本發明公開了一種鉆桿管端直度在線檢測矯直設備，用于檢測和矯直待測鉆桿的管端直度，其包括一矯直機；一設于矯直機上的定位夾具裝置；若干送料裝置，沿鉆桿軸向輸送方向依次設于所述矯直機旁；一PLC電控系統，與所述送料裝置、矯直機和定位夾具裝置分別電連接；一工控機，與所述PLC電控系統連接；一升降驅動裝置，設于所述矯直機上，所述升降驅動裝置與PLC電控系統電連接；一管端直度檢測裝置，與所述升降驅動裝置固定連接，還與所述PLC電控系統電連接。相應地，本發明還公開了一種鉆桿管端直度在線檢測矯直方法。
文檔編號G01B5/24GK102335682SQ20101023915
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者傅建友, 劉茂生, 周勇德, 張建偉, 洪宇程, 王群, 葛國鋒, 陳向勇 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司