本實用新型專利用于石油螺紋質(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內(nèi)、外螺紋廓形精度的在機反射檢測及反饋補償裝置。本實用新型專利應用光學反射系統(tǒng)，實現(xiàn)對較小內(nèi)螺紋廓形精度的檢測。

背景技術(shù)：

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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實用新型目的：實用新型提供一種石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償裝置與方法。

技術(shù)方案：實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償裝置，其特征在于：該裝置主要包括保護殼、激光傳感器、機械支架、光學反射系統(tǒng)、數(shù)控刀架和密封蓋；激光傳感器置于保護殼內(nèi)，光學反射系統(tǒng)設置于保護殼的一側(cè)，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。

保護殼上設置有密封蓋。

光學反射系統(tǒng)設置于保護殼內(nèi)激光位移傳感器的激光光路側(cè)，光學反射系統(tǒng)為將激光束反射到待測的螺紋表面的結(jié)構(gòu)。

在數(shù)控刀架上設置有螺紋廓形在機激光反射檢測裝置，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，在機激光反射檢測及反饋補償裝置還包括計算機和數(shù)控系統(tǒng)；計算機連接激光位移傳感器和數(shù)控系統(tǒng)，激光位移傳感器和數(shù)控系統(tǒng)連接機床。

應用上述的石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測裝置所實施的對已加工完成的內(nèi)、外螺紋廓形在機非接觸測量方法，其特征在于：該方法通過反射光學系統(tǒng)使激光位移傳感器的光束沿螺紋廓形軸向掃描，具體步驟如下：將機械支架設置在數(shù)控刀架的一個刀位上，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，光學反射系統(tǒng)設置在保護殼內(nèi)激光位移傳感器的激光光路側(cè)，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)至工作刀位，執(zhí)行螺紋廓形精度檢測程序，利用計算機發(fā)出指令，刀架帶動激光傳感器通過光學反射系統(tǒng)反射的激光光束完成對螺紋軸向廓形進行掃描。

以計算機為檢測系統(tǒng)中心，計算機對接收的螺紋軸向廓形數(shù)據(jù)降噪、擬合等數(shù)值算法處理，計算機根據(jù)處理后的螺紋廓形計算螺距、中徑、牙型角、牙高等所有螺紋參數(shù)，與設置在計算機中的標準比較，并判定螺紋的加工質(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反射檢測與補償。

該方法完成了一個石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償?shù)拈]環(huán)過程，實現(xiàn)了石油螺紋廓形精度在機檢測及反饋補償?shù)墓δ?，解決了對較小內(nèi)螺紋廓形精度無法檢測的瓶頸問題。

優(yōu)點效果：

本實用新型提供一種石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償裝置與方法，

該方法以計算機為中心，通過應用光學反射系統(tǒng)將激光傳感器發(fā)出的光源反射到待測螺紋表面，完成對內(nèi)、外螺紋廓形的在機反射實時檢測，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。該方法將機械支架設置在數(shù)控刀架的一個刀位上，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，密封蓋主要防止車削螺紋過程中的高溫鐵屑和切削液等對高精度傳感器造成損害,并將光學反射系統(tǒng)設置于保護殼的一側(cè)。待錐螺紋車削加工完成后，數(shù)控刀架將激光傳感器所在刀位旋轉(zhuǎn)至工作刀位，執(zhí)行螺紋廓形精度檢測程序時，計算機發(fā)出指令，刀架帶動激光傳感器對內(nèi)、外螺紋軸向廓形進行掃描，計算機對接收的螺紋軸向廓形數(shù)據(jù)降噪、擬合等數(shù)值算法處理，計算機根據(jù)處理后的螺紋廓形計算螺距、中徑、牙型角、牙高等所有螺紋參數(shù)，與設置在計算機中的標準比較，并判定螺紋加工質(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)，來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反射檢測與補償。

本實用新型針對目前石油螺紋廓形精度在機檢測遇到的問題，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反射檢測，基本組成為：機械裝置，利用光學反射系統(tǒng)將安裝在機床數(shù)控刀架上的激光位移傳感器發(fā)出的光束反射到待測工件上來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。本實用新型利用光學反射系統(tǒng)解決了由于激光傳感器尺寸大，對較小內(nèi)螺紋廓形參數(shù)無法檢測的問題，經(jīng)過實驗驗證反射檢測的精度較激光直射檢測低但仍在可用范圍內(nèi)。

具有優(yōu)點如下：

①本實用新型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。

②本實用新型是一個完整的閉環(huán)裝置，實現(xiàn)了檢測—計算—補償—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)石油螺紋全參數(shù)的在機動態(tài)實時檢測與補償。

③本實用新型利用光學反射系統(tǒng)，解決了較小內(nèi)螺紋參數(shù)無法檢測的致命問題。

本實用新型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。

附圖說明：

圖1為本實用新型的廓形在機激光反射檢測結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的精度計算及補償反饋過程的狀態(tài)示意圖。

具體實施方式：

如圖1所示，本實用新型提供一種石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償裝置，該裝置主要包括保護殼2、激光傳感器3、機械支架4、光學反射系統(tǒng)5、數(shù)控刀架6和密封蓋7；激光傳感器3置于保護殼2內(nèi)，光學反射系統(tǒng)5設置于保護殼2的一側(cè)，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。

保護殼2上設置有密封蓋7。

光學反射系統(tǒng)5設置于保護殼2內(nèi)激光位移傳感器3的激光光路側(cè)，光學反射系統(tǒng)5為將激光束反射到待測的螺紋1表面的結(jié)構(gòu)。

設置有螺紋廓形在機激光反射檢測裝置的數(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)設置有計算機8和數(shù)控系統(tǒng)9。

對已加工完成的內(nèi)、外螺紋廓形在機非接觸測量方法，該方法通過反射光學系統(tǒng)5使激光位移傳感器3的光束沿螺紋1廓形軸向掃描，具體步驟如下：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，光學反射系統(tǒng)5設置在保護殼2內(nèi)激光位移傳感器3的激光光路側(cè)，待螺紋1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，利用計算機8發(fā)出指令，刀架6帶動激光傳感器3通過光學反射系統(tǒng)5反射的激光光束完成對螺紋1軸向廓形進行掃描。

以計算機8為檢測系統(tǒng)中心，計算機8對接收的螺紋1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1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，并判定螺紋1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1合格為止，最終完成石油螺紋的在機激光反射檢測與補償。

該方法完成了一個石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償?shù)拈]環(huán)過程，實現(xiàn)了石油螺紋廓形精度在機檢測及反饋補償?shù)墓δ埽鉀Q了對較小內(nèi)螺紋廓形精度無法檢測的瓶頸問題。

本實用新型以計算機為中心，提供一種石油螺紋廓形精度在機激光反射檢測及反饋補償裝置與方法，既要準確獲得內(nèi)、外螺紋全部參數(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削，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，更好地保證錐螺紋連接的互換性和可靠性。本實用新型提供了一種光學反射系統(tǒng)，實現(xiàn)了對內(nèi)、外螺紋廓形精度的激光反射檢測。