專利名稱：鉆桿端部矯直的自動定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉆桿端部矯直過程中鉆桿軸向和圓周相位自動定位的方法，屬于 自動控制技術領域。
背景技術：
油井鉆桿是石油勘探開采時驅動鉆頭向地層深處快速掘進的關鍵構件，因此對其 直線度有很高的要求。由于油井鉆桿長徑比大、管壁薄、兩端鐓粗的形狀特點，在其加工過 程中，需要對其端部直線度超差的矯直盲區(qū)進行壓力矯直。要完成矯直盲區(qū)的壓力矯直，必 須實現(xiàn)鉆桿在軸向的精確定位和實現(xiàn)鉆桿在圓周方向相位彎曲相位點的精確定位。現(xiàn)有的油井鉆桿壓力矯直工藝方法采用人工矯直，軸向和圓周相位的定位完全憑 目測手動定位，定位精度低、一致性差，勞動強度大、效率低、造成矯直產品直線度差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種鉆桿端部矯直的自動定位方法，該方法使鉆桿可以在 矯直位置自動完成軸向和矯直相位的定位控制，提高了定位精度，縮短了檢測和矯直地輔 助時間，進而使矯直效率、矯直精度都得到明顯地提高。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種鉆桿端部矯直的自動定位方法，是在矯直位置進行軸 向和周向的矯直相位定位控制，其中軸向控制驅動系統(tǒng)控制軸向輸送輥道，在輸送輥道上將鉆桿運送至矯直區(qū)，使鉆桿矯直盲 區(qū)暴露在位移傳感器的檢測視場中，由位移傳感器檢測鉆桿的軸向位置后反饋給控制器輸 出控制驅動系統(tǒng)減低輸送輥道速度，采用階梯夾具將鉆桿在夾具內部定位，待檢測到鉆桿 就位后停止傳送；周向控制在鉆桿到達檢測工位后，提升旋轉支架，使鉆桿由旋轉輪支撐；在鉆桿上方的氣缸 下降，在彈簧的作用下，使橡膠滾輪壓緊鉆桿外側，橡膠滾輪軸裝有角度編碼器；同時啟動 伺服驅動電機帶動支架上的旋轉輪滾動，驅動鉆桿繞軸線自轉，角度編碼器通過橡膠滾輪 被動旋轉，根據(jù)鉆桿直徑和固定的橡膠滾輪直徑，能確定鉆桿轉過的角位移，反饋給控制器 完成自動定位。所述位移傳感器安裝在輸送輥道上方的測量架上，位移傳感器包括若干個減速傳 感器，減速傳感器輸出信號給控制器，控制器內設置速度轉換點，控制鉆桿低速移動。所述位移傳感器還包括停止傳感器，停止傳感器輸出信號給控制器，控制器控制 鉆桿精確定位在階梯夾具內部。本發(fā)明采用光電檢測器件與自適應的延時技術相配合的控制方法，實現(xiàn)了鉆桿在 階梯夾具內軸向的自動精確定位；采用彈簧壓輪與旋轉編碼器相配合的控制方法，實現(xiàn)了 鉆桿在圓周相位的自動精確定位。與人工定位方法相比，本發(fā)明的定位方法提高了效率30%以上，定位精度提高了 60%以上，而且安全性也得到了大大提高。


圖1為本發(fā)明鉆桿端部矯直的自動定位方法軸向定位示意圖；圖2為本發(fā)明的周向定位示意圖；圖3為包含有角度編碼器的結構示意圖；圖4為圖3的側視圖。圖中1階梯夾具；2減速傳感器；3停止傳感器；4鉆桿；5旋轉輪；6輸送輥道；7 氣缸；8氣缸固定支架；9雙側穩(wěn)定滾輪；10提升裝置(旋轉支架)；11彈簧；12角度編碼 器；13橡膠滾輪(壓緊膠輪)；14安裝板；15測量架；16穩(wěn)定滾輪支架。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1、圖2、圖3、圖4，一種鉆桿端部矯直的自動定位方法，是在矯直位置進行 軸向和周向的矯直相位定位控制，其中軸向控制參見圖1，驅動系統(tǒng)控制軸向輸送輥道6，在輸送輥道上將鉆桿4從右至左運送至矯直區(qū)，使 鉆桿4矯直盲區(qū)充分暴露在位移傳感器2、3的檢測視場中，位移傳感器2、3安裝在輸送輥 道上方的測量架15上，由位移傳感器2、3檢測鉆桿4的軸向位置后反饋給控制器輸出控制 驅動系統(tǒng)減低輸送輥道6速度。位移傳感器2、3包括二個減速傳感器2和二個停止傳感器3，一個減速傳感器2 和一個停止傳感器3作為一組分別設置在測量架15的兩端，減速傳感器2為激光位移傳感 器，減速傳感器2輸出信號給控制器，控制器內設置速度轉換點，控制鉆桿4低速移動；停止 傳感器3為光纖位移傳感器，停止傳感器3輸出信號給控制器，利用停止傳感器3對鉆桿4 進行探測并啟動延時控制，完成鉆桿4在階梯夾具1內的精密軸向定位。階梯夾具1內呈 階梯狀，便于對鉆桿4端部(軸向)定位。周向控制參見圖2、圖3和圖4，在鉆桿4到達檢測工位后，提升裝置10的輸送輥道6側下降，旋轉輪5提升，使鉆 桿4由旋轉輪5支撐；在鉆桿4上方固定在固定支架8上的氣缸7下降，帶動測量架15下 降，在彈簧U的作用下，使橡膠滾輪13壓緊鉆桿4外側，橡膠滾輪13的軸上裝有角度編碼 器12 ；同時啟動伺服驅動電機帶動旋轉輪5轉動，通過摩擦作用驅動鉆桿4繞軸線自轉，角 度編碼器12通過橡膠滾輪13被動旋轉，根據(jù)鉆桿4直徑和固定的橡膠滾輪13的直徑，能 確定鉆桿4轉過的角位移，反饋給控制器完成自動定位。通過角度編碼器12準確測量鉆桿4轉過的角位移，角度編碼器12的讀數(shù)反饋給 控制器來控制伺服電機的開停，可使鉆桿4準確轉動到預先設定的角度。開啟多傳感器集成檢測系統(tǒng)，在角度編碼器12測量鉆桿4轉過角位移的同時，激 光位移傳感器分別測量鉆桿4旋轉支承點、矯直盲區(qū)和加厚端的位移變化量。測量的角位移量和位移變化量傳輸給控制器，控制器通過對傳輸來的測量數(shù)據(jù)進 行分析、計算和處理，模擬出鉆桿彎曲變形數(shù)學模型，找出彎曲量最大處，并通過優(yōu)化算法
4計算出壓力矯最佳的支承位置、最佳壓頭位置、矯直壓力和壓彎量。根據(jù)計算結果，鉆桿4軸向移動和圓周移動驅動系統(tǒng)將鉆桿調整到正確的軸向和 周向位置。驅動壓力矯支承爪抓住鉆桿，根據(jù)計算的矯直壓力和壓彎量，由基于PID控制的 鉆桿液壓矯直系統(tǒng)進行壓力矯直。在鉆桿液壓矯直系統(tǒng)中，比例控制閥控制壓彎行程，直線 磁柵對壓彎行程進行監(jiān)測，由壓力傳感器反饋信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)控制壓頭矯直壓力的大壓力矯直結束后，提升周向旋轉輪5，對鉆桿4進行復檢。若直線度仍然超差，則再 次矯直直至合格為止，若合格則降下周向旋轉輪5，將鉆桿4另一端的矯直盲區(qū)運送至多傳 感器集成檢測系統(tǒng)的檢測視場中，依照同樣的方法對其進行檢測和矯直直至盲區(qū)直線度和 晃頭檢測合格。若合格則進入下道工序，若不合格則繼續(xù)矯直直至合格。本發(fā)明鉆桿端部矯直的自動定位方法的軸向定位有三個特點1)通過在鉆桿4上方的測量架15上安裝減速傳感器2為減速控制信號，設定了粗 精定位速度切換點，在精密定位的最后階段可進行低速移動；2)在測量架15上安裝輸送停止傳感器3，利用停止傳感器3對鉆桿4進行探測并 啟動延時控制，完成鉆桿4在階梯夾具1內的精密軸向定位。3)采用階梯夾具1對鉆桿4軸向定位，鉆桿4的彎曲發(fā)生在端部，在采用壓力機矯 直時需要對矯直點的兩端采用夾具進行夾緊，由于壓頭和夾緊裝置存在一定的寬度，因此， 在采用普通夾具結構時，矯直點與彎曲點在軸向上存在較大距離，導致矯直質量難以保證； 采用具有階梯結構的夾具1后，鉆桿4在夾具1內部定位，可以使壓頭準確對準彎曲的軸向 位置，有效地提高了矯直精度，保證了鉆桿質量。本發(fā)明鉆桿端部矯直的自動定位方法的周向定位有二個特點1)采用角度編碼器12檢測圓周相位，角度編碼器12安裝在浮動機構的橡膠滾輪 13軸上，參見圖3、圖4，浮動機構安裝在測量架15上，氣缸7安裝在氣缸固定支架8上，氣 缸固定支架8固定在機架上，氣缸7活塞桿通過支架連接橡膠滾輪13座，支架穿過固定安 裝于測量架15上的安裝板14上，在支架與橡膠滾輪13座之間裝有彈簧11，角度編碼器12 安裝在橡膠滾輪13軸上，橡膠滾輪13軸經(jīng)軸承安裝在橡膠滾輪13座上；另有兩個滾輪9 安裝在穩(wěn)定滾輪支架16上，即雙側穩(wěn)定滾輪9呈八字狀，用于夾持穩(wěn)定鉆桿4，支架與穩(wěn)定 滾輪支架16連為一體。鉆桿4為空心圓管，鉆桿4到達檢測工位后，氣缸7下降，在彈簧11 的作用下，通過浮動機構使橡膠滾輪13外圓與鉆桿4外圓緊密接觸，雙側穩(wěn)定滾輪9夾持 穩(wěn)定住鉆桿4 ；同時驅動鉆桿4旋轉，編碼器12通過橡膠滾輪13被動旋轉，根據(jù)輸入的鉆 桿4直徑和固定的橡膠滾輪13直徑，可以換算傳動比，確定鉆桿4的旋轉相位。2)由人機界面將鉆桿4直徑參數(shù)輸入控制器，待矯直的鉆桿4直徑變化范圍較大 (一般從50mm-140mm)，通過人機界面把鉆桿4直徑參數(shù)輸入控制器，通過人機交互輸入的 鉆桿4直徑參數(shù)和橡膠滾輪11直徑計算可變傳動比，建立鉆桿4旋轉相位與編碼器12輸 出脈沖的準確對應關系。本發(fā)明的定位方法提高了定位精度，縮短了檢測和矯直地輔助時間，進而使矯直 效率、矯直精度都得到明顯地提高；與人工定位方法相比，本發(fā)明的定位方法提高了效率30%以上，定位精度提高了 60%以上，而且安全性也得到了大大提高。
權利要求
一種鉆桿端部矯直的自動定位方法，其特征是在矯直位置進行軸向和周向的矯直相位定位控制，其中軸向控制驅動系統(tǒng)控制軸向輸送輥道，在輸送輥道上將鉆桿運送至矯直區(qū)，使鉆桿矯直盲區(qū)暴露在位移傳感器的檢測視場中，由位移傳感器檢測鉆桿的軸向位置后反饋給控制器輸出控制驅動系統(tǒng)減低輸送輥道速度，采用階梯夾具將鉆桿在夾具內部定位，待檢測到鉆桿就位后停止傳送；周向控制在鉆桿到達檢測工位后，提升旋轉支架，使鉆桿由旋轉輪支撐；在鉆桿上方的氣缸下降，在彈簧的作用下，使橡膠滾輪壓緊鉆桿外側，橡膠滾輪軸裝有角度編碼器；同時啟動伺服驅動電機帶動支架上的旋轉輪滾動，驅動鉆桿繞軸線自轉，角度編碼器通過橡膠滾輪被動旋轉，根據(jù)鉆桿直徑和固定的橡膠滾輪直徑，能確定鉆桿轉過的角位移，反饋給控制器完成自動定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉆桿端部矯直的自動定位方法，其特征是所述位移傳感器 安裝在輸送輥道上方的測量架上，位移傳感器包括若干個減速傳感器，減速傳感器輸出信 號給控制器，控制器內設置速度轉換點，控制鉆桿低速移動。
3.根據(jù)權利要求1所述的鉆桿端部矯直的自動定位方法，其特征是所述位移傳感器 還包括停止傳感器，停止傳感器輸出信號給控制器，控制器控制鉆桿精確定位在階梯夾具 內部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆桿端部矯直的自動定位方法，在矯直位置進行軸向和周向的矯直相位定位控制，其中軸向控制由位移傳感器檢測鉆桿的軸向位置后反饋給控制器輸出控制驅動系統(tǒng)減低輸送輥道速度，采用階梯夾具將鉆桿在夾具內部定位；周向控制在鉆桿到達檢測工位后，提升旋轉支架，使鉆桿由旋轉輪支撐；在鉆桿上方的橡膠滾輪壓緊鉆桿外側，橡膠滾輪軸裝有角度編碼器；角度編碼器通過橡膠滾輪被動旋轉，根據(jù)鉆桿直徑和固定的橡膠滾輪直徑，能確定鉆桿轉過的角位移，反饋給控制器完成自動定位。本發(fā)明提高了鉆桿端部矯直的定位精度，縮短了檢測和矯直地輔助時間，進而使矯直效率、矯直精度都得到明顯地提高。
文檔編號G05B19/04GK101937237SQ200910054378
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者劉春旭, 劉茂生, 朱世忠, 胡德金, 董長富, 許黎明, 高展, 魏臣雋 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;上海交通大學