一种激光测量螺杆钻具定子内螺旋导程的设备及测量方法与流程

本发明属于油田钻井领域中的油下井工具，涉及螺杆钻具定子内腔测量工具领域，具体涉及一种激光测量螺杆钻具定子内螺旋导程的设备。

背景技术：

1、随着国内石油钻探行业的不断发展，螺杆钻具已经成为石油钻井领域必不可少的设备，螺杆钻具主要由定子和转子两部分组成。螺杆钻具中定子和转子相互啮合，转子线型和定子线型是一对摆线类共轭曲线副，由马达线性理论可知，转子和定子曲面的导程相同。通过测量定子内螺旋导程，再依据该导程去加工转子，使得定子和转子配合精度更高。

2、由于螺杆钻具定子尺寸较大，且测量部位位于定子内腔中，采用普通的测量工件无法实现测量。现有技术中未发现对螺杆钻具定子内螺旋导程进行测量的成熟手段。

3、针对螺杆钻具定子内螺旋导程的测量需求，预设计一种利用激光测距手段可方便实现螺杆钻具定子内螺旋导程测量的设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种激光测量螺杆钻具定子内螺旋导程的设备。

2、本发明的上述目的之一通过以下技术方案来实现：

3、一种激光测量螺杆钻具定子内螺旋导程的设备，包括底座板、上平台、至少两组定子支撑机构、滑台、滑台驱动机构、定子旋转驱动机构、激光测距仪、三自由度支撑台、前部主支撑架、上平台前倾驱动机构、后部随动支撑机构及测量球；

4、所述上平台沿前后方向设置于底座板的正上方；上平台下端中部通过上平台前倾驱动机构与底座板连接，所述上平台下端靠近前部的位置与前部主支撑架的上端部形成铰连接，可实现上平台绕铰连接部位转动；所述上平台下端靠近后部的位置通过后部随动支撑机构与底座板连接；

5、多组定子支撑机构沿前后依次安装于上平台上方的中前部位置；每组定子支撑机构包括h形的支撑座，在h形的支撑座的两立边的上端外侧安装有呈v形排布设置的滚子轴承，通过滚子轴承对待测螺杆钻具定子进行支撑；

6、所述滑台沿前后方向可滑动式安装于上平台的中后部位置，并与滑台驱动机构连接；

7、所述定子旋转驱动机构安装于滑台的上端，包括伺服电机、减速器和多爪卡盘；多爪卡盘、减速器及伺服电机沿前后方向依次连接设置，伺服电机和减速器均固定安装于滑台的上端，多爪卡盘的后部通过轴承座支撑；所述多爪卡盘设置于最后部的一组定子支撑机构的后侧，多爪卡盘的中心与支撑于多组定子支撑机构上的待测螺杆钻具定子的中心呈同心设置；

8、所述三自由度支撑台设置于上平台的前端外，在上平台的前端下部连接有l形的托架，所述三自由度支撑台安装于l形的托架的横托板上；所述三自由度支撑台为可进行前后方向、左右方向和上下方向调节的支撑台；所述激光测距仪以测量头朝后的方式固定安装于三自由度支撑台的顶部；

9、所述测量球，用于以间隙配合的方式置于待测螺杆钻具定子的其中一螺旋槽内。

10、而且，还包括前部弹性辅助支撑机构，所述前部弹性辅助支撑机构设置于l形的托架的横托板下方与底座板的上端之间；包括筒状底座、压簧、上盖及活塞件，所述筒状底座下端与底座板钉固定连接；在筒状底座的内腔底部设置有下中心定位柱，所述压簧设置于筒状底座的内腔中，压簧的下端部与下中心定位柱套装配合；所述上盖设置有中心孔，所述上盖固定于筒状底座的上端；所述活塞件由上下依次设置的连接头、活塞杆及活塞头构成；活塞头伸入到筒状底座的内腔中，并与内腔壁形成间隙配合，所述活塞头的下部设置有上中心定位柱，所述上中心定位柱与压簧的上端部形成套装定位配合；所述活塞件的活塞杆从上盖的中心孔穿出，所述活塞件的连接头与固定于l形的托架的横托板下方的连接座的下端通过销轴连接。

11、而且，所述上平台前倾驱动机构包括竖向设置的液压缸、顶杆及驱动架；液压缸的上部缸杆端与顶杆下端固定连接，顶杆上端与驱动架下端通过销轴连接，驱动架的上端与上平台的下端中部固定连接。

12、而且，所述前部主支撑架包括左右两个轴支撑腿、设置在两个轴支撑腿之间的两个铰接座支撑腿；在左右两个轴支撑腿的上端固定支撑有铰接轴，在两个铰接座支撑腿的上端固定有两个u形铰接座，两个u形铰接座上设置有轴孔，通过轴孔与铰接轴形成穿装连接；在上平台的下端靠近前部的位置设置有两个铰接板，在两个铰接板上设置有轴孔，两个铰接板通过轴孔均与铰接轴形成可转动式配合，且两个铰接板分别以间隙配合的方式嵌装于两个u形铰接座中。

13、而且，所述后部随动支撑机构包括三个支撑滑杆及底部滑座；所述底部滑座固定于底座板上端靠近后部的位置；在底部滑座上沿圆周方向均布设置有三条导向滑槽，三条导向滑槽沿底部滑座的径向方向延伸设置，在三条导向滑槽的外端固定有端盖；在三条导向滑槽内分别可滑动式嵌装有一沿上下方向被限位的滑块，在三个滑块的上端位于底部滑座的上方分别固定有一铰接座；三个支撑滑杆的上端通过上铰接轴分别与固定在上平台下端靠近后部的三个铰接座连接，该三个铰接座均布设置于同一圆周上，并与底部滑座呈上下同轴设置；三个支撑滑杆的下端分别通过一下铰接轴与三个滑块上的铰接座形成铰连接。

14、而且，在所述滑台的下端固定有燕尾状导向轨，在上平台上端中后部位置设置有沿前后方向的燕尾状导向槽，导向轨与导向槽形成滑动式嵌装配合；所述滑台驱动机构包括滑台驱动电机、滑台驱动丝杠；所述滑台驱动电机固定安装于上平台上，滑动驱动电机的输出端与滑台驱动丝杠连接，滑台驱动丝杠通过位于前后两端的丝杠支座支撑于上平台的上端；在滑台上靠近一侧的位置设置有沿前后方向的螺纹孔，通过螺纹孔与驱动丝杠连接。

15、而且，所述三自由度支撑台包括底部固定板、中间移动平台、上移动平台和顶部支撑台；所述底部固定板固定于l形的托架的横托板上；所述中间移动板设在于底部固定板的上方，所述上移动平台设置于中间移动平台的上方，所述顶部支撑台设置于上移动平台的上方；在中间移动平台与底部固定板之间设置有前后移动驱动机构，在上移动平台与中间移动平台之间设置有左右移动驱动机构，所述前后移动驱动机构和左右移动驱动机构均采用丝杠螺母传动机构；所述上移动平台和顶部支撑台通过竖向移动驱动机构连接。

16、而且，所述竖向移动驱动机构包括固定于上移动平台上的前立板和后立板；在前后立板上通过轴承安装有沿前后方向设置的动力输入轴和传动轴，动力输入轴的前部外露端固定有手轮，在动力输入轴上安装有主动齿轮，在传动轴上安装有第一从动齿轮和第二从动齿轮，第一从动齿轮和主动齿轮啮合；第二从动齿轮与设置于其一侧外的竖向设置的齿条柱啮合；在第二从动齿轮的另一侧设置有与齿条柱呈平行设置的竖向导向柱，所述齿条柱与竖向导向柱与固定安装于上移动平台上的竖向导向架形成沿上下方向的导向配合，所述齿条柱和竖向导向柱的上端与所述顶部支撑台固定连接。

17、而且，在三自由支撑台上还设置有止逆机构，所述止逆机构采用棘轮棘爪配合机构，包括棘轮和棘爪，所述棘轮同轴固定安装于动力输入轴上，所述棘爪固定于棘爪轴上，所述棘爪轴穿装于前立板上，在棘爪轴的前端通过销杆穿装有手板杆，所述销杆远离与棘爪轴和手板杆穿着配合的一端与弹性顶压机构配合，使棘爪与棘轮形成配合；所述弹性顶压机构包括压簧、上压头和顶压杆，在前立板的前侧设置有压簧安装槽，在压簧安装槽的底部设置有导簧柱，所述压簧嵌入到压簧安装槽内，压簧的下端套装于压簧导向柱上，所述上压头嵌装于压簧安装槽内，所述上压头与压簧的上端压紧接触，并通过设置于其下端的导簧柱与压簧的上端部形成套装配合；所述上压头的上端与顶压杆的下端铰连接，所述顶压杆的上端与销杆远离棘轮轴一端通过螺纹连接方式形成垂直固定连接。

18、本发明的上述目的之二通过以下技术方案来实现：

19、一种基于上述激光测量螺杆钻具定子内螺旋导程的设备的测量方法，包括如下步骤：

20、步骤1、在多爪卡盘位于后端工作位的情况下，将待测螺杆钻具定子放置于多组定子支撑机构上，然后在螺杆钻具定子的前端将测量球放置于此时起始端位于最下部的内螺旋槽内，同时将激光测距仪固定到到三自由度支撑台顶部；

21、步骤2、液压缸启动，开始上升动作；使得后部随动支撑机构的底部滑座从靠近端盖的位置开始运动到远离端盖的位置，液压缸停止上升动作，此时上平台与底座板之间的夹角为2-3°，测量球此时压紧螺旋槽的一侧；

22、步骤3、调节三自由度支撑台，使得激光测距仪发射的激光对正测量球的球心位置；

23、步骤4、启动滑台驱动电机，通过滑台驱动丝杠带动滑台向前运动，使得螺杆钻具定子的后端插入到当前处于张开状态的多爪卡盘的卡爪之间的位置时，滑台驱动电机停止运动，然后锁紧多爪卡盘的卡爪，对螺杆钻具定子的后端进行夹持固定；

24、步骤5、使用激光测距仪测量测量球与激光测距仪之间的距离d1；

25、步骤6、启动伺服电机，通过减速器带动多爪卡盘转动α°时停止运动，此时测量球在对应的螺旋槽内向后移动一定的距离；

26、步骤7、使用激光测距仪再次测量测量球与激光测距仪之间的距离d2；

27、步骤8、用第二次测量的距离d2与第一次测量距离d1相减，得到α/360的导程s；

28、步骤9、由步骤8可知导程s＝(d2-d1)*360/α

29、本发明具有的优点和积极效果为：

30、1、本发明将待测螺杆钻具定子放置于多组定子支撑机构，对待测定子形成稳定的支撑，且保证了定子可绕中心旋转；通过多爪卡盘对待测定子后端进行夹持和驱动；将测量球从待测定子的前端置于其中一个内螺旋槽内，通过激光测距仪测量，可获得在测量球在初始状态下距离激光测距仪的距离，及待测定子旋转一定角度后，测量球距离激光测量仪的距离，该两距离之差结合转动的角度，可获得螺杆钻具定子内螺旋的导程，从而解决了螺杆钻具定子内腔长导程测量难的问题，方便了测量。

31、2、本发明通过前部主支撑架、上平台前倾驱动机构、后部随动支撑机构，可使上平台呈前高后低的小夹角式倾斜设置，从而使待测螺杆钻具定子呈倾斜设置，该倾斜设置保证了测量球与对应螺旋槽的一侧始终处于压紧接触装置，保证了测量精度。