【摘要】：石油管是石油、天然氣開采和運輸過程中的主要載體,石油管螺紋測量是檢測石油管是否安全、可靠的主要手段之一。目前,常用的石油管螺紋檢測儀器有通止規(guī)、測長儀、坐標測量儀和影像測量儀等,但是這些儀器在實際使用中多存在測量精度低、測量參數單一、測量效率低、易受環(huán)境影響等問題。因此,本文利用現代微型處理器和高精度觸發(fā)測頭開發(fā)出了接觸式石油管螺紋測量儀的控制系統(tǒng),實現石油管螺紋輪廓的自動掃描和螺距、牙型角和錐度參數的綜合測量。主要的研究內容如下:(1)分析了API SPEC 5B和GB/T 9253.2-1999相關標準的石油管螺紋測量要求,提出了控制系統(tǒng)的性能參數要求,設計了測量儀的機械主體結構,規(guī)劃了測量儀控制系統(tǒng)的總體結構。(2)以IMC3042運動控制卡作為系統(tǒng)的控制核心,實現了系統(tǒng)的運動控制、數據采集以及輔助測量等功能。結合系統(tǒng)的控制性能要求,選擇了滿足要求的傳動系統(tǒng)硬件、測量反饋裝置(光柵尺)和測頭的型號,設計了各硬件與運動控制卡的連接電路。(3)在Labview編程環(huán)境下完成了控制系統(tǒng)的軟件編程,軟件系統(tǒng)包括人機界面、系統(tǒng)初始化、運動控制、數據采集、數據處理和輔助功能等模塊。(4)利用IMC運動控制卡的多軸控制功能函數和開關測頭信號規(guī)劃了測頭的運動路徑,完成了智能加減速規(guī)劃算法和步進閉環(huán)系統(tǒng)控制的相關程序編制。(5)論述了數據處理和參數計算過程。對掃描獲取的數據,首先利用FFT頻譜分析方法進行了有效性判斷,然后利用穩(wěn)健高斯回歸濾波和數據插值方法進行了均勻密化,最后按曲線擬合方法求取了螺紋參數。(6)對測量儀進行了誤差分析和補償,并在課題組研制的樣機和三豐坐標測量機上,對不同規(guī)格、不同類型的石油管螺紋進行對比測量實驗。實驗結果表明,測量結果滿足測量的精度要求。
[Abstract]:Petroleum pipe is the main carrier in the process of oil and natural gas exploitation and transportation. The thread measurement of oil pipe is one of the main methods to detect the safety and reliability of oil pipe. At present, the commonly used oil pipe thread detection instruments include general stop gauge, length measuring instrument, coordinate measuring instrument and image measuring instrument, etc. However, most of these instruments have low measuring precision, single measuring parameters and low measuring efficiency in practical use. Vulnerable to environmental impact and other issues. Therefore, a control system of contact oil pipe thread measuring instrument is developed by using modern microprocessors and high precision trigger probe, which can realize the automatic scanning of oil pipe thread profile and the comprehensive measurement of pitch, tooth shape angle and taper parameter. The main research contents are as follows: (1) the requirements of API SPEC 5B and GB/T 9253.2-1999 are analyzed, the performance parameters of the control system are put forward, and the mechanical structure of the measuring instrument is designed. The overall structure of the measuring instrument control system is planned. (2) the IMC3042 motion control card is used as the control core of the system, and the system motion control, data acquisition and auxiliary measurement functions are realized. According to the control performance requirements of the system, the hardware of the transmission system, the measuring feedback device (grating ruler) and the type of the probe are selected. The connection circuit between the hardware and the motion control card is designed. (3) the software programming of the control system is completed in the Labview programming environment. The software system includes man-machine interface, system initialization, motion control, data acquisition. Data processing and auxiliary function modules. (4) using the multi-axis control function of the IMC motion control card and the switch probe signal, the motion path of the probe is planned. The intelligent acceleration and deceleration programming algorithm and the programming of step closed loop system control are completed. (5) the process of data processing and parameter calculation is discussed. The validity of the data obtained by scanning is judged by FFT spectrum analysis method, and then uniform density is obtained by robust Gao Si regression filtering and data interpolation method. Finally, the thread parameters are obtained according to the curve fitting method. (6) error analysis and compensation of the measuring instrument are carried out, and the comparative measurement experiments on different specifications and types of oil pipe threads are carried out on the prototype and Sanfeng coordinate measuring machine developed by our research group. The experimental results show that the measurement results meet the requirements of accuracy.
【學位授予單位】：陜西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE973.6;TP273

【參考文獻】

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本文編號：2167878