一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法及系统，利用传动齿轮将角速度传递给绝对值编码器，绝对值编码器进行计数，再将数据传递至处理单元计算大钩位置。传动齿轮与绝对值编码器通过传动轴相连具有相同的角速度和角位移，保证传动齿轮与立轴钻机绞车一侧的内齿轮啮合，保证传动齿轮和内齿轮具有相同的模数，因为钻机大钩位置的变化是通过绞车牵引钢丝绳实现，所以绞车转动的角位移与大钩位置具有一一对应的关系，可通过记录绞车转动的角位移计算大钩的位置。本发明专利技术的核心思想是分段插值，通过选择钢绳换层处为关键节点记录绝对值编码器当前值和大钩高度，每一层中利用大钩高度和编码值的线性关系可直接计算得出大钩高度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法及系统，属于机电一体化领域。
技术介绍
在钻探作业过程中，大钩高度是一个非常重要的工作参数，其对正确计算钻探进尺和保证起下钻作业安全具有重要的作用。由于大钩高度变化范围大(即量程大)，同时钻探作业又要求其测量精度高(误差达到mm级)。在传统的测量方法中不外乎两种，第一种是在卷筒轴上安装有一套复杂的机械式测量机构，利用测量机构上的细钢丝绳的周长计数实现高度检测，由于细钢丝绳的直径较小，忽略了不同绕绳层的周长误差，因此该方法结构复杂且精度不高；第二种是在卷筒出绳处或者天车顶梁处设置有钢丝绳导轮，利用导轮转过的线长度测量钢丝绳长度，从而计算出大钩高度。从原理上来说，第二种方法似乎具有很高的测量精度，但该方法忽略了导轮与钢丝绳之间有相对打滑的问题，而且打滑的情况受钢丝绳载荷、磨损状态、钢丝绳表明粘附的介质(如黄油、泥浆等)等影响较大，打滑量具有很大的不确定性，从而不能保证这种检测方法的精度。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法及系统，采用一种简单的方式将钻机大钩位置变得直观，有利于操作者了解钻机当前的状态，同时也避免了潜在风险，采用现场标定的方式，保证了大钩位置的准确性，数据采集单元连接有处理单元，可以直接通过处理单元读取绝对编码器的数值，进而实现计算，省略了人工读取数值的过程，为自动化检测提供了硬件平台。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法，包括以下步骤：(1)制定与立轴钻机绞车一侧内齿轮配合的传动齿轮，通过齿轮固定架将传动齿轮与绞车一侧内齿轮啮合，使传动齿轮与绞车一侧内齿轮具有相同的角速度；(2)将编码器通过传动轴与传动齿轮连接，将编码器通过电缆与处理单元连接；(3)将大钩下放到基台零点位置，记录绝对编码器的当前值C0，标记当前高度H0为0.00m；(4)提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H1，记录编码器的当前值C1；则换层前大钩任意位置的高度为H′＝(C′0-C0)*(H1-H0)/(C1-C0)+H0，其中C′0为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值；(5)继续提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度Hi，记录编码器的当前值Ci，则上次换层后和换层前大钩任意位置的高度为H′i＝(C′i-Ci-1)*(Hi-Hi-1)/(Ci-Ci-1)+Hi-1，其中C′i为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值，Ci-1为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时编码器的编码值，Hi-1为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时的大钩高度；(6)重复步骤(5)，直到大钩达到顶端，大钩位置标定过程结束，测得大钩任意位置的高度值。所述编码器为绝对值编码器，大钩自下往上移动时，编码值增大。本专利技术同时提供了一种基于所述立轴钻机大钩位置的标定检测方法的立轴钻机大钩位置的标定检测系统，包括机械传动单元和数据采集单元，所述机械传动单元包括传动齿轮和传动轴，所述数据采集单元包括编码器和与其连接的传输电缆，所述传动齿轮与立轴钻机的绞车一侧的内齿轮啮合，传动齿轮通过传动轴与编码器连接，编码器通过传输电缆与处理单元连接。所述处理单元为用于利用编码器的输出值计算大钩位置的由主机、显示器、键盘和鼠标组成的PC机，显示器、键盘和鼠标与主机连接。所述编码器采用绝对值编码器。本专利技术基于其技术方案所具有的有益效果在于：(1)本专利技术测量和标定过程简单，通过标定较少的换层节点即可获得较高的测量精度；(2)本专利技术中运用的分段插值思想适应范围广，其它类似系统也可运用本方法；(3)本专利技术的数据采集单元采用绝对值编码器，绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置，其不受停电、干扰的影响，具有较高的抗干扰特性、数据的可靠性；(4)本专利技术的立轴钻机大钩位置的标定检测系统采用一种简单的方式将钻机大钩位置变得直观，有利于操作者了解钻机当前的状态，同时也避免了潜在风险；(5)本专利技术的立轴钻机大钩位置的标定检测系统采用现场标定的方式，结构简单且安装方便，高稳定性，高精确度，不受天气等不良因素的干扰；(6)本专利技术的数据采集单元连接有处理单元，可以直接通过处理单元读取绝对编码器的数值，进而实现计算，省略了人工读取数值的过程，为自动化检测提供了硬件平台；(7)本专利技术的数据采集单元可以是与联网的远程控制端连接的PC机，实现了一台远程控制端与多组数据采集单元的连接，能够同时监控多个立轴钻机的大钩位置，方便管理。附图说明图1是立轴钻机大钩位置检测系统示意图。图2是立轴钻机大钩位置检测系统安装示意图。图3是分段插值原理图。图1图中：1-绞车，2-大钩，3-内齿轮，4-传动齿轮，5-绝对值编码器，6-处理单元，7-远程控制端，8-钢丝绳，9-传动齿轮固定架，10-绞车固定架，11-钻塔，12-滑轮组。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供了一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法，包括以下步骤：(1)制定与立轴钻机绞车一侧内齿轮配合的传动齿轮，通过齿轮固定架将传动齿轮与绞车一侧内齿轮啮合，使传动齿轮与绞车一侧内齿轮具有相同的角速度；(2)将编码器通过传动轴与传动齿轮连接，将编码器通过电缆与处理单元连接；(3)将大钩下放到基台零点位置，记录绝对编码器的当前值C0，标记当前高度H0为0.00m；(4)提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H1，记录编码器的当前值C1；则换层前大钩任意位置的高度为H′＝(C′0-C0)*(H1-H0)/(C1-C0)+H0，其中C′0为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值；(5)继续提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度Hi，记录编码器的当前值Ci，则上次换层后和换层前大钩任意位置的高度为H′i＝(C′i-Ci-1)*(Hi-Hi-1)/(Ci-Ci-1)+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法，其特征在于包括以下步骤：(1)制定与立轴钻机绞车一侧内齿轮配合的传动齿轮，通过齿轮固定架将传动齿轮与绞车一侧内齿轮啮合，使传动齿轮与绞车一侧内齿轮具有相同的角速度；(2)将编码器通过传动轴与传动齿轮连接，将编码器通过电缆与处理单元连接；(3)将大钩下放到基台零点位置，记录绝对编码器的当前值C0，标记当前高度H0为0.00m；(4)提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H1，记录编码器的当前值C1；则换层前大钩任意位置的高度为H′＝(C′0‑C0)*(H1‑H0)/(C1‑C0)+H0，其中C′0为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值；(5)继续提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度Hi，记录编码器的当前值Ci，则上次换层后和换层前大钩任意位置的高度为H′i＝(C′i‑Ci‑1)*(Hi‑Hi‑1)/(Ci‑Ci‑1)+Hi‑1，其中C′i为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值，Ci‑1为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时编码器的编码值，Hi‑1为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩时的大钩高度；(6)重复步骤(5)，直到大钩达到顶端，大钩位置标定过程结束，测得大钩任意位置的高度值。...

【技术特征摘要】
1.一种立轴钻机大钩位置的标定检测方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制定与立轴钻机绞车一侧内齿轮配合的传动齿轮，通过齿轮固定架将传动齿
轮与绞车一侧内齿轮啮合，使传动齿轮与绞车一侧内齿轮具有相同的角速度；
(2)将编码器通过传动轴与传动齿轮连接，将编码器通过电缆与处理单元连接；
(3)将大钩下放到基台零点位置，记录绝对编码器的当前值C0，标记当前高度
H0为0.00m；
(4)提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在卷筒
换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度H1，记录编码器的当前
值C1；则换层前大钩任意位置的高度为H′＝(C′0-C0)*(H1-H0)/(C1-C0)+H0，其中
C′0为大钩停留在任意位置时编码器对应的编码值；
(5)继续提升大钩，观察与大钩连接的钢丝绳在绞车卷筒上的位置，当钢丝绳在
卷筒换层处停止提升大钩，使用大量程测距仪器测得大钩当前高度Hi，记录编码器的当
前值Ci，则上次换层后和换层前大钩任意位置的高度为
H′i＝(C′i-Ci-1)*(Hi-Hi-1)/(Ci-Ci-1)+Hi-1，其中C′i为大钩停留在任意位置时编码器
对应的编码值，Ci-1为上次换层后钢丝绳在卷筒换层处停止提升大钩...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴来杰，王兴，胡郁乐，张飞，韩志斌，阮继翰，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42