基于激光的钻机钻杆自动计数系统

技术领域

本发明涉及钻杆计数领域，具体涉及基于激光的钻机钻杆自动计数系统。

背景技术

煤炭形成过程中会产生瓦斯气体。当矿工进行井下煤炭挖掘开采过程中，矿井中瓦斯气体会逐渐地增加，当瓦斯气体达到一定浓度时，会导致人因缺氧而窒息，并容易发生燃烧或者爆炸，危害煤矿职工的身体健康和生命安全。因此，为了保护煤矿职工的人身安全，减少事故的发生，煤矿井下挖煤之前需要进行防突打钻，以排除瓦斯气体，并对打钻数量有严格要求。目前，在实际矿井作业管理中，通常按照打入钻杆的数量作为对打钻工人进行计工计酬的依据，但由于没有针对性的统计和管理，工人会为了更高的劳务报酬而谎报打入钻杆的数量，经常出现工人没按安全要求打足够数量的钻杆，会造成矿井作业严重的安全隐患。因此，需要一种技术手段，实现打入钻杆数量的自动统计功能，避免谎报钻杆数量。

发明内容

本发明的目的是提供基于激光的钻机钻杆自动计数系统，以解决工作人员谎报数量的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于激光的钻机钻杆自动计数系统，包括，激光测速装置、激光计数装置、控制装置；所述激光测速装置包括激光测速模块和自动调节支撑模块，所述激光测速模块用于检测钻杆的运动状态，所述自动调节支撑模块用于调节激光测速模块的位置，使激光测速模块对准钻杆；所述激光计数装置包括第一激光发射模块和激光接收模块，所述钻杆位于所述激光发射模块到激光接收端之间，用于检测加钻杆的数量；所述控制装置与所述激光测速装置、激光计数装置控制连接。

进一步地，激光测速模块包括第二激光发射模块和激光检测模块，所述第二激光发射模块封装于圆柱形外壳内以及对准钻杆表面，用于向钻杆上发射激光，所述激光检测模块封装于圆柱形外壳内以及对准钻杆表面，用于采集激光照射到移动钻杆上产生的散射光，所述第二激光发射模块外壳和所述激光检测模块外壳均活动连接在所述自动调节支撑模块上，并且所述第二激光发射模块外壳和所述激光检测模块外壳之间角度能够调节。

进一步地，所述自动调节支撑模块包括，支架、角度调节电机、齿轮箱；所述支架为“匚”型，所述支架上端用于固定高度调节电机，支架上平面开设有用于通过丝杠的孔，所述丝杠上端螺纹连接有螺纹块，所述螺纹块位于所述支架上端，所述螺纹块在所述高度调节电机的作用下转动；所述丝杠的下端固定连接有齿轮箱，所述齿轮箱内设置有主动齿轮、配合齿轮、第二激光发射模块调节齿轮和激光检测模块调节齿轮；所述主动齿轮用于与角度调节电机的动力输出轴固定连接，所述第二激光发射模块调节齿轮与主动齿轮啮合用于调节第二激光发射模块的角度，所述配合齿轮与所述主动齿轮啮合，所述激光检测模块调节齿轮与所述配合齿轮啮合，用于调节所述激光检测模块的角度。

进一步地，还包括发射模块连接杆和检测模块连接杆，所述发射模块连接杆与所述激光发射模块调节齿轮固定连接，所述发射模块连接杆另一端与第二激光发射模块固定连接，所述检测模块连接杆一端与所述激光检测模块调节齿轮固定连接，所述检测模块连接杆另一端与所述激光检测模块固定连接。

进一步地，所述激光发射模块外壳上固定有第一卡箍，所述第一卡箍开口处采用螺纹连接的方式与发射模块连接杆夹紧固定；所述激光检测模块外壳上固定有第二卡箍，所述第二卡箍开口处采用螺纹连接的方式与检测模块连接杆夹紧固定。

进一步地，所述控制中心处理CPU、传输模块和电源管理模块，所述显示屏、键盘、传输模块分别与中心处理CPU相连，所述电源管理模块与上述各模块相连；所述中心处理CPU分别与第一激光发射模块和第二激光发射模块相连接，用于接收传感器发送的工作状态，根据工作状态序列，对第一激光发射模块和第二激光发射模块的数据进行比对，实现自动计算并记录进杆或退杆数量；所述传输模块包括网络转换模块、无线网卡和网口，所述网络转换模块与中心处理CPU相连，所述无线网卡和网口分别与网络转换模块相连，通过有线或无线方式进行信息传输。

本发明的有益效果：

激光测速装置通过激光多普勒效应采集激光照射到移动钻杆上产生的散射光，避免了井下复杂光照的影响；所述通过测量激光的多普勒频移，进而自动测量钻杆抽出过程中的实时速度，排除了外界及人为因素造成的错报、误报深度的情况，通过激光计数装置，能够在增加或者退出钻杆的过程中检测到距离的变化，进而能够判断数量，通过两个装置的配合，只有在激光测速装置检测到加速度为负时，激光计数装置对钻杆的计数才有效，避免了工作人员谎报钻杆数量。

附图说明

图1是基于激光的钻机钻杆自动计数系统激光计数装置结构示意图；

图2是基于激光的钻机钻杆自动计数系统自动调节支撑模块示意图。

图中各标记对应的名称：

1－钻杆；2－第一激光发射模块；3－激光接收模块；4－支撑杆；5－钻机；6－第二激光发射模块调节齿轮；7－主动齿轮；8－配合齿轮；9－激光检测模块调节齿轮；10－检测模块连接杆；11－发射模块连接杆；12－第二激光发射模块；13－激光检测模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的实施例：

参见附图1，基于激光的钻机钻杆自动计数系统，包括，激光测速装置、激光计数装置、控制装置，激光测速装置和激光计数装置均可以单独实现对钻杆的计数，控制装置用于对激光测速装置和激光计数装置采集的信号进行统计计算。

激光计数装置包括第一激光发射模块和激光接收模块，第一激光发射模块2和激光接收模块3通过支撑杆4固定在钻机5上，钻杆1位于激光发射模块到激光接收端之间，第一激光发射模块2和激光接收模块3与控制装置控制连接，在退钻杆1的过程中，第一激光发射模块2发射的激光照射在钻杆1上，当把钻杆1取下后，激光照射在激光接收器上，控制装置根据照射在钻杆1上的时间和照射在激光接收模块3上的时间判断是否在加或者退钻杆1，从而对钻杆1进行计数。

参见附图1和2，激光测速装置包括激光测速模块和自动调节支撑模块，激光测速装置用于检测钻杆的速度，当需要加钻杆时，通过检测速度的变化，当钻杆速度逐渐减小最后变为零时，钻杆数量加一，激光测速模块包括第二激光发射模块12和激光检测模块13，第二激光发射模块12封装于圆柱形外壳内以及对准钻杆1表面，用于向钻杆1上发射激光，激光检测模块13封装于圆柱形外壳内以及对准钻杆1表面，用于采集激光照射到移动钻杆1上产生的散射光，通过激光多普勒效应采集激光照射到移动钻杆1上产生的散射光，避免了井下复杂光照的影响；通过测量激光的多普勒频移，进而自动测量钻杆1抽出过程中的实时速度，第二激光发射模块外壳12上固定有第一卡箍，激光检测模块13外壳上固定有第二卡箍，第一卡箍和第二卡箍连接在自动调节支撑模块上，并且第二激光发射模块12外壳和激光检测模块13外壳之间角度能够调节。

自动调节支撑模块包括，支架、角度调节电机、齿轮箱15；支架为“匚”型，支架上平面开设有用于通过丝杠的孔，丝杠上端螺纹连接有螺纹块，螺纹块位于支架上端，支架上端固定有高度调节电机，电机用于带动螺纹块转动；螺纹块在高度调节电机的作用下转动，并且带动丝杠上下运动；通过丝杠和螺纹块的配合，实现丝杠高度的调节，丝杠的下端固定连接有齿轮箱15。

自动调节支撑模块还包括发射模块连接杆11和检测模块连接杆10，齿轮箱15内设置有主动齿轮7、配合齿轮8、第二激光发射模块调节齿轮6和激光检测模块调节齿轮9；主动齿轮7用于与角度调节电机的动力输出轴固定连接，第二激光发射模块调节齿轮6与主动齿轮7啮合，发射模块连接杆11一端与第二激光发射模块调节齿轮6固定连接，发射模块连接杆11另一端与第二激光发射模块12外壳上的第一卡箍开口处采用螺纹连接的方式固定，用于调节第二激光发射模块12的角度，配合齿轮8与主动齿轮7啮合，激光检测模块调节齿轮9与配合齿轮8啮合，检测模块连接杆10一端与激光检测模块调节齿轮9固定连接，检测模块连接杆10另一端与激光检测模块13外壳上的第二卡箍开口处采用螺纹连接的方式固定。

高度调节完成后能够使第二激光发射模块12和激光检测模块13同时进行相同角度的调节，使第二激光发射模块12发射的激光能够刚好被激光检测模块13捕捉。

控制中心处理CPU、传输模块和电源管理模块，显示屏、键盘、传输模块分别与中心处理CPU相连，电源管理模块与上述各模块相连；中心处理CPU分别与第一激光发射模块2和第二激光发射模块12相连接，用于接收传感器发送的工作状态，根据工作状态序列，对第一激光发射模块2和第二激光发射模块12的数据进行比对，实现自动计算并记录进杆或退杆数量；传输模块包括网络转换模块、无线网卡和网口，网络转换模块与中心处理CPU相连，无线网卡和网口分别与网络转换模块相连，通过有线方式进行信息传输。

本发明的使用方法：

将支架固定在底面上，丝杠垂直于钻杆1位于钻杆1的正上端，通过高度调节电机带动螺纹块，螺纹块使得丝杠实现上下移动，丝杠下端固定连接有齿轮箱，齿轮箱上又连接有第二激光发射模块12与所述激光检测模块13，从而能够调节第二激光发射模块12和所述激光检测模块13相对于钻杆1的距离，当调整到合适的距离后，启动角度调节电机，当角度调节电机顺时针转动，第二激光发射模块12和所述激光检测模块13相互靠近，当角度调节电机逆时针转动，第二激光发射模块12和所述激光检测模块13相互远离，通过调整第二激光发射模块12与所述激光检测模块13之间的角度，使得第二激光发射模块12发射的激光能够被所述激光检测模块13捕捉，然后开始计数。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。