УСТАНОВКА ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ ТРУБ

Полезная модель относится к обработке изделий типа тел вращения и нанесения на них маркировки для последующей идентификации и может быть использована, например, для труб нефтяного сортамента (насосно-компрессорных, обсадных, бурильных, нефтегазопроводных и других труб), которые применяются на нефтепромыслах при добыче газа и нефтепродукта.
Работа установки основана на способности лазерного луча, формируемого волоконным лазером, образовывать кольцевые коды при нанесении на наружной поверхности изделия.
Уровень техники
В описании изобретения к патенту RU 2115167, кл. G07D 7/20, опубл. 20.10.2008 г. [1], раскрыто устройство для идентификации изделий с помощью машинно-считываемой этикетки, для этого записывают изображение каждого снабженного этикеткой изделия, определяют с использованием алгоритмов машинного зрения наличие и положение каждой характерной маркировки этикетки в каждом изображении, вычисляют местоположение каждого информационного поля, определяют поворотную ориентацию каждой этикетки и обнаруживают и декодируют несущие информацию знаки для идентификации каждого изделия. Недостатком данного устройства является невозможность считывания этикетки в процессе движения из-за ее вращения совместно с изделием и потеря информирующих знаков после эксплуатации изделия.
Из описания изобретения к патенту RU 2336571, кл. В21В 15/00, опубл. 20.09.2004 г. [2], известны также способ и устройство, предназначенные для нанесения уникальных составных знаков или маркировок на последовательность изделий, в которых каждый уникальный составной знак содержит два или более знаков. По меньшей мере, часть каждого из знаков может быть расположена совместно в заданном месте на изделии, при этом такое совместное расположение является уникальным или индивидуальным для каждого составного знака для каждого изделия. Из составного знака можно вывести код (например, алфавитно-цифровой код), который сохраняется в базе данных. Затем можно получить доступ к коду для идентификации или верификации изделия со знаком. Недостатком данного технического решения является невозможность идентификации каждого составного знака в движении, поскольку необходимо спозиционировать перед считывающим устройством уникально расположенные составные знаки и затруднения при считывании после эксплуатации изделия.
Так из описания изобретения к патенту RU 2347293, кл. G21C 21/02, опубл. 20.02.2009 г. [3] следует, что код образован последовательностью маркировочных символов в виде простых геометрических знаков или фигур. При этом используют знаки или фигуры, обеспечивающие однозначное автоматизированное распознавание их угла поворота относительно исходного положения. С участием ориентированных вдоль линии маркировки под различными фиксированными углами указанных знаков или фигур формируют идентификационный код. Код наносят на кольцеобразный участок поверхности равномерно и неоднократно не менее трех раз.
Недостатком данного способа нанесения маркировочных символов является невозможность считывания геометрических фигур по всему кольцевому участку в процессе перемещения цилиндрического объекта в осевом направлении и сложность формирования геометрических знаков или фигур с различными углами поворота. Еще один недостаток заключается в том, что фигуры выполняются в виде углублений и после эксплуатации изделия, например, в нефтяной скважине, они забиваются скважинным продуктом и идентифицировать изделие становиться не возможным.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату можно принять установку лазерной маркировки, раскрытую в описании изобретения к патенту RU 2457522, кл. G02B 26/08, В44В 3/00. опубл. 27.07.2012. Установка содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический и пьезокерамический дефлекторы, объектив, координатный стол, а также компьютер. Объектив направлен на маркируемое изделие. Координатный стол состоит из подвижной части и привода. Один из входов компьютера является входом установки, другие входы соединены с выходами пьезокерамического дефлектора и привода координатного стола, а выходы соединены с входами акустооптического и пьезокерамического дефлекторов и координатного стола. Между пьезокерамическим дефлектором и объективом установлен электромагнитный дефлектор. Вход и выход электромагнитного дефлектора соединены с соответствующими входом и выходом компьютера. На подвижной части координатного стола зафиксирована коробка с маркируемыми изделиями. Изделия расположены в фокальной плоскости объектива. Коробка содержит углубления, размер которых соответствует размерам маркируемых изделий. Использован однокоординатный привод стола.
Недостатком данной установки является низкая надежность работы из-за большого количества узлов передачи лазерного излучения в рабочую зону. Наличие координатного стола даже с обеспечением перемещения по одной координате снижает точность получения кодов маркировки. Установка не пригодна для маркировки крупных изделий, которые по своим габаритам и весу не размещаются в коробке. Производительность лазерной маркировки для нанесения нескольких символов при перемещении маркируемого изделия с помощью координатного стола очень низкая, особенно для маркировки труб, которые имеют длину больше 10 метров и вес больше 100 кг.
В процессе разработки предлагаемого технического решения перед авторами стояла задача разработать устройство, обеспечивающее простоту нанесения маркировочных знаков, их сохранность после эксплуатации и возможность идентификации каждого изделия с помощью простейших считывающих устройств, в том числе, смартфонов, оснащенных WEB-камерой. При этом учитывалось желание повысить надежность установки маркировки и увеличить производительность.
Технический результат полезной модели - повышение производительности маркировки, улучшение качества нанесеной маркировки, обеспечение ее считываемости и идентификации изделия доступными средствами.
Указанный технический результат достигается при использовании установки лазерной маркировки труб, содержащей лазер, объектив, и компьютер, отличающейся тем, что установка снабжена станиной со смонтированными на станине средствами зажима и вращения трубы, волоконным лазером, волоконными доставками лазерного луча, оптическими головками, установленными с возможностью совершать вращения вокруг, и перемещения поперек и вдоль оси с помощью серводвигателей, количество оптических головок соответствует количеству наносимых кольцевых маркировочных знаков, а считывающее устройство смонтировано на станине в месте выхода замаркированной трубы из зоны маркировки.
В качестве считывающего устройства кольцевых кодов может использоваться WEB-камера, как стационарное считывающее устройство, которая подключена к компьютеру, так и смартфон, в который закачаны программное обеспечение и база данных по трубам и является не стационарным считывающим устройством.
Существо полезной модели поясняется следующими чертежами, на которых представлен наиболее предпочтительный вариант выполнения полезной модели.
Фиг.1. Общий вид установки лазерной маркировки труб (схема).
Узлы и детали предлагаемой установки в тексте описания и на чертежах обозначены следующими номерами:
1. Станина.
2. Механизм вращения трубы.
3. Зажимное устройство.
4. Волоконный лазер.
5. Волоконные доставки лазерных лучей.
6. Оптические головки.
7. Серводвигатели.
8. Объективы.
9. Компьютер.
10. Подвижный упор.
11. Считывающее устройство.
12. Труба.
13. Рольганг.
14. Транспортная система.
15. Электрошкаф.
Как показано на фиг.1, основанием установки лазерной маркировки служит станина 1. На станине 1 установлен механизм вращения трубы 2 с зажимным устройством 3 для труб. Отдельно установлен волоконный лазера 4, который снабжен волоконными доставками лазерных лучей 5 на оптические головки 6, которые смонтированы на станине 1 с возможностью совершать вращение вдоль оси и перемещения вдоль и поперек оси с помощью серводвигателей 7. Лазерный луч передается через объектив 8. Установка имеет систему автоматического управления с помощью компьютера 9. На станине 1 также смонтированы поворотный упор 10, считывающее устройство 11, в качестве которого может быть использована WEB-камера или смартфон, и рольганг 13. Для подачи трубы 12 в зону обработки служит транспортная система 14. Для обеспечения электроэнергией предназначен электрошкаф 15.
Предлагаемая установка лазерной маркировки труб работает следующим образом.
Труба 12 с помощью транспортной системы 14 подается до поворотного упора 10 и зажимается зажимным устройством 3. От электрошкафа 15 напряжение подается на волоконный лазер 4, механизм вращения трубы 2 и компьютер 9, который подает команду на включение вращения трубы и подачу лазерного излучения по волоконным доставкам лазерных лучей 5 на оптические головки 6, которые через объектив 8 в соответствии с заданной программой компьютера 4 формируют кольцевые коды на трубе 12 с помощью перемещения оптических головок 6 от серводвигателей 8. Причем форма, размеры, расстояние между кодами, их отражательная способность при считывании, обеспечиваются в самых широких диапазонах (наклонные линии, зигзагообразные, различные знаки и пр.) посредством программного обеспечения с помощью команд, введенных в компьютер 4. После формирования кольцевых кодов, механизм вращения трубы 2 останавливается, зажимное устройство 3 разжимается, поворотный упор 10 отклоняется и труба перемещается с помощью рольганга 13 вдоль оси на выгрузку. В момент, когда труба перемещается и попадает в зону считывающего устройства 11, считывающее устройство 11 считывает сформированный код и передает эту информацию в базу данных компьютера 9. Установка готова к приему следующей трубы для нанесения кольцевых кодов и внесения полученной информации в базу данных компьютера. Нанесенные волоконным лазером коды имеют на поверхности нано структуру, которая обладает высокой коррозионной стойкостью и длительным сохранением нанесенного кода, а если труба эксплуатируется в агрессивной среде, то на нанесенные кольцевые коды дополнительно наносится защита от коррозии. Для считывания кольцевых кодов после эксплуатации труб достаточно произвести зачистку места маркировки и с помощью WEB-камеры идентифицировать трубу.
Изготовленный опытно-промышленный образец предлагаемой установки при испытаниях показал возможность получения на трубах нефтяного сортамента маркировки кольцевых кодов, обеспечивающих высокую точность их считывания с помощью WEB-камеры в процессе идентификации каждой трубы, производительность процесса возросла в 5 раз за счет одновременного использования нескольких оптических головок.