智能化数字式钻孔全景摄像装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能化数字式钻孔全景摄像装置，涉及一种对岩体工程内的钻孔进行摄像的装置。它包括装置本体、防水壳体、透明管、电池、驱动轮、从动轮、的电机；透明管内安装有全景摄像机构，电池的输出端与电机连接，电机的输出端通过前轮驱动机构与驱动轮连接；驱动轮与防水壳体之间安装有前轮变径机构，从动轮与防水壳体之间安装有后轮变径机构；所述全景摄像机构、前轮驱动机构、前轮变径机构和后轮变径机构均与位于地面上的分析控制系统无线连接。本发明适用范围广，可应用于多种孔径的钻孔摄像观察，操作便捷，方便智能，安全性高，集钻孔摄像观察和信息处理为一体。
【专利说明】
智能化数字式钻孔全景摄像装置
技术领域
[0001]本发明是属于岩体工程钻孔摄像技术领域，涉及一种对岩体工程内的钻孔进行摄像的装置，具体的说是一种智能化数字式钻孔全景摄像装置。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的快速发展，大规模的岩体工程建设正在兴起，如隧道、蓄水大坝，地下的矿山井巷、水电引水隧洞、地下厂房和核废料处置库等。上述岩体工程在施工和运营期间的结构稳定性问题是岩石力学工作者最为关心的问题，而岩体的变形特征和规律则是判断围岩是否处于安全稳定状态的直接体现。岩体变形和破坏的关键部位大多位于诸如裂隙、节理、层理、断层等不连续结构面上，而结构面通常用其几何特征来表示，因此结构面几何特征的采集技术、方法和手段的科学性、先进性、完整性、准确性尤为重要。
[0003]钻孔摄像技术因其可以直观的反映岩石的破裂损伤程度而被现场施工人员和科研工作者喜爱，钻孔摄像技术不仅可以获得钻孔壁面破裂(结构面、微裂隙)的位置、产状、宽度等信息，还可以通过分析不同时间拍摄的钻孔壁面信息计算围岩的变形大小和规律。
[0004]随着岩体工程埋深的增大，高地应力灾害和高放射性污染愈发严重，这对钻孔探测工作人员的生命安全造成了极大的威胁。在对上述岩体工程进行施工、测试时均具有极大的危险性，在这种环境中利用常规的钻孔摄像观测围岩的变形、破坏程度时，操作人员的生命安全面临极大的威胁。同时，现有的钻孔摄像只能适用于一种孔径的探测，不能适用于多种孔径的钻孔。另外，现有的钻孔摄像需要用数根连接杆将钻孔摄像仪器连续推入钻孔内部以获得整个钻孔轴线方向的孔壁围岩信息，需要耗费较大的体力和时间。最后，现有的钻孔摄像装置只能用于对钻孔内地质现象进行观察，不能对它们进行准确的计算和分析(如确定结构面产状、间距、隙宽等)，也就不能进行更深入地统计与分析。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服【背景技术】的不足之处，而提供一种智能化数字式钻孔全
景摄像装置。
[0006]为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为:智能化数字式钻孔全景摄像装置，包括装置本体，其特征在于:所述装置本体包括防水壳体、安装于防水壳体外部前端的透明管、安装在防水壳体内部的电池、多个位于防水壳体前端的驱动轮、多个位于防水壳体后端的从动轮、位于防水壳体内部的电机;透明管内安装有能对钻孔进行全景摄像的全景摄像机构，电池的输出端与电机连接，电机的输出端连接有传动轴，传动轴的输出端通过前轮驱动机构与驱动轮连接;每个驱动轮与防水壳体之间均安装有位于防水壳体内部前端，并能使驱动轮在钻孔内行走过程中变径的前轮变径机构，每个从动轮与防水壳体之间均安装有位于防水壳体内部后端，并能使从动轮在钻孔内行走过程中变径的后轮变径机构;所述全景摄像机构、前轮驱动机构、前轮变径机构和后轮变径机构均与位于地面上的分析控制系统无线连接。
[0007]在上述技术方案中，所述前轮驱动机构包括头部立板、驱动连接板、涡轮、蜗杆和齿轮，所述传动轴上设有阶梯槽，头部立板套装在阶梯槽上并与传动轴形成轴肩限位，头部立板上安装有涡轮支撑座，涡轮安装在涡轮支撑座上，传动轴的输出端依次与蜗杆、涡轮、齿轮和驱动轮连接，所述驱动连接板一端与涡轮支撑座铰接，另一端安装驱动轮。
[0008]在上述技术方案中，所述前轮变径机构包括第一拉紧板、第一支杆滑座、第一限位板、第一限位轴、第一限位杆和套装在第一限位轴上的第一弹簧，所述第一限位板与防水壳体侧壁连接，传动轴前端设有限位槽，第一限位轴一端与防水壳体前端连接，另一端贯穿第一限位板并位于限位槽内，第一限位杆一端与第一限位板连接，另一端与防水壳体顶部连接，第一支杆滑座套装在第一限位轴和第一限位杆上，第一弹簧套装在第一限位轴上，第一弹簧一端与第一支杆滑座连接，另一端与防水壳体顶部连接，第一拉紧板一端与第一支杆滑座铰接，另一端与第一驱动连接板中部铰接。
[0009]在上述技术方案中，所述后轮变径机构包括第二拉紧板、第二支杆滑座、第二限位板、第二限位轴、第二限位杆，和套装在第二限位轴上的第二弹簧，所述第二限位板与防水壳体侧壁连接，第二限位轴一端与防水壳体尾部连接，另一端电机后端连接，第二限位杆一端与第二限位板连接，另一端与防水壳体尾部连接，第二支杆滑座套装在第二限位轴和第二限位杆上，第二弹簧套装在第二限位轴上，第二弹簧一端与第二支杆滑座连接，另一端与防水壳体尾部连接，第二拉紧板一端与第二支杆滑座铰接，另一端与驱动连接板中部铰接。
[0010]在上述技术方案中，所述全景摄像机构包括磁性罗盘、锥面反射、照明设备、定位传感器、图像传感器、全景摄像头和摄像头底座，磁性罗盘安装于透明管顶部，照明设备安装在透明管侧壁上，定位传感器和图像传感器均安装在透明管侧壁上，锥面反射与透明管侧壁连接并位于磁性罗盘和照明设备之间，摄像头底座安装于防水壳体顶部，全景摄像头安装在摄像头底座上。
[0011 ]本发明所设计的测试装置与现有的钻孔摄像装置相比，有以下优点:
[0012]1、现有的钻孔摄像装置需要用数根连接杆将钻孔摄像仪器连续推入钻孔内部以获得整个钻孔轴线方向的孔壁围岩信息，需要耗费较大的体力和时间。而且在大埋深、高应力的岩体工程环境中，岩爆和冲击地压等动力灾害发生的概率大大增加，对操作人员的生命安全造成极大的威胁。本发明可以实现对钻孔摄像装置的无线遥控，可以实现远程操作，智能行走，速度可控，不需要人工将钻孔摄像装置放入待测区域，大大提高了安全性。
[0013]2、现有的钻孔摄像装置，大都不能用于多角度钻孔测试，只能实现单一孔径的测试，本发明可适用于多种孔径多种角度的钻孔，也可适用于变孔径的钻孔，并且可在有水的环境中使用。
[0014]3、现有的钻孔摄像装置只能用于对钻孔内的地质现象进行观察，不能实现更深一步的分析处理。本发明由于设置有地面控制系统，故它可以实现图像的数字化及计算机处理，实现钻孔孔壁的展开360°柱面图像的实时显示，实现地质资料的计算机统计、分析、与处理。
[0015]4、本发明适用范围广，可应用于多种孔径的钻孔摄像观察，操作便捷，方便智能，安全性高，集钻孔摄像观察和信息处理的系统装置。
【附图说明】
[0016]图1为装置本体的结构示意图。
[0017]图2为图1中前半部分的局部放大示意图。
[0018]图3为图1中后半部分的局部放大示意图。
[0019]图4是图2中A-A处的延剖面方向的结构示意图。
[0020]图中1-装置本体，2-防水壳体，3-透明管，41-驱动轮，42-电池，43-从动轮，44-电机，45-传动轴，5-全景摄像机构，51-磁性罗盘，52-锥面反射，53-照明设备，54-定位传感器，55-图像传感器，56-全景摄像头，57-摄像头底座，6-前轮驱动机构，60-涡轮调整件，61-头部立板，62-驱动连接板，63-涡轮，64-蜗杆，65-齿轮，66-阶梯槽，67-涡轮支撑座，68-涡轮轴，69-涡轮紧固轴，7-前轮变径机构，71-第一拉紧板，72-第一支杆滑座，73-第一限位板，74-限位轴，75-第一限位杆，76-第一弹簧，77-限位槽，8-后轮变径机构，81-第二拉紧板，82-第二支杆滑座，83-第二限位板，84-第二限位轴，85-第二限位杆，86-第二弹黃，9-固定板。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
[0022]参阅附图可知:智能化数字式钻孔全景摄像装置，包括装置本体I，所述装置本体I包括防水壳体2、安装于防水壳体2外部前端的透明管3、安装在防水壳体2内部的电池42、多个位于防水壳体2前端的驱动轮41、多个位于防水壳体2后端的从动轮43、位于防水壳体2内部的电机44;透明管3内安装有能对钻孔进行全景摄像的全景摄像机构5，电池42的输出端与电机44连接，电机44的输出端连接有传动轴45，传动轴45的输出端通过前轮驱动机构6与驱动轮41连接;驱动轮41与防水壳体2之间安装有位于防水壳体2内部前端，并能使驱动轮41在钻孔内行走过程中变径的前轮变径机构7，从动轮43与防水壳体2之间安装有位于防水壳体2内部后端，并能使从动轮43在钻孔内行走过程中变径的后轮变径机构8;所述全景摄像机构5、前轮驱动机构6、前轮变径机构7和后轮变径机构8均与位于地面上的分析控制系统(图中未标出)无线连接。所述前轮驱动机构6包括头部立板61、驱动连接板62、涡轮63、蜗杆64和齿轮65，所述传动轴45上设有阶梯槽66，头部立板61套装在阶梯槽66上并与传动轴45形成轴肩限位，头部立板61上安装有涡轮支撑座67，涡轮63安装在涡轮支撑座67上，传动轴45的输出端依次与蜗杆64、涡轮63、齿轮65和驱动轮41连接，所述驱动连接板62—端与涡轮支撑座67铰接，另一端安装驱动轮41。
[0023]所述前轮变径机构7包括第一拉紧板71、第一支杆滑座72、第一限位板73、第一限位轴74、第一限位杆75和套装在第一限位轴74上的第一弹簧76，所述第一限位板73与防水壳体2侧壁连接，传动轴45前端设有限位槽77，第一限位轴74—端与防水壳体2前端连接，另一端贯穿第一限位板73并位于限位槽77内，第一限位杆75—端与第一限位板73连接，另一端与防水壳体2顶部连接，第一支杆滑座72套装在第一限位轴74和第一限位杆75上，第一弹簧76套装在第一限位轴74上，第一弹簧76—端与第一支杆滑座72连接，另一端与防水壳体2顶部连接，第一拉紧板71—端与第一支杆滑座72铰接，另一端与第一驱动连接板62中部铰接。
[0024]所述后轮变径机构8包括第二拉紧板81、第二支杆滑座82、第二限位板83、第二限位轴84、第二限位杆85，和套装在第二限位轴84上的第二弹簧86，所述第二限位板83与防水壳体2侧壁连接，第二限位轴84—端与防水壳体2尾部连接，另一端电机44后端连接，第二限位杆85—端与第二限位板83连接，另一端与防水壳体2尾部连接，第二支杆滑座82套装在第二限位轴84和第二限位杆85上，第二弹簧86套装在第二限位轴84上，第二弹簧86—端与第二支杆滑座82连接，另一端与防水壳体2尾部连接，第二拉紧板81—端与第二支杆滑座82铰接，另一端与驱动连接板62中部铰接。
[0025]所述全景摄像机构5包括磁性罗盘51、锥面反射52、照明设备53、定位传感器54、图像传感器55、全景摄像头56和摄像头底座57，磁性罗盘51安装于透明管3顶部，照明设备53安装在透明管3侧壁上，定位传感器54和图像传感器55均安装在透明管3侧壁上，锥面反射52与透明管3侧壁连接并位于磁性罗盘51和照明设备53之间，摄像头底座57安装于防水壳体2顶部，全景摄像头56安装在摄像头底座57上。
[0026]实际工作时，电机44和传动轴45都是通过固定板9安装在防水壳体2内部的。
[0027]本发明的全景摄像方法包括如下步骤，
[0028]步骤1:将装置本体I放入探孔内，所述装置本体I外径尺寸不小于钻孔的最大直径；
[0029]步骤2:启动分析控制系统，在分析控制系统上设置装置本体I的行走速度，并通过分析控制系统、定位传感器54、前轮驱动机构6和电机44，使装置本体I在钻孔内前进或后退；
[0030]步骤3:通过定位传感器54和图像传感器55将装置本体I在钻孔内运走过程中拍摄到的图像信息，实时传输给分析控制系统；
[0031]步骤4:当装置本体I在前进过程中遇到障碍物时，
[0032]驱动轮41依次通过位于防水壳体2前端的驱动连接板62、防水壳体2前端的头部拉紧板71和防水壳体2前端的支杆滑座72，使位于防水壳体2前端的弹簧76伸长，此时装置本体I通过电机44和前轮驱动装置使驱动轮41向前运动，并使驱动轮41越过障碍物；
[0033]从动轮43依次通过位于防水壳体2后端的驱动连接板62、位于防水壳体2后端的头部拉紧板71和位于防水壳体2后端的支杆滑座72，使位于防水壳体2后端的弹簧76压缩，此时装置本体I通过电机44和前轮驱动装置使驱动轮41继续向前运动，从而使动轮越过障碍物；
[0034]步骤6:当装置本体I在后退过程中遇到障碍物时，
[0035]从动轮43依次通过位于防水壳体2后端的驱动连接板62、位于防水壳体2后端的头部拉紧板71和位于防水壳体2后端的支杆滑座72，使位于防水壳体2后端的弹簧76伸长，此时装置本体I通过电机44和前轮驱动装置使驱动轮41向后运动，从而使从动轮43越过障碍物；
[0036]驱动轮41依次通过位于防水壳体2前端的驱动连接板62、防水壳体2前端的头部拉紧板7112和防水壳体2前端的支杆滑座72，使位于防水壳体2前端的弹簧76压缩，此时装置本体I通过电机44和前轮驱动装置使驱动轮41继续向后运动，并使从动轮43越过障碍物。
[0037]实际工作时，为了增强本发明的结构稳定性，摄像头底座57可与位于防水壳体22前端的限位轴74同轴布置。照明设备53能够实现管道内照明，便于全景摄像头4的摄像监控。
[0038]实际工作时，本申请以安装三至五个驱动轮为宜，其中驱动轮的最佳数目为三个。优选的，在支杆滑座17上以中心轴18为圆心均匀相间安装三组前轮驱动机构。
[0039]如图4所示，头部拉紧板61的一端安装在支杆滑座72上，另一端安装在驱动连接板62中部的齿轮65的异侧面。每个驱动连接板62的两端分别安装驱动轮41和涡轮63。每个涡轮63通过涡轮轴68和涡轮紧固轴69安装在涡轮支撑座67上。每个涡轮紧固轴69上涡轮63的两侧还分别设置有涡轮调整件60，更好的安装涡轮63，保证涡轮63正常转动。每个涡轮63的外轮面与传动轴45的顶部接触，且三个涡轮63的接触点位于同一个圆周上。头部立板61的中心贯穿套装在传动轴45的颈部。三个涡轮支撑座67和三个第一限位轴74以传动轴45为圆心均匀相间安装套装在头部立板61上。
[0040]实际工作时，电机44的转矩通过传动轴45传递给蜗杆64，再经过涡轮63、齿轮65到驱动轮41上;驱动轮41旋转并与钻孔管道内壁产生摩擦力，这也就是本装置的行走的动力。当动力大于阻力的时候，本发明即可开始行走。电机44的正转和反转可以控制本装置的前进和后退。定位传感器54和图像传感器55实时传输该装置本体I行进的速率和位置等信息，通过分析控制系统控制本发明。
[0041]实际工作时，需要选择合适刚度系数的弹簧制成第一弹簧76和第二弹簧86，第一弹簧76设置在全景摄像头底座57和第一支杆滑座72之间，向三个驱动轮41会提供合适的外张力;保证三个驱动轮41能够外扩支撑在探孔管道内壁内。
[0042]在钻孔或管道内进行监测时，需要相应的变径以保证本装置的行进。对变径起作用的也是第一弹簧76和第二弹簧86。当本装置行走遇到障碍物时，一个或多个驱动轮41接触到障碍物后，驱动轮41向内收缩，通过驱动连接板62、第一拉紧板71作用在支杆滑座72上;第一弹簧76压缩，通过三个驱动轮45同时稳定的向内收缩;上述动作可以满足变径和越障的要求。探孔管道内壁扩大时，相应的弹簧76伸长。
[0043]在第一支杆滑座72上均匀相间设置三个第一拉紧板71和三个第一限位轴74，能够保证在第一弹簧76作用下三组行走驱动装置能够同时均匀的外扩或收缩，从而保证了整个装置搭载的设备的轴线保持一致，特别适合全景摄像机构5对探孔管道前方的监控。
[0044]和前轮变径机构7不同的是，由于从动轮43不需要与电机44相连，该处不设置涡轮63、蜗杆64和齿轮65。同样的，第二弹簧86向三个从动轮43提供合适的外张力；保证三个从动轮43也贴紧探孔管道内壁，起支撑和辅助行走的作用。
[0045]本发明的智能化全景摄像装置通用各种钻孔;针对钻孔的不同情况具体操作过程类似。通常情况下，本发明的尺寸一般为56mm、59mm、75mm、71mm、110mm、130mm等。
[0046]其它未说明的部分均属于现有技术。
【主权项】
1.智能化数字式钻孔全景摄像装置，包括装置本体(I)，其特征在于:所述装置本体(I)包括防水壳体(2)、安装于防水壳体(2)外部前端的透明管(3)、安装在防水壳体(2)内部的电池(42)、多个位于防水壳体(2)前端的驱动轮(41)、多个位于防水壳体(2)后端的从动轮(43)、位于防水壳体(2)内部的电机(44); 透明管(3)内安装有能对钻孔进行全景摄像的全景摄像机构(5)，电池(42)的输出端与电机(44)连接，电机(44)的输出端连接有传动轴(45)，传动轴(45)的输出端通过前轮驱动机构(6)与驱动轮(41)连接； 每个驱动轮(41)与防水壳体(2)之间均安装有位于防水壳体(2)内部前端，并能使驱动轮(41)在钻孔内行走过程中变径的前轮变径机构(7)，每个从动轮(43)与防水壳体(2)之间均安装有位于防水壳体(2)内部后端，并能使从动轮(43)在钻孔内行走过程中变径的后轮变径机构(8); 所述全景摄像机构(5)、前轮驱动机构(6)、前轮变径机构(7)和后轮变径机构(8)均与位于地面上的分析控制系统无线连接。2.根据权利要求1所述的智能化数字式钻孔全景摄像装置，其特征在于:所述前轮驱动机构(6)包括头部立板(61)、驱动连接板(62)、涡轮(63)、蜗杆(64)和齿轮(65)，所述传动轴(45)上设有阶梯槽(66)，头部立板(61)套装在阶梯槽(66)上并与传动轴(45)形成轴肩限位，头部立板(61)上安装有涡轮支撑座(67)，涡轮(63)安装在涡轮支撑座(67)上，传动轴(45)的输出端依次与蜗杆(64)、涡轮(63)、齿轮(65)和驱动轮(41)连接，所述驱动连接板(62)—端与涡轮支撑座(67)铰接，另一端安装驱动轮(41)。3.根据权利要求2所述的智能化数字式钻孔全景摄像装置，其特征在于:所述前轮变径机构(7)包括第一拉紧板(71)、第一支杆滑座(72)、第一限位板(73)、第一限位轴(74)、第一限位杆(75)和套装在第一限位轴(74)上的第一弹簧(76)，所述第一限位板(73)与防水壳体(2)侧壁连接，传动轴(45)前端设有限位槽(77)，第一限位轴(74) —端与防水壳体(2)前端连接，另一端贯穿第一限位板(73)并位于限位槽(77)内，第一限位杆(75) —端与第一限位板(73)连接，另一端与防水壳体(2)顶部连接，第一支杆滑座(72)套装在第一限位轴(74)和第一限位杆(75)上，第一弹簧(76)套装在第一限位轴(74)上，第一弹簧(76)—端与第一支杆滑座(72)连接，另一端与防水壳体(2)顶部连接，第一拉紧板(71)—端与第一支杆滑座(72)铰接，另一端与第一驱动连接板(62)中部铰接。4.根据权利要求3所述的智能化数字式钻孔全景摄像装置，其特征在于:所述后轮变径机构(8)包括第二拉紧板(81)、第二支杆滑座(82)、第二限位板(83)、第二限位轴(84)、第二限位杆(85)，和套装在第二限位轴(84)上的第二弹簧(86)，所述第二限位板(83)与防水壳体(2)侧壁连接，第二限位轴(84)—端与防水壳体(2)尾部连接，另一端电机(44)后端连接，第二限位杆(85)—端与第二限位板(83)连接，另一端与防水壳体(2)尾部连接，第二支杆滑座(82)套装在第二限位轴(84)和第二限位杆(85)上，第二弹簧(86)套装在第二限位轴(84)上，第二弹簧(86)—端与第二支杆滑座(82)连接，另一端与防水壳体(2)尾部连接，第二拉紧板(81)—端与第二支杆滑座(82)铰接，另一端与驱动连接板(62)中部铰接。5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的智能化数字式钻孔全景摄像装置，其特征在于:所述全景摄像机构(5)包括磁性罗盘(51)、锥面反射(52)、照明设备(53)、定位传感器(54)、图像传感器(55)、全景摄像头(56)和摄像头底座(57)，磁性罗盘(51)安装于透明管(3)顶部，照明设备(53)安装在透明管(3)侧壁上，定位传感器(54)和图像传感器(55)均安装在透明管(3)侧壁上，锥面反射(52)与透明管(3)侧壁连接并位于磁性罗盘(51)和照明设备(53)之间，摄像头底座(57)安装于防水壳体(2)顶部，全景摄像头(56)安装在摄像头底座(57)上。
【文档编号】H04N7/18GK105898236SQ201610371163
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】周辉, 黄磊, 卢景景, 张传庆, 胡大伟, 胡明明, 高阳, 刘海涛
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所