一種隨鉆測量的電鉆裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種隨鉆測量的電鉆裝置，包括結構體、控制測量電路、位移測量裝置、電源和配電裝置。本發明提出的一種隨鉆測量的電鉆裝置可以隨鉆測量鉆孔的深度或被鉆物體的厚度。本發明提出的一種隨鉆測量的電鉆裝置，其鉆頭可同時產生旋轉切削與向前或后的平動。該裝置具備簡便，靈活，易于實現自動化控制，以及能夠隨鉆測量孔洞深度和層結構物體厚度等特點。
【專利說明】
一種隨鉆測量的電鉆裝置
技術領域
[0001]本發明涉及電鉆領域，具體是一種隨鉆測量的電鉆裝置。
【背景技術】
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[0002]傳統電鉆在工作時對鉆孔的深度無法給出準確的數值，而且，對于具有層結構的物體，無法給出層厚的數值。電鉆鉆頭大多只產生具有切削功能的旋轉力，如平鉆，以及有限的平動推力，如沖擊鉆，而且需要人工雙手操作，提供向前的推力才能完成較深孔洞的操作工作，無法實現自動完成鉆孔工作，從而實現自動化，降低了工作效率。
【發明內容】
:
[0003]本發明的目的在于提供一種隨鉆測量的電鉆裝置，具備簡便，靈活，自動、可遙控的特點。所屬裝置能夠隨鉆測量孔洞深度和層結構物體厚度。所述隨鉆測量的電鉆裝置適用于任意一種位移平臺，用于遙控或自動作業。所述位移平臺優選車載，遙控車載，數控機床搭載，機器人搭載、機器臂搭載和無人機搭載等。所述作業優選監測冰面厚度、密度和硬度。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]本發明的一種隨鉆測量的電鉆裝置包括結構體、控制測量電路、位移測量裝置、電源和配電裝置。
[0006]所述的結構體包括電路盒、側支架、頂支架、滑軌、滑槽、電動機、電動機固定桿、鉆頭固定夾，雙螺紋鉆頭、異型螺母桿和推力彈簧。所述的雙螺紋鉆頭，指在靠近鉆頭外端的螺紋為適合旋轉切削物體的鉆頭螺紋，例如麻花鉆螺紋，在接近電機與異型螺母桿相連的部分的螺紋為螺栓螺紋，異型螺母桿與雙螺紋鉆頭的螺栓螺紋相匹配，螺紋的螺距和電機的轉速控制了鉆頭旋轉推出和收回平動的速度，可以根據目標物體的特性來常規配置。
[0007]所述電動機固定桿與電動機固定，兩端與兩個滑槽相連，然后再與兩個滑軌相連，滑軌與兩個側支架固定；電動機通過鉆頭固定夾與雙螺紋鉆頭相連，異形螺母桿通過螺紋與鉆頭相連，然后兩端與支架固定;推力彈簧與頂支架和電動機相連，提供沿鉆頭向外方向的推力。當電機順異形螺母桿的螺紋旋轉時，電動機、鉆頭固定夾、雙螺紋鉆頭、電動機固定桿和滑槽將作為整體，沿滑軌順鉆頭方向相外旋出，從而鉆入目標物體;反之，當電機逆螺紋旋轉時，電動機、鉆頭固定夾、雙螺紋鉆頭、電動機固定桿和滑槽將作為整體，沿滑軌順鉆頭方向向內收回，從而恢復原位，完成一次鉆孔。
[0008]所述隨鉆測量的電鉆裝置的控制測量電路包括微處理器或嵌入式處理器，外圍輔助電路、電機驅動控制電路、電流采集電路、數字通信控制接口電路和數據存儲和傳輸電路。所述微處理器或嵌入式處理器包括時間計時模塊，數據處理模塊和數據包生成模塊等。所述外圍輔助電路包括但不限于支持微處理器或嵌入式處理器正常運行的E2PR0M或FLASH等電路。所述電機驅動控制電路可以控制電機的開與關，而且可以控制鉆頭旋轉的方向，可以通過按鍵、數控、定時或遙控等方式實現。所述的電流采集電路可以采樣電機驅動控制電路的電流信息，從而獲取電機的功率。所述數字通信控制接口電路可以與位移測量裝置進行數字通信和數據交互，并對位移測量裝置進行控制。所述的數據存儲和傳輸電路可以對觀測數據及計算結果進行存儲和傳輸，存儲方式包括USB、SD卡等方式，傳輸方式包括有線也可以是無線方式。
[0009]所述的位移測量裝置包括電阻式長度測量器，或光學距離探測器，或編碼計數器等。
[0010]所述的電源和配電裝置包括可以接220V的交流電源及適配器，或電池裝置。
[0011]本發明的優點與積極效果:
[0012]1、本發明可以在電鉆裝置鉆孔時同時獲得鉆孔的深度，如果目標物體有層狀結構，還可以測得分層的厚度信息。
[0013]2、本發明的電鉆裝置的鉆頭同時具備旋轉切削力和向前或向后的推力，本發明的結構簡單，搭載不同的載體能夠實現自動、數控或遙控等鉆孔作業，并獲取孔深或具備層狀物理的層厚等信息。
【附圖說明】
[0014]圖1為隨鉆測量的電鉆裝置結構示意圖。
[0015]包括:電路盒1、頂支架2、側支架3、電動機固定桿4、電動機5、滑槽6、滑軌7、鉆頭固定夾8、異型螺母桿9、雙螺紋鉆頭10和推力彈簧IUA端到B端指示滑槽6與頂支架2之間一側滑軌7的電阻。
[0016]圖2隨鉆測量的電鉆裝置的側視圖。
[0017]包括:電路盒1、頂支架2、側支架3、電動機固定桿4、電動機5、滑槽6、滑軌7、鉆頭固定夾8，、異型螺母桿9、雙螺紋鉆頭10和推力彈簧11 J端到B端指示滑槽6與頂支架2之間一側滑軌7的電阻。
[0018]圖3隨鉆測量的電鉆裝置控制測量電路示意圖。
[0019]圖4隨鉆測量的電鉆裝置應用于無人機平臺進行海冰厚度監測的示意圖。
[0020]包括:無人機本體401，隨鉆測量的電鉆裝置402，攝像裝置403和目標海冰冰層404。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
[0022]實施例1
[0023]參照圖1和2所示，本實施例的一種隨鉆測量的電鉆裝置，包括結構體、控制測量電路、位移測量裝置和電源和配電裝置。
[0024]本實施例中隨鉆測量的電鉆裝置的結構體包括電路盒1、頂支架2、側支架3、電動機固定桿4、電動機5、滑槽6、滑軌7、鉆頭固定夾8、異型螺母桿9、雙螺紋鉆頭10和推力彈簧U。所述的兩個側支架2底部與被測物體向連，所述電鉆設備工作時，使雙螺紋鉆頭10與被鉆目標物體表面保持垂直。所述的雙螺紋鉆頭10，在靠近鉆頭外端的螺紋為適合旋轉切削物體的麻花鉆螺紋，接近電動機5與異型螺母桿9相連的部分為螺栓螺紋，異型螺母桿9與雙螺紋鉆頭10的螺栓螺紋相匹配，該螺距和電動機5的轉速控制了鉆頭旋轉推出和收回平動的速度。電動機固定桿4與電動機5固連，兩端與兩個滑槽6相連，然后再與兩個滑軌7相連，滑軌7與兩個側支架3固連;電動機5通過鉆頭固定夾8與雙螺紋鉆頭10相連，異形螺母桿9通過螺紋與雙螺紋鉆頭10螺栓螺紋部分相連，然后兩端分別與兩個側支架3固連;推力彈簧22與頂支架2和電動機5相連，提供沿雙螺紋鉆頭10向外方向的推力。當電動機5順異型螺母桿9中的螺母螺紋旋轉時，電動機5、鉆頭固定夾8、雙螺紋鉆頭10、電動機固定桿4和兩個滑槽6將作為整體，沿滑軌7順雙螺紋鉆頭10方向相外旋出，從而鉆進目標物體;反之，當電動機5逆異型螺母桿9中的螺母螺紋旋轉時，電動機5、鉆頭固定夾8、雙螺紋鉆頭10、電動機固定桿4和兩個滑槽6將作為整體，沿滑軌7順雙螺紋鉆頭10方向向內收回，從而恢復原位，完成一次鉆孔作業。
[0025]本實施例中隨鉆測量的電鉆裝置的位置測量裝置采用電阻式長度測量器，電源和配電裝置采用外接220V交流電。本實施例中隨鉆測量的電鉆裝置的電阻式長度測量器電路、電源和配電裝置適配電路和控制測量電路全部在電路盒I中，起到保護作用。
[0026]參照圖3，本實施例中隨鉆測量的電鉆裝置的控制測量電路，包括嵌入式處理器1I，外圍輔助電路102，電機驅動控制電路103、電流采樣電路104，數字通信控制接口電路105和數據存儲和傳輸電路106。所述嵌入式處理器101采用ARM芯片實現，包括時間計時模塊，數據處理模塊和數據包生成模塊等;所述電動機驅動控制電路103控制電機的開關與旋轉方向，本實施例通過按鈕實現電機的開關與旋轉方向的控制;所述電流采樣電路104采樣電動機驅動控制電路103的電流，進而得到電動機工作功率隨時間的變化值;所述數字通信控制接口電路通過控制線路電平控制電阻式長度測量器的工作狀態，并采用RS232串口電路接收電阻式長度測量器測量數據;所述數據存儲和傳輸電路采用SD卡存儲電路。
[0027]參照圖1和2，滑軌7使用電阻均勻的材料制作，電阻式長度測量器測量滑槽6與頂支架2之間一側滑軌7的A到B點的電阻，由于滑軌7的A到B點的電阻與長度成正比，在嵌入式處理器101和數字通信控制控制接口電路105的控制下可以獲取滑軌7的A到B點的長度隨時間的變化數據。
[0028]本實施例中隨鉆測量的電鉆裝置測量孔深或具備層狀結構物體層厚的原理如下:由于電機功率在空載，即沒有接觸目標物體空負載旋轉時功率較低，在接觸目標物體鉆孔時電機輸出功率高，并在鉆孔過程中電機維持較高功率輸出，當目標物體為層狀結構時，當鉆頭鉆透物體后電動機功率又恢復空載低功率狀態。如上所述，通過電流采樣電路104可以獲取電動機工作功率隨時間的變化數據，通過電阻式長度測量器可以獲取滑軌7的A到B點的長度隨時間的變化數據，在嵌入式處理器101的數據處理模塊中通過簡單變量轉換計算，可以獲取滑軌7的A到B點的長度與電動機205輸出功率曲線，其中高功率輸出對應的A到B點的長度變化距離即為孔深或層厚度。
[0029]實施例2
[0030]本實施例的一種隨鉆測量的電鉆裝置，其基本結構與實施例1相同，其不同之處在于:位移測量裝置采用激光測距儀，測量滑軌7的A到B點的長度，其優點是測量孔深或厚度的精度高。
[0031]實施例3
[0032]本實施例的一種隨鉆測量的電鉆裝置，其基本結構與實施例1相同，其不同之處在于:位移測量裝置采用編碼計數器，在鉆頭固定夾8安裝編碼計數器測量雙螺紋鉆頭10正向和反向旋轉的圈數，根據雙螺紋鉆頭10螺栓螺紋的螺距，計算獲取滑軌7的A到B點的長度。其優點是測量孔深或厚度的精度高。此外，其控制測量電路的電機驅動控制電路采用遙控方式，數據存儲和傳輸電路采用無線傳輸方式，其優點是無須現場人工操作，更容易遠程控制自動化。
[0033]實施例4
[0034]參照圖4，本實施例的一種隨鉆測量的電鉆裝置應用與無人機平臺的海冰厚度監測。本實施例中，包括無人機本體401，隨鉆測量的電鉆裝置402，攝像裝置403和目標海冰冰層404。本實施例的一種隨鉆測量的電鉆裝置402其基本結構與實施例1相同，其不同之處在于:其搭載的平臺為四旋翼式無人機平臺，可以利用無人機靈活，快速的優勢實現大范圍海冰厚度冰情要素的探測，對冰情監測，尤其是海冰災害的冰情監測可以發揮重要作用。其控制電路采用遙控方式，數據存儲和傳輸電路采用無線傳輸方式，結合無人機的視頻設備可以實現遠距離遙控操作，安全而且高效。
[0035]以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限定性，附圖中所示的也只是本發明的實時方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種隨鉆測量的電鉆裝置，其特征在于包括結構體、控制測量電路、位移測量裝置、電源和配電裝置。2.權利要求1所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述結構體包括電路盒(I)、頂支架(2)、側支架(3)、電動機固定桿(4)、電動機(5)、滑槽(6)、滑軌(7)、鉆頭固定夾(8)、異型螺母桿(9)、雙螺紋鉆頭(10)和推力彈簧(11)。3.權利要求2所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述的結構體中的雙螺紋鉆頭是指在靠近鉆頭外端的螺紋為鉆頭螺紋，在接近電機與異型螺母桿相連的部分的螺紋為螺栓螺紋，異型螺母桿與雙螺紋鉆頭的螺栓螺紋相匹配。4.權利要求3所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述的結構體中的電動機固定桿(4)與電動機(5)固定，兩端與兩個滑槽(6)相連，然后再與兩個滑軌(7)相連，滑軌(7)與兩個側支架(3)固定，電動機(5)通過鉆頭固定夾(8)與雙螺紋鉆頭(10)相連，異形螺母桿(9)通過螺紋與雙螺紋鉆頭(10)，然后兩端與支架固定，推力彈簧(11)與頂支架(2)和電動機(5)相連，提供沿鉆頭向外方向的推力。5.權利要求1-4中任一項所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述控制測量電路包括:微處理器或嵌入式處理器，以及外圍輔助電路、電機驅動控制電路、電流采集電路、數字通信控制接口電路和數據存儲和傳輸電路。6.權利要求5所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述控制測量電路中的微處理器或嵌入式處理器包括時間計時模塊，數據處理模塊和數據包生成模塊。7.權利要求6所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述控制測量電路中的外圍輔助電路包括支持微處理器或嵌入式處理器正常運行的E2PROM或FLASH等電路;所述電機驅動控制電路可以控制電機的開與關，而且可以控制鉆頭旋轉的方向，可以通過按鍵、數控、定時或遙控方式實現;所述電流采集電路可以采樣電機驅動控制電路的電流信息，從而獲取電機的功率;所述數字通信控制接口電路可以與位移測量裝置進行數字通信和數據交互，并對位移測量裝置進行控制;所述的數據存儲和傳輸電路可以對觀測數據及計算結果進行存儲和傳輸。8.權利要求1-4，6和7中任一項所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述位移測量裝置為電阻式長度測量器，或光學距離探測器，或編碼計數器。9.權利要求5所述的隨鉆測量的電鉆裝置，所述位移測量裝置為電阻式長度測量器，或光學距離探測器，或編碼計數器。10.權利要求1_4，6，7，9中任一項所述的隨鉆測量的電鉆裝置用于隨鉆測量孔洞深度或者層結構物體厚度的用途。11.權利要求10所述的隨鉆測量的電鉆裝置用于隨鉆測量冰面厚度的用途。12.權利要求10所述的隨鉆測量的電鉆裝置用于搭載無人機進行隨鉆測量孔洞深度或者層結構物體厚度的用途。
【文檔編號】E21B15/00GK105927150SQ201610220644
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】白偉華
【申請人】白偉華