一种适用于水平孔或上仰孔的高精度自动成像辅助装置

技术领域

本发明涉及物探专业钻孔成像技术领域，尤其涉及一种适用于水平孔或上仰孔的高精度自动成像辅助装置。

背景技术

钻孔成像也称全景数字成像技术，通过将摄像镜头伸进孔内，摄像镜头前进时信号线会带动计数轮旋转，实现仪器记录深度功能。当摄像镜头前进△L距离时，计数器激发一个脉冲，同时抓拍一张距离△L的环带状孔壁图像，沿其某一方向展开，把获取的多个展开图依次拼接，获得孔壁展开图。

根据公布号为CN104297889A公开的一种钻孔电视摄像镜头推进装置，包括摄像镜头，所述摄像镜头的后端设有扶杆，所述的扶杆是中空结构管体，所述的扶杆上设有带动扶杆前后运动的横滚轮组和竖滚轮组，所述的横滚轮组与竖滚轮组相互垂直；钻孔电视摄像镜头推进装置保障摄像头的居中，图像不会因镜头偏移发生了变形，提高计算准确性，但在实际使用中仍存在一定的缺陷，在水平孔或上仰孔下方有泥土或小碎石，由于两个方向的滚轮组交错设置，当镜头不断推进过程中，导致滚轮组之间的泥土或小碎石会越积越多，摄像镜头推进受阻，难以被推进；此外钻孔变径现象经常存在，当摄像镜头到变径的位置时，竖滚轮组垂直于变径处台阶的滚轮组可以通过，而平行于变径处台阶的横滚轮组可能会卡在台阶处，导致镜头无法推进。扶杆为刚体，而摄像镜头的信号线为电线，具有一定伸缩性，在人为推进过程中很难把握推进的速度，如镜头突然加速前进n*△L距离(假设每次抓拍△L高的图像)，信号线拉长了(n-1)*△L，在计数轮位置信号线仅前进了1*△L距离，也就是说拍了一张照片，此时丢失了(n-1)*△L距离的图像，导致图像不连续。反之，镜头突然减速或突然停止前进，而信号线上的残留涨力仍会带动传动轮和计数器转动，受计数器产生的脉冲控制仍会继续拍照，导致在一个位置拍到多张同样照片，拼接在一起形成条带状图像。且人工推进耗费人力大，一般情况下，拍照速度为1米/秒，一个200m的孔需要3个多小时，采用人工推进时耗费人力大，往往需要几个人轮流完成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于水平孔或上仰孔的高精度自动成像辅助装置，可将摄像镜头匀速推进到孔底并实现摄像镜头居中、连续自动拍照，可以避免摄像镜头行进时突然前进或停止而导致拍摄的图片有缺失或重复现象；通过机械自动化推进，保证摄像镜头推进速度均匀，避免摄像镜头抖动造成的图像扭曲，且大大节省人力；相互平行的滚动轮可以保证镜头居中，防止镜头粘附孔壁脏物。居中保证不同方向拍到的图像色彩均匀，提升图像质量；装置推进过程中可以避免泥土和砂石的堆积造成的堵塞现象，车轮式设计保障装置顺利推进；装置在遇到钻孔变径的台阶时，上面设置的相互平行的数对滚动轮可轻松的滚过变径处的台阶，避免装置在变径台阶处的卡顿。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种适用于水平孔或上仰孔的高精度自动成像辅助装置，包括轴杆，所述轴杆前端固定连接有摄像镜头，在摄像镜头后部的轴杆上设置有使镜头居中的居中装置，在孔外的轴杆上设置有使轴杆自动推进并自动拍照的的自动推进装置。

优选地，所述居中装置包括轴杆上设置的数对可转动的滚动轮，各对所述滚动轮包括轴杆两侧对称设置的两个滚动轮，数对所述滚动轮的轮面间相互平行。

优选地，所述滚动轮外圈呈台阶状，滚动轮左右两边呈不同的外径。

优选地，在连接滚动轮与轴杆的安装杆上，两端滚动轮的内侧对称设置有空心圆管。

优选地，所述轴杆前端杆内固设有长螺丝，长螺丝呈圆柱状，外径与轴杆内径相同；轴杆后端杆内固设有长螺母，长螺母为圆柱状，外径与轴杆内径相同，长螺母内径与长螺丝相匹配。

优选地，所述自动推进装置包括加压传动轮、主动传动轮、从动传动轮，所述从动传动轮转动设置于主动传动轮后部，与主动传动轮等高且处于同一平面，加压传动轮设置在主动传动轮与从动传动轮之间的上部，与主动传动轮与从动传动轮处于同一平面，加压传动轮可调节高度的转动设置，上部的加压传动轮将轴杆压紧在主动传动轮与从动传动轮上。

优选地，所述加压传动轮转动连接在加压轮支架上，加压轮支架一端与底部转动连接，另一端与底部弹性连接。

优选地，所述加压轮支架与底部弹性连接的一端，加压轮支架内部设置有横梁，鱼眼螺丝穿过横梁与加压轮支架边框间的缝隙，上部通过羊角螺母卡紧固定，鱼眼螺丝底部连接弹簧，弹簧底部连接吊环螺母，吊环螺母通过螺丝与底部固定连接，在加压轮支架后端设置有伸出加压轮支架框体的加压杆。

优选地，所述加压传动轮、主动传动轮与从动传动轮均为两侧一大一小的同心双轮面，轮面均为向内的半圆凹槽，主动传动轮和从动传动轮的大轮与加压传动轮的小轮处于同一平面，主动传动轮与从动传动轮的小轮与加压传动轮的大轮处于同一平面。

优选地，所述自动推进装置后部分别设置有一高一低的两组轴杆支架，高组轴杆支架满足轴杆通过主动传动轮的大轮与从动传动轮的大轮高度，低组轴杆支架满足轴杆通过主动传动轮的小轮与从动传动轮的小轮高度。

优选地，在主动传动轮与从动传动轮之间的下部转动设置有第一变向轮，所述加压从动轮同轴的一侧设置有第二变向轮，在主动传动轮与从动传动轮的轴上，在同侧分别转动设置有单槽传动轮与计数轮，计数轮外侧转动设置有压线轮，摄像镜头信号线首先由单槽传动轮的轮面上部经过，再向下由第一变向轮下部绕过，由下向上顺时针绕计数轮一圈，再由下向上逆时针方向绕向第二变向轮，最后由压线轮底部穿出，压线轮的底部固设有光轴，压线轮将摄像镜头信号线压在光轴上。

优选地，在水平孔或上仰孔的孔口设置有固定自动推进装置的孔口固定装置，所述孔口固定装置包括套管固定器和装备固定器，所述套管固定器与孔口可拆卸连接，所述套管固定器与装备固定器可拆卸连接，装备固定器与自动推进装置可拆卸连接。

优选地，所述套管固定器为圆柱形空心管，所述套管固定器内部圆周方向设置有顶固螺丝，顶固螺丝由内向外旋出卡紧孔口内壁，可根据孔口径大小更换顶固螺丝长度。

优选地，所述装备固定器为等六边形通管，在六边形方向设置有顶固螺丝，螺丝由外向内旋进卡紧套管固定器。

优选地，所述装备固定器的等六边形通管方向的一侧固设有连接板，连接板与自动推进装置可拆卸连接。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明的居中装置设置有数对相互平行的滚动轮，装置在推进过程中遇到泥土和砂石，泥土和砂石可由每对相互平行的滚动轮中间通过，而不会逐渐堆积堵塞；在推进过程中，遇到变径的台阶时，由于数对滚动轮方向相互平行，滚动轮可直接滚过变径处的台阶，保障镜头自身不会在变径处卡住。

2、本发明的居中装置，通过数对相互平行的滚动轮，使得安装在轴杆上的摄像镜头始终保证居中，摄像镜头居中解决了不同径向图像色差大问题，保证拍摄的图像真实性；摄像镜头居中使镜头远离孔壁，避免孔壁上污物粘附到光学镜头上；摄像镜头居中后拍摄的图像不变形，可降低结构面倾角、倾向计算误差；居中装置的滚动轮使得装置更容易推进，减小装置与孔壁的摩擦力。

3、本发明的居中装置，在推进过程中摄像镜头更加平稳，克服了摄像镜头与孔壁摩擦，减小了镜头内部可自由转动的陀螺来回摆动，大大降低了图像变形程度；居中装置在推进过程中，前进速度更加容易受控，克服了突然前进和突然停止而导致图像不连续和重叠现象，图像连贯性更好。

4、本发明的居中装置的滚动轮，外圈呈台阶状，左右两边呈不同的外径，一对滚动轮通过正面和反面的安装，可适用于两种不同尺寸的孔径，节约了材料与成本。

5、本发明的居中装置后端设置的导向器，尾部的锥形设计有利于装置在遇到变径时更容易拔出。

6、本发明的自动推进装置通过主动传动轮、从动传动轮和加压传动轮将轴杆夹紧，主动传动轮连接电机，通过电机自动将轴杆推进孔口内，自动推进代替了人力推进，可以保证推进速度均匀，保证拍摄图片的连贯性与质量，也大大节约了人力成本。

7、本发明的自动推进装置通过第一变向轮、第二变向轮、单槽传动轮、计数轮和压线轮缠绕摄像镜头的信号线，可以更好的配合摄像镜头在孔内的前进与计数器计数的同步，消除了由于摄像镜头信号线弹性而导致丢失图像和图像重复的问题。

8、本发明的孔口固定装置，用来固定自动推进装置，对于不同直径的孔，可以更换孔口固定装置上的不同长度的顶固螺丝来满足紧固需求，增强了装置的适配性，节约了材料成本。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明的居中装置的结构示意图。

图3为本发明的自动推进装置的结构示意图。

图4为本发明的自动推进装置去加压传动轮的俯视图。

图5为本发明的自动控住装置的摄像镜头信号线的绕线图。

图6为本发明的自动推进装置的后视图。

图7为本发明的自动推进装置的前视图。

图8为本发明的孔口固定装置的结构示意图。

其中：1、轴杆；2、滚动轮；3、安装杆；4、空心圆管；5、长螺丝；6、长螺母；7、镜头连接头；8、摄像镜头信号线；9、导向器；10、左挡板；11、右挡板；12、底板；13、横挡板；14、加压传动轮；15、主动传动轮；16、从动传动轮；17、电机；18、光轴支架；19、加压轮支架；20、轴杆支架；21、第一变向轮；22、第二变向轮；23、单槽传动轮；24、计数轮；25、计数器；26、压线轮；27、套管固定器；28、装备固定器；29、连接板；30、加压杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1至图8，本发明提供一种技术方案：

一种适用于水平孔或上仰孔的高精度自动成像辅助装置，包括轴杆1，轴杆1前端固定连接有摄像镜头，在摄像镜头后部的轴杆1上设置有使镜头居中的居中装置，在孔外的轴杆1上设置有使轴杆自动推进的自动推进装置，在水平孔或上仰孔的孔口设置有固定自动推进装置的孔口固定装置。

居中装置包括轴杆上设置的数对可转动的滚动轮2，滚动轮2有利于轴杆1的推进；各对滚动轮2包括轴杆1两侧对称设置的两个滚动轮2，数对滚动轮2的轮面间相互平行，工作时可根据仪器上显示滚动轮2姿态保障滚动轮2轮面与孔壁处于垂直状态；孔壁上的泥土可以从每一对轮之间通过，避免泥土逐渐堆积，造成摄像镜头难以推进，本发明将数对滚动轮2设置为相互平行，便可以避免变径处台阶与泥土堆积造成的摄像镜头难以推进的问题；每一对滚动轮2与孔相切于四个点，始终保障摄像镜头居中，解决了不同径向图像色差大的问题，保证拍摄的图像真实性；镜头居中使镜头远离孔壁，避免孔壁上污物粘附到光学镜头上；镜头居中可降低图形变形，降低结构面倾角、倾向计算误差。

轴杆1在需要安装滚动轮的位置上开设安装孔，滚动轮2通过安装杆3安装在轴杆1上，在轴杆1上设置有三对相互平行的滚动轮2。每个滚动轮2中间空心部分设置有环状凸起，在环状凸起的两端共安装有一对轴承，用两个轴承固定在滚动轮2环状凸起两侧，可以有效防止轮子脱落。滚动轮2的外圈呈台阶状，滚动轮2左右两边呈不同的外径，外径一边大一边小，通过滚动轮2正反不同的安装，滚动轮2外圈外径较大的一边朝外时适用的孔径比朝内大，因此一套滚动轮2可以适用于两种不同孔径的钻孔，有利于节约材料，节约成本。安装杆3穿过轴杆1上的安装孔，可将滚动轮2安装在轴杆1上，滚动轮2正反安装时使用的安装杆3长度不同。当使用于较大孔径时，在安装杆3上每组滚动轮2的内侧对称套设空心圆管4，空心圆管4对滚动轮2有限位作用，可增加每对轮间距离，适配于滚动轮2与孔壁刚好相切，保障每对轮与孔壁接触点沿圆周均匀分布，防止滚动轮2在安装杆3上来回移动。

轴杆1为压力管，强度高且不容易折弯，具有一定导向作用，保障镜面轴线与孔径轴线方向一致。在轴杆1的前端杆内焊接有长螺丝5，为圆柱状，长螺丝5的外径与轴杆1内径相同。在轴杆1后端杆内焊接有长螺母6，为圆柱状，长螺母6的外径与轴杆1的内径相同。长螺丝5与长螺母6均是连接作用，轴杆1内焊长螺丝5与长螺母6，可保证长螺丝5、长螺母6与轴杆1轴线在一条直线上，降低了在轴杆1上焊接长螺丝5、长螺母6时轴线与轴杆1在一条直线的工艺难度。后期需要加接的推杆与长螺母6螺纹连接，前端的长螺丝5与镜头连接头7通过螺纹连接。镜头连接头7整体为柱状结构，从一端开设有与摄像镜头匹配的凹槽，与摄像镜头尾端大小相适应，尾部逐渐收成锥形，尾部锥形内部设置有内螺纹，可与轴杆1前端的长螺丝5连接。在镜头连接头7与轴杆1的长螺丝5之间设置有橡胶垫片，使得连接更加紧固。镜头连接头7的侧面开设有电线预留口和卡紧螺纹孔，电线预留口方便摄像镜头信号线8穿过，在卡紧螺纹孔上安装螺丝将摄像镜头紧固在镜头连接头7上。

轴杆1的后端固设有导向器9，导向器9外部一端呈圆柱状，逐渐收缩为圆锥状，圆柱状的结构朝轴杆前端方向。导向器9后端同镜头连接头7的后端一样，设计成锥形是为了在变径位置更容易拔出，防止装置在拔出时受阻。导向器9圆柱状部分开设有固定螺纹孔，用固定螺丝将导向器9固定在轴杆1上。导向器9上还开设有让摄像镜头信号线8穿过的过线槽，对摄像镜头信号线8起保护限位和保护的作用。孔径增大时，导向器9的尺寸相应增大，地质勘探中，常见的钻孔孔径为75mm、90mm、110mm、130mm这四种，但本发明并不限于这四种孔径。

自动推进装置包括主动传动轮15、从动传动轮16、加压传动轮14；自动推进装置优选用支架来固定连接。其中支架包括左挡板10、右挡板11、底板12和横挡板13，横挡板13设置在左挡板10与右挡板11之间，空间垂直于左挡板10、右挡板11和底板12，左挡板10、右挡板11和底板12优选为镂空状，可以减少重量，便于安装和拆卸。底板12的上表面焊接有螺母，螺母与常见的测量用的三脚架螺丝相匹配，可以通过螺母将本发明固定在三脚架上，螺母焊接在上表面更有利于平放、装箱和运输，且底板12上表面的螺母位于整个装置重心的正下方，保证装置在工作时不易翻倒；在横挡板13的内表面焊接有螺母，用来连接固定自动推进装置，但支架结构不局限于上述结构，可以满足固定作用的结构均可。

加压传动轮14将轴杆1压在主动传动轮15与从动传动轮16上，主动传动轮15连接电机17实现轴杆1的自动推进。电机17优选步进电机，可以更好的控制转动速度，电机17固设在支架右挡板11外部一侧，电机17与支架右挡板11之间设置有塑性垫片，可保证电机17与支架右挡板11连接紧固。电机17有一定防水性，可适应外界环境，插座选用五孔航空插座，过线孔位于下面，可以更好防止雨水流入，保障线路不会短路。电机17通过联轴器与光轴与主动传动轮15固定连接，主动传动轮15与光轴的连接采用两个法兰式联轴器，通过螺丝把主动传动轮15与电机17固定在光轴上，主动传动轮15设置在支架内部，在主动传动轮15光轴连接电机17的另一端，支架左挡板10的外侧固设有光轴支架18用来穿设光轴，光轴支架18内部设置有轴承，可以保证光轴的灵活转动。从动传动轮16与光轴转动连接，设置在支架内部，位于主动传动轮15的后部，与主动传动轮15等高且轮处于一个平面。在支架右挡板11的外侧设置的光轴支架18用来穿设从动传动轮16的光轴，可以保证光轴的灵活转动。加压传动轮14设置在主动传动轮15与从动传动轮16之间的上部，与主动传动轮15和从动传动轮16处于同一平面，加压传动轮14转动连接在加压轮支架19上，加压轮支架19为长方形的框体结构，在长方形框体长边开设有孔，将长螺丝杆贯穿设置在孔内，在长方形框体内部的长螺丝杆上穿设加压传动轮14，加压传动轮14内部设置有轴承，保证加压传动轮14的自由转动。加压轮支架19一端通过杆与支架的左挡板10与右挡板11转动连接，在加压轮支架19另一端内部设置有横梁，鱼眼螺丝穿过横梁与加压轮支架19边框间的缝隙，上部通过羊角螺母卡紧固定，上部的羊角螺母可以卡在缝隙上面，可以用手松紧，操作方便快捷。紧靠羊角螺母下方有轴承，在拧羊角螺母时可节省力气，鱼眼螺丝底部连接弹簧，弹簧底部连接吊环螺母，吊环螺母通过螺丝与支架的底板12固定连接，弹簧可以为加压传动轮14提供向下的拉力，保证加压传动轮14将轴杆1压紧在主动传动轮15与从动传动轮16上，使得轴杆1在推进过程中不发生打滑现象，在摄像镜头受阻无法推进时，弹簧式的拉力装置可以保证轴杆1受力过大时在主动传动轮15上能发生打滑，起到保护摄像镜头的作用。在加压轮支架19后端设置有伸出加压轮支架19框体的加压杆30，加压杆30在弹簧式拉力装置拉力不足时，可向下压加压杆30提供额外的力并将轴杆1压紧在传动轮间；主动传动轮15、从动传动轮16和加压传动轮14均采用两侧一大一小的同心双轮面结构，轮面均为向内的半圆凹槽，半圆凹槽的直径与轴杆的外径相同，同时轮面半圆凹槽的表面打毛，可以增加轴杆与轮面之间的摩擦力，保证主动传动轮15转动时带动轴杆1前进。主动传动轮15与从动传动轮16的大轮与加压传动轮14的小轮处于同一平面，主动传动轮15与从动传动轮16的小轮与加压传动轮14的大轮处于同一平面。当摄像镜头推进深度不大时采用主动传动轮15的大轮配合从动传动轮16的大轮以及加压传动轮14的小轮推进轴杆1，当摄像镜头推进深度较大时采用主动传动轮15的小轮推进，同时配合从动传动轮16的小轮与加压传动轮14的大轮，可以提供更大的推力。在支架后部分别设置有一高一低的两组轴杆支架20，高组轴杆支架20的高度满足轴杆1通过主动传动轮15大轮的高度，低组轴杆支架20满足轴杆1通过主动传动轮15小轮的高度，轴杆支架20每组由两根相同高度的全牙螺丝和顶端的羊角螺母组成，轴杆1支撑在羊角螺母上。

在支架内部主动传动轮15与从动传动轮16之间的下部设置有第一变向轮21，第一变向轮21通过长螺丝杆转动连接在支架内部，在第一变向轮21的内部设置有轴承保证灵活转动，在长螺丝杆上第一变向轮21的两侧设置有螺母，螺母起到限位作用。在加压轮支架19左边的外侧，与加压传动轮14同轴转动设置有第二变向轮22，此根轴为长螺丝杆，在长螺丝杆上第二变向轮22的左侧设置有限制第二变向轮22的位置的螺母。在支架内部主动传动轮15与从动传动轮16的光轴的左侧，分别设置有单槽传动轮23与计数轮24，单槽传动轮23与计数轮24轮面为单槽向内凹的半圆结构，轮的大小与主动传动轮15的大轮等大。单槽传动轮23的内部设置有轴承，可保证单槽传动轮23在光轴上自由转动。在单槽传动轮23与主动传动轮15之间设置有毛细钢管，可保证两个轮的独立转动。在单槽传动轮23与支架之间设置的毛细钢管对单槽传动轮23进行限位。计数轮24与从动传动轮16之间设置有毛细钢管，保障两个轮的独立转动。用螺丝将一个变径联轴器、法兰连接器、连接计数轮24的光轴和计数轮24依次固定连接，变径联轴器的另一端固定连接计数器25，计数器25固定在支架左挡板10的外侧。计数器25与支架左挡板10之间设置有塑性垫片，保障计数器25的稳固。计数器25的插座选用四孔航空插座，与电机17的插座区分开，四孔航空插座过线孔位于下面，防止雨水流入。计数轮24的转动可以带动与之固定连接的光轴转动，光轴连接的联轴器使得计数器25内部转动计数，其中计数轮24的轮面凹槽的内径与计数器25相匹配，保障激发一个脉冲抓拍的图片长度与镜头前进距离相等，达到无缝拼接的效果。在计数轮24与支架内侧之间偏下位置设置有压线轮26，压线轮26内部设置有轴承，转动连接在支架的内侧。压线轮26与第一变向轮21、第二变向轮22均为小轮，轮面均为向内凹的半圆槽。摄像镜头信号线8首先由单槽传动轮23的轮面经过，再向下由第一变向轮21的下部绕过，由下向上顺时针绕计数轮24一圈，再由下向上逆时针方向绕向第二变向轮22，再由压线轮26底部穿出，在压线轮26的底部设置的光轴与支架固定连接，压线轮26可以将摄像镜头信号线8压在光轴上，保障摄像镜头信号线8不会脱离凹槽。摄像镜头信号线8绕过与第一变向轮21，第二变向轮22、单槽传动轮23，计数轮24与压线轮26，增加了摩擦力，保障摄像镜头信号线8与计数轮24之间不会打滑，保证记录深度的准确性。

孔口固定装置包括套管固定器27和装备固定器28，套管固定器27为圆柱形空心管，套管固定器27内部圆周方向均匀焊接三列顶固螺丝，每列设置两个顶固螺丝，顶固螺丝通过在套管固定器27内壁焊接螺母，顶固螺丝由内向外旋出可将套管固定器27卡紧在孔口内壁，均匀分布的两圈顶固螺丝可以保障套管固定器27在受力不均时不易发生倾斜。顶固螺丝根据孔口径大小可更换长度。顶固螺丝一端成锥形，使得拧顶固螺丝时更加省力。装备固定器28为等六边形通管，在六边形方向均匀设置有三列顶固螺丝，每列设置有两个顶固螺丝，顶固螺丝通过在六边形通管的外壁焊接螺母，顶固螺丝通过螺母由外向内旋进，将套管固定器27卡紧，两圈均匀分布的顶固螺丝可保障装备固定器28在受力不均时不易发生倾斜。顶固螺丝一端呈锥形，使得松紧时更加省力。当水平孔内有套管时，不需要额外再安装套管固定器27，用装备固定器28将套管采用卡紧套管固定器27同样的方式卡紧。同时在装备固定器28的等六边形通管方向的一侧固设有连接板29，用螺丝将连接板29与横挡板13连接，从而把装备固定器28和自动推进装置进行固定连接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。