CN105927150A - 一种随钻测量的电钻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种随钻测量的电钻装置，包括结构体、控制测量电路、位移测量装置、电源和配电装置。本发明提出的一种随钻测量的电钻装置可以随钻测量钻孔的深度或被钻物体的厚度。本发明提出的一种随钻测量的电钻装置，其钻头可同时产生旋转切削与向前或后的平动。该装置具备简便，灵活，易于实现自动化控制，以及能够随钻测量孔洞深度和层结构物体厚度等特点。
Description
技术领域
本发明涉及电钻领域，具体是一种随钻测量的电钻装置。
背景技术：
传统电钻在工作时对钻孔的深度无法给出准确的数值，而且，对于具有层结构的物体，无法给出层厚的数值。电钻钻头大多只产生具有切削功能的旋转力，如平钻，以及有限的平动推力，如冲击钻，而且需要人工双手操作，提供向前的推力才能完成较深孔洞的操作工作，无法实现自动完成钻孔工作，从而实现自动化，降低了工作效率。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种随钻测量的电钻装置，具备简便，灵活，自动、可遥控的特点。所属装置能够随钻测量孔洞深度和层结构物体厚度。所述随钻测量的电钻装置适用于任意一种位移平台，用于遥控或自动作业。所述位移平台优选车载，遥控车载，数控机床搭载，机器人搭载、机器臂搭载和无人机搭载等。所述作业优选监测冰面厚度、密度和硬度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种随钻测量的电钻装置包括结构体、控制测量电路、位移测量装置、电源和配电装置。
所述的结构体包括电路盒、侧支架、顶支架、滑轨、滑槽、电动机、电动机固定杆、钻头固定夹，双螺纹钻头、异型螺母杆和推力弹簧。所述的双螺纹钻头，指在靠近钻头外端的螺纹为适合旋转切削物体的钻头螺纹，例如麻花钻螺纹，在接近电机与异型螺母杆相连的部分的螺纹为螺栓螺纹，异型螺母杆与双螺纹钻头的螺栓螺纹相匹配，螺纹的螺距和电机的转速控制了钻头旋转推出和收回平动的速度，可以根据目标物体的特性来常规配置。
所述电动机固定杆与电动机固定，两端与两个滑槽相连，然后再与两个滑轨相连，滑轨与两个侧支架固定；电动机通过钻头固定夹与双螺纹钻头相连，异形螺母杆通过螺纹与钻头相连，然后两端与支架固定；推力弹簧与顶支架和电动机相连，提供沿钻头向外方向的推力。当电机顺异形螺母杆的螺纹旋转时，电动机、钻头固定夹、双螺纹钻头、电动机固定杆和滑槽将作为整体，沿滑轨顺钻头方向相外旋出，从而钻入目标物体；反之，当电机逆螺纹旋转时，电动机、钻头固定夹、双螺纹钻头、电动机固定杆和滑槽将作为整体，沿滑轨顺钻头方向向内收回，从而恢复原位，完成一次钻孔。
所述随钻测量的电钻装置的控制测量电路包括微处理器或嵌入式处理器，外围辅助电路、电机驱动控制电路、电流采集电路、数字通信控制接口电路和数据存储和传输电路。所述微处理器或嵌入式处理器包括时间计时模块，数据处理模块和数据包生成模块等。所述外围辅助电路包括但不限于支持微处理器或嵌入式处理器正常运行的E2PROM或FLASH等电路。所述电机驱动控制电路可以控制电机的开与关，而且可以控制钻头旋转的方向，可以通过按键、数控、定时或遥控等方式实现。所述的电流采集电路可以采样电机驱动控制电路的电流信息，从而获取电机的功率。所述数字通信控制接口电路可以与位移测量装置进行数字通信和数据交互，并对位移测量装置进行控制。所述的数据存储和传输电路可以对观测数据及计算结果进行存储和传输，存储方式包括USB、SD卡等方式，传输方式包括有线也可以是无线方式。
所述的位移测量装置包括电阻式长度测量器，或光学距离探测器，或编码计数器等。
所述的电源和配电装置包括可以接220V的交流电源及适配器，或电池装置。
本发明的优点与积极效果：
1、本发明可以在电钻装置钻孔时同时获得钻孔的深度，如果目标物体有层状结构，还可以测得分层的厚度信息。
2、本发明的电钻装置的钻头同时具备旋转切削力和向前或向后的推力，本发明的结构简单，搭载不同的载体能够实现自动、数控或遥控等钻孔作业，并获取孔深或具备层状物理的层厚等信息。
附图说明
图1为随钻测量的电钻装置结构示意图。
包括：电路盒1、顶支架2、侧支架3、电动机固定杆4、电动机5、滑槽6、滑轨7、钻头固定夹8、异型螺母杆9、双螺纹钻头10和推力弹簧11。A端到B端指示滑槽6与顶支架2之间一侧滑轨7的电阻。
图2随钻测量的电钻装置的侧视图。
包括：电路盒1、顶支架2、侧支架3、电动机固定杆4、电动机5、滑槽6、滑轨7、钻头固定夹8，、异型螺母杆9、双螺纹钻头10和推力弹簧11。A端到B端指示滑槽6与顶支架2之间一侧滑轨7的电阻。
图3随钻测量的电钻装置控制测量电路示意图。
图4随钻测量的电钻装置应用于无人机平台进行海冰厚度监测的示意图。
包括：无人机本体401，随钻测量的电钻装置402，摄像装置403和目标海冰冰层404。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例1
参照图1和2所示，本实施例的一种随钻测量的电钻装置，包括结构体、控制测量电路、位移测量装置和电源和配电装置。
本实施例中随钻测量的电钻装置的结构体包括电路盒1、顶支架2、侧支架3、电动机固定杆4、电动机5、滑槽6、滑轨7、钻头固定夹8、异型螺母杆9、双螺纹钻头10和推力弹簧11。所述的两个侧支架2底部与被测物体向连，所述电钻设备工作时，使双螺纹钻头10与被钻目标物体表面保持垂直。所述的双螺纹钻头10，在靠近钻头外端的螺纹为适合旋转切削物体的麻花钻螺纹，接近电动机5与异型螺母杆9相连的部分为螺栓螺纹，异型螺母杆9与双螺纹钻头10的螺栓螺纹相匹配，该螺距和电动机5的转速控制了钻头旋转推出和收回平动的速度。电动机固定杆4与电动机5固连，两端与两个滑槽6相连，然后再与两个滑轨7相连，滑轨7与两个侧支架3固连；电动机5通过钻头固定夹8与双螺纹钻头10相连，异形螺母杆9通过螺纹与双螺纹钻头10螺栓螺纹部分相连，然后两端分别与两个侧支架3固连；推力弹簧22与顶支架2和电动机5相连，提供沿双螺纹钻头10向外方向的推力。当电动机5顺异型螺母杆9中的螺母螺纹旋转时，电动机5、钻头固定夹8、双螺纹钻头10、电动机固定杆4和两个滑槽6将作为整体，沿滑轨7顺双螺纹钻头10方向相外旋出，从而钻进目标物体；反之，当电动机5逆异型螺母杆9中的螺母螺纹旋转时，电动机5、钻头固定夹8、双螺纹钻头10、电动机固定杆4和两个滑槽6将作为整体，沿滑轨7顺双螺纹钻头10方向向内收回，从而恢复原位，完成一次钻孔作业。
本实施例中随钻测量的电钻装置的位置测量装置采用电阻式长度测量器，电源和配电装置采用外接220V交流电。本实施例中随钻测量的电钻装置的电阻式长度测量器电路、电源和配电装置适配电路和控制测量电路全部在电路盒1中，起到保护作用。
参照图3，本实施例中随钻测量的电钻装置的控制测量电路，包括嵌入式处理器101，外围辅助电路102，电机驱动控制电路103、电流采样电路104，数字通信控制接口电路105和数据存储和传输电路106。所述嵌入式处理器101采用ARM芯片实现，包括时间计时模块，数据处理模块和数据包生成模块等；所述电动机驱动控制电路103控制电机的开关与旋转方向，本实施例通过按钮实现电机的开关与旋转方向的控制；所述电流采样电路104采样电动机驱动控制电路103的电流，进而得到电动机工作功率随时间的变化值；所述数字通信控制接口电路通过控制线路电平控制电阻式长度测量器的工作状态，并采用RS232串口电路接收电阻式长度测量器测量数据；所述数据存储和传输电路采用SD卡存储电路。
参照图1和2，滑轨7使用电阻均匀的材料制作，电阻式长度测量器测量滑槽6与顶支架2之间一侧滑轨7的A到B点的电阻，由于滑轨7的A到B点的电阻与长度成正比，在嵌入式处理器101和数字通信控制控制接口电路105的控制下可以获取滑轨7的A到B点的长度随时间的变化数据。
本实施例中随钻测量的电钻装置测量孔深或具备层状结构物体层厚的原理如下：由于电机功率在空载，即没有接触目标物体空负载旋转时功率较低，在接触目标物体钻孔时电机输出功率高，并在钻孔过程中电机维持较高功率输出，当目标物体为层状结构时，当钻头钻透物体后电动机功率又恢复空载低功率状态。如上所述，通过电流采样电路104可以获取电动机工作功率随时间的变化数据，通过电阻式长度测量器可以获取滑轨7的A到B点的长度随时间的变化数据，在嵌入式处理器101的数据处理模块中通过简单变量转换计算，可以获取滑轨7的A到B点的长度与电动机205输出功率曲线，其中高功率输出对应的A到B点的长度变化距离即为孔深或层厚度。
实施例2
本实施例的一种随钻测量的电钻装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：位移测量装置采用激光测距仪，测量滑轨7的A到B点的长度，其优点是测量孔深或厚度的精度高。
实施例3
本实施例的一种随钻测量的电钻装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：位移测量装置采用编码计数器，在钻头固定夹8安装编码计数器测量双螺纹钻头10正向和反向旋转的圈数，根据双螺纹钻头10螺栓螺纹的螺距，计算获取滑轨7的A到B点的长度。其优点是测量孔深或厚度的精度高。此外，其控制测量电路的电机驱动控制电路采用遥控方式，数据存储和传输电路采用无线传输方式，其优点是无须现场人工操作，更容易远程控制自动化。
实施例4
参照图4，本实施例的一种随钻测量的电钻装置应用与无人机平台的海冰厚度监测。本实施例中，包括无人机本体401，随钻测量的电钻装置402，摄像装置403和目标海冰冰层404。本实施例的一种随钻测量的电钻装置402其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：其搭载的平台为四旋翼式无人机平台，可以利用无人机灵活，快速的优势实现大范围海冰厚度冰情要素的探测，对冰情监测，尤其是海冰灾害的冰情监测可以发挥重要作用。其控制电路采用遥控方式，数据存储和传输电路采用无线传输方式，结合无人机的视频设备可以实现远距离遥控操作，安全而且高效。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限定性，附图中所示的也只是本发明的实时方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种随钻测量的电钻装置，其特征在于包括结构体、控制测量电路、位移测量装置、电源和配电装置。
2.权利要求1所述的随钻测量的电钻装置，所述结构体包括电路盒(1)、顶支架(2)、侧支架(3)、电动机固定杆(4)、电动机(5)、滑槽(6)、滑轨(7)、钻头固定夹(8)、异型螺母杆(9)、双螺纹钻头(10)和推力弹簧(11)。
3.权利要求2所述的随钻测量的电钻装置，所述的结构体中的双螺纹钻头是指在靠近钻头外端的螺纹为钻头螺纹，在接近电机与异型螺母杆相连的部分的螺纹为螺栓螺纹，异型螺母杆与双螺纹钻头的螺栓螺纹相匹配。
4.权利要求3所述的随钻测量的电钻装置，所述的结构体中的电动机固定杆(4)与电动机(5)固定，两端与两个滑槽(6)相连，然后再与两个滑轨(7)相连，滑轨(7)与两个侧支架(3)固定，电动机(5)通过钻头固定夹(8)与双螺纹钻头(10)相连，异形螺母杆(9)通过螺纹与双螺纹钻头(10)，然后两端与支架固定，推力弹簧(11)与顶支架(2)和电动机(5)相连，提供沿钻头向外方向的推力。
5.权利要求1-4中任一项所述的随钻测量的电钻装置，所述控制测量电路包括：微处理器或嵌入式处理器，以及外围辅助电路、电机驱动控制电路、电流采集电路、数字通信控制接口电路和数据存储和传输电路。
6.权利要求5所述的随钻测量的电钻装置，所述控制测量电路中的微处理器或嵌入式处理器包括时间计时模块，数据处理模块和数据包生成模块。
7.权利要求6所述的随钻测量的电钻装置，所述控制测量电路中的外围辅助电路包括支持微处理器或嵌入式处理器正常运行的E2PROM或FLASH等电路；所述电机驱动控制电路可以控制电机的开与关，而且可以控制钻头旋转的方向，可以通过按键、数控、定时或遥控方式实现；所述电流采集电路可以采样电机驱动控制电路的电流信息，从而获取电机的功率；所述数字通信控制接口电路可以与位移测量装置进行数字通信和数据交互，并对位移测量装置进行控制；所述的数据存储和传输电路可以对观测数据及计算结果进行存储和传输。
8.权利要求1-4，6和7中任一项所述的随钻测量的电钻装置，所述位移测量装置为电阻式长度测量器，或光学距离探测器，或编码计数器。
9.权利要求5所述的随钻测量的电钻装置，所述位移测量装置为电阻式长度测量器，或光学距离探测器，或编码计数器。
10.权利要求1-4，6，7，9中任一项所述的随钻测量的电钻装置用于随钻测量孔洞深度或者层结构物体厚度的用途。
11.权利要求10所述的随钻测量的电钻装置用于随钻测量冰面厚度的用途。
12.权利要求10所述的随钻测量的电钻装置用于搭载无人机进行随钻测量孔洞深度或者层结构物体厚度的用途。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160907 |