CN106351643A - 一种数显三轴测斜仪校验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数显三轴测斜仪校验台，由下向上依次包括有底座、固定底板、下固定盘、下齿轮盘、支架、第一井斜支架、第二井斜支架、双轴校验装置、第一光栅数显测量机构和第二光栅数显测量机构。本发明通过光栅编码器输入轴带动码盘旋转时，获得编码器输入轴旋转的角度，从而实现以光栅编码器做为角度传感器，结合光电解码器构成高精度检测台，同时通过设置三轴标定转台，使本发明能够对测斜仪进行行数字化的读数系，而且极大的减小了人工读数错误的可能性，从而有效的提高标定参数计算的准确性。

Description

一种数显三轴测斜仪校验台

技术领域

本发明涉及测斜仪技术领域，尤其涉及一种数显三轴测斜仪校验台。

背景技术

目前，测斜仪校验台是用于磁测量设备、磁导航设备及其它姿态测量产品的标定、检验的设备。主要应用于石油钻井测斜仪和煤矿用钻孔测斜仪的标定、检验。在钻井、钻孔技术快速发展的今天，测斜仪是水平井、定向井、钻孔等钻井、钻孔工程中测量井/孔的轨迹必要的仪器。

测斜仪是基于磁场传感器和加速度传感器设计的，磁场传感器和加速度传感器在测斜仪上安装是有一定规则的，但由于安装工具的误差，这就会导致磁场传感器和加速度传感器的安装与实际的安装规则有一定的误差，这就需要用校验台给测斜仪做标定，把误差纠正过来。

测斜仪经过运输振动后，传感器的输出会产生漂移，需要校验台对测斜仪做检验、标定。测斜仪在井下高温、高振动等复杂工况环境下工作一段时间后，传感器输出也会产生漂移，也需要校验台对测斜仪做检验、标定。现有的标定设备要求机械加工精度高，度盘刻度准确，采集数据时需要较高的定位精度和读数准确性，对操作人员的专业技术水平提出了较高的要求，往往需要操作人员进行岗前培训，然后由技术人员操作校验台对测斜仪进行校验以及数据的读取。

发明内容

本发明的目的是提供一种数显三轴测斜仪校验台，能够进行数字化的读数系，提高了读数精度，极大的减小了人工读数错误的可能性，从而有效的提高标定参数计算的准确性。

本发明采用的技术方案为：

一种数显三轴测斜仪校验台，由下向上依次包括有底座1、固定底板2、下固定盘3、下齿轮盘4、支架14、第一井斜支架21、第二井斜支架22、双轴校验装置、第一光栅数显测量机构和第二光栅数显测量机构；所述的底座1设置有三个，固定底板2上设置有三个120°均布的螺纹孔，三个底座1通过螺纹孔与固定底板2固定连接，所述的下固定盘3通过固定螺钉反向固定在固定地板2上，下齿轮盘4设置在下固定盘3上，且下齿轮盘4、下固定盘3和固定底板2的中间均设置有过孔，且为同心设置；

所述的过孔中固定设置有第一光栅数显测量机构6和光栅轴5，所述的光栅轴5与光栅数显机构6滑动配合；所述固定底板2上还设置有下与齿轮盘4通过齿轮之间的咬合连接的传动齿轮8，所述的传动齿轮8上设置有涡轮7，二者通过涡轮固定轴9相连接，涡轮固定轴9通过涡轮总成10固定在固定底板2上；涡轮7的一侧还设置有与其齿合的蜗杆11，所述的蜗杆11通过蜗杆总成12固定在下固定板2上，且蜗杆11的端部还设置有把手；所述的第二光栅数显测量机构26通过挠性联轴器27固定设置在连接块16的第一半轴端部；

所述的双轴校验装置通过第一、第二井斜支架固定在两个支架14上，所述的校验装置包括有连接块16、工具筒15、工具游标尺20和工具面盘19；所述的连接块16为筒式部件，筒式部件中间部分通过两个半轴均匀对称的固定在第一、第二井斜支架之间；所述的工具筒15穿过连接块16设置，所述的连接块16上靠近工具筒15的两端分别设置有一个轴承17，所述的两个轴承17分别通过一个压板与连接块16相固定；

所述工具筒15外环固定设置有工具面盘19，工具面盘19上固定设置工具游标尺20，工具游标尺20的刻线工具面盘19刻线对齐。

井斜支架上还设置有微调装置，所述的微调装置包括连接杆28，所述连接杆28一端套设在连接块第一半轴的端部，另一端与滑块31通过销钉轴30相连接；所述的滑块31设置在水平放置的调整丝杆32上，所述的滑块31上设置有丝孔通孔，丝孔通孔的内螺纹与调整丝杆32上的外螺纹相配合。

还包括有锁紧结构29，所述的锁紧结构29设置在连接杆28上，用于限定连接杆28与连接块第一半轴的传动。

所述的光栅数显测量机构包括光栅编码器和光栅解码器；所述的光栅编码器由码盘、光源、光敏电阻、计数器、数据处理电路组成，所述的光敏电阻输出端连接输出处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接计数器、显示器的输入端。

第一井斜支架上还设置有用于固定井斜游标尺25的内孔，井斜盘固定设置在在连接块16上第二半轴的端部，且井斜盘零刻线朝上，并用锁紧压帽24锁紧；所述的井斜盘与井斜游标尺25紧贴滑动设置。

所述的下齿轮盘4圆周360°均分360个刻线。

还设置有方位游标尺13，所述的方位游标尺13固定在固定底板2上，且方位标尺13和下齿轮盘4刻线相对齐；所述方位游标尺13在斜面上向心19°均分20个刻线。

所述井斜游标尺25是零线两侧59°向心均布60条刻线，保证井斜精度为1′。

所述的支架14有两个，两个支架14通过八个螺钉固定在下齿轮盘4上。

所述的轴承17为高精度陶瓷轴承。

本发明通过码盘、光源、光敏电阻、计数器、数据处理电路等组成光栅编码器，光栅编码器输入轴带动码盘旋转时，光敏电阻就会感受到明暗交替的条纹，处理电路相应的输出高电平或低电平信号，码盘的旋转角度与明暗条纹的个数和高低电平的个数成正比；计数器通过对高低电平的个数进行计数，从而获得编码器输入轴旋转的角度，之后在显示器上显示出角度值，从而实现以光栅编码器做为角度传感器，结合光电解码器构成高精度检测台，同时通过设置三轴标定转台，使本发明能够对测斜仪进行行数字化的读数系，而且极大的减小了人工读数错误的可能性，从而有效的提高标定参数计算的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明D的局部放大；

图3为本发明所述蜗轮总成的局部放大图；

图4为本发明所述方位游标尺的安装位置示意图；

图5为本发明所述锁紧结构的结构示意图；

图6为本发明所述工具面轴的侧面剖视图；

图7为本发明所述工具游标尺和工具面盘之间的刻线的示意图；

图8为本发明所述工具游标尺和工具面盘之间的刻线的示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明包括一种数显三轴测斜仪校验台，由下向上依次包括有底座1、固定底板2、下固定盘3、下齿轮盘4、支架14、第一井斜支架21、第二井斜支架22、双轴校验装置、第一光栅数显测量机构和第二光栅数显测量机构；所述的底座1设置有三个，固定底板2上设置有三个120°均布的螺纹孔，三个底座1通过螺纹孔与固定底板2固定连接，所述的下固定盘3通过固定螺钉反向固定在固定地板2上，下齿轮盘4设置在下固定盘3上，且下齿轮盘4、下固定盘3和固定底板2的中间均设置有过孔，且为同心设置；

所述的过孔中固定设置有第一光栅数显测量机构6和光栅轴5，所述的光栅轴5与光栅数显机构6滑动配合；如图3所示，所述固定底板2上还设置有下与齿轮盘4通过齿轮之间的咬合连接的传动齿轮8，所述的传动齿轮8上设置有涡轮7，二者通过涡轮固定轴9相连接，涡轮固定轴9通过涡轮总成10固定在固定底板2上；涡轮7的一侧还设置有与其齿合的蜗杆11，所述的蜗杆11通过蜗杆总成12固定在下固定板2上，且蜗杆11的端部还设置有把手；所述的第二光栅数显测量机构26通过挠性联轴器27固定设置在连接块16的第一半轴端部；此处设置形成了第一轴即方位轴的设计。

所述的双轴校验装置通过第一、第二井斜支架固定在两个支架14上，所述的校验装置包括有连接块16、工具筒15、工具游标尺20和工具面盘19；所述的连接块16为筒式部件，筒式部件中间部分通过两个半轴均匀对称的固定在第一、第二井斜支架之间；所述的工具筒15穿过连接块16设置，所述的连接块16上靠近工具筒15的两端分别设置有一个轴承17，所述的两个轴承17分别通过一个压板与连接块16相固定；所述的轴承17为高精度陶瓷轴承。采用高精度陶瓷轴承17，工具筒15在旋转过程中更加的自由，并且在夹持测量探管后，因要测量的仪器较重，工具筒15在高精度陶瓷轴承的作用下，转动更加轻松此设置有第二轴设计，井斜轴设计。

所述工具筒15外环固定设置有工具面盘19，工具面盘19上固定设置工具游标尺20，工具游标尺20的刻线工具面盘19刻线对齐。此设置为第三轴设计，工具面轴设计。至此本发明完成了三轴的设计，三轴中结合光栅的监测从而比现有的机械式监测的精度更加准确，而且不必考虑机械齿轮的磨损，大大的提高使用寿命。

如图5所示，井斜支架上还设置有微调装置，所述的微调装置包括连接杆28，所述连接杆28一端套设在连接块第一半轴的端部，另一端与滑块31通过销钉轴30相连接；所述的滑块31设置在水平放置的调整丝杆32上，所述的滑块31上设置有丝孔通孔，丝孔通孔的内螺纹与调整丝杆32上的外螺纹相配合。还包括有锁紧结构29，所述的锁紧结构29设置在连接杆28上，用于限定连接杆28与连接块第一半轴的传动。通过微调装置以及结合锁紧结构，使本发明能够对井斜轴进行井斜轴向微调，使测量的精度更加精确。

所述的光栅数显测量机构包括光栅编码器和光栅解码器；所述的光栅编码器由码盘、光源、光敏电阻、计数器、数据处理电路组成，所述的光敏电阻输出端连接输出处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接计数器、显示器的输入端；实际工作时，光敏电阻能够将接受到的光信号转化成电信号，通过电路处理后输出高电平或低电平。码盘上均匀刻蚀有环形、明暗相间的刻线。工作时由光源照亮码盘，码盘上有刻线的地方光线能够通过，其后为亮条纹，光电检测电路输出高电平；没有刻线的部分光线不能通过，其后为暗条纹，光电检测电路输出低电平。码盘的旋转角度与明暗条纹的个数和高低电平的个数成正比。计数器通过对高低电平的个数进行计数，从而获得编码器输入轴旋转的角度。之后在显示器上显示出角度值。

所述的光栅编码器采用德国E6CP-AG5C空心轴光栅编码器，由于光栅解码器则为数字信号的读取和判别，具体判别针对具体的编码相对应，设计编程内容，且为现有技术，在此不再详述其具体步骤。

第一井斜支架上还设置有用于固定井斜游标尺25的内孔，井斜盘固定设置在在连接块16上第二半轴的端部，且井斜盘零刻线朝上，并用锁紧压帽24锁紧；所述的井斜盘与井斜游标尺25紧贴滑动设置。 所述的下齿轮盘4圆周360°均分360个刻线。

如图4所示还设置有方位游标尺13，所述的方位游标尺13固定在固定底板2上，且方位标尺13和下齿轮盘4刻线相对齐。

本装置在生产组装时，首先将三个底座1放在工作台面上，然后将固定底板2上三个120°均布的螺纹孔依次对应底座，用螺纹连接的方式组装到一起，采用单点均布放置，使底座更加的平稳，稳定型更好。再将下固定盘3通过八个固定螺钉反向固定在固定底板2上，采用八个均布螺钉方向固定，下固定盘3更好的和固定底板2连接在一起，连接更加的牢固。再将下齿轮盘4安放在下固定盘3上，下齿轮盘4中间的过孔和下固定盘3、固定底板2是同心的，此时将光栅轴5穿过过孔，光栅轴5和过孔是滑动配合，选用滑动配合可以保证下齿轮盘4在转动过程中不发生晃动，转动更加的平稳，同时第一光栅数显机构6测试的精度更高，误差更小。

将涡轮7和传动齿轮8通过涡轮固定轴9连接到一起，并用六个均布的无磁螺钉固定紧。将传动齿轮8和下齿轮盘4通过齿轮之间的咬合连接起来，并用螺钉将涡轮总成10固定在下固定板2上，再将涡轮7和蜗杆11连接，螺旋齿面要完全吻合，并将蜗杆总成12固定在下固定板2上。采用涡轮蜗杆和齿轮组合传动的方式，在方位旋转时，运动更加的均匀稳定，并且带有自锁功能，可防止方位随意摆动。再将方位标尺13和下齿轮盘4刻线对齐，并将方位有标尺13固定在固定底板2上。如附图3所示，方位游标尺13在斜面上向心19°均分20个刻线，下齿轮盘4在同样大小的圆上圆周360°均分360个刻线，这样将方位的精度调整到了3′，精度更高。再将两个精密铸造的支架14通过八个螺钉固定在下齿轮盘4上。采用精密铸造支架，避免加工造成的应力变形，应力更小，更好的保证正在长时间使用的过程中，校验台精度的稳定。

将工具筒15穿过连接块16中间的内孔如附图6，此时从工具筒15两端分别装入高精度陶瓷轴承17，然后在分别将压板18装在连接块16上，并用螺钉分别固定。再将工具面盘19装入工具筒15上，通过滑动配合，并用螺钉将工具面盘19固定在工具筒15外圆上。在将工具游标尺20和工具面盘19刻线对齐，并将工具有标尺20用螺钉固定在连接块16上。工具游标尺20和工具面盘19之间的刻线配合原理如附图8。工具有标尺20在以零线双向向心29°范围均布30条刻线，这样保证工具精度为2′，精度更加准确。将井斜支架一21和井斜支架二22分别通过内孔，安装在连接块16两端的轴上，让后将井斜支架一、二的下端面和支架14的上端面分别对齐。并用螺钉固定。在加工时，接触面同时组合加工，保证精度要求。

将井斜盘23通过内孔安装在井斜支架二22一端的轴上，零刻线朝上，并用锁紧压帽24锁紧。让后将井斜游标尺25和安装在井斜支架二22上，并用螺钉固定牢固。井斜游标尺25是零线两侧59°向心均布60条刻线，保证井斜精度为1′，如附图7。将光栅数显装置26通过挠性联轴器27和井斜支架一21一端的轴相连。采用挠性联轴器的结构，在圆周运动传输时精度更精准，圆周传输效率更高。

将连接杆28安装在井斜支架二22一端的轴上，并将锁紧结构29安装在连接杆28对应的安装空上，如附图5。在将滑块31连接到调整丝杆32的外螺纹上，并用销钉轴30将滑块31和连接杆28连接在一起。并用螺钉将调整丝杆固定在支架14上。采用螺纹和凸轮结构，在微调时，准确率更高，并且自带锁紧功能。锁紧机构29采用摩擦阻力的锁紧方式，及可以起刀锁紧作用，同时又能在锁紧过程中，不产生相对位移，保证精度的准确。

在实际的使用过程中，方位读数通过下面的蜗杆总成12将运动传动给涡轮总成10，在通过齿轮之间的咬合传递给刻有刻线的下齿轮盘4，通过下齿轮盘4上面的刻线和方位标尺13上面的刻线先确定方位大概读数，通过同心安装的光栅轴5将读数传递给光栅数显机构6，读取准备的读数。井斜读数是通过井斜盘23和井斜游标尺20相互之间的刻线，读取井斜大概读数，在通过挠性联轴器27将数值传递给安装在另外一侧的光栅数显装置26，通过光栅数显装置26读取准确读数。工具面是独立旋转的第三个轴，通过高精度陶瓷轴承17实现自转功能，并通过工具面盘19和工具有标尺20之间的刻线，读取读数。通过以上的方式实现三轴独立旋转、独立读数。精度更高，测量准确度更精准。

Claims (10)

1.一种数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：由下向上依次包括有底座（1）、固定底板（2）、下固定盘（3）、下齿轮盘（4）、支架（14）、第一井斜支架（21）、第二井斜支架（22）、双轴校验装置、第一光栅数显测量机构和第二光栅数显测量机构；所述的底座（1）设置有三个，固定底板（2）上设置有三个120°均布的螺纹孔，三个底座（1）通过螺纹孔与固定底板（2固定连接，所述的下固定盘（3）通过固定螺钉反向固定在固定地板（2）上，下齿轮盘（4）设置在下固定盘（3）上，且下齿轮盘（4）、下固定盘（3）和固定底板(2)的中间均设置有过孔，且为同心设置；

所述的过孔中固定设置有第一光栅数显测量机构(6)和光栅轴(5)，所述的光栅轴(5)与光栅数显机构(6)滑动配合；所述固定底板(2)上还设置有下与齿轮盘(4)通过齿轮之间的咬合连接的传动齿轮(8)，所述的传动齿轮(8)上设置有涡轮(7)，二者通过涡轮固定轴(9)相连接，涡轮固定轴(9)通过涡轮总成(10)固定在固定底板(2)上；涡轮(7)的一侧还设置有与其齿合的蜗杆(11)，所述的蜗杆(11)通过蜗杆总成(12)固定在下固定板(2)上，且蜗杆(11)的端部还设置有把手；所述的第二光栅数显测量机构(26)通过挠性联轴器(27)固定设置在连接块(16)的第一半轴端部；

所述的双轴校验装置通过第一、第二井斜支架固定在两个支架(14)上，所述的校验装置包括有连接块(16)、工具筒(15)、工具游标尺(20)和工具面盘(19)；所述的连接块(16)为筒式部件，筒式部件中间部分通过两个半轴均匀对称的固定在第一、第二井斜支架之间；所述的工具筒(15)穿过连接块(16)设置，所述的连接块(16)上靠近工具筒15)的两端分别设置有一个轴承(17，所述的两个轴承(17)分别通过一个压板与连接块(16相固定；

所述工具筒(15)外环固定设置有工具面盘(19，工具面盘(19)上固定设置工具游标尺(20)，工具游标尺(20)的刻线工具面盘(19)刻线对齐。

2.根据权利要求1所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：井斜支架上还设置有微调装置，所述的微调装置包括连接杆(28)，所述连接杆(28)一端套设在连接块第一半轴的端部，另一端与滑块(31)通过销钉轴(30)相连接；所述的滑块(31)设置在水平放置的调整丝杆(32)上，所述的滑块(31)上设置有丝孔通孔，丝孔通孔的内螺纹与调整丝杆(32)上的外螺纹相配合。

3.根据权利要求2所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：还包括有锁紧结构(29)，所述的锁紧结构(29)设置在连接杆(28)上，用于限定连接杆(28)与连接块第一半轴的传动。

4.根据权利要求3所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：所述的光栅数显测量机构包括光栅编码器和光栅解码器；所述的光栅编码器由码盘、光源、光敏电阻、计数器、数据处理电路组成，所述的光敏电阻输出端连接输出处理电路的输入端，数据处理电路的输出端连接计数器、显示器的输入端。

5.根据权利要求4所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：第一井斜支架上还设置有用于固定井斜游标尺(25)的内孔，井斜盘固定设置在在连接块(16)上第二半轴的端部，且井斜盘零刻线朝上，并用锁紧压帽(24)锁紧；所述的井斜盘与井斜游标尺(25)紧贴滑动设置。

6.根据权利要求5所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：所述的下齿轮盘(4)圆周360°均分360个刻线。

7.根据权利要求6所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：还设置有方位游标尺(13)，所述的方位游标尺(13)固定在固定底板(2)上，且方位标尺(13)和下齿轮盘(4)刻线相对齐；所述方位游标尺(13)在斜面上向心19°均分20个刻线。

8.根据权利要求7所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：所述井斜游标尺(25)是零线两侧59°向心均布60条刻线，保证井斜精度为1′。

9.根据权利要求8所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：所述的支架(14)有两个，两个支架(14)通过八个螺钉固定在下齿轮盘(4)上。

10.根据权利要求9所述的数显三轴测斜仪校验台，其特征在于：所述的轴承(17)为高精度陶瓷轴承。