CN107398582A - 基于机械参数特性的墙体检测电钻及检测方法 - Google Patents

基于机械参数特性的墙体检测电钻及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于机械参数特性的墙体检测电钻及检测方法，包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，动力模块上设置有传感组件，将检测所得的机械参数信号传输至控制模块，并由控制模块进行变换、计算后与控制模块中的现有模板数据比较，其结果参数在显示器上展示。本发明提供的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，降低了对于被测墙体的损伤，而且该被测墙体的特征参数可在施工的同时获取，使得施工人员能够根据该被测墙体的特征参数，及时调整施工方案，而不影响工期进程，另外，被测墙体的特征参数是通过传感组件的定量实时测量，并由控制模块变化、计算所得，其可靠性较高。

Description

基于机械参数特性的墙体检测电钻及检测方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种电钻，特别是一种基于机械参数特性的墙体检测电钻及检测方法。
背景技术
房屋内饰、改造前，必须了解墙体内部结构状况，包括墙体构造、建筑材料、是否有空洞等信息。无论是新造房屋还是老旧房屋，往往不同程度存在图纸与实际结构不符、图纸资料不全、不够细致等问题。
现有的墙体检测方法主要有钻孔取芯法。但是，这种方法需要使用专用装置，而且钻孔取芯法对墙体的损伤较大，另外，工程上对墙体结构的判断一般借助于施工者的经验，误差较大。
综上所述，需要设计一种能够精确测量墙体强度，且不会对墙体结构造成额外损害的电钻。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能够精确测量墙体强度，且不会对墙体结构造成额外损害的电钻。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，动力模块上设置有传感组件，将检测所得的机械参数信号传输至控制模块，并由控制模块进行变换、计算后与控制模块中的现有模板数据比较，其结果参数在显示器上展示。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，动力模块包括电机组件，安装于壳体上，其中，电机组件的一端上设置有输出轴；钻孔组件，一端安装于壳体上，并通过传动组件与输出轴相连，钻孔组件的另一端设置有钻头。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，电机组件的输出轴的轴线方向与钻孔组件的钻头进给方向相互平行。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，传动组件为齿轮传动。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，传动组件为齿轮传动，其中，传动组件包括设置于输出轴上的小齿轮和设置于钻孔组件上的大齿轮。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，传感组件包括：载荷计、扭矩仪、转速计以及位移计，其中，载荷计、扭矩仪以及转速计均安装于钻孔组件上，位移计安装于壳体上。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，位移计的轴线方向与钻孔组件的进给方向相互平行。
在上述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻中，钻孔组件包括钻杆，且钻头连接于钻杆的端部，其中，沿钻头的长度方向依次设置有载荷计，扭矩仪以及转速计。
本发明还提供的一种检测方法，包括：
步骤一：机械信号采集；
步骤二：去噪、分割、平滑；
步骤三：计算比能；
步骤四：强度测算。
在上述的一种检测方法中，比能的计算公式为：
其中，Es为有效比能，A是有效面积，d是每转的进给量，b是接触面长度，Kc，Kf是与钻头形状和切削角度有关的系数；C0为单轴抗压强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，通过在电钻上设置传感组件，将电钻在墙体上钻孔时所检测到的机械参数，以信号的形式传输至控制模块中，通过控制模块对该机械参数信号进行变化、计算，并与控制模块中已有的模板进行比较，从而得出该墙体的特征参数(强度、材料以及构造等)，并将该墙体的特征参数在显示器上展示，这样的检测方式，降低了对于被测墙体的损伤，而且该被测墙体的特征参数可在施工的同时获取，使得施工人员能够根据该被测墙体的特征参数，及时调整施工方案，而不影响工期进程，另外，被测墙体的特征参数是通过传感组件的定量实时测量，并由控制模块变化、计算所得，其可靠性较高，具有较高的参考价值；
(2)本发明提供的一种检测方法，通过比能与强度之间的计算公式，能够快速、便捷的计算出被测墙体的比能，然后根据判别准则表与其比对，能够快速了解该被测墙体的强度、材料以及构造，便于施工人员做出及时的调整，另外，该公式所占内存较小，运行速率较快，实现实时监控，并且该种检测方式对墙体的损伤降低至最小，提高了施工的可靠性。
附图说明
图1是本发明一种基于机械参数特性的墙体检测电钻的结构示意图。
图2是本发明一种检测方法的原理图。
图3是本发明钻进过程模型的结构示意图。
图中，100、壳体；200、动力模块；210、电机组件；211、输出轴；220、钻孔组件；221、钻头；222、钻杆；230、传动组件；231、小齿轮；232、大齿轮；300、显示器；400、控制模块；500、传感组件；510、载荷计；520、扭矩仪；530、转速计；540、位移计。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例。结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本本发明提供一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，包括：壳体100，内置动力模块200，外置显示器300，且动力模块200与显示器300均与内置于壳体100上的控制模块400电连接，其中，动力模块200上设置有传感组件500，用以检测电钻钻孔时的机械参数信号，并将该机械参数信号传输至控制模块400，由控制模块400进行变换、计算，并与控制模块400中的现有模板比较后，将该被测墙体的结果参数在显示器300上展示。
本发明提供的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，通过在电钻上设置传感组件500，将电钻在墙体上钻孔时所检测到的机械参数，以信号的形式传输至控制模块400中，通过控制模块400对该机械参数信号进行变化、计算，并与控制模块400中已有的模板进行比较，从而得出该墙体的特征参数(强度、材料以及构造等)，并将该墙体的特征参数在显示器300上展示，这样的检测方式，降低了对于被测墙体的损伤，而且该被测墙体的特征参数可在施工的同时获取，使得施工人员能够根据该被测墙体的特征参数，及时调整施工方案，而不影响工期进程，另外，被测墙体的特征参数是通过传感组件500的定量实时测量，并由控制模块400变化、计算所得，其可靠性较高，具有较高的参考价值。
优选地，如图1所示，动力模块200包括电机组件210，一端通过轴承安装于壳体100上，另一端设置有输出轴211；钻孔组件220，一端通过轴承安装于壳体100上，并通过传动组件230与输出轴211相连，钻孔组件220的另一端设置有钻头221，通过电机组件210将电能转化成机械能输出，供钻孔组件220转动。进一步优选地，电机组件210的输出轴211的轴线方向与钻孔组件220的钻头221进给方向相互平行，使得动力传动更加的快速与平稳。
进一步优选地，如图1所示，传动组件230为齿轮传动，例如齿轮传动，包括外啮合齿轮传动或者内啮合齿轮传动，或者蜗轮蜗杆传动，均可以，当传动组件230为齿轮传动，并为外啮合齿轮传动时，将直径较大的齿轮安装于钻孔组件220上，将直径较小的齿轮安装于电机组件210的输出轴211上，即通过直径较小的小齿轮231带动直径较大的大齿轮232旋转，从而实现降速，如果传动组件230由多组齿轮所组成，形成轮系，可实现多级降速，本实施例中只通过一组小齿轮231与大齿轮232之间的啮合传动，即为一级降速传动，通过降低电机组件210上输出轴211传动至钻孔组件220上的转速，使得传感组件500的检测更加的精准、可靠。
优选地，如图1所示，传感组件500包括：载荷计510(传感器)、扭矩仪520(传感器)、转速计530(传感器)以及位移计540(传感器)，其中，载荷计510、扭矩仪520以及转速计530均安装于钻孔组件220上，位移计540安装于壳体100上，且载荷计510用以检测钻孔组件220钻孔时的轴向力，扭矩仪520用以检测钻孔组件220钻孔时的扭矩，转速计530用以检测钻孔组件220钻孔时的转速，位移计540用以检测钻孔组件220钻孔时的钻孔深度。进一步优选地，位移计540的轴线方向(检测方向)与钻孔组件220的进给方向相互平行，能够精确测量出钻孔组件220的钻孔深度，为后期与控制模块400中已有模块行进比对时，提供有效证据。
进一步优选地，如图1所示，钻孔组件220包括钻杆222，且钻头221连接于钻杆222的端部，其中，沿钻头221的长度方向依次设置有载荷计510(传感器)，扭矩仪520(传感器)以及转速计530(传感器)，分别检测钻杆222的轴向力、扭矩以及转速。进一步优选地，钻杆222的进给方向与位移计540的轴线方向相互平行。
本发明还提供一种检测方法，如图2和图3所示，其包括：
步骤一：机械信号采集。
通过电钻中位于钻杆222上的载荷计510、扭矩仪520以及转速计530和位于壳体100上的位移计540分别测量电钻钻孔时，钻杆222上的轴向力、扭矩、转速以及钻孔深度，并将这些数据实时反馈给控制模块400。
步骤二：去噪、分割、平滑。
通过控制模块400，对检测到的机械参数(钻杆222的轴向力、扭矩、转速以及钻孔深度)进行去噪(去除噪音信号干扰)、分割(对收集的信号进行分段式计算)以及平滑(形成光滑连续信号)处理，其中，收集的机械参数信号的窗口宽度为1mm。
步骤三：计算比能。
钻孔进给运动是一个相当复杂的过程。可能包含研磨、压入、压碎和冲击等破碎方式。根据小型钻孔机械的小进给量钻孔特点，
推算出电钻钻孔时的扭矩T是：
T＝Kc·d·C0+Kr·b·C0+Kf·b·d·C0+Ti；
其中，Kc，Kr以及Kf是与钻头221形状和切削角度有关的系数。式子右边第一项，是旋转所对应的转矩；第二项是钻头底面摩擦对应的转矩；第三项是压入作用对应的转矩；第四项Ti是钻孔机械空钻时的转矩。而第二项(Kr·b·C0)和第四项(Ti)为无效的消耗，剔除后得到有效转矩Te为：
Te＝Kc·d·C0+Kf·b·d·C0。
由此可知，有效比能Es为：
其中，A是有效面积，d是每转的进给量，b是接触面长度，综上所述，有效比能Es与单轴抗压强度C0之间的关系式如下：
上述理论表明，钻孔过程中消耗的能量与岩石强度之间存在正比例关系。
步骤四：强度测算。
根据步骤三中计算所得的比能，与表1中的判别准则表内所述的各个墙体材料的比能值相比较，即可得出被测墙体的强度、材料以及构造。
材料类型 比能平均值[MJ/m3] 强度[MPa]
钻床空转 <20 0
凝固后的纯水泥 233 6.5
粘土砖 936 12
一种矿石 1732 20
表1判别准则表
本发明提供的一种检测方法，通过比能与强度之间的计算公式，能够快速、便捷的计算出被测墙体的比能，然后根据判别准则表与其比对，能够快速了解该被测墙体的强度、材料以及构造，便于施工人员做出及时的调整，另外，该公式所占内存较小，运行速率较快，实现实时监控，并且该种检测方式对墙体的损伤降低至最小，提高了施工的可靠性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，包括：壳体，内置动力模块，外置显示器，且动力模块与显示器均与内置于壳体上的控制模块电连接，其中，动力模块上设置有传感组件，将检测所得的机械参数信号传输至控制模块，并由控制模块进行变换、计算后与控制模块中的现有模板参数比较，将结果展示于显示器上。
2.根据权利要求1所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，动力模块包括电机组件，安装于壳体上，其中，电机组件的一端上设置有输出轴；钻孔组件，一端安装于壳体上，并通过传动组件与输出轴相连，钻孔组件的另一端设置有钻头。
3.根据权利要求2所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，电机组件的输出轴的轴线方向与钻孔组件的钻头进给方向相互平行。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，传动组件为齿轮传动。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，传动组件包括设置于输出轴上的小齿轮和设置于钻孔组件上的大齿轮。
6.根据权利要求2或3所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，传感组件包括：载荷计、扭矩仪、转速计以及位移计，其中，载荷计、扭矩仪以及转速计均安装于钻孔组件上，位移计安装于壳体上。
7.根据权利要求6所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，位移计的轴线方向与钻孔组件的进给方向相互平行。
8.根据权利要求6所述的一种基于机械参数特性的墙体检测电钻，其特征在于，钻孔组件包括钻杆，且钻头连接于钻杆的端部，其中，沿钻头的长度方向依次设置有载荷计，扭矩仪以及转速计。
9.一种检测方法，利用权利要求1-8任一所述的电钻，其特征在于，包括：
步骤一：机械信号采集；
步骤二：去噪、分割、平滑；
步骤三：计算比能；
步骤四：强度测算。
10.根据权利要求9所述的一种检测方法，其特征在于，步骤三中的比能的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> </mrow> <mrow> <mi>A</mi> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>K</mi> <mi>f</mi> </msub> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
其中，Es为有效比能，A是有效面积，d是每转的进给量，b是接触面长度，Kc，Kf是与钻头形状和切削角度有关的系数；C0为单轴抗压强度。
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