CN110220484A - 一种钻孔内壁超声波扫描成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，包括外接单元、导向管体和扫描单元；外接单元包括数控模块和风速调控装置；数控模块与扫描单元连接，风速调控装置设置有风筒，风筒与风速调控装置和导向管体均连接；数控模块与扫描单元之间设置有磁性牵引线；扫描单元包括扫描单元壳体，扫描单元壳体内设置有超声波测距仪和扫描驱动电机，扫描驱动电机的电机轴上连接有传动轴，传动轴与超声波测距仪连接；超声波测距仪上设置有超声波探头。此外，本发明还提供上述钻孔内壁超声波扫描成像装置的扫描成像方法。本发明的装置能够实现钻孔内壁的三维扫描成像，获得整个钻孔的三维扫描图像，实现对钻孔塌孔位置检测。

Description

一种钻孔内壁超声波扫描成像装置及方法

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种钻孔内壁超声波扫描成像装置及方法。

背景技术

国内大部分地区煤炭开采条件恶劣，开采深度大，煤层中的瓦斯含量高、压力大、煤层透气性低，地质构造条件复杂，很容易产生瓦斯事故，减少防止瓦斯事故成为煤矿安全领域一个亟待解决的问题。目前，我国抽采瓦斯最普遍的方法是利用钻孔对开采工作面煤层瓦斯提前预抽，最常用的瓦斯抽采方式是综合瓦斯抽放，瓦斯抽采钻孔的形式包括地面垂直钻孔、地面垂直-井下水平定向钻孔和井下本煤层钻孔。由于在高瓦斯松软煤层中煤体变软，在施工长距离定向钻孔时容易因为钻孔塌孔而造成钻进过程中卡钻。为对不同煤层、不同工作面、不同应力环境下的钻孔塌孔现象进行防治，首先要确定钻孔的塌孔位置，然后争对易塌孔区域进行针对性支护固孔，从而提高瓦斯抽采钻孔的抽采效率。因此对塌孔位置的判断及钻孔整个长度孔壁布局的掌握是整个塌孔防治工作中的重要基础，传统塌孔位置判断方法多依靠钻进过程中钻屑量结合工人师傅的工作经验来进行大致判断，判断精度不高，塌孔严重程度不明确，且不能对钻孔成孔后整个钻孔的孔壁情况进行有效掌握。存在塌孔位置判断不准确，钻孔塌孔孔周渐变过程不明确等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钻孔内壁超声波扫描成像装置及方法，能够实现钻孔内壁的三维扫描成像，获得整个钻孔的三维扫描图像，钻孔塌孔位置检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，包括外接单元、导向管体和设置于导向管体内部的扫描单元，所述扫描单元滑动设置于导向管体的内部；

所述外接单元包括与计算机连接的数控模块和与外部风管连接的风速调控装置；所述数控模块与扫描单元连接，所述风速调控装置且远离外部风管的一侧设置有风筒，所述风筒与风速调控装置连通，所述风筒且远离风速调控装置的一端与导向管体连接；所述数控模块与扫描单元之间设置有用于连接数控模块和扫描单元的磁性牵引线；

所述扫描单元包括与磁性牵引线连接的扫描单元壳体，所述扫描单元壳体内设置有超声波测距仪和扫描驱动电机，所述扫描驱动电机设置于扫描单元壳体内侧壁面上，所述扫描驱动电机的电机轴上连接有传动轴，所述传动轴且远离电机轴的一端与超声波测距仪连接；所述超声波测距仪上设置有超声波探头。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述数控模块包括角度感应单元、位置感应调节单元和PLC控制器；

所述角度感应单元包括设置于超声波探头上的角度感应器和与角度感应器输出端连接的数据采集器；

所述位置感应调节单元包括用于缠绕电磁牵引线的绕线转轴、用于通过电磁牵引线的定滑轮和用于驱动绕线转轴转动的绕线驱动电机，以及与磁性牵引线接触用于获取接触位置处电磁信号的磁探头；所述定滑轮设置于绕线转轴与扫描单元壳体之间，所述电磁牵引线且远离绕线转轴的一端通过定滑轮，所述电磁牵引线通过定滑轮的一端与扫描单元壳体连接；

所述数据采集器、绕线驱动电机、超声波测距仪和磁探头均连接于PLC控制器上；

所述PLC控制器与计算机连接。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述角度感应器包括倾角传感器和/或陀螺仪。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述绕线驱动电机与绕线转轴之间设置有齿轮组件，所述齿轮组件包括相互齿合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮设置于绕线驱动电机的电机轴上，所述第二齿轮设置于绕线转轴上。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述风筒包括管部和漏斗部，所述风筒的管部一端与风速调控装置连通，所述风筒的管部且远离风速调控装置的一端与漏斗部连接；所述漏斗部包括相互连通的小口端和大口端，所述漏斗部的小口端与所述风筒的管部连接，所述漏斗部的大口端与导向管体连接，所述漏斗部的大口端与导向管体的连接处设置有用于连接大口端和导向管体的接头。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述导向管体的内壁面上设置有凹槽，所述扫描单元壳体的外侧壁面上设置有可在凹槽内滑动的滚珠。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述风速调控装置包括外壳和筒体，所述外壳设置于外部风管与风筒之间，所述筒体穿设于外壳上；所述外壳内部设置有交错轴齿轮组件和用于驱动所述交错轴齿轮组件转动的齿轮驱动电机；

所述外壳上开设有用于穿设筒体的第一通孔和第二通孔，所述筒体穿过第一通孔和第二通孔，所述筒体穿过第一通孔的一端与外部风管连通，所述筒体穿过第二通孔的一端与风筒连通；所述筒体上开设有开口，所述开口内设置有可用来阻挡筒体内风流通的板体，所述筒体上且与所述开口连通处设置有用于容纳板体的板体腔，所述板体腔上设置有用于转动连接板体的转轴，所述板体套设于转轴位于板体腔内的部分上，所述转轴位于板体腔外的部分与交错轴齿轮组件连接，所述交错轴齿轮组件包括轴向垂直且相互齿合的第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮套设于转轴上，所述第四齿轮套设于齿轮驱动电机的电机轴上，所述齿轮驱动电机且远离电机轴的一端固定于外壳的内壁面上；所述齿轮驱动电机与数控模块连接。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述板体腔与筒体一体成型。

上述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述外壳上设置有电源模块，所述电源模块上设置有用于与井下电源连接的电源接口；所述扫描驱动电机电连接于电源模块上。

此外、本发明还提供一种上述的钻孔内壁超声波扫描成像装置的扫描成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将所述钻孔内壁超声波扫描成像装置置于钻孔孔口处，将风速调控装置与外部风管连接，所述数控模块控制所述风速调控装置，所述风速调控装置控制吹向扫描单元的风速；

步骤二、所述扫描单元沿导向管体内壁向远离钻孔孔口的方向滑动，所述数控模块获取扫描单元位置信息；

所述超声波探头发射超声波，数控模块记录超声波探头角度信息，超声波探头发射的超声波碰到钻孔内壁后返回，返回的超声波由超声波探头接收并输出给超声波测距仪，超声波测距仪形成测距数据并将测距数据传输给数控模块，扫描驱动电机带动传动轴，传动轴带动超声波测距仪，超声波测距仪带动超声波探头旋转，数控模块记录转动后超声波探头角度，转动后超声波探头发射的超声波碰到钻孔内壁后返回，返回的超声波由超声波探头接收并输出给超声波测距仪，超声波测距仪形成测距数据并将测距数据传输给所述数控模块，超声波探头持续发出超声波进行周向测距；

步骤三、所述数控模块获取从孔口到孔底的钻孔内壁扫描数据后，所述数控模块控制风速调控装置关闭，所述数控模块控制磁性牵引线，磁性牵引线拉动扫描单元回到钻孔孔口处，断开风速调控装置与外部风管的连接；所述扫描数据包括角度信息、测距数据和位置信息；

步骤四、将所述数控模块内的数据传输给计算机进行记录。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的钻孔内壁超声波扫描成像装置通过设置外接单元、导向管体和扫描单元，能够实现钻孔内壁的三维扫描成像，获得整个钻孔的三维扫描图像，钻孔塌孔位置检测。

2、本发明通过风速调控装置来提供扫描单元的动力，进入导向管体内的风速可调，能够避免外部风管内风速过大损坏装置和检测不准确等问题，通过超声波测距仪和超声波探头来获取测距数据，通过位置感应调节单元来调节并记录扫描单元的扫描位置信息，通过角度感应单元来记录超声波探头的角度信息，实现钻孔内壁扫描成像。

3、作为优选的，本发明的角度感应器为倾角传感器和/或陀螺仪，可以根据施工需要和精度要求进行选择，满足传感器探头静态倾角以及动态角度的获得需求，提高扫描装置的准确性。

4、作为优选的，本发明采用交错轴齿轮组件作为齿轮驱动电机与连接有板体的转轴的传动装置，能够有效提高传动的精度，利于对板体角度的控制和调节，提高风速控制的稳定性和准确性。

5、本发明的超声波扫描成像装置的使用方法简单、操作方便，具有良好的成像效果。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的外接单元的结构示意图；

图3为本发明的风速调控装置的结构示意图；

图4为本发明的风速调控装置去掉外壳和齿轮驱动电机的结构示意图；

图5为本发明的位置感应调节单元的结构示意图；

图6为本发明的扫描单元的结构示意图；

图7为本发明的扫描单元的侧视图；

图8为本发明的具体实施方式中的硬件结构示意框图。

附图标记说明

1—钻孔； 2—外部风管； 3—电源接口；

4—外接单元； 5—接头； 6—磁性牵引线；

7—导线； 8—牵引线接头； 9—导向管体；

10—钻孔内壁； 11—外壳； 11-1—第一通孔；

11-2—第二通孔； 11-3—筒体； 11-4—齿轮驱动电机；

11-5—板体腔； 11-6—第三齿轮； 11-7—第四齿轮；

11-8—转轴； 11-9—电机轴； 11-10—板体；

12-1—PLC控制器； 12-2—数据采集器； 12-3—角度感应器；

12-4—绕线驱动电机； 12-5—绕线转轴； 12-6—定滑轮；

12-7—磁探头； 12-8—第一齿轮； 12-9—第二齿轮

13—风筒； 14—电源模块； 15—扫描驱动电机；

16—滚珠； 17—扫描单元壳体； 18—传动轴；

19—凹槽； 20—超声波测距仪； 21—超声波探头；

22—计算机。

具体实施方式

如图1～图8所示，本发明的钻孔内壁超声波扫描成像装置，包括外接单元4、导向管体9和设置于导向管体9内部的扫描单元，所述扫描单元滑动设置于导向管体9的内部；

所述外接单元4包括与计算机22连接的数控模块和与外部风管2连接的风速调控装置；所述数控模块与扫描单元连接，所述风速调控装置且远离外部风管2的一侧设置有风筒13，所述风筒13与风速调控装置连通，所述风筒13且远离风速调控装置的一端与导向管体9连接；所述数控模块与扫描单元之间设置有用于连接数控模块和扫描单元的磁性牵引线6；

所述扫描单元包括与磁性牵引线6连接的扫描单元壳体17，所述扫描单元壳体17内设置有超声波测距仪20和扫描驱动电机15，所述扫描驱动电机15设置于扫描单元壳体17内侧壁面上，所述扫描驱动电机15的电机轴上连接有传动轴18，所述传动轴18且远离电机轴的一端与超声波测距仪20连接；所述超声波测距仪20上设置有超声波探头21。工作过程，外接单元控制扫描单元在导向管体9内部滑动，完成整个钻孔轴向和周向的扫描数据采集。扫描单元壳体17上设置有用于连接磁性牵引线6的牵引线接头8。

本实施例中，如图2和图5所示，所述数控模块包括角度感应单元、位置感应调节单元和PLC控制器12-1；

所述角度感应单元包括设置于超声波探头21上的角度感应器12-3和与角度感应器12-3输出端连接的数据采集器12-2；

所述位置感应调节单元包括用于缠绕电磁牵引线6的绕线转轴12-5、用于通过电磁牵引线6的定滑轮12-6和用于驱动绕线转轴12-5转动的绕线驱动电机12-4，以及与磁性牵引线6接触用于获取接触位置处电磁信号的磁探头12-7；所述定滑轮12-6设置于绕线转轴12-5与扫描单元壳体17之间，所述电磁牵引线6且远离绕线转轴12-5的一端通过定滑轮12-6，所述电磁牵引线6通过定滑轮12-6的一端与扫描单元壳体17连接；定滑轮12-6包括轴和轮，所述轮周边有槽，所述轮能够绕所述轴转动，磁性牵引线6跨过所述槽，经所述定滑轮12-6改变方向。

所述数据采集器12-2、绕线驱动电机12-4、超声波测距仪20和磁探头12-7均连接于PLC控制器12-1上；所述PLC控制器12-1与计算机22连接。角度感应器12-3用于测量超声波探头21的水平角度，如图8所示，角度感应器12-3、数据采集器12-2与PLC控制器12-1连接，角度感应器12-3采集超声波探头21的角度信息，将采集到的数据传输到数据采集器12-2后，传输至PLC控制器12-1进行记录；

磁探头12-7与PLC控制器12-1连接，如图8所示，磁探头12-7获取磁性牵引线6的电磁信号，将该位置处的电磁信号传输给PLC控制器12-1，PLC控制器12-1接收并处理电磁信号，形成位置信息并存储；

PLC控制器12-1控制绕线驱动电机12-4，绕线驱动电机12-4驱动绕线转轴12-5，绕线转轴12-5转动调节磁性牵引线6的长度；

超声波测距仪20获得超声波探头21的测距数据，将测距数据传输给PLC控制器12-1；

PLC控制器12-1将存储的角度信息、测距数据和位置信息传输给计算机22，进行成像处理。

本实施例中，作为优选的，所述角度感应器12-3为倾角传感器。如图8所示，倾角传感器用于测量超声波探头21的倾角数据，将采集到的倾角数据传输到数据采集器12-2，经数据采集器12-2传输到PLC控制器12-1，PLC控制器12-1接收并储存倾角数据；

本实施例中的倾角传感器可用陀螺仪替代，陀螺仪获取超声波探头21转动角度信息，将采集到的转动角度信息传输到数据采集器12-2，经数据采集器12-2传输到PLC控制器12-1，PLC控制器12-1接收并储存转动角度信息；

本实施例中可将倾角传感器与陀螺仪配合使用，倾角传感器与陀螺仪相互独立并分别与PLC控制器12-1连接，可同时获得超声波探头21静态和动态的角度信息，更有利于对塌孔方向和位置进行确定，提高扫描装置的准确性。

本实施例中，如图5所示，所述绕线驱动电机12-4与绕线转轴12-5之间设置有齿轮组件，所述齿轮组件包括相互齿合的第一齿轮12-8和第二齿轮12-9，所述第一齿轮12-8设置于绕线驱动电机12-4的电机轴上，所述第二齿轮12-9设置于绕线转轴12-5上。第一齿轮12-8和第二齿轮12-9的齿合能够提高传动的精度和装置的使用寿命。

本实施例中，如图2所示，所述风筒13包括管部和漏斗部，所述风筒13的管部一端与风速调控装置连通，所述风筒13的管部且远离风速调控装置的一端与漏斗部连接；所述漏斗部包括相互连通的小口端和大口端，所述漏斗部的小口端与所述风筒13的管部连接，所述漏斗部的大口端与导向管体9连接，所述漏斗部的大口端与导向管体9的连接处设置有用于连接大口端和导向管体9的接头5。风筒13包括管部和漏斗部，漏斗部的大口端与导向管体9连接，流经风筒13的风流截面积增大，流速减缓，利于对风速的控制和调节。

本实施例中，如图7所示，所述导向管体9的内壁面上设置有凹槽19，所述扫描单元壳体17的外侧壁面上设置有可在凹槽19内滑动的滚珠16。

本实施例中，如图2～图4所示，所述风速调控装置包括外壳11和筒体11-3，所述外壳11设置于外部风管2与风筒13之间，所述筒体11-3穿设于外壳11上；所述外壳11内部设置有交错轴齿轮组件和用于驱动所述交错轴齿轮组件转动的齿轮驱动电机11-4；

所述外壳11上开设有用于穿设筒体11-3的第一通孔11-1和第二通孔11-2，所述筒体11-3穿过第一通孔11-1和第二通孔11-2，所述筒体11-3穿过第一通孔11-1的一端与外部风管2连通，所述筒体11-3穿过第二通孔11-2的一端与风筒13连通；所述筒体11-3上开设有开口，所述开口内设置有可用来阻挡筒体11-3内风流通的板体11-10，所述筒体11-3上且与所述开口连通处设置有用于容纳板体11-10的板体腔11-5，所述板体腔11-5上设置有用于转动连接板体11-10的转轴11-8，所述板体11-10套设于转轴11-8位于板体腔11-5内的部分上，所述转轴11-8位于板体腔11-5外的部分与交错轴齿轮组件连接，所述交错轴齿轮组件包括轴向垂直且相互齿合的第三齿轮11-6和第四齿轮11-7，所述第三齿轮11-6套设于转轴11-8上，所述第四齿轮11-7套设于齿轮驱动电机11-4的电机轴11-9上，所述齿轮驱动电机11-4且远离电机轴11-9的一端固定于外壳11的内壁面上；所述齿轮驱动电机11-4与数控模块连接。齿轮驱动电机11-4与PLC控制器12-1连接，如图8所示，PLC控制器12-1通过接收吹向扫描单元壳体17的风的压力来控制齿轮驱动电机11-4的转速，进而控制交错轴齿轮组件和转轴11-8的转动，调节板体11-10在筒体11-3内的转动，控制筒体11-3内通过的风的流量，达到调节风速的目的。PLC控制器12-1获得扫描单元壳体17的风的压力的方式可以通过在扫描单元壳体17正对风流方向的位置处设置一与PLC控制器12-1电连接的压力传感器，PLC控制器12-1接收压力传感器的压力数据并控制齿轮驱动电机11-4的转速。

本实施例中，所述板体腔11-5与筒体11-3一体成型。板体腔11-5与筒体11-3采用一体成型的方式，能够提高筒体11-3的密封性，提高装置的精度。

本实施例中，如图1和图2所示，所述外壳11上设置有电源模块14，所述电源模块14上设置有用于与井下电源连接的电源接口3；所述扫描驱动电机15电连接于电源模块14上。扫描驱动电机15与电源模块14之间设置有用于连接扫描驱动电机15与电源模块14的导线7。

本发明的钻孔内壁超声波扫描成像装置的扫描成像方法包括以下步骤：

步骤一、将所述钻孔内壁超声波扫描成像装置置于钻孔1孔口处，将风速调控装置中的筒体11-3且穿过第一通孔11-1的一端与外部风管2连接，启动超声波测距仪20和扫描驱动电机15，PLC控制器12-1控制齿轮驱动电机11-4转动，齿轮驱动电机11-4带动第四齿轮11-7，第四齿轮11-7带动第三齿轮11-6，第三齿轮11-6带动转轴11-8转动，转轴11-8带动板体11-10，板体11-10向远离板体腔11-5的方向转动，筒体11-3的风流量减小，扫描单元壳体17滑动速度减慢；

步骤二、扫描单元壳体17沿导向管体9内壁向远离钻孔1孔口的方向滑动，PLC控制器12-1控制绕线驱动电机12-4转动，绕线驱动电机12-4带动绕线转轴12-5转动，绕线转轴12-5转动带动磁性牵引线6，扫描单元壳体17带动磁性牵引线6拉长，磁性牵引线6通过磁探头12-7缺口处时产生电磁信号，电磁信号经磁探头12-7获取并传输到PLC控制器12-1，PLC控制器12-1获取电磁信号并处理成位置信息，在风速调节装置和磁性牵引线6的共同作用下，超声波探头21做直线运动；

超声波探头21发射超声波，角度感应器12-3获得超声波探头21的角度信息，并将角度信息传输到数据采集器12-2，由数据采集器12-2传输到PLC控制器12-1进行处理和存储，超声波探头21发出的超声波碰到钻孔内壁10后返回，返回的超声波由超声波探头21接收并输出给超声波测距仪20，超声波测距仪20形成测距数据并将测距数据传输给PLC控制器12-1，PLC控制器12-1接收并存储测距数据，扫描驱动电机15带动传动轴18，传动轴18带动超声波测距仪20，超声波测距仪20带动超声波探头21旋转，角度感应器12-3采集超声波探头21角度信息并将角度信息传输到数据采集器12-2，由数据采集器12-2传输到PLC控制器12-1进行处理和存储，转动后超声波探头21发射超声波，超声波沿超声波探头21方向碰到钻孔内壁10后返回，返回的超声波由超声波探头21接收并输出给超声波测距仪20，超声波测距仪20形成测距数据并将测距数据传输给PLC控制器12-1，超声波探头21持续发出超声波进行周向测距；

步骤三、扫描单元壳体17持续向远离孔口的方向直线运动，持续进行周向测距，直到LPC控制器12-1完成从孔口到孔底角度信息、测距数据和位置信息的采集，完成钻孔内壁10扫描，PLC控制器12-1控制齿轮驱动电机11-4转动，齿轮驱动电机11-4带动第四齿轮11-7，第四齿轮11-7带动第三齿轮11-6，第三齿轮11-6带动转轴11-8转动，转轴11-8带动板体11-10，板体11-10向远离板体腔11-5的方向转动至完全阻挡筒体11-3的风流动，同时PLC控制器12-1控制绕线驱动电机12-4，绕线驱动电机12-4控制绕线转轴12-5转动，绕线转轴12-5缠绕回收磁性牵引线6，磁性牵引线6牵引扫描单元壳体17回到钻孔1孔口处，断开风速调控装置与外部风管2的连接；

步骤四、将PLC控制器12-1的角度信息、测距数据和位置信息传输到计算机22进行处理，将角度信息、测距数据和位置信息放入极坐标系中，以一个数组中的测距数据为极径，角度信息为极角，位置信息为距离钻孔孔口的距离确定极坐标系中的一个点，将所有数组处理成钻孔内壁10的超声波扫描图像；

本方法还包括对装置进行校准，具体方法包括：

依据公式X＝nM/N(n为≥1的整数)对角度感应器刷新率和超声波频数进行校准，以使角度感应器所获得的角度信息与该角度的测距数据匹配；

其中，N为超声波探头21的自转周期，自传周期是指超声波探头21沿自转轴旋转一周所需的时间，单位为s；

M为一个自转周期内超声束的数量，单位为束，调整自转周期使一个自转周期内超声束的数量为整数，超声波探头21发射和接收的超声波，形成超声束，以一次发射接收到的超声波为一束超声束；

M/N为一个自转周期中超声束的频数，频数是指一个自转周期中，每秒内超声束的数量；

X为角度感应器的刷新率，刷新率是指每秒内的角度信息的数量；

扫描单元的直线运动速度与超声波探头21旋转测距的速度影响成像质量；超声波发射接收超声波速度恒定，直线运动速度越慢，旋转速度越快，单位距离内的周向测距数据越多，图像越精细；相反，直线运动速度越快，旋转速度越慢，单位距离内的轴向测距数据越少，图像越粗糙；利用风速调控装置和磁性牵引线6对扫描单元的直线运动速度进行控制，通过磁性牵引线6与磁探头12-7获取扫描单元位置信息，根据对画质和成像效率的要求，对扫描单元的直线运动速度与超声波探头21旋转测距的速度进行调整。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，包括外接单元(4)、导向管体(9)和设置于导向管体(9)内部的扫描单元，所述扫描单元滑动设置于导向管体(9)的内部；

所述外接单元(4)包括与计算机(22)连接的数控模块和与外部风管(2)连接的风速调控装置；所述数控模块与扫描单元连接，所述风速调控装置且远离外部风管(2)的一侧设置有风筒(13)，所述风筒(13)与风速调控装置连通，所述风筒(13)且远离风速调控装置的一端与导向管体(9)连接；所述数控模块与扫描单元之间设置有用于连接数控模块和扫描单元的磁性牵引线(6)；

所述扫描单元包括与磁性牵引线(6)连接的扫描单元壳体(17)，所述扫描单元壳体(17)内设置有超声波测距仪(20)和扫描驱动电机(15)，所述扫描驱动电机(15)设置于扫描单元壳体(17)内侧壁面上，所述扫描驱动电机(15)的电机轴上连接有传动轴(18)，所述传动轴(18)且远离电机轴的一端与超声波测距仪(20)连接；所述超声波测距仪(20)上设置有超声波探头(21)。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述数控模块包括角度感应单元、位置感应调节单元和PLC控制器(12-1)；

所述角度感应单元包括设置于超声波探头(21)上的角度感应器(12-3)和与角度感应器(12-3)输出端连接的数据采集器(12-2)；

所述位置感应调节单元包括用于缠绕电磁牵引线(6)的绕线转轴(12-5)、用于通过电磁牵引线(6)的定滑轮(12-6)和用于驱动绕线转轴(12-5)转动的绕线驱动电机(12-4)，以及与磁性牵引线(6)接触用于获取接触位置处电磁信号的磁探头(12-7)；所述定滑轮(12-6)设置于绕线转轴(12-5)与扫描单元壳体(17)之间，所述电磁牵引线(6)且远离绕线转轴(12-5)的一端通过定滑轮(12-6)，所述电磁牵引线(6)通过定滑轮(12-6)的一端与扫描单元壳体(17)连接；

所述数据采集器(12-2)、绕线驱动电机(12-4)、超声波测距仪(20)和磁探头(12-7)均连接于PLC控制器(12-1)上；

所述PLC控制器(12-1)与计算机(22)连接。

3.根据权利要求2所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述角度感应器(12-3)包括倾角传感器和/或陀螺仪。

4.根据权利要求2所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述绕线驱动电机(12-4)与绕线转轴(12-5)之间设置有齿轮组件，所述齿轮组件包括相互齿合的第一齿轮(12-8)和第二齿轮(12-9)，所述第一齿轮(12-8)设置于绕线驱动电机(12-4)的电机轴上，所述第二齿轮(12-9)设置于绕线转轴(12-5)上。

5.根据权利要求1所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述风筒(13)包括管部和漏斗部，所述风筒(13)的管部一端与风速调控装置连通，所述风筒(13)的管部且远离风速调控装置的一端与漏斗部连接；所述漏斗部包括相互连通的小口端和大口端，所述漏斗部的小口端与所述风筒(13)的管部连接，所述漏斗部的大口端与导向管体(9)连接，所述漏斗部的大口端与导向管体(9)的连接处设置有用于连接大口端和导向管体(9)的接头(5)。

6.根据权利要求1所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述导向管体(9)的内壁面上设置有凹槽(19)，所述扫描单元壳体(17)的外侧壁面上设置有可在凹槽(19)内滑动的滚珠(16)。

7.根据权利要求1所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述风速调控装置包括外壳(11)和筒体(11-3)，所述外壳(11)设置于外部风管(2)与风筒(13)之间，所述筒体(11-3)穿设于外壳(11)上；所述外壳(11)内部设置有交错轴齿轮组件和用于驱动所述交错轴齿轮组件转动的齿轮驱动电机(11-4)；

所述外壳(11)上开设有用于穿设筒体(11-3)的第一通孔(11-1)和第二通孔(11-2)，所述筒体(11-3)穿过第一通孔(11-1)和第二通孔(11-2)，所述筒体(11-3)穿过第一通孔(11-1)的一端与外部风管(2)连通，所述筒体(11-3)穿过第二通孔(11-2)的一端与风筒(13)连通；所述筒体(11-3)上开设有开口，所述开口内设置有可用来阻挡筒体(11-3)内风流通的板体(11-10)，所述筒体(11-3)上且与所述开口连通处设置有用于容纳板体(11-10)的板体腔(11-5)，所述板体腔(11-5)上设置有用于转动连接板体(11-10)的转轴(11-8)，所述板体(11-10)套设于转轴(11-8)位于板体腔(11-5)内的部分上，所述转轴(11-8)位于板体腔(11-5)外的部分与交错轴齿轮组件连接，所述交错轴齿轮组件包括轴向垂直且相互齿合的第三齿轮(11-6)和第四齿轮(11-7)，所述第三齿轮(11-6)套设于转轴(11-8)上，所述第四齿轮(11-7)套设于齿轮驱动电机(11-4)的电机轴(11-9)上，所述齿轮驱动电机(11-4)且远离电机轴(11-9)的一端固定于外壳(11)的内壁面上；所述齿轮驱动电机(11-4)与数控模块连接。

8.根据权利要求7所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述板体腔(11-5)与筒体(11-3)一体成型。

9.根据权利要求7所述的一种钻孔内壁超声波扫描成像装置，其特征在于，所述外壳(11)上设置有电源模块(14)，所述电源模块(14)上设置有用于与井下电源连接的电源接口(3)；所述扫描驱动电机(15)电连接于电源模块(14)上。

10.一种如权利要求1所述的钻孔内壁超声波扫描成像装置的扫描成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将所述钻孔内壁超声波扫描成像装置置于钻孔(1)孔口处，将风速调控装置与外部风管(2)连接，所述数控模块控制所述风速调控装置，所述风速调控装置控制吹向扫描单元的风速；

步骤二、所述扫描单元沿导向管体(9)内壁向远离钻孔(1)孔口的方向滑动，所述数控模块获取扫描单元位置信息；

所述超声波探头(21)发射超声波，数控模块记录超声波探头(21)角度信息，超声波探头(21)发射的超声波碰到钻孔内壁(10)后返回，返回的超声波由超声波探头(21)接收并输出给超声波测距仪(20)，超声波测距仪(20)形成测距数据并将测距数据传输给数控模块，扫描驱动电机(15)带动传动轴(18)，传动轴(18)带动超声波测距仪(20)，超声波测距仪(20)带动超声波探头(21)旋转，数控模块记录转动后超声波探头(21)角度，转动后超声波探头(21)发射的超声波碰到钻孔内壁(10)后返回，返回的超声波由超声波探头(21)接收并输出给超声波测距仪(20)，超声波测距仪(20)形成测距数据并将测距数据传输给所述数控模块，超声波探头(21)持续发出超声波进行周向测距；

步骤三、所述数控模块获取从孔口到孔底的钻孔内壁(10)扫描数据后，所述数控模块控制风速调控装置关闭，所述数控模块控制磁性牵引线(6)，磁性牵引线(6)拉动扫描单元回到钻孔(1)孔口处，断开风速调控装置与外部风管(2)的连接；所述扫描数据包括角度信息、测距数据和位置信息；

步骤四、将所述数控模块内的数据传输给计算机(22)进行记录。