CN114563829B - 一种岩芯数字化采集系统及岩芯数字化采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种岩芯数字化采集系统及岩芯数字化采集方法。采集系统包括井口立架、探头组件、升降组件和数据处理组件。升降组件与井口立架配合，升降组件具有拉绳，探头组件与拉绳连接，以实现对探头组件的升降操作。探头组件与数据处理组件电信号连接，以用于将采集到的图像信号传输至数据处理组件进行统一处理。采集方法使用上述的采集系统实现。其操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

Description

一种岩芯数字化采集系统及岩芯数字化采集方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体而言，涉及一种岩芯数字化采集系统及岩芯数字化采集方法。

背景技术

在工程物探、水文地质、矿产勘察等等工程工作中，尽管已经有了很多无损探测方法，如电法、磁法、声波探测等等手段，但通常都还需要通过钻孔采取岩芯来对其进行标定和校正，以便获取准确的地下地质体资料。甚至在很多的工程工作中，钻孔取芯还是主要的勘察手段。但岩芯实物的运输保存又是一个耗时耗力的工作，而且不易追溯，尽管已经有一些数字化技术在使用，但也主要限于对采取后的岩芯进行拍照留存，难以再现地下地质体的完整情况；而若遇地质状况复杂、岩层破碎、或者孔径过大的情况下，钻机打孔过程中根本采取不到岩芯，以至于工程人员无法准确获取地层的岩性、溶蚀程度、裂隙发育情况、构造发育情况等信息，给工程的后续工作带来不便。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种岩芯数字化采集系统，其操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种岩芯数字化采集方法，其操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种岩芯数字化采集系统，其包括：井口立架、探头组件、升降组件和数据处理组件。

升降组件与井口立架配合，升降组件具有拉绳，探头组件与拉绳连接，以实现对探头组件的升降操作。

探头组件与数据处理组件电信号连接，以用于将采集到的图像信号传输至数据处理组件进行统一处理。

井口立架设置有同步机构，同步机构包括第一滚动轮、第二滚动轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮和制动块。

第一滚动轮和第二滚动轮二者的表面均开设有凹槽，凹槽沿第一滚动轮和第二滚动轮二者的周向连续延伸呈环状。第一滚动轮和第二滚动轮均与拉绳的表面贴合，拉绳配合于凹槽当中，第一滚动轮和第二滚动轮沿拉绳的长度方向间隔设置。第一滚动轮和第二滚动轮构成滚轮组，多个滚轮组沿拉绳的周向均匀阿间隔设置。

凹槽的槽底均设置有齿，齿沿凹槽设置形成齿圈。第一传动齿轮与第一滚动轮的齿圈啮合，第二传动齿轮与第二滚动轮的齿圈啮合，第一传动齿轮和第二传动齿轮均与第三传动齿轮啮合。

制动块可滑动地配合于井口立架并由驱动组件驱动，以能够滑动远离和靠近第三传动齿轮。制动块靠近第三传动齿轮的一端设置有用于与第三传动齿轮啮合的齿部，以用于将第三传动齿轮锁定。

进一步地，凹槽的槽壁的横截面呈圆弧状，凹槽的槽壁所对应的圆的直径与拉绳的直径相同。凹槽中的齿圈也与拉绳相贴合。

进一步地，第一传动齿轮位于第一滚动轮远离拉绳的一侧，第二传动齿轮位于第二滚动轮远离拉绳的一侧。井口立架还安装有V型支架，第一传动齿轮和第二传动齿轮分别安装于V型支架的两端，第三传动齿轮安装于V型支架的中部。

V型支架还连接有导轨，导轨一端固定连接于V型支架的中部，另一端朝远离拉绳的一端延伸。制动块可滑动地配合于导轨。

进一步地，驱动组件包括伺服电机和偏心轮，偏心轮可转动地安装于导轨远离V型支架的一端。制动块靠近第三传动齿轮的一端与导轨的靠近V型支架的一端之间抵接有弹性件，以用于推动制动块远离第三传动齿轮。

伺服电机用于驱动偏心轮转动，从而推动制动块靠近第三传动齿轮。

进一步地，驱动组件包括基板、第一运动座、第二运动座、驱动轴、第一配合杆和第二配合杆。

基板固定安装于井口立架，第一运动座可滑动地配合于基板，第二运动座可滑动地配合于第一运动座。其中，第一运动座的滑动方向与第二运动座的滑动方向垂直，第二运动座的滑动方向与制动块的滑动方向相同。

第一配合杆固定连接于第二运动座远离制动块的一端。第二配合杆配合于第二运动座靠近制动块的一端，第二配合杆与制动块连接。

沿第一运动座的滑动方向，第二配合杆可滑动地与第二运动座配合，沿第二运动座的滑动方向，第二配合杆与第二运动座固定配合。

第一配合杆和第二配合杆均沿第二运动座的滑动方向设置。

第二运动座设置有内齿环，内齿环包括第一齿部、第二齿部和弧形齿部，第一齿部和第二齿部平行、间隔且相向设置，两弧形齿部分别连接于第一齿部和第二齿部的两端以连接形成内齿环。

驱动轴可转动地配合于基板，驱动轴同轴连接有驱动齿轮，驱动齿轮与内齿环啮合。基板表面固定设置有挡条，挡条沿第一运动座的滑动方向设置。第一配合杆具有朝向基板表面设置的定位柱。定位柱与挡条贴合。

驱动轴用于驱动第二运动座滑动。当驱动齿轮与第一齿部啮合时，定位柱与挡条靠近制动块的一侧贴合。当驱动齿轮与第二齿部啮合时，定位柱与挡条远离制动块的一侧贴合。驱动轴用于驱动驱动齿轮交替式地与第一齿部、第二齿部啮合，以驱动制动块运动。

进一步地，第一运动座开设有容纳腔，容纳腔由第一运动座的表面凹陷形成。第二运动座容纳于容纳腔并可滑动地配合于容纳腔当中。第一配合杆贯穿容纳腔的侧壁。第一运动座靠近制动块的一侧开设有让位缺口，让位缺口贯穿容纳腔的侧壁并沿第一运动座的滑动方向延展，第二配合杆穿过让位缺口。

进一步地，井口立架还设置有协同组件，协同组件包括摆臂和多个子传动齿轮。多个子传动齿轮沿摆臂的长度方向设置，且多个子传动齿轮依次相互啮合。摆臂一端靠近第三传动齿轮设置，摆臂远离第三传动齿轮的一端铰接于井口立架，摆臂的转动轴心线与距第三传动齿轮最远的一子传动齿轮的转动轴心线重合设置。与距第三传动齿轮最远的一子传动齿轮与一辅助驱动器传动配合，辅助驱动器的驱动速率与升降组件的升降速率相适应。

摆臂的铰接部位配合有扭簧，以用于驱动摆臂摆动使子传动齿轮与第三传动齿轮啮合。摆臂设置有延伸杆，延伸杆朝向制动块延伸设置。延伸杆靠近制动块的一端设置有楔形部，以使制动块在靠近第三传动齿轮时能够推动楔形部而将延伸杆顶开，使子传动齿轮与第三传动齿轮分离。

进一步地，探头组件设置有前置摄像头和后置摄像头。前置摄像头用于采集岩芯图像数据。后置摄像头朝向井口设置，用于监测井孔的安全状况。

一种利用上述的岩芯数字化采集系统的岩芯数字化采集方法，其包括：

将井口立架架设于井口。

探头组件放入井孔中，并利用升降组件调节探头组件的深度。

利用探头组件采集井孔内的数字图像序列。

利用插值加权方法对数字图像序列进行处理，并将处理后的图像进行3D复原，得到岩芯数字化图像。

进一步地，利用插值加权方法对数字图像序列进行处理的表达式包括：

其中，f（x，y）表示待求像素点（x，y）的灰度值，i表示待求像素点的横坐标x的整数部分，u表示x的小数部分，j表示待求像素点的纵坐标y的整数部分，v表示y的小数部分，A表示横坐标上的权重向量，B表示16个相邻像素点的灰度值矩阵，C表示纵坐标上的权重向量，S即是权重的值。

本发明实施例的技术方案的有益效果包括：

本发明实施例提供的岩芯数字化采集系统具体在使用过程中，可以通过升降组件收放拉绳，从而实现对探头组件的下放和收起，以调节探头组件在井孔中的深度，便于图像采集工作的精准进行。

在调节深度的过程中，当拉绳被收放时，拉绳被第一滚动轮和第二滚动轮限位，能够减少拉绳在收放过程中的晃动，提高了拉绳整体的稳定性，从而避免探头组件晃动，降低了探头组件与井孔壁碰撞的概率，并有助于提高图像清晰度。

另外，第一滚动轮和第二滚动轮分别经第一传动齿轮和第二传动齿轮传动配合至第三传动齿轮，实现第一滚动轮和第二滚动轮的同步协调，保证了第一滚动轮和第二滚动轮二者同步转动，这样能够进一步提高拉绳在通过第一滚动轮和第二滚动轮时的顺畅度，保证拉绳处于绷直状态，避免深度调节出现不准确的问题。

当深度调节至预定位置后，可以利用驱动组件驱动制动块靠近第三传动齿轮，使制动块的齿部与第三传动齿轮配合，从而实现对第三传动齿轮的锁定，这样的话，第一滚动轮和第二滚动轮也就被同时锁定了，第一滚动轮和第二滚动轮能够对拉绳起到定位的限制作用，避免拉绳继续运动，从而实现对探头组件的深度的锁定，避免在进行图像数据采集的过程中因为拉绳松动而造成探头组件深度改变的问题。

通过以上设计，不仅提高了图像采集过程的精准度和可靠性，而且能够实现数据的现场采集，无需再担心现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

总体而言，本发明实施例提供的岩芯数字化采集系统操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。本发明实施例提供的岩芯数字化采集方法操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的岩芯数字化采集系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的第一滚动轮与拉绳的配合示意图；

图3为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的同步机构与拉绳的第一工作状态配合示意图；

图4为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的同步机构与拉绳的第二工作状态配合示意图；

图5为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的制动块的第一视角的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的制动块的第二视角的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的制动块的内部结构示意图；

图8为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的制动块的弹性橡胶柱的装配示意图；

图9为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的第二种驱动组件的第一工作状态的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的第二种驱动组件的第二工作状态的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的第二种驱动组件的第三工作状态的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的第二种驱动组件的第四工作状态的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的协同组件的第一工作状态的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的协同组件的第二工作状态的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的芯数字化采集系统的探头组件的结构示意图。

附图标记说明：

岩芯数字化采集系统1000；井口立架100；同步机构200；第一滚动轮210；第二滚动轮220；凹槽230；齿圈231；第一传动齿轮240；第二传动齿轮250；第三传动齿轮260；制动块270；齿部271；内腔272；滑动块273；转轮274；导杆275；滑槽276；弹性橡胶柱277；微动开关278；V型支架280；导轨290；驱动组件300；伺服电机310；偏心轮320；弹性件330；基板340；挡条341；第一运动座350；容纳腔351；让位缺口352；第二运动座360；第一齿部361；第二齿部362；弧形齿部363；驱动齿轮371；第一配合杆380；定位柱381；第二配合杆390；协同组件400；摆臂410；子传动齿轮420；延伸杆430；楔形部431；探头组件500；前置摄像头510；后置摄像头520；升降组件600；拉绳610；数据处理组件700。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种岩芯数字化采集系统1000，岩芯数字化采集系统1000包括：井口立架100、探头组件500、升降组件600和数据处理组件700。

井口立架100用于安装于井孔的井口处，以实现对岩芯数字化采集系统1000的安装定位。

升降组件600与井口立架100配合，升降组件600具有拉绳610，拉绳610经井口立架100并向井孔中延伸，探头组件500与拉绳610连接，以通过升降组件600实现对探头组件500的升降操作。

探头组件500与数据处理组件700电信号连接（例如通过光缆实现电信号连接，但不仅限于此），以用于将采集到的图像信号传输至数据处理组件700进行统一处理。

具体的，请结合图2、图3和图4，井口立架100设置有同步机构200，同步机构200安装于井口立架100的架体上，同步机构200包括第一滚动轮210、第二滚动轮220、第一传动齿轮240、第二传动齿轮250、第三传动齿轮260和制动块270。

第一滚动轮210和第二滚动轮220二者的表面均开设有凹槽230，凹槽230沿第一滚动轮210和第二滚动轮220二者的周向连续延伸呈环状，第一滚动轮210的环状的凹槽230所对应的中心轴线与第一滚动轮210的转动轴心线重合设置，第二滚动轮220的环状的凹槽230所对应的中心轴线与第二滚动轮220的转动轴心线重合设置。

第一滚动轮210和第二滚动轮220均与拉绳610的表面贴合，拉绳610配合于凹槽230当中，第一滚动轮210和第二滚动轮220沿拉绳610的长度方向间隔设置。第一滚动轮210和第二滚动轮220构成滚轮组，多个滚轮组沿拉绳610的周向均匀阿间隔设置。具体的，第一滚动轮210和第二滚动轮220沿高度方向排列。在本实施例中，滚轮组为3组，且不限于此。

凹槽230的槽底均设置有齿，齿沿凹槽230设置形成齿圈231。第一传动齿轮240与第一滚动轮210的齿圈231啮合，第二传动齿轮250与第二滚动轮220的齿圈231啮合，第一传动齿轮240和第二传动齿轮250均与第三传动齿轮260啮合。

制动块270可滑动地配合于井口立架100并由驱动组件300驱动，以能够滑动远离和靠近第三传动齿轮260。制动块270靠近第三传动齿轮260的一端设置有用于与第三传动齿轮260啮合的齿部271，以用于将第三传动齿轮260锁定。

具体在使用过程中，可以通过升降组件600收放拉绳610，从而实现对探头组件500的下放和收起，以调节探头组件500在井孔中的深度，便于图像采集工作的精准进行。

在调节深度的过程中，当拉绳610被收放时，拉绳610被第一滚动轮210和第二滚动轮220限位，能够减少拉绳610在收放过程中的晃动，提高了拉绳610整体的稳定性，从而避免探头组件500晃动，降低了探头组件500与井孔壁碰撞的概率，并有助于提高图像清晰度。

另外，第一滚动轮210和第二滚动轮220分别经第一传动齿轮240和第二传动齿轮250传动配合至第三传动齿轮260，实现第一滚动轮210和第二滚动轮220的同步协调，保证了第一滚动轮210和第二滚动轮220二者同步转动，这样能够进一步提高拉绳610在通过第一滚动轮210和第二滚动轮220时的顺畅度，保证拉绳610处于绷直状态，避免深度调节出现不准确的问题。

当深度调节至预定位置后，可以利用驱动组件300驱动制动块270靠近第三传动齿轮260，使制动块270的齿部271与第三传动齿轮260配合，从而实现对第三传动齿轮260的锁定，这样的话，第一滚动轮210和第二滚动轮220也就被同时锁定了，第一滚动轮210和第二滚动轮220能够对拉绳610起到定位的限制作用，避免拉绳610继续运动，从而实现对探头组件500的深度的锁定，避免在进行图像数据采集的过程中因为拉绳610松动而造成探头组件500深度改变的问题。

通过以上设计，不仅提高了图像采集过程的精准度和可靠性，而且能够实现数据的现场采集，无需再担心现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。总体而言，岩芯数字化采集系统1000操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集。

进一步地，为了提高第一滚动轮210和第二滚动轮220对拉绳610的定位和锁定作用，凹槽230的槽壁的横截面呈圆弧状，凹槽230的槽壁所对应的圆的直径与拉绳610的直径相同。凹槽230中的齿圈231也与拉绳610相贴合。

进一步地，第一传动齿轮240位于第一滚动轮210远离拉绳610的一侧，第二传动齿轮250位于第二滚动轮220远离拉绳610的一侧。井口立架100还安装有V型支架280，V型支架280固定安装于井口支架的架体，V型支架280的V型开口朝向拉绳610所在的一侧设置，第一传动齿轮240和第二传动齿轮250分别安装于V型支架280的两端，第三传动齿轮260安装于V型支架280的中部。

V型支架280还连接有导轨290，导轨290一端固定连接于V型支架280的中部，另一端朝远离拉绳610的一端延伸。制动块270可滑动地配合于导轨290，制动块270能够沿着导轨290滑动，从而靠近和远离第三传动齿轮260。

在本实施例中，请结合图2、图3和图4，提供了驱动组件300的第一种实现方式，驱动组件300包括安装有减速机构的伺服电机310和偏心轮320，偏心轮320可转动地安装于导轨290远离V型支架280的一端偏心轮320位于制动块270远离第三传动齿轮260的一侧。制动块270靠近第三传动齿轮260的一端与导轨290的靠近V型支架280的一端之间抵接有弹性件330，弹性件330用于推动制动块270远离第三传动齿轮260。伺服电机310用于驱动偏心轮320转动，从而推动制动块270靠近第三传动齿轮260，以实现对第三传动齿轮260的锁定。当需要解除对第三传动齿轮260的锁定时，控制伺服电机310反向转动即可。

请结合图5、图6、图7和图8，为了提高锁定过程的可监控性，制动块270设置有内腔272，内腔272贯穿至制动块270靠近偏心轮320的一侧。内腔272中可滑动地配合有滑动块273，滑动块273靠近偏心轮320的一侧设置转轮274，转轮274的转动轴心线沿制动块270的宽度方向设置。滑动块273远离偏心轮320的一侧设置有导杆275，内腔272中还开设有供导杆275滑动的滑槽276，滑槽276沿制动块270的滑动方向设置；导杆275与滑槽276靠近第三传动齿轮260的一端端部之间抵接有弹性橡胶柱277。滑槽276的用于容纳弹性橡胶柱277的部分的槽壁呈波浪形。内腔272中固定安装有微动开关278，微动开关278的按动部朝向偏心轮320的一侧设置并与滑动块273贴合。当制动块270与第三传动齿轮260配合时，微动开关278的触发力大于弹性件330的弹力与弹性橡胶柱277的弹力之和。

当偏心轮320推动制动块270时，偏心轮320与转轮274接触，能够提高推动过程的顺畅度。当制动块270与第三传动齿轮260配合后，偏心轮320继续对制动块270施力，会推动滑动块273，从而使导杆275压缩弹性橡胶柱277，从而让滑动块273能够触发微动开关278。微动开关278可以通过有线连接或无线连接与数据处理组件700实现信号连接，当微动开关278被触发时，则表明制动块270已经将第三传动齿轮260顺利锁定，起到对锁定动作的指示作用。

其中，弹性橡胶柱277周围的滑槽276的内壁是呈波浪形，为弹性橡胶柱277的弹性形变预留了空间，使弹性橡胶柱277能够按照滑槽276的波浪形内壁的形状进行弹性形变，避免弹性橡胶柱277在每次弹性形变时均发生不规则形变，降低了弹性橡胶柱277的机械损耗，降低了弹性橡胶柱277表面发生破裂的概率，延长了弹性橡胶柱277的使用寿命。

在本实施例中，请结合图9、图10、图11和图12，还提供了驱动组件300的第二种实现方式，驱动组件300包括基板340、第一运动座350、第二运动座360、驱动轴、第一配合杆380和第二配合杆390。

基板340固定安装于井口立架100的架体，基板340位于制动块270远离第三传动齿轮260的一侧。第一运动座350可滑动地配合于基板340，第二运动座360可滑动地配合于第一运动座350。其中，第一运动座350的滑动方向与第二运动座360的滑动方向垂直，第二运动座360的滑动方向与制动块270的滑动方向相同。

第一配合杆380固定连接于第二运动座360远离制动块270的一端。第二配合杆390配合于第二运动座360靠近制动块270的一端并朝向制动块270延伸，第二配合杆390与制动块270连接。

沿第一运动座350的滑动方向，第二配合杆390可滑动地与第二运动座360配合，沿第二运动座360的滑动方向，第二配合杆390与第二运动座360固定配合。

第一配合杆380和第二配合杆390均沿第二运动座360的滑动方向设置。

第二运动座360设置有内齿环，内齿环包括第一齿部361、第二齿部362和弧形齿部363，第一齿部361和第二齿部362平行、间隔且相向设置，两弧形齿部363分别连接于第一齿部361和第二齿部362的两端以连接形成内齿环。

驱动轴可转动地配合于基板340，驱动轴同轴连接有驱动齿轮371，驱动齿轮371与内齿环啮合。基板340表面固定设置有挡条341，挡条341沿第一运动座350的滑动方向设置。第一配合杆380具有朝向基板340表面设置的定位柱381。定位柱381与挡条341贴合。

沿第一运动座350的滑动方向，第二运动座360与第一运动座350固定配合。

驱动轴用于驱动第二运动座360滑动。当驱动齿轮371与第一齿部361啮合时，定位柱381与挡条341靠近制动块270的一侧贴合。当驱动齿轮371与第二齿部362啮合时，定位柱381与挡条341远离制动块270的一侧贴合。驱动轴用于驱动驱动齿轮371交替式地与第一齿部361、第二齿部362啮合，以驱动制动块270运动。

具体的，如图9所示，驱动齿轮371与第一齿部361啮合，定位柱381贴合于挡条341靠近第一运动座350的一侧，驱动齿轮371继续沿如图9中顺时针方向转动，能够驱动第一运动座350和第二运动座360沿着第一运动座350的滑动方向滑动。当驱动齿轮371运动至第一齿部361和弧形齿部363的连接部位时，如图10所示，定位柱381也运动至挡条341的一端部。驱动齿轮371继续沿顺时针方向转动，驱动齿轮371与弧形齿部363啮合，如图10所示，并驱动第二运动座360相对第一运动座350进行滑动。当驱动齿轮371与第二齿部362啮合后，第二运动座360滑动至第一运动座350靠近挡条341的一侧，如图10所示，且定位柱381贴合于挡条341远离第一运动座350的一侧。在此过程中，第二配合杆390不会随着第二运动座360沿第一运动座350的滑动方向滑动，但是会随着第二运动座360沿第二运动座360的滑动方向滑动，实现对制动块270的驱动。即当驱动齿轮371与第一齿部361啮合时，制动块270是与第三传动齿轮260配合的；当驱动齿轮371与第二齿部362啮合时，制动块270是与第三传动齿轮260分离的。

进一步地，为了提高结构稳定性，第一运动座350开设有容纳腔351，容纳腔351由第一运动座350的表面凹陷形成。第二运动座360容纳于容纳腔351并可滑动地配合于容纳腔351当中。第一配合杆380贯穿容纳腔351的腔壁。第一运动座350靠近制动块270的一侧开设有让位缺口352，让位缺口352贯穿容纳腔351的侧壁并沿第一运动座350的滑动方向延展，第二配合杆390穿过让位缺口352，让位缺口352同时为第二配合杆390在第一运动座350的滑动方向上相对第二运动座360滑动提供让位空间。

进一步地，请结合图13和图14，井口立架100还设置有协同组件400，协同组件400包括摆臂410和多个子传动齿轮420。多个子传动齿轮420沿摆臂410的长度方向设置，且多个子传动齿轮420依次相互啮合。摆臂410一端靠近第三传动齿轮260设置，摆臂410远离第三传动齿轮260的一端铰接于井口立架100，摆臂410的转动轴心线与距第三传动齿轮260最远的一子传动齿轮420的转动轴心线重合设置。与距第三传动齿轮260最远的一子传动齿轮420与一辅助驱动器（图中未示出）传动配合，辅助驱动器的驱动速率与升降组件600的升降速率相适应。

摆臂410的铰接部位配合有扭簧（图中未示出），以用于驱动摆臂410摆动使子传动齿轮420与第三传动齿轮260啮合。摆臂410设置有延伸杆430，延伸杆430朝向制动块270延伸设置。延伸杆430靠近制动块270的一端设置有楔形部431，以使制动块270在靠近第三传动齿轮260时能够推动楔形部431而将延伸杆430顶开，使子传动齿轮420与第三传动齿轮260分离。

通过以上设计，当制动块270与第三传动齿轮260分离时，摆臂410在扭簧作用下项第三传动齿轮260摆动，使子传动齿轮420与第三传动齿轮260啮合，通过辅助驱动器驱动第三传动齿轮260转动，从而驱动第一滚动轮210和第二滚动轮220转动。由于辅助驱动器的驱动速率与升降组件600的升降速率相适应，在第一滚动轮210和第二滚动轮220的作用下，拉绳610能够更加顺畅地进行收放，且更有利于使拉绳610保持紧绷状态。

进一步地，请结合图15，探头组件500设置有前置摄像头510和后置摄像头520。前置摄像头510用于采集岩芯图像数据。后置摄像头520朝向井口设置，用于监测井孔的安全状况。

需要说明的是，井口立架100可以采用三脚架，但不限于此。升降组件600可以采用绞车，但不限于此。可以通过控制收放拉绳610的长度来计算探头组件500的深度。

数据处理组件700的可实现形式包括但不限于：工控机、计算机、图像采集卡和刻录机。

本实施例还提供一种利用上述的岩芯数字化采集系统1000的岩芯数字化采集方法，其包括：

将井口立架100架设于井口。

探头组件500放入井孔中，并利用升降组件600调节探头组件500的深度。

利用探头组件500采集井孔内的数字图像序列。

利用插值加权方法对数字图像序列进行处理，并将处理后的图像进行3D复原，得到岩芯数字化图像。

进一步地，利用插值加权方法对数字图像序列进行处理的表达式包括：

其中，f（x，y）表示待求像素点（x，y）的灰度值，i表示待求像素点的横坐标x的整数部分，u表示x的小数部分，j表示待求像素点的纵坐标y的整数部分，v表示y的小数部分，A表示横坐标上的权重向量，B表示16个相邻像素点的灰度值矩阵，C表示纵坐标上的权重向量，S即是权重的值。

示例性的，探头组件500的前置摄像头510为锥形镜时，圆柱形孔壁投射在锥形镜上的图像被采集，得到环形的图像，经过展开、插值还原成矩形图像。井孔孔径为R_c，锥形镜的顶部半径为R_T，而底部半径为R_B，展开后形成矩形图像，矩形的上底（也即拍摄区域的顶部）宽度为2πR_T，而下底（也即拍摄区域的底部）的宽度为2πR_B，均需要插值得到实际宽度为2πR_c的像素值。

采用三次插值，输出像素的值为输入图像种距离它最近的4×4邻域内采样电像素值的加权平均值，三次插值使用多项式逼近理论上的最佳插值函数sin(x)/x。多项式如下：

式中的丨x丨是周围像素沿x方向于远点的距离，代求像素（x，y）的灰度值由其周围16个点的灰度值加权插值得到，计算公式如下：

其中，f（x，y）表示待求像素点（x，y）的灰度值，i表示待求像素点的横坐标x的整数部分，u表示x的小数部分，j表示待求像素点的纵坐标y的整数部分，v表示y的小数部分，A表示横坐标上的权重向量，B表示16个相邻像素点的灰度值矩阵，C表示纵坐标上的权重向量，S即是权重的值。

综上所述，岩芯数字化采集系统1000操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。岩芯数字化采集方法操作方便，测量精度较高，适用于岩芯数据采集，能够实现现场高效采集，克服了现有方式中的因岩层破碎、孔径过大采取不到岩芯以及岩芯实物难以运输保存的问题。

特别的，本技术方案实现了钻孔现场直接采集，避免岩芯实物的运输和保存困难问题。本技术方案通过利用锥形反射镜和单个高清数字摄像头配合采集360度孔壁图像，避免多镜头或镜头旋转产生的采集误差。本技术方案集合采集和图像处理功能，能有效地实现现场观看采集质量，直接在现场形成3D数字化岩芯，将内业工作直接在现场即可完成，无需专家到达现场即可进行地质情况分析和判断，不仅提高了工作效率，还保证了采集质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩芯数字化采集系统，其特征在于，包括：井口立架、探头组件、升降组件和数据处理组件；

所述升降组件与所述井口立架配合，所述升降组件具有拉绳，所述探头组件与所述拉绳连接，以实现对所述探头组件的升降操作；

所述探头组件与所述数据处理组件电信号连接，以用于将采集到的图像信号传输至所述数据处理组件进行统一处理；

所述井口立架设置有同步机构，所述同步机构包括第一滚动轮、第二滚动轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮和制动块；

所述第一滚动轮和所述第二滚动轮二者的表面均开设有凹槽，所述凹槽沿所述第一滚动轮和所述第二滚动轮二者的周向连续延伸呈环状；所述第一滚动轮和所述第二滚动轮均与所述拉绳的表面贴合，所述拉绳配合于所述凹槽当中，所述第一滚动轮和所述第二滚动轮沿所述拉绳的长度方向间隔设置；所述第一滚动轮和所述第二滚动轮构成滚轮组，多个所述滚轮组沿所述拉绳的周向均匀阿间隔设置；

所述凹槽的槽底均设置有齿，所述齿沿所述凹槽设置形成齿圈；所述第一传动齿轮与所述第一滚动轮的齿圈啮合，所述第二传动齿轮与所述第二滚动轮的齿圈啮合，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮均与所述第三传动齿轮啮合；

所述制动块可滑动地配合于所述井口立架并由驱动组件驱动，以能够滑动远离和靠近所述第三传动齿轮；所述制动块靠近所述第三传动齿轮的一端设置有用于与所述第三传动齿轮啮合的齿部，以用于将所述第三传动齿轮锁定。

2.根据权利要求1所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述凹槽的槽壁的横截面呈圆弧状，所述凹槽的槽壁所对应的圆的直径与所述拉绳的直径相同；所述凹槽中的齿圈也与所述拉绳相贴合。

3.根据权利要求1所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述第一传动齿轮位于所述第一滚动轮远离所述拉绳的一侧，所述第二传动齿轮位于所述第二滚动轮远离所述拉绳的一侧；所述井口立架还安装有V型支架，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮分别安装于所述V型支架的两端，所述第三传动齿轮安装于所述V型支架的中部；

所述V型支架还连接有导轨，所述导轨一端固定连接于所述V型支架的中部，另一端朝远离所述拉绳的一端延伸；所述制动块可滑动地配合于所述导轨。

4.根据权利要求3所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述驱动组件包括伺服电机和偏心轮，所述偏心轮可转动地安装于所述导轨远离所述V型支架的一端；所述制动块靠近所述第三传动齿轮的一端与所述导轨的靠近所述V型支架的一端之间抵接有弹性件，以用于推动所述制动块远离所述第三传动齿轮；

所述伺服电机用于驱动所述偏心轮转动，从而推动所述制动块靠近所述第三传动齿轮。

5.根据权利要求3所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述驱动组件包括基板、第一运动座、第二运动座、驱动轴、第一配合杆和第二配合杆；

所述基板固定安装于所述井口立架，所述第一运动座可滑动地配合于所述基板，所述第二运动座可滑动地配合于所述第一运动座；其中，所述第一运动座的滑动方向与所述第二运动座的滑动方向垂直，所述第二运动座的滑动方向与所述制动块的滑动方向相同；

第一配合杆固定连接于所述第二运动座远离所述制动块的一端；所述第二配合杆配合于所述第二运动座靠近所述制动块的一端，所述第二配合杆与所述制动块连接；

沿所述第一运动座的滑动方向，所述第二配合杆可滑动地与所述第二运动座配合，沿所述第二运动座的滑动方向，所述第二配合杆与所述第二运动座固定配合；

所述第一配合杆和所述第二配合杆均沿所述第二运动座的滑动方向设置；

第二运动座设置有内齿环，所述内齿环包括第一齿部、第二齿部和弧形齿部，所述第一齿部和所述第二齿部平行、间隔且相向设置，两所述弧形齿部分别连接于所述第一齿部和所述第二齿部的两端以连接形成所述内齿环；

所述驱动轴可转动地配合于所述基板，所述驱动轴同轴连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述内齿环啮合；所述基板表面固定设置有挡条，所述挡条沿所述第一运动座的滑动方向设置；所述第一配合杆具有朝向所述基板表面设置的定位柱；所述定位柱与所述挡条贴合；

所述驱动轴用于驱动所述第二运动座滑动；当所述驱动齿轮与所述第一齿部啮合时，所述定位柱与所述挡条靠近所述制动块的一侧贴合；当所述驱动齿轮与所述第二齿部啮合时，所述定位柱与所述挡条远离所述制动块的一侧贴合；所述驱动轴用于驱动所述驱动齿轮交替式地与所述第一齿部、第二齿部啮合，以驱动所述制动块运动。

6.根据权利要求5所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述第一运动座开设有容纳腔，所述容纳腔由所述第一运动座的表面凹陷形成；所述第二运动座容纳于所述容纳腔并可滑动地配合于所述容纳腔当中；所述第一配合杆贯穿所述容纳腔的侧壁；所述第一运动座靠近所述制动块的一侧开设有让位缺口，所述让位缺口贯穿所述容纳腔的侧壁并沿所述第一运动座的滑动方向延展，所述第二配合杆穿过所述让位缺口。

7.根据权利要求3所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述井口立架还设置有协同组件，所述协同组件包括摆臂和多个子传动齿轮；多个所述子传动齿轮沿所述摆臂的长度方向设置，且多个所述子传动齿轮依次相互啮合；所述摆臂一端靠近所述第三传动齿轮设置，所述摆臂远离所述第三传动齿轮的一端铰接于所述井口立架，所述摆臂的转动轴心线与距所述第三传动齿轮最远的一所述子传动齿轮的转动轴心线重合设置；与距所述第三传动齿轮最远的一所述子传动齿轮与一辅助驱动器传动配合，所述辅助驱动器的驱动速率与所述升降组件的升降速率相适应；

所述摆臂的铰接部位配合有扭簧，以用于驱动所述摆臂摆动使所述子传动齿轮与所述第三传动齿轮啮合；所述摆臂设置有延伸杆，所述延伸杆朝向所述制动块延伸设置；所述延伸杆靠近所述制动块的一端设置有楔形部，以使所述制动块在靠近所述第三传动齿轮时能够推动所述楔形部而将所述延伸杆顶开，使所述子传动齿轮与所述第三传动齿轮分离。

8.根据权利要求3所述的岩芯数字化采集系统，其特征在于，所述探头组件设置有前置摄像头和后置摄像头；所述前置摄像头用于采集岩芯图像数据；所述后置摄像头朝向井口设置，用于监测井孔的安全状况。

9.一种利用如权利要求1~8任一项所述的岩芯数字化采集系统的岩芯数字化采集方法，其特征在于，包括：

将所述井口立架架设于井口；

所述探头组件放入井孔中，并利用所述升降组件调节所述探头组件的深度；

利用所述探头组件采集井孔内的数字图像序列；

利用插值加权方法对所述数字图像序列进行处理，并将处理后的图像进行3D复原，得到岩芯数字化图像。

10.根据权利要求9所述的岩芯数字化采集方法，其特征在于，利用插值加权方法对所述数字图像序列进行处理的表达式包括：

其中，f（x，y）表示待求像素点（x，y）的灰度值，i表示待求像素点的横坐标x的整数部分，u表示x的小数部分，j表示待求像素点的纵坐标y的整数部分，v表示y的小数部分，A表示横坐标上的权重向量，B表示16个相邻像素点的灰度值矩阵，C表示纵坐标上的权重向量，S即是权重的值。

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