CN217442469U - 细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，包括摄像头、升降组件及安装在升降组件上的测量组件，摄像头设置在测量组件外旁侧，用于拍摄测量组件的测量结果；测量组件包括细针、与升降组件相连接的外壳，所述外壳上沿横向间隔设置若干列用于放置细针的竖孔，外壳内设置有能夹固一列竖孔内各个细针的夹具，每列竖孔与独立的一个夹具对应配合；本测量仪结构简单，设计合理，测量速度快，便携易用、成本低、满足工程精度、无需充电，适用于室内与野外现场的岩体结构面三维形貌测量，细针与岩体结构面表面接触后发生竖向相对滑动，形成岩体结构面三维表面形貌；相机可在细针形成表面轮廓后将细针位置变化拍摄记录下来。

Description

细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪

技术领域

本发明属于岩体工程测量设备领域，具体涉及一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪。

背景技术

试验结果与工程实践均表明，岩体结构面力学性质不仅与壁岩力学特性和结构面充填、胶结状况有关，还与结构面三维表面形貌密切相关。在岩体稳定性分析过程中，需要首先对岩体结构面三维形貌进行定量评价。因此，研发岩体结构面三维形貌测量仪器并进行相应数字化建模表征具有重要的工程应用价值。

目前，岩体结构面表面形貌的测量方法主要有两类：一类是接触式测量系统，主要有探针示踪法，它是目前最常用的方法，代表性仪器是轮廓曲线仪，由探头、绘图笔、平衡块、固定板组成，使用时移动平衡块，探头在岩体表面上滚动，绘图笔则在固定板上连续绘制岩体表面曲线，需手动操作，测量速度慢，不能直接给出岩体结构面粗糙度系数值。另一类是非接触式测量系统，如光学或超声测量系统，代表性仪器是RSP-1型智能岩石节理表面形貌仪，其将机械、控制、测试和数据处理四个部分合为一体，在绘制轮廓曲线的同时，求得表面形貌特征参数。该仪器的量程为10mm、分辨率为0.01mm，由于设备复杂、笨重，不适用于野外现场岩体结构面表面形貌的测量分析。总体而言，现有方法都有各自的优缺点：接触式测量系统需要与所测量的表面直接接触，探测速度较慢，但能从探测表面获得实际的轮廓曲线，具有准确、可操作性强及重复性强的特点；非接触式测量系统的扫描速度快，但价格昂贵、使用复杂，野外测量时存在无法充电等问题。并且，现有岩体结构面表面形貌测量仪主要为二维测量，缺乏简单、实用的三维形貌测量仪。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，包括摄像头、升降组件及安装在升降组件上的测量组件，所述测量组件由升降组件带动升降以对下方的岩体进行测量，所述摄像头设置在测量组件外旁侧，用于拍摄测量组件的测量结果；

所述测量组件包括细针、与升降组件相连接的外壳，所述外壳上沿横向间隔设置若干列用于放置细针的竖孔，外壳内设置有能夹固一列竖孔内各个细针的夹具，每列竖孔与独立的一个夹具对应配合。

进一步的，所述夹具包括对称设置在竖孔两侧的夹板，夹板于外壳沿横向滑动配合，夹板端部贯穿外壳，夹板上对应开设有用于夹固细针的半圆形缺口，所述夹板端部设置有半圆柱型的驱动部，驱动部的弧面朝外，两个夹板外端经压簧相连接，两个夹板外端部套设有旋钮，旋钮与外壳转动连接，旋钮内壁对称设置两个能抵靠驱动部的弧面的凸部，转动旋钮两凸部能推动两个夹板相向运动以夹持细针，两个凸部共处一个水平面时，两个夹板将细针夹固。

进一步的，所述外壳包括上下价格设置的两个平板，两个平板之间形成容置夹板的滑槽。

进一步的，所述竖孔内安装有供细针穿过的针套。

进一步的，所述细针上部安装有防止细针由下脱出竖孔的针帽。

进一步的，所述升降组件包括左右对称设置两个立柱，所述立柱下端设置有底座，立柱上竖直安装有滑轨，滑轨上安装有与其滑动配合的滑块，滑块经连接杆与外壳侧壁相连接。

进一步的，所述滑块上安装有用以将滑块锁固在滑轨上的锁紧钉；或滑轨上可拆的安装有用于抵靠滑块下端限制其移动的滑动卡片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，测量速度快，便携易用、成本低、满足工程精度、无需充电，适用于室内与野外现场的岩体结构面三维形貌测量，细针与岩体结构面表面接触后发生竖向相对滑动，形成岩体结构面三维表面形貌；相机可在细针形成表面轮廓后将细针位置变化拍摄记录下来，之后汇总每根细针位置坐标的变化情况数据，将其输入到Excel表格中，再经程序处理将数据导入到3DEC三维数字化软件中，由此得到岩体结构面三维形貌数字模型。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是测量仪的结构示意图一。

图2是测量仪的结构示意图二。

图3是升降组件的结构示意图

图4是细针的结构示意图。

图5是旋钮与夹板的配合结构示意图。

图6 利用本测量仪采集数据后，通过3DEC软件构建的岩体结构面三维形貌结果示意图。

图中：1、摄像头，2、细针，3、外壳，4、夹具，5、升降组件，6、岩体结构面，7、旋钮，8、针套，9、连接杆，10、立柱，11、底座，12、滑块，13、滑轨，14、拉簧，15、螺丝，16、滑动卡片，17、针帽，18、刻度，19、夹板，20、驱动部，21、压簧，22、凸部，23、半圆形缺口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-6所示，一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，包括摄像头1、升降组件5及安装在升降组件上的测量组件，所述测量组件由升降组件带动升降以对下方的岩体进行测量，所述摄像头设置在测量组件外旁侧，用于拍摄测量组件的测量结果；

所述测量组件包括细针2、与升降组件相连接的外壳3，所述外壳上沿横向间隔设置若干列用于放置细针的竖孔，外壳内设置有能夹固一列竖孔内各个细针的夹具4，每列竖孔与独立的一个夹具对应配合。

在本实施例中，细针长100mm、直径0.7mm，在外壳上按照间隔2mm排列成40×30的测量矩阵，外壳上开有40×30个直径为1mm的竖孔，每个竖孔内部固定有宽度0.15mm，高10mm的针套，细针可活动地套设于所述的针套内。

在本实施例中，所述夹具包括对称设置在竖孔两侧的夹板19，夹板于外壳沿横向滑动配合，夹板端部贯穿外壳，夹板上对应开设有用于夹固细针的半圆形缺口23，所述夹板端部设置有半圆柱型的驱动部20，驱动部的弧面朝外，两个夹板外端经压簧21相连接，两个夹板外端部套设有旋钮7，旋钮与外壳转动连接，旋钮内壁对称设置两个能抵靠驱动部的弧面的凸部22，转动旋钮两凸部能推动两个夹板相向运动以夹持细针，两个凸部共处一个水平面时，两个夹板将细针夹固，压簧被压缩，继续转动旋钮，使两个凸部不处于同一水平面，此时，在压簧作用下，两个夹板相背运动，不再夹持细针。

在本实施例中，所述外壳包括上下价格设置的两个平板，两个平板之间形成容置夹板的滑槽。

在本实施例中，所述竖孔内安装有供细针穿过的针套8。

在本实施例中，所述细针上部安装有防止细针由下脱出竖孔的针帽17，所述细针上设置有刻度18，针帽位于零刻度处。

在本实施例中，所述升降组件包括左右对称设置两个立柱10，所述立柱下端设置有底座11，立柱上竖直安装有滑轨13，滑轨上安装有与其滑动配合的滑块12，滑块依靠内部的滑轮在滑轨内滑动，滑块经连接杆9与外壳侧壁相连接，连接杆经螺丝15锁固在外壳上，滑块上端经竖直的拉簧14连接立柱上端。

在本实施例中，所述滑块上安装有用以将滑块锁固在滑轨上的锁紧钉；或滑轨上可拆的安装有用于抵靠滑块下端限制其移动的滑动卡片16。

在本实施例中，本测量仪还配置一托盘，在实验室对所取岩体结构面6进行测量时可将其放在托盘上进行测量。

使用过程如下：

（1）在野外现场测量时，使本测量仪水平置于待测样本岩体结构面上方；在实验室测量岩体结构面时，可本测量仪水平放置于样本岩体结构面上方，使仪器保持稳定。

（2）推动仪器中的测量组件，使外壳依靠升降组件缓慢向下移动，外壳内的细针逐渐与结构面表面接触，当推动测量组下降到某一位置处，测量组将不能再向下移动，此时细针与岩体结构面已充分接触，需保持仪器稳定。

（3）旋动旋钮，逐列转动旋钮两凸部能推动两个夹板相向运动以夹持该列细针，直至固定所有细针。

（4）移动测量装置至初始位置，使用摄像头拍摄第一列细针所处位置图，拍摄完成后旋动旋钮，使夹板不在夹持细针，细针受自重移动复位至起始位置，不再遮挡后一列细针的拍摄，重复该操作，逐次分别拍摄各列细针所处位置图。

（5）结束拍摄后，将所拍摄得到的细针位置数据处理后输入到3DEC软件中，得到岩体结构面三维表面形貌模型，通过三维数值模型可直观有效地观测出岩体结构面表面粗糙度大小。优选的，将汇总的每根细针位置坐标的变化情况数据，输入到Excel表格中，再经程序处理将数据导入到3DEC三维数字化软件中。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：包括摄像头、升降组件及安装在升降组件上的测量组件，所述测量组件由升降组件带动升降以对下方的岩体进行测量，所述摄像头设置在测量组件外旁侧，用于拍摄测量组件的测量结果；

所述测量组件包括细针、与升降组件相连接的外壳，所述外壳上沿横向间隔设置若干列用于放置细针的竖孔，外壳内设置有能夹固一列竖孔内各个细针的夹具，每列竖孔与独立的一个夹具对应配合。

2.根据权利要求1所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述夹具包括对称设置在竖孔两侧的夹板，夹板于外壳沿横向滑动配合，夹板端部贯穿外壳，夹板上对应开设有用于夹固细针的半圆形缺口，所述夹板端部设置有半圆柱型的驱动部，驱动部的弧面朝外，两个夹板外端经压簧相连接，两个夹板外端部套设有旋钮，旋钮与外壳转动连接，旋钮内壁对称设置两个能抵靠驱动部的弧面的凸部，转动旋钮两凸部能推动两个夹板相向运动以夹持细针，两个凸部共处一个水平面时，两个夹板将细针夹固。

3.根据权利要求2所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述外壳包括上下价格设置的两个平板，两个平板之间形成容置夹板的滑槽。

4.根据权利要求1所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述竖孔内安装有供细针穿过的针套。

5.根据权利要求1所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述细针上部安装有防止细针由下脱出竖孔的针帽。

6.根据权利要求1所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述升降组件包括左右对称设置两个立柱，立柱上竖直安装有滑轨，滑轨上安装有与其滑动配合的滑块，滑块经连接杆与外壳侧壁相连接。

7.根据权利要求6所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述立柱下端设置有底座。

8.根据权利要求6所述的细针接触式岩体结构面三维形貌测量仪，其特征在于：所述滑块上安装有用以将滑块锁固在滑轨上的锁紧钉；或滑轨上可拆的安装有用于抵靠滑块下端限制其移动的滑动卡片。

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