钻头控制装置及钻机的制作方法

本实用新型涉及钻探设备技术领域，具体而言，涉及钻头控制装置及钻机。

背景技术：

钻机，例如岩石钻孔设备，可被应用于许多领域，例如，用于地下采矿或石油勘探。当钻机进行钻孔操作时，由于对地下岩层的硬度不能掌握，钻头导向装置对钻头施加的冲击力不能合理化，冲击力过大时容易造成驱动钻头导向装置的电机耗电浪费，还容易造成减少钻头的使用寿命，冲击力过小会导致不能成功的钻孔。通常对钻头导向装置的冲击力的调节是通过用户经验判断或通过多次调试，对工程进度影响很大。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种钻头控制装置及钻机以改善现有技术对钻头的冲击力的控制不佳的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种钻头控制装置，应用于钻机，所述钻机包括钻头和钻头导向装置，所述钻头和所述钻头导向装置固定连接，所述钻头控制装置包括：吸尘装置、岩屑检测装置、控制器以及电机，所述吸尘装置套设于所述钻头导向装置，所述岩屑检测装置设置于所述吸尘装置内部，所述岩屑检测装置和所述电机分别与所述控制器电连接；所述吸尘装置包括吸尘头，所述吸尘头用于覆盖于钻孔上方以吸入所述钻孔中的岩屑；集尘部件，所述集尘部件与所述吸尘头连通，用于收集所述吸尘头吸入的岩屑；排出部件，所述排出部件与所述集尘部件连通，用于排出所述集尘部件内的岩屑；所述岩屑检测装置设置于所述集尘部件内，所述岩屑检测装置包括透明外壳、激光器和CCD图像传感器，所述激光器与所述CCD图像传感器均与所述控制器电连接，所述激光器和所述CCD图像传感器设置于所述透明外壳内，所述激光器用于发射脉冲激光穿过所述透明外壳并照射于所述集尘部件内的岩屑表面，形成等离子光谱，CCD图像传感器用于采集所述等离子光谱并将所述等离子光谱转化成电信号后上传给所述控制器；所述控制器用于依据所述电信号进行解析得到所述集尘部件内的岩屑内的元素含量，并依据所述集尘部件内的岩屑内的元素含量控制电机，所述电机用于控制所述钻头导向装置的冲击力。

进一步地，所述激光器包括发射端，所述CCD图像传感器包括采集端，所述发射端和所述采集端均朝向所述透明外壳的底部。

进一步地，所述发射端还连接有第一光纤，所述采集端还连接有第二光纤，所述第一光纤的远离所述发射端的一端与所述透明外壳的底部内壁贴合，所述第二光纤的远离所述采集端的一端与所述透明外壳的底部内壁贴合。

进一步地，所述透明外壳的底部外壁设置有粉尘刷，所述粉尘刷用于去除所述透明外壳的底部外壁附着的粉尘。

进一步地，所述钻头控制装置还包括推进梁和固定结构，所述吸尘装置通过所述固定结构与所述推进梁连接。

进一步地，所述吸尘头由橡胶制成，并固定于所述集尘部件的底部。

进一步地，还包括报警器，所述报警器与所述控制器电连接，所述报警器用于接收所述控制器的指令发出报警。

进一步地，还包括显示器，所述显示器与所述控制器连接，所述显示器用于显示所述控制器从所述CCD图像传感器获取的等离子光谱。

本实用新型实施例还提供一种钻机，包括钻头和钻头导向装置，所述钻头和所述钻头导向装置固定连接，还包括钻头控制装置，所述钻头控制装置包括：吸尘装置、岩屑检测装置、控制器以及电机，所述吸尘装置套设于所述钻头导向装置，所述岩屑检测装置设置于所述吸尘装置内部，所述岩屑检测装置和所述电机分别与所述控制器电连接；所述吸尘装置包括吸尘头，所述吸尘头用于覆盖于钻孔上方以吸入所述钻孔中的岩屑；集尘部件，所述集尘部件与所述吸尘头连通，用于收集所述吸尘头吸入的岩屑；排出部件，所述排出部件与所述集尘部件连通，用于排出所述集尘部件内的岩屑；所述岩屑检测装置设置于所述集尘部件内，所述岩屑检测装置包括透明外壳、激光器和CCD图像传感器，所述激光器与所述CCD图像传感器均与所述控制器电连接，所述激光器和所述CCD图像传感器设置于所述透明外壳内，所述激光器用于发射脉冲激光穿过所述透明外壳并照射于所述集尘部件内的岩屑表面，形成等离子光谱，CCD图像传感器用于采集所述等离子光谱并将所述等离子光谱转化成电信号后上传给所述控制器；所述控制器用于依据所述电信号进行解析得到所述集尘部件内的岩屑内的元素含量，并依据所述集尘部件内的岩屑内的元素含量控制电机，所述电机用于控制所述钻头导向装置的冲击力。

进一步地，所述吸尘头通过钢环与所述集尘部件固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的钻头控制装置及钻机包括吸尘装置和岩屑检测装置以及控制器和电机，通过吸尘装置覆盖于钻孔上，将钻孔内的岩屑吸出并排出，同时岩屑检测装置可以检测岩屑内影响岩石硬度的元素的含量，并生成不同的电信号发送至控制器，控制器接收所述电信号后进行处理，可以控制电机的功率，实现对钻头的冲击力的自动控制，如此能够实现钻头工作更加合理，避免钻头的冲击力过大或过小，可节约电能，还可增加钻头的使用寿命。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本实用新型较佳实施例提供的钻机的结构示意图。

图2为本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置的内部结构示意图。

图3为本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置的功能模块示意图。

图4为本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置的透明外壳的结构示意图。

图标：10-钻机；20-钻头控制装置；100-吸尘装置；101-吸尘头；102-集尘部件；103-排出部件；104-钢环；200-岩屑检测装置；201-透明外壳；202-激光器；2021-发射端；203-CCD图像传感器；2031-采集端；204-第一光纤；205-第二光纤；206-粉尘刷；300-控制器；400-电机；500-钻头；600-钻头导向装置；700-推进梁；800-固定结构；801-固定件；802-环形钢圈；901-报警器；902-显示器；903-存储器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，是本实用新型提供的钻机10的结构示意图，本实用新型提供的钻机10，应用于地下采矿或石油勘探领域，所述钻机10包括钻头500、钻头导向装置600以及钻头控制装置20。所述钻头500和所述钻头导向装置600固定连接，钻头导向装置600连接钻头500并将冲击力传给钻头500以钻孔。所述钻头控制装置20包括吸尘装置100和岩屑检测装置200(请参考图2)。当钻机10进行钻孔操作时，钻头导向装置600和钻头500可在吸尘装置100中来回伸缩以打孔。

所述吸尘装置100套设在钻机10的钻头导向装置600和钻头500上，吸尘装置100包括吸尘头101、集尘部件102以及排出部件103。所述吸尘头101用于覆盖于钻孔上方以吸入所述钻孔中的岩屑。吸尘头101可由橡胶或其它弹性材料制成，当吸尘头101覆盖于钻孔上方时，吸尘头101可以紧贴于地面，从而避免与地面之间产生缝隙而使钻孔中的岩屑从中飞出。

所述集尘部件102与所述吸尘头101连通，用于收集所述吸尘头101吸入的岩屑；本实施例中，吸尘头101与集尘部件102之间通过带有螺栓结构的钢环104来连接，使所述吸尘头101稳固的连接于所述集尘部件102。

所述排出部件103与所述集尘部件102连通，用于排出所述集尘部件102内的岩屑。本实施例中，排出部件103设置于集尘部件102的外表面，并与所述集尘部件102连通，以排出吸尘头101和集尘部件102内的岩屑。

当钻机10进行钻孔操作时，吸尘头101覆盖于钻孔上方以吸入钻孔中的岩屑，由于集尘部件102与吸尘头101连通，岩屑可从吸尘头101进入集尘部件102，排出部件103与集尘部件102连通，可以将集尘部件102内的岩屑排出。集尘部件102的顶部设置有开口，钻头导向装置600可以穿过所述开口和所述钻头500连接，连接后的钻头导向装置600和所述钻头500穿过集尘部和吸尘头101。

本实用新型实施例的钻机10还包括推进梁700和固定结构800，吸尘装置100通过所述固定结构800与所述推进梁700连接。具体的，在所述集尘部件102外壁设置有环形钢圈802，环形钢圈802将所述吸尘装置100的集尘部件102紧固，在推进梁700上设置有和所述环形钢圈802对应的固定件801，固定件801和环形钢圈802固定连接，所述固定件801和所述环形钢圈802组成了所述固定结构800。在实际使用中，所述推进梁700的底部固定安装于地表，如此能够使所述吸尘装置100稳固。当然，还可以通过对固定件801的高度调节实现对吸尘装置100的高度调节。

请参考图2，是本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置20的内部结构示意图。所述岩屑检测装置200设置于所述集尘部件102内部，本实施例中岩屑检测装置200设置于所述集尘部件102内部的顶壁。

所述岩屑检测装置200包括透明外壳201、激光器202和CCD图像传感器203。所述激光器202和所述CCD图像传感器203设置于所述透明外壳201内，所述激光器202用于发射脉冲激光穿过所述透明外壳201并照射于所述集尘部件102内的岩屑表面，形成等离子光谱，CCD图像传感器203用于采集所述等离子光谱并将所述等离子光谱转化成电信号。

本实施例中，所述激光器202包括发射端2021，所述CCD图像传感器203包括采集端2031，所述发射端2021和所述采集端2031均朝向所述透明外壳201的底部。从图2可以看出，发射端2021和采集端2031并未与所述透明外壳201的底部接触。在其他具体实施方式中，发射端2021和采集端2031可以紧靠透明外壳201底部或侧壁，使激光器202可以竖直向下照射激光，也可斜向照射激光，本实用新型对此不做限制，只需要保证所述激光器202发出的激光能够照射至岩屑上即可。

本实施例中，所述发射端2021还连接有第一光纤204，所述采集端2031还连接有第二光纤205，所述第一光纤204的远离所述发射端2021的一端与所述透明外壳201的底部内壁贴合，所述第二光纤205的远离所述采集端2031的一端与所述透明外壳201的底部内壁贴合。设置第一光纤204和第二光纤205的目的在于，在发射端2021和采集端2031不与透明外壳201的底部内壁接触的情况下，能够保证发出的激光的损耗更小，也能保证采集端2031采集的光谱图像更完整。

请参考图3，是本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置20的功能模块示意图。所述钻头控制装置20还包括控制器300、电机400、报警器901、显示器902以及存储器903。所述电机400、报警器901、显示器902、存储器903以及所述激光器202和CCD图像传感器203均与控制器300电连接。

控制器300用于控制所述激光器202发出脉冲激光，CCD图像传感器203可以将采集到的等离子光谱转化成电信号后上传给所述控制器300，控制器300依据所述电信号进行解析得到所述集尘部件102内的岩屑内的元素含量，并依据所述集尘部件102内的岩屑内的元素含量控制电机400，所述电机400用于控制所述钻头导向装置600的冲击力。

例如，激光器202照射到岩屑后可以产生关于钙的等离子光谱，CCD图像传感器203将钙的等离子光谱转化成电信号后上传至控制器300，控制器300可以分析被激光照射的岩屑内的碳酸钙的含量，得到此时被钻头500冲击的岩石的硬度，向所述电机400发出对应的信号，控制电机400的输出。

控制器300可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器300可以是通用处理器。

所述存储器903用于存储预设信息，例如待检测元素的等离子光谱对应含量的比例等。其中，存储器903可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

所述电机400与钻头导向装置600连接，并向钻头导向装置600提供动能，电机400接收所述控制器300的控制指令，可以调节对应的输出，实现对钻头导向装置600输出的动能的调节，进一步实现控制钻头500的冲击力。

报警装置用于在控制器300检测到异常时，发出提示警报，例如在检测到所述钻孔内的矿物元素含量过高，可能代表此区域具有矿产，可提示用户及时采取样品进一步检测等。显示器902用于显示本实施例的钻机10的运行状态，包括电机400的输出功率，采集的等离子光谱对应的元素的含量等。

请参考图4，是本实用新型较佳实施例提供的钻头控制装置20的透明外壳201的结构示意图。在实际使用过程中岩屑检测装置200的透明外壳201容易被微小的岩屑(粉尘)所覆盖，如此影响岩屑检测装置200的检测。基于此，本实用新型实施例的透明外壳201的底部设置有粉尘刷206，所述粉尘刷206用于去除所述透明外壳201的底部外壁附着的粉尘。

可以的是，本实施例中，透明外壳201为圆柱体形，控制器300控制该粉尘刷206在预定时间进行顺时针或逆时针的转动一周或两周等。当然，在其他具体实施方式中透明外壳201还可以设置为其他形状，如长方体，再此不做限制。

综上所述，本实用新型的钻头控制装置及钻机包括吸尘装置和岩屑检测装置以及控制器和电机，通过吸尘装置覆盖于钻孔上，将钻孔内的岩屑吸出并排出，同时岩屑检测装置可以检测岩屑内影响岩石硬度的元素的含量，并生成不同的电信号发送至控制器，控制器接收所述电信号后进行处理，可以控制电机的功率，实现对钻头的冲击力的控制，如此能够实现钻头工作更加合理，避免钻头的冲击力过大或过小，可节约电能，还可增加钻头的使用寿命。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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实用新型中的具体含义。

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

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。