一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置及使用方法与流程

技术领域：

本发明属于地下工程围岩监测技术领域，具体涉及一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置及使用方法。

背景技术：
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钻孔窥视仪通过对钻孔进行全孔壁成像、录像以及关键部位抓拍可对地下工程岩体、煤体中断层裂隙产状、裂隙发育情况、煤层赋存条件、溶沟溶洞、含水裂隙带及其出水口位置等进行全方位探测，为煤矿顶板管理、巷道支护设计、围岩稳定性评价提供依据。目前，在地下工程中进行钻孔窥视作业时，均采用不锈钢推杆将摄像头送入钻孔，一方面摄像头在钻孔中移动时由于周围没有合适对中支撑机构，摄像头贴孔壁滑动过程中粘有碎屑和地下水，成像模糊且不居中，导致探测效果变差；另一方面，当受作业条件限制时，探测孔常选用不同孔径的钻孔，需配置不同型号摄像头，导致作业过程复杂、设备成本增加。

技术实现要素：
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为了解决上述难题，本发明提供了一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置及使用方法，包括以传统钻孔窥视仪为基础，通过在钻孔窥视仪摄像头外套旋转对中机构实现旋转不同角度对应不同支撑半径的变直径对中效果。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置，包括摄像头、推杆、电线、旋转套筒、大轴承、小轴承、支撑杆、滚轮、刻度盘、锯齿环和旋转定位组件。所述摄像头与旋转套筒通过两个大轴承内外连接，使得旋转套筒可以绕摄像头旋转；所述推杆、电线与摄像头连接，未与旋转套筒接触；所述支撑杆通过小轴承与摄像头连接，实现支撑杆前后摆动，支撑杆未与摄像头连接的一端装有竖向滚动的滚轮；所述刻度盘位于摄像头顶部外侧，旋转套筒顶部设有固定指针，可根据具体角度转动旋转套筒，最终实现支撑杆变化的支撑范围；所述旋转定位组件位于旋转套筒底部，由固定套筒、弹簧、卡块以及拨片组成，所述固定套筒安装在旋转套筒底部内侧，内部固定有弹簧，弹簧另一端连接卡块，卡块上固定有拨片；所述锯齿环固定于摄像头底部，配合卡块实现旋转套筒的转动与固定。

进一步，所述支撑杆有三个，分别穿过旋转套筒顶部侧面的第一条形空孔；所述拨片有两个，分别穿过固定套筒一侧的条形导槽和旋转套筒底部的第二条形空孔。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置及使用方法，具有以下优点：

1、使用实用性强，操作方便，成本低。

2、旋转式对中机构设计巧妙，通过调节旋转套筒相对摄像头转动角度实现支撑杆支撑范围的变化，从而能够适应多种孔径的钻孔。

3、支撑范围稳定，卡块和锯齿环配合使得本发明在使用时旋转套筒只能逆时针旋转，不可顺时针旋转，保证本发明在使用时支撑杆不发生转动，使用后，可通过拨片将旋转套筒调回初始位置。

4、有效增加了钻孔窥视仪的窥视效果。

附图说明

图1为本发明的总结构示意图。

图2为本发明的初始位置俯视图。

图3为本发明的旋转角为0°时a-a剖面图。

图4为本发明的旋转角为54°时a-a剖面图。

图5为本发明的旋转角为64°时a-a剖面图。

图6为本发明的b-b剖面图。

图7为本发明的c-c剖面图。

图8为本发明的旋转定位组件主视图。

图9为本发明的旋转定位组件俯视图。

图10为本发明的d-d剖面图。

图11为本发明的支撑半径与旋转角度计算简图。

图中，1—摄像头；2—推杆；3—电线；4—旋转套筒，4-1—指针，4-2—第一条形空孔，4-3—第二条形空孔；5—大轴承；6—小轴承；7—支撑杆；8—滚轮；9—刻度盘；10—锯齿环；11—旋转定位组件，11-1—固定套筒，11-2—弹簧，11-3—卡块，11-4—拨片，11-5—条形导槽；12—孔壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图11，一种旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置由摄像头1、推杆2、电线3、旋转套筒4、大轴承5、小轴承6、支撑杆7、滚轮8、刻度盘9、锯齿环10和旋转定位组件11组成。

所述摄像头1套装在旋转套筒4中并通过两个大轴承5连接，使得旋转套筒4可以绕摄像头1旋转；所述推杆2、电线3与摄像头1连接，未与旋转套筒4接触；所述支撑杆7通过小轴承6固定在摄像头1的外侧，支撑杆7可绕小轴承6前后摆动，支撑杆7未与摄像头1连接的一端装有竖向滚动的滚轮8，当摄像头1移动时，滚轮8与孔壁12滚动接触，减小了移动阻力；所述刻度盘9位于摄像头1顶部外侧，旋转套筒4顶部设有固定指针4-1，当旋转套筒4转动时，指针4-1指向不同刻度值，故可根据实际钻孔尺寸要求，确定具体旋转角度，通过转动旋转套筒4最终实现所需的支撑范围；所述锯齿环10固定在摄像头1底部；所述旋转定位组件11位于旋转套筒底部，包括固定套筒11-1、弹簧11-2、卡块11-3以及拨片11-4，所述固定套筒11-1固定于旋转套筒4内侧，弹簧11-2安装于固定套筒11-1内，弹簧11-2另一端连接卡块11-3，所述卡块11-3与拨片11-4连接，固定套筒11-1一侧还设有条形导槽11-5供拨片11-4滑动。

如图7～9所示，本发明使用时，所述摄像头1固定，旋转套筒4逆时针转动时，带动旋转定位组件11转动，受锯齿环10的齿形影响，卡块11-3压缩弹簧11-2，使得弹簧11-2发生弹性压缩变形，卡块11-2可逆时针越过锯齿环10外侧的各个锯齿，直到达到指定旋转角度，此时顺时针转动旋转套筒4，卡块11-3无法压缩弹簧11-2，即顺时针旋转无效，若使用后需要进行旋转套筒4顺时针转动，需要拉动拨片11-4，使得卡块11-3移动，弹簧11-2受力压缩，锯齿环10的锯齿不再限制卡块11-3，此时旋转套筒4能够顺时针转动，指针4-1归零，旋转定位组件11配合锯齿环10实现了旋转套筒4相对于摄像头1的转动与固定。

如图3～5所示，本发明使用时，所述支撑杆7穿过旋转套筒4顶部侧面的第一条形空孔4-2，所述摄像头1与旋转套筒4发生相对转动时，支撑杆7沿着旋转套筒4同时向外侧伸出，扩大支撑范围，适应于不同直径的钻孔，保证了摄像头1的准确对中，避免地下水、岩屑对摄像头的污染，有效地提高了窥视效果。

如图10所示，所述拨片11-4拉动需穿过旋转套筒4底部预留的第二条形空孔4-3，所述第二条形空孔4-3与条形导槽11-5完全对应。

在钻孔中窥视作业时，摄像头1与旋转套筒4不发生相对转动，保证了本发明在实际窥视作业过程中的稳定性。

上述旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置的使用方法，步骤如下：

步骤1，确定旋转角度：根据实际钻孔尺寸，确定所需支撑半径，支撑半径与旋转角度关系计算简图如图11所示，o为摄像头1和旋转套筒4的中心，o′为小轴承6的中心，a为指针4-1指示初始位置，a′为旋转一定角度后指针4-1指示位置，b为支撑杆7外端滚轮8与孔壁12接触位置，b′为旋转一定角度后支撑杆7外端滚轮8与孔壁12接触位置；故oo′距离、初始支撑半径ob、支撑杆7及滚轮8总长度o′b或o′b′、旋转套筒4内径oa或oa′、所需支撑半径ob′、∠o′ob、∠obo′、∠oo′b、∠o′ob均已知；

图11中直角坐标系下，圆o′的方程为：

点b′(xb′，yb′)在圆o′上且到摄像头1圆心o(xo，yo)的距离即为所需支撑半径ob′，

故：

则可求得∠bo′b′，即支撑杆7的旋转角度已知；

分别在δoo′a′和δoab中，利用正弦定理可得：

则可求得∠o′a′o和∠oba，即：

∠o′oa′＝180°-∠o′a′o-(∠oo′b+∠bo′b′)(8)

∠aob＝180°-∠oab-∠obo′(9)

从而可得旋转套筒4的旋转角度为：

∠a′oa＝∠o′ob-∠o′oa′-∠aob(10)

步骤2，转动旋转套筒：将所述摄像头1固定，逆时针转动旋转套筒4，达到步骤1中确定的旋转角度为止，若转动过程中旋转套筒4转动角度超过目标角度需要回转(顺时针转动)时，向外拨动拨片11-4，使得卡块11-3移动，卡块11-3脱离锯齿环10的限制，即可实现旋转套筒4顺时针转动，指针4-1指向目标角度后释放拨片11-4，旋转套筒4与摄像头1的相对位置立即固定。

步骤3，窥视作业：通过推杆2将摄像头1及所述旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置推入钻孔进行探测，并记录相关数据。

步骤4，复位和下一次窥视作业：观测完毕后，取出摄像头1及所述旋转扩径钻孔窥视仪摄像头对中装置，将所述摄像头1固定，向外拨动拨片11-4，使得卡块11-3移动，卡块11-3脱离锯齿环10的限制，逆时针转动旋转套筒4，指针4-1指向初始角度后释放拨片11-4，即完成一次钻孔窥视工作，若继续进行钻孔窥视作业，重复步骤2，即可进行下一次钻孔窥视工作。

以上所述，仅是本发明的一种较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本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。