专利名称：一种岩心岩屑图像采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩心岩屑图像采集装置，尤其涉及一种可采集体积极小的岩心且高智能化的岩心岩屑图像采集装置，属于岩心岩屑图像采集设备的生产领域。
背景技术：
岩心是石油地质勘探开发研究工作中宝贵的、不可再生的实物资料，石油地质工作中大量的原始数据都来源于岩心。岩心出筒后，一方面经人工劈开、截断和现场采样，或经科研人员分析、观察、取样会造成岩心信息的损失，另一方面时间一长岩心风化也会造成信息的损失，这些因素使得后续的地质研究无法复原岩心出筒时的信息描述，降低了岩心的使用价值。为了解决这一难题，现在已经开始出现了数字化的岩心扫描仪采集设备，它是集彩色数字成像，计算机图像处理、分析、识别、自动控制等应用技术于一体的地质录井模式， 提高了地质录井工作的效率。中国专利公开的专利号为ZL200920096918. 5的专利公布了一种数字化岩心图像扫描仪，实现了岩心信息的永久保存。它的原理是应用计算机控制的方式对岩心的表面进行图像的采集，但是仍存在一些不足(1)胶辊之间的距离需根据岩心的直径大小进行调整，会造成岩心旋转的不均勻；( 主要针对较大直径(大于3cm)岩心的采集，对更小直径岩心(如柱塞状岩心、井壁取心等)采集，因胶辊间的最小距离大于直径，会导致岩心的滚落；C3)设备重、体积大、不便于携带，不适于地质、油田等录井部门的现场采集；(4)智能化程度低，不能进行系统的自检，报警功能，故障定位比较困难，难于维护；(5)灯光控制不精确，图像的清晰度、对比度不足；(6)样品的移位机构为单轨，移位控制不够精确。
发明内容本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可采集体积极小的岩心且高智能化、高保真的岩心岩屑图像采集装置。为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案本实用新型包括外壳、机架，在机架内安装有垂直方向的垂直支架，在垂直支架上安装有图像采集头和灯架，在机架的中上部分安装有液晶显示触摸屏、数字键盘、主控电路系统，主控电路系统还外接PC主机，在机架的中下部分安装有样品盒、样品旋转机构和样品移位机构，上述部件中，灯架内包括白光灯管和荧光灯管，图像采集头的数据信号端与主控电路系统的摄像数据信号端对应连接，数字键盘与液晶显示触摸屏连接，液晶显示触摸屏与主控电路系统的对应端口连接，样品旋转机构的控制信号输入端与主控电路系统的样品旋转控制信号输出端对应连接；其中在所述灯架内设置有与白光灯管和荧光灯管的电源输入端连接的灯光转换装置， 所述灯光转换装置的控制信号输入端与所述主控电路系统的灯光控制信号输出端对应连接；在所述灯架内安装有滤镜和滤镜移位机构，所述滤镜位于所述灯架的中间位置，所述滤镜与所述滤镜移位机构连接，所述滤镜移位机构的控制信号输入端与所述主控电路系统的滤镜移位控制信号输出端对应连接；所述样品移位机构包括水平面内的“X轴”与“Y轴”两个方向的导轨、“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机、减速箱，所述“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机的控制信号输入端分别与所述主控电路系统的样品移位控制信号输出端对应连接。滤镜主要用于荧光照射，使荧光光线更加纯正，拍出的图像效果更好，其智能化移位控制也相当快速和精确。而由水平面内的“X轴”与“Y轴”两个方向的导轨构成的样品移位机构则能保证其移位更加准确。进一步，所述滤镜移位机构的结构为滤镜移位电机的齿轮与齿条相互咬合连接， 齿条的一端与所述滤镜连接，所述滤镜移位电机的控制信号输入端与所述主控电路系统的滤镜移位控制信号输出端对应连接。这是一种简洁、快速、高效的自动化控制移位结构。进一步，所述白光灯管和荧光灯管分布于灯架的两侧，每一侧均包括数量相同、位置对称的白光灯管和荧光灯管；每一侧的所有灯管所在平面与水平面之间的夹角为45度。 这种结构使光照更加均勻。进一步，所述样品旋转机构的结构为包括两根相互平行的胶辊、样品旋转电机、 皮带，在两根胶辊的同一端均设置有齿轮，这两个齿轮与所述样品旋转电机的齿轮形成三角形位置关系，所述两根胶辊的齿轮与所述样品旋转电机的齿轮通过同一条皮带形成三角形连接，所述样品旋转电机的控制信号输入端与所述主控电路系统的样品旋转控制信号输出端对应连接。当电机转动时，由于皮带的作用，两根胶辊跟着一起向相同方向转动，这样放在两根胶辊上的样品由于摩擦阻力会跟着胶辊向相反方向转动，由于两根胶辊的旋转完全同步，所以样品的旋转控制非常精确。进一步，所述“X轴”与“Y轴”两个方向的导轨均为双导轨，保证样品旋转机构运动过程中的平稳。进一步，在所述液晶显示触摸屏和所述数字键盘的下方设置有蜂鸣器，所述蜂鸣器的控制信号输入端与所述主控电路系统的蜂鸣控制信号输出端对应连接。在某一个部件发生故障时，主控电路系统会及时检测到故障信息并以声音报警的方式提醒操作者，便于故障的及时发现和排除。本实用新型的有益效果在于本实用新型能够用于地质、油田等录井部门现场采集岩心、岩屑图像，适应复杂多变的环境，可以广泛应用于地质、石油领域中，是岩心岩屑图像采集装置及应用领域的根本性进步，其进步性具体体现如下(1)既可采集小岩心(柱塞状岩心、井壁取心等)、也可采集岩屑；(2)既可采集白光图像还可采集荧光图像，白光和荧光光源自动切换；(3)体积小、重量轻，携带方便，适于现场采集；(4)光源的设计避免了图像左右光照不均勻的现象；(5)对系统所有状态的实时检测，并有自检与报警功能。利于系统的维护；(6)智能化程度高，本装置采用液晶显示，也可以通过触摸屏来控制系统各部分运动机构的执行，与计算机控制有相同权限，一般用于脱机模式的系统检测与维修；
图1是本实用新型去掉外壳后的立体图；图2是本实用新型中样品移位机构的立体图； 图3是本实用新型中灯架的立体图；图4是本实用新型中岩心旋转机构的立体结构示意图；图5是本实用新型的电路原理框图。其中1-手柄，2-机架，3-图像采集头，5-复位按钮，6-主控电路系统，7-蜂鸣器， 8-液晶显示触摸屏，9-数字键盘，10-垂直支架，11-灯架，12-电源开关，13-前面板，15-舱门，16-样品旋转机构，17- “Y轴”方向的导轮，18- “X轴”方向的导轮，19- “Y轴”方向的减速箱，20- “Y轴”方向的步进电机，21-风扇，22- “X轴”方向的步进电机，23- “X轴”方向的减速箱，25- “X轴”方向的滑块，26- “X轴”方向的导轨，27- “Y轴”方向的滑块，28- “X 轴”方向的丝杆，29- “Y轴”方向的导轨，30- “Y轴”方向的丝杆，31-荧光灯管，32-白光灯管，33-齿轮，35-齿条，36-滤镜移位电机，37-灯光转换装置，38-滤镜，39-样品盒，40-胶辊，41-样品旋转电机。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步具体描述如图1所示，本实用新型包括外壳(图中不可视)、机架2，在机架2安装有手柄1， 在机架2内安装有垂直方向的垂直支架10，在垂直支架10上安装有图像采集头3和灯架 11，图像采集头3位于机架2的上部，固定在垂直支架10上，灯架11位于图像采集头3的下方，在机架2的中上部分安装有液晶显示触摸屏8、数字键盘9、主控电路系统6，数字键盘 9与液晶显示触摸屏8连接，液晶显示触摸屏8、数字键盘9位于图像采集头的正前方，在液晶显示触摸屏8的下方有两个按钮，一个是电源开关12，一个是复位按钮5，主控电路系统 6还外接PC主机(图中不可视)，在机架2的中下部分安装有样品盒(图1中不可视)、样品旋转机构16和样品移位机构，上述部件中，如图3所示，灯架11内包括白光灯管32和荧光灯管31。结合图1，在机架2的底部、垂直支架10的右面是数据传输板和系统的总电源开关(图中不可视)，在垂直支架10的左边为风扇21，机架2底部的靠右面板为稳压电源和电机驱动器(图中不可视)，稳压电源和系统电源开关相接。液晶显示触摸屏8和数字键盘9配合完成相应操作，液晶显示触摸屏8用来实时显示系统当前状态信息，例如当前是脱机或联机模式，环境温度、灯管温度、湿度、电压、电流、舱门状态、滤镜状态、系统运行是白光模式还是荧光模式等信息。液晶显示触摸屏8还可以做为控制端，通过按键或触摸方式来控制整个系统的各部分执行机构的运转。如图3所示，在灯架11内设置有与白光灯管32和荧光灯管31的电源输入端连接的灯光转换装置37 ；在灯架11内安装有滤镜38和滤镜移位机构，滤镜38位于灯架11的中间位置，滤镜移位机构的结构为滤镜移位电机36的齿轮33与齿条35相互咬合连接，齿条35的一端与滤镜38连接；使用时，在主控电路系统6的控制下，滤镜移位电机36的齿轮 33带动齿条35运动，从而带动滤镜38移动，达到白光和荧光图像采集时对滤镜38进行切换的目的。[0033]如图2所示，样品移位机构包括水平面内的“X轴”方向的导轨26与“Y轴”方向的导轨29，导轨26和导轨29均为双导轨，保证样品旋转机构16运动过程中的平稳，从而保证了采集到的图像的质量；样品移位机构包括还“X轴”方向的步进电机22与减速箱23、 “Y轴”方向的步进电机20与减速箱19。样品旋转机构16固定在样品移位机构上，既可以在“Y轴”方向运动，也可以在“X轴”方向运动。具体地，如图2所示，“X轴”方向运动机构由丝杆28、滑块25、导轨26、导轮18、步进电机22、减速箱23、连轴器组成，滑块25装在导轨26上，由步进电机22驱动，丝杆28通过连轴器与步进电机22相连，减速箱23安装在步进电机22的一端，步进电机22带动滑块25做“X”方向运动；“Y轴”方向运动机构由丝杆 30、滑块27、导轨29、导轮17、步进电机20、减速箱19、连轴器组成，滑块27装在导轨29上， 由步进电机20驱动，丝杆30通过连轴器与步进电机20相连，减速箱19安装在步进电机20 的一端，步进电机20带动滑块27做“Y”方向运动。。如图3所示，白光灯管32和荧光灯管31分布于灯架11的两侧，每一侧均包括数量相同、位置对称的白光灯管32和荧光灯管31 ；每一侧的所有灯管所在平面与水平面之间的夹角为45度。这种结构使光照更加均勻，确保了采集过程中光线的亮度和强度，从而保证了采集到的图像的质量。如图4所示，样品旋转机构16的结构为包括两根相互平行的胶辊40 (图中可视一根)、样品旋转电机41、皮带(图中不可视)，在两根胶辊40的同一端均设置有齿轮皮带 (图中不可视)，这两个齿轮与样品旋转电机41的齿轮形成三角形位置关系皮带(图中不可视)，两根胶辊40的齿轮与样品旋转电机41的齿轮通过同一条皮带形成三角形连接皮带 (图中不可视)。如图3所示，当样品旋转电机41转动时，由于皮带的作用，两根辊轴40跟着一起向相同方向转动，这样放在两根胶辊40上的样品(置于样品盒39内)由于摩擦阻力会跟着胶辊40向相反方向转动。由于三个齿轮成正三角形，结构比较稳定，由于还通过同步皮带传动，使两个胶辊40的转动更加稳定，趋于勻速，使胶辊40的转速、旋转角度更加准确。并且由于采用的是步进电机驱动器加步进电机的控制模式，可以有效的细分方波，使得胶辊40的控制更加精确，更加利于控制，采集到的图像质量更加好，进而达到我们采集到的图像的理想效果。如图1所示，在液晶显示触摸屏8和数字键盘9的下方设置有蜂鸣器7。蜂鸣器7 安装在机架2的前面板13上，在某一个部件发生故障时，主控电路系统6会及时检测到故障信息并以声音报警的方式提醒操作者，便于故障的及时发现和排除。如图5所示，本实用新型的电路连接如下数据传输板(即图中的USB接口板)和 PC主机、图像采集头、主控电路系统(核心为MCU控制器)相连接，图像采集头的数据信号端与主控电路系统的摄像数据信号端对应连接，液晶显示触摸屏与主控电路系统的对应端口连接，样品旋转电机的控制信号输入端与主控电路系统的样品旋转控制信号输出端对应连接，滤镜移位电机的控制信号输入端与主控电路系统的滤镜移位控制信号输出端对应连接，(白光/荧光)灯光转换装置的控制信号输入端与主控电路系统的灯光控制信号输出端对应连接，“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机的控制信号输入端分别与主控电路系统的样品移位控制信号输出端对应连接，蜂鸣器的控制信号输入端与主控电路系统的蜂鸣控制信号输出端对应连接。结合图1，本实用新型中的图像采集头3，由CXD (即电荷藕合器件图像传感器)、外围固定结构、航空插头组成。CCD由外围固定结构固定，保证CCD不会有细微的移动而影响采集图像的质量，采用航空插头保证物理连接的高可靠，使得CCD的数据传输与电源可靠稳定，可以保证高速的数据传输。结合图1-图5，当采集小岩心360度柱面图像时，由计算机控制步进电机20驱动样品移位机构沿“Y轴”方向向着舱门15方向运动，直到把舱门15推开，然后人工将小岩心 (直径1英寸，长度8-lOcm)放在胶辊40上。再由计算机控制步进电机20驱动样品移位机构沿“Y轴”向相反方向运动，直到预设位置为止。接着进入预览模式，并采用自动对焦方法，由计算机控制来调整岩心表面与图像采集头3的距离，直到找到一个最合适的焦平面。 然后由计算机发出命令选择白光或荧光模式，若选择白光模式下柱面采集，白光灯亮，计算机控制滤 镜移位电机36使滤镜38离开图像采集头3的正下方，然后控制样品旋转电机41 使胶辊40旋转，每旋转15角度，采集一次图像并传送到计算机，直到完成柱面360度的白光或荧光采集，共24幅图像。并从第二幅图像采集开始就进行图像拼接。当采集24幅后， 拼接即完成，从而重建一幅完整的小岩心柱面图像并保存起来，以方便以后的管理和分析。 若选择荧光模式下柱面采集，荧光灯亮，计算机控制滤镜移位电机36使滤镜38运动到图像采集头3的正下方，然后计算机控制样品旋转电机41使胶辊40旋转，重复白光模式下柱面图像采集操作。当采集小岩心剖面图像时，同样由计算机控制步进电机20驱动样品移位机构沿 “Y轴”方向向着舱门15方向运动，直到把舱门15推开，然后人工将小岩心(直径1英寸， 长度8-lOcm)放在胶辊40上。再由计算机控制步进电机20驱动样品移位机构沿“Y轴”向相反方向运动，直到预设位置为止。接着进入预览模式，并采用自动对焦方法，由计算机控制来调整岩心表面与图像采集头3的距离，直到找到一个最合适的焦平面。然后由计算机发出命令选择白光或荧光模式，若选择白光模式下剖面采集，白光灯亮，计算机控制滤镜移位电机36使滤镜38离开图像采集头3的正下方，并控制图像采集头3进行采集。若选择荧光模式下柱面采集，荧光灯亮，计算机控制滤镜移位电机36使滤镜38运动到图像采集头 3的正下方，然后控制图像采集头3进行荧光图像采集。当采集破碎的小岩心或岩屑图像时，首先样品盒39需固定在样品旋转机构16上。 由计算机控制步进电机20驱动样品移位机构沿“Y轴”方向向着舱门15方向运动，直到把舱门15推开，然后人工将破碎小岩心或岩屑置于样品盒39内。再由计算机控制步进电机 20驱动样品移位机构沿“Y轴”向相反方向运动，直到预设位置为止。然后由计算机发出命令选择白光或荧光模式，若选择白光模式下采集，白光灯亮，计算机控制滤镜移位电机36 使滤镜38离开图像采集头3的正下方，并控制图像采集头3进行采集。若选择荧光模式下柱面采集，荧光灯亮，计算机控制滤镜移位电机36使滤镜38运动到图像采集头3的正下方，然后控制图像采集头3进行荧光图像采集。本实用新型重点在于提供高精度、高智能化的岩心岩屑图像采集装置，若只改变装置中各部件的形状、尺寸、位置或参数，或在本实用新型基础上增加其它附件，或将本实用新型应用于其它同类领域的不同场合，都应视为侵犯本实用新型专利的合法权利。
权利要求1.一种岩心岩屑图像采集装置，包括外壳、机架，在机架内安装有垂直方向的垂直支架，在垂直支架上安装有图像采集头和灯架，在机架的中上部分安装有液晶显示触摸屏、数字键盘、主控电路系统，主控电路系统还外接PC主机，在机架的中下部分安装有样品盒、样品旋转机构和样品移位机构，上述部件中，灯架内包括白光灯管和荧光灯管，图像采集头的数据信号端与主控电路系统的摄像数据信号端对应连接，数字键盘与液晶显示触摸屏连接，液晶显示触摸屏与主控电路系统的对应端口连接，样品旋转机构的控制信号输入端与主控电路系统的样品旋转控制信号输出端对应连接；其特征在于在所述灯架内设置有与白光灯管和荧光灯管的电源输入端连接的灯光转换装置，所述灯光转换装置的控制信号输入端与所述主控电路系统的灯光控制信号输出端对应连接；在所述灯架内安装有滤镜和滤镜移位机构，所述滤镜位于所述灯架的中间位置，所述滤镜与所述滤镜移位机构连接，所述滤镜移位机构的控制信号输入端与所述主控电路系统的滤镜移位控制信号输出端对应连接；所述样品移位机构包括水平面内的“X轴”与“Y轴”两个方向的导轨、“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机、减速箱，所述“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机的控制信号输入端分别与所述主控电路系统的样品移位控制信号输出端对应连接。
2.根据权利要求1所述的岩心岩屑图像采集装置，其特征在于所述滤镜移位机构的结构为滤镜移位电机的齿轮与齿条相互咬合连接，齿条的一端与所述滤镜连接，所述滤镜移位电机的控制信号输入端与所述主控电路系统的滤镜移位控制信号输出端对应连接。
3.根据权利要求1所述的岩心岩屑图像采集装置，其特征在于所述白光灯管和荧光灯管分布于灯架的两侧，每一侧均包括数量相同、位置对称的白光灯管和荧光灯管；每一侧的所有灯管所在平面与水平面之间的夹角为45度。
4.根据权利要求1所述的岩心岩屑图像采集装置，其特征在于所述样品旋转机构的结构为包括两根相互平行的胶辊、样品旋转电机、皮带，在两根胶辊的同一端均设置有齿轮，这两个齿轮与所述样品旋转电机的齿轮形成三角形位置关系，所述两根胶辊的齿轮与所述样品旋转电机的齿轮通过同一条皮带形成三角形连接，所述样品旋转电机的控制信号输入端与所述主控电路系统的样品旋转控制信号输出端对应连接。
5.根据权利要求1所述的岩心岩屑图像采集装置，其特征在于所述“X轴”与“Y轴” 两个方向的导轨均为双导轨。
6.根据权利要求1所述的岩心岩屑图像采集装置，其特征在于在所述液晶显示触摸屏和所述数字键盘的下方设置有蜂鸣器，所述蜂鸣器的控制信号输入端与所述主控电路系统的蜂鸣控制信号输出端对应连接。
专利摘要本实用新型公开了一种岩心岩屑图像采集装置，包括外壳、机架、垂直支架、图像采集头、灯架、主控电路系统、液晶显示触摸屏、数字键盘、样品旋转机构和样品移位机构，在灯架内设置有灯光转换装置、滤镜和滤镜移位机构，在灯架内设置有灯光转换装置，在灯架内安装有滤镜和滤镜移位机构，滤镜与滤镜移位机构连接；样品移位机构包括水平面内的“X轴”与“Y轴”两个方向的导轨、“X轴”与“Y轴”两个方向的步进电机、减速箱，上述两个步进电机以及灯光转换装置、滤镜移位机构的控制信号输入端分别与主控电路系统的信号输出端对应连接。本实用新型可以采集小岩心(柱塞状岩心、井壁取心等)和岩屑图像，且质轻体小、智能化程度高。
文档编号G01N21/01GK202101944SQ201120178000
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者何海波, 张余强, 张豫堃, 王松, 龚剑 申请人:成都西图科技有限公司