本发明涉及油气钻井非开挖施技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的工具面角传感器。
背景技术：
近年来，随着中国城镇化的加快，城市管道施工项目与日俱增，而传统的开挖式的管道铺设方式由于存在损坏道路、影响交通及干扰居民等缺点，越来越不适用现代化建设的需求，在此背景下，非开挖技术应用而生。非开挖技术是一种利用非开挖钻机等工具，在不开挖地表的情况下，在地下进行管道铺设的技术。在非开挖施工过程中，当钻机给钻杆提供向前的推力及旋转动力时，此时钻头均匀受到围岩的推力，从而实现直线钻进，当钻机给钻杆仅提供向前的推力时，由于钻头的特殊结构设计，使得钻头受力不均，导致钻孔轨迹研受力方向发生倾斜，此时可通过调整钻头高边工具面角(简称工具面角)来实现钻孔轨迹方位的变化，从而实现钻孔轨迹的造斜。
工具面角通过工具面角传感器测得，而现有的传感器受到诸如精度不高、温漂过大、体积过大及安装精度要求过高等因素限制，无法满足更加精确化的非开挖导向需求，因此，急需研制一种精度较高，且适合非开挖工况环境要求的工具面角传感器。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的工具面角传感器。
本发明的实施例提供一种基于机器视觉的工具面角传感器，包括底座和导轨，所述底座连接所述导轨一端，所述导轨内部设有环形腔，所述环形腔内放置磁性球，所述环形腔一端面中心固定有指针座，边缘环绕圆周设有刻度尺，所述指针座上安装可绕着所述环形腔轴线转动的转轴，所述转轴一端连接磁性指针且所述磁性指针伸入所述环形腔内，所述导轨、所述指针座和所述转轴均无磁性，所述环形腔另一端面上安装与所述磁性指针相对的摄像头，所述底座内端面固定有电路板，所述电路板连接所述摄像头，所述工具面角传感器转动会使所述磁性球在所述环形腔内滚动，所述磁性指针跟随所述磁性球转动，所述摄像头于所述工具面角传感器转动前后拍照，所述电路板对照片进行处理并计算出所述磁性球绕着所述环形腔轴线转动角度，即为工具面角。
进一步地，所述转轴为固定螺栓，所述指针座为轴承座，所述轴承座内装入轴承，所述固定螺栓的螺杆依次穿过所述磁性指针、垫台和所述轴承后连接锁紧螺母，且使所述磁性指针可绕所述固定螺栓转动，所述轴承与所述垫台均无磁性。
进一步地，所述磁性指针设置于所述环形腔的中心处。
进一步地，所述环形腔的宽度等于所述磁性球的直径。
进一步地，所述环形腔的与所述摄像头相对的一端面边缘环绕圆周刻有刻度1～30构成所述刻度尺。
进一步地，所述磁性球与所述磁性指针均采用永磁铁材料制作。
进一步地，所述导轨一端连接所述底座，另一端连接外壳，所述底座和所述外壳将所述导轨两端密封。
进一步地，所述电路板还连接电缆一端，所述电缆另一端依次穿过所述外壳侧端面、垫片和防水接头，向外输出工具面角数据，所述防水接头抱紧所述电缆且压紧所述垫片，将所述外壳密封。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的基于机器视觉的工具面角传感器利用视觉原理进行工具面角测量，将钻杆偏移的工具面角反映到磁性指针偏移上，测量部件简单，可靠性较高，刻度尺决定工具面角的测量精度，有效避免了传统工具面角测量中的温漂效应，对非开挖特殊工况环境的适应性较强。
附图说明
图1是本发明一种基于机器视觉的工具面角传感器的主视图；
图2是本发明一种基于机器视觉的工具面角传感器的右视图；
图3是图1中基于机器视觉的工具面角传感器的a-a剖面示意图。
图中：1-底座、2-密封圈、3-导轨、4-环形腔、5-磁性指针、6-防水接头、7-电缆、8-垫片、9-摄像头、10-外壳、11-固定螺栓、12-磁性球、13-电路板、14-支座、15-螺钉、16-轴承、17-锁紧螺母、18-垫台、19-轴承座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1～图3，本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的工具面角传感器，包括底座1、导轨3和外壳10，所述导轨3一端连接所述底座1，另一端连接所述外壳10，所述底座1和所述外壳10将所述导轨3两端密封，所述导轨3两端的连接端面均垫有密封圈2。
所述导轨3内部设有环形腔4，所述环形腔4内放置磁性球12，所述磁性球12采用永磁铁材料制作，所述环形腔4的宽度等于所述磁性球12的直径，使所述磁性球12可在所述环形腔4内滚动。
所述环形腔4一端面中心固定有指针座，边缘环绕圆周刻有刻度1～30构成刻度尺，所述指针座上安装可绕着所述环形腔4轴线转动的转轴，具体为，所述转轴为固定螺栓11，所述指针座为轴承座19，所述轴承座19内装入轴承16，所述固定螺栓11的螺杆依次穿过磁性指针5、垫台18和所述轴承16后连接锁紧螺母17，且使所述磁性指针5可绕所述固定螺栓11转动，且所述磁性指针5伸入所述环形腔4内位于所述环形腔4的中心处，所述导轨3、所述轴承座19、所述轴承16、所述固定螺栓11和所述垫台18均无磁性，所述磁性球12与所述磁性指针5均采用永磁铁材料制作。
所述环形腔4另一端面上安装与所述磁性指针5相对的摄像头9，所述底座1内端面固定有电路板13，所述底座1内端面与所述电路板13上均设有两螺纹孔，将所有螺纹孔一一对齐并在它们之间垫上支座14，螺钉15依次穿过所述电路板13上的螺纹孔和所述支座14旋入底座1内端面的螺纹孔将所述电路板13固定。
所述电路板13连接所述摄像头9，所述工具面角传感器转动会使所述磁性球12在所述环形腔4内滚动，所述磁性指针5受所述磁性球12吸引而跟随所述磁性球12转动，所述摄像头9于所述工具面角传感器转动前后对所述磁性指针5拍照，所述电路板13对所述工具面角传感器转动前后的照片进行处理，根据照片中所述磁性指针5所指向的刻度计算出所述磁性球12绕着所述环形腔4轴线转动角度，即为工具面角。
所述电路板13还连接电缆7一端，所述电缆7另一端依次穿过所述外壳10侧端面、垫片8和防水接头6，向外输出工具面角数据，所述防水接头6抱紧所述电缆7且压紧所述垫片8，将所述外壳10密封。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制
本技术：
请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。