测量容积式马达定子、内表面的多个内直径的装置及方法
【专利摘要】公开了测量容积式马达定子、内表面的多个内直径的装置及方法，该装置包括：检测器组件，其包括本体，轮组件和传感器组件；本体包括被配置成与构件的内表面滑动接触的滑动部分；轮组件在滑动部分的基本相反侧被连接至本体，使得轮组件的至少一部分从本体突起以与内表面滚动接触；检测器组件被配置成响应于内表面的直径的改变而在轮组件与滑动部分之间相对位移；传感器组件被设置在本体中，且连接至轮组件并被配置成将轮组件的位移转换为表示构件的内表面的直径的电信号；以及平移组件，其被连接至检测器组件且被配置成将检测器组件插入构件的内部和将检测器组件从构件的内部收回。
【专利说明】
测量容积式马达定子、内表面的多个内直径的装置及方法
技术领域
[0001]这里公开和教导的发明大体涉及定子内孔量规，具体涉及用于对与井下动力钻具(mud motor)和莫依诺式栗(Moyno-styIe pump)相似的结构的马达和栗的定子部分进行探测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]—些装置(如，一些马达和栗)具有带凸起部(1bed)的定子，其尺寸对于装置的正确操作是重要的，例如，油田向下打眼操作通常使用井下动力钻具，而市政供水系统通常使用莫依诺式栗来输送粘性材料。为了以下讨论的目的，对作为示例性装置的井下动力钻具进行了说明，然而应理解所说明的主题可应用于其它装置。
[0003]在较高的水平，井下动力钻具为容积式栗(positive displacement pump)的形式，其包括长的转子部分和长的定子部分。该转子部分通常由诸如钢等的硬化材料形成，且具有限定一个或多个螺旋形凸起部(lobe)的外轮廓。该定子部分通常限定中心内孔且具有限定多个凸起部的大体螺旋形凹槽内部，其中该定子内部限定的凸起部的数量与转子外部限定的凸起部数量不同，且通常更多。该定子内孔的内部通常由弹性可变形材料形成或者衬有弹性可变形材料，如橡胶。
[0004]图1(现有技术)中示出了示例动力钻具的代表部分，其是取自现有技术专利申请公开第US 2011/0116959号。在所示的附图中，该井下动力钻具转子由构件302表示，且该井下动力钻具定子由构件308表示。如图所示，定子内孔304的内部限定多个不同的山脊式元件，其可限定多个最大内部定子内孔直径“凹部”以及多个脊，其限定多个最小内部定子内孔直径脊。由于定子内孔内部的形状，所以如果沿着定子内孔的纵(即，纵向)轴线移动则会碰到多个脊和凹部。因此，内部内孔的形状是不一致的且随着沿着定子内孔的纵轴线移动定子内孔的内直径的确切直径可改变。对于大多数井下动力钻具定子内孔，内部定子内孔直径尺寸可随着从定子内孔的一端沿着其纵轴线至另一端而从大体与最大内径对应的尺寸至大体与最小内径的尺寸来回变化。
[0005]在操作中，加压流体(其可以是钻井液，钻井泥浆，压缩空气或其它气体，或者任何其它合适流体的形式)被推动通过转子和定子之间的空间，且产生引起转子旋转的转矩。该旋转的转子通常经由驱动轴被连接至钻头，以有助于钻井操作。
[0006]在井下动力钻具的转子与定子之间的正确的配合对于马达的正确操作是重要的。为了保证正确的配合，具有与定子内孔的最小直径相关联的精确测量数据是有利的。知道这些尺寸可允许选择合适尺寸的转子用于给定的定子和/或确定之前使用的定子的橡胶内里需要被翻修或者更换。此外，知道这些尺寸可潜在地允许确定定子的磨损水平和/或定子内部的不同区域是否处于与其它区域不同的磨损水平。有时使用定子内孔量规来获得与井下动力钻具定子的内径相关的信息。
[0007]已知的定子内孔量规，如由Gagemaker所提供的SBG-5000定子量规，通常使用具有浮动元件撑(floating element shoe)的宽底座的、较长的量规头部，以测量在各种不同位置处的井下动力钻具定子最小内径。该长的量规头部通常在其跨度上具有多个定子内孔脊。在这样的量规中，该量规通常使用圆形设置标准(round setting standard)预设或校准，且接着插入待探测的定子的内孔中。接着该量规被设置在预定的位置间隔处，且在各预定位置，操作者对杆进行致动以从模拟指示器或者从数字读取框获取尺寸读数。接着该尺寸测量值被分析以提供与最小定子内孔直径相关的信息。平坦的、长的定子内孔量规延伸部(extens1n)可用于该装置以允许在不同尺寸的定子中使用该量规。在一些情况下，量规可包括电子测量装置和有线连接，用于向计算装置(例如笔记本电脑)提供测量数据以进行显示和处理。
[0008]在图2中示出了所述的现有技术定子内孔量规200的代表示例。如图中所示，具有宽的、长形浮动测量撑的宽底座的头部202经由长的(通常是不锈钢或者碳纤维)带脊轴204连接至具有可移动杆的手柄元件206。该手柄元件206经由连接电缆208连接至计算装置(如便携台式或笔记本电脑)210，其经由标准电线212获得电力。长的平坦撑214可用于大直径的定子内孔。在使用中，定子内孔量规200被插入定子内孔且操作者将头部202移动至第一位置并致动在手柄元件206上的杆来获取第一读数。接着该操作者将头部202移动至不同的位置且获得第二读数。该过程重复多次以获得在特定位置的分离测量值。
[0009]尽管诸如结合图2所述的量规的已知量规能够提供与井下动力钻具定子内孔相关的精确信息，然而需要时间来进行该多个的分离测量，且基于在哪进行该分离的测量以及在进行测量时的使用者的手位置该测量的精确度是变化的。此外，由于头部202跨越几个定子内孔脊，所以没有获得在定子内孔中的多个最小直径单独测量值。
【发明内容】
[0010]这里所述和总结的本发明涉及一个或多个不同的实施方式，其中没有一个实施方式旨在对所附权利要求的范围进行限制。这里所公开的至少一个发明的简要说明包括一种装置，用于测量内表面的多个内直径，包括具有本体、轮组件和传感器组件的探测器组件；该本体具有滑动部分，其被配置成与构件的内表面滑动接触;所述轮组件基本在所述滑动部分相反侧被连接至所述本体，使得所述轮组件的至少一部分从所述本体突起，用于与内表面滚动接触;所述探测器组件被配置成响应于内表面直径的变化而在轮组件和滑动部分之间相对位移;位于本体中的传感器组件被连接至轮组件，且被配置成将轮组件的位移转换为表示构件的内表面直径的电信号；以及连接至探测器组件的平移组件，其被配置成将所述检测器组件插入所述构件的内部并将所述检测器组件从所述构件的内部收回。
[0011]这里所述的本发明的其它摘要可由所附权利要求以及这里所述的几个实施方式总结。
【附图说明】
[0012]附图形成本说明书的部分且被包括以进一步显示所公开的实施方式的一些方面。
[0013]根据这里的多种教导。
[0014]图1示出了现有技术的井下动力钻具。
[00?5]图2示出了现有技术的井下动力钻具定子内孔量规。
[0016]图3A和3B示出了根据这里的一些教导构建的示例定子内孔量规。
[0017]图4示出了图4的定子内孔量规的方面。
[0018]图5A-5F示出了根据这里的多种教导构建的定子内孔量规的端部分的代表性特征。
[0019]图6A和6B示出了根据这里的多种教导的定子内孔量规的端部分的代表性特征。
[0020]图7A和7B示出了可有利于用于根据这里的一些教导将示例性端部连接至示例性手柄部分的连接件。
[0021]图8A-8G示出了可用于这里所述的定子内孔量规的一个实施方式的延伸装置和支架的多种形式，以便于将量规用于多种尺寸的马达定子内孔。
[0022]图9A示出了根据这里的教导的手柄组件的实施方式的示例形式。
[0023]图9B示出了用于线性传感器实施方式的示例性校准曲线。
[0024]图10A-10H示出了可用于这里所教导的定子内孔量规的示例人机界面以及使用所述定子内孔量规的方法的模拟“截屏”。
[0025]图11A-11F示出了可用于这里所教导的定子内孔量规的可选示例人机界面以及使用所述定子内孔量规的方法的模拟“截屏”。
[0026]图12示出了如这里所述的定子内孔量规的可选结构。
[0027]图13A-13D示出了一种方法，通过该方法可将根据一些教导的定子内孔量规用于检测在定子内孔中的脊或凸起部，并确定定子内孔的最小直径。
[0028]图14中示出了用于表征给定装置的示例性的装置。
[0029]尽管这里所公开的本发明可进行多种修改可改为其它形式，然而附图中仅示例地示出以及以下仅详细地说明几个具体的实施方式。这些【具体实施方式】的附图和具体说明不以任何方式限制本发明概念或所附权利要求的宽度或范围。进一步地，附图和详细说明仅用于向本领域技术人员示出发明概念且让其制造并使用本发明的概念。
【具体实施方式】
[0030]总体而言，这里所教导的本发明能实现为多种装置，其能测量内表面的多个内直径。这样的装置可包括检测器组件，其包括本体，轮组件和传感器组件;所述本体包括被配置成与构件的内表面滑动接触的滑动部分。所述轮组件在所述滑动部分的基本相反侧被连接至所述本体，使得所述轮组件的至少一部分从所述本体突起以与所述内表面滚动接触。所述检测器组件被配置成响应于所述内表面的直径的改变而在所述轮组件与所述滑动部分之间相对位移。所述传感器组件可被设置在所述本体中，且连接至所述轮组件并被配置成将所述轮组件的位移转换为表示所述构件的内表面的直径的电信号。平移组件可被连接至所述检测器组件且被配置成将所述检测器组件插入所述构件的内部并将所述检测器组件从所述构件的内部收回。
[0031 ]这样的实施例还还包括支撑机构，该支撑机构将轮组件的径向位移转换为纵向位移。所述传感器组件可包括线性位移传感器。所述轮组件可提供约0.2英寸的径向位移。所述轮组件可包括偏置元件，所述偏置元件被配置成将所述轮从所述滑动部分偏置至最大径向位移。所述偏置元件提供的偏置力可没有引起所述内表面的变形。所述偏置元件提供的偏置力可为大约0.3镑或更少。所述平移组件包括具有电源的手柄部分和用于从所述传感器组件向所述手柄部分传递信号的导线。所述平移组件可具有可调节长度。所述平移组件可包括一个或多个接头，所述一个或多个接头被配置成允许所述本体与所述手柄之间的相对移动。所述一个或多个接头可以是球窝接头或者U型接头。所述检测器组件被配置成对所述内表面的直径进行连续测量。所述本体包括一个或多个可拆卸的撑，各撑具有滑动部分。
[0032]这里示教的本发明的实施例还可包括具有视觉显示器的人机界面，所述视觉显示器被配置成显示来自所述传感器组件的电信号的表示。所述人机界面与所述手柄部分相关联。所述人机界面与所述检测器组件无线通信。
[0033]这里示教的本发明的其它实施例可包括能测量容积式马达定子的多个内直径的装置，且可还包括:检测器组件，其包括本体、轮组件和传感器组件。所述本体可具有一个或多个滑动部分，所述滑动部分被配置成与所述定子的内表面滑动接触。所述轮组件可在所述至少一个滑动部分的基本相反侧被连接至所述本体，使得所述轮组件的至少一部分从所述本体突起以与所述定子的内表面滚动接触。所述检测器组件被配置成响应于所述内表面的直径的改变而在所述轮组件与所述至少一个滑动部分之间相对位移。所述传感器组件可被设置在所述本体中，可操作地连接至所述轮组件且被配置成将所述轮组件的位移转换为表示所述定子的内表面直径的电信号。平移组件可连接至所述检测器组件且被配置成将所述检测器组件插入所述定子的内部并将所述检测器组件从所述定子的内部收回。所述平移组件具有可调节长度且包括手柄部分和一个或多个接头，该手柄部分具有电源和用于将信号从所述传感器组件传输至所述手柄部分的导线，所述接头被配置成允许所述本体与所述手柄之间的相对旋转。可提供人机界面，其被配置成与所述本体无线通信且在所述本体从所述定子收回时显示所述内表面的直径测量值。
[0034]这里示教的本发明的其它实施例可包括使用诸如上述装置(但不限于上述装置)来测量构件的内表面的多个内直径的方法。这样的方法可包括:校准所述装置，使得所述传感器组件所提供的电信号与直径测量值相关联。设置在所述滑动部分与所述轮组件之间的最大直径尺寸以与待测量的内表面匹配。将所述本体插入所述构件的内部。在所述本体从所述构件收回时，测量所述内表面的直径。
[0035]这样的方法还可包括确定所述构件的内表面的最小直径。在所述本体从所述构件收回时，在与所述本体无线通信的人机界面上，显示所述内表面的直径测量值。校准所述装置，使得所述传感器组件提供的电信号与直径测量值相关联。设置所述滑动部分与所述轮组件之间的最大直径尺寸以与待测量的内表面匹配。将所述本体插入所述定子的内部。在所述本体从所述定子收回时测量所述内表面的直径。确定所述定子的内表面的最小直径。根据在所述本体从所述定子收回时所得到的所述直径测量值中的一个或多个来确定用于所述定子的转子的尺寸。
[0036]现在我们参考附图，更具体地描述可用于实现这里所示教的本发明的装置和方法的许多可能实施例中的一些。具体而言，图3A和3B示出了一种改进的装置300，其用于检测井下动力钻具动力系统(mud motor power system)，且具体地用于检测定子内孔。
[0037]在所示的实施方式中，装置300包括手柄元件310，其在一些实施方式中可容纳在装置300的操作中有用的电池操作电子器件以及用于为该电子器件供电的一个或多个可充电电池。
[0038]尽管在图3A或3B中未示出，然而装置300还可与人机界面一起使用。该人机界面可采用多种形式，包括但不限于:专用装置，其包括屏幕和经由有线或无线(如，蓝牙，RF，IR等)链接而连接至装置300的接口电路;经由有线或无线链接而连接至装置300的编程通用计算机，或者手持装置，如桌上电话或智能手机(如，安卓或1S服务)，其运行设计以用于装置300的专用应用。可使用其它形式的人机界面而不偏离这里的教导。
[0039]在图3A和3B的示例中，手柄元件310还包括用于为壳体中的电子器件供电或断电的按钮312 ο该手柄元件310可由任何合适的材料制成。在图3A和3B的实施方式中，其由模制塑料制成。
[0040]在所示的示例中的手柄元件310被连接至手柄管40。该手柄管的尺寸可足以配合在待利用本装置300检查的最小的定子内孔内。为了检查较短的井下动力钻具部分定子，该手柄管可足够长以允许装置300的检测元件(如下文中所述)一直延伸进入待检测的定子内孔，从而检测元件可被设置在定子内孔的一个开口端处(或恰在其外侧)，且手柄元件310可被设置在定子内孔的另一开口端的外侧，其中手柄管314延伸通过其间的定子内孔。在其它实施方式中，为了用于较长的定子内孔部分，手柄管314可被尺寸设置成允许检测元件延伸至，且优选地超过，待检测的最长定子内孔的中点，从而通过从被检测的定子的两端操作装置300而获得沿着定子内孔的所有点的测量值。
[0041]手柄元件310优选地是中空的和/或具有嵌入的导体，用于将电信号或光学信号从检测传感器(如下文中所述)传递至手柄元件310中的电子器件，和/或用于将电能从手柄元件310传递至传感器。手柄310中的电子器件可包括一个或多个存储系统，以存储在使用中获得的测量数据，其它相关数据，和/或用于装置300的操作程序或软件。一个或多个存储系统可包括移动存储系统，例如但不限于基于USB的移动存储器;或者SD或micro SD存储芯片。优选地，但不是必须地，存储器系统被配置成允许连续地记录测量数据。在测量过程中可准实时(quas1-real-time)地分析连续地记录的测量数据以提供反馈，或者可过后分析连续地记录的数据以生成关于测量过程的具体报告。另外或者可选地，电子器件可包括无线通信系统，例如但不限于，蓝牙通信标准，其被配置成将流式或批量测量数据传至网站，基于云的系统，计算机和/或远程记录系统。
[0042]此外，电子器件可包括一个或多个传感器反馈系统，其包括但不限于，用于将听觉指示提供至装置300的使用者的电路；用于将视觉指示提供至装置300的电路；用于将震动指示提供至装置300的使用者的电路;或者这样的反馈系统的任何组合。这些反馈指示系统的目的可以是促使装置300的使用者察看在定子内孔中的装置的位置，而不是集中在测量数据的屏幕或者其它显示器上。这样，在内孔中无意地移动装置(如，在内孔中顶推或者卡住(jawing)装置)所引起的操作者错误可被最小化。
[0043]手柄元件310优选地由基本隆起的轻质材料形成，例如铝或者合适的塑料或复合材料。在一个实施方式中，手柄管314由碳纤维构成，其让许元件非常牢固且质量轻。
[0044]手柄管314的与手柄元件310相反的端部被连接至检测器组件。在所示的实施例中，检测器组件形成为三个主要部分:端部组件318，中间组件320和轮室组件(wheelhouseassembly)322。在高的水平，在所示的实施方式中，轮室组件322包括带轮的接触元件，其能在大体与手柄管314的纵轴线或纵向轴线垂直(S卩，正交)的方向上移动。为了便于参考，沿着手柄管314的长度延伸的轴线被称作纵向或“X”轴线;表示带轮的接触元件的移动的轴线被称作“Y”轴线;且垂直于X和Y轴线的轴线被称作“Z”轴线。
[0045]在所示的实施方式中，装有轮的接触元件被机械地连接至输送机构和输送轴，从而将装有轮的接触元件的大体Y轴线移动转换为输送轴的X轴线移动。在该实施方式中，输送轴被连接至线性传感器，其将轴的X轴线移动转换为由一个或多个导体(由图3B中的元件324表示)传递至手柄元件310中的电子器件的电信号。总体而言，在操作中，装置被通电，被校准(可选地)，且然后检测器组件被插入待探测的定子的定子内孔中，以及从其中移除。随着量规被插入到定子内孔中和/或随着其被从定子内孔移除，接触轮的移动使得传感器向手柄组件中的电子器件提供电信号，其包括改变的电信号。这些信号由电子器件处理以提供与定子内孔内部情况相关的有用的信息，其可包括但不限于最小内径尺寸。
[0046]图4示出了轮室组件322、中间组件320和端部组件318的示例实施方式的额外细节。为了示意的目的，没有示出从端部组件318中的传感器延伸的电线。在示例实施方式中，轮室组件322、中间组件320和端部组件318的主要构件都由金属形成。
[0047]首先参考图4，轮室组件322包括轮室壳体402和可沿着与轮室组件322的纵轴线垂直的轴线移动的接触轮404。如图所示，该接触轮404被设计成使得在检测器组件被插入进行探测的定子内孔和从其移除时，该接触轮在插入/移除的方向上旋转。如图4中所示，该接触轮404被连接至输送轴406，该输送轴406随着接触轮404在Y轴线上的移动而沿着检测器组件的纵轴线(即，沿着X轴线)前后移动。如图所示，在所示的实施方式中，输送轴406有足够的长度以延伸通过中间组件320的内部中形成的中空孔。
[0048]图5A-5F更具体地示出了示例的轮室组件322。在这些图中的一些中，轮室壳体402被示出为透明的，从而内部构件是可见的。
[0049]如图5A、5B、5C、5D和5F中所示，轮室组件322包括主轮室壳体402，其在其中限定开口腔体(open cavity)。设置在该腔体中的是第一部件或元件502，其一端被设置成(通过安装销518或者其它合适的机构)与轮室壳体402成固定关系，而另一端被连接至接触轮404。该元件502被连接至轮室壳体402和接触轮404，使得元件502的该端部被固定在轮室壳体中且不能沿着X方向520移动，但是可在接触轮404旋转地移过定子内孔的内部，接触轮404上下移动时随着该元件502的另一端部围绕大体沿着Y轴线522的固定点弧形运动而枢转。
[0050]第二部件或元件504也被连接至接触轮404。该第二元件504具有连接至接触轮的一端以及没有相对于X轴线520固定且连接至输送轴406的一端的另一端。如图中所示，接触轮404大体在Y方向522上的移动可使得输送轴在X方向520移动。
[0051 ]在图5A、5B、5C和中所示的具体的实施方式中，在接触轮404在Y方向的给定移动增量与所得到的输送轴在X方向上的移动之间的关系不是必然相同的，且对于给定Y移动522增量可得到的轴的X移动的量不必须是恒定的，而是基于接触轮404以及第一和第二元件502和504在移动增量上的实际位置而改变的。因此，为了保证精确的测量，所述装置可通常初始地特征在于反映接触轮404的Y移动与输送轴406的X移动520之间的具体关系。在下文中说明了示例性的初始校准方法(initial calibrat1n method)。
[0052]参考图5A和5B，可见输送轴406延伸进入并通过中间组件320。在所示的示例中，套筒组件506和508被提供以促进输送轴406的平滑移动。该中间组件320可以任何合适的方式被连接至轮室组件322。在这里所述的实施方式中，连接是通过螺纹连接实现，其中中间组件320的凸螺纹端被接收在端部组件322的螺纹插孔中。
[0053]最佳地如图5B中所示，输送轴406的端部延伸通过中间组件320且大体上与设置在中间组件318中的线性传感器510邻靠。应注意在图5B中，为了示意的目的，输送轴406示出为没有实际上接触传感器510。然而，在任何实际的实施方式中，轴端部很可能事实上实际接触传感器末端。
[0054]在图5A-5D的实施方式中，线性传感器510沿着X方向施加力，其趋于使得接触轮404朝向其在Y轴线上的离轮室壳体402最远距离处的位置移动。对于很多实施方式，该力足以使得在没有向接触轮404施加压力时接触轮404沿着Y轴线移动至其“最外”位置(这通常是当检测器组件在定子内孔外部时的位置)。在其它实施方式中，如图5A-5C中所示的实施例中，诸如弹簧512等的反冲弹簧可用于保证接触轮404被适当地偏置。
[0055]在可选的实施方式中，单独的反冲弹簧可不足以适当地偏置接触轮以及以合适的力保证该轮被压靠在待检查的定子内孔的内径上。在该应用中，外部偏置弹簧可用于(单独地或与反冲弹簧结合)控制和调节接触轮的偏置。
[0056]图5E示出了用于调节接触轮404的偏置的示例性方法。在图5E的实施方式中，提供了外部偏置弹簧514和可旋转套环516。外部偏置弹簧趋于向前述接触轮机构施加力以将接触轮4404从装置的主体偏置离开。通过调节由外部弹簧514所提供的力，使用者可增大或减小提供至接触轮404的偏置力，且因此轮404将接触待检测的定子内孔的内径的力。由外部弹簧所提供的偏置力可以至少两种方式调节。在一种方式中，可选择外部弹簧514来提供期望的偏置力，且如果需要不同的偏置力，则可移除并更换初始使用的弹簧。在另一种实施方式中，可使用单个的偏置弹簧，且套环516可被调节以压缩弹簧514或给弹簧514减压，且因此调节由弹簧所提供的偏置力。可预见调节弹簧力的其它可选方式包括可单独使用多个可更换弹簧，或者与诸如套环516等的调节机构结合。
[0057]在所示的示例中，在传感器元件510中的内部弹簧与反冲弹簧(kickspring)512组合使得当接触轮与定子内孔的内表面接触时接触轮404将压缩力施加至定子内孔的内表面。在一个优选的实施方式中，传感器弹簧和反冲弹簧被配置成使得接触轮404所提供的抵靠内定子内孔表面的最大力在可能使得定子内孔永久变形的水平以下。使得内定子内孔变形的力的精确水平可基于用于形成内孔的材料而改变。在一个具有定子内孔材料(statorboar material)的优选实施方式中，该组件被配置成使得由接触轮提供至定子的内定子内孔的最大压缩力为0.3镑或更小。
[0058]图5F示出了本发明的很多可能实施方式中的另一个，其中使用角度位移传感器524而不是之前的实施方式的线性位移传感器510。图5F示出了可旋转地连接至臂或支架502的端部的接触轮404，该臂或支架502可操作地连接至角度传感器524，例如通过销或者输送轴526。应理解，随着轮关于销526旋转(S卩，大体在Y轴线方向522移动)，角度传感器将该移动转换为Y轴线位移的信号表示。此外，如图5F中所示，偏置元件528，例如弹簧，被配置成将接触轮偏置至其最外位置，如以上关于线性传感器实施方式所述。可选地，角度传感器524可具有与传感器本体一体形成的偏置元件。
[0059]如图中所示，轮室盖512可被提供以覆盖并保护轮室组件322的内部元部件且控制接触轮404以及第一和第二部件502和504的移动。接触轮的移动的控制的优点在于，最小化接触轮404移动的量可提高精确度。
[0060]在一些实施方式中，可仅测量定子内孔的最小内径。在这样的实施方式中，盖512可与接触轮404以及第一和第二部件502和504配合，以在接触轮处于或接近定子内孔最小内径时让接触轮接触定子内部，但不在其它时间接触定子内孔内部。在这样的实施方式中，接触轮的移动可以使得接触轮的从其沿着Y轴线的距端部组件322的最大距离的点处至沿着相同轴线的最小距离的最大移动为约0.200英寸。
[0061 ]使用接触轮404和相关部件，如部件502和504，的一个优点是其允许装置仅通过将接触轮组件404在内部内孔上移动而对定子内孔的多个最小内径的每一个进行独立测量。这是由于接触轮被尺寸设置成使得在接触轮和定子内孔的内部之间的接触点在沿着X轴线的距离方面仅为常规定子凸起部(stator lobe)的总距离的小百分比。在所述装置被拉动通过定子内孔时，这允许这里所述的装置对各凸起部进行单独的测量。在一个实施方式中，接触轮404和相关的部件允许在约3/1000英寸或更小尺寸的分辨率的测量。在另一个实施方式中，进行的测量为分辨率为1/10，000英寸。这些分辨率实质性小于在定子内孔中的常规凸起部的尺寸。
[0062]使用可将接触轮的移动转换为诸如轴406或526等的输送轴的移动的接触轮404和部件的另一个优点是其允许快速和高效地进行测量。代替将探针移动至沿着定子内孔的不连续位置并且在这些不连续位置处致动探针，接触轮可在定子内孔上移动内且随着接触轮通过定子内部可连续地进行测量。如上所述，这些连续的测量可被记录在与装置300相关的一个或多个存储系统中，或者可被传输(有线或者无线)至远程记录系统。
[0063]该中间组件320可以任何合适的方式被连接至端部组件。由于将中间组件从端部组件松脱以允许检测、维护和更换端部组件中的传感器510是有利的，所以可预见允许将中间组件320从端部组件318容易地分离的实施方式。在图5B中示出了该实施方式。如图中所示，在所示的实施方式中，中间组件320(示出为透明的)包括延伸进入端部组件318(也示出为透明的)的腔体中的凸起。槽520形成在凸起部件中，且一个或多个螺钉通过端部元件318中的开口以与槽接合，且将中间组件320和端部组件318保持在一起。
[0064]在图5B的实施方式中，连接螺钉的张力可使得将中间组件320保持为相对于端部组件318成固定关系，从而在两个组件之间没有相对移动，或者可被设置成允许在两个组件之间的完全旋转或受限旋转移动(如，关于Z轴线移动，但不沿着X轴线移动)。在期望手柄以旋转方式移动的应用中可需要该实施方式。允许在中间组件320和端部组件318之间的一些旋转移动可在手柄朝向接触轮404前进时且趋于缓和(dampen)手柄的任何旋转移动，且将手柄元件310的该旋转移动对中心轮所进行的测量的影响最小化。
[0065]图6A和6B中示出了端部组件的细节。为了示出的目的，端部组件的主壳体602示出为透明的。
[0066]参考图6A和6B，该端部组件包括定位销或销钉604，其被设置在端部组件318中的固定位置。抵靠在定位销604上的是定位元件606的端部，其包括抵靠定位销604的轴和在另一端上的开口槽。设置在定位元件606的开口槽中的是具有可移动末端的线性探头608。该线性探头608可以是可将沿着一轴线的移动转换为数字或电子信号的任何探头。在一个实施方式中，探头608可以是#DK812SBR5探头，其可从Magnescale Americas，Inc.购得，其具有12mm行程，0.5微米分辨率，和约(s tra i t) 100m/min响应速度。
[0067]该端部组件还可包括一个或多个温度传感器，其被配置成将端部组件的实际环境温度转换为可由与装置相关的电子器件(例如，手柄中的电路)所使用的信号(电或光信号)。合适的温度传感器包括但不限于热电偶传感器，电阻式温度计(RTDs);红外传感器;热敏电阻;硅带隙温度传感器;或者其组合。温度测量可以是，但不必须为，对测量数据的直接或间接连续记录。应理解，端部组件的操作温度可用于实时地或者事后改正或者校正测量数据。
[0068]端部组件还可包括一个或多个相机或者其他视觉传感器，其被配置成可“看见”定子的实际正被测量，已经被测量或者将被测量的区域。在一个这样的实施方式中，实时的视频信号被提供至手柄，且视频传输线缆将该信号从手柄传递至处理和/或显示系统。可选地，该手柄(如这里所述)可包括视觉显示器，其能够显示端部组件所拍摄的视频。更进一步，视频信号可如上关于测量数据和温度数据所述的被连续地记录。应理解，可捕获“静态”拍摄以替代视频或者作为视频的补充。应理解，装置300的一个实施方式可在预定事件的发生时捕捉定子内孔的快照，预定事件例如是最小测量值，测量值“跳动”或者其它非正常值或者异常类型测量值。
[0069]端部组件318可以任何合适的方式被连接至手柄管314。在一个实施方式中，该连接是使得允许在端部组件318和手柄管314之间的另一轴线上的相对移动。允许该相对移动是有利的，这是因为如果不允许这样的相对移动-那么操作者对手柄组件310的移动(甚至轻微的无意移动)将影响由检测组件进行的测量。
[0070]图7A示出了将手柄管314连接至端部组件318的示例性连接配置，该连接为手柄管314可相对于端部组件318移动的方式。参考图7A，所示出的连接包括“球窝”组件，其包括两个球面垫圈(spherical washer)702和704，其被尺寸设置成匹配在端部组件318的接收腔体内。该两个球面垫圈702和704被设置成围绕球铰接元件706，其一端以固定关系连接至手柄管314。在所示的示例中，该球铰接元件706限定一个或多个大体圆柱形空腔(void)，且端部组件318限定能够接收螺钉710的螺纹开口708。在该示例中，螺钉710的外径小于圆柱形空腔712的内径，从而球铰接元件318以及因此管状手柄314可相对于端部组件318移动。在所示的实施方式中，开口环714匹配在端部组件318的槽中以将该两个组件保持在一起。
[0071]允许端部组件318和手柄管314之间的相对移动的其它可选连接装置。例如，可预见实施方式中U形接头连接用于提供该连接。图7B示出了一种这样的可选连接。在图7B的示例性实施方式中，U形接头连接被设置在端部组件318和手柄管314之间。参考附图，所示的U形接头连接包括连接至手柄管314的第一元件716和连接至第一元件716的中间元件718，从而第一元件716可相对于中间元件718关于第一轴线枢转。所示的连接还包括连接至中间元件718的第二元件720。该第二元件718被连接至端部组件318。该第二元件720以该第二元件720可相对于中间元件718沿着第二轴线枢转的方式而被连接至中间元件718。在所示的实施方式中，第二轴线垂直于第一轴线。
[0072]可预见用于将手柄端部314连接至端部组件318的更进一步的可选的连接。例如，可使用在图7B中示出的枢转连接中的仅一个。
[0073]对于特定尺寸的定子内孔，在图3A和3B中所示的装置可用于检测定子内孔内部。对于较大的内孔，可将膨胀撑(expans1n shoe)与所述的装置一起使用。使用膨胀装置的一个目的是确保接触轮相对于待测量的定子内孔的内部被适当地定位。总体而言，接触轮应被定位成使得接触轮的最大偏转(deflect1n)是较小的且在约小于1/10英寸。在一个优选实施方式中，接触轮和相关结构为使得轮的最大偏转约为75/1000英寸。
[0074]图8A示出了可用于允许不同尺寸的膨胀撑与装置之间的高效连接的鼻突组件(nose assembly)802o
[0075]参考图8A，鼻突组件802经由接收在轮室组件中的螺钉元件804被连接至轮室组件322的端部。该鼻突组件802包括螺旋鼻突806，驱动螺母808和定位销810，该定位销810的端部从驱动螺母的各侧突起。通过旋转螺旋鼻突，驱动螺母可沿着轮室组件322的纵轴线前后移动，从而使得定位销810相对于轮室组件移动。设置在端部组件318上的固定位置处的第二定位销812没有在图8A中示出。
[0076]图SB示出了第一膨胀撑类型814，其可用于允许将装置300用于具有较小直径的定子内孔。该撑814是管状元件且在各端部具有叉头状开口(prong-like opening)，其被尺寸设置成接收定位销810和812。在使用中，撑814在连接至鼻突组件802之前在检测器组件上滑动。接着叉头状端部中的一个被连接至在端部组件318上的定位销，且然后鼻突组件802连接至轮室组件322。通过调节螺纹鼻突806，使得驱动螺母810，且因此定位销810被朝向撑814向内移动，直到销810与撑810的叉头状端部接合并将其保持定位。可选地，鼻突组件可限定圆锥形元件，其被驱动进入撑的内孔以将其保持定位。
[0077]图SC示出了可用于装置300的膨胀撑的仍另一个实施方式。该所示的膨胀撑816是在可用于具有较中间尺寸直径的定子内孔的膨胀撑上的滑动件(slide)。如图中所示，该膨胀撑816限定被尺寸设置成接收定位销810和812的接收部分818和820。在使用中，撑816被滑动至装置上，从而接收部分88a和88b大体上接收定位销或楔810和812。然后该鼻突组件通过将销810从撑816移开而被调节，直到撑相对于探测器组件被牢固地保持定位。在大直径的定子内孔被探测的情况下，或者在需要额外的支撑的情况下，可将撑杆连接在手柄元件310和手柄管314之间。
[0078]总体而言，撑和/或条应被尺寸设置成保证在装置的与撑相反的外表面和优选定子内孔最小尺寸之间的间隙小于某预定量，在一个实施方式中为50/1000英寸。提供该小间隙趋于当将装置插入定子内孔时以及在将装置拉动通过定子内孔的期间，保证该装置被适当地对准。该对准方法保证了当装置被拉动通过定子内孔时装置所进行的测量在不同使用者之间以及在相同使用者的不同重复测量之间是恒定的。例如，在装置/撑被尺寸设置成保证上述最大距离为50/10000英寸或更小时，可期望重复测量的误差水平在3/1000至5/1000内。
[0079]在上述情况中，其中装置和撑被尺寸设置成保证至优选最小内孔直径的距离小于预定量，指示该距离大于该量的测量可指示或提示被探测的定子内孔的磨损或其它问题，从而在该范围以上的测量可导致被探测的内孔让探测失败。
[0080]图8D示出了仍另一个撑设计，该撑用于具有较大直径的定子内孔。所示的撑822包括安装板(824和826)，其包括与以上关于图8C所述相似的接收部分。连接至安装板的是多个撑杆828、830和832，其被设计成将撑定位在定子内孔中。为了最小化重量，该撑杆828、830和832可由碳纤维制成。
[0081]图SE示出了用于将撑连接至检测器组件的可选方法。在该可选的方法中，检测器组件的一些部分限定了如凹口 834和836等的凹口。该撑装配有突起元件840、842，其被成型以配合在凹口或楔口中。在操作中，该撑被放置到期望的位置且然后该鼻突组件被调节以将撑保持定位。
[0082]图8F-1和8F-2示出了允许不用连接撑而对不同尺寸的内孔进行探测的另外的实施方式。在该实施方式中，剪式的组件844被连接至与手柄管314连接的检测组件。该剪式组件包括中心部件和经由剪式连接件而连接至中心元件的多个杆(在该示例中为四个)。该剪式连接件可通过固定设置，在中间部件中的元件(如，螺钉)的操作或任何其它合适方法而被调节，以扩展至对于多种定子内孔的合适探测所需的尺寸。
[0083]在优选的设计中，撑或多个撑的直径被小心地选择以密切对应待探测定子内孔的理想最大内径。该撑/多个撑外径与定子理想内径的密切配合趋于保证探测器组件通常处于合适的轴向对准。这允许操作者通过简单地将装置插入待探测的定子并将装置经由定子内孔拉出而没有对装置进行任何扭转或旋转从而使用所公开的装置。所述装置的允许适当探测而不扭转或旋转装置以及不需要或仅需要使用者的最小劳动来保证适当的轴向对准的能力保证了探测更加精确和更加高效。这还保证了在不同的操作者或者相同操作者在不同次数之间的合适的测量以及一致性。
[0084]在大直径定子内孔待被检测的情况下，或者在需要额外的支撑件以支撑一撑或另一装置，以允许这里所述的装置用于不同尺寸的内孔的情况下，撑条可连接在手柄元件310与手柄管314之间。图8D不出了使用撑条814。
[0085]应理解，该装置300所述的实施方式仅仅是这里所公开和要求的主题的一种可能实施方式，且其它设计是可能的。例如，所示出和说明的检测器组件具有三个部分-轮室组件322、中间组件320和端部组件318。该检测器可被构造为单个元件或者作为具有比上述更多的部分的元件。此外，在一些实施方式中，可使用不同形式的感应装置。作为一个示例，在所述的传感器中，接触轮在Y方向移动且传感器在X方向移动。可预见传感器与接触轮(其它可移动元件)对准的实施方式，使得可移动元件和传感器均在Y方向移动且不需要将可移动元件在一个方向的移动转换为传感器在另一个方向的移动。仍另外地，其它方法和方式可用于将手柄管连接至检测器的端部组件(或者至单件的检测器组件)，且可预见手柄管与检测器组件一体形成的实施方式。作为仍另外的示例，可预见没有手柄或手柄管的实施方式，且其中装置通过一条或多条线被连接至传感器元件，且其中检测器组件通过连接线被拉动通过待探测的定子内孔。该实施方式可用于需要紧凑装置的情况和/或待检测的定子内孔的长度难以有合适长度的手柄管的情况。
[0086]根据上述实施方式，应理解上述的电子器件中的所有或者一些可被设置在检测器组件自身上，而不是在手柄上。仍另外的，一些电子器件，例如数据获取系统合数据传送系统(有线或无线)，可被设置在检测器组件上，而其它电子器件，例如处理电子器件，可被远程地设置。
[0087]在仍另一个实施方式中，容纳光学元件和激光或聚光源的壳体可用于检测被探测的定子内孔的外轮廓。
[0088]可使用另外的方式提供在所述的装置和人机界面之间的通信。在一个实施方式中，可在所述的装置与编程个人电脑或笔记本电脑之间形成蓝牙连接。在可选的实施方式中，可使用有线连接。可预见其它实施方式，其中装置不提供任何即时的可读取输出，而是将数据存储在存储装置(如，SD存储卡)中，从而以后可由另一个装置(如，远程计算机)读取来访问存储在存储装置上的存储数据。
[0089]图9更详细地示出了手柄组件310。如上所述，手柄组件包括本体，其可被尺寸设置成包括用于装置的电子器件以及为电子器件供电的电池，并且可为使用者提供手柄。在图9中所示的实施方式中，手柄装置310包括电源按钮312和触发按钮902，该电源按钮用于为装置供电和断电，该触发按钮34可被按压以使得装置300开始进行测量读取。
[0090]所述装置可以多种方式来检测井下动力钻具定子的内孔直径。根据一种示例的优选方法，使用该系统的方法可包括初始表征步骤(initial characterizat1n step)，其中在接触轮的Y移动与输送轴(以及因此输送轴)的X移动之间的精确关系由特定装置相关的实际测量而表征且接着该表征数据被存储在该装置的电子器件中。
[0091]如上所述，在接触轮的Y移动与输送轴(且因此传感器)的X移动之间的关系不是线性的，且可取决于接触轮与输送轴的位置而变化。此外，由于制造容差，接触轮的Y移动与输送轴(传感器)之间的精确关系可在装置与装置之间略微改变。考虑到这一点，根据这里的教导所构造的各装置可在装配之后通过对接触轮的若干位置的实际X对比Y位置读数进行表征。这些位置测量值，结合一些外推法，可用于形成特定单元的具体X对比Y曲线，且该曲线可用于将自传感器的具体X读数精确地转换为接触轮的具体Y位置。
[0092]由于预期给定装置的物理表征不会在装置的寿命内可察觉地改变，所以该表征步骤很可能对每个装置仅需要进行一次。然而，随着装置受到磨损或者如果该装置被改变或者装置的构件被改变或更换(如，如果传感器被更换)，则可需要或要求另外的表征步骤。
[0093]在各装置没有被表征的情况下，代表性的X对比Y表征曲线可被使用或预编程或预存储在装置中。图9B示出了用于使用线性传感器510的本发明的实施方式的示例的接触轮位移对比X轴线位移曲线。如图所示，接触轮404的移动与沿着X轴线520的位移(例如输送轴406的位移)之间的关系不是线性的。在该种X对比Y关系中，曲线的前部分可比曲线的后部分显示更大的灵敏度。当使用这里所公开的本发明的一个或多个方面来设计定子内孔量规时，可考虑改非线性规律和改变的灵敏度。例如但不是限制性的，用于该量规的撑或者撬(sled)可被尺寸设置成使得定子内孔的预期最小直径出现在高灵敏度的区域。
[0094]—旦所述装置被表征，或者X对比Y曲线以另外的方式存储或编程在装置中，则该装置可被置于现场使用。在现场使用中，可根据通常包括以下步骤的方法使用该装置:(I)识别待探测定子的需求尺寸；(2)确定对于探测是否需要任何膨胀撑，如果需要则选择和安装合适的膨胀撑；(3)识别与待探测定子相关的合适的设置标准；(4)通过所选择的设置标准校准组件20，且然后(5)通过校准装置探测相同预期尺寸的一个或多个定子内孔。该过程可通过使用人机界面而得到促进，在所示的示例中该人机界面是基于安卓系统的智能手机。
[0095]图10A-10H示出了来自笔记本电脑形式的示例人机界面的屏幕截图，该笔记本电脑经由有线或无线链接而连接至装置300，其有助于说明使用这里所述的装置的过程。
[0096]初始地，在图1OA中，标准装置与特定期望内孔尺寸相关，其中各标准被分配特定的序列号。该标准应被制造为具有紧密度容限(tight tolerance)，从而该标准的内径非常紧密地匹配与该标准相关的标准尺寸。
[0097]一旦所期望的标准与待探测的多种内孔直径相关，则使用者可将期望的内孔直径输入人机界面，且被提供使用哪个标准的指示。这在图1OB中示出，其中使用者将用于待探测装置的最优内孔直径(在该示例中为1.500英寸)输入人机界面，并且人机界面提供可用于探测的标准(或多个标准)的指示。在所示的示例中，被标为1002、1004和1006的标准与输入的内孔直径相关且可用于探测的目的。在该步骤，人机界面还可指示是否应使用撑附件，且如果需要那么使用哪种撑。
[0098]在选择合适的标准后，定子内孔量规应被校准。该校准过程应初始地在图1OC中示出。参考图10C，人机界面初始地要求操作者输入与待探测的具体的栗/马达相关，与操作者相关，以及与温度相关的数据。一旦该数据被输入，则使用者被促使将量规移动通过该标准，直到与该标准的最大内径相应的最大读数被检测到。这在图1OD和1E中示出。
[0099]一旦装置被校准，例如如图9B所示，则该装置的检测部分(如，具有接触轮的部分)和任何撑被插入待探测的定子内孔中。接着该装置被触发，且使用者拉动装置通过内孔。接着该装置进行测量并且记录各最大读数(或可选地，各最小读数)。这在图1OF和1G中示出。接着这些读数被输出至图1OH中所示的可读文件中。
[0100]图1OE示出了使用上述装置来探测实际的特定定子内孔。如图中所示，该特定装置可首先通过使用者输入与该装置相关的序列号而被识别。可选地，可通过条形码或者其它可扫描信息而获得该识别信息。除了输入识别信息之外，可增加关于被探测的装置的其它信息(例如，化合物(compound)、容差等)。
[0101]在将与进行探测的装置相关的识别信息输入人机界面之后，该装置可被插入定子内孔中，该测量按钮(或触发器被按下)，且装置扫过量规，从而接触轮扫过被探测的定子内孔的全部或一部分。接着该装置可生成表示各被检测的小直径的报告以及对于每个小直径，生成与以下相关的信息:(i)从在校准过程形成的参考位置的偏离，和(ii)实际计算最小直径。这在图1OG中得到反映。可为了精确而重复该过程和/或对于较长的定子内孔，从内孔的另一侧重复。
[0102]图11A-11F示出了从智能手机装置的形式的示例人机界面的截屏，其有助于描述使用这里所述的装置的过程。该过程与上述关于图10A-10H所述的过程相似。在初始点，如图1lA所示，该装置被校准以用于特定尺寸的定子的探测。该过程可包括如图1lA中所示地其实开始校准过程，且接着选择待探测的定子内孔的具体型号，如图1lB中所示。在所示的实施方式中，一旦选择了被探测的定子内孔型号，则人机界面可执行查找并向使用者提供用于允许适当地探测要求尺寸的定子内孔的特定撑(或其它尺寸调节器)的视觉指示。这在图1lC中示出。
[0103]一旦选择且适当地连接了合适的撑(或其它尺寸调整装置)，则装置的检测部分(例如，具有接触轮的部分)被插入与被探测的定子内孔的标称尺寸对应的标准中。接着该装置被前后移动，直到得到量规的最大读数。这是将量规定位在定子内孔的小直径位置之一处而实现的。如图1lD中所示，可提供图像以允许使用者正确地定位最大位置。一旦装置被适当地定位且获得最大读数，则可通过在校准阶段使用者按压测量触发器，按压单独的校准按钮或者与人机界面相互作用而校准该装置。
[0104]在所述的示例中，该装置的校准实质上为装置设置了零基准。一旦该装置被校准，则可提供差额测量(differential measurement)，其中测量反映了从校准过程中形成的参考点偏离的程度。总体而言，当对于一个定子尺寸被校准的装置用于另一个尺寸时以及每次装置被通电(power on)时，应进行校准过程，尽管如果装置用于探测相同标称尺寸的定子则对每次通电的校准可以是不必须的。
[0105]图1lE示出了使用上述装置来探测实际具体的定子内孔。如图中所示，该具体装置可首先例如通过使用者将与装置相关的序列号输入而识别。可选地，识别信息可经由条形码或者其它扫描信息而获得。除了输入识别信息之外，可加入与被探测的装置相关的其它信息(例如，化合物，容差等)。
[0106]在关于进行探测的装置的识别信息被输入到人机界面中之后，该装置可被插入到定子内孔中，测量按钮(或触发器被按下)且装置扫过量规，从而接触轮扫过被探测的定子内孔的全部或一部分。然后该装置可生成表示各被检测的小直径的报告以及对于每个较小直径，生成与以下相关的信息:(i)从在校准过程形成的参考位置的偏离，和(ii)实际计算最小直径。这在图1lF中得到体现。可为了精确而重复该过程，和/或对于较长的定子内孔，从内孔的另一侧重复。
[0107]图12示出了可选的实施方式，其中人机界面采取智能手机的形式，该手柄组件310为手枪式握把1202形式且包括用于安装智能手机装置的托架1204。可预见该装置的其它可选构造。
[0108]在图13A-13D中示出了用于识别该定子内孔中的最小直径点的一个示例过程。图13A-13D示出了可利用线性传感器510或角度传感器524的过程，该传感器提供信号(例如，数字输出)，其中信号与在探头的末端处的特定位置对应。在图13A-13D的示例中，该探头使得在用于上述布置中时(如，结合图5B)，信号可在接触轮与定子内孔最小处对应时处于其峰值。尽管图13A-13D所示的过程包括推动量规通过定子内孔，然而应理解根据本发明的量规可被推动和/或拉动通过定子内孔。
[0109]如上结合图5A-5C所述，并且参考图13A-13D，接触轮404和相关元件(如，部件502、504、406和512)使得接触轮能够与定子的内直径部分接触，且可被多个元件阻碍而无法与定子的对应定子最大直径的部分接触。可选地，可允许接触轮接触定子内孔的所有表面，以提供最小、最大直径以及这之间的所有直径。因此，随着接触轮404被拉动通过定子内孔表面，该计数(count)可在一个示例点1302(图13A)处处于接触轮不与定子内孔接触的最小点，但是处于以上关于图5B-5C(或者是与最大直径接触)所述的配置产生的固定点。随着装置扫过内孔，可到达点1304(图13B)，其中接触轮与定子内孔的内部接触，且装置的操作开始使线性探头的末端404移动。在该点处，从探头的计数输出可开始增加。由于探头的灵敏度，以及内孔的非均匀性，所以该计数可没有平滑地增加且可由于在定子内孔表面上的小瑕疵而发生变化。随着轮接触滚过定子内孔，其可终于碰到点1306(图13C)，其通常与对应定子的最小直径的最大计数/数目相关。此后，随着装置通过内孔且直径增大1308(图13D)，探头的计数可开始减小，再次由于定子内孔的小瑕疵而发生计数变化。
[0110]在一个实施方式中，该装置(例如在手柄端中的电子器件)可监测来自探头的数值并且:(i)寻找峰值1306，和(ii)如果没有到达中间峰值(intervening peak value)，则寻找计数处于峰值以下某特定量的点1308。在没有另一中间峰值的情况下一旦计数从峰值1306落至在峰值以下一特定量的点1308或1304处，则装置可确定已到达真的峰计数(与在当前示例中的定子内孔最小处对应)。在检测到初始峰值之后到达另一个中间峰值的情况下，该过程可重复。以这样的方式，本示例可精确地检测被探测定子内孔的真实最小直径。
[0111]在另一个实施方式中，该装置将首先寻找值的从一点(如，零点)的增加，例如点1304，且将监测该系统以探测增加的计数(其将随着轮的接触滚动至并通过点1304而发生)，其后是减少的计数(其将随着轮的接触滚动至并通过点1308而发生)，其后是第二次增加的计数(其将随着辊移动至并通过点1310而发生)。在检测到第二增加的计数时，该装置将接着查找在第一增加的计数和第二增加的计数之间发生的最大计数，并将该最大计数(在该示例中为在点1306处的计数)与最小内孔直径相关联。作为另一个示例，可预期随着探头402被推动通过定子内孔，则传感器信号将增加，表示内径减小。这些直径表达可被记录在与量规相关的循环缓冲存储器，FIFO缓冲器，静态存储器中，或被传输或遥测并传送至远离量规的装置或位置。可根据信号开始减小(这代表定子内孔直径增大)而确定最大信号(即，最小直径)。可从所记录的值查找该存储的直径表达的最大值，或者可选地，可从所记录的值内插或者以其它方式计算最大值。仍另外地，可使用该记录数据来生成定子内孔内部的曲线或轮廓。
[0112]—旦获得与最小直径相应的计数，则接着装置可使用X对比Y表征数据以及参考设定点，以对于各最小直径计算实际最小定子内孔测量值。
[0113]应理解，所述方法仅仅是示例性的，且可使用其它方法。例如，可将另外的方法用于线性探头，其中在接触轮接近定子内孔最小处时计数减小(而不是增加)。
[0114]为了确保装置的精确的目的，对于装置的各单元在其装配之后和/或装置的任何构件被改变之后对其进行表征是有利的。这是由于在装置的构件的制造中可存在变化，其将引起各装置以与相似构造的其它装置稍稍不同的方式进行操作。在图14中示出了用于表征给定装置的示例性的装置和程序。参考图14，示出了轮量规组件被安装在表征支座(characterizat1n mount)中。该支座包括用于将轮量规组件固定在固定位置的支架以及微米校准参考装置402。该校准参考装置402包括与轮组件的轮接触的延伸元件。其可被控制以提供延伸元件的精确、准确移动，从而延伸元件可以10/10,000英寸或更小的精确步进移动。
[0115]为了使用图14的结构对装置进行表征，参考装置402的延伸元件首先被移动至接近完全收缩的位置，其使得轮移动至完全延伸位置或接近完全延伸位置。接着该探头值归“零”。接着该延伸元件以受控的步进延伸(如，10/10,000英寸的步进)，且在各步探针值被记录。通过将延伸元件从与证实的零位置相对应的位置移动至比装置待探测到的最小定子内孔内径更小的位置，在探头的计数与自零位置(如由参考装置1402所确定的)的距离之间的关系可被确定。由于多种原因，该关系可以是非线性的。
[0116]在一个实施方式中，自零的距离的值和计数用于曲线拟合算法，以生成数学公式，其将响应任何给定的探头值而提供自零点(沿着与参考装置的延伸元件的移动平行的轴线)的距离。任何合适的曲线拟合算法将被用于生成该公式。在第二实施方式中，距离对比证实的值(prove value)都被存储在表或者距阵中，且装置可使用该数据以:(i)如果证实的值相同地对应于在表征过程中获得的值中的一个，则选择该距离值;或者(ii)使用插值算法以通过在表征处理过程中存储的数据点之间内插而生成估计的距离值。在两个实施方式中，装置的非线性，以及对于各单独装置的具体距离-探头关系被解决，且测量的精确性提尚O
[0117]上述附图以及具体结构和功能的说明不作为对
【申请人】所进行的发明的范围或者所附权利要求的范围的限制。而是附图和说明被提供以教导本领域技术人员来制造和使用所要求专利保护的本发明。本领域技术人员应理解，为了清楚和理解的目的，没有对本发明的商业实施方式的所有特征进行说明或示出。本领域技术人员还应理解，结合本发明的特征的实际商业实施方式的开发可要求多种具体实现特定决策以实现研发者的用于商业实时方式的最终目标。该具体实现特定决定可包括但可能不限于，符合系统相关，商业相关，政府相关和其它限制，其可随着具体应用、位置和随着时间改变。尽管开发者的工作可以是在绝对意义上复杂和耗时的，然而该工作将最终作为受益于本公开的本领域技术人员的例行程序。应理解，这里所公开和教导的本发明可进行多种改变和可选形式。最后，单数术语等的使用不限制物品的数量。此外，在说明书中的关系术语的使用，例如但不限于“顶”，“底”，“左”，“右”，“上”，“下”，“向上”和“向下”仅仅用于在说明书中清楚地参考附图，且不限制本发明或者所附权利要求的范围。
[0118]已在上下文中对本发明的优选和其它实施方式进行了说明，但不是本发明的所有实施方式都被说明。关于【具体实施方式】所述的各构件、子构件或者功能可与关于另外的【具体实施方式】所述的任何其它构件、子构件或功能组合。对本领域技术人员来说，可对所说明的实施方式进行显而易见的修改和改变。所公开的和未公开的实施方式不限制或约束由
【申请人】所做出的本发明的范围和应用，而是根据专利法，
【申请人】旨在完全保护落入所附权利要求的等同的范围内的所有修改和改进。
【主权项】
1.一种用于测量内表面(304)的多个内直径的装置，包括: 检测器组件，其包括本体，轮组件和传感器组件； 所述本体包括被配置成与构件的内表面滑动接触的滑动部分； 所述轮组件在所述滑动部分的基本相反侧被连接至所述本体，使得所述轮组件的至少一部分从所述本体突起以与所述内表面滚动接触； 所述检测器组件被配置成响应于所述内表面的直径的改变而在所述轮组件与所述滑动部分之间相对位移； 所述传感器组件被设置在所述本体中，且连接至所述轮组件并被配置成将所述轮组件的位移转换为表示所述构件的内表面的直径的电信号；以及 平移组件，其被连接至所述检测器组件且被配置成将所述检测器组件插入所述构件的内部和将所述检测器组件从所述构件的内部收回。2.如权利要求1所述的装置，其中所述轮组件还包括支撑机构，该支撑机构将径向位移转换为纵向位移。3.如权利要求2所述的装置，其中所述传感器组件包括线性位移传感器。4.如权利要求2所述的装置，其中所述轮组件提供约0.2英寸的径向位移。5.如权利要求1所述的装置，其中所述轮组件包括偏置元件，所述偏置元件被配置成将所述轮从所述滑动部分偏置至最大径向位移。6.如权利要求5所述的装置，其中所述偏置元件提供的偏置力没有引起所述内表面的变形。7.如权利要求6所述的装置，其中所述偏置元件提供的偏置力为大约0.3镑或更少。8.如权利要求1所述的装置，其中所述平移组件包括具有电源的手柄部分和用于从所述传感器组件向所述手柄部分传递信号的导线。9.如权利要求8所述的装置，其中所述平移组件具有可调节长度。10.如权利要求8所述的装置，其中所述平移组件包括一个或多个接头，所述一个或多个接头被配置成允许所述本体与所述手柄之间的相对移动。11.如权利要求10所述的装置，其中所述一个或多个接头是球窝接头或者U型接头。12.如权利要求1所述的装置，还包括具有视觉显示器的人机界面，所述视觉显示器被配置成显示来自所述传感器组件的电信号的表示。13.如权利要求12所述的装置，其中所述人机界面与所述手柄部分相关联。14.如权利要求12所述的装置，其中所述人机界面与所述检测器组件无线通信。15.如权利要求1所述的装置，其中所述检测器组件被配置成对所述内表面的直径进行连续测量。16.如权利要求1所述的装置，其中所述本体包括一个或多个可拆卸的撑，各撑具有滑动部分。17.—种用于测量容积式马达定子的多个内直径的装置，包括: 检测器组件，其包括本体、轮组件和传感器组件； 所述本体具有一个或多个滑动部分，所述滑动部分被配置成与所述定子的内表面滑动接触； 所述轮组件在所述至少一个滑动部分的基本相反侧被连接至所述本体，使得所述轮组件的至少一部分从所述本体突起以与所述定子的内表面滚动接触； 所述检测器组件被配置成响应于所述内表面的直径的改变而在所述轮组件与所述至少一个滑动部分之间相对位移； 所述传感器组件被设置在所述本体中，可操作地连接至所述轮组件且被配置成将所述轮组件的位移转换为表示所述定子的内表面直径的电信号； 平移组件，其连接至所述检测器组件且被配置成将所述检测器组件插入所述定子的内部和将所述检测器组件从所述定子的内部收回； 所述平移组件具有可调节长度且包括手柄部分和一个或多个接头，该手柄部分具有电源和用于将信号从所述传感器组件传输至所述手柄部分的导线，所述接头被配置成允许所述本体与所述手柄之间的相对旋转;和 人机界面，其被配置成与所述本体无线通信且在所述本体从所述定子收回时显示所述内表面的直径测量值。18.—种使用权利要求1的装置来测量构件的内表面的多个内直径的方法，包括: 校准所述装置，使得所述传感器组件所提供的电信号与直径测量值相关联； 设置在所述滑动部分与所述轮组件之间的最大直径尺寸以与待测量的内表面匹配； 将所述本体插入所述构件的内部； 在所述本体从所述构件收回时，测量所述内表面的直径；以及 确定所述构件的内表面的最小直径。19.如权利要求18所述的方法，还包括人机界面，其被配置成与所述本体无线通信且在所述本体从所述构件收回时显示所述内表面的直径测量值。20.—种使用权利要求17所述的装置测量定子的内表面的多个内直径的方法，包括: 校准所述装置，使得所述传感器组件提供的电信号与直径测量值相关联； 设置所述滑动部分与所述轮组件之间的最大直径尺寸以与待测量的内表面匹配； 将所述本体插入所述定子的内部； 在所述本体从所述定子收回时测量所述内表面的直径；以及 确定所述定子的内表面的最小直径;和 根据在所述本体从所述定子收回时所得到的所述直径测量值中的一个或多个来确定用于所述定子的转子的尺寸。
【文档编号】G01B21/14GK105937894SQ201510708369
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年10月27日
【发明人】J.R.道格拉斯, K.L.道森, C.克劳德
【申请人】高美科量具制造有限公司