一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置

本发明属于钻孔扩孔成像，尤其涉及一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置。

背景技术：

1、目前，钻孔扩孔深度测量多依赖于冲出煤量反推扩孔孔径，但同一煤层坚固性系数存在差异，甚至同一钻孔不同深度煤质不同，存在软弱煤层煤体松散，扩孔后易塌孔，形态不规则；而坚硬煤层扩孔后煤体能够维持孔洞形态，造成钻孔内不同区段扩孔深度和长度不均匀，仅依靠冲出煤量无法精确获得钻孔内部形态。

2、钻孔窥视仪能够获取钻孔内部图像和平面展开图，但钻孔扩孔后孔洞深度大，采用拍摄图像方法识别扩孔后孔洞形态，难以准确计算扩孔半径。公告号为cn118204343a的中国发明专利公开了一种矿用三维激光扫描仪，包括基座、第一壳体、第二壳体、控制盒、三维激光扫描仪和气流调节件，装置内部设置压风装置和步进电机，从钻孔内部吸取空气为三维扫描仪提供风流阻止灰尘影响扫描精度，在出气孔板表面设置弹性膜，气压达到一定压力后从弹性膜喷出，使各出风口风量风压均匀；扫描数据传输需要通过数据传输线缆连接到钻孔外部控制器。上述装置从钻孔内吸取空气增加了煤渣进入装置内部的通道；步进电机需要外部供电，在煤矿井下应用程序复杂。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中需要外部供电、钻孔内风机压风易进入煤渣的问题，提供一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，具有在钻孔内扫描钻孔扩孔形态、内部电池组供电以及井下压风驱动装置伸缩的特点。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，包括外部壳体，外部壳体前端中心设有圆形孔口，位于外部壳体内的动力及存储机构、气体驱动机构、滑动部件、三维激光扫描仪以及弧形挡板，所述气体驱动机构前部通过弹簧和其中心的螺杆与滑动部件活动连接，滑动部件前端设有三维激光扫描仪，三维激光扫描仪外部由弧形挡板保护，三维激光扫描仪设置于螺杆前端并能伸出圆形孔口，所述外部壳体用于保护支撑内部装置，外部壳体前端有圆形孔口用于三维激光扫描仪伸出检测，并用弧形挡板保护内部装置。

4、进一步的，所述动力及存储机构设置于外部壳体内部后端，动力及存储机构包括外部保护壳和设置于内部的电池组和存储芯片为三维激光扫描仪供电和数据储存，保护壳上设有线槽孔，线缆通过线槽孔将动力及存储机构和三维激光扫描仪电连接。

5、进一步的，所述气体驱动机构包括风扇外壳和设置于外壳内部的叶片，风扇外壳顶部设有出气孔，侧面设有第一进气孔，风扇外壳轴向所在的前后两个侧面分别设有一个限位块，限位块限制叶片轴向位移，叶片中心轴向设有螺纹孔，叶片中心穿过螺杆且其前后卡设于限位块内，第一进气孔通过第一软管和第一弯头与外接气管连通，出气孔依次通过第二软管、第二弯头、第三软管、第三弯头与滑动部件连接，弹簧一端与气体驱动机构连接，另一端与滑动部件固定连接。

6、进一步的，所述滑动部件包括气体腔室，位于气体腔室中心前端的滑块，所述滑块、气体腔室中心均设有贯通的螺纹孔，从叶片中心伸出的螺杆依次穿过弹簧、气体腔室、滑块后前端与三维激光扫描仪固定连接，所述滑块上下对称位置分别设有一个连接轴，每个连接轴上分别活动铰接有一个伸缩杆，伸缩杆前部铰接有一个弧形挡板；井下压风从外接气管经过第一弯管、第一软管、第一进气孔进入气体驱动机构，进入气体驱动机构的高压气体使内部叶片顺时针旋转驱动螺杆转动，将三维激光扫描仪推出，滑块前进弧形挡板收回，扫描结束后关闭井下压风，弹簧收缩带动滑块收回，螺杆反向旋转，弧形挡板伸出封闭孔洞，三维激光扫描仪收回。

7、进一步的，所述气体腔室前端表面设有气孔板，气孔板上设有多个均匀的气孔，每个气孔表面均有薄膜覆盖，气体腔室顶部还设有一个第二进气孔，第二进气孔进口与第三弯头连接，第二进气孔出口分别与气孔连通，气孔板表面还设有一个永磁体，气体驱动机构排出的气体经过第二软管、第二弯头、第三软管、第三弯头进入气体腔室，气孔板每个气孔表面有薄膜，当高压气体压力超过薄膜弹性极限后从气孔板喷出，保证气体压力均匀，在三维激光扫描仪周向形成风幕，防止煤渣影响探测效果。伸缩杆一端连接滑块的连接轴，另一端连接弧形挡板，滑块伸出时伸缩杆受压收缩，弧形挡板与伸缩杆连接点的受力中心位于外部壳体和弧形挡板的接触部位，并且外部壳体的圆弧半径大于弧形挡板，弧形挡板在外部壳体和伸缩杆合力作用下，沿着外部壳体内表面滑动收回；当滑块收缩时伸缩杆伸长，弧形挡板在伸缩杆和外部壳体合力作用下，沿着外部壳体内表面伸出并合并，弧形挡板与孔口紧密贴合；气孔板表面一侧安装永磁体，工作状态滑块推进带动永磁体向外部壳体孔口方向移动，永磁体与固定于外部壳体内表面的磁性开关连接，磁性开关导通电路，三维激光扫描仪开始工作，将数据通过线缆传输到动力及存储机构。闭合状态永磁体与磁性开关分离，电路断开。

8、进一步的，所述外部壳体为圆柱形筒体，其前端设有半圆形弧形板，弧形板中心设有供三维激光扫描仪伸出的孔口，孔口圆周设有一圈毛刷，清洁弧形挡板表面煤渣，外部壳体后端设有一个外接气管出口，且外部壳体后端还设有一个连接件，连接件中心设有螺纹，所述外部壳体前端内部还设有一个磁性开关，磁性开关在三维激光扫描仪伸出孔口时与永磁体贴合控制三维激光扫描仪工作，磁性开关安装于壳体内部，在工作状态下能够与气孔板表面的永磁体紧密贴合。

9、进一步的，所述三维激光扫描仪通过螺纹与螺杆连接，周向均布探测镜头，电源及数据传输线缆通过外部壳体内部壁面连接于动力及存储机构。

10、本发明具有的优点是：本发明外部壳体将装置内部机构固定，动力及存储机构为三维激光扫描仪提供所需电源并保存数据，井下压风驱动装置伸缩，进入气体驱动机构的气体驱动内部叶片顺时针旋转，带动螺杆旋转，位于气体驱动机构和滑动部件之间的弹簧拉伸，滑动部件和三维激光扫描仪向外部伸出；关闭井下压风，弹簧收缩驱动螺杆逆时针旋转，滑动部件和三维激光扫描仪缩回；软管与滑动部件的气体腔室连接，进入滑块的压风从气孔板喷出，在三维扫面仪周边形成风幕阻止灰尘、煤渣沾染影响精度；磁性开关安装与气体驱动机构一侧，滑动部件伸出远离磁性开关会接通三维扫描仪电源开始工作，将扫描数据通过螺杆内部数据传输线传输至动力及存储机构。本发明采用井下压风驱动装置，不需要外部供电，三维扫描能够全方位构建扩孔后孔洞形态，风幕减少钻孔内煤渣对扫描精度的影响。

技术特征：

1.一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：包括外部壳体，外部壳体前端中心设有圆形孔口，位于外部壳体内的动力及存储机构、气体驱动机构、滑动部件、三维激光扫描仪以及弧形挡板，所述气体驱动机构前部通过弹簧和其中心的螺杆与滑动部件活动连接，滑动部件前端设有三维激光扫描仪，三维激光扫描仪外部由弧形挡板保护，三维激光扫描仪设置于螺杆前端并能伸出圆形孔口。

2.如权利要求1所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述动力及存储机构设置于外部壳体内部后端，动力及存储机构包括外部保护壳和设置于内部的电池组和存储芯片，保护壳上设有线槽孔，线缆通过线槽孔将动力及存储机构和三维激光扫描仪电连接。

3.如权利要求1所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述气体驱动机构包括风扇外壳和设置于外壳内部的叶片，风扇外壳顶部设有出气孔，侧面设有第一进气孔，风扇外壳轴向所在的前后两个侧面分别设有一个限位块，叶片中心轴向设有螺纹孔，叶片中心穿过螺杆且其前后卡设于限位块内，第一进气孔通过第一软管和第一弯头与外接气管连通，出气孔依次通过第二软管、第二弯头、第三软管、第三弯头与滑动部件连接，弹簧一端与气体驱动机构连接，另一端与滑动部件固定连接。

4.如权利要求3所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述滑动部件包括气体腔室，位于气体腔室中心前端的滑块，所述滑块、气体腔室中心均设有贯通的螺纹孔，从叶片中心伸出的螺杆依次穿过弹簧、气体腔室、滑块后前端与三维激光扫描仪固定连接，所述滑块上下对称位置分别设有一个连接轴，每个连接轴上分别活动铰接有一个伸缩杆，伸缩杆前部铰接有一个弧形挡板。

5.如权利要求4所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述气体腔室前端表面设有气孔板，气孔板上设有多个均匀的气孔，每个气孔表面均有薄膜覆盖，气体腔室顶部还设有一个第二进气孔，第二进气孔进口与第三弯头连接，第二进气孔出口分别与气孔连通，气孔板表面还设有一个永磁体。

6.如权利要求5所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述外部壳体为圆柱形筒体，其前端设有半圆形弧形板，弧形板中心设有供三维激光扫描仪伸出的孔口，孔口圆周设有一圈毛刷，外部壳体后端设有一个外接气管出口，且外部壳体后端还设有一个连接件，连接件中心设有螺纹，所述外部壳体前端内部还设有一个磁性开关，磁性开关在三维激光扫描仪伸出孔口时与永磁体贴合控制三维激光扫描仪工作。

7.如权利要求6所述的钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，其特征在于：所述三维激光扫描仪通过螺纹与螺杆连接，周向均布探测镜头，电源及数据传输线缆通过外部壳体内部壁面连接于动力及存储机构。

技术总结本发明属于钻孔扩孔成像技术领域，尤其涉及一种钻孔扩孔三维激光扫描成像探测装置，包括外部壳体，外部壳体前端中心设有圆形孔口，位于外部壳体内的动力及存储机构、气体驱动机构、滑动部件、三维激光扫描仪以及弧形挡板，所述气体驱动机构前部通过弹簧和其中心的螺杆与滑动部件活动连接，滑动部件前端设有三维激光扫描仪，三维激光扫描仪外部由弧形挡板保护，三维激光扫描仪设置于螺杆前端并能伸出圆形孔口,本发明采用井下压风驱动装置，不需要外部供电，三维扫描能够全方位构建扩孔后孔洞形态，风幕减少钻孔内煤渣对扫描精度的影响。技术研发人员：魏建平,郜英俊,刘勇,徐向宇,张宏图,陈长江,张慧栋受保护的技术使用者：河南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12