用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪及裂纹检测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于深地微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪及裂纹检测方法，该视觉窥视仪包括用于视觉窥视仪深度和方位定位的定位单元，用于采集微孔表面图像的摄像单元，用于控制摄像单元旋转的驱动单元，用于向驱动单元输出操作指令的控制板，用于安装所述驱动单元、摄像单元和控制板的承载器以及与定位单元、摄像单元和控制板连接的控制分析装置。本发明专利技术基于上述视觉窥视仪采集的图像，将摄像单元采集的图像拼接后绘制微孔表面深度‑角度坐标图像，分析地质微孔表面是否存在裂纹及裂纹主应力方向，能够实现对微孔表面图像的精确采集，图像处理及判别效率高，可满足实际工程需求。

【技术实现步骤摘要】
用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪及裂纹检测方法
本专利技术属于缺陷分析领域，涉及地质微孔表面裂纹分析技术，具体涉及一种用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪及分析裂纹检测方法。
技术介绍
近几年随着我国科学技术发展的迅速性，地质勘测也越来越被人们重视。地壳是由各种各样的岩石、矿物质以及各种各样的地质所构成，它们所具有的性质不同，包括导电性、渗透性、介电性能和电化学性能。由于地底深部的应力情况复杂，应力水平高，深部岩石微裂纹和浅部岩石比较，更易于影响到岩石的力学行为。处于深部环境的岩石在工程力扰动下，大的构造层次由于其裂缝宽、强度低，岩石首先在这一层次上开始变形破坏，随着时间的延伸，低一级的构造层次也逐渐参与到岩石的变形破坏中。岩石埋藏越深，所处的应力环境越复杂，应力水平越高，参与岩石变形破坏的构造层次也越低。因此，研究深部岩石微裂纹及其对岩石力学行为的影响，对解释深部岩体力学的特征具有重要意义。地质结构的勘探方法多种多样，对于被揭露部分，可以直接观察观测，得出相关分析数据结果，但对于岩体结构没有揭露的地方，需要采取一定的工程设备及方法进行采样观测，传统方法为岩芯采取法。岩芯采取法是通过岩心钻机直接钻取一定长度的圆柱形岩体，工程技术人员通过分析钻取的岩体层理结构，继而得出整个地区的地质分析结果。此方法应用复杂，而且当涉及松软岩层、硬度较低的岩体或小口径钻孔时，岩心钻机的工作效率往往会降低，获得的岩心不完整、不规则，不仅增加了技术人员的工作量，还会导致分析结构不准确、不全面。虽然工程技术人员对此方法进行了一系列的改进，一定程度上提高了该方法的适用场合及效率，但根本上依旧存在上述不足。随着相关学科技术的不断交叉深入，利用声光电磁等技术的成像钻孔观测设备大量出现，成为地质结构获取和分析的重要力量。传统的勘测技术都是利用电磁学、声学和力学的原理，基于这些原理的一些方法包括超声波探测法、多点位移计量探测法、地质雷达探测法以及地震波测试法等，利用依据原理开发的相关设备先向地表、岩层或者煤层发射电磁波、声波等信号，再依据反射回来的信号进行处理或者对矿物质的磁场进行检测，在显示端显示出相应的图像。虽然这些地质勘测技术可以对地质信息做出分析和判断，但是此类方法最大的特点是不能获得可见图像，即不可以直接观测到其内部信息和地质状况，因钻孔成像技术的直观性和准确性逐渐被应用于实测中，因此成像测井技术就出现了。目前的成像测井技术一般都是采用阵列式传感器在钻孔内获取当地的地质信息，然后通过数据线将获取到的地质信息传输到处理设备，利用图像处理技术可以得到钻孔的展开平面图或者生成三维立体图。成像测井技术利用原理的不同，可以将成像测井技术分为声成像、光学成像、电成像和核磁成像。但此类技术是以前视钻孔为主，在拼接图像的时候可能由于畸变大(距离越远，视场越模糊)，导致后期处理困难并且效率低。此外，目前的成像技术采用的远距离传输视频信号的装置较大，不适用于小直径钻孔裂纹分析。目前我国一些地质勘测企业面临着极大地挑战，其中包括传统的勘测技术无法得到改进以及人们接受新技术的速度慢等。在现如今的发展形势下，工程地质勘测工作应抓住重点，探索勘探的新技术，同时加强新技术的研究和应用，促进勘测工作的顺利进行，使我国的勘察技术水平不断提高。同时专业技术人员应该对视觉检测法在一些地质检测工程中的应用继续进行深入研究和探讨。综上所述，由于地下磁场和水对检测过程的影响，现有市面上存在小直径钻孔检测分析设备的空缺和不足，现有检测设备和技术既不能满足检测精度的要求，也不能满足检测环境的要求。随着加工技术的不断提高和智能视觉设备的日益发展，亟待科技工作者研究开发出一种适用于地址小直径钻孔的能满足需求的结构和缺陷视觉分析的仪器和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对地质微孔裂纹检测视觉检测效率低、精度低的技术现状，提供一种用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，能够实现对地质微孔的表面裂纹进行分析，且分析速度快、精度高。本专利技术的另一目的旨在提供一种地质微孔表面裂纹检测方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现。本专利技术提供的用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，包括：定位单元，用于视觉窥视仪深度和方位定位；摄像单元，用于采集微孔表面图像；驱动单元，用于控制摄像单元旋转；控制板，用于向驱动单元输出操作指令；承载器，用于安装所述驱动单元、摄像单元和控制板；承载器包括视孔管以及分别套设在视孔管两端的第一套管、第二套管，所述驱动单元和控制板固定设置于第一套管内，所述摄像单元设置于视孔管内且与驱动单元连接；摄像单元在驱动单元驱动下围绕微孔轴向旋转，采集微孔壁面图像；所述第二套管用于密封和保护视孔管；控制分析装置，与定位单元、摄像单元和控制板连接，用于向摄像单元和控制板发送操作指令，并实时接收定位单元、摄像单元和控制板发送的数据，依据接收的数据生成微孔表面深度—角度图形坐标图像，利用微孔表面深度—角度图形坐标图像对微孔表面裂纹情况及裂纹主应力方向进行分析。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，首先通过定位单元实现对视觉窥视仪的精准定位，从而有助于摄像单元进行图像采集；摄像单元采集的图像传输给控制分析装置。控制分析装置依据接收的图像对钻孔表面进行分析。定位单元、控制板与控制分析装置之间通讯均采用RS485协议，RS485通讯相较于其它通讯方式，传输距离远，传输速度快。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，所述定位单元包括：滚轮式深度计，用于实现摄像单元深度定位，滚轮式深度计的信号输出端经传输线与控制分析装置相连接；惯性导航仪，用于实现摄像单元的方位定位，惯性导航仪安装于第一套管内，其信号输出端经传输线与控制分析装置连接；摄像单元、控制板及惯性导航仪与控制分析装置连接的传输线集束于同一牵引线中，并跨接于滚轮式深度计的滚轮上。传输线移动带动滚轮式深度计的滚轮旋转，通过滚轮旋转圈数就可以确定摄像单元在微孔中的深度。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，所述摄像单元包括45°反射管和设置于45°反射管内的内窥镜，45°反射管内安装有相对于内窥镜镜头平面呈45°角的反射镜，45°反射管上端与驱动单元连接，由驱动单元带动旋转。由45°反射管带动反射镜旋转一定角度，内窥镜在停留位置采集反射镜反射的微孔壁面图像。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，所述45°反射管的下端管口设置有卡塞；卡塞插入视孔管下端内侧设置的密封塞安装槽内。这样可以提升视孔管的密封效果。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，所述驱动单元包括电机、与电机输出轴相连接的减速箱以及内啮合齿圈，所述电机通过电机托架与第一套管固定连接；所述减速箱底部设置有用于安装输出轴的减速箱托架，减速箱输出轴通过与内啮合齿圈啮合连接带动与内啮合齿圈固定连接的45°反射管旋转，内窥镜顶端穿过45°反射管与减速箱托架底部固定连接。上述用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，所述电机托架包括承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于包括：/n定位单元，用于视觉窥视仪深度和方位定位；/n摄像单元，用于采集微孔表面图像；/n驱动单元，用于控制摄像单元旋转；/n控制板(6)，与驱动单元连接，用于向驱动单元输出操作指令；/n承载器(5)，用于安装所述驱动单元、摄像单元和控制板；承载器(5)包括视孔管(503)以及分别套设在视孔管(503)两端的第一套管(501)、第二套管(502)，所述驱动单元和控制板固定设置于第一套管(501)内，所述摄像单元设置于视孔管(503)内且与驱动单元连接；摄像单元在驱动单元驱动下围绕微孔轴向旋转，采集微孔壁面图像；所述第二套管(502)用于密封和保护视孔管；/n控制分析装置，与定位单元、摄像单元和控制板连接，用于向摄像单元和控制板发送操作指令，并实时接收定位单元、摄像单元和控制板发送的数据，依据接收的数据生成微孔表面深度—角度图形坐标图像，利用微孔表面深度—角度图形坐标图像对微孔表面裂纹情况及裂纹主应力方向进行分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于包括：
定位单元，用于视觉窥视仪深度和方位定位；
摄像单元，用于采集微孔表面图像；
驱动单元，用于控制摄像单元旋转；
控制板(6)，与驱动单元连接，用于向驱动单元输出操作指令；
承载器(5)，用于安装所述驱动单元、摄像单元和控制板；承载器(5)包括视孔管(503)以及分别套设在视孔管(503)两端的第一套管(501)、第二套管(502)，所述驱动单元和控制板固定设置于第一套管(501)内，所述摄像单元设置于视孔管(503)内且与驱动单元连接；摄像单元在驱动单元驱动下围绕微孔轴向旋转，采集微孔壁面图像；所述第二套管(502)用于密封和保护视孔管；
控制分析装置，与定位单元、摄像单元和控制板连接，用于向摄像单元和控制板发送操作指令，并实时接收定位单元、摄像单元和控制板发送的数据，依据接收的数据生成微孔表面深度—角度图形坐标图像，利用微孔表面深度—角度图形坐标图像对微孔表面裂纹情况及裂纹主应力方向进行分析。


2.根据权利要求1所述的用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于所述定位单元包括：
滚轮式深度计(2)，用于实现摄像单元深度定位，滚轮式深度计的信号输出端经传输线与控制分析装置信号输入端连接；
惯性导航仪(4)，用于实现摄像单元的方位定位，惯性导航仪安装于第一套管内，其信号输出端经传输线与控制分析装置连接；
摄像单元、控制板及惯性导航仪与控制分析装置连接的传输线跨接于滚轮式深度计的滚轮上。


3.根据权利要求1或2所述的用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于所述摄像单元包括45°反射管(9)和设置于45°反射管(9)内的内窥镜(10)，45°反射管(9)内安装有相对于内窥镜(10)镜头平面呈45°角的反射镜(901)，45°反射管(9)上端与驱动单元连接，由驱动单元带动旋转。


4.根据权利要求3所述的用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于所述45°反射管(9)的下端管口设置有卡塞(902)；卡塞(902)插入视孔管(503)下端内侧设置的密封塞(903)安装槽内。


5.根据权利要求3所述的用于地质微孔表面裂纹检测的视觉窥视仪，其特征在于所述驱动单元包括电机(7)、与电机输出轴(703)相连接的减速箱(8)以及内啮合齿圈(11)，所述电机(7)通过电机托架与第一套管(501)固定连接；所述减速箱(8)底部设置有用于安装输出轴的减速箱托架(801)，减速箱输出轴(804)通过与内啮合齿圈(11)啮合连接带动与内啮合齿圈(11)固定连接的45°反射管(9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：方夏，王杰，王玫，李勇，王杨，杨苗苗，方涵，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51