一种岩体钻孔摄像探头居中装置
技术领域
本发明属于钻孔成像技术领域，具体涉及一种岩体钻孔摄像探头居中装置，适用于岩体钻孔摄像。
背景技术
钻孔摄像技术目前在工程地质、岩土工程等领域具有广泛的应用，具体为通过探杆将侧壁具有环形镜头的鱼雷型探头伸入钻孔中，通过“进出”钻孔孔底这一过程，拍摄到连续的孔壁照片或视频，再经过专用软件技术处理，获得钻孔孔壁展开图。
其中，对于鱼雷型探头侧壁的环形镜头，镜头内含有灯光光源和锥形镜，光源照射孔壁后，摄像机经过锥形镜采集孔壁视频信息，采集到的为孔壁上一定宽度、方位为360°的视线区域。
虽然应用较为广泛，传统的鱼雷型探头在实际应用中也暴露出如下一些问题需要改进：
1、探头对孔径有较为严格的匹配要求，特别对于水平或倾斜钻孔，如75mm直径的钻孔需要严格搭配50mm直径的探头。其原因为在钻孔、特别是水平或倾斜钻孔中，由于重力原因，探头不能位于钻孔中间，使得锥形镜采集的周视图像将有一定的扭曲变形，会影响到图像真实性和结构面产状计算准确性(居中功能)。
2、在水平或倾斜钻孔中，由于重力原因，探头直接贴紧孔壁，在“进出”孔底的过程中，与粗糙的孔壁摩擦，会划伤探头，特别是环形镜头的玻璃片，虽然可以采用硬性玻璃来缓解磨损，但仍会极大的影响镜头的使用寿命与成像质量(居中功能)。
3、在破碎岩体的水平或倾斜钻孔中，经常出现孔壁坍塌，已有坍塌的碎石可能会堆积在探头前方，使得在贴着孔壁划动的探头无法继续前进，阻碍获取全孔的孔壁视图(越障功能)。
4、在更恶劣的钻孔中，还可能面临孔壁在探头后发发生坍塌，坍塌的碎石会堆积在探头后方，阻碍探头取出，可能会造成无法回收探头的损失(脱困功能)。
5、在软岩中的钻孔，经常面临缩孔的问题，即在某些孔段，钻孔直径会因为岩体的挤压而显著变小，探头需要可以顺利通过对这一的缩孔孔段(适应孔径变化功能)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种岩体钻孔摄像探头居中装置，解决了以往钻孔摄像探头居中/固定装置不能较好的同时解决居中、越障、脱困、适应缩孔等问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种岩体钻孔摄像探头居中装置，包括导向头单元，还包括居中单元和环形镜头单元，
居中单元包括居中单元壳体和支腿结构，
环形镜头单元内设置有钻孔摄像主机，
居中单元壳体的侧壁周向均匀设置有多个纵槽，每个纵槽处设置有对应的支腿结构。
如上所述的支腿结构包括被动支腿、滚轮、主动支腿、传动柱、双向伸缩动作筒，
被动支腿一端与纵槽一端内壁铰接，被动支腿另一端和主动支腿一端均与滚轮的旋转轴的轴承套铰接，主动支腿另一端通过插销与传动柱一端铰接，传动柱另一端与双向伸缩动作筒的伸缩杆连接，双向伸缩动作筒的固定部固定在居中单元壳体内。
如上所述的双向伸缩动作筒的伸缩杆的伸缩方向、纵槽延伸方向均与居中单元壳体的中心轴线平行。
如上所述的纵槽靠近主动支腿的一端的槽侧设置有第一限位滑槽，第一限位滑槽的延伸方向与居中单元壳体的中心轴线平行，传动柱上设置有限位卡笋，限位卡笋的端部嵌入到第一限位滑槽中，
居中单元壳体的内壁开设有第二限位滑槽，第二限位滑槽的延伸方向与居中单元壳体的中心轴线平行，伸缩杆与限位条一端连接，限位条另一端嵌入到第二限位滑槽中。
如上所述的纵槽靠近被动支腿的一端的槽侧设置有限位台，限位台位于被动支腿的内侧。
如上所述的滚轮为电机滚轮。
如上所述的滚轮的控制线、镜头的控制线、双向伸缩动作筒的控制线均与孔外控制与信号采集单元连接。
如上所述的居中单元为两个，环形镜头单元设置在两个居中单元之间，其中一个居中单元的外端与导向头单元连接，另一个居中单元的外端与推杆连接。
本发明与现有技术相比较，具有如下显著优点:
1、本发明通过支腿结构的主动伸展，撑住孔壁，可以使得本发明在孔内保持居中的状态，提高成像质量，减少镜头磨损。
2、本发明可以通过主动控制支腿结构的伸缩、及为滚轮提供前进动力，增加本发明在翻越孔内石渣等障碍时的越障能力；
3、本发明可以通过支腿结构主动缩回，可以通过孔内因缩孔导致的孔径变窄的区段；
4、本发明在遭遇后方塌孔的问题时，可以通常尝试收回支腿，滚轮动力切换为倒退的方式，尝试脱困。
5、采用本发明，对于在复杂地质条件下，钻孔内方便、高效、经济的摄像工作，具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意轴测图(支腿结构伸展状态)；
图2为本发明的结构示意轴测图(支腿结构缩回状态)；
图3为居中单元的剖切示意图；
图4为支腿结构的结构示意轴测图；
图5为居中单元壳体的结构剖切示意轴测图。
其中，1-导向头单元；2-居中单元；3-环形镜头单元；4-推杆；5-孔外控制与信号采集单元；21-居中单元壳体；22-支腿结构；221-被动支腿；222-滚轮；223-主动支腿；224-伸缩杆；225-双向伸缩动作筒；226-纵槽；227-传动柱；228-限位条；229-限位台；2211-插销；2242-限位卡笋；2111-第一限位滑槽；2112-第二限位滑槽。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种岩体钻孔摄像探头居中装置，包括导向头单元1，还包括居中单元2和环形镜头单元3，居中单元2包括居中单元壳体21和支腿结构22，环形镜头单元3内设置有钻孔摄像主机，居中单元壳体21的侧壁周向均匀设置有多个纵槽226，每个纵槽226处设置有对应的支腿结构22。
在本实施例中，居中单元2为两个，环形镜头单元3设置在两个居中单元2之间，其中一个居中单元2的外端与导向头单元1连接，另一个居中单元2的外端与推杆4连接。
如图2、图3、图4所示，支腿结构22包括被动支腿221、滚轮222、主动支腿223、传动柱227、双向伸缩动作筒225，被动支腿221一端与纵槽226一端内壁铰接，被动支腿221另一端和主动支腿223一端均与滚轮222的旋转轴的轴承套铰接，主动支腿223另一端通过插销2211与传动柱227一端铰接，传动柱227另一端与双向伸缩动作筒225的伸缩杆224连接，双向伸缩动作筒225的固定部固定在居中单元壳体21内。双向伸缩动作筒225的伸缩杆224的伸缩方向、纵槽226延伸方向均与居中单元壳体21的中心轴线平行。
当双向伸缩动作筒225的伸缩杆224进行伸缩运动时，带动传动柱227同步运动，进而带动主动支腿223一端沿直线运动，又由于被动支腿221一端与纵槽226一端内壁铰接，被动支腿221另一端与主动支腿223端部铰接，从而带动被动支腿221与主动支腿223的铰接处(也即滚轮222的位置)向居中单元壳体21外部拱起或者向纵槽226缩回。
纵槽226靠近主动支腿223的一端的槽侧设置有第一限位滑槽2111，第一限位滑槽2111的延伸方向与居中单元壳体21的中心轴线平行，传动柱227上设置有限位卡笋2242，限位卡笋2242的端部嵌入到第一限位滑槽2111中，
居中单元壳体21的内壁开设有第二限位滑槽2112，第二限位滑槽2112的延伸方向与居中单元壳体21的中心轴线平行，伸缩杆224与限位条228一端连接，限位条228另一端嵌入到第二限位滑槽2112中。
纵槽226靠近被动支腿221的一端的槽侧设置有限位台229，限位台229位于被动支腿221的内侧。
第一限位滑槽2111和限位卡笋2242配合，使得传动柱227可以沿第一限位滑槽2111的方向往复运动，进行限位和固定。
限位条228和第二限位滑槽2112配合，使得伸缩杆224伸缩运动时，始终沿第二限位滑槽2112延伸方向进行伸缩运动，进行限位和固定。
限位台229用于防止被动支腿221和主动支腿223向居中单元壳体21内弯折。
进一步的，滚轮222为电机滚轮。滚轮222的控制线、镜头的控制线、双向伸缩动作筒225的控制线均穿过推杆4与孔外控制与信号采集单元5连接。孔外控制与信号采集单元5向滚轮222、镜头、双向伸缩动作筒225提供电源和控制信号，还用于接收镜头的视频信号。
导向头单元1，由坚固、轻质、光滑、耐磨材料，如工程塑料，制成的空心或实心结构，起到在钻孔内引导探头前进的作用。
居中单元壳体21的侧壁周向均匀设置的纵槽226至少为3个，在本实施例中为4个，每个纵槽226处设置有对应的支腿结构22。
环形镜头单元3，由内含锥形镜的钻孔摄像主机构成，与普通钻孔摄像设备无异。
本发明的使用包括以下步骤：
步骤1、首先按照图1-4，组装本岩体钻孔摄像探头居中装置；
步骤2、将组装好的岩体钻孔摄像探头居中装置送入钻孔内，在孔外控制与信号采集单元5的控制下双向伸缩动作筒225驱动伸缩杆224回缩，通过主动支腿223和被动支腿221的共同作用，使得滚轮222伸出并贴近钻孔壁，在周向分布的支腿结构22的共同作用下，环形镜头单元3在钻孔中位于理想的居中位置；
步骤3、此时环形镜头单元3开始工作，并由于已经居中，可以取得良好的拍摄效果。
步骤4、当需要在孔内翻越石渣等障碍物时，双向伸缩动作筒225泄压，使得障碍物对应位置的主动支腿223和被动支腿221可以回缩以翻越障碍物，同时滚轮22主动向前滚动，增加越障的动力，同时由于滚轮22的直径较大，使得岩体钻孔摄像探头居中装置具有较强的翻越孔内障碍物能力。
步骤5、当需要在孔内穿过孔径较小的缩孔区段时，所有双向伸缩动作筒225伸出，主动支腿223和被动支腿221缩回，使得岩体钻孔摄像探头居中装置所占直径减小，可以顺利通过缩孔段，同时滚轮22主动向前滚动，增加向前的动力，并减小与孔壁的摩擦。
步骤6、在完成“进”钻孔工序，需要“出”钻孔过程中，当遇到岩体钻孔摄像探头居中装置后方塌孔段时，双向伸缩动作筒225泄压，使得障碍物位置对应的主动支腿223和被动支腿221可以回缩以翻越障碍物；若此时仍未脱困，则双向伸缩动作筒225的伸缩杆224伸出，主动支腿223和被动支腿221缩回，使得岩体钻孔摄像探头居中装置直径变为最小，并启动滚轮22向后滚动，完成岩体钻孔摄像探头居中装置脱困过程。
步骤7、完成钻孔摄像测试。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
