【CN109854229A】一种钻杆垂直度检测装置与方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910286340.8(22)申请日2019.04.10(71)申请人北京市市政工程研究院地址100037北京市西城区百万庄大街3号申请人济宁鲁南公路工程公司(72)发明人王书云　谢晓莉　张勇　贾存古　杨光耀　刘登峰　齐永强　刘华值　翟茜滨　曹洪太　高运来　(74)专利代理机构北京华专卓海知识产权代理事务所(普通合伙)11664代理人彭锐(51)Int.Cl.E21B47/022(2012.01)(54)发明名称一种钻杆垂直度检测装置与方法(57)摘要本发明提供了一种钻杆垂直度检测装置与方法。该装置包括：带有磁力吸盘的壳体、双轴倾角传感器、单片机、蜂鸣器和LED灯，所述双轴倾角传感器、单片机和蜂鸣器位于所述壳体内部，所述LED灯位于所述壳体上，所述双轴倾角传感器、蜂鸣器和LED灯分别与所述单片机电连接。本发明提出的装置安装、使用方便；成本较低，适用场景广泛，受施工工地环境影响较小；能够实时、精确地监测钻杆的垂直度，并且能够直观地发出警报并指示倾斜方向，节省了人力物力，大大提高了工作效率和检测准确度。权利要求书2页说明书6页附图3页CN109854229A2019.06.07CN109854229A1.一种钻杆垂直度检测装置，其特征在于，包括：带有磁力吸盘的壳体、双轴倾角传感器、单片机、蜂鸣器和LED灯，所述双轴倾角传感器、单片机和蜂鸣器位于所述壳体内部，所述LED灯位于所述壳体上，所述双轴倾角传感器、蜂鸣器和LED灯分别与所述单片机电连接；所述磁力吸盘用于固定所述装置；所述双轴倾角传感器用于在钻孔过程中实时采集钻杆相对整个水平面的倾斜角度；所述单片机用于将所述倾斜角度与阈值进行对比，当所述倾斜角度大于或等于所述阈值时向所述蜂鸣器发出第一指令，向LED灯发出第二指令；所述蜂鸣器用于根据所述第一指令发出声音警报；所述LED灯用于根据所述第二指令发出灯光以指示倾斜方向。。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述LED灯包括呈圆形排列的8个灯珠，当所述装置竖直放置时，其中2个灯珠位于水平方向，分别表示左和右，2个灯珠位于竖直方向，分别表示前和后，另外4个灯珠分别位于与水平方向呈45度角的四个方向，分别表示左前、右前、左后、右后，根据所述第二指令，与倾斜方向一致的部分灯珠发出灯光以指示倾斜方向。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括安装在壳体上的液晶显示屏和输入键盘，用于输入垂直度的限制值，所述单片机根据所述垂直度的限制值计算得到所述倾斜角度的阈值。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源，用于对装置中的各部件供电。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电源包括充电电池和/或太阳能电池。6.一种钻杆垂直度检测方法，其特征在于，包括：S1、获取垂直度的限制值；S2、根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的阈值；S3、获取对钻杆实时监测得到的倾斜角度和倾斜方向；S4、判断所述倾斜角度是否大于或等于阈值，如是，则进入步骤S5，如否，则进入步骤S6；S5、发出进行声音报警的第一指令以及指示倾斜方向的第二指令，进入步骤S3；S6、判断当前是否正在进行声音报警并指示倾斜方向，如是，进入步骤S7，如否，进入步骤S3；S7、发出停止声音报警的第三指令以及关闭倾斜方向指示的第四指令。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，倾斜角度的阈值包括第一阈值和第二阈值，所述第二阈值小于第一阈值；步骤S4中的阈值为第一阈值；步骤S6包括判断当前是否正在进行声音报警并指示倾斜方向，如是，进一步判断所述倾斜角度是否小于第二阈值，如是，则进入步骤S7，如否，进入步骤S3。8.一种钻杆垂直度检测方法，其特征在于，包括：S10、获取垂直度的限制值；S20、根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的第一阈值和第二阈值，所述第二阈值小于第一阈值；S30、获取对钻杆实时监测得到的倾斜角度和倾斜方向；权　利　要　求　书1/2页2CN109854229A2S40、判断是否正在进行报警和指示倾斜方向，如否，则进入步骤S41，如是，则进入步骤S42；S41、判断所述倾斜角度是否大于或等于第一阈值，如是，则进入步骤S50，如否，则转至步骤S30；S42、判断所述倾斜角度是否大于或等于第二阈值，如是，则进入步骤S43，如否，则进入步骤S60；S43、判断倾斜方向是否改变，如是，则发出指示新的倾斜方向的第五指令，转至步骤S30；如否，则直接转至步骤S30；S50、发出进行声音报警的第一指令以及指示倾斜方向的第二指令，转至S30；S60、发出停止声音报警的第三指令以及关闭倾斜方向指示的第四指令，转至S30。9.一种由权利要求3所述的装置实施的钻杆垂直度检测方法，包括：通过输入键盘输入垂直度的限制值；单片机根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的阈值；将所述钻杆垂直度检测装置通过磁力吸盘安装于钻杆上部预钻深度以上的位置或者钻杆的导向杆上的任意高度的位置；所述双轴倾角传感器在钻孔过程中实时采集钻杆相对整个水平面的倾斜角度和倾斜方向，并将所述倾斜角度和倾斜方向发送至单片机；所述单片机将所述倾斜角度与所述阈值进行对比，当所述倾斜角度大于或等于所述阈值时向所述蜂鸣器发出第一指令，向LED灯发出第二指令；所述蜂鸣器根据所述第一指令发出声音警报；所述LED灯根据所述第二指令发出灯光以指示倾斜方向；操作人员根据指示的倾斜方向调整所述钻杆；在调整过程中单片机实时获取所述倾斜角度与倾斜方向；当单片机判断所述钻杆的倾斜角度小于所述阈值时，向所述蜂鸣器发出第三指令，向LED灯发出第四指令；所述蜂鸣器根据所述第三指令关闭声音警报；所述LED灯根据所述第四指令关闭灯光；当单片机判断所述钻杆的倾斜角度仍然大于所述阈值时，保持蜂鸣器发出声音警报，并进一步判断倾斜方向是否改变，如果否则保持当前LED灯发光，如果是则发出指示新的倾斜方向的第五指令，所述LED根据所述第五指令灯熄灭当前的灯并点亮与新的倾斜方向对应的灯。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单片机根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的第一阈值和第二阈值，所述第二阈值小于第一阈值，当单片机将所述倾斜角度与所述阈值进行对比之前，先判断当前报警状态，如果未处在进行声音报警并指示倾斜方向的状态，则将实时监测的倾斜角度与第一阈值进行比较；如果处在进行声音报警并指示倾斜方向的状态，则将实时监测的倾斜角度与第二阈值比较。权　利　要　求　书2/2页3CN109854229A3一种钻杆垂直度检测装置与方法技术领域[0001]本发明涉及施工监测技术领域，特别地涉及一种钻杆垂直度检测装置与方法。背景技术[0002]CFG桩施工时要求桩的垂直度偏差不大于或等于1％。由于地基土往往不均匀，施工过程中钻机的钻杆难免发生歪斜。为保证CFG桩的垂直度，在钻进过程中需要随时注意检查复核钻杆的垂直度，一旦垂直度超限或接近超限就要及时调节。[0003]目前检查钻杆垂直度并判断其是否超限的方法主要有三种：一、施工人员使用全站仪或经纬仪观察钻杆位置，从而判断其是否垂直，当感觉钻杆倾斜较大时进行调节；二、施工人员肉眼观察与钻杆相连的钻机导向架上自带的铅锤和导向架上画的水平对照线的相对位置，从而判断钻杆是否垂直，当感觉钻杆倾斜较大时进行调节；三、使用带有倾角传感器的仪器自动获取钻杆或导向架的倾斜角度数据，施工人员根据仪器显示屏上这一数据的具体数值或形象展示判断钻杆是否垂直，当感觉钻杆倾斜较大时进行调节。这三种方法都是根据施工人员的主观感觉来判断钻杆是否倾斜到需要调节的程度，需要派专人实时检查，费时费力，而且判断精度较低。[0004]CN201811293195.8号申请公开了一种利用倾角传感器结合桩机模型计算展示实时垂直度的方法，其中在CFG桩机上面安装双轴倾斜角度传感器，接受传感器数据并结合传感器校正值，实时计算出当前桩管的前后，左右倾斜值；根据前后，左右的倾斜值，实时计算出当前桩管的垂直度，并且在软件界面实时显示前后左右的倾斜情况。该方法虽然不需要人工判别，但是需要进行数据的传输并使用配套设备计算和呈现，且需要结合软件模拟的桩机模型，成本较高，实现方案复杂，不便于在实际施工场景中实施；安装在桩机上的传感器在恶劣环境中也容易损坏或发生传感数据错误。发明内容[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种安装、使用方便，且能够实时、精确地监测钻杆垂直度的装置和方法。[0006]为此，根据本发明的第一方面，提供了一种钻杆垂直度检测装置，包括：带有磁力吸盘的壳体、双轴倾角传感器、单片机、蜂鸣器和LED灯，所述双轴倾角传感器、单片机和蜂鸣器位于所述壳体内部，所述LED灯位于所述壳体上，所述双轴倾角传感器、蜂鸣器和LED灯分别与所述单片机电连接；[0007]所述磁力吸盘用于固定所述装置；所述双轴倾角传感器用于在钻孔过程中实时采集钻杆相对整个水平面的倾斜角度；所述单片机用于将所述倾斜角度与阈值进行对比，当所述倾斜角度大于或等于所述阈值时向所述蜂鸣器发出第一指令，向LED灯发出第二指令；所述蜂鸣器用于根据所述第一指令发出声音警报；所述LED灯用于根据所述第二指令发出灯光以指示倾斜方向。[0008]进一步地，所述LED灯包括呈圆形排列的8个灯珠，当所述装置竖直放置时，其中2说　明　书1/6页4CN109854229A4个灯珠位于水平方向，分别表示左和右，2个灯珠位于竖直方向，分别表示前和后，另外4个灯珠分别位于与水平方向呈45度角的四个方向，分别表示左前、右前、左后、右后，根据所述第二指令，与倾斜方向一致的部分灯珠发出灯光以指示倾斜方向。[0009]进一步地，所述装置还包括安装在壳体上的液晶显示屏和输入键盘，用于输入垂直度的限制值，所述单片机根据所述垂直度的限制值计算得到所述倾斜角度的阈值。[0010]进一步地，所述装置还包括电源，用于对装置中的各部件供电。[0011]进一步地，所述电源包括充电电池和/或太阳能电池。[0012]根据本发明的第二方面，提供了一种钻杆垂直度检测方法，包括：[0013]S1、获取垂直度的限制值；[0014]S2、根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的阈值；[0015]S3、获取对钻杆实时监测得到的倾斜角度；[0016]S4、判断所述倾斜角度是否大于或等于阈值，如是，则进入步骤S5，如否，则进入步骤S6；[0017]S5、发出进行声音报警的第一指令以及指示倾斜方向的第二指令，进入步骤S3；[0018]S6、判断当前是否正在进行声音报警并指示倾斜方向，如是，进入步骤S7，如否，进入步骤S3；[0019]S7、发出停止声音报警的第三指令以及关闭倾斜方向指示的第四指令。[0020]其中，在步骤S2中，倾斜角度的阈值包括第一阈值和第二阈值，所述第二阈值小于第一阈值；[0021]步骤S4中的阈值为第一阈值；[0022]步骤S6包括判断当前是否正在进行声音报警并指示倾斜方向，如是，进一步判断所述倾斜角度是否小于第二阈值，如是，则进入步骤S7，如否，进入步骤S3。[0023]其中，所述步骤S3包括：[0024]获取实时监测的钻杆的第一倾斜角度；[0025]根据传感器校正值对所述第一倾斜角度进行校正，得到所述倾斜角度。[0026]根据本发明的第三方面，提供了一种钻杆垂直度检测方法，包括：[0027]S10、获取垂直度的限制值；[0028]S20、根据所述垂直度的限制值计算得到倾斜角度的第一阈值和第二阈值，所述第二阈值小于第一阈值；[0029]S30、获取对钻杆实时监测得到的倾斜角度和倾斜方向；[0030]S40、判断是否正在进行报警和指示倾斜方向，如否，则进入步骤S41，如是，则进入步骤S42；[0031]S41、判断所述倾斜角度是否大于或等于第一阈值，如是，则进入步骤S50，如否，则转至步骤S30；[0032]S42、判断所述倾斜角度是否大于或等于第二阈值，如是，则进入步骤S43，如否，则进