測量容積式馬達定子、內表面的多個內直徑的裝置的制造方法
【專利摘要】一種測量容積式馬達定子、內表面的多個內直徑的裝置，包括：檢測器組件，其包括本體，輪組件和傳感器組件；本體包括被配置成與構件的內表面滑動接觸的滑動部分；輪組件在滑動部分的基本相反側被連接至本體，使得輪組件的至少一部分從本體突起以與內表面滾動接觸；檢測器組件被配置成響應于內表面的直徑的改變而在輪組件與滑動部分之間相對位移；傳感器組件被設置在本體中，且連接至輪組件并被配置成將輪組件的位移轉換為表示構件的內表面的直徑的電信號；以及平移組件，其被連接至檢測器組件且被配置成將檢測器組件插入構件的內部和將檢測器組件從構件的內部收回。
【專利說明】
測量容積式馬達定子、內表面的多個內直徑的裝置
技術領域
[0001]這里公開和教導的實用新型大體涉及定子內孔量規(guī)，具體地涉及用于對與井下動力鉆具(mud motor)和莫依諾式栗(Moyno-styIe pump)相似的結構的馬達和栗的定子部分進行探測的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]—些裝置(如，一些馬達和栗)具有帶凸起部(1bed)的定子，其尺寸對于裝置的正確操作是重要的，例如，油田向下打眼操作通常使用井下動力鉆具，而市政供水系統(tǒng)通常使用莫依諾式栗來輸送粘性材料。為了以下討論的目的，對作為示例性裝置的井下動力鉆具進行了說明，然而應理解所說明的主題可應用于其它裝置。
[0003]在較高的水平，井下動力鉆具為容積式栗(positive displacement pump)的形式，其包括長的轉子部分和長的定子部分。該轉子部分通常由諸如鋼等的硬化材料形成，且具有限定一個或多個螺旋形凸起部(lobe)的外輪廓。該定子部分通常限定中心內孔且具有限定多個凸起部的大體螺旋形凹槽內部，其中該定子內部限定的凸起部的數量與轉子外部限定的凸起部數量不同，且通常更多。該定子內孔的內部通常由彈性可變形材料形成或者襯有彈性可變形材料，如橡膠。
[0004]圖1(現有技術)中示出了示例動力鉆具的代表部分，其是取自現有技術專利申請公開第US 2011/0116959號。在所示的附圖中，該井下動力鉆具轉子由構件302表示，且該井下動力鉆具定子由構件308表示。如圖所示，定子內孔304的內部限定多個不同的山脊式元件，其可限定多個最大內部定子內孔直徑“凹部”以及多個脊，其限定多個最小內部定子內孔直徑脊。由于定子內孔內部的形狀，所以如果沿著定子內孔的縱(即，縱向)軸線移動則會碰到多個脊和凹部。因此，內部內孔的形狀是不一致的且隨著沿著定子內孔的縱軸線移動定子內孔的內直徑的確切直徑可改變。對于大多數井下動力鉆具定子內孔，內部定子內孔直徑尺寸可隨著從定子內孔的一端沿著其縱軸線至另一端而從大體與最大內徑對應的尺寸至大體與最小內徑的尺寸來回變化。
[0005]在操作中，加壓流體(其可以是鉆井液，鉆井泥漿，壓縮空氣或其它氣體，或者任何其它合適流體的形式)被推動通過轉子和定子之間的空間，且產生引起轉子旋轉的轉矩。該旋轉的轉子通常經由驅動軸被連接至鉆頭，以有助于鉆井操作。
[0006]在井下動力鉆具的轉子與定子之間的正確的配合對于馬達的正確操作是重要的。為了保證正確的配合，具有與定子內孔的最小直徑相關聯的精確測量數據是有利的。知道這些尺寸可允許選擇合適尺寸的轉子用于給定的定子和/或確定之前使用的定子的橡膠內里需要被翻修或者更換。此外，知道這些尺寸可潛在地允許確定定子的磨損水平和/或定子內部的不同區(qū)域是否處于與其它區(qū)域不同的磨損水平。有時使用定子內孔量規(guī)來獲得與井下動力鉆具定子的內徑相關的信息。
[0007]已知的定子內孔量規(guī)，如由Gagemaker所提供的SBG-5000定子量規(guī)，通常使用具有浮動元件撐(floating element shoe)的寬底座的、較長的量規(guī)頭部，以測量在各種不同位置處的井下動力鉆具定子最小內徑。該長的量規(guī)頭部通常在其跨度上具有多個定子內孔脊。在這樣的量規(guī)中，該量規(guī)通常使用圓形設置標準(round setting standard)預設或校準，且接著插入待探測的定子的內孔中。接著該量規(guī)被設置在預定的位置間隔處，且在各預定位置，操作者對桿進行致動以從模擬指示器或者從數字讀取框獲取尺寸讀數。接著該尺寸測量值被分析以提供與最小定子內孔直徑相關的信息。平坦的、長的定子內孔量規(guī)延伸部(extens1n)可用于該裝置以允許在不同尺寸的定子中使用該量規(guī)。在一些情況下，量規(guī)可包括電子測量裝置和有線連接，用于向計算裝置(例如筆記本電腦)提供測量數據以進行顯示和處理。
[0008]在圖2中示出了所述的現有技術定子內孔量規(guī)200的代表示例。如圖中所示，具有寬的、長形浮動測量撐的寬底座的頭部202經由長的(通常是不銹鋼或者碳纖維)帶脊軸204連接至具有可移動桿的手柄元件206。該手柄元件206經由連接電纜208連接至計算裝置(如便攜臺式或筆記本電腦)210，其經由標準電線212獲得電力。長的平坦撐214可用于大直徑的定子內孔。在使用中，定子內孔量規(guī)200被插入定子內孔且操作者將頭部202移動至第一位置并致動在手柄元件206上的桿來獲取第一讀數。接著該操作者將頭部202移動至不同的位置且獲得第二讀數。該過程重復多次以獲得在特定位置的分離測量值。
[0009]盡管諸如結合圖2所述的量規(guī)的已知量規(guī)能夠提供與井下動力鉆具定子內孔相關的精確信息，然而需要時間來進行該多個的分離測量，且基于在哪進行該分離的測量以及在進行測量時的使用者的手位置該測量的精確度是變化的。此外，由于頭部202跨越幾個定子內孔脊，所以沒有獲得在定子內孔中的多個最小直徑單獨測量值。
【實用新型內容】
[0010]這里所述和總結的本實用新型涉及一個或多個不同的實施方式，其中沒有一個實施方式旨在對所附權利要求的范圍進行限制。這里所公開的至少一個實用新型的簡要說明包括一種裝置，用于測量內表面的多個內直徑，包括具有本體、輪組件和傳感器組件的探測器組件;該本體具有滑動部分，其被配置成與構件的內表面滑動接觸;所述輪組件基本在所述滑動部分相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起，用于與內表面滾動接觸;所述探測器組件被配置成響應于內表面直徑的變化而在輪組件和滑動部分之間相對位移;位于本體中的傳感器組件被連接至輪組件，且被配置成將輪組件的位移轉換為表示構件的內表面直徑的電信號；以及連接至探測器組件的平移組件，其被配置成將所述檢測器組件插入所述構件的內部并將所述檢測器組件從所述構件的內部收回。
[0011]根據本實用新型的一個方面，提供了一種用于測量內表面的多個內直徑的裝置，其特征在于包括:
[0012]檢測器組件，其包括本體，輪組件和傳感器組件；
[0013]所述本體包括被配置成與構件的內表面滑動接觸的滑動部分；
[0014]所述輪組件在所述滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述內表面滾動接觸；
[0015]所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述滑動部分之間相對位移；
[0016]所述傳感器組件被設置在所述本體中，且連接至所述輪組件并被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述構件的內表面的直徑的電信號；以及
[0017]平移組件，其被連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述構件的內部和將所述檢測器組件從所述構件的內部收回。
[0018]可選地，所述輪組件還包括支撐機構，該支撐機構將徑向位移轉換為縱向位移。
[0019]可選地，所述傳感器組件包括線性位移傳感器。
[0020]可選地，所述輪組件提供約0.2英寸的徑向位移。
[0021]可選地，所述輪組件包括偏置元件，所述偏置元件被配置成將所述輪從所述滑動部分偏置至最大徑向位移。
[0022]可選地，所述偏置元件提供的偏置力沒有引起所述內表面的變形。
[0023]可選地，所述偏置元件提供的偏置力為0.3鎊或更少。
[0024]可選地，所述平移組件包括具有電源的手柄部分和用于從所述傳感器組件向所述手柄部分傳遞信號的導線。
[0025]可選地，所述平移組件具有可調節(jié)長度。
[0026]可選地，所述平移組件包括一個或多個接頭，所述一個或多個接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對移動。
[0027]可選地，所述一個或多個接頭是球窩接頭或者U型接頭。
[0028]可選地，所述裝置還包括具有視覺顯示器的人機界面，所述視覺顯示器被配置成顯示來自所述傳感器組件的電信號的表示。
[0029]可選地，所述人機界面與所述手柄部分相關聯。
[0030]可選地，所述人機界面與所述檢測器組件無線通信。
[0031 ] 可選地，所述檢測器組件被配置成對所述內表面的直徑進行連續(xù)測量。
[0032]可選地，所述本體包括一個或多個可拆卸的撐，各撐具有滑動部分。
[0033]根據本實用新型的另一方面，提供了一種用于測量容積式馬達定子的多個內直徑的裝置，其特征在于包括:
[0034]檢測器組件，其包括本體、輪組件和傳感器組件；
[0035]所述本體具有一個或多個滑動部分，所述滑動部分被配置成與所述定子的內表面滑動接觸；
[0036]所述輪組件在所述至少一個滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述定子的內表面滾動接觸；
[0037]所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述至少一個滑動部分之間相對位移；
[0038]所述傳感器組件被設置在所述本體中，可操作地連接至所述輪組件且被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述定子的內表面直徑的電信號；
[0039]平移組件，其連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述定子的內部和將所述檢測器組件從所述定子的內部收回；
[0040]所述平移組件具有可調節(jié)長度且包括手柄部分和一個或多個接頭，該手柄部分具有電源和用于將信號從所述傳感器組件傳輸至所述手柄部分的導線，所述接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對旋轉;和
[0041]人機界面，其被配置成與所述本體無線通信且在所述本體從所述定子收回時顯示所述內表面的直徑測量值。
[0042]這里所述的本實用新型的其它摘要可由所附權利要求以及這里所述的幾個實施方式總結。
【附圖說明】
[0043]附圖形成本說明書的部分且被包括以進一步顯示所公開的實施方式的一些方面。
[0044]根據這里的多種教導。
[0045]圖1示出了現有技術的井下動力鉆具。
[0046]圖2示出了現有技術的井下動力鉆具定子內孔量規(guī)。
[0047]圖3A和3B示出了根據這里的一些教導構建的示例定子內孔量規(guī)。
[0048I圖4示出了定子內孔量規(guī)。
[0049]圖5A-5F示出了根據這里的多種教導構建的定子內孔量規(guī)的端部分的代表性特征。
[0050]圖6A和6B示出了根據這里的多種教導的定子內孔量規(guī)的端部分的代表性特征。
[0051]圖7A和7B示出了可有利于用于根據這里的一些教導將示例性端部連接至示例性手柄部分的連接件。
[0052]圖8A-8G示出了可用于這里所述的定子內孔量規(guī)的一個實施方式的延伸裝置和支架的多種形式，以便于將量規(guī)用于多種尺寸的馬達定子內孔。
[0053]圖9A示出了根據這里的教導的手柄組件的實施方式的示例形式。
[0054]圖9B示出了用于線性傳感器實施方式的示例性校準曲線。
[0055]圖10A-10H示出了可用于這里所教導的定子內孔量規(guī)的示例人機界面以及使用所述定子內孔量規(guī)的方法的模擬“截屏”。
[0056]圖11A-11F示出了可用于這里所教導的定子內孔量規(guī)的可選示例人機界面以及使用所述定子內孔量規(guī)的方法的模擬“截屏”。
[0057]圖12示出了如這里所述的定子內孔量規(guī)的可選結構。
[0058]圖13A-13D示出了一種方法，通過該方法可將根據一些教導的定子內孔量規(guī)用于檢測在定子內孔中的脊或凸起部，并確定定子內孔的最小直徑。
[0059]圖14中示出了用于表征給定裝置的示例性的裝置和程序。
[0060]盡管這里所公開的本實用新型可進行多種修改可改為其它形式，然而附圖中僅示例地示出以及以下僅詳細地說明幾個具體的實施方式。這些【具體實施方式】的附圖和具體說明不以任何方式限制本實用新型概念或所附權利要求的寬度或范圍。進一步地，附圖和詳細說明僅用于向本領域技術人員示出實用新型概念且讓其制造并使用本實用新型的概念。
【具體實施方式】
[0061]總體而言，這里所教導的本實用新型能實現為多種裝置，其能測量內表面的多個內直徑。這樣的裝置可包括檢測器組件，其包括本體，輪組件和傳感器組件;所述本體包括被配置成與構件的內表面滑動接觸的滑動部分。所述輪組件在所述滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述內表面滾動接觸。所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述滑動部分之間相對位移。所述傳感器組件可被設置在所述本體中，且連接至所述輪組件并被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述構件的內表面的直徑的電信號。平移組件可被連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述構件的內部并將所述檢測器組件從所述構件的內部收回。
[0062]這樣的實施例還包括支撐機構，該支撐機構將輪組件的徑向位移轉換為縱向位移。所述傳感器組件可包括線性位移傳感器。所述輪組件可提供約0.2英寸的徑向位移。所述輪組件可包括偏置元件，所述偏置元件被配置成將所述輪從所述滑動部分偏置至最大徑向位移。所述偏置元件提供的偏置力可沒有引起所述內表面的變形。所述偏置元件提供的偏置力可為大約0.3鎊或更少。所述平移組件包括具有電源的手柄部分和用于從所述傳感器組件向所述手柄部分傳遞信號的導線。所述平移組件可具有可調節(jié)長度。所述平移組件可包括一個或多個接頭，所述一個或多個接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對移動。所述一個或多個接頭可以是球窩接頭或者U型接頭。所述檢測器組件被配置成對所述內表面的直徑進行連續(xù)測量。所述本體包括一個或多個可拆卸的撐，各撐具有滑動部分。
[0063]這里示教的本實用新型的實施例還可包括具有視覺顯示器的人機界面，所述視覺顯示器被配置成顯示來自所述傳感器組件的電信號的表示。所述人機界面與所述手柄部分相關聯。所述人機界面與所述檢測器組件無線通信。
[0064]這里示教的本實用新型的其它實施例可包括能測量容積式馬達定子的多個內直徑的裝置，且可還包括:檢測器組件，其包括本體、輪組件和傳感器組件。所述本體可具有一個或多個滑動部分，所述滑動部分被配置成與所述定子的內表面滑動接觸。所述輪組件可在所述至少一個滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述定子的內表面滾動接觸。所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述至少一個滑動部分之間相對位移。所述傳感器組件可被設置在所述本體中，可操作地連接至所述輪組件且被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述定子的內表面直徑的電信號。平移組件可連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述定子的內部并將所述檢測器組件從所述定子的內部收回。所述平移組件具有可調節(jié)長度且包括手柄部分和一個或多個接頭，該手柄部分具有電源和用于將信號從所述傳感器組件傳輸至所述手柄部分的導線，所述接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對旋轉?？商峁┤藱C界面，其被配置成與所述本體無線通信且在所述本體從所述定子收回時顯示所述內表面的直徑測量值。
[0065]這里示教的本實用新型的其它實施例可包括使用諸如上述裝置(但不限于上述裝置)來測量構件的內表面的多個內直徑的方法。這樣的方法可包括:校準所述裝置，使得所述傳感器組件所提供的電信號與直徑測量值相關聯。設置在所述滑動部分與所述輪組件之間的最大直徑尺寸以與待測量的內表面匹配。將所述本體插入所述構件的內部。在所述本體從所述構件收回時，測量所述內表面的直徑。
[0066]這樣的方法還可包括確定所述構件的內表面的最小直徑。在所述本體從所述構件收回時，在與所述本體無線通信的人機界面上，顯示所述內表面的直徑測量值。校準所述裝置，使得所述傳感器組件提供的電信號與直徑測量值相關聯。設置所述滑動部分與所述輪組件之間的最大直徑尺寸以與待測量的內表面匹配。將所述本體插入所述定子的內部。在所述本體從所述定子收回時測量所述內表面的直徑。確定所述定子的內表面的最小直徑。根據在所述本體從所述定子收回時所得到的所述直徑測量值中的一個或多個來確定用于所述定子的轉子的尺寸。
[0067]現在我們參考附圖，更具體地描述可用于實現這里所示教的本實用新型的裝置和方法的許多可能實施例中的一些。具體而言，圖3A和3B示出了一種改進的裝置300，其用于檢測井下動力鉆具動力系統(tǒng)(mud motor power system)，且具體地用于檢測定子內孔。
[0068]在所示的實施方式中，裝置300包括手柄元件310，其在一些實施方式中可容納在裝置300的操作中有用的電池操作電子器件以及用于為該電子器件供電的一個或多個可充電電池。
[0069]盡管在圖3A或3B中未示出，然而裝置300還可與人機界面一起使用。該人機界面可采用多種形式，包括但不限于:專用裝置，其包括屏幕和經由有線或無線(如，藍牙，RF，IR等)鏈接而連接至裝置300的接口電路;經由有線或無線鏈接而連接至裝置300的編程通用計算機，或者手持裝置，如桌上電話或智能手機(如，安卓或1S服務)，其運行設計以用于裝置300的專用應用。可使用其它形式的人機界面而不偏離這里的教導。
[0070]在圖3A和3B的示例中，手柄元件310還包括用于為殼體中的電子器件供電或斷電的按鈕312 ο該手柄元件310可由任何合適的材料制成。在圖3A和3B的實施方式中，其由模制塑料制成。
[0071]在所示的示例中的手柄元件310被連接至手柄管40。該手柄管的尺寸可足以配合在待利用本裝置300檢查的最小的定子內孔內。為了檢查較短的井下動力鉆具部分定子，該手柄管可足夠長以允許裝置300的檢測元件(如下文中所述)一直延伸進入待檢測的定子內孔，從而檢測元件可被設置在定子內孔的一個開口端處(或恰在其外側)，且手柄元件310可被設置在定子內孔的另一開口端的外側，其中手柄管314延伸通過其間的定子內孔。在其它實施方式中，為了用于較長的定子內孔部分，手柄管314可被尺寸設置成允許檢測元件延伸至，且優(yōu)選地超過，待檢測的最長定子內孔的中點，從而通過從被檢測的定子的兩端操作裝置300而獲得沿著定子內孔的所有點的測量值。
[0072]手柄元件310優(yōu)選地是中空的和/或具有嵌入的導體，用于將電信號或光學信號從檢測傳感器(如下文中所述)傳遞至手柄元件310中的電子器件，和/或用于將電能從手柄元件310傳遞至傳感器。手柄310中的電子器件可包括一個或多個存儲系統(tǒng)，以存儲在使用中獲得的測量數據，其它相關數據，和/或用于裝置300的操作程序或軟件。一個或多個存儲系統(tǒng)可包括移動存儲系統(tǒng)，例如但不限于基于USB的移動存儲器;或者SD或micro SD存儲芯片。優(yōu)選地，但不是必須地，存儲器系統(tǒng)被配置成允許連續(xù)地記錄測量數據。在測量過程中可準實時(quas1-real-time)地分析連續(xù)地記錄的測量數據以提供反饋，或者可過后分析連續(xù)地記錄的數據以生成關于測量過程的具體報告。另外或者可選地，電子器件可包括無線通信系統(tǒng)，例如但不限于，藍牙通信標準，其被配置成將流式或批量測量數據傳至網站，基于云的系統(tǒng)，計算機和/或遠程記錄系統(tǒng)。
[0073]此外，電子器件可包括一個或多個傳感器反饋系統(tǒng)，其包括但不限于，用于將聽覺指示提供至裝置300的使用者的電路；用于將視覺指示提供至裝置300的電路；用于將震動指示提供至裝置300的使用者的電路;或者這樣的反饋系統(tǒng)的任何組合。這些反饋指示系統(tǒng)的目的可以是促使裝置300的使用者察看在定子內孔中的裝置的位置，而不是集中在測量數據的屏幕或者其它顯示器上。這樣，在內孔中無意地移動裝置(如，在內孔中頂推或者卡住(jawing)裝置)所引起的操作者錯誤可被最小化。
[0074]手柄元件310優(yōu)選地由基本隆起的輕質材料形成，例如鋁或者合適的塑料或復合材料。在一個實施方式中，手柄管314由碳纖維構成，其讓許元件非常牢固且質量輕。
[0075]手柄管314的與手柄元件310相反的端部被連接至檢測器組件。在所示的實施例中，檢測器組件形成為三個主要部分:端部組件318，中間組件320和輪室組件(wheelhouseassembly)322。在高的水平，在所示的實施方式中，輪室組件322包括帶輪的接觸元件，其能在大體與手柄管314的縱軸線或縱向軸線垂直(S卩，正交)的方向上移動。為了便于參考，沿著手柄管314的長度延伸的軸線被稱作縱向或“X”軸線;表示帶輪的接觸元件的移動的軸線被稱作“Y”軸線;且垂直于X和Y軸線的軸線被稱作“Z”軸線。
[0076]在所示的實施方式中，裝有輪的接觸元件被機械地連接至輸送機構和輸送軸，從而將裝有輪的接觸元件的大體Y軸線移動轉換為輸送軸的X軸線移動。在該實施方式中，輸送軸被連接至線性傳感器，其將軸的X軸線移動轉換為由一個或多個導體(由圖3B中的元件324表示)傳遞至手柄元件310中的電子器件的電信號。總體而言，在操作中，裝置被通電，被校準(可選地)，且然后檢測器組件被插入待探測的定子的定子內孔中，以及從其中移除。隨著量規(guī)被插入到定子內孔中和/或隨著其被從定子內孔移除，接觸輪的移動使得傳感器向手柄組件中的電子器件提供電信號，其包括改變的電信號。這些信號由電子器件處理以提供與定子內孔內部情況相關的有用的信息，其可包括但不限于最小內徑尺寸。
[0077]圖4示出了輪室組件322、中間組件320和端部組件318的示例實施方式的額外細節(jié)。為了示意的目的，沒有示出從端部組件318中的傳感器延伸的電線。在示例實施方式中，輪室組件322、中間組件320和端部組件318的主要構件都由金屬形成。
[0078]首先參考圖4，輪室組件322包括輪室殼體402和可沿著與輪室組件322的縱軸線垂直的軸線移動的接觸輪404。如圖所示，該接觸輪404被設計成使得在檢測器組件被插入進行探測的定子內孔和從其移除時，該接觸輪在插入/移除的方向上旋轉。如圖4中所示，該接觸輪404被連接至輸送軸406，該輸送軸406隨著接觸輪404在Y軸線上的移動而沿著檢測器組件的縱軸線(即，沿著X軸線)前后移動。如圖所示，在所示的實施方式中，輸送軸406有足夠的長度以延伸通過中間組件320的內部中形成的中空孔。
[0079]圖5A-5F更具體地示出了示例的輪室組件322。在這些圖中的一些中，輪室殼體402被示出為透明的，從而內部構件是可見的。
[0080]如圖5A、5B、5C、5D和5F中所示，輪室組件322包括主輪室殼體402，其在其中限定開口腔體(open cavity)。設置在該腔體中的是第一部件或元件502，其一端被設置成(通過安裝銷518或者其它合適的機構)與輪室殼體402成固定關系，而另一端被連接至接觸輪404。該元件502被連接至輪室殼體402和接觸輪404，使得元件502的該端部被固定在輪室殼體中且不能沿著X方向520移動，但是可在接觸輪404旋轉地移過定子內孔的內部，接觸輪404上下移動時隨著該元件502的另一端部圍繞大體沿著Y軸線522的固定點弧形運動而樞轉。[0081 ]第二部件或元件504也被連接至接觸輪404。該第二元件504具有連接至接觸輪的一端以及沒有相對于X軸線520固定且連接至輸送軸406的一端的另一端。如圖中所示，接觸輪404大體在Y方向522上的移動可使得輸送軸在X方向520移動。
[0082]在圖5A、5B、5C和中所示的具體的實施方式中，在接觸輪404在Y方向的給定移動增量與所得到的輸送軸在X方向上的移動之間的關系不是必然相同的，且對于給定Y移動522增量可得到的軸的X移動的量不必須是恒定的，而是基于接觸輪404以及第一和第二元件502和504在移動增量上的實際位置而改變的。因此，為了保證精確的測量，所述裝置可通常初始地特征在于反映接觸輪404的Y移動與輸送軸406的X移動520之間的具體關系。在下文中說明了示例性的初始校準方法(initial calibrat1n method)。
[0083]參考圖5A和5B，可見輸送軸406延伸進入并通過中間組件320。在所示的示例中，套筒組件506和508被提供以促進輸送軸406的平滑移動。該中間組件320可以任何合適的方式被連接至輪室組件322。在這里所述的實施方式中，連接是通過螺紋連接實現，其中中間組件320的凸螺紋端被接收在端部組件322的螺紋插孔中。
[0084]最佳地如圖5B中所示，輸送軸406的端部延伸通過中間組件320且大體上與設置在中間組件318中的線性傳感器510鄰靠。應注意在圖5B中，為了示意的目的，輸送軸406示出為沒有實際上接觸傳感器510。然而，在任何實際的實施方式中，軸端部很可能事實上實際接觸傳感器末端。
[0085]在圖5A-5D的實施方式中，線性傳感器510沿著X方向施加力，其趨于使得接觸輪404朝向其在Y軸線上的離輪室殼體402最遠距離處的位置移動。對于很多實施方式，該力足以使得在沒有向接觸輪404施加壓力時接觸輪404沿著Y軸線移動至其“最外”位置(這通常是當檢測器組件在定子內孔外部時的位置)。在其它實施方式中，如圖5A-5C中所示的實施例中，諸如彈簧512等的反沖彈簧可用于保證接觸輪404被適當地偏置。
[0086]在可選的實施方式中，單獨的反沖彈簧可不足以適當地偏置接觸輪以及以合適的力保證該輪被壓靠在待檢查的定子內孔的內徑上。在該應用中，外部偏置彈簧可用于(單獨地或與反沖彈簧結合)控制和調節(jié)接觸輪的偏置。
[0087]圖5E示出了用于調節(jié)接觸輪404的偏置的示例性方法。在圖5E的實施方式中，提供了外部偏置彈簧514和可旋轉套環(huán)516。外部偏置彈簧趨于向前述接觸輪機構施加力以將接觸輪4404從裝置的主體偏置離開。通過調節(jié)由外部彈簧514所提供的力，使用者可增大或減小提供至接觸輪404的偏置力，且因此輪404將接觸待檢測的定子內孔的內徑的力。由外部彈簧所提供的偏置力可以至少兩種方式調節(jié)。在一種方式中，可選擇外部彈簧514來提供期望的偏置力，且如果需要不同的偏置力，則可移除并更換初始使用的彈簧。在另一種實施方式中，可使用單個的偏置彈簧，且套環(huán)516可被調節(jié)以壓縮彈簧514或給彈簧514減壓，且因此調節(jié)由彈簧所提供的偏置力。可預見調節(jié)彈簧力的其它可選方式包括可單獨使用多個可更換彈簧，或者與諸如套環(huán)516等的調節(jié)機構結合。
[0088]在所示的示例中，在傳感器元件510中的內部彈簧與反沖彈簧(kick spring)512組合使得當接觸輪與定子內孔的內表面接觸時接觸輪404將壓縮力施加至定子內孔的內表面。在一個優(yōu)選的實施方式中，傳感器彈簧和反沖彈簧被配置成使得接觸輪404所提供的抵靠內定子內孔表面的最大力在可能使得定子內孔永久變形的水平以下。使得內定子內孔變形的力的精確水平可基于用于形成內孔的材料而改變。在一個具有定子內孔材料(statorboar material)的優(yōu)選實施方式中，該組件被配置成使得由接觸輪提供至定子的內定子內孔的最大壓縮力為0.3鎊或更小。
[0089]圖5F示出了本實用新型的很多可能實施方式中的另一個，其中使用角度位移傳感器524而不是之前的實施方式的線性位移傳感器510。圖5F示出了可旋轉地連接至臂或支架502的端部的接觸輪404，該臂或支架502可操作地連接至角度傳感器524，例如通過銷或者輸送軸526。應理解，隨著輪關于銷526旋轉(S卩，大體在Y軸線方向522移動)，角度傳感器將該移動轉換為Y軸線位移的信號表示。此外，如圖5F中所示，偏置元件528，例如彈簧，被配置成將接觸輪偏置至其最外位置，如以上關于線性傳感器實施方式所述。可選地，角度傳感器524可具有與傳感器本體一體形成的偏置元件。
[0090]如圖中所示，輪室蓋512可被提供以覆蓋并保護輪室組件322的內部元部件且控制接觸輪404以及第一和第二部件502和504的移動。接觸輪的移動的控制的優(yōu)點在于，最小化接觸輪404移動的量可提高精確度。
[0091]在一些實施方式中，可僅測量定子內孔的最小內徑。在這樣的實施方式中，蓋512可與接觸輪404以及第一和第二部件502和504配合，以在接觸輪處于或接近定子內孔最小內徑時讓接觸輪接觸定子內部，但不在其它時間接觸定子內孔內部。在這樣的實施方式中，接觸輪的移動可以使得接觸輪的從其沿著Y軸線的距端部組件322的最大距離的點處至沿著相同軸線的最小距離的最大移動為約0.200英寸。
[0092]使用接觸輪404和相關部件，如部件502和504，的一個優(yōu)點是其允許裝置僅通過將接觸輪組件404在內部內孔上移動而對定子內孔的多個最小內徑的每一個進行獨立測量。這是由于接觸輪被尺寸設置成使得在接觸輪和定子內孔的內部之間的接觸點在沿著X軸線的距離方面僅為常規(guī)定子凸起部(stator lobe)的總距離的小百分比。在所述裝置被拉動通過定子內孔時，這允許這里所述的裝置對各凸起部進行單獨的測量。在一個實施方式中，接觸輪404和相關的部件允許在約3/1000英寸或更小尺寸的分辨率的測量。在另一個實施方式中，進行的測量為分辨率為1/10，000英寸。這些分辨率實質性小于在定子內孔中的常規(guī)凸起部的尺寸。
[0093]使用可將接觸輪的移動轉換為諸如軸406或526等的輸送軸的移動的接觸輪404和部件的另一個優(yōu)點是其允許快速和高效地進行測量。代替將探針移動至沿著定子內孔的不連續(xù)位置并且在這些不連續(xù)位置處致動探針，接觸輪可在定子內孔上移動內且隨著接觸輪通過定子內部可連續(xù)地進行測量。如上所述，這些連續(xù)的測量可被記錄在與裝置300相關的一個或多個存儲系統(tǒng)中，或者可被傳輸(有線或者無線)至遠程記錄系統(tǒng)。
[0094]該中間組件320可以任何合適的方式被連接至端部組件。由于將中間組件從端部組件松脫以允許檢測、維護和更換端部組件中的傳感器510是有利的，所以可預見允許將中間組件320從端部組件318容易地分離的實施方式。在圖5B中示出了該實施方式。如圖中所示，在所示的實施方式中，中間組件320(示出為透明的)包括延伸進入端部組件318(也示出為透明的)的腔體中的凸起。槽520形成在凸起部件中，且一個或多個螺釘通過端部元件318中的開口以與槽接合，且將中間組件320和端部組件318保持在一起。
[0095]在圖5B的實施方式中，連接螺釘的張力可使得將中間組件320保持為相對于端部組件318成固定關系，從而在兩個組件之間沒有相對移動，或者可被設置成允許在兩個組件之間的完全旋轉或受限旋轉移動(如，關于Z軸線移動，但不沿著X軸線移動)。在期望手柄以旋轉方式移動的應用中可需要該實施方式。允許在中間組件320和端部組件318之間的一些旋轉移動可在手柄朝向接觸輪404前進時且趨于緩和(dampen)手柄的任何旋轉移動，且將手柄元件310的該旋轉移動對中心輪所進行的測量的影響最小化。
[0096]圖6A和6B中示出了端部組件的細節(jié)。為了示出的目的，端部組件的主殼體602示出為透明的。
[0097]參考圖6A和6B，該端部組件包括定位銷或銷釘604，其被設置在端部組件318中的固定位置。抵靠在定位銷604上的是定位元件606的端部，其包括抵靠定位銷604的軸和在另一端上的開口槽。設置在定位元件606的開口槽中的是具有可移動末端的線性探頭608。該線性探頭608可以是可將沿著一軸線的移動轉換為數字或電子信號的任何探頭。在一個實施方式中，探頭608可以是#DK812SBR5探頭，其可從Magnescale Americas，Inc.購得，其具有12mm行程，0.5微米分辨率，和約(s tra i t) 100m/min響應速度。
[0098]該端部組件還可包括一個或多個溫度傳感器，其被配置成將端部組件的實際環(huán)境溫度轉換為可由與裝置相關的電子器件(例如，手柄中的電路)所使用的信號(電或光信號)。合適的溫度傳感器包括但不限于熱電偶傳感器，電阻式溫度計(RTDs);紅外傳感器;熱敏電阻;硅帶隙溫度傳感器;或者其組合。溫度測量可以是，但不必須為，對測量數據的直接或間接連續(xù)記錄。應理解，端部組件的操作溫度可用于實時地或者事后改正或者校正測量數據。
[0099]端部組件還可包括一個或多個相機或者其他視覺傳感器，其被配置成可“看見”定子的實際正被測量，已經被測量或者將被測量的區(qū)域。在一個這樣的實施方式中，實時的視頻信號被提供至手柄，且視頻傳輸線纜將該信號從手柄傳遞至處理和/或顯示系統(tǒng)?？蛇x地，該手柄(如這里所述)可包括視覺顯示器，其能夠顯示端部組件所拍攝的視頻。更進一步，視頻信號可如上關于測量數據和溫度數據所述的被連續(xù)地記錄。應理解，可捕獲“靜態(tài)”拍攝以替代視頻或者作為視頻的補充。應理解，裝置300的一個實施方式可在預定事件的發(fā)生時捕捉定子內孔的快照，預定事件例如是最小測量值，測量值“跳動”或者其它非正常值或者異常類型測量值。
[0100]端部組件318可以任何合適的方式被連接至手柄管314。在一個實施方式中，該連接是使得允許在端部組件318和手柄管314之間的另一軸線上的相對移動。允許該相對移動是有利的，這是因為如果不允許這樣的相對移動-那么操作者對手柄組件310的移動(甚至輕微的無意移動)將影響由檢測組件進行的測量。
[0101]圖7A示出了將手柄管314連接至端部組件318的示例性連接配置，該連接為手柄管314可相對于端部組件318移動的方式。參考圖7A，所示出的連接包括“球窩”組件，其包括兩個球面墊圈(spherical washer)702和704，其被尺寸設置成匹配在端部組件318的接收腔體內。該兩個球面墊圈702和704被設置成圍繞球鉸接元件706，其一端以固定關系連接至手柄管314。在所示的示例中，該球鉸接元件706限定一個或多個大體圓柱形空腔(void)，且端部組件318限定能夠接收螺釘710的螺紋開口708。在該示例中，螺釘710的外徑小于圓柱形空腔712的內徑，從而球鉸接元件318以及因此管狀手柄314可相對于端部組件318移動。在所示的實施方式中，開口環(huán)714匹配在端部組件318的槽中以將該兩個組件保持在一起。
[0102]允許端部組件318和手柄管314之間的相對移動的其它可選連接裝置。例如，可預見實施方式中U形接頭連接用于提供該連接。圖7B示出了一種這樣的可選連接。在圖7B的示例性實施方式中，U形接頭連接被設置在端部組件318和手柄管314之間。參考附圖，所示的U形接頭連接包括連接至手柄管314的第一元件716和連接至第一元件716的中間元件718，從而第一元件716可相對于中間元件718關于第一軸線樞轉。所示的連接還包括連接至中間元件718的第二元件720。該第二元件718被連接至端部組件318。該第二元件720以該第二元件720可相對于中間元件718沿著第二軸線樞轉的方式而被連接至中間元件718。在所示的實施方式中，第二軸線垂直于第一軸線。
[0103]可預見用于將手柄端部314連接至端部組件318的更進一步的可選的連接。例如，可使用在圖7B中示出的樞轉連接中的僅一個。
[0104]對于特定尺寸的定子內孔，在圖3A和3B中所示的裝置可用于檢測定子內孔內部。對于較大的內孔，可將膨脹撐(expans1n shoe)與所述的裝置一起使用。使用膨脹裝置的一個目的是確保接觸輪相對于待測量的定子內孔的內部被適當地定位。總體而言，接觸輪應被定位成使得接觸輪的最大偏轉(deflect1n)是較小的且在約小于1/10英寸。在一個優(yōu)選實施方式中，接觸輪和相關結構為使得輪的最大偏轉約為75/1000英寸。
[0105]圖8A示出了可用于允許不同尺寸的膨脹撐與裝置之間的高效連接的鼻突組件(nose assembly)802o
[0106]參考圖8A，鼻突組件802經由接收在輪室組件中的螺釘元件804被連接至輪室組件322的端部。該鼻突組件802包括螺旋鼻突806，驅動螺母808和定位銷810，該定位銷810的端部從驅動螺母的各側突起。通過旋轉螺旋鼻突，驅動螺母可沿著輪室組件322的縱軸線前后移動，從而使得定位銷810相對于輪室組件移動。設置在端部組件318上的固定位置處的第二定位銷812沒有在圖8A中示出。
[0107]圖SB示出了第一膨脹撐類型814，其可用于允許將裝置300用于具有較小直徑的定子內孔。該撐814是管狀元件且在各端部具有叉頭狀開口(prong-like opening)，其被尺寸設置成接收定位銷810和812。在使用中，撐814在連接至鼻突組件802之前在檢測器組件上滑動。接著叉頭狀端部中的一個被連接至在端部組件318上的定位銷，且然后鼻突組件802連接至輪室組件322。通過調節(jié)螺紋鼻突806，使得驅動螺母810，且因此定位銷810被朝向撐814向內移動，直到銷810與撐810的叉頭狀端部接合并將其保持定位?？蛇x地，鼻突組件可限定圓錐形元件，其被驅動進入撐的內孔以將其保持定位。
[0108]圖SC示出了可用于裝置300的膨脹撐的仍另一個實施方式。該所示的膨脹撐816是在可用于具有較中間尺寸直徑的定子內孔的膨脹撐上的滑動件(slide)。如圖中所示，該膨脹撐816限定被尺寸設置成接收定位銷810和812的接收部分818和820。在使用中，撐816被滑動至裝置上，從而接收部分88a和88b大體上接收定位銷或楔810和812。然后該鼻突組件通過將銷810從撐816移開而被調節(jié)，直到撐相對于探測器組件被牢固地保持定位。在大直徑的定子內孔被探測的情況下，或者在需要額外的支撐的情況下，可將撐桿連接在手柄元件310和手柄管314之間。
[0109]總體而言，撐和/或條應被尺寸設置成保證在裝置的與撐相反的外表面和優(yōu)選定子內孔最小尺寸之間的間隙小于某預定量，在一個實施方式中為50/1000英寸。提供該小間隙趨于當將裝置插入定子內孔時以及在將裝置拉動通過定子內孔的期間，保證該裝置被適當地對準。該對準方法保證了當裝置被拉動通過定子內孔時裝置所進行的測量在不同使用者之間以及在相同使用者的不同重復測量之間是恒定的。例如，在裝置/撐被尺寸設置成保證上述最大距離為50/10000英寸或更小時，可期望重復測量的誤差水平在3/1000至5/1000內。
[0110]在上述情況中，其中裝置和撐被尺寸設置成保證至優(yōu)選最小內孔直徑的距離小于預定量，指示該距離大于該量的測量可指示或提示被探測的定子內孔的磨損或其它問題，從而在該范圍以上的測量可導致被探測的內孔讓探測失敗。
[0111]圖8D示出了仍另一個撐設計，該撐用于具有較大直徑的定子內孔。所示的撐822包括安裝板(824和826)，其包括與以上關于圖8C所述相似的接收部分。連接至安裝板的是多個撐桿828、830和832，其被設計成將撐定位在定子內孔中。為了最小化重量，該撐桿828、830和832可由碳纖維制成。
[0112]圖SE示出了用于將撐連接至檢測器組件的可選方法。在該可選的方法中，檢測器組件的一些部分限定了如凹口 834和836等的凹口。該撐裝配有突起元件840、842，其被成型以配合在凹口或楔口中。在操作中，該撐被放置到期望的位置且然后該鼻突組件被調節(jié)以將撐保持定位。
[0113]圖8F和SG示出了允許不用連接撐而對不同尺寸的內孔進行探測的另外的實施方式。在該實施方式中，剪式的組件844被連接至與手柄管314連接的檢測組件。該剪式組件包括中心部件和經由剪式連接件而連接至中心元件的多個桿(在該示例中為四個)。該剪式連接件可通過固定設置，在中間部件中的元件(如，螺釘)的操作或任何其它合適方法而被調節(jié)，以擴展至對于多種定子內孔的合適探測所需的尺寸。
[0114]在優(yōu)選的設計中，撐或多個撐的直徑被小心地選擇以密切對應待探測定子內孔的理想最大內徑。該撐/多個撐外徑與定子理想內徑的密切配合趨于保證探測器組件通常處于合適的軸向對準。這允許操作者通過簡單地將裝置插入待探測的定子并將裝置經由定子內孔拉出而沒有對裝置進行任何扭轉或旋轉從而使用所公開的裝置。所述裝置的允許適當探測而不扭轉或旋轉裝置以及不需要或僅需要使用者的最小勞動來保證適當的軸向對準的能力保證了探測更加精確和更加高效。這還保證了在不同的操作者或者相同操作者在不同次數之間的合適的測量以及一致性。
[0115]在大直徑定子內孔待被檢測的情況下，或者在需要額外的支撐件以支撐一撐或另一裝置，以允許這里所述的裝置用于不同尺寸的內孔的情況下，撐條可連接在手柄元件310與手柄管314之間。圖8D不出了使用撐條814。
[0116]應理解，該裝置300所述的實施方式僅僅是這里所公開和要求的主題的一種可能實施方式，且其它設計是可能的。例如，所示出和說明的檢測器組件具有三個部分-輪室組件322、中間組件320和端部組件318。該檢測器可被構造為單個元件或者作為具有比上述更多的部分的元件。此外，在一些實施方式中，可使用不同形式的感應裝置。作為一個示例，在所述的傳感器中，接觸輪在Y方向移動且傳感器在X方向移動。可預見傳感器與接觸輪(其它可移動元件)對準的實施方式，使得可移動元件和傳感器均在Y方向移動且不需要將可移動元件在一個方向的移動轉換為傳感器在另一個方向的移動。仍另外地，其它方法和方式可用于將手柄管連接至檢測器的端部組件(或者至單件的檢測器組件)，且可預見手柄管與檢測器組件一體形成的實施方式。作為仍另外的示例，可預見沒有手柄或手柄管的實施方式，且其中裝置通過一條或多條線被連接至傳感器元件，且其中檢測器組件通過連接線被拉動通過待探測的定子內孔。該實施方式可用于需要緊湊裝置的情況和/或待檢測的定子內孔的長度難以有合適長度的手柄管的情況。
[0117]根據上述實施方式，應理解上述的電子器件中的所有或者一些可被設置在檢測器組件自身上，而不是在手柄上。仍另外的，一些電子器件，例如數據獲取系統(tǒng)合數據傳送系統(tǒng)(有線或無線)，可被設置在檢測器組件上，而其它電子器件，例如處理電子器件，可被遠程地設置。
[0118]在仍另一個實施方式中，容納光學元件和激光或聚光源的殼體可用于檢測被探測的定子內孔的外輪廓。
[0119]可使用另外的方式提供在所述的裝置和人機界面之間的通信。在一個實施方式中，可在所述的裝置與編程個人電腦或筆記本電腦之間形成藍牙連接。在可選的實施方式中，可使用有線連接?？深A見其它實施方式，其中裝置不提供任何即時的可讀取輸出，而是將數據存儲在存儲裝置(如，SD存儲卡)中，從而以后可由另一個裝置(如，遠程計算機)讀取來訪問存儲在存儲裝置上的存儲數據。
[0120]圖9A更詳細地示出了手柄組件310。如上所述，手柄組件包括本體，其可被尺寸設置成包括用于裝置的電子器件以及為電子器件供電的電池，并且可為使用者提供手柄。在圖9A中所示的實施方式中，手柄裝置310包括電源按鈕312和觸發(fā)按鈕902，該電源按鈕用于為裝置供電和斷電，該觸發(fā)按鈕34可被按壓以使得裝置300開始進行測量讀取。
[0121]所述裝置可以多種方式來檢測井下動力鉆具定子的內孔直徑。根據一種示例的優(yōu)選方法，使用該系統(tǒng)的方法可包括初始表征步驟(initial characterizat1n step)，其中在接觸輪的Y移動與輸送軸(以及因此輸送軸)的X移動之間的精確關系由特定裝置相關的實際測量而表征且接著該表征數據被存儲在該裝置的電子器件中。
[0122]如上所述，在接觸輪的Y移動與輸送軸(且因此傳感器)的X移動之間的關系不是線性的，且可取決于接觸輪與輸送軸的位置而變化。此外，由于制造容差，接觸輪的Y移動與輸送軸(傳感器)之間的精確關系可在裝置與裝置之間略微改變?？紤]到這一點，根據這里的教導所構造的各裝置可在裝配之后通過對接觸輪的若干位置的實際X對比Y位置讀數進行表征。這些位置測量值，結合一些外推法，可用于形成特定單元的具體X對比Y曲線，且該曲線可用于將自傳感器的具體X讀數精確地轉換為接觸輪的具體Y位置。
[0123]由于預期給定裝置的物理表征不會在裝置的壽命內可察覺地改變，所以該表征步驟很可能對每個裝置僅需要進行一次。然而，隨著裝置受到磨損或者如果該裝置被改變或者裝置的構件被改變或更換(如，如果傳感器被更換)，則可需要或要求另外的表征步驟。
[0124]在各裝置沒有被表征的情況下，代表性的X對比Y表征曲線可被使用或預編程或預存儲在裝置中。圖9B示出了用于使用線性傳感器510的本實用新型的實施方式的示例的接觸輪位移對比X軸線位移曲線。如圖所示，接觸輪404的移動與沿著X軸線520的位移(例如輸送軸406的位移)之間的關系不是線性的。在該種X對比Y關系中，曲線的前部分可比曲線的后部分顯示更大的靈敏度。當使用這里所公開的本實用新型的一個或多個方面來設計定子內孔量規(guī)時，可考慮改非線性規(guī)律和改變的靈敏度。例如但不是限制性的，用于該量規(guī)的撐或者撬(sled)可被尺寸設置成使得定子內孔的預期最小直徑出現在高靈敏度的區(qū)域。
[0125]—旦所述裝置被表征，或者X對比Y曲線以另外的方式存儲或編程在裝置中，則該裝置可被置于現場使用。在現場使用中，可根據通常包括以下步驟的方法使用該裝置:(I)識別待探測定子的需求尺寸；(2)確定對于探測是否需要任何膨脹撐，如果需要則選擇和安裝合適的膨脹撐；(3)識別與待探測定子相關的合適的設置標準；(4)通過所選擇的設置標準校準組件20，且然后(5)通過校準裝置探測相同預期尺寸的一個或多個定子內孔。該過程可通過使用人機界面而得到促進，在所示的示例中該人機界面是基于安卓系統(tǒng)的智能手機。
[0126]圖10A-10H示出了來自筆記本電腦形式的示例人機界面的屏幕截圖，該筆記本電腦經由有線或無線鏈接而連接至裝置300，其有助于說明使用這里所述的裝置的過程。
[0127]初始地，在圖1OA中，標準裝置與特定期望內孔尺寸相關，其中各標準被分配特定的序列號。該標準應被制造為具有緊密度容限(tight tolerance)，從而該標準的內徑非常緊密地匹配與該標準相關的標準尺寸。
[0128]—旦所期望的標準與待探測的多種內孔直徑相關，則使用者可將期望的內孔直徑輸入人機界面，且被提供使用哪個標準的指示。這在圖1OB中示出，其中使用者將用于待探測裝置的最優(yōu)內孔直徑(在該示例中為1.500英寸)輸入人機界面，并且人機界面提供可用于探測的標準(或多個標準)的指示。在所示的示例中，被標為1002、1004和1006的標準與輸入的內孔直徑相關且可用于探測的目的。在該步驟，人機界面還可指示是否應使用撐附件，且如果需要那么使用哪種撐。
[0129]在選擇合適的標準后，定子內孔量規(guī)應被校準。該校準過程應初始地在圖1OC中示出。參考圖10C，人機界面初始地要求操作者輸入與待探測的具體的栗/馬達相關，與操作者相關，以及與溫度相關的數據。一旦該數據被輸入，則使用者被促使將量規(guī)移動通過該標準，直到與該標準的最大內徑相應的最大讀數被檢測到。這在圖1OD和1E中示出。
[0130]一旦裝置被校準，例如如圖9B所示，則該裝置的檢測部分(如，具有接觸輪的部分)和任何撐被插入待探測的定子內孔中。接著該裝置被觸發(fā)，且使用者拉動裝置通過內孔。接著該裝置進行測量并且記錄各最大讀數(或可選地，各最小讀數)。這在圖1OF和1G中示出。接著這些讀數被輸出至圖1OH中所示的可讀文件中。
[0131]圖1OE示出了使用上述裝置來探測實際的特定定子內孔。如圖中所示，該特定裝置可首先通過使用者輸入與該裝置相關的序列號而被識別?？蛇x地，可通過條形碼或者其它可掃描信息而獲得該識別信息。除了輸入識別信息之外，可增加關于被探測的裝置的其它信息(例如，化合物(compound)、容差等)。
[0132]在將與進行探測的裝置相關的識別信息輸入人機界面之后，該裝置可被插入定子內孔中，該測量按鈕(或觸發(fā)器被按下)，且裝置掃過量規(guī)，從而接觸輪掃過被探測的定子內孔的全部或一部分。接著該裝置可生成表示各被檢測的小直徑的報告以及對于每個小直徑，生成與以下相關的信息:(i)從在校準過程形成的參考位置的偏離，和(ii)實際計算最小直徑。這在圖1OG中得到反映。可為了精確而重復該過程和/或對于較長的定子內孔，從內孔的另一側重復。
[0133]圖11A-11F示出了從智能手機裝置的形式的示例人機界面的截屏，其有助于描述使用這里所述的裝置的過程。該過程與上述關于圖10A-10H所述的過程相似。在初始點，如圖1lA所示，該裝置被校準以用于特定尺寸的定子的探測。該過程可包括如圖1lA中所示地其實開始校準過程，且接著選擇待探測的定子內孔的具體型號，如圖1lB中所示。在所示的實施方式中，一旦選擇了被探測的定子內孔型號，則人機界面可執(zhí)行查找并向使用者提供用于允許適當地探測要求尺寸的定子內孔的特定撐(或其它尺寸調節(jié)器)的視覺指示。這在圖1lC中示出。
[0134]—旦選擇且適當地連接了合適的撐(或其它尺寸調整裝置)，則裝置的檢測部分(例如，具有接觸輪的部分)被插入與被探測的定子內孔的標稱尺寸對應的標準中。接著該裝置被前后移動，直到得到量規(guī)的最大讀數。這是將量規(guī)定位在定子內孔的小直徑位置之一處而實現的。如圖1lD中所示，可提供圖像以允許使用者正確地定位最大位置。一旦裝置被適當地定位且獲得最大讀數，則可通過在校準階段使用者按壓測量觸發(fā)器，按壓單獨的校準按鈕或者與人機界面相互作用而校準該裝置。
[0135]在所述的示例中，該裝置的校準實質上為裝置設置了零基準。一旦該裝置被校準，則可提供差額測量(differential measurement)，其中測量反映了從校準過程中形成的參考點偏離的程度?？傮w而言，當對于一個定子尺寸被校準的裝置用于另一個尺寸時以及每次裝置被通電(power on)時，應進行校準過程，盡管如果裝置用于探測相同標稱尺寸的定子則對每次通電的校準可以是不必須的。
[0136]圖1lE示出了使用上述裝置來探測實際具體的定子內孔。如圖中所示，該具體裝置可首先例如通過使用者將與裝置相關的序列號輸入而識別?？蛇x地，識別信息可經由條形碼或者其它掃描信息而獲得。除了輸入識別信息之外，可加入與被探測的裝置相關的其它信息(例如，化合物，容差等)。
[0137]在關于進行探測的裝置的識別信息被輸入到人機界面中之后，該裝置可被插入到定子內孔中，測量按鈕(或觸發(fā)器被按下)且裝置掃過量規(guī)，從而接觸輪掃過被探測的定子內孔的全部或一部分。然后該裝置可生成表示各被檢測的小直徑的報告以及對于每個較小直徑，生成與以下相關的信息:(i)從在校準過程形成的參考位置的偏離，和(ii)實際計算最小直徑。這在圖1lF中得到體現?？蔀榱司_而重復該過程，和/或對于較長的定子內孔，從內孔的另一側重復。
[0138]圖12示出了可選的實施方式，其中人機界面采取智能手機的形式，該手柄組件310為手槍式握把1202形式且包括用于安裝智能手機裝置的托架1204。可預見該裝置的其它可選構造。
[0139]在圖13A-13D中示出了用于識別該定子內孔中的最小直徑點的一個示例過程。圖13A-13D示出了可利用線性傳感器510或角度傳感器524的過程，該傳感器提供信號(例如，數字輸出)，其中信號與在探頭的末端處的特定位置對應。在圖13A-13D的示例中，該探頭使得在用于上述布置中時(如，結合圖5B)，信號可在接觸輪與定子內孔最小處對應時處于其峰值。盡管圖13A-13D所示的過程包括推動量規(guī)通過定子內孔，然而應理解根據本實用新型的量規(guī)可被推動和/或拉動通過定子內孔。
[0140]如上結合圖5A-5C所述，并且參考圖13A-13D，接觸輪404和相關元件(如，部件502、504、406和512)使得接觸輪能夠與定子的內直徑部分接觸，且可被多個元件阻礙而無法與定子的對應定子最大直徑的部分接觸。可選地，可允許接觸輪接觸定子內孔的所有表面，以提供最小、最大直徑以及這之間的所有直徑。因此，隨著接觸輪404被拉動通過定子內孔表面，該計數(count)可在一個示例點1302(圖13A)處處于接觸輪不與定子內孔接觸的最小點，但是處于以上關于圖5B-5C(或者是與最大直徑接觸)所述的配置產生的固定點。隨著裝置掃過內孔，可到達點1304(圖13B)，其中接觸輪與定子內孔的內部接觸，且裝置的操作開始使線性探頭的末端404移動。在該點處，從探頭的計數輸出可開始增加。由于探頭的靈敏度，以及內孔的非均勻性，所以該計數可沒有平滑地增加且可由于在定子內孔表面上的小瑕疵而發(fā)生變化。隨著輪接觸滾過定子內孔，其可終于碰到點1306(圖13C)，其通常與對應定子的最小直徑的最大計數/數目相關。此后，隨著裝置通過內孔且直徑增大1308(圖13D)，探頭的計數可開始減小，再次由于定子內孔的小瑕疵而發(fā)生計數變化。
[0141]在一個實施方式中，該裝置(例如在手柄端中的電子器件)可監(jiān)測來自探頭的數值并且:(i)尋找峰值1306，和(ii)如果沒有到達中間峰值(intervening peak value)，則尋找計數處于峰值以下某特定量的點1308。在沒有另一中間峰值的情況下一旦計數從峰值1306落至在峰值以下一特定量的點1308或1304處，則裝置可確定已到達真的峰計數(與在當前示例中的定子內孔最小處對應)。在檢測到初始峰值之后到達另一個中間峰值的情況下，該過程可重復。以這樣的方式，本示例可精確地檢測被探測定子內孔的真實最小直徑。
[0142]在另一個實施方式中，該裝置將首先尋找值的從一點(如，零點)的增加，例如點1304，且將監(jiān)測該系統(tǒng)以探測增加的計數(其將隨著輪的接觸滾動至并通過點1304而發(fā)生)，其后是減少的計數(其將隨著輪的接觸滾動至并通過點1308而發(fā)生)，其后是第二次增加的計數(其將隨著輥移動至并通過點1310而發(fā)生)。在檢測到第二增加的計數時，該裝置將接著查找在第一增加的計數和第二增加的計數之間發(fā)生的最大計數，并將該最大計數(在該示例中為在點1306處的計數)與最小內孔直徑相關聯。作為另一個示例，可預期隨著探頭402被推動通過定子內孔，則傳感器信號將增加，表示內徑減小。這些直徑表達可被記錄在與量規(guī)相關的循環(huán)緩沖存儲器，FIFO緩沖器，靜態(tài)存儲器中，或被傳輸或遙測并傳送至遠離量規(guī)的裝置或位置。可根據信號開始減小(這代表定子內孔直徑增大)而確定最大信號(即，最小直徑)?？蓮乃涗浀闹挡檎以摯鎯Φ闹睆奖磉_的最大值，或者可選地，可從所記錄的值內插或者以其它方式計算最大值。仍另外地，可使用該記錄數據來生成定子內孔內部的曲線或輪廓。
[0143]—旦獲得與最小直徑相應的計數，則接著裝置可使用X對比Y表征數據以及參考設定點，以對于各最小直徑計算實際最小定子內孔測量值。
[0144]應理解，所述方法僅僅是示例性的，且可使用其它方法。例如，可將另外的方法用于線性探頭，其中在接觸輪接近定子內孔最小處時計數減小(而不是增加)。
[0145]為了確保裝置的精確的目的，對于裝置的各單元在其裝配之后和/或裝置的任何構件被改變之后對其進行表征是有利的。這是由于在裝置的構件的制造中可存在變化，其將引起各裝置以與相似構造的其它裝置稍稍不同的方式進行操作。在圖14中示出了用于表征給定裝置的示例性的裝置和程序。參考圖14，示出了輪量規(guī)組件被安裝在表征支座(characterizat1n mount)中。該支座包括用于將輪量規(guī)組件固定在固定位置的支架以及微米校準參考裝置402。該校準參考裝置402包括與輪組件的輪接觸的延伸元件。其可被控制以提供延伸元件的精確、準確移動，從而延伸元件可以10/10,000英寸或更小的精確步進移動。
[0146]為了使用圖14的結構對裝置進行表征，參考裝置402的延伸元件首先被移動至接近完全收縮的位置，其使得輪移動至完全延伸位置或接近完全延伸位置。接著該探頭值歸“零”。接著該延伸元件以受控的步進延伸(如，10/10,000英寸的步進)，且在各步探針值被記錄。通過將延伸元件從與證實的零位置相對應的位置移動至比裝置待探測到的最小定子內孔內徑更小的位置，在探頭的計數與自零位置(如由參考裝置1402所確定的)的距離之間的關系可被確定。由于多種原因，該關系可以是非線性的。
[0147]在一個實施方式中，自零的距離的值和計數用于曲線擬合算法，以生成數學公式，其將響應任何給定的探頭值而提供自零點(沿著與參考裝置的延伸元件的移動平行的軸線)的距離。任何合適的曲線擬合算法將被用于生成該公式。在第二實施方式中，距離對比證實的值(prove value)都被存儲在表或者距陣中，且裝置可使用該數據以:(i)如果證實的值相同地對應于在表征過程中獲得的值中的一個，則選擇該距離值;或者(ii)使用插值算法以通過在表征處理過程中存儲的數據點之間內插而生成估計的距離值。在兩個實施方式中，裝置的非線性，以及對于各單獨裝置的具體距離-探頭關系被解決，且測量的精確性提尚O
[0148]上述附圖以及具體結構和功能的說明不作為對
【申請人】所進行的實用新型的范圍或者所附權利要求的范圍的限制。而是附圖和說明被提供以教導本領域技術人員來制造和使用所要求專利保護的本實用新型。本領域技術人員應理解，為了清楚和理解的目的，沒有對本實用新型的商業(yè)實施方式的所有特征進行說明或示出。本領域技術人員還應理解，結合本實用新型的特征的實際商業(yè)實施方式的開發(fā)可要求多種具體實現特定決策以實現研發(fā)者的用于商業(yè)實時方式的最終目標。該具體實現特定決定可包括但可能不限于，符合系統(tǒng)相關，商業(yè)相關，政府相關和其它限制，其可隨著具體應用、位置和隨著時間改變。盡管開發(fā)者的工作可以是在絕對意義上復雜和耗時的，然而該工作將最終作為受益于本公開的本領域技術人員的例行程序。應理解，這里所公開和教導的本發(fā)明可進行多種改變和可選形式。最后，單數術語等的使用不限制物品的數量。此外，在說明書中的關系術語的使用，例如但不限于“頂”，“底”，“左”，“右”，“上”，“下”，“向上”和“向下”僅僅用于在說明書中清楚地參考附圖，且不限制本發(fā)明或者所附權利要求的范圍。
[0149]已在上下文中對本發(fā)明的優(yōu)選和其它實施方式進行了說明，但不是本發(fā)明的所有實施方式都被說明。關于【具體實施方式】所述的各構件、子構件或者功能可與關于另外的【具體實施方式】所述的任何其它構件、子構件或功能組合。對本領域技術人員來說，可對所說明的實施方式進行顯而易見的修改和改變。所公開的和未公開的實施方式不限制或約束由
【申請人】所做出的本發(fā)明的范圍和應用，而是根據專利法，
【申請人】旨在完全保護落入所附權利要求的等同的范圍內的所有修改和改進。
【主權項】
1.一種用于測量內表面(304)的多個內直徑的裝置，其特征在于包括: 檢測器組件，其包括本體，輪組件和傳感器組件； 所述本體包括被配置成與構件的內表面滑動接觸的滑動部分； 所述輪組件在所述滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述內表面滾動接觸； 所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述滑動部分之間相對位移； 所述傳感器組件被設置在所述本體中，且連接至所述輪組件并被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述構件的內表面的直徑的電信號；以及 平移組件，其被連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述構件的內部和將所述檢測器組件從所述構件的內部收回。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述輪組件還包括支撐機構，該支撐機構將徑向位移轉換為縱向位移。3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述傳感器組件包括線性位移傳感器。4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述輪組件提供約0.2英寸的徑向位移。5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述輪組件包括偏置元件，所述偏置元件被配置成將所述輪從所述滑動部分偏置至最大徑向位移。6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述偏置元件提供的偏置力沒有引起所述內表面的變形。7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于所述偏置元件提供的偏置力為0.3鎊或更少。8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述平移組件包括具有電源的手柄部分和用于從所述傳感器組件向所述手柄部分傳遞信號的導線。9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于所述平移組件具有可調節(jié)長度。10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于所述平移組件包括一個或多個接頭，所述一個或多個接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對移動。11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于所述一個或多個接頭是球窩接頭或者U型接頭。12.如權利要求1所述的裝置，其特征在于還包括具有視覺顯示器的人機界面，所述視覺顯示器被配置成顯示來自所述傳感器組件的電信號的表示。13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于所述人機界面與所述手柄部分相關聯。14.如權利要求12所述的裝置，其特征在于所述人機界面與所述檢測器組件無線通信。15.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述檢測器組件被配置成對所述內表面的直徑進行連續(xù)測量。16.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述本體包括一個或多個可拆卸的撐，各撐具有滑動部分。17.—種用于測量容積式馬達定子的多個內直徑的裝置，其特征在于包括: 檢測器組件，其包括本體、輪組件和傳感器組件； 所述本體具有一個或多個滑動部分，所述滑動部分被配置成與所述定子的內表面滑動接觸； 所述輪組件在所述至少一個滑動部分的基本相反側被連接至所述本體，使得所述輪組件的至少一部分從所述本體突起以與所述定子的內表面滾動接觸； 所述檢測器組件被配置成響應于所述內表面的直徑的改變而在所述輪組件與所述至少一個滑動部分之間相對位移； 所述傳感器組件被設置在所述本體中，可操作地連接至所述輪組件且被配置成將所述輪組件的位移轉換為表示所述定子的內表面直徑的電信號； 平移組件，其連接至所述檢測器組件且被配置成將所述檢測器組件插入所述定子的內部和將所述檢測器組件從所述定子的內部收回； 所述平移組件具有可調節(jié)長度且包括手柄部分和一個或多個接頭，該手柄部分具有電源和用于將信號從所述傳感器組件傳輸至所述手柄部分的導線，所述接頭被配置成允許所述本體與所述手柄之間的相對旋轉;和 人機界面，其被配置成與所述本體無線通信且在所述本體從所述定子收回時顯示所述內表面的直徑測量值。
【文檔編號】G01B21/14GK205426116SQ201520840402
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年10月27日
【發(fā)明人】J.R.道格拉斯, K.L.道森, C.克勞德
【申請人】高美科量具制造有限公司