48連接在處理器44與發(fā)送器40、接收器42之間。傳感器50顯示為鄰近卡盤(pán)24設(shè)置，在一實(shí)例中，所述傳感器用于監(jiān)測(cè)卡盤(pán)24和驅(qū)動(dòng)器22的旋轉(zhuǎn)，以便可以跟蹤驅(qū)動(dòng)器22旋轉(zhuǎn)時(shí)的朝向。另外的引線52、54、56顯示為連接于處理器44，從而提供了處理器44分別與傳感器50、致動(dòng)器36和馬達(dá)30之間的聯(lián)通。在一個(gè)實(shí)例中，處理器44作為控制器工作，用于監(jiān)測(cè)由接收器42和傳感器50接收的信號(hào)以及用于向發(fā)送器40、致動(dòng)器36和馬達(dá)30提供指令信號(hào)。
[0026]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，顯示了穿過(guò)工件14的一部分形成鉆孔12的鉆頭頭部18沿圖1中線2-2剖切的軸向圖。在該實(shí)例中，細(xì)長(zhǎng)溝槽沿著鉆頭頭部18的外表面軸向形成，所述細(xì)長(zhǎng)溝槽在其橫截面上限定了 V形槽；其中，鉆頭頭部18的外周與該溝槽部分相交，限定切削刃58。在溝槽部分的與切削刃58相對(duì)的一側(cè)上的是后邊緣60 ;切削刃58與后邊緣60之間的開(kāi)口 62與溝槽部分重合。導(dǎo)向桿64顯示為設(shè)置在鉆頭頭部18的外周上并鄰近切削刃58。另一個(gè)導(dǎo)向桿66顯不與導(dǎo)向桿64周向間隔開(kāi)，從而在導(dǎo)向桿66與導(dǎo)向桿64 二者之間限定了凹槽68。導(dǎo)向桿64、66通過(guò)在鉆頭頭部18的外周上沉積添加材料而形成。導(dǎo)向桿66終止于與后邊緣60有角度地間隔開(kāi)的一周向位置處，從而限定與凹槽68周向間隔開(kāi)的另一凹槽70。圖2還示出了冷卻通道72，該冷卻通道可以是軸向貫穿鉆頭16(圖1)延伸的腰形開(kāi)放空間，其用于使冷卻流體流過(guò)鉆頭16，以防止鉆頭在使用時(shí)過(guò)熱。
[0027]在圖2的實(shí)例中，發(fā)送器40和接收器42設(shè)置在變換器組件74內(nèi)，所述變換器組件包括一對(duì)向上和向下突出的臂76，所述臂76從該組件74的中點(diǎn)向工件14的外圓周的一部分延伸。在臂76的面對(duì)工件14的側(cè)面上，設(shè)置有墊塊78，所述墊塊78可以增強(qiáng)組件74與工件14的接合。在使用在此所述的鉆孔系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例中，由發(fā)送器40產(chǎn)生聲波信號(hào)，所述聲波信號(hào)被發(fā)射到工件14中，并行進(jìn)至鉆孔12的壁；一部分信號(hào)從工件14的材料與鉆孔12內(nèi)的流體之間的分界面反射回接收器42。鉆孔12內(nèi)的流體可以是流過(guò)冷卻通道72的空氣或冷卻流體，在一個(gè)實(shí)施例中，所述空氣或冷卻流體在鉆頭16的尖部離開(kāi)通道72，并沿著溝槽表面清洗切肩，使之離開(kāi)切削表面。因此，通過(guò)沿著工件14的長(zhǎng)度并以與鉆頭15進(jìn)入工件14的軸向進(jìn)給一致的速度軸向推動(dòng)發(fā)送器40和接收器42，可以測(cè)量工件14的壁與鉆孔12的壁之間的距離r，以確保鉆孔12正沿著指定路徑在工件14中延伸?；氐綀D1，如圖所示，由于鉆頭16屈曲的緣故，工件14的外周與鉆孔12的壁之間的距離r (L)可以沿著工件14的長(zhǎng)度而變化。
[0028]應(yīng)當(dāng)指出，本公開(kāi)內(nèi)容包括具有多個(gè)發(fā)送器40和/或接收器42的示例性實(shí)施方式。例如，圖2A中的軸向截面圖顯示了發(fā)送器^、叫和接收器42 P422，其由鄰近工件14設(shè)置的變換器組件74A的替換實(shí)施例所包括。在該實(shí)施例中，發(fā)送器4(^與發(fā)送器40 2間隔開(kāi)，接收器421與接收器42 2間隔開(kāi)。在圖2A的實(shí)施方式中，鉆孔12的位置可以以相對(duì)于軸線^的極坐標(biāo)r，Θ識(shí)別。在一實(shí)施例中，來(lái)自發(fā)送器40i的聲波信號(hào)大體上遵循路徑P1，來(lái)自發(fā)送器402的聲波信號(hào)大體上遵循路徑P 2。因?yàn)閷?shí)施方式存在鉆孔12的至少一部分可能偏離圖2A的位置的情況，例如與軸線Ax的距離不是r，以及與線L的角度不是Θ ;通過(guò)用間隔開(kāi)的發(fā)送器和接收器發(fā)送和監(jiān)測(cè)聲波信號(hào)，提供了識(shí)別鉆孔12的位置的一種可選方法。已知發(fā)送器接收器42 p422的相應(yīng)位置，就可以通過(guò)分析聲波信號(hào)確定鉆孔12的實(shí)時(shí)位置。三角測(cè)量是分析聲波信號(hào)以確定鉆孔12的位置的一個(gè)例子?；氐綀D2，如彎曲雙頭箭頭所示，變換器組件74可以沿著工件14的圓周往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣，可以相對(duì)于軸線Ax(圖2A)以不同的角度發(fā)送和接收聲波信號(hào)，以便識(shí)別鉆孔12的實(shí)時(shí)位置。
[0029]除由發(fā)送器40產(chǎn)生的聲波信號(hào)之外，還可以由發(fā)送器40產(chǎn)生從鉆頭頭部18反射的聲波信號(hào)。所反射的信號(hào)由接收器42記錄，所述所反射的信號(hào)與鉆頭頭部18在工件14內(nèi)的方位朝向相關(guān)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，接收器42(或多個(gè)接收器42)接收從鉆孔12的壁以及從鉆頭頭部18反射的信號(hào)。更具體地說(shuō)，現(xiàn)在參照?qǐng)D3，所顯示的示例性圖示80包括所測(cè)量的電壓V與鉆頭頭部18在工件14內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的曲線82。建立曲線82的例子包括:在鉆孔中放置鉆頭頭部18，用發(fā)送器40產(chǎn)生信號(hào)，用接收器42測(cè)量從鉆頭頭部18反射的信號(hào)，人工旋轉(zhuǎn)鉆頭16使得鉆頭頭部18在鉆孔12中處于一不同的方位角，以及重復(fù)發(fā)送和接收聲波信號(hào)的步驟。連續(xù)聲學(xué)測(cè)量之間的示例性旋轉(zhuǎn)角可以為旋轉(zhuǎn)大約I度。任選地，在使用鉆頭16而在工件14中主動(dòng)地鉆孔時(shí)，可以建立曲線82。為參考目的，鉆頭頭部18的橫截面位于沿著圖示80的不同位置上，以在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角時(shí)表現(xiàn)圖2的實(shí)施例中鉆頭頭部18的方位朝向。更具體地說(shuō)，當(dāng)在大約O度的旋轉(zhuǎn)角時(shí)，鉆頭頭部18在鉆孔12中定向，使得切削刃58處于最接近工件14的外周的位置處，當(dāng)鉆頭頭部18在大約214度旋轉(zhuǎn)角時(shí)，切削刃58在鉆孔12中處于遠(yuǎn)離工件14外周的位置處。在一實(shí)施例中，以鉆頭頭部18的軸線^作為標(biāo)準(zhǔn)X/Y曲線的原點(diǎn)，相對(duì)于接收器42在O度角(圖示80)的切削刃58將在X/Y曲線上以大約180度定向。仍然參照?qǐng)D3，曲線82具有獨(dú)特的外形，并且相對(duì)于鉆頭頭部18的旋轉(zhuǎn)角具有明顯不同的值。這樣，通過(guò)監(jiān)測(cè)鉆孔12內(nèi)鉆頭頭部18在離散時(shí)間期間發(fā)射的聲波信號(hào)，可以根據(jù)對(duì)曲線82的分析，推算鉆頭頭部18的方位朝向。
[0030]眾所周知，通過(guò)對(duì)鉆頭16施加軸向力，可以在徑向方向上重新定向旋轉(zhuǎn)鉆頭在工件14中的路徑。施加于鉆頭16的基部的軸向力可以導(dǎo)致鉆管20內(nèi)的翹曲或鉆頭16的其它部分內(nèi)的翹曲(buckling)，這轉(zhuǎn)而調(diào)整鉆頭20在工件14中的方向。鉆頭頭部18重新定向的路徑取決于在軸向脈沖傳送給鉆頭16時(shí)鉆頭頭部18的方位朝向。因而，通過(guò)當(dāng)鉆頭18在特定方位時(shí)有策略地對(duì)鉆頭16施加脈沖作用力，可以沿著所需路徑重新定向鉆頭16，使得鉆頭16可以形成偏離中心線最小的或沿著所要求的指定路徑的鉆孔12。應(yīng)當(dāng)相信，通過(guò)當(dāng)鉆頭頭部在特定方位定向時(shí)有策略地對(duì)鉆頭施以脈沖，確定如何使鉆頭在工件中轉(zhuǎn)向，這在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力之內(nèi)。有策略地施以脈沖的一個(gè)例子可以在美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)N0.2007/0172323中找到。此外，由于能夠在特定的、限定的時(shí)間和時(shí)間周期對(duì)鉆頭施以受到測(cè)控的、離散的作用力，所以在此所述的鉆頭的轉(zhuǎn)向或路徑調(diào)整以受控的方式進(jìn)行。受控的轉(zhuǎn)向或調(diào)整產(chǎn)生鉆頭路徑的預(yù)期結(jié)果。
[0031]圖4以側(cè)截面圖顯示了鉆頭16進(jìn)入工件14的一個(gè)任選的實(shí)施方式，其中，鉆套84安裝在工件14的端部上。在圖4的實(shí)施例中，鉆套84對(duì)鉆頭16提供了穩(wěn)定的、定向的力，以便保持鉆孔12在工件14中的指定路徑。進(jìn)一步在圖4的實(shí)施例中，切肩86顯示沿著鉆頭以及沿著溝槽部分軸向行進(jìn)，之后一旦行進(jìn)到鉆套84之外就從鉆頭16離開(kāi)。
[0032]如上所述，致動(dòng)器36可以由在激勵(lì)時(shí)可以軸向膨脹的壓電堆制成。軸向膨脹的致動(dòng)器36可以對(duì)鉆頭16提供脈動(dòng)作用力，用于沿著其指定路徑重新定向鉆頭。因此，可以完成從接收器42通過(guò)處理器44到致動(dòng)器36的控制反饋，所以在與鉆頭頭部18的指定方位一致的時(shí)候，向鉆頭16施加軸向脈動(dòng)作用力。
[0033]圖5提供了包括曲線90的圖示88，曲線90示出了工件中的鉆孔在相對(duì)于工件的長(zhǎng)度方向或軸向方向相垂直的方向或徑向方向上可能產(chǎn)生偏離的情況。在圖5的實(shí)施例中，偏差接近指數(shù)曲線，在軸向行進(jìn)1000毫米之后，從中心線偏離的最終偏差將近四又二分之一毫米。相反，曲線92示出了實(shí)施在此所述的系統(tǒng)和方法的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中，可以采取校正措施重新調(diào)整穿過(guò)工件的鉆頭路徑。在該實(shí)施例中，中心線偏差保持低于I毫米，在行進(jìn)1000毫米結(jié)束時(shí)，該中心線偏差大約為0.1毫米。這樣，通過(guò)實(shí)施在此所述的系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)降低中心線偏差的顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0034]現(xiàn)在參照?qǐng)D6，在一個(gè)非限制性的使用的實(shí)施例中，由發(fā)送器40產(chǎn)生聲波信號(hào)94，所述聲波信號(hào)94從鉆孔12的壁反射形成反射信號(hào)96。反射信號(hào)96由接收器42接收，用于推算鉆孔12的壁與工件14的外表面之間的距離r (L)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，距離r (L)是工件14的外表面與鉆孔12的壁