一种远程投射式激光断面仪及其方法
技术领域
本发明属于工程建设辅助仪器领域,特别涉及一种远程投射式激光断面仪及其方法。
背景技术
目前,在隧道、巷道围岩开挖过程中钻爆设计的炮孔在掌子面上的定位以及初期支护时格栅钢架的定位,按目前人工方式进行上述工作定位不准确且不安全,容易出现事故,造成人身伤亡,同时效率很低,影响施工循环时间。
发明内容
本发明针对当前工程建设领域隧道、巷道围岩开挖以及初期支护时格栅钢架的定位不准确以及不安全的问题,提供了一种定位准确、使用安全的远程投射式激光断面仪及其方法。
为了实现以上技术效果,本发明提供以下技术方案:
一种远程投射式激光断面仪,所述远程投射式激光断面仪包括机箱、激光发射部分、振镜***及电源部分,且所述激光发射部分、振镜***及电源部分都设置在所述机箱内;
所述激光发射部分包括无线蓝牙模块、激光测距仪、控制泵浦激光器***、激光发射天线单元以及激光专用电源,并且所述激光测距仪与所述无线蓝牙模块连接;
所述振镜***包括X/Y振镜解码板、D/A转换板、X/Y振镜驱动板,且所述X/Y振镜解码板连接所述D/A转换板,所述D/A转换板连接所述X/Y振镜驱动板;
所述振镜***的X/Y振镜解码板与所述激光发射部分的无线蓝牙模块连接,并且所述振镜***与所述激光发射部分的激光发射天线单元连接;
所述电源部分包括DC/DC电源模块和开关电源模块,所述DC/DC电源模块分别与所述激光专用电源、无线蓝牙模块、激光测距仪、开关电源模块连接;
所述激光发射部分与所述振镜***通过所述无线蓝牙模块与计算机连接。
进一步地,所述机箱设置有箱盖、连接块、定位卡紧件、安装板、空心轴、契销;其中,所述箱盖连接所述连接块,所述连接块连接所述定位卡紧件,所述定位卡紧件通过组合螺母连接所述安装板,所述安装板连接所述空心轴,所述空心轴通过双头螺栓连接所述契销并通过契型胀销固定。
进一步地,所述组合螺母包括垫片、法兰螺母与细牙螺母,所述垫片连接所述安装板并通过所述法兰螺母固定,所述安装板与所述定位卡紧件通过所述细牙螺母固定。
进一步地,所述激光发射部分的控制泵浦激光器***包括泵浦激光器,并且所述泵浦激光器分别与所述激光专用电源、激光发射天线单元连接。
优选地,所述远程投射式激光断面仪的正后方安装有激光校准器,所述激光校准器与所述开关电源模块连接,并且所述激光校准器配置有遥控器。
本发明还提供了一种采用远程投射式激光断面仪确定断面的方法,包括以下步骤:
步骤一,计算机通过无线蓝牙模块向远程投射式激光断面仪发送指令,测量当前远程投射式激光断面仪与掌子面目标之间的准确距离d,将测到的距离参数d通过无线蓝牙模块反馈给计算机,计算机经过处理确定合适的扫描振镜的角度θ;
步骤二,根据步骤一中激光断面仪与掌子面目标之间的距离d与扫描振镜的角度θ确定所需图形,将所需图形在电脑中转换,并生成振镜***可辨析的扫描图形;
步骤三,将步骤二中生成的扫描图形通过无线蓝牙模块回馈给X/Y振镜解码板,控制泵浦激光器***,并经过D/A转换板、X/Y振镜驱动板、激光发射天线单元、振镜***单元处理;
步骤四,远程投射式激光断面仪根据步骤三处理后的扫描图形在掌子面上投射出激光轮廓带。
具体地,步骤一中扫描振镜的角度θ随着距离的变化而发生变化,以保持激光断面仪投射方向与事先设定方向一致,并且使振镜在不同距离下达到投射尺寸大小相同图形的目的,即投射图形的半径H=d tanθ,其中d为激光断面仪到断面的水平距离;θ为激光断面仪投射光束的张角。
通过本发明提供的远程投射式激光断面仪及方法能够达到以下有益效果:
1.本发明能够按照设计尺寸自动将新的工作面钻孔布置图投射至工作面上,能够在工作面不断向前延伸的基础上,接收自身投放的激光反射,自动分析数据后调整为标准断面图;
2.本发明使工作面钻孔工作人员能够按投射在隧道掌子面上的钻爆设计图,直接按光点位置进行钻孔作业,能够保证隧道(巷道)轮廓的精准和***方案的正确执行;
3.本发明能够投射指导拱架施工的光环,能够使作业人员准确的按设计安装拱架,节省了大量的测量定位时间,显著缩短循环作业时间。
附图说明
图1为本发明的工作原理图
图2为本发明的外部电源部分示意图
图3为本发明的激光校准部分示意图
图4为本发明中激光断面仪投射光束张角与距离之间关系的示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。应当注意,在此的实施例仅为本发明的部分实施例,而非本发明的全部实现方式,实施例只有示例性,其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式,而不是对本发明技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下,所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式,及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化,都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明所述远程投射式激光断面仪包括机箱、激光发射部分、振镜***及电源部分,且激光发射部分、振镜***及电源部分都设置在机箱内;激光发射部分包括无线蓝牙模块、激光测距仪、控制泵浦激光器***、激光发射天线单元以及激光专用电源;振镜***包括X/Y振镜解码板、D/A转换板、X/Y振镜驱动板;电源部分包括DC/DC电源模块和开关电源模块。
机箱设置有箱盖、连接块、定位卡紧件、安装板、空心轴、契销;其中,箱盖连接连接块,连接块连接定位卡紧件,定位卡紧件通过组合螺母连接安装板,安装板连接空心轴,空心轴通过双头螺栓连接契销并通过契型胀销固定。
组合螺母包括垫片、法兰螺母与细牙螺母,垫片连接安装板并通过法兰螺母固定,安装板与定位卡紧件通过细牙螺母固定。
如图1所示,本发明所述远程投射式激光断面仪各主要部分的连接方式如下:激光测距仪与无线蓝牙模块连接;X/Y振镜解码板连接D/A转换板,D/A转换板连接X/Y振镜驱动板;X/Y振镜解码板与无线蓝牙模块连接,振镜***与激光发射天线单元连接;DC/DC电源模块分别与激光专用电源、无线蓝牙模块、激光测距仪、开关电源模块连接。激光发射部分的控制泵浦激光器***包括泵浦激光器,并且泵浦激光器分别与激光专用电源、激光发射天线单元连接。
激光发射部分与振镜***通过无线蓝牙模块与笔记本电脑等连接。
远程投射式激光断面仪的正后方安装有激光校准器,激光校准器与开关电源模块连接,并且激光校准器配置有遥控器。
图3为本发明所述远程投射式激光断面仪的激光校准部分示意图,激光校准器是用于定位仪在重复安装时,确保定位仪的位置无安装偏差,安装时是位于定位仪的正后方;遥控器是用来控制激光校准器电源的开启与关闭。
实施例二
本发明还提供了一种采用远程投射式激光仪确定断面的方法,包括以下步骤:
1.首先在距隧道掌子面一定距离(根据围岩类别不同30-90m不等)的隧道顶板上钻设一约Φ52mm钻孔(深500mm),安装远程投射式激光断面仪的固定装置;
2.上一个工作循环(凿岩—***—出碴—通风)完成后,将远程投射式激光断面仪安置在固定装置上;
3.对上一循环的初期支护,在Ⅳ﹣Ⅵ围岩中,按设计需要立设拱架;安装远程投射式激光断面仪,工程师向远程投射式激光断面仪发出工作指令,远程投射式激光断面仪将钢拱架的外形轮廓投放在指定位置;
4.工人按照远程投射式激光断面仪投放出的激光轮廓带,迅速安装钢拱架;
5.工程师利用手提电脑向远程投射式激光断面仪发出工作指令,定位仪将本段隧道钻爆设计图投放至隧道掌子面上;
6.钻孔作业工人按投射在隧道掌子面上的钻爆设计图,直接按激光点位置进行钻孔作业,确保钻孔位置精准。
本发明所述方法中的图形制作方法:操作人员将所需的CAD等格式的图形在电脑中转换,并生成振镜***单元可辨析的扫描图形。
本发明所述方法中实现图形尺寸自动跟随的方法:首先,电脑通过无线蓝牙模块发送指令,测量当前定位仪与掌子面目标之间的准确距离,将测到的距离参数再通过无线蓝牙模块反馈给电脑,并将该数据进行处理确定合适的扫描振镜的角度;其次,根据激光断面仪与掌子面目标之间的距离与扫描振镜的角度确定所需图形,将所需图形在电脑中转换,并生成振镜***可辨析的扫描图形;然后,将所生成的扫描图形通过无线蓝牙回馈给X/Y振镜解码板,控制泵浦激光器***,经过D/A转换板、X/Y振镜驱动板、激光发射天线单元、振镜***单元的处理,将扫描图形在掌子面上投射出激光轮廓带。利用这种方法能够使振镜在不同距离下,达到投射大小尺寸相同图形的目的。
实施例三
在隧道开挖过程中,断面以N米/日的速度不断前进,前进的方向在设计过程中已经事先决定。由于激光断面仪悬挂于断面d米以外的隧道后方顶棚,为保持断面仪器投射方向与设计方向一致,并且投射到断面的几何图形不变,就要使激光断面仪扫描振镜的角度随着距离的变化发生变化。亦即投射图形的半径H=d tanθ,其中d为激光断面仪到断面的水平距离,θ为激光断面仪投射光束的张角。
如图4中,激光断面仪到断面的水平距离为d=60m,扫描振镜的角度为θ=9°,则所投射的断面图形半径H=60tan9°=10m。
对于激光投射出的图形的技术要求:30米允许变化+/-50毫米,精度:1/1000。
拆卸和挪动:
由于激光断面仪距离断面较近,***作业会对其产生伤害,因此需要在每次***前将其拆卸下来,但重新吊装需要对其进行校正。当断面移动到距激光断面仪大于距离K米(一般150米)后,仪器设备也要从隧道顶棚拆卸下来前移重新安装,也要在重新吊装时进行校正。校正的方法是在本断面仪后面30米处置另一激光器,发出两束平行的校准激光,对准激光断面仪的靶面进行校正。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。