CN110345931B - 一种激光指向凿岩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光指向凿岩装置，包括能够沿xyz三轴运动的定位部和钻头部，定位部包括若干激光测距装置和至少一个激光指示器，定位部能够根据若干激光测距装置的检测结果调整其在巷道中的位置，定位部能够利用激光指示器在巷道断面上作出标记；钻头部包括若干凿岩机，凿岩机能够根据标记钻出炮孔。本发明提出的一种激光指向凿岩装置，通过机械结构实现将模板上的标记投射到巷道断面上，不依赖电子设备，指向精准可靠，不受恶劣的工作环境影响，尤其适用于存在电磁干扰的有色金属矿巷道的工作环境中。

Description

一种激光指向凿岩装置
技术领域
本发明属于工程机电设备技术领域，进一步涉及有色金属金属矿采设备，具体涉及一种激光指向凿岩装置。
背景技术
目前，绝大部分的有色金属矿采用钻爆法采矿，凿岩台车是一种常用于隧道及地下工程采用钻爆法施工的凿岩设备，一般用于生产规模、作业空间断面大的作业地点。其原理是通过可视激光灯在巷道断面上标记出施工位置，然后利用凿岩设备对准这些标记钻出炮孔。一般这些炮孔的位置是考虑巷道断面的尺寸、矿物含量、矿物分布等众多因素后提前计算出来的，但是因为巷道内工作环境比较恶劣，不好找到一个标准的参照物供施工人员直接按照计算结果确定炮孔的位置；所以现在一般采用电子设备将计算好标记位置的模板按比例转换成巷道断面的尺寸，从而将标记位置也转换至巷道断面上。但是因为有色金属矿的特性，其会产生影响电子元器件工作的磁场，而如果完全采用带有电磁保护功能的有线连接各设备，又无法适用于地下错综复杂的各种巷道环境。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种激光指向凿岩装置，具体方案如下：
包括能够沿xyz三轴运动的定位部和钻头部，所述定位部包括若干激光测距装置和至少一个激光指示器，所述定位部能够根据所述若干激光测距装置的检测结果调整其在巷道中的位置，所述定位部能够利用所述激光指示器在巷道断面上作出标记；
所述钻头部包括若干凿岩机，所述凿岩机能够根据标记钻出炮孔。
进一步地，还包括能够沿巷道运动的车体，所述车体的顶面设有水平且沿车体行驶方向布置的主滑轨，所述定位部和所述钻头部均设于所述主滑轨上。
进一步地，所述定位部包括通过滑块设于所述主滑轨上的定位平台，所述定位平台上固定连接有水平的定位水平滑轨，所述定位水平滑轨与所述主滑轨在水平方向上垂直布置；所述定位水平滑轨上通过滑块连接有定位竖直滑轨，所述定位竖直滑轨上通过滑块连接有定位架，所述定位架对应所述车体两侧的侧面以及顶面上均设有所述激光测距装置；所述定位架上铰接有定位头组件，所述定位头组件上设有第一激光指示器。
进一步地，所述定位头组件通过第一万向球轴承连接于所述定位架对应车头方向的侧面的几何中心上。
进一步地，所述第一万向球轴承的底座固定连接于所述定位架正对所述车体正前方的侧面上，所述定位头组件包括定位筒，所述定位筒的一端通过第一连接杆连接于所述第一万向球轴承的滚珠上，所述第一连接杆的延长线穿过所述第一万向球轴承滚珠的球心，所述第一激光指示器设于所述定位筒的另一端。
进一步地，所述定位架上还铰接有模板组件，所述模板组件的正前方设置有竖直布置且能够调整高度的模板，所述模板组件能够根据所述模板的指示控制所述第一激光指示器在巷道断面上作出标记。
进一步地，所述模板组件通过第二万向球轴承铰接于所述定位架上，所述模板组件上设有第二激光指示器。
进一步地，所述第二万向球轴承位于所述第一万向球轴承的正下方，所述模板组件包括模板筒，所述模板筒的一端通过第二连接杆连接于所述第二万向球轴承的滚珠上，所述第二连接杆的轴向延长线穿过所述第二万向球轴承滚珠的球心，所述第二激光指示器设于所述模板筒的另一端。
进一步地，所述模板组件与所述定位头组件之间还设有同步组件，所述同步组件包括设于所述定位筒上的第三万向球轴承和设于所述模板筒上的同步杆，所述同步杆的末端连接于所述第三万向球轴承的滚珠上，所述同步杆末端的延长线穿过所述第三万向球轴承滚珠的球心。
进一步地，所述凿岩机安装于钻头平台上，所述钻头平台设于主滑轨上，所述钻头平台以及安装于所述钻头平台上的凿岩机均设于所述第一激光指示器的照射范围之外。
本发明提出的一种激光指向凿岩装置，通过机械结构实现将模板上的标记投射到巷道断面上，不依赖电子设备，指向精准可靠，不受恶劣的工作环境影响，尤其适用于存在电磁干扰的有色金属矿巷道的工作环境中。
附图说明
图1为本发明钻头部的工作状态示意图，
图2为本发明定位部的结构示意图Ⅰ(俯视方向)，
图3为本发明定位部的结构示意图Ⅱ(侧视方向)，
图4为本发明定位头组件和模板组件与所述定位架的连接结构示意图，
图5为本发明定位头组件、模板组件和同步组件的结构放大图，
图6为本发明第一激光指示器和第二激光指示器的工作状态示意图。
附图序号及名称：1、激光测距装置，2、激光指示器，3、巷道断面，4、凿岩机，5、车体，6、主滑轨，7、定位平台，8、定位水平滑轨，9、定位竖直滑轨，10、定位架，11、定位头组件，1101、定位筒，1102、第一连接杆，12、第一激光指示器，13、第一万向球轴承，14、模板组件，1401、模板筒，1402、第二连接杆，15、模板，16、第二万向球轴承，17、第二激光指示器，18、同步组件，1801、第三万向球轴承，1802、同步杆，19、钻头平台。
具体实施方式
为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
需要说明的是，在本申请中类似于“水平”、“竖直”、“上”、“下”、“外”等指示方位或者位置关系，仅是为了便于更加简便清楚地描述本申请技术方案，并不是具体限定相关结构必须具有这些特定的位置关系，不能以此作为本发明的限制。
如图1所示，本实施例公开的一种激光指向凿岩装置，包括能够沿巷道运动的车体5，车体5的顶面设有水平且沿车体5行驶方向布置的主滑轨6，主滑轨6上设有定位部和钻头部，定位部包括若干激光测距装置1和至少一个激光指示器2，定位部能够根据若干激光测距装置1的检测结果调整其在巷道中的位置，定位部能够利用激光指示器2在巷道断面3上作出标记；钻头部包括若干凿岩机4，凿岩机4安装于钻头平台19上，钻头平台19设于主滑轨6上，凿岩机4能够根据标记钻出炮孔，现有的凿岩机机械臂实现钻头在y轴(垂直于巷道的方向)和z轴(竖直方向)上的运动。
整个装置可以根据工作需求沿巷道转移位置，同时在车体到达工作位置限位后，可以通过主滑轨对定位部和钻头部的位置进行微调，以适应不同的工作姿态。主滑轨实现定位部和钻头部在x轴(沿巷道的方向)上的运动。
结合图2至图5，定位部包括通过滑块设于主滑轨6上的定位平台7，定位平台7上固定连接有水平的定位水平滑轨8，定位水平滑轨8与主滑轨6在水平方向上垂直布置；定位水平滑轨8上通过滑块连接有定位竖直滑轨9，定位竖直滑轨9上通过滑块连接有定位架10，定位架10对应车体5两侧的侧面以及顶面上均设有激光测距装置1；定位架10上铰接有定位头组件11，定位头组件11上设有第一激光指示器12。定位水平滑轨和定位竖直滑轨实现定位部在y轴(垂直于巷道的方向)和z轴(竖直方向)上的运动。
定位头组件11通过第一万向球轴承13连接于定位架10对应车头方向的侧面的几何中心上。第一万向球轴承13的底座固定连接于定位架10正对车体5正前方的侧面上，定位头组件11包括定位筒1101，定位筒1101的一端通过第一连接杆1102连接于第一万向球轴承13的滚珠上，第一连接杆1102的延长线穿过第一万向球轴承13滚珠的球心，第一激光指示器12设于定位筒1101的另一端。
定位架10上还铰接有模板组件14，模板组件14的正前方设置有竖直布置且能够调整高度的模板15，模板组件14能够根据模板15的指示控制第一激光指示器12在巷道断面3上作出标记。
模板组件14通过第二万向球轴承16铰接于定位架10上，模板组件14上设有第二激光指示器17。第二万向球轴承16位于第一万向球轴承13的正下方，模板组件14包括模板筒1401，模板筒1401的一端通过第二连接杆1402连接于第二万向球轴承16的滚珠上，第二连接杆1402的轴向延长线穿过第二万向球轴承16滚珠的球心，第二激光指示器17设于模板筒1401的另一端。
上述结构使得第一激光指示器和第二激光指示器能够分别绕第一万向球轴承和第二万向球轴承在空间内转动，第一激光指示器和第二激光指示器的极限运动位置构成一个圆锥。
模板组件14与定位头组件11之间还设有同步组件18，同步组件18包括设于定位筒1101上的第三万向球轴承1801和设于模板筒1401上的同步杆1802，同步杆1802的末端连接于第三万向球轴承1801的滚珠上，同步杆1802末端的延长线穿过第三万向球轴承1801滚珠的球心。(因为实际应用中定位筒和模板筒在空间内的活动范围有限，所以为了简化结构便于推广，同步杆的一端固定连接于模板筒上，同步杆的另一端固定连接一个与定位筒配合的套环，使得定位筒可以在一定范围内随着模板筒同步转动)同步组件使得第一激光指示器和第二激光指示器的转动动作一致，使第一激光指示器和第二激光指示器的极限运动位置构成圆锥的圆锥角相等。
需要说明的是，钻头平台19以及安装于钻头平台19上的凿岩机4均设于第一激光指示器12的照射范围之外。因为第一激光指示器的指示光路是倾斜布置的，设于第一激光指示器照射范围之外的凿岩机不仅在待机状态下不会影响到标记投射在巷道断面上，在工作状态下也不会影响到标记投射在巷道断面上，保证钻孔的顺利进行。
本方案的工作过程如下：
1、相关工作人员实现根据巷道断面的尺寸、矿物含量、矿物分布等众多因素提前计算出炮孔的位置，并将其制作成带有若干标记的图纸，将该图纸贴在模板正对车尾的侧面上；
2、参照图6，因为定位筒和模板筒与水平的夹角相同，所以a:b＝(a+c)：d，根据巷道断面的直径(d)、图纸长度(b)以及图纸与定位架的距离(a)可以计算出c的长度，最终a+c即为定位架与巷道断面的间距，根据计算结果控制定位部在主滑轨上移动至指定位置；
3、通过定位水平滑轨和定位竖直滑轨移动定位架的位置，使定位架两侧以及顶面上的激光测距装置的读数均相等，此时表明定位架位于巷道的中心轴上，即第一万向球轴承和定位筒的一端位于巷道的中心轴上；
4、调整模板的高度，使模板圆心与第二万向球轴承的连线与巷道的中心轴平行；
5、打开第二激光指示器，工作人员转动模板筒，使第二激光指示器的指示点指向模板上任意一个标记；
6、打开第一激光指示器，第一激光指示器此时的指示点即表示模板上该标记转换至巷道断面上的位置，步骤6和步骤5可以同时进行；
7、利用凿岩机对准第一激光指示器的指示点钻出炮孔；
8、重复步骤5-7，直至全部炮孔钻设完毕。
工作综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (2)

1.一种激光指向凿岩装置，其特征在于：包括能够沿xyz三轴运动的定位部和钻头部，所述定位部包括若干激光测距装置(1)和至少一个激光指示器(2)，所述定位部能够根据所述若干激光测距装置(1)的检测结果调整其在巷道中的位置，所述定位部能够利用所述激光指示器(2)在巷道断面(3)上作出标记；
所述钻头部包括若干凿岩机(4)，所述凿岩机(4)能够根据标记钻出炮孔；
还包括能够沿巷道运动的车体(5)，所述车体(5)的顶面设有水平且沿车体(5)行驶方向布置的主滑轨(6)，所述定位部和所述钻头部均设于所述主滑轨(6)上；
所述定位部包括通过滑块设于所述主滑轨(6)上的定位平台(7)，所述定位平台(7)上固定连接有水平的定位水平滑轨(8)，所述定位水平滑轨(8)与所述主滑轨(6)在水平方向上垂直布置；所述定位水平滑轨(8)上通过滑块连接有定位竖直滑轨(9)，所述定位竖直滑轨(9)上通过滑块连接有定位架(10)，所述定位架(10)对应所述车体(5)两侧的侧面以及顶面上均设有所述激光测距装置(1)；所述定位架(10)上铰接有定位头组件(11)，所述定位头组件(11)上设有第一激光指示器(12)；
所述定位头组件(11)通过第一万向球轴承(13)连接于所述定位架(10)对应车头方向的侧面的几何中心上；
所述第一万向球轴承(13)的底座固定连接于所述定位架(10)正对所述车体(5)正前方的侧面上，所述定位头组件(11)包括定位筒(1101)，所述定位筒(1101)的一端通过第一连接杆(1102)连接于所述第一万向球轴承(13)的滚珠上，所述第一连接杆(1102)的延长线穿过所述第一万向球轴承(13)滚珠的球心，所述第一激光指示器(12)设于所述定位筒(1101)的另一端；
所述定位架(10)上还铰接有模板组件(14)，所述模板组件(14)的正前方设置有竖直布置且能够调整高度的模板(15)，所述模板组件(14)能够根据所述模板(15)的指示控制所述第一激光指示器(12)在巷道断面(3)上作出标记；
所述模板组件(14)通过第二万向球轴承(16)铰接于所述定位架(10)上，所述模板组件(14)上设有第二激光指示器(17)；
所述第二万向球轴承(16)位于所述第一万向球轴承(13)的正下方，所述模板组件(14)包括模板筒(1401)，所述模板筒(1401)的一端通过第二连接杆(1402)连接于所述第二万向球轴承(16)的滚珠上，所述第二连接杆(1402)的轴向延长线穿过所述第二万向球轴承(16)滚珠的球心，所述第二激光指示器(17)设于所述模板筒(1401)的另一端；
所述模板组件(14)与所述定位头组件(11)之间还设有同步组件(18)，所述同步组件(18)包括设于所述定位筒(1101)上的第三万向球轴承(1801)和设于所述模板筒(1401)上的同步杆(1802)，所述同步杆(1802)的末端连接于所述第三万向球轴承(1801)的滚珠上，所述同步杆(1802)末端的延长线穿过所述第三万向球轴承(1801)滚珠的球心。
2.根据权利要求1所述的一种激光指向凿岩装置，其特征在于：所述凿岩机(4)安装于钻头平台(19)上，所述钻头平台(19)设于主滑轨(6)上，所述钻头平台(19)以及安装于所述钻头平台(19)上的凿岩机(4)均设于所述第一激光指示器(12)的照射范围之外。
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