[發明專利]基于線結構光的懸臂式掘進機截割頭高差自動檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201210312009.7
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102829727A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 田原;于向東;侯林;張夢奇;袁曉明;呼守信;鮑文亮;王德光;李仁杰;彭利明
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本發明屬于煤礦采掘裝備自動化、檢測測量的技術領域，具體涉及一種基于線結構光的懸臂式掘進機截割頭高差自動檢測裝置及方法。

背景技術

懸臂式掘進機不僅是煤礦巷道掘進施工的主要設備，而且經過技術改造后在鐵路隧道施工中也有廣闊的使用前景。

巷道掘進中，需要盡可能避免超采或欠采，不僅可以提高掘進效率，也減少了各種事故發生的概率。超采或欠采均由斷面輪廓控制和巷道走向控制誤差導致，因此，掘進機的位姿檢測和控制就成為確定巷道最終走向和斷面輪廓精度的關鍵因素之一。

目前，煤礦巷道的設計軸線由精確調整的激光指向儀指示，掘進機操作員通過目視斷面上的激光光斑控制掘進機截割頭在斷面上的截割位置，由于掘進過程中工作面粉塵較大，作業現場光線差，特別是在截割巷道底板時，操作員的視線要受掘進機機身的遮擋，使得截割部在巷道掘進過程中，其位置難于準確判斷，給掘進方向控制帶來很大困難，工人的勞動強度大、掘進速度緩慢、生產效率低、巷道超采欠采現象嚴重，掘進質量很大程度上取決于操作員的經驗和熟練程度。

基于上述現狀，掘進機自動化成為行業發展方向，而掘進機自動化的前提就是實現掘進方向的自動檢測，這方面已有發明專利如公開號為CN?101629807A，名稱為“掘進機機身位姿參數測量系統及其方法”的發明專利提出了一種掘進機機身位姿參數測量系統與方法，由線激光發射器、線激光發射器機架、激光標靶、可編程計算機控制器、A/D轉換模塊和兩個傾角傳感器組成。線激光發射器由激光指向儀和線激光器機架定位，發出扇形激光束，在掘進機機身上形成線形光斑。在任意時刻，由光敏元件組成的兩個激光標靶上分別有一個位置的光敏元件感應激光束并產生電流信號，其經過激光標靶內部電路和可編程計算機控制器處理計算，確定激光束在激光標靶上的位置，而激光標靶在掘進機上的安裝位置?已知，從而得到掘進機的偏向角和偏向位移。兩個傾角傳感器測量掘進機的?俯仰角和滾動角，從而完成掘進機機身位姿參數測量。

上述技術方案忽略了巷道掘進中很重要的高差測量，高差測量和控制對于巷道掘進的意義在于可以控制掘進機沿設計的巷道頂板或底板進行巷道掘進，從而保證巷道的頂板和底板不被破壞，否則有可能引發難以預料的后果。

發明內容

本發明為了解決現有掘進機測量技術忽略了巷道掘進中的高度測量，有可能造成巷道頂板底板破壞的問題，提供了一種基于線結構光的懸臂式掘進機截割頭高差自動檢測裝置及方法。

本發明采用如下的技術方案實現：

按照一般巷道掘進工藝要求，截割頭高差定義為截割頭末端中心與線結構光所在平面之間的距離。

基于線結構光的懸臂式掘進機截割頭高差自動檢測裝置，其特征在于：包括計算機、數據采集裝置、單軸傾角儀，一字線結構光激光器，光敏組件以及激光指向儀；單軸傾角儀安裝在掘進機懸臂上，其測量軸線與懸臂軸向一致；光敏組件由若干光敏單元線性排列而成，安裝在掘進機懸臂上，光敏單元線性排列的走向與掘進機懸臂軸向一致；一字線結構光激光器與激光指向儀的位置關系滿足一字線結構光激光器發出的光面即基準平面包含激光指向儀發出的指向光束。

具體來說：一字線結構光激光器與激光指向儀安裝在同一水平面上。

具體來說：一字線結構光激光器與激光指向儀通過連接件相連接，也可不進行物理連接，但應保證激光指向儀光束在線結構光形成的光面內。

計算機及數據采集裝置安裝在掘進機機身控制臺上。或者計算機及數據采集裝置替換為可編程邏輯控制器，安裝在掘進機電控箱內。

一種基于線結構光的懸臂式掘進機截割頭高差自動檢測方法，其步驟如下：

第一步，掘進機到達截割位置并進行斷面截割之前測量懸臂回轉中心相對基準面的高差，具體步驟為，

掘進機懸臂向上抬起，直到掘進機懸臂上安裝的光敏組件中某一光敏單元接收到一字線結構光激光器發出的激光信號，數據采集裝置采集此時光敏組件的輸出信號，光敏組件的輸出信號為一字線結構光激光器發出光束與光敏組件交點到懸臂回轉中心的距離????????????????????????????????????????????????，同時單軸傾角儀測得懸臂俯仰角，懸臂回轉中心與結構光平面之間的高差由下式(1)得出，

??????????????????????(1)，