[發(fā)明專利]一種激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610021031.4
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105509720A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉建麗
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 張福增

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定向定位系統(tǒng)，具體是一種適用于巷道掘進(jìn)時的激光全斷面掘進(jìn)定向定位系 統(tǒng)。

背景技術(shù)

巷道掘進(jìn)施工過程中，為使巷道走向按照設(shè)計的要求參數(shù)前進(jìn)，傳統(tǒng)的方法是采用單點 式激光指向儀，發(fā)出一束激光在掘進(jìn)巷道最前端的斷面中部形成一個光斑，以此為參照，作 業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行掘進(jìn)，巷道成型后用卷尺進(jìn)行測量，然后進(jìn)行二次修正掘進(jìn)，這種方法 不僅巷道成型質(zhì)量差、可靠性差，而且費工費時，已經(jīng)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化和快速掘進(jìn)的要求。

隨著技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外研究人員提出將激光接收器安裝在掘進(jìn)機(jī)上，通過控制掘進(jìn)機(jī) 截割頭的方向，進(jìn)行定向挖掘，這種方法由于掘進(jìn)機(jī)的傾斜、跑偏、巷道情況復(fù)雜等原因， 機(jī)身上的激光接收器很難接收到進(jìn)行導(dǎo)向的激光束，且該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難、實用性 差。因此急需發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)的全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)，為巷道掘進(jìn)作業(yè)人 員提供精確的指示和基準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)， 其結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、抗干擾性強(qiáng)，能夠在掘進(jìn)巷道最前面的斷面上形成一個完整的斷 面設(shè)計輪廓，為標(biāo)準(zhǔn)化和快速掘進(jìn)提供有力保障。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案：

一種激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)，其特征在于，包括全固態(tài)激光系統(tǒng)、激光分束系統(tǒng)、 兩個第一激光整形系統(tǒng)、第二激光整形系統(tǒng)、UPS電源、防爆開關(guān)、防爆電纜、光纖、光纖 耦合器；所述的UPS電源和全固態(tài)激光系統(tǒng)之間用防爆電纜連接并設(shè)有防爆開關(guān)；所述的全 固態(tài)激光系統(tǒng)輸出一束激光通過光纖輸入激光分束系統(tǒng)，激光分束系統(tǒng)輸出三束激光并通過 三條光纖分別輸入到兩個第一激光整形系統(tǒng)和一個第二激光整形系統(tǒng)；光纖與各系統(tǒng)連接處 均采用光纖耦合器耦合；

所述的第一激光整形系統(tǒng)包括第一平凸透鏡、第二平凸透鏡、第一平凹柱面透鏡、第一 可更換式狹縫片，所述的第一平凸透鏡一端與第一調(diào)節(jié)導(dǎo)軌連接、另一端與第一調(diào)節(jié)旋鈕連 接，所述的第二平凸透鏡、第一平凹柱面透鏡采用第一固定柱豎直固定在第一激光整形系統(tǒng) 內(nèi)壁上，第一可更換式狹縫片采用第一螺栓固定于第一激光整形系統(tǒng)最前端；

所述的第一平凸透鏡、第二平凸透鏡的初始距離為兩透鏡的焦距之和，所述的第一平凸 透鏡、第二平凸透鏡將光斑直徑為500μm的綠光激光束轉(zhuǎn)換為光斑直徑為2cm的綠光激光束， 第一平凹柱面透鏡將光斑直徑為2cm的綠光激光束小角度定向發(fā)散，通過移動第一平凸透鏡 的位置可以改變發(fā)散角，配合第一可更換式狹縫片，將發(fā)散的綠光激光束整形成一條豎直線 光源，在掘進(jìn)巷道最前面的斷面上形成一個豎直激光輪廓。

所述的第二激光整形系統(tǒng)包括第三平凸透鏡、第四平凸透鏡、第二平凹柱面透鏡組合、 第二可更換式狹縫片，所述的第三平凸透鏡一端與第二調(diào)節(jié)導(dǎo)軌連接、另一端與第二調(diào)節(jié)旋 鈕連接，所述的第四平凸透鏡、第二平凹柱面透鏡組合采用第二固定柱豎直固定在第二激光 整形系統(tǒng)內(nèi)壁上，第二可更換式狹縫片采用第二螺栓固定于第二激光整形系統(tǒng)最前端；

所述的第三平凸透鏡、第四平凸透鏡的初始距離為兩透鏡的焦距之和，所述的第三凸透 鏡、第四平凸透鏡將光斑直徑為500μm的綠光激光束轉(zhuǎn)換為光斑直徑為2cm的綠光激光束， 第二平凹柱面透鏡組合將光斑直徑為2cm的綠光激光束小角度定向發(fā)散，通過移動第三平凸 透鏡的位置可以改變發(fā)散角，配合第二可更換式狹縫片，將發(fā)散的綠光激光束整形成一條圓 弧形線光源，在掘進(jìn)巷道最前面的斷面上形成一個圓弧形激光輪廓。

所述的第二平凹柱面透鏡組合，由至少四片平凹柱面透鏡組成，四片平凹柱面透鏡的幾 何中心在一條弧線上，配合第二可更換式狹縫片將發(fā)散的激光束整形成一條圓弧形線光源。

兩條豎直線光源和一條圓弧形線光源在掘進(jìn)巷道最前面的斷面上形成一個完整的斷面設(shè) 計輪廓，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)可以根據(jù)斷面輪廓光源快速定向定位截割掘進(jìn)。

所述的全固態(tài)激光系統(tǒng)、激光分束系統(tǒng)、UPS電源、防爆開關(guān)、防爆電纜布置于掘進(jìn)巷 道避難硐室中；

所述的兩個第一激光整形系統(tǒng)和第二激光整形系統(tǒng)布置于距離掘進(jìn)巷道最前端30～100m 的范圍內(nèi)，并用固定桿固定在巷道壁上，即在巷道斷面左右兩側(cè)的壁上各布置一個第一激光 整形系統(tǒng)，在巷道頂部布置第二激光整形系統(tǒng)。