[發(fā)明專利]一種基于三維掃描和3D打印的地下空洞窺視裝置及方法

有效

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• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105698757B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉飛;倪曉燕;馬占國;龔鵬;劉發(fā)明;陳征征;王芳
• 申請（專利權(quán)）人: 宿州學(xué)院
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06
• 代理公司: 北京雙收知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11241
• 代理人: 王菊珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地下空洞窺視技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維掃描和3D打印的地下空洞窺視裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，地下資源開采和地下空間開發(fā)利用的重要性日益凸顯，人為巖土活動或者天然地質(zhì)運(yùn)動在地表下面產(chǎn)生了一系列的空洞，地下空洞的存在使得地下資源的安全開采、地下空間的開發(fā)利用面臨著嚴(yán)重的安全問題。隨著地下巖土工程向深部進(jìn)行，地下空洞在強(qiáng)大的地壓下，容易發(fā)生地表坍塌、頂板冒落、巖層移動、沖擊礦壓等重大事故，地下空洞已經(jīng)成為制約地下工程發(fā)展的一個重要難題。

現(xiàn)階段，我國對于地下空洞治理采取全部垮落法、充填法、支撐法等。由于地下空洞隱伏性強(qiáng)、分布范圍隨機(jī)性強(qiáng)、空間形態(tài)特征難以預(yù)測等特點，對地下空洞的量化評判，一直是困擾地下工程技術(shù)人員采取合理確定地下空洞治理方法的關(guān)鍵問題，而要想做到對地下空洞的量化評判，則需要準(zhǔn)確地獲得空洞的全方位信息，比如其存在范圍、空間形態(tài)特點等。目前對空洞信息的獲得，主要是通過鉆孔進(jìn)行窺視，通過桿體將光電控頭直接伸入鉆孔中，這種窺視技術(shù)不能全方位地獲得空洞信息。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于三維掃描和3D打印的地下空洞窺視裝置及方法，可解決傳統(tǒng)窺視裝置不能全方位獲取空洞信息的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于三維掃描和3D打印的地下空洞窺視裝置，包括三維探頭和連接桿，還包括3D數(shù)據(jù)采集儀、3D打印裝備及支撐架，所述三維探頭設(shè)置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一上，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一固定在連接桿的一端，連接桿的另一端通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)二與支撐架固定連接，所述三維探頭通過數(shù)據(jù)線與3D數(shù)據(jù)采集儀電連接，3D數(shù)據(jù)采集儀與3D打印裝備電連接。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)二包括帶有齒條的橫梁、兩根立柱、電機(jī)推桿及安裝平臺，所述立柱上設(shè)有橫向貫穿立柱的豎槽，橫梁的兩端分別穿過兩個豎槽延伸到兩根立柱的外側(cè)，橫梁的兩端與兩個豎向設(shè)置的電機(jī)推桿的桿頭固定連接，橫梁上設(shè)有調(diào)移結(jié)構(gòu)，所述調(diào)移結(jié)構(gòu)的外部設(shè)置有電動旋轉(zhuǎn)平臺，所述連接桿與三維探頭相反的一端與電動旋轉(zhuǎn)平臺的臺面固定連接，兩根立柱的下端和兩根電機(jī)推桿的基座均固定設(shè)置在安裝平臺上，所述安裝平臺固定在支撐架的上方。

進(jìn)一步的，所述調(diào)移結(jié)構(gòu)包括外筒，外筒的一端部設(shè)有與其滑動配合的內(nèi)筒，內(nèi)筒套裝在橫梁外部且與其在橫向上滑動配合，內(nèi)筒中部對應(yīng)橫梁上的齒條的位置設(shè)置有與齒條嚙合的卡齒，所述卡齒可由電機(jī)驅(qū)動，外筒另一端部內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒圈，內(nèi)筒設(shè)有與內(nèi)齒圈嚙合的齒輪，所述齒輪可由電機(jī)驅(qū)動，外筒通過固定設(shè)置在其外部的電動旋轉(zhuǎn)平臺與連接桿固定連接。

進(jìn)一步的，所述三維探頭為三維白光探頭，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一為陀螺儀，所述陀螺儀由單片機(jī)控制實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述連接桿與三維探頭相反的一端還設(shè)有位移傳感器。

進(jìn)一步的，所述3D數(shù)據(jù)采集儀和3D打印裝備設(shè)置在防爆箱中。

進(jìn)一步的，所述連接桿包括多根桿體，桿體之間通過快速接頭固定連接。

進(jìn)一步的，還包括與三維探頭電連接的掃描影像顯示及儲存裝置。

進(jìn)一步的，所述連接桿在靠近三維探頭的位置設(shè)置保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述保護(hù)結(jié)構(gòu)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由三塊相同的呈弧形的高強(qiáng)度磁鐵構(gòu)成。

由上可知，本發(fā)明能實現(xiàn)三維全方位地對地下空洞的位置、圍巖破碎情況進(jìn)行探測，且可將實際空洞的分布范圍、空間形態(tài)特點等通過3D打印技術(shù)快速重現(xiàn)，可為空洞的有效治理提供保障；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、方便拆卸和組裝、操作方便，可以三維全方位探測地下空洞的位置、圍巖破碎情況，并可將實際空洞的分布范圍、空間形態(tài)特點通過三維打印快速重現(xiàn)，其對現(xiàn)階段地下工程合理確定地下空洞治理方法有重要的實用價值；旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一可保證三維探頭在空洞內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)二可以保證連接桿在三維空間內(nèi)實現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以保證該裝置具有較強(qiáng)的通用性。

一種基于三維掃描和3D打印的地下空洞窺視方法，包括以下步驟，

步驟一：用地質(zhì)雷達(dá)探測地下空洞的大概位置；

步驟二：用鉆機(jī)鉆至相應(yīng)位置；

步驟三：在三維探頭安裝上鏡頭保護(hù)裝置、在連接桿上安裝好孔洞位置調(diào)節(jié)裝置，將三維探頭與旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一、連接桿、旋轉(zhuǎn)裝置、支撐架依次連接，將三維探頭送至地下空洞的位置，通過位移傳感器直接讀出地下空洞與參照物的距離，從而確定地下空洞的具體位置。

步驟四：控制旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一實現(xiàn)三維探頭在三維全空間360度的掃描，掃描的影像通過掃描影像顯示及儲存裝置來實現(xiàn)掃描影像的展示和儲存；