[發(fā)明專利]鐵路測(cè)量和隧道施工中導(dǎo)向系統(tǒng)的激光靶及其測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810242386.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108150154A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹動(dòng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南科天健光電技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): E21B47/02
• 分類號(hào): E21B47/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種鐵路測(cè)量和隧道施工中導(dǎo)向系統(tǒng)的激光靶及其測(cè)量裝置，所述激光靶包括通光窗口、分光鏡、第一棱鏡、成像系統(tǒng)、角度傳感器，測(cè)量裝置包括所述激光靶、第二棱鏡、全站儀、控制器。激光束穿過(guò)所述通光窗口直接傳輸至所述分光鏡上，一部分光被反射至所述第一棱鏡，一部分光透射到成像系統(tǒng)，且通過(guò)成像鏡頭后形成光斑，所述相機(jī)用于拍攝激光束于所述分光鏡上和所述成像鏡頭上形成的光斑以測(cè)量激光靶的位置和姿態(tài)。本發(fā)明通過(guò)分光鏡可以減小直接照射到成像鏡頭和相機(jī)上的激光的光強(qiáng)，從而減輕對(duì)相機(jī)的損傷；測(cè)量不受通視空間的限制，且測(cè)量精度優(yōu)于0.01°；設(shè)備集成度高，體積小，并可以大大地節(jié)約成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程建設(shè)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路測(cè)量和隧道施工中導(dǎo)向系統(tǒng)的激光靶及其測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

盾構(gòu)技術(shù)是在地面下暗挖隧洞的一種施工方法，具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、不受氣候影響的優(yōu)勢(shì)，并且開(kāi)挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響，在水下開(kāi)挖時(shí)不影響水面交通。一般地，地鐵施工及隧道施工中采用盾構(gòu)技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)合理。

目前，常用的測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)與位置的方法有：

1.人工測(cè)量法。在盾構(gòu)機(jī)軸線的正上方固定安裝前、后二個(gè)標(biāo)靶，輔助經(jīng)緯儀測(cè)量盾構(gòu)機(jī)軸線在大地坐標(biāo)系下的方位角，在盾構(gòu)機(jī)上固定安裝有坡度板，通過(guò)重力錘在坡度板上的位置測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的俯仰角和轉(zhuǎn)動(dòng)角，最后通過(guò)已安裝的管片數(shù)量確定盾構(gòu)機(jī)的位置。此方法存在的主要缺陷包括：位置測(cè)量、俯仰角和轉(zhuǎn)動(dòng)角測(cè)量的精度低；每次測(cè)量都必須人工讀取數(shù)據(jù)，測(cè)量效率低；對(duì)測(cè)量工程師要求高，工作強(qiáng)度高，對(duì)盾構(gòu)施工干擾大。

2.多棱鏡測(cè)量法。在盾構(gòu)機(jī)上安裝兩個(gè)或三個(gè)棱鏡，通過(guò)智能全站儀和角度傳感器對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行定位，但在實(shí)際施工由于受到通視條件的限制，特別是曲線掘進(jìn)時(shí)，需頻繁搬站測(cè)量，工作量大，棱鏡的安裝位置對(duì)測(cè)量精度的影響也比較大。且硬件集成度低，穩(wěn)定性較差。

3、電子激光靶測(cè)量法。通過(guò)測(cè)量前后靶上光斑的相對(duì)位置、固定安裝的棱鏡和角度傳感器來(lái)確定盾構(gòu)的方位和姿態(tài)角。這種測(cè)量方法原理簡(jiǎn)單，但是入射激光直接照射在相機(jī)鏡頭上容易造成鏡頭損傷，需頻繁更換鏡頭，測(cè)量成本高。

有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種集成度高、成本低的激光靶及其測(cè)量裝置，以精確測(cè)量待測(cè)物的位置，尤其是盾構(gòu)施工中面臨的可通視空間受限情況下的精確測(cè)量，是業(yè)內(nèi)人士亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，盾構(gòu)測(cè)量中存在的測(cè)量自動(dòng)化低、需要測(cè)量空間大、硬件集成度低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差和精度低問(wèn)題這一缺陷，本發(fā)明提供了一種隧道掘進(jìn)施工導(dǎo)向系統(tǒng)的激光靶及其測(cè)量裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種激光靶，設(shè)置于待測(cè)物上，用來(lái)測(cè)量所述待測(cè)物的位置，其中，所述激光靶具有箱體，所述箱體為長(zhǎng)方體，具有前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板、頂板和底板；所述四個(gè)側(cè)板位于頂板和底板之間，且垂直于所述箱體的橫軸或縱軸；所述前側(cè)板上具有通光窗口。

箱體內(nèi)包括分光鏡、第一棱鏡、成像系統(tǒng)、角度傳感器；分光鏡設(shè)置在所述通光窗口后方，所述分光鏡的中心與所述通光窗口中心的連線與所述箱體的縱軸平行；所述第一棱鏡的中心與所述分光鏡中心的連線與所述箱體的縱軸垂直；所述成像系統(tǒng)包括成像鏡頭和相機(jī)；所述前側(cè)板、所述分光鏡、所述成像系統(tǒng)沿所述箱體的縱軸依次排列；所述角度傳感器用來(lái)測(cè)量所述激光靶相對(duì)于水準(zhǔn)面的俯仰角和轉(zhuǎn)動(dòng)角；所述分光鏡、第一棱鏡、成像系統(tǒng)、角度傳感器均與所述箱體固定連接。角度傳感器的安裝位置只要不遮擋進(jìn)入成像系統(tǒng)的光線即可。

激光束穿過(guò)所述通光窗口以實(shí)現(xiàn)激光束透過(guò)所述前側(cè)板后，直接傳輸至所述分光鏡上，形成光斑，一部分光被反射至所述第一棱鏡，一部分光透射到成像系統(tǒng)，且通過(guò)成像鏡頭后形成光斑，所述相機(jī)用于拍攝激光束于所述分光鏡上和所述成像鏡頭上形成的光斑。

優(yōu)選地，所述第一棱鏡與所述成像系統(tǒng)的位置可互換。