一種激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(shí)的激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]巷道掘進(jìn)施工過程中，為使巷道走向按照設(shè)計(jì)的要求參數(shù)前進(jìn)，傳統(tǒng)的方法是采用單點(diǎn)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(gè)光斑，以此為參照，作業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(fèi)工費(fèi)時(shí)，已經(jīng)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化和快速掘進(jìn)的要求。
[0003]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(shí)用性差。因此急需發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)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】

[0004]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(gè)完整的斷面設(shè)計(jì)輪廓，為標(biāo)準(zhǔn)化和快速掘進(jìn)提供有力保障。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案:
[0006]—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(gè)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(gè)第一激光整形系統(tǒng)和一個(gè)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；
[0007]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；
[0008]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500μπι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(dòng)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(gè)豎直激光輪廓。
[0009]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；
[0010]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500μπι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(dòng)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(gè)圓弧形激光輪廓。
[0011]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。
[0012]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(gè)完整的斷面設(shè)計(jì)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)。
[0013]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；
[0014]所述的兩個(gè)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?10m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(gè)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)。
[0015]進(jìn)一步，所述的全固態(tài)激光系統(tǒng)是全固態(tài)綠光激光系統(tǒng)。所述的全固態(tài)綠光激光系統(tǒng)，包括栗浦源、綠光光纖激光器、光纖放大器，三者依次用光纖連接。
[0016]所述所述的全固態(tài)激光系統(tǒng)、激光分束系統(tǒng)、第一激光整形系統(tǒng)和第二激光整形系統(tǒng)分別做防爆防水處理。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)，能夠在掘進(jìn)巷道最前面的斷面上形成一個(gè)完整的斷面設(shè)計(jì)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，避免了由于掘進(jìn)機(jī)司機(jī)經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的二次修正作業(yè)，為掘進(jìn)巷道的精確截割提供了基準(zhǔn)依據(jù)，保證了掘進(jìn)作業(yè)的順利進(jìn)行。
[0018]全固態(tài)激光系統(tǒng)、激光分束系統(tǒng)、激光整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、抗干擾性強(qiáng)，采用光纖和光纖耦合器傳輸激光，保證了遠(yuǎn)距離傳輸激光信號(hào)的穩(wěn)定可靠性，隨著巷道距離的延長，移動(dòng)兩個(gè)第一激光整形系統(tǒng)和第二激光整形系統(tǒng)即可。兩個(gè)第一激光整形系統(tǒng)和第二激光整形系統(tǒng)可以根據(jù)掘進(jìn)工作面的實(shí)際情況布置于距離掘進(jìn)巷道最前端30?10m的范圍內(nèi)均可，通過調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整第一平凸透鏡在第一調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整第三平凸透鏡在第二調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上移動(dòng)，可以調(diào)整激光的發(fā)散角，以實(shí)現(xiàn)在巷道斷面形成一個(gè)完整的清晰高亮的激光拱形輪廓。本發(fā)明優(yōu)選全固態(tài)綠光激光系統(tǒng)，綠光激光穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)、辨識(shí)率高，即使線光源激光束被部分障礙物遮擋，作業(yè)人員也可以依據(jù)輪廓其他部分定向定位截割，實(shí)用性和可操作性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中激光整形系統(tǒng)5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明中第一平凹柱面透鏡5-3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中激光整形系統(tǒng)5’的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明中第二平凹柱面透鏡組合5-3’的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明中激光整形系統(tǒng)在拱形巷道斷面的布置示意圖；
[0025]圖中:1、UPS電源，2、防爆開關(guān)，3、全固態(tài)激光系統(tǒng)，4、激光分束系統(tǒng)，5、第一激光整形系統(tǒng)，5 ’、第二激光整形系統(tǒng)，6、防爆電纜，7、光纖，8、栗浦源，9、光纖激光器，1、光纖放大器，11、光纖分束器，12、光纖親合器，13、固定桿；
[0026]5-1、第一平凸透鏡，5-2、第二平凸透鏡，5-3、第一平凹柱面透鏡，5-4、第一可更換式狹縫片，5-5、豎直狹縫，5-6、第一調(diào)節(jié)旋鈕，5-7、第一調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，5-8、第一固定柱，5_9、第一螺栓，5-10、光束直徑為500μπι的綠光激光束，5-11、光束直徑為2cm的綠光激光束，5_12、發(fā)散激光束，5-13、豎直線光源，5-14、豎直激光輪廓；
[0027]5-丨’、第三平凸透鏡，5-2’、第四平凸透鏡，5-3’、第二平凹柱面透鏡組合，5-4’、第二可更換式狹縫片，5-5 ’、圓弧形狹縫，5-6 ’、第二調(diào)節(jié)旋鈕，5-7 ’、第二調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，5-8 ’、第二固定柱，5-9’、第二螺栓，5-10’、光束直徑為500μπι的綠光激光束，5_11’、光束直徑為2cm的綠光激光束，5-12’、發(fā)散激光束，5-13’、圓弧形線光源，5-14’、圓弧形激光輪廓。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]圖1所示的一種綠光激光全斷面掘進(jìn)定向定位系統(tǒng)，包括:全固態(tài)綠光激光系統(tǒng)3、激光分束系統(tǒng)4、兩個(gè)第一激光整形系統(tǒng)5、第二激光整形系統(tǒng)5’、UPS電源1、防爆開關(guān)2、防爆電纜6、光纖7、光纖耦合器12;所述的UPS電源I和全固態(tài)激光系統(tǒng)3之間用防爆電纜6連接并設(shè)有防爆開關(guān)2;所述的全固態(tài)綠光激光系統(tǒng)3輸出一束綠光激光通過光纖7輸入激光分束系統(tǒng)4，激光分束系統(tǒng)4輸出三束激光并通過三條光纖