凿岩台车用激光扫描测量系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及凿岩台车控制设备领域，特别涉及一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法，该系统包含：设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。本发明专利技术可在凿岩台车投入使用前进行标准化位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。

Laser scanning measurement system and method for drilling jumbo

【技术实现步骤摘要】
凿岩台车用激光扫描测量系统和方法
本专利技术涉及凿岩台车控制设备领域，特别涉及一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法。
技术介绍
凿岩台车在工作过程中，需要根据凿岩的实时情况来不断调整，因此需要对隧道进行扫描。现有技术中，主要是通过激光扫描器直接扫描得到，扫描结果会受到激光扫描器位置和姿态的制约而出现偏移或者翻转等情况，需要在后续过程中利用计算机重新修正并且拼接，效率比较低，而且对计算机的性能要求比较高。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法，避免后期扫描测量数据的处理，降低数据计算处理负荷和计算机性能的要求，大幅提高现场的施工效率。按照本专利技术所提供的设计方案，一种凿岩台车用激光扫描测量系统，包含：设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。作为本专利技术凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。作为本专利技术凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供多个固定点位。作为本专利技术凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供3个固定点位。进一步地，本专利技术还提供一种凿岩台车用激光扫描测量方法，基于上述的凿岩台车用激光扫描测量系统实现，该实现过程包含如下内容：校准激光扫描器，使其摆动轴与云台俯仰轴相互垂直、激光扫描器中的发射中心与云台转动中心重合；通过激光扫描器对标准球进行扫描获取标准球球心，并通过激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，获取固定点位绝对坐标；通过激光扫描器对工作空间内点进行扫描，并结合固定点位绝对坐标获取工作空间内点的绝对坐标。作为本专利技术凿岩台车用激光扫描测量方法，进一步地，每个标准球提供三个固定点位，使用激光扫描器对三个固定点位进行多姿态测量，通过固定点位约束获取用于确定固定点位绝对坐标的交换矩阵。本专利技术的有益效果：本专利技术能够在凿岩台车投入使用之前对其进行标准化的位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。附图说明：图1为实施例中激光扫描测量系统示意图。具体实施方式：下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本专利技术的实施方式，但本专利技术的实施方式并不限于此。现有凿岩台车作业中通过激光扫描器直接扫描，扫描结果会受到激光扫描器位置和姿态的制约而出现偏移或者翻转等情况，需要在后续过程中利用计算机重新修正并且拼接，效率比较低，而且对计算机的性能要求比较高。为此，本专利技术实施例中提供一种凿岩台车用激光扫描测量系统，参见图1所示，包含：设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。使用过程中，通过标准球绝对坐标来获取工作空间内点的绝对坐标，能够在凿岩台车投入使用之前对其进行标准化的位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。作为本专利技术实施例中的凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。作为本专利技术实施例中的凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供多个固定点位，例如3个固定点位，其具体数目可根据实际施工环境和计算精度要求来设置。进一步地，基于上述的凿岩台车用激光扫描测量系统实现，本专利技术实施例还提供一种凿岩台车用激光扫描测量方法，该实现过程包含如下内容：校准激光扫描器，使其摆动轴与云台俯仰轴相互垂直、激光扫描器中的发射中心与云台转动中心重合；通过激光扫描器对标准球进行扫描获取标准球球心，并通过激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，获取固定点位绝对坐标；通过激光扫描器对工作空间内点进行扫描，并结合固定点位绝对坐标获取工作空间内点的绝对坐标。作为本专利技术实施例中的凿岩台车用激光扫描测量方法，进一步地，每个标准球提供三个固定点位，使用激光扫描器对三个固定点位进行多姿态测量，通过固定点位约束获取用于确定固定点位绝对坐标的交换矩阵。结合标准球、云台、激光扫描器和主机，凿岩台车作业中姿态扫描测量的具体过程可描述如下：1)部署激光扫描测量系统，并且进行校准。通过校准使激光扫描器的摆动轴Zl与云台的俯仰轴Xr相互垂直，并且使激光发射器的发射中心Ol与云台的转动中心Or重合。2)使用激光扫描器对标准球进行扫描，由激光投影线求解标准球球心。激光扫描器的光平面法向量记为(m,n,l)，激光扫描器光平面与标准球相交得到的激光投影线为圆弧，激光投影线的圆心记为lOC、半径记为r，则通过圆弧拟合求解标准球球心lOS，C：cinle，S：sphere，l：laser，r：Rotator。具体方法可设计为：2.1圆弧拟合lOc，rlOc：对激光投影圆弧拟合的圆心坐标。2.2标准球球心坐标计算lOslOs：标定球球心坐标(m，n，l)：激光投影面的法线，(m,n,l)＝(001)t：球/圆弧半径差值在激光投影面法线上的投影比例,R为标准球的半径，±取决于lOC和lOS的相对位置。2.3标准球球心3)基于对固定标准球多位姿扫描的Laser/Rotator位姿校准：3.1使用激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，通过固定点位的约束，求解交换矩阵。即在2个已知位姿处扫描校准球，由扫描计算得到的球心坐标及2个已知位姿，求解交换矩阵的方法可设计为：其中：ri：Rotator第i个位姿处，li：Laser第i个位姿处。由此有3.2根据球心坐标计算获得的和已知位姿求解校准的Laser/Rotator/相对位姿4)基于对多个固定标准球多位姿扫描的Rotator/Drilljumb位姿具体方法可为：4.1、为云台设置零位{r0}。4.2、计算云台绕俯仰轴Xr偏转绝对角度θi时的ri：rotator第i个位姿处4.3、控制云台转动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，包含：/n设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；/n设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；/n及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，包含：
设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；
设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；
及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。


2.根据权利要求1所述的凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。


3.根据权利要求1所述的凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，所述每个标准球提供多个固定点位。


4.根据权利要求3所述的凿岩台车用激光扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：于鹏，邢泊，牛向军，黄燕，张肖盼，康家安，李荣鑫，梁世平，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41