一种竖井掘进机位姿测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种竖井掘进机位姿测量系统及方法，系统包括安装在井口的钢丝收放装置、与所述钢丝收放装置连接的重锤、安装在所述重锤上的激光器、安装在竖井掘进机上的激光靶和倾角仪，以及工业计算机；所述工业计算机分别与激光靶和倾角仪相连；所述激光靶接收激光器发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。本发明专利技术能够在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成竖井掘进机的姿态进行测量。竖井掘进机的姿态进行测量。竖井掘进机的姿态进行测量。

【技术实现步骤摘要】
一种竖井掘进机位姿测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及竖井掘进机位姿测量
，特别是涉及一种竖井掘进机位姿测量系统及方法。

技术介绍

[0002]竖井掘进机的成井质量很大程度上取决于掘进过程中的姿态监测以及偏斜控制，传统的竖井定向依靠传统的吊线和激光投点方式，常规吊线方式一般通过人工完成，自动化程度极低，同时标高测量操作复杂。传统激光投点方式从井口安装激光一般只适用于竖井较浅，井内灰尘较小的场景。如何在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成掘进机自动位姿测量是自动化竖井施工的核心问题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种竖井掘进机位姿测量系统及方法，能够在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成竖井掘进机的姿态进行测量。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种竖井掘进机位姿测量系统，包括安装在井口的钢丝收放装置、与所述钢丝收放装置连接的重锤、安装在所述重锤上的激光器、安装在竖井掘进机上的激光靶和倾角仪，以及工业计算机；所述工业计算机分别与激光靶和倾角仪相连；
[0005]所述激光靶接收激光器发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。
[0006]所述激光靶设置有与工业计算机相连的工业相机，所述工业相机用于识别激光器在激光靶上形成的光斑的位置
[0007]所述钢丝收放装置通过钢丝和重锤连接r/>[0008]所述钢丝收放装置的数量为两个
[0009]所述倾角仪为双轴倾角仪。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，包括：
[0011]步骤(1)：在竖井掘进机施工掘进前，获取倾角仪与竖井掘进机的初始位置角度关系、两个钢丝收放装置出线端的施工坐标，以及两个激光器发射的激光在激光靶上形成的光斑初始位置坐标(u
C0
,v
C0
)、(u
D0
,v
D0
)；
[0012]步骤(2)：在竖井掘进机施工过程中，安装在竖井掘进机上的激光靶实时获取激光器发射的激光，检测出光斑实时位置坐标(u
C1
,v
C1
)、(u
D1
,v
D1
)；通过倾角仪实时测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；
[0013]步骤(3)：通过工业计算机获取激光靶和倾角仪的数据，实现对竖井掘进机的位姿进行测量。
[0014]所述步骤(3)包括：
[0015]步骤(31)：工业计算机根据激光靶检测出的光斑初始位置坐标和光斑实时位置坐标，计算竖井掘进机的方位角变化；
[0016]步骤(32)：工业计算机根据竖井掘进机方位角、转动角、俯仰角的变化以及光斑实时位置坐标，应用七参数布尔莎模型计算出竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标，并将所述竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标与设计位置相比较计算出竖井掘进机的姿态偏差。
[0017]所述步骤(31)中的竖井掘进机的方位角变化公式为：其中，α表示竖井掘进机的方位角变化。
[0018]有益效果
[0019]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术提供的竖井掘进机位姿测量系统采用了自动收放钢丝使得激光与激光靶之间的距离动态调整，保证了激光的成像质量，有效减少了粉尘对图像提取的影响，可测出竖井实时深度，能够在超深竖井施工中准确测量出掘进机的姿态；本专利技术不受竖井深度限制，能够及时为现场施工人员提供准确的数据支持，实用性较好。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施方式的竖井掘进机位姿测量系统结构原理图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022]本专利技术的实施方式涉及一种竖井掘进机位姿测量系统，请参阅图1，包括安装在井口的钢丝收放装置1、与所述钢丝收放装置1连接的重锤3、安装在所述重锤3上的激光器4、安装在竖井掘进机上的激光靶5和倾角仪7，以及工业计算机6；所述工业计算机6分别与激光靶5和倾角仪7相连；所述激光靶5接收激光器4发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪7用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机6根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。
[0023]进一步地，所述激光靶5设置有与工业计算机6相连的工业相机，所述工业相机用于识别激光器4在激光靶5上形成的光斑的位置。
[0024]进一步地，所述钢丝收放装置1通过钢丝2和重锤3连接；钢丝收放装置1可根据激光器4与激光靶5的距离进行收放钢丝，使得激光器4与激光靶5保持相对固定的距离，保证激光光斑为较为清晰，不受粉尘影响。
[0025]本实施方式中，钢丝收放装置1的数量为两个。
[0026]本实施方式还涉及一种竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，包括：
[0027]步骤(1)：在竖井掘进机施工掘进前，获取倾角仪7与竖井掘进机的初始位置角度
关系、两个钢丝收放装置1出线端的施工坐标(即图1中的A点和B点，可用于计算光斑初始位置坐标和光斑实时位置坐标，即C点和D点)，以及两个激光器4发射的激光在激光靶5上形成的光斑初始位置坐标(u
C0
,v
C0
)、(u
D0
,v
D0
)(见图1中的C点和D点)；
[0028]步骤(2)：在竖井掘进机施工过程中，安装在竖井掘进机上的激光靶5实时获取激光器4发射的激光，检测出光斑实时位置坐标(u
C1
,v
C1
)、(u
D1
,v
D1
)(也可用图1中的C点和D点来表示)；通过倾角仪7实时测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；
[0029]步骤(3)：通过工业计算机6获取激光靶5和倾角仪7的数据，实现对竖井掘进机的位姿进行测量。
[0030]所述步骤(3)具体包括：
[0031]步骤(31)：工业计算机6根据激光靶5检测出的光斑初始位置坐标和光斑实时位置坐标，计算竖井掘进机的方位角变化；
[0032]所述步骤(31)中的竖井掘进机的方位角变化公式为：其中，α表示竖井掘进机的方位角变化。
[0033]步骤(32)：工业计算机6根据竖井掘进机方位角、转动角、俯仰角的变化以及光斑实时位置坐标，应用七参数布尔莎模型计算出竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标，并将所述竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标与设计位置相比较计算出竖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，包括安装在井口的钢丝收放装置(1)、与所述钢丝收放装置(1)连接的重锤(3)、安装在所述重锤(3)上的激光器(4)、安装在竖井掘进机上的激光靶(5)和倾角仪(7)，以及工业计算机(6)；所述工业计算机(6)分别与激光靶(5)和倾角仪(7)相连；所述激光靶(5)接收激光器(4)发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪(7)用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机(6)根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。2.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述激光靶(5)设置有与工业计算机(6)相连的工业相机，所述工业相机用于识别激光器(4)在激光靶(5)上形成的光斑的位置。3.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述钢丝收放装置(1)通过钢丝(2)和重锤(3)连接。4.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述钢丝收放装置(1)的数量为两个。5.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述倾角仪(7)为双轴倾角仪。6.一种如权利要求1
‑
5中任一所述竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，其特征在于，包括：步骤(1)：在竖井掘进机施工掘进前，获取倾角仪(7)与竖井掘进机的初始位置角度关系、两个钢丝收放装置(1)出线端的施工坐标，以及两个激光器(4)发射的激光在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海荣，吴小燕，汪慧琴，刘超，胡倩，覃旭，
申请(专利权)人：上海米度测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：