[发明专利]一种基于激光光路调整的掘进巷道轮廓标示方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于掘进机辅助设备技术领域，尤其涉及一种对掘进巷道轮廓进行标示的方法及装置。

背景技术

目前，巷道掘进过程中由于粉尘大，粉尘浓度高，掘进机司机无法观测巷道断面轮廓，导致超挖欠挖严重，巷道成型不理想，在粉尘过大的场合中掘进工作甚至不能正常进行，大大影响了掘进作业的工作效率。因此，迫切需要一种能够投射出呈巷道轮廓形状激光的方法，为掘进工作人员提供巷道轮廓作为基准。实际情况中，巷道轮廓图形中经常包含一段或多段圆弧，而现有激光投射设备多是投射直线激光，如激光标线仪，激光水平仪，为此提出利用一种基于激光光路调整的掘进巷道轮廓标示方法及装置，不仅可以将一个点状激光经光路调整系统后变为一条连续激光线，还可以投射出包含圆弧曲线的激光线。

山东科技大学的研究人员曾提出一种巷道掘进示阔装置及其操作方法(专利号 CN105806256A)，该装置包括主体框架以及设于主体框架上的电源、示阔激光管、定位装置、数据处理系统和每一示阔激光管对应的自动调整部件，其中主框架包括呈矩形或直墙半圆拱形的主体框架，因此能够实现轮廓为矩形或直墙半圆拱形的巷道的示阔功能。但该装置结构复杂，示阔激光管繁多，每个激光管只能发射一点激光，往往造成掘进机司机难以识别，巷道成型质量差的问题。同时，由于受到主框架形状的限制，只能应用于矩形或直墙半圆拱形的巷道，当遇到不同巷道轮廓时，需要再制作相应的主框架以满足需要，装置通用性差。

天地上海采掘装备科技有限公司的研究人员曾提出一种巷道轮廓发生装置(专利号 CN103835724A)，该巷道轮廓发生装置主要包括光影发生器和距离测量装置，可把巷道轮廓用多点激光的方式照射到巷道尽头，形成可见的巷道轮廓光点，实现巷道示阔功能。但该装置发射的只能为光点，而非连续的曲线，需要多个发光组件打出多个点，识别效果不如连续的激光线好，结构较复杂，实用性不够好。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的激光多点发射，识别效果差，装置复杂繁多，通用性差的缺点，本发明提供了一种基于激光光路调整的掘进巷道轮廓标示方法及装置，将该装置称为激光标示仪。

激光标示仪，实质上是一种激光光路调整装置，共包括三个功能模块，分别为：棱镜折射光路调整模块、光栅衍射光路调整模块、振镜扫描光路调整模块。三个模块分别利用不同的原理，均能够实现将点状激光调整为连续激光线的功能。其中，棱镜折射光路调整模块依次由激光发生装置、光学棱镜元件和弯曲度调整元件组成；光栅衍射光路调整模块依次由激光发生装置和光栅元件组成；振镜扫描光路调整模块依次由激光发生装置、X方向反射镜片、 X方向伺服电机、Y方向反射镜片、Y方向伺服电机、距离测量反馈装置和控制装置组成。

在棱镜折射光路调整模块中，激光发生装置发出点状激光，经过光学棱镜元件，折射成一条连续的激光线，通过弯曲度调整元件可调整光学棱镜元件弯曲度的大小，从而改变连续激光线的弧度大小。

在光栅衍射光路调整模块中，激光发生装置发出点状激光，经过光栅元件的衍射作用，点状激光变为呈特定图案的连续激光线；根据掘进巷道的具体轮廓，刻制相应图案的光栅元件，所投射出的图案即掘进巷道的轮廓图案。

在振镜扫描光路调整模块中X方向伺服电机和X方向反射镜片相连接，Y方向伺服电机和Y方向反射镜片相连接，使得X方向反射镜片和Y方向反射镜片分别随X方向伺服电机、 Y方向伺服电机的转动而转动。激光发生装置发出点状激光，激光先投射在由X方向伺服电机驱动的X方向反射镜片上，之后反射至由Y方向伺服电机驱动的Y方向反射镜片上，再由 Y方向反射镜片将激光反射出去，通过振镜的在短时间内的高速扫描，投射出的众多点状激光连成一条连续的激光线。

振镜扫描光路调整模块中，控制装置包含图形编辑控制卡和振镜驱动卡，可接收来自SD 卡内的图形文件，并按照该文件中的图形来控制X方向伺服电机和Y方向伺服电机的转动，通过对应的X方向反射镜片和Y方向反射镜片的反射来实现短时间内不同点的高速投射，从而形成相应的激光曲线。因此，根据不同形状的巷道轮廓，可在计算机上利用绘图软件绘制不同的巷道断面轮廓图形，将绘制好的图形文件导入SD卡内，控制装置根据SD卡中相应的图形文件来控制电机转动以投射出不同类型的巷道轮廓图形。