[发明专利]基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位系统及方法

说明书

本发明涉及基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位系统及方法，所述系统包括：激光测距仪，安装于拱架安装机外部，具有多自由度转动功能，用于量测激光源点至已拼装完成的两排拱架上目标点位之间的距离；中心控制器，与激光测距仪互联，用于接收激光测距仪采集的距离数据，经过几何关系计算，得到激光源点至待拼装拱架纵向相应目标点位的距离，进而计算得到激光源点射向待拼装拱架纵向相应目标点位需转动的角度值，并向激光测距仪发出相应的角度转动指令。本发明能实现待拼拱架纵向间距、环向分节接头位置的准确自动定位，有效确保拱架的安装精度。

技术领域

本发明属于交通隧道工程机械化施工领域，具体涉及一种基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位系统及方法。

背景技术

软弱围岩隧道中拱架是喷锚支护的主要组成部分，隧道围岩岩性决定了喷锚支护中拱架布设间距及拱架型号，拱架的安装精度直接关系到喷锚支护的质量，若定位失准，易造成初支结构失稳。

目前，隧道机械化施工中采用的拱架安装机已经代替了起初的人力拼装拱架，但主要是用于机械抓取拱架、人力辅助完成拼装，拱架定位还需借助于人工量测的手段，自动定位功能相对较差，拼装精度难以精确保证。因此，研制新型的能够自动定位待拼拱架拼装目标点位的设备，实现拱架纵向、环向位置的准确定位，确保喷锚衬砌的施工质量，并降低人力劳动成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位系统及方法，能实现待拼拱架纵向间距、环向分节接头位置的准确自动定位，有效确保拱架的安装精度。

本发明所采用的技术方案为：

基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位系统，其特征在于：

所述系统包括：

激光测距仪，安装于拱架安装机外部，用于量测激光源点至已拼装完成的两排拱架上目标点位之间的距离，激光测距仪上安设若干角度控制器，实现多自由度转动功能；

中心控制器，位于拱架安装机操作室内，通过通信电缆与激光测距仪及激光测距仪上的角度控制器互联，用于控制激光测距仪测距并接收其采集的距离数据，经过几何关系计算，得到激光源点至待拼装拱架纵向相应目标点位的距离，进而计算得到激光源点射向待拼装拱架纵向相应目标点位需转动的角度值，并向安设在激光测距仪上的角度控制器发出相应的角度转动指令来控制激光测距仪转动。

基于隧道施工用拱架安装机的拱架定位方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

沿隧道纵向依次推进施工拱架，拱架拼装区段内的第n-1榀拱架和第n榀拱架已完成拼装，第n+1榀拱架为待拼拱架；

拱架安装机定位后，拱架安装机外部安装的激光测距仪分别测量激光源点至第n-1榀拱架和第n榀拱架上位于同一条纵向直线上的两个目标点位之间的距离，并将距离数据发送给中心控制器；

中心控制器通过几何关系计算，获得激光源点至待拼装拱架纵向共线目标点位的距离，进而计算得到激光源点射向待拼装拱架纵向相应目标点位需转动的角度值，并向激光测距仪发出相应的角度转动指令；

激光测距仪收到中心控制器的控制指令，转动后射向待拼装拱架纵向相应目标点位，实现待拼装拱架纵向相应目标点位的定位。

中心控制器接收距离数据后的计算过程包括：

其中：