用于隧道掌子面中线精准定位的智能装置的制作方法

本发明涉及一种用于隧道中线精准定位的装置，尤其涉及一种用于隧道掌子面中线精准定位的智能装置，属于隧道工程技术领域。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展，公路隧道、铁路隧道、地下输水隧洞获得了大规模建设，如何准确地控制隧道施工掌子面的中线，对确保隧道走线准确，加快施工进度，避免人为使用红油漆绘出开挖断面的中线和轮廓线等带来的误差具有重要意义。现有隧道开挖施工中对掌子面中线测量存在许多问题，一是每一个爆破循环都要使用全站仪重新对位，重复劳动多，施工进度慢；二是隧道每隔一定间距均需在隧道一侧标出坐标点，并用红油漆绘出，而掌子面附近隧道受爆破影响，非常容易出现标识点缺失现象，不利于隧道掌子面中线基准点的定位，导致掌子面中线测量不准确。

中国专利CN101685012A地铁隧道断面的测量与计算方法，包括以下步骤，1)计算隧道线路中心坐标，放样到隧道中；2)安置免棱镜全站仪于隧道中线上；3)用已知点后视并测量高差，计算出全站仪的视线高程,输入免棱镜全站仪；4)采集断面圆上观测点坐标,将其存入全站仪；5)免棱镜全站仪沿横轴旋转180度，再次采集断面圆上观测点坐标并储存；6)根据采集的数据进行断面模型拟合；7)计算所拟合圆的圆心及半径；8)根据圆心和半径计算所需要的高程及弦长。但是上述专利不能用于隧道掌子面中线的精准定位。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于隧道掌子面中线精准定位的智能装置，该装置具有成本低、通用性好、携带方便、操作简单、数据可靠的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于隧道掌子面中线精准定位的智能装置，该装置包含上下两个部分，上下两个部分是通过LED屏线连接，由于屏线比较细小，需要在外面接上可旋转的塑料套轴，即可以保护屏线也可以连接上下外壳。

上部分包括：金属外壳2、LED显示屏10、橡胶保护带8以及锁箱器9。

下部分包括：处理器31、脚撑1、键盘以及附属装置。其中键盘包括：数字及点按键3、数据导出按键4、右侧激光按键5、整体调平按键6、调平信号灯7、橡胶保护带8、锁箱器9、测距信号灯12、WIFI信号灯18、WIFI启动键19、装置启动按钮20、手拎皮带21、数据复位按钮22、删除按键23。脚撑1包括：1号发动机101、1号螺栓102、1号螺栓固定器103、2号发动机105、2号螺栓106、3号发动机104、3号螺栓107、2号螺栓固定器108、4号发动机109、4号螺栓110、3号螺栓固定器111、脚撑保护盖112、4号螺栓固定器113、脚撑外壳114。附属装置包括：USB插口14、充电插口17、滤尘金属片24、散热风扇25、左侧测距激光26、水平调平器27、前置测距与定位激光28、蓄电池29。

其中：四个脚撑1是用来进行调平的，由处理器31中的智能模块进行控制，主要是通过发动机带动螺栓进行旋转，调整垂直方向上的高度。

金属外壳2用来保护整个装置在使用过程中不被破坏。

数字及点按键3用来进行数据输入，设定坐标系。

数据导出按键4用来将数据导入到优盘中，进行后期分析。

整体调平按键6用来装置的调平，启动后水平调平器27会开始工作。

右侧激光按键5用来启动右侧测距激光13，左侧激光按键15用来启动左侧测距激光26，当两边都测完后测距信号灯12会由红色转变为绿色。

前置激光按键16用来启动前置测距与定位激光28，测得的数据会与右侧测距激光13和左侧测距激光26测得的数据一起显示在显示屏上，之后通过处理器中的系统软件进行分析，找出偏移角度(此系统软件算法和公式已属于现有技术，所以未作详细公开)。

LED显示屏10用来呈现测量过程中的参数设定，以及最后的三维结果图。USB插口14用来插入优盘，然后按下数据导出按键导出测量数据。

WIFI启动键19启动WIFI，启动后WIFI信号灯18会由红色变为绿色。

装置启动按钮20用来启动整个装置，数据复位按钮22用来进行数据复位，重新进行测量。

滤尘金属片24是用来过滤散热过程中的灰尘，防止进入装置内部。

水平调平器27一端为激光发射端，一端为激光接收端，当完全对接结束后，调平信号灯7会由红色转变为绿色。

前置测距与定位激光28是以一种球型形态进行工作的，可以根据需要进行任意角度的旋转。

蓄电池29用来存储电量，当电量过低时可以通过充电插口17进行充电。

数据复位按钮与装置启动按钮集成板30是用来将装置启动按钮20和数据复位按钮22与处理器31进行连接。

整个装置运行包括如下几点：

1)选取掌子面前部一定距离作为监测点，监测点的选取依据就近原则，但为了方便监测，一般在距离掌子面1～2m处。

2)在监测点上放好仪器，启动电源，进行调平，调平选用的是激光调平，一端发射激光，另一端用于接收，若接收端与发射端的激光射线没有完全对接好，此时处理器中的智能模块会对脚撑发出信号进行上下移动，直到接收端与发射端的激光射线完全对接才会停止，此时键盘上的调平信号灯会从红色变为绿色。

3)调平结束后开始进行测距，首先，进行坐标定位，选好(0，0)点，一般为仪器放的位置，接着进行测距，按下右侧激光按键5用来启动右侧测距激光13，左侧激光按键15用来启动左侧测距激光26，当两边都测完后测距信号灯12会由初始的红色转变为绿色。

4)启动前置测距激光，测得仪器与掌子面的距离，通过处理器中的系统软件对数据进行分析，算出实际掌子面中线与前置测距激光的偏移角度，处理器将该数值信号传递给处理中的智能模块，通过智能模块对前置测距激光的发射器进行调整，偏移相同角度，此时测得的点所在的垂直线即为掌子面的中线。

5)最后在LED显示屏上会显示出整个测量结果的三维立体图，同时处理器还会对整个数据进行存储，方便操作员导出数据，进行分析。

6)测得第一组数据后，操作人员需要按照上述过程再操作2～3遍，保证最后结果的精确度。

本发明的有益效果主要表现在：(1)本装置的前置测距激光发射器采用球形结构，通过智能模块的调控可以旋转任意角度，方便快捷，并且误差小，结果精确。(2)本装置的四个脚撑采用螺旋式转动推进，可以通过智能模块进行调节，适用于地面不平整的施工场地。(3)脚撑内部装有的四个发动机可以带动杆件按照其表面的螺纹进行旋转，调整任意微小高度，测量精确。(4)本发明具有快速确定中线位置的特点，并且精确度高。本发明可在距离掌子面1～2m处放置好，然后调平进行测量，即可得到确定的掌字面中线位置，节约现场作业时间，降低劳动成本。

附图说明

图1是装置整体示意图

图2是装置前视图

图3是装置后视图

图4是装置底面图

图5是脚撑剖面图

图6是脚撑1次展开剖面图

图7是脚撑2次展开剖面图

图8是装置底层剖面图

图9测量正视图

图10测量三维图

图11测量剖面图

图12测量流程图

其中，1指四个脚撑、101指1号发动机、102指1号螺栓、103指1号螺栓固定器、105指2号发动机、106指2号螺栓、104指3号发动机、107指3号螺栓、108指2号螺栓固定器、109指4号发动机、110指4号螺栓、111指3号螺栓固定器、112指脚撑保护盖、113指4号螺栓固定器、114指脚撑外壳。

2指金属外壳、3指数字及点按键、4指数据导出按键、5指右侧激光按键、6指整体调平按键、7指调平信号灯、8指橡胶保护带、9指锁箱器、10指LED显示屏、11指LED屏线保护转轴、12指测距信号灯、13指右侧测距激光、14指USB插口、15指左侧激光按键、16指前置激光按键、17指充电插口、18指WIFI信号灯、19指WIFI启动键、20指装置启动按钮、21指手拎皮带、22指数据复位按钮、23指删除按键、24指滤尘金属片、25指散热风扇、26指左侧测距激光、27指水平调平器、28指前置测距与定位激光、29指蓄电池29、30指数据复位按钮与装置启动按钮集成板、31指处理器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～12，一种用于隧道掌子面中线精准定位的智能装置，该装置包含上下两个部分，上下两个部分是通过LED屏线连接，由于屏线比较细小，需要在外面接上可旋转的塑料套轴，即可以保护屏线也可以连接上下外壳。

上部分包括：金属外壳2、LED显示屏10、橡胶保护带8以及锁箱器9。

下部分包括：处理器31、脚撑1、键盘以及附属装置。其中键盘包括：数字及点按键3、数据导出按键4、右侧激光按键5、整体调平按键6、调平信号灯7、橡胶保护带8、锁箱器9、测距信号灯12、WIFI信号灯18、WIFI启动键19、装置启动按钮20、手拎皮带21、数据复位按钮22、删除按键23。脚撑1包括：1号发动机101、1号螺栓102、1号螺栓固定器103、2号发动机105、2号螺栓106、3号发动机104、3号螺栓107、2号螺栓固定器108、4号发动机109、4号螺栓110、3号螺栓固定器111、脚撑保护盖112、4号螺栓固定器113、脚撑外壳114。附属装置包括：USB插口14、充电插口17、滤尘金属片24、散热风扇25、左侧测距激光26、水平调平器27、前置测距与定位激光28、蓄电池29。

其中：四个脚撑1是用来进行调平的，由处理器31中的智能模块进行控制，主要是通过发动机带动螺栓进行旋转，调整垂直方向上的高度。

金属外壳2用来保护整个装置在使用过程中不被破坏。数字及点按键3用来进行数据输入，设定坐标系。数据导出按键4用来将数据导入到优盘中，进行后期分析。

整体调平按键6用来装置的调平，启动后水平调平器27会开始工作。

右侧激光按键5用来启动右侧测距激光13，左侧激光按键15用来启动左侧测距激光26，当两边都测完后测距信号灯12会由红色转变为绿色。

前置激光按键16用来启动前置测距与定位激光28，测得的数据会与右侧测距激光13和左侧测距激光26测得的数据一起显示在显示屏上，之后系统软件会进行分析，找出偏移角度。

LED显示屏10用来呈现测量过程中的参数设定，以及最后的三维结果图。USB插口14用来插入优盘，然后按下数据导出按键导出测量数据。

WIFI启动键19启动WIFI，启动后WIFI信号灯18会由红色变为绿色。

装置启动按钮20用来启动整个装置，数据复位按钮22用来进行数据复位，重新进行测量。

滤尘金属片24是用来过滤散热过程中的灰尘，防止进入装置内部。

水平调平器27一端为激光发射端，一端为激光接收端，当完全对接结束后，调平信号灯7会由红色转变为绿色。

前置测距与定位激光28是以一种球型形态进行工作的，可以根据需要进行任意角度的旋转。

蓄电池29用来存储电量，当电量过低时可以通过充电插口17进行充电。

数据复位按钮与装置启动按钮集成板30是用来将装置启动按钮20和数据复位按钮22与处理器31进行连接。

实现掌子面中线位置确定的装置，具体实现过程如下(图12测量流程图)：

1)选取掌子面前部一定距离作为监测点，监测点的选取依据就近原则，但为了方便监测，一般在距离掌子面1～2m处。

2)在监测点上放好仪器，按下装置启动按钮20，启动装置，接着按下整体调平按键6，进行调平，此时，水平调平器27开始工作，会从一端发射激光由另一端接收，若没有完全对接，处理器31中的智能模块会将信号发射到四个脚撑1中，通过对发动机的控制进行调平。调平结束后平信号灯7会由初始的红色转变为绿色。

3)调平结束后开始进行测距，首先，进行坐标定位，选好(0，0)点，一般为仪器放的位置，接着进行测距，启动左右两侧测距激光，测得装置与隧道两壁的距离，通过软件对测得的数据进行分析，找出中点，并在显示屏上进行显示，此时键盘上的测距信号灯会从红色转变为绿色。

4)按下前置激光按键6，启动前置测距激光与定位激光28，测得仪器与掌子面的距离，通过处理器31对数据进行分析，算出实际掌子面中线与前置测距激光的偏移角度，处理器将该数值信号传递给智能模块，通过智能模块对前前置测距激光与定位激光28进行调整，偏移相同角度，此时测得的点所在的垂直线即为掌子面的中线。

5)最后在LED显示屏10上会显示出整个测量结果的三维立体图，同时处理器还会对整个数据进行存储，操作人员将优盘插入USB插口14，然后按下数据导出按键4导出测量数据。方便操作员导出数据，进行分析。

6)测得第一组数据后，操作人员需要按照上述过程再操作2～3遍，但每次操作前都需要按下数据复位按钮22，进行复位，保证前一次的数据不会对本次的测量产生影响，保证最后结果的精确度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。