一种激光全断面掘进定向定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及定向定位系统，具体是一种适用于巷道掘进时的激光全断面掘进定向定位系统。
【背景技术】
[0002]巷道掘进施工过程中，为使巷道走向按照设计的要求参数前进，传统的方法是采用单点式激光指向仪，发出一束激光在掘进巷道最前端的断面中部形成一个光斑，以此为参照，作业人员根据经验进行掘进，巷道成型后用卷尺进行测量，然后进行二次修正掘进，这种方法不仅巷道成型质量差、可靠性差，而且费工费时，已经无法满足标准化和快速掘进的要求。
[0003]随着技术的发展，国内外研究人员提出将激光接收器安装在掘进机上，通过控制掘进机截割头的方向，进行定向挖掘，这种方法由于掘进机的倾斜、跑偏、巷道情况复杂等原因，机身上的激光接收器很难接收到进行导向的激光束，且该方法结构复杂、维护困难、实用性差。因此急需发明一种结构简单、实用性强的全断面掘进定向定位系统，为巷道掘进作业人员提供精确的指示和基准。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种激光全断面掘进定向定位系统，其结构简单、工作效率高、抗干扰性强，能够在掘进巷道最前面的断面上形成一个完整的断面设计轮廓，为标准化和快速掘进提供有力保障。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供的技术方案:
[0006]—种激光全断面掘进定向定位系统，其特征在于，包括全固态激光系统、激光分束系统、两个第一激光整形系统、第二激光整形系统、UPS电源、防爆开关、防爆电缆、光纤、光纤耦合器;所述的UPS电源和全固态激光系统之间用防爆电缆连接并设有防爆开关;所述的全固态激光系统输出一束激光通过光纤输入激光分束系统，激光分束系统输出三束激光并通过三条光纤分别输入到两个第一激光整形系统和一个第二激光整形系统;光纤与各系统连接处均采用光纤耦合器耦合；
[0007]所述的第一激光整形系统包括第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一平凹柱面透镜、第一可更换式狭缝片，所述的第一平凸透镜一端与第一调节导轨连接、另一端与第一调节旋钮连接，所述的第二平凸透镜、第一平凹柱面透镜采用第一固定柱竖直固定在第一激光整形系统内壁上，第一可更换式狭缝片采用第一螺栓固定于第一激光整形系统最前端；
[0008]所述的第一平凸透镜、第二平凸透镜的初始距离为两透镜的焦距之和，所述的第一平凸透镜、第二平凸透镜将光斑直径为500μπι的绿光激光束转换为光斑直径为2cm的绿光激光束，第一平凹柱面透镜将光斑直径为2cm的绿光激光束小角度定向发散，通过移动第一平凸透镜的位置可以改变发散角，配合第一可更换式狭缝片，将发散的绿光激光束整形成一条竖直线光源，在掘进巷道最前面的断面上形成一个竖直激光轮廓。
[0009]所述的第二激光整形系统包括第三平凸透镜、第四平凸透镜、第二平凹柱面透镜组合、第二可更换式狭缝片，所述的第三平凸透镜一端与第二调节导轨连接、另一端与第二调节旋钮连接，所述的第四平凸透镜、第二平凹柱面透镜组合采用第二固定柱竖直固定在第二激光整形系统内壁上，第二可更换式狭缝片采用第二螺栓固定于第二激光整形系统最前端；
[0010]所述的第三平凸透镜、第四平凸透镜的初始距离为两透镜的焦距之和，所述的第三凸透镜、第四平凸透镜将光斑直径为500μπι的绿光激光束转换为光斑直径为2cm的绿光激光束，第二平凹柱面透镜组合将光斑直径为2cm的绿光激光束小角度定向发散，通过移动第三平凸透镜的位置可以改变发散角，配合第二可更换式狭缝片，将发散的绿光激光束整形成一条圆弧形线光源，在掘进巷道最前面的断面上形成一个圆弧形激光轮廓。
[0011]所述的第二平凹柱面透镜组合，由至少四片平凹柱面透镜组成，四片平凹柱面透镜的几何中心在一条弧线上，配合第二可更换式狭缝片将发散的激光束整形成一条圆弧形线光源。
[0012]两条竖直线光源和一条圆弧形线光源在掘进巷道最前面的断面上形成一个完整的断面设计轮廓，掘进机司机可以根据断面轮廓光源快速定向定位截割掘进。
[0013]所述的全固态激光系统、激光分束系统、UPS电源、防爆开关、防爆电缆布置于掘进巷道避难硐室中；
[0014]所述的两个第一激光整形系统和第二激光整形系统布置于距离掘进巷道最前端30?10m的范围内，并用固定杆固定在巷道壁上，即在巷道断面左右两侧的壁上各布置一个第一激光整形系统，在巷道顶部布置第二激光整形系统。
[0015]进一步，所述的全固态激光系统是全固态绿光激光系统。所述的全固态绿光激光系统，包括栗浦源、绿光光纤激光器、光纤放大器，三者依次用光纤连接。
[0016]所述所述的全固态激光系统、激光分束系统、第一激光整形系统和第二激光整形系统分别做防爆防水处理。
[0017]与现有技术相比，本发明的一种激光全断面掘进定向定位系统，能够在掘进巷道最前面的断面上形成一个完整的断面设计轮廓，掘进机司机可以根据断面轮廓光源快速定向定位截割，避免了由于掘进机司机经验不足导致的二次修正作业，为掘进巷道的精确截割提供了基准依据，保证了掘进作业的顺利进行。
[0018]全固态激光系统、激光分束系统、激光整形系统结构简单、工作效率高、抗干扰性强，采用光纤和光纤耦合器传输激光，保证了远距离传输激光信号的稳定可靠性，随着巷道距离的延长，移动两个第一激光整形系统和第二激光整形系统即可。两个第一激光整形系统和第二激光整形系统可以根据掘进工作面的实际情况布置于距离掘进巷道最前端30?10m的范围内均可，通过调节第一调节旋钮调整第一平凸透镜在第一调节导轨上移动，通过调节第二调节旋钮调整第三平凸透镜在第二调节导轨上移动，可以调整激光的发散角，以实现在巷道断面形成一个完整的清晰高亮的激光拱形轮廓。本发明优选全固态绿光激光系统，绿光激光稳定性好、抗干扰性强、辨识率高，即使线光源激光束被部分障碍物遮挡，作业人员也可以依据轮廓其他部分定向定位截割，实用性和可操作性强。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图；
[0020]图2为本发明中激光整形系统5的结构示意图；
[0021 ]图3为本发明中第一平凹柱面透镜5-3的结构示意图；
[0022]图4为本发明中激光整形系统5’的结构示意图；
[0023]图5为本发明中第二平凹柱面透镜组合5-3’的结构示意图；
[0024]图6为本发明中激光整形系统在拱形巷道断面的布置示意图；
[0025]图中:1、UPS电源，2、防爆开关，3、全固态激光系统，4、激光分束系统，5、第一激光整形系统，5 ’、第二激光整形系统，6、防爆电缆，7、光纤，8、栗浦源，9、光纤激光器，1、光纤放大器，11、光纤分束器，12、光纤親合器，13、固定杆；
[0026]5-1、第一平凸透镜，5-2、第二平凸透镜，5-3、第一平凹柱面透镜，5-4、第一可更换式狭缝片，5-5、竖直狭缝，5-6、第一调节旋钮，5-7、第一调节导轨，5-8、第一固定柱，5_9、第一螺栓，5-10、光束直径为500μπι的绿光激光束，5-11、光束直径为2cm的绿光激光束，5_12、发散激光束，5-13、竖直线光源，5-14、竖直激光轮廓；
[0027]5-丨’、第三平凸透镜，5-2’、第四平凸透镜，5-3’、第二平凹柱面透镜组合，5-4’、第二可更换式狭缝片，5-5 ’、圆弧形狭缝，5-6 ’、第二调节旋钮，5-7 ’、第二调节导轨，5-8 ’、第二固定柱，5-9’、第二螺栓，5-10’、光束直径为500μπι的绿光激光束，5_11’、光束直径为2cm的绿光激光束，5-12’、发散激光束，5-13’、圆弧形线光源，5-14’、圆弧形激光轮廓。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0029]图1所示的一种绿光激光全断面掘进定向定位系统，包括:全固态绿光激光系统3、激光分束系统4、两个第一激光整形系统5、第二激光整形系统5’、UPS电源1、防爆开关2、防爆电缆6、光纤7、光纤耦合器12;所述的UPS电源I和全固态激光系统3之间用防爆电缆6连接并设有防爆开关2;所述的全固态绿光激光系统3输出一束绿光激光通过光纤7输入激光分束系统4，激光分束系统4输出三束激光并通过三条光纤