激光隧道断面放样仪的制作方法

专利名称：激光隧道断面放样仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于地下工程开挖放样及其他大型工程放样之用的激光隧道断面放样仪。
目前地下工程如隧道、涵洞在开挖时所必须的轮廓放样工序一般有两种方式手工测量绘方式放样工使用经纬仪或激光指向仪确定断面的中心位置，而后通过直尺测定断面的特征点，手工描绘其形状及开挖爆破的炮眼位置。此方式适用于隧道为直道型、弯道型及坡度型，其缺点是计算繁琐，测绘精度差，劳动强度大，工序时间长。另一种方式是采用多台激光指向仪静态瞄准的方式使用十几台以至几十台激光指向仪分别瞄准断面上有关特征点以形成待开挖的轮廓。此方式仅适用于直道型隧洞，局限性很大，且价格昂贵，同样存在操作繁琐，精度差，进程不快等缺点。
为此，本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种激光隧道断面放样仪，这种仪器在具有确定的三维座标的两个中桩点上定位安放后，发出激光束，在微机控制下，激光束在待开挖断面上扫描出所需形状，并指出每一眼的位置，完成放样工作。
本发明的技术方案为它由主机、控制装置、电源、支架及占标组成，主机包括激光器、大小物镜、步进电机、齿轮付、滚珠丝杆付、导轨、角锥棱镜、保护玻璃，主机通过转动付固定在支架上，支架上置有调整主机水平位置的微调螺钉，两长水泡安装在底板上，置于主机底板上的两步进电机分别通过相应的齿轮付，滚珠丝杆付与垂直导轨的滑块和水平导轨的滑块连接，分别驱动安装在相应滑块上的大物镜作垂直方向运动，激光器作水平方向运动，这两种运动组成激光器光轴与大物镜光轴之间的相对二维运动使激光束偏转以形成放样激光束。两步进电机由一控制装置即包括显示器、键盘的计算机控制，它采用人机对话方式，在键盘的操作下实现仪器定位瞄准、初始数据输入断面形状输入、断面形状自动扫描、炮眼位置精确定位，其程序为1.开机后即执行初始化、2.等待键盘输入，3.根据键盘输入转入中断服务，由此判断执行定位、装订、工作、隐含状态、归零、无效输入功能。
本发明实施例结合附图作进一步说明。


图1为本发明的结构示意图，图2为图1的A-A视图；图3为本发明控制装置硬件结构图；图4为本发明的程序流程图。
由图1、图2所示，本发明主机包括激光器4、大小物镜11、9，步进电机5、26，齿轮付6、7，27、28，滚珠丝杆付8、25、垂直导轨15、水平导轨2 3，角锥棱镜14，保护玻璃13，主机通过转动付19固定在支架上，支架上设置有用于调整主机水平位置的微调螺钉20，长水泡3与29安装在底板22上，置于低板22上的两步进电机5和26分别通过相应的齿轮付6、7，27、28，滚珠丝杆付8、25与垂直轨15的滑块16和水平导轨2 3的滑块24连接，驱动安装在滑块16上的大物镜11作垂直方向运动，驱动安装在滑块24上的激光器4作水平方向运动。
由图1所示，小物镜9置于沿着激光器4轴向安装的小物镜套筒10内，小物镜9可由其镜框沿套筒的轴向运动改变小物镜与大物镜间距，从而调整放样激光束的直径，主机上的角锥棱镜14是一个附件，在仪器定位时插在仪器底板上使激光束沿平行于激光光轴方向，由仪器上方反向射到仪器后方对中板上，完成定位以后取下，可使激光束仍旧向前发射进行放样工作。由图1所示，占标由带有圆水泡的对中杆2与对中板1组成，定位时，圆水泡调好水平，对中杆2位于中桩点上，对中板1上的十字座标即可准确定位。支架由三角架及找平水泡组成。为了确定激光器和大物镜位移的光学原点，在齿轮付的垂直大齿轮7和水平大齿轮28上分别置有光电传感器17、18。
图3为控制装置硬件结构示意图，它由CPU、地址锁存、程序、数据存贮器、显示器、键盘、键盘求中、键盘扫描、光学中心检测、步进运控输出电路等组成。
根据图3程序流程图说明如下1、开机后即执行初始化，2、等待键盘输入，此时即为初始后状态。
3、根据键盘输入转入中断服务，由此判别决定执行以下一种功能(1)“定位”将以前的弯道、坡度、偏离等定位参数显示出来，并打开功能数字键，准备接收新的定位参数。输入完毕后回到初始后状态。
(2)“装订”将以前的断面号、轮廓线段数、炮眼点数等参数显示出来，“确认”后出现提示，供使用者选择输入线段资料或是炮眼点资料。根据选择即进入资料输入模块。
(a)显示一页以前的资料，“确认”后将该页资料存入内存。
(b)通过数字键修改该资料，(c)根据线段数或炮眼点数，判别是最后一页否？(d)若是最后一页，则回到初始后状态，否则调出下一页资料，并重复(a)、(b)、(c)、(d)。
(3)工作将先前曾选定的断面号显示出来，“确认”后(之前可修改或不修改)即提示使用者要进行的工作是“描线”还是“瞄点”。
(a)选择“描线”根据内存中已有的线段资料，对激光点将要到达的位置进行定位参数及畸变参数等误差补偿，插补运算后输出步进电机的运控信号，使得激光点形成轨迹。待所有线段扫描完毕后，使激光点回到座标原点，然后程序回到初始后状态。
(b)选择“瞄点”根据内存中已有的炮眼点资料，对激光点将要到达的位置同样进行上述的运算后，输出步进电机的运控信号，使激光点迅速到达该位置。待所有炮眼点瞄毕后，亦使激光点回到座标原点，然后程序回到初始后状态。
(4)“隐含功能”在初始后状态下，连续按动“停止”、“一”“·”、“四”四键，程序则进入“隐含功能”模块，以便设置隐含参数或选择单步手动控制激光点运动。
(a)设置隐含参数根据选择，将以前的导轨直度补偿、放大率补偿、物镜畸变补偿、光学原点偏移量显示出来，通过数字键可对其进行修改；“确认”后将该参数存入内存，并回到初始后状态。
(b)手动控制通过“2”、“4”、“6”、“8”键确定激光点运动方向为“上”、“左”、“右”、“下”，并在该方向作单步运动；按“·”键则使激光点在先前选择的方向上运动10步；按“一”键，则使激光点在先前选择方向上运动100步；按“停止”键，则结束手动控制，程序回到初始后状态。
(5)归零(a)在初始后状态下，按“·”键，则使激光点按目前内存中的座标值反方向运动使座标值为零；(b)然后再向座标值小于零的方向运动一个特定值；(c)再反方向逐步运动并逐步检测光电传感器的光学原点信号；
(d)检测到原点信号后再按隐含参数中设定的光学原点偏移置运动到位；(e)将到位后的位置设定为新的座标零点；而后，程序回到初始后状态。
(6)无效输入在初始后状态下按动除以上五个功能键之外的任意键，则判为无效输入，程序仍回到初始后状态，以等待新的键盘输入。
本发明采用了高精度导轨及滚珠丝杆，保证了高的运行精度；两个步进电机分别控制物镜和激光器，简化了传动机构；易找水平面，以保证光轴为水平；对如物镜畸变、导轨垂直度、定位、坡度、弯道等有关误差进行补偿，以保证高精度；并可与计算机进行数据交换等，因此，本发明是铁路隧道和其他地下工程隧道开挖时确定断面形状及炮眼位置的新手段，在微机控制下，精确扫描出断面轮廓，作为开挖基准，也可根据预先设计的炮眼位置照射激光光斑，为钻炮眼定位。
权利要求
1.一种激光隧道断面放样仪，其特征在于，它由主机、控制装置、电源、支架及占标组成；主机包括激光器(4)，大小物镜(11)、(9)，步进电机(5)、(26)，齿轮付(6)、(7)，(27)、(28)，滚珠丝杆付(8)、(25)，垂直导轨(15)，水平导轨(23)，角锥棱镜(14)，保护玻璃(13)；主机通过转动付(19)固定在支架上，支架上置有调整主机水平位置的微调螺钉(20)、两长水泡(3)、(29)安装在底板(22)上；置于底板(22)上的两步进电机(5)、(26)分别通过相应的齿轮付(6)、(7)，(27)、(28)滚珠丝杆付(8)、(25)与垂直导轨(15)的滑块(16)和水平导轨(23)的滑块(24)相连接，分别驱动安装在相应的滑块(16)上的大物镜(11)作垂直方向运动及滑块(24)上的激光器(4)作水平方向运动。
2.根据权利要求1所述的激光隧道断面放样仪，其特征在于，所述的控制装置为一包刮显示器和键盘的计算机系统，它采用的计算机软件用人机对话的方式，在键盘操作下实现仪器定位瞄准、初始数据输入、断面形状输入、断面形状自动扫描、炮眼位置精确定位的计算机软件，其程序为(1)开机后即执行初始化，(2)等待键盘输入；(3)根据键盘输入转入中断服务，由此判断执行定位、装订、工作、隐含状态、归零、无效输入功能。
3.根据权利要求1所述的激光隧道断面放样仪，其特征在于，所述的占标由带有圆水泡的对中杆(2)、对中板(1)组成。
4.根据权利要求1所述的激光隧道断面放样仪，所述的小物镜(9)置于沿着激光器(4)轴向安装的小物镜套筒(10)内。
5.根据权利要求1所述的激光隧道断面放样仪，其特征在于所述的齿轮付中的大齿轮(7)和(28)上分别置有光电传感器(17)、(18)。
全文摘要
本发明涉及一种激光隧道断面放样仪,其特点是它由主机、控制装置、电源、支架及占标组成,主机包括激光器、大小物镜、步进电机、齿轮副、滚珠丝杆副、导轨、角锥棱镜、保护玻璃,在微机控制下步进电机分别通过相应的齿轮副、滚珠丝杆副与垂直、水平导轨的滑块驱动大物镜作垂直方向运动,激光器作水平方向运动,这二维运动使激光束偏转形成放样激光光束,精确扫描出断面轮廓,作为开挖基准,亦可为钻炮眼定位,开挖的断面参数可进行修正,从而高效灵活地实现隧道开挖放样。
文档编号E21D9/00GK1262378SQ9911345
公开日2000年8月9日 申请日期1999年2月2日 优先权日1999年2月2日
发明者陈家璧, 张长征, 曹俊卿, 谭曼怡, 包一平, 罗琼 申请人:上海理工大学, 铁道部隧道工程局广西南宁工程部