專利名稱：激光隧道斷面放樣儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于地下工程開挖放樣及其他大型工程放樣之用的激光隧道斷面放樣儀。
目前地下工程如隧道、涵洞在開挖時所必須的輪廓放樣工序一般有兩種方式手工測量繪方式放樣工使用經(jīng)緯儀或激光指向儀確定斷面的中心位置，而后通過直尺測定斷面的特征點，手工描繪其形狀及開挖爆破的炮眼位置。此方式適用于隧道為直道型、彎道型及坡度型，其缺點是計算繁瑣，測繪精度差，勞動強度大，工序時間長。另一種方式是采用多臺激光指向儀靜態(tài)瞄準的方式使用十幾臺以至幾十臺激光指向儀分別瞄準斷面上有關(guān)特征點以形成待開挖的輪廓。此方式僅適用于直道型隧洞，局限性很大，且價格昂貴，同樣存在操作繁瑣，精度差，進程不快等缺點。
為此，本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種激光隧道斷面放樣儀，這種儀器在具有確定的三維座標的兩個中樁點上定位安放后，發(fā)出激光束，在微機控制下，激光束在待開挖斷面上掃描出所需形狀，并指出每一眼的位置，完成放樣工作。
本發(fā)明的技術(shù)方案為它由主機、控制裝置、電源、支架及占標組成，主機包括激光器、大小物鏡、步進電機、齒輪付、滾珠絲桿付、導(dǎo)軌、角錐棱鏡、保護玻璃，主機通過轉(zhuǎn)動付固定在支架上，支架上置有調(diào)整主機水平位置的微調(diào)螺釘，兩長水泡安裝在底板上，置于主機底板上的兩步進電機分別通過相應(yīng)的齒輪付，滾珠絲桿付與垂直導(dǎo)軌的滑塊和水平導(dǎo)軌的滑塊連接，分別驅(qū)動安裝在相應(yīng)滑塊上的大物鏡作垂直方向運動，激光器作水平方向運動，這兩種運動組成激光器光軸與大物鏡光軸之間的相對二維運動使激光束偏轉(zhuǎn)以形成放樣激光束。兩步進電機由一控制裝置即包括顯示器、鍵盤的計算機控制，它采用人機對話方式，在鍵盤的操作下實現(xiàn)儀器定位瞄準、初始數(shù)據(jù)輸入斷面形狀輸入、斷面形狀自動掃描、炮眼位置精確定位，其程序為1.開機后即執(zhí)行初始化、2.等待鍵盤輸入，3.根據(jù)鍵盤輸入轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)，由此判斷執(zhí)行定位、裝訂、工作、隱含狀態(tài)、歸零、無效輸入功能。
本發(fā)明實施例結(jié)合附圖作進一步說明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的A-A視圖；圖3為本發(fā)明控制裝置硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的程序流程圖。
由圖1、圖2所示，本發(fā)明主機包括激光器4、大小物鏡11、9，步進電機5、26，齒輪付6、7，27、28，滾珠絲桿付8、25、垂直導(dǎo)軌15、水平導(dǎo)軌2 3，角錐棱鏡14，保護玻璃13，主機通過轉(zhuǎn)動付19固定在支架上，支架上設(shè)置有用于調(diào)整主機水平位置的微調(diào)螺釘20，長水泡3與29安裝在底板22上，置于低板22上的兩步進電機5和26分別通過相應(yīng)的齒輪付6、7，27、28，滾珠絲桿付8、25與垂直軌15的滑塊16和水平導(dǎo)軌2 3的滑塊24連接，驅(qū)動安裝在滑塊16上的大物鏡11作垂直方向運動，驅(qū)動安裝在滑塊24上的激光器4作水平方向運動。
由圖1所示，小物鏡9置于沿著激光器4軸向安裝的小物鏡套筒10內(nèi)，小物鏡9可由其鏡框沿套筒的軸向運動改變小物鏡與大物鏡間距，從而調(diào)整放樣激光束的直徑，主機上的角錐棱鏡14是一個附件，在儀器定位時插在儀器底板上使激光束沿平行于激光光軸方向，由儀器上方反向射到儀器后方對中板上，完成定位以后取下，可使激光束仍舊向前發(fā)射進行放樣工作。由圖1所示，占標由帶有圓水泡的對中桿2與對中板1組成，定位時，圓水泡調(diào)好水平，對中桿2位于中樁點上，對中板1上的十字座標即可準確定位。支架由三角架及找平水泡組成。為了確定激光器和大物鏡位移的光學(xué)原點，在齒輪付的垂直大齒輪7和水平大齒輪28上分別置有光電傳感器17、18。
圖3為控制裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖，它由CPU、地址鎖存、程序、數(shù)據(jù)存貯器、顯示器、鍵盤、鍵盤求中、鍵盤掃描、光學(xué)中心檢測、步進運控輸出電路等組成。
根據(jù)圖3程序流程圖說明如下1、開機后即執(zhí)行初始化，2、等待鍵盤輸入，此時即為初始后狀態(tài)。
3、根據(jù)鍵盤輸入轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)，由此判別決定執(zhí)行以下一種功能(1)“定位”將以前的彎道、坡度、偏離等定位參數(shù)顯示出來，并打開功能數(shù)字鍵，準備接收新的定位參數(shù)。輸入完畢后回到初始后狀態(tài)。
(2)“裝訂”將以前的斷面號、輪廓線段數(shù)、炮眼點數(shù)等參數(shù)顯示出來，“確認”后出現(xiàn)提示，供使用者選擇輸入線段資料或是炮眼點資料。根據(jù)選擇即進入資料輸入模塊。
(a)顯示一頁以前的資料，“確認”后將該頁資料存入內(nèi)存。
(b)通過數(shù)字鍵修改該資料，(c)根據(jù)線段數(shù)或炮眼點數(shù)，判別是最后一頁否？(d)若是最后一頁，則回到初始后狀態(tài)，否則調(diào)出下一頁資料，并重復(fù)(a)、(b)、(c)、(d)。
(3)工作將先前曾選定的斷面號顯示出來，“確認”后(之前可修改或不修改)即提示使用者要進行的工作是“描線”還是“瞄點”。
(a)選擇“描線”根據(jù)內(nèi)存中已有的線段資料，對激光點將要到達的位置進行定位參數(shù)及畸變參數(shù)等誤差補償，插補運算后輸出步進電機的運控信號，使得激光點形成軌跡。待所有線段掃描完畢后，使激光點回到座標原點，然后程序回到初始后狀態(tài)。
(b)選擇“瞄點”根據(jù)內(nèi)存中已有的炮眼點資料，對激光點將要到達的位置同樣進行上述的運算后，輸出步進電機的運控信號，使激光點迅速到達該位置。待所有炮眼點瞄畢后，亦使激光點回到座標原點，然后程序回到初始后狀態(tài)。
(4)“隱含功能”在初始后狀態(tài)下，連續(xù)按動“停止”、“一”“·”、“四”四鍵，程序則進入“隱含功能”模塊，以便設(shè)置隱含參數(shù)或選擇單步手動控制激光點運動。
(a)設(shè)置隱含參數(shù)根據(jù)選擇，將以前的導(dǎo)軌直度補償、放大率補償、物鏡畸變補償、光學(xué)原點偏移量顯示出來，通過數(shù)字鍵可對其進行修改；“確認”后將該參數(shù)存入內(nèi)存，并回到初始后狀態(tài)。
(b)手動控制通過“2”、“4”、“6”、“8”鍵確定激光點運動方向為“上”、“左”、“右”、“下”，并在該方向作單步運動；按“·”鍵則使激光點在先前選擇的方向上運動10步；按“一”鍵，則使激光點在先前選擇方向上運動100步；按“停止”鍵，則結(jié)束手動控制，程序回到初始后狀態(tài)。
(5)歸零(a)在初始后狀態(tài)下，按“·”鍵，則使激光點按目前內(nèi)存中的座標值反方向運動使座標值為零；(b)然后再向座標值小于零的方向運動一個特定值；(c)再反方向逐步運動并逐步檢測光電傳感器的光學(xué)原點信號；
(d)檢測到原點信號后再按隱含參數(shù)中設(shè)定的光學(xué)原點偏移置運動到位；(e)將到位后的位置設(shè)定為新的座標零點；而后，程序回到初始后狀態(tài)。
(6)無效輸入在初始后狀態(tài)下按動除以上五個功能鍵之外的任意鍵，則判為無效輸入，程序仍回到初始后狀態(tài)，以等待新的鍵盤輸入。
本發(fā)明采用了高精度導(dǎo)軌及滾珠絲桿，保證了高的運行精度；兩個步進電機分別控制物鏡和激光器，簡化了傳動機構(gòu)；易找水平面，以保證光軸為水平；對如物鏡畸變、導(dǎo)軌垂直度、定位、坡度、彎道等有關(guān)誤差進行補償，以保證高精度；并可與計算機進行數(shù)據(jù)交換等，因此，本發(fā)明是鐵路隧道和其他地下工程隧道開挖時確定斷面形狀及炮眼位置的新手段，在微機控制下，精確掃描出斷面輪廓，作為開挖基準，也可根據(jù)預(yù)先設(shè)計的炮眼位置照射激光光斑，為鉆炮眼定位。
權(quán)利要求
1.一種激光隧道斷面放樣儀，其特征在于，它由主機、控制裝置、電源、支架及占標組成；主機包括激光器(4)，大小物鏡(11)、(9)，步進電機(5)、(26)，齒輪付(6)、(7)，(27)、(28)，滾珠絲桿付(8)、(25)，垂直導(dǎo)軌(15)，水平導(dǎo)軌(23)，角錐棱鏡(14)，保護玻璃(13)；主機通過轉(zhuǎn)動付(19)固定在支架上，支架上置有調(diào)整主機水平位置的微調(diào)螺釘(20)、兩長水泡(3)、(29)安裝在底板(22)上；置于底板(22)上的兩步進電機(5)、(26)分別通過相應(yīng)的齒輪付(6)、(7)，(27)、(28)滾珠絲桿付(8)、(25)與垂直導(dǎo)軌(15)的滑塊(16)和水平導(dǎo)軌(23)的滑塊(24)相連接，分別驅(qū)動安裝在相應(yīng)的滑塊(16)上的大物鏡(11)作垂直方向運動及滑塊(24)上的激光器(4)作水平方向運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光隧道斷面放樣儀，其特征在于，所述的控制裝置為一包刮顯示器和鍵盤的計算機系統(tǒng)，它采用的計算機軟件用人機對話的方式，在鍵盤操作下實現(xiàn)儀器定位瞄準、初始數(shù)據(jù)輸入、斷面形狀輸入、斷面形狀自動掃描、炮眼位置精確定位的計算機軟件，其程序為(1)開機后即執(zhí)行初始化，(2)等待鍵盤輸入；(3)根據(jù)鍵盤輸入轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)，由此判斷執(zhí)行定位、裝訂、工作、隱含狀態(tài)、歸零、無效輸入功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光隧道斷面放樣儀，其特征在于，所述的占標由帶有圓水泡的對中桿(2)、對中板(1)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光隧道斷面放樣儀，所述的小物鏡(9)置于沿著激光器(4)軸向安裝的小物鏡套筒(10)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光隧道斷面放樣儀，其特征在于所述的齒輪付中的大齒輪(7)和(28)上分別置有光電傳感器(17)、(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光隧道斷面放樣儀,其特點是它由主機、控制裝置、電源、支架及占標組成,主機包括激光器、大小物鏡、步進電機、齒輪副、滾珠絲桿副、導(dǎo)軌、角錐棱鏡、保護玻璃,在微機控制下步進電機分別通過相應(yīng)的齒輪副、滾珠絲桿副與垂直、水平導(dǎo)軌的滑塊驅(qū)動大物鏡作垂直方向運動,激光器作水平方向運動,這二維運動使激光束偏轉(zhuǎn)形成放樣激光光束,精確掃描出斷面輪廓,作為開挖基準,亦可為鉆炮眼定位,開挖的斷面參數(shù)可進行修正,從而高效靈活地實現(xiàn)隧道開挖放樣。
文檔編號E21D9/00GK1262378SQ9911345
公開日2000年8月9日 申請日期1999年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月2日
發(fā)明者陳家璧, 張長征, 曹俊卿, 譚曼怡, 包一平, 羅瓊 申請人:上海理工大學(xué), 鐵道部隧道工程局廣西南寧工程部