[发明专利]铁路测量和隧道施工中导向系统的激光靶及其测量装置

说明书

本发明提供了一种铁路测量和隧道施工中导向系统的激光靶及其测量装置，所述激光靶包括通光窗口、分光镜、第一棱镜、成像系统、角度传感器，测量装置包括所述激光靶、第二棱镜、全站仪、控制器。激光束穿过所述通光窗口直接传输至所述分光镜上，一部分光被反射至所述第一棱镜，一部分光透射到成像系统，且通过成像镜头后形成光斑，所述相机用于拍摄激光束于所述分光镜上和所述成像镜头上形成的光斑以测量激光靶的位置和姿态。本发明通过分光镜可以减小直接照射到成像镜头和相机上的激光的光强，从而减轻对相机的损伤；测量不受通视空间的限制，且测量精度优于0.01°；设备集成度高，体积小，并可以大大地节约成本。

技术领域

本发明涉及工程建设领域，具体涉及一种铁路测量和隧道施工中导向系统的激光靶及其测量装置。

背景技术

盾构技术是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、不受气候影响的优势，并且开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响，在水下开挖时不影响水面交通。一般地，地铁施工及隧道施工中采用盾构技术更为经济合理。

目前，常用的测量盾构机的姿态与位置的方法有：

1.人工测量法。在盾构机轴线的正上方固定安装前、后二个标靶，辅助经纬仪测量盾构机轴线在大地坐标系下的方位角，在盾构机上固定安装有坡度板，通过重力锤在坡度板上的位置测量盾构机的俯仰角和转动角，最后通过已安装的管片数量确定盾构机的位置。此方法存在的主要缺陷包括：位置测量、俯仰角和转动角测量的精度低；每次测量都必须人工读取数据，测量效率低；对测量工程师要求高，工作强度高，对盾构施工干扰大。

2.多棱镜测量法。在盾构机上安装两个或三个棱镜，通过智能全站仪和角度传感器对盾构姿态进行定位，但在实际施工由于受到通视条件的限制，特别是曲线掘进时，需频繁搬站测量，工作量大，棱镜的安装位置对测量精度的影响也比较大。且硬件集成度低，稳定性较差。

3、电子激光靶测量法。通过测量前后靶上光斑的相对位置、固定安装的棱镜和角度传感器来确定盾构的方位和姿态角。这种测量方法原理简单，但是入射激光直接照射在相机镜头上容易造成镜头损伤，需频繁更换镜头，测量成本高。

有鉴于此，如何设计一种集成度高、成本低的激光靶及其测量装置，以精确测量待测物的位置，尤其是盾构施工中面临的可通视空间受限情况下的精确测量，是业内人士亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中，盾构测量中存在的测量自动化低、需要测量空间大、硬件集成度低、系统稳定性差和精度低问题这一缺陷，本发明提供了一种隧道掘进施工导向系统的激光靶及其测量装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种激光靶，设置于待测物上，用来测量所述待测物的位置，其中，所述激光靶具有箱体，所述箱体为长方体，具有前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、顶板和底板；所述四个侧板位于顶板和底板之间，且垂直于所述箱体的横轴或纵轴；所述前侧板上具有通光窗口。

箱体内包括分光镜、第一棱镜、成像系统、角度传感器；分光镜设置在所述通光窗口后方，所述分光镜的中心与所述通光窗口中心的连线与所述箱体的纵轴平行；所述第一棱镜的中心与所述分光镜中心的连线与所述箱体的纵轴垂直；所述成像系统包括成像镜头和相机；所述前侧板、所述分光镜、所述成像系统沿所述箱体的纵轴依次排列；所述角度传感器用来测量所述激光靶相对于水准面的俯仰角和转动角；所述分光镜、第一棱镜、成像系统、角度传感器均与所述箱体固定连接。角度传感器的安装位置只要不遮挡进入成像系统的光线即可。

激光束穿过所述通光窗口以实现激光束透过所述前侧板后，直接传输至所述分光镜上，形成光斑，一部分光被反射至所述第一棱镜，一部分光透射到成像系统，且通过成像镜头后形成光斑，所述相机用于拍摄激光束于所述分光镜上和所述成像镜头上形成的光斑。

优选地，所述第一棱镜与所述成像系统的位置可互换。