[实用新型]一种用于测量盾构姿态的激光靶

说明书

一种用于测量盾构姿态的激光靶，包括成像机构和电路系统；所述激光靶还包括棱镜和倾角机构；所述棱镜将接收的光源信号传输给所述成像机构，所述电路系统包括图像处理单元和图像显示单元；所述图像处理单元接收成像机构传输的光斑信号通过姿态计算获得方位角数据信号；所述倾角机构对光源信号进行计算获得滚转角和俯仰角数据信号；所述图像显示单元将方位角、滚转角和俯仰角数据信号输出显示，该激光靶可以实时监控盾构机姿态进而提高对盾构机操作的精准性和安全性。

技术领域

本实用新型涉及盾构机辅助工具，特别涉及一种用于测量盾构姿态的激光靶。

背景技术

目前，国内外大部分的地铁隧道掘进都是采用盾构法执行。而自动导向系统是盾构法的一个重要组成部分，而激光靶又是自动导向系统中不可或缺的关键仪器，其在导向过程中起到了重要作用。盾构机在隧道掘进过程中，需要及时控制机位和方向。国外盾构机已普遍采用掘进自动导向系统，该系统沿着指定的计划线进行掘进，如出现偏差可及时提供纠偏的决策依据，从而提高控制隧道轴线的精度。

为了保证自动导向系统在掘进过程中导向精度、稳定性及其获取有效数据，首先确定盾构在空间中的位置和姿态，共包括六个自由度，即空间中目标物体沿X、Y、Z三个直角坐标系轴向的三个平动自由度和绕这三个坐标轴旋转的三个旋转自由度，即方位角、俯仰角和滚转角。三个平动自由度由全站仪完成；盾构轴线相对于水平面的俯仰角和滚转角由双轴倾角仪提供，而方位角即盾构轴线与设计轴线在水平面上的夹角关联着整个导向系统的精度、稳定性和其他数据。

目前隧道应用中常用的方法可分为惯性测量法、棱镜法、激光靶法。

惯性测量法：采用陀螺仪和加速度计等惯性测量器件组合得到目标物体的位置和姿态，该方法有累积误差，稳定性差，需定时校准，测量误差较大。

棱镜法：主要包括两棱镜法和三棱镜法，在目标物体上安装全反射棱镜，利用全站仪，激光跟踪仪等仪器实现目标位置测量，该方法虽然结构简单，但要求现成条件高，实时性差，测量效率低，现在该方法已基本淘汰。

激光靶法：使用全站仪和单个激光靶即可实现目标物体位置测量，使用方便、稳定性强。目前工程较多的激光靶导向系统有英国的ZED自动导向系统，德国VMT导行系统和TACS导向系统等，其原理都是依靠激光靶内置的双轴倾角仪测量目标物体的俯仰角和滚转角，水平方位角则利用全站仪内置的测距仪得出。在精度方面，国内外产品精度差，且体积庞大，例如目前市场应用最广的VMT激光靶重达16kg，体积达430mmX180mmX150mm。

随着隧道工程测量场合和要求的不断变化，对位置姿态测量系统提出了很多新的要求，以往的测量方法已不能满足现在的测量要求。本实用新型针对目前测量系统的不足，研究了一种新型激光靶，与其全站仪等相关仪器构成导向系统，新型激光靶体积小(170mmX100mmX100mm)、重量轻(小于3kg)，表现了其很好的便携性，其精度、稳定性和可靠性也都达到了很高的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种用于测量盾构姿态的激光靶，该激光靶可以实时监控盾构机姿态进而提高对盾构机操作的精准性和安全性。

为了达成上述的目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种用于测量盾构姿态的激光靶，包括成像机构和电路系统；所述激光靶还包括棱镜和倾角机构；其中：

所述棱镜将接收的光源信号传输给所述成像机构，所述电路系统包括图像处理单元和图像显示单元；

所述倾角机构对光源信号通过如下公式计算获得滚转角和俯仰角数据信号；

所述图像处理单元接收成像机构传输的光斑信号通过如下公式计算获得方位角数据信号；

α·＝·θ+·α·