[发明专利]基于振镜的自动隧道断面仪及施工方法

说明书

本发明提供一种基于振镜的自动隧道断面仪，隧道断面仪包括X/Y振镜组件、探测光源、显示光源、驱动电路、光探测及测距模块和信号处理及控制组件，探测光源和显示光源与信号处理及控制组件电连接；信号处理及控制组件与驱动电路电连接，驱动电路与X/Y振镜组件电连接，用于驱动X/Y振镜组件反射光源至预设位置；光探测及测距模块与信号处理及控制组件电连接，用于将接收的光源点云信息发送至信号处理及控制组件；还设有光合束器，探测光源指向光合束器的第一输入口，显示光源指向光合束器的第二输入口，光合束器的输出口指向X/Y振镜组件，以使探测光源和显示光源均从光合束器向X/Y振镜组件提供光源。本发明使隧道断面的轮廓信息与辅助标注图形统一。

技术领域

本发明涉及光源测量设备，特别是一种基于振镜的自动隧道断面仪及施工方法。

背景技术

在隧道施工过程中，按照设计图纸在掌子面上打炮孔和初期支护时格栅钢架的定位均采用人工操作。存在的问题是由于掌子面的轮廓和表面均不规整，人工操作精度不足。若定位不准确容易出现安全事故，且施工效率较低。中国专利文献CN105716576A记载了一种远程投射式光源断面仪及其方法，能够在扫描隧道断面的基础上，将设计数据叠加投影到隧道断面上，使施工人员能够准确打炮眼，准确安装格栅钢架。但是该方案中光源测距仪和振镜系统是两个设备，即采集隧道断面的发射中心点与投射图像的发射中心点之间具有一个间距，从而出现数据误差。通过X/Y扫描振镜与光源测距仪的匹配工作是确定扫描振镜发散角θ，不能在隧道中心线以外的位置安放设备，增加了实际使用限制，同时在该方案中默认隧道断面为理想平面，无表面凹凸情况，无法修正因断面不平整导致的误差。CN110455260 A记载了一种隧道断面轮廓确定方法、装置及电子设备，该方法和装置是通过光源图像定位仪确定中心点坐标后，再对当前隧道断面对应的轮廓图像数据进行变换处理，也存在相同的误差问题。在CN 108844522 A记载了一种基于三维光源扫描的盾构隧道断面中心提取方法，提出基于绝对坐标下直接截取断面、以及在绝对坐标系下对断面点云进行空间圆拟合的方法。该方法即是为了配合前述的技术方案，整体实施较为复杂，限制条件较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于振镜的自动隧道断面仪，能够克服现有技术中采集设备与投影设备之间误差的问题，提高叠加投影精度，且使用限制小，无需确定隧道断面中心线。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种基于振镜的自动隧道断面仪的施工方法，能够在确保施工精度的前提下，提高施工效率，且能够修正隧道断面凸凹不平表面所造成的误差。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于振镜的自动隧道断面仪，隧道断面仪包括X/Y振镜组件、探测光源、显示光源、驱动电路、光探测及测距模块和信号处理及控制组件，探测光源和显示光源与信号处理及控制组件电连接；

信号处理及控制组件与驱动电路电连接，驱动电路与X/Y振镜组件电连接，用于驱动X/Y振镜组件反射光源至预设位置；

光探测及测距模块与信号处理及控制组件电连接，用于将接收的光源点云信息发送至信号处理及控制组件；

还设有光合束器，探测光源指向光合束器的第一输入口，显示光源指向光合束器的第二输入口，光合束器的输出口指向X/Y振镜组件，输出口输出的探测光源和显示光源的光线处于同轴位置，以使探测光源和显示光源均从光合束器向X/Y振镜组件提供光源。

优选的方案中，所述的光合束器的结构为，五菱晶体与三棱晶体连接，在五菱晶体与三棱晶体连接的面形成界面。

优选的方案中，在光探测及测距模块内不设探测光源。

优选的方案中，所述的隧道断面仪位于对齐中点或偏离隧道中点的位置。

一种采用上述的一种基于振镜的自动隧道断面仪的施工方法，包括以下步骤：