[发明专利]一种竖井掘进机位姿测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种竖井掘进机位姿测量系统及方法，系统包括安装在井口的钢丝收放装置、与所述钢丝收放装置连接的重锤、安装在所述重锤上的激光器、安装在竖井掘进机上的激光靶和倾角仪，以及工业计算机；所述工业计算机分别与激光靶和倾角仪相连；所述激光靶接收激光器发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。本发明能够在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成竖井掘进机的姿态进行测量。

技术领域

本发明涉及竖井掘进机位姿测量技术领域，特别是涉及一种竖井掘进机位姿测量系统及方法。

背景技术

竖井掘进机的成井质量很大程度上取决于掘进过程中的姿态监测以及偏斜控制，传统的竖井定向依靠传统的吊线和激光投点方式，常规吊线方式一般通过人工完成，自动化程度极低，同时标高测量操作复杂。传统激光投点方式从井口安装激光一般只适用于竖井较浅，井内灰尘较小的场景。如何在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成掘进机自动位姿测量是自动化竖井施工的核心问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种竖井掘进机位姿测量系统及方法，能够在超深、高浓度粉尘的竖井施工环境中完成竖井掘进机的姿态进行测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种竖井掘进机位姿测量系统，包括安装在井口的钢丝收放装置、与所述钢丝收放装置连接的重锤、安装在所述重锤上的激光器、安装在竖井掘进机上的激光靶和倾角仪，以及工业计算机；所述工业计算机分别与激光靶和倾角仪相连；

所述激光靶接收激光器发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。

所述激光靶设置有与工业计算机相连的工业相机，所述工业相机用于识别激光器在激光靶上形成的光斑的位置

所述钢丝收放装置通过钢丝和重锤连接

所述钢丝收放装置的数量为两个

所述倾角仪为双轴倾角仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，包括：

步骤(1)：在竖井掘进机施工掘进前，获取倾角仪与竖井掘进机的初始位置角度关系、两个钢丝收放装置出线端的施工坐标，以及两个激光器发射的激光在激光靶上形成的光斑初始位置坐标(u_C0,v_C0)、(u_D0,v_D0)；

步骤(2)：在竖井掘进机施工过程中，安装在竖井掘进机上的激光靶实时获取激光器发射的激光，检测出光斑实时位置坐标(u_C1,v_C1)、(u_D1,v_D1)；通过倾角仪实时测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；

步骤(3)：通过工业计算机获取激光靶和倾角仪的数据，实现对竖井掘进机的位姿进行测量。

所述步骤(3)包括：

步骤(31)：工业计算机根据激光靶检测出的光斑初始位置坐标和光斑实时位置坐标，计算竖井掘进机的方位角变化；

步骤(32)：工业计算机根据竖井掘进机方位角、转动角、俯仰角的变化以及光斑实时位置坐标，应用七参数布尔莎模型计算出竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标，并将所述竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标与设计位置相比较计算出竖井掘进机的姿态偏差。

所述步骤(31)中的竖井掘进机的方位角变化公式为：其中，α表示竖井掘进机的方位角变化。

有益效果