[发明专利]基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测装置，其特征在于：包括计算机（10）、数据采集装置（9）、单轴倾角仪（5）、一字线结构光激光器、光敏组件（6）以及激光指向仪；单轴倾角仪（5）安装在掘进机悬臂（2）上，其测量轴线与掘进机悬臂轴向一致；光敏组件（6）由若干光敏单元线性排列而成，安装在掘进机悬臂（2）上，光敏单元线性排列的走向与掘进机悬臂轴向一致；一字线结构光激光器与激光指向仪的位置关系满足一字线结构光激光器发出的光面即基准平面包含激光指向仪发出的指向光束。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测装置，其特征在于：一字线结构光激光器与激光指向仪安装在同一水平面上。

3.根据权利要求1或2所述的基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测装置，其特征在于：计算机及数据采集装置安装在掘进机机身控制台上。

4.根据根据权利要求3所述的基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测装置，其特征在于：计算机及数据采集装置替换为可编程逻辑控制器，安装在掘进机电控箱内。

5.一种基于线结构光的悬臂式掘进机截割头高差自动检测方法，其步骤如下：

第一步，掘进机到达截割位置并进行断面截割之前测量悬臂回转中心相对基准面的高差，具体步骤为，

掘进机悬臂（2）向上抬起，直到掘进机悬臂（2）上安装的光敏组件（6）中某一光敏单元接收到一字线结构光激光器发出的激光信号，数据采集装置（9）采集此时光敏组件的输出信号，光敏组件的输出信号为一字线结构光激光器发出光束与光敏组件交点到悬臂回转中心的距离                                                ，同时单轴倾角仪（5）测得悬臂俯仰角，悬臂回转中心与结构光平面之间的高差由下式(1)得出，

                      (1)，

第二步，掘进机开始截割后截割头相对基准面高差的实时测量，截割过程中，单轴倾角仪实时检测悬臂的倾角，截割头在时刻与悬臂回转中心所在水平面的高差，也即截割头相对悬臂回转中心所在水平面的实时高差，由下式(2)得出，

           （2），

     式中：为截割头末端中心与悬臂回转中心之间距离，

截割头在时刻与基准平面的高差H，也即截割头相对基准平面的实时高差，由下式（3）得出，

    （3），

则截割头末端中心在时刻到巷道顶板、底板的距离H_t1、H_t2由下式（4）、（5）得出，

             (4),

             (5),

式中：、为基准平面与巷道顶板、底板间的距离。