[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

说明书

技术领域

本发明属于煤矿采掘装备自动化、检测测量的技术领域，具体涉及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及方法。

背景技术

悬臂式掘进机不仅是煤矿巷道掘进施工的主要设备，而且经过技术改造后在铁路隧道施工中也有广阔的使用前景。

巷道掘进中，需要尽可能避免超采或欠采，不仅可以提高掘进效率，也减少了各种事故发生的概率。超采或欠采均由断面轮廓控制和巷道走向控制误差导致，因此，掘进机的位姿检测和控制就成为确定巷道最终走向和断面轮廓精度的关键因素之一。

目前，煤矿巷道的设计轴线由精确调整的激光指向仪指示，掘进机操作员通过目视断面上的激光光斑控制掘进机截割头在断面上的截割位置，由于掘进过程中工作面粉尘较大，作业现场光线差，特别是在截割巷道底板时，操作员的视线要受掘进机机身的遮挡，使得截割部在巷道掘进过程中，其位置难于准确判断，给掘进方向控制带来很大困难，工人的劳动强度大、掘进速度缓慢、生产效率低、巷道超采欠采现象严重，掘进质量很大程度上取决于操作员的经验和熟练程度。

基于上述现状，掘进机自动化成为行业发展方向，而掘进机自动化的前提就是实现掘进方向的自动检测，这方面已有发明专利如公开号为CN 101629807A，名称为“掘进机机身位姿参数测量系统及其方法”的发明专利提出了一种掘进机机身位姿参数测量系统与方法，由线激光发射器、线激光发射器机架、激光标靶、可编程计算机控制器、A/D转换模块和两个倾角传感器组成。线激光发射器由激光指向仪和线激光器机架定位，发出扇形激光束，在掘进机机身上形成线形光斑。在任意时刻，由光敏元件组成的两个激光标靶上分别有一个位置的光敏元件感应激光束并产生电流信号，其经过激光标靶内部电路和可编程计算机控制器处理计算，确定激光束在激光标靶上的位置，而激光标靶在掘进机上的安装位置 已知，从而得到掘进机的偏向角和偏向位移。两个倾角传感器测量掘进机的 俯仰角和滚动角，从而完成掘进机机身位姿参数测量。

上述技术方案忽略了巷道掘进中很重要的高差测量，高差测量和控制对于巷道掘进的意义在于可以控制掘进机沿设计的巷道顶板或底板进行巷道掘进，从而保证巷道的顶板和底板不被破坏，否则有可能引发难以预料的后果。

发明内容

本发明为了解决现有掘进机测量技术忽略了巷道掘进中的高度测量，有可能造成巷道顶板底板破坏的问题，提供了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及方法。

本发明采用如下的技术方案实现：

按照一般巷道掘进工艺要求，截割头高差定义为截割头末端中心与线结构光所在平面之间的距离。

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、数据采集装置、单轴倾角仪，一字线结构光激光器，光敏组件以及激光指向仪；单轴倾角仪安装在掘进机悬臂上，其测量轴线与悬臂轴向一致；光敏组件由若干光敏单元线性排列而成，安装在掘进机悬臂上，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。

具体来说：一字线结构光激光器与激光指向仪安装在同一水平面上。

具体来说：一字线结构光激光器与激光指向仪通过连接件相连接，也可不进行物理连接，但应保证激光指向仪光束在线结构光形成的光面内。

计算机及数据采集装置安装在掘进机机身控制台上。或者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。

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，

掘进机悬臂向上抬起，直到掘进机悬臂上安装的光敏组件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)，