[发明专利]一种激光全断面掘进定向定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及定向定位系统，具体是一种适用于巷道掘进时的激光全断面掘进定向定位系 统。

背景技术

巷道掘进施工过程中，为使巷道走向按照设计的要求参数前进，传统的方法是采用单点 式激光指向仪，发出一束激光在掘进巷道最前端的断面中部形成一个光斑，以此为参照，作 业人员根据经验进行掘进，巷道成型后用卷尺进行测量，然后进行二次修正掘进，这种方法 不仅巷道成型质量差、可靠性差，而且费工费时，已经无法满足标准化和快速掘进的要求。

随着技术的发展，国内外研究人员提出将激光接收器安装在掘进机上，通过控制掘进机 截割头的方向，进行定向挖掘，这种方法由于掘进机的倾斜、跑偏、巷道情况复杂等原因， 机身上的激光接收器很难接收到进行导向的激光束，且该方法结构复杂、维护困难、实用性 差。因此急需发明一种结构简单、实用性强的全断面掘进定向定位系统，为巷道掘进作业人 员提供精确的指示和基准。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种激光全断面掘进定向定位系统， 其结构简单、工作效率高、抗干扰性强，能够在掘进巷道最前面的断面上形成一个完整的断 面设计轮廓，为标准化和快速掘进提供有力保障。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案：

一种激光全断面掘进定向定位系统，其特征在于，包括全固态激光系统、激光分束系统、 两个第一激光整形系统、第二激光整形系统、UPS电源、防爆开关、防爆电缆、光纤、光纤 耦合器；所述的UPS电源和全固态激光系统之间用防爆电缆连接并设有防爆开关；所述的全 固态激光系统输出一束激光通过光纤输入激光分束系统，激光分束系统输出三束激光并通过 三条光纤分别输入到两个第一激光整形系统和一个第二激光整形系统；光纤与各系统连接处 均采用光纤耦合器耦合；

所述的第一激光整形系统包括第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一平凹柱面透镜、第一 可更换式狭缝片，所述的第一平凸透镜一端与第一调节导轨连接、另一端与第一调节旋钮连 接，所述的第二平凸透镜、第一平凹柱面透镜采用第一固定柱竖直固定在第一激光整形系统 内壁上，第一可更换式狭缝片采用第一螺栓固定于第一激光整形系统最前端；

所述的第一平凸透镜、第二平凸透镜的初始距离为两透镜的焦距之和，所述的第一平凸 透镜、第二平凸透镜将光斑直径为500μm的绿光激光束转换为光斑直径为2cm的绿光激光束， 第一平凹柱面透镜将光斑直径为2cm的绿光激光束小角度定向发散，通过移动第一平凸透镜 的位置可以改变发散角，配合第一可更换式狭缝片，将发散的绿光激光束整形成一条竖直线 光源，在掘进巷道最前面的断面上形成一个竖直激光轮廓。

所述的第二激光整形系统包括第三平凸透镜、第四平凸透镜、第二平凹柱面透镜组合、 第二可更换式狭缝片，所述的第三平凸透镜一端与第二调节导轨连接、另一端与第二调节旋 钮连接，所述的第四平凸透镜、第二平凹柱面透镜组合采用第二固定柱竖直固定在第二激光 整形系统内壁上，第二可更换式狭缝片采用第二螺栓固定于第二激光整形系统最前端；

所述的第三平凸透镜、第四平凸透镜的初始距离为两透镜的焦距之和，所述的第三凸透 镜、第四平凸透镜将光斑直径为500μm的绿光激光束转换为光斑直径为2cm的绿光激光束， 第二平凹柱面透镜组合将光斑直径为2cm的绿光激光束小角度定向发散，通过移动第三平凸 透镜的位置可以改变发散角，配合第二可更换式狭缝片，将发散的绿光激光束整形成一条圆 弧形线光源，在掘进巷道最前面的断面上形成一个圆弧形激光轮廓。

所述的第二平凹柱面透镜组合，由至少四片平凹柱面透镜组成，四片平凹柱面透镜的几 何中心在一条弧线上，配合第二可更换式狭缝片将发散的激光束整形成一条圆弧形线光源。

两条竖直线光源和一条圆弧形线光源在掘进巷道最前面的断面上形成一个完整的断面设 计轮廓，掘进机司机可以根据断面轮廓光源快速定向定位截割掘进。

所述的全固态激光系统、激光分束系统、UPS电源、防爆开关、防爆电缆布置于掘进巷 道避难硐室中；

所述的两个第一激光整形系统和第二激光整形系统布置于距离掘进巷道最前端30～100m 的范围内，并用固定杆固定在巷道壁上，即在巷道断面左右两侧的壁上各布置一个第一激光 整形系统，在巷道顶部布置第二激光整形系统。