CN103575215A - 一种激光位置监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种激光位置监测装置，包括箱体，在箱体内的轴向光路上设置有光斑位置测量装置，光斑位置测量装置用来测量光斑的位置，箱体内还设置有激光发射器，激光发射器用来发射激光。采用本发明可以同时发射和接收处理激光，能够获取激光斑射到屏幕上的精确位置。

Description

一种激光位置监测装置

技术领域

本发明涉及一种工程建设领域，尤其涉及一种激光位置监测装置。

背景技术

隧道工程属于地下工程的一种。与地面工程施工相比，地下工程施工具有施工环境差，施工空间受限严重，受地质和水文条件的影响较大等特点，因而施工难度比较大。除此之外，地下施工还存在着灰尘多、噪声大、水汽重、通视距离短等特点。

盾构法隧道工程施工测量的主要任务是确定盾构的方位与高程，标定隧道轴线的正确位置，使隧道沿着设计轴线前进，并保证隧道的贯通精度。此外，还要检核隧道衬砌的三维位置是否符合设计要求，使与工程有关的其它建筑物准确地建造在其设计位置上，保证它们不超出规定的隧道界限。在测量工作开始前，首先要做好各项准备工作，包括把各种测量仪器、设备及工具配备齐全，并按照国家测量规范要求做好仪器的检验校正工作以及测量技术人员的配备。然后根据工程设计要求，收集各种有关资料，再结合详尽的现场踏勘资料分析，

制定出一个合理、可行的测量技术方案。因此盾构隧道工程施工测量包括以下内容：

1.地面测量(地面控制测量、沉降观测和井位放样等)；

2.联系测量(方向传递、坐标传递和高程传递等)；

3.地下测量(地下控制测量、盾构导向测量、隧道沉降测量等)。

在各项测量工作中，最为重要的是地面控制测量、联系测量、地下控制测量和盾构导向测量和隧道沉降测量。这些测量内容决定着隧道能否达到设计要求，盾构能否准确进入接收井即出洞。由于盾构法隧道工程施工是从一侧竖井掘进至另一侧竖井，这就必然会在线路的纵向、横向、竖向出现贯通误差，其中以横向、竖向贯通误差对工程影响最大。纵向贯通误差影响隧道中线的长度，不影响隧道中线的方向，所以只要它不大于定测中线的误差即可。因此隧道控制测量的整个工作，都必须紧密地围绕着如何保证贯通误差在工程使用要求所允许的范围内。

随着盾构在国内外的大量应用，盾构技术得到飞速发展，施工的自动化、系统化程度也有了较大的提高。主要施工内容如下：

1.地面控制测量：采用高精度的GPS测量，地面平面控制点应尽量靠近车站但又不宜太靠近，以免受施工影响使点位变化。如果地面导线点离车站较远，或相邻车站点数较少，可以考虑选择过渡点，使新点与井口直接通视并与原线点构成简单图形，进行边角观测，通过平差处理得出新点的坐标和方位角，由于新点在两车站间是直接通视的，其相对精度可以达到很高。

2.竖井联系测量：目前均采用人工测量。在城市中受到施工条件的限制，联系测量必须在考虑现有条件的前提下保证将地面的坐标、方位角和高程精确地传递到地下隧道中。坐标和方位角的传递方法有联系三角形法、竖直导线法、投点仪法和全站仪直接传递法等。高程传递主要是通过钢尺配合水准仪或全站仪加弯曲目镜配专用的平面反射标志来进行。在现场施工中，由于施工条件的限制，测量要求人员技术水平高，测量精度低。

3.地下导线测量：目前采用人工测量。地下隧道开挖中，为了对开挖方向不断地进行标定和检核，以保证隧道能准确贯通，必须进行洞内的控制测量。受到地下空间施工条件的限制，一般布设成支导线形式。在布设时，先布设精度较低，边长较短的施工导线，在推进一段距离后，才能布置洞内的主要控制导线。为了保证测量数据的可靠性，往往采用附合导线。一般根据地层环境的要求，每隔一个月或者半个月就要复测一次，增加了现场工作人员的测量要求和工作量，且随着盾构机的不断向前掘进，导线的不断延长，测量的工作量不断增大。

4.盾构导向及姿态控制：为了保证盾构在掘进过程中能够按照设计路线推进，一般采用自动导向系统。人工测量方法主要是通过在盾构机上安装坡度板，在盾壳上焊接测量用的重锤线，并使重锤对准坡度板的零坡度位置，然后在盾构开挖以后根据重锤在坡度板上偏移的刻度来获取盾构的当前坡度值和旋转角。盾构刀盘中心坐标的测量方法是在盾构顶部垂直中心位置安装前后靶，把测量仪器安置在盾构后方隧道顶部的吊篮上，通过测量前后靶中心的坐标和距离，再加上从坡度板上得到的坡度值和旋转角，从而计算出盾构刀盘的中心和盾尾中心坐标，并与相应里程处的盾构设计线路数据相比较，该方法因人力投入大、测量时间较长、工作量大、对隧道推进干扰较大和数据后处理较慢等缺点，而且只能在每环结束时进行测量无法实时获知盾构的姿态和与设计的偏差，会使每次测量偏差较大，对于控制施工不大方便，精度低，目前己基本淘汰。

自动测量法的导向方式主要有棱镜系统和激光靶系统导向两种，它能够全天候实时地测量机的姿态，并且能够实时计算、显示盾构姿态，所以可以及时对盾构做出调整。但是目前的导向系统仅仅能够计算盾构机的姿态，且导向系统计算所依据的控制点需要通过地面的控制点引下来，这就需要进行竖井联系测量，联系测量完成之后，可获取经传递到地下起始边和高程，然后人工布设施工测量控制导线。做地下控制测量，导向系统根据控制点，自动换算成盾构机姿态，以指导和保证盾构机掘进。

5.变形监测：地铁隧道在挖掘的过程中，极易发生结构形变。除了影响施工外，主要会引起地面沉降，造成周围的环境的不良性影响，甚至会造成后果严重的破坏性灾难；特别是城市地铁一般都位于人口密集的区域，一旦出现事故，后果不堪设想。所以变形监测有非常重要的意义：一是及时掌握隧道本身及其周围环境影响引起的沉降和位移状况，以便采取措施防止继续变形以及危害安全的情况出现；二是积累监测数据，分析变形规律，为隧道施工及以后的运营、设备检修等环节提供参考依据。但是目前基本上也是人工测量，测量的周期长，耗时大。

在国内目前对隧道施工的控制除了盾构姿态的测量实现了自动化，联系测量、地下导线测量和变形监测均还主要靠人工操作，控制中受到操作者的业务能力、分析判断、操作水平等个人因素的影响，控制质量很难保证。随着隧道施工向大深度、大断面、长距离发展，使得隧道施工测量自动化技术的开发成为必需。对盾构施工的精密导向测控技术提出了更高的要求。

有鉴于此，如何设计一种激光靶，同时发射和接收处理激光，以获取激光的精确位置，是业内人士亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中，在对顶管机的位置进行动态、实时测量时，存在的精确度不佳，并且测量成本较高等缺陷，本发明提供了一种激光位置监测装置。

根据本发明，提供了一种激光位置监测装置，包括箱体，其中，在所述箱体内的轴向光路上设置有光斑位置测量装置，所述光斑位置测量装置用来测量光斑的位置，所述箱体内还设置有激光发射器，所述激光发射器用来发射激光。

优选的，所述光斑位置测量装置包括：透光性屏幕，所述激光发射器对应于所述透光性屏幕。

优选的，所述透光性屏幕由透光材料制成。

优选的，所述接收屏由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种材料制成。

优选的，所述光斑位置测量装置还包括设置于所述透光性屏幕一侧的照相机，所述照相机用来拍摄形成于所述透光性屏幕上的光斑。

优选的，所述透光性屏幕为光电位置传感器。

优选的，更包括角度传感器，设置于所述箱体内。

优选的，所述光斑位置测量装置及所述激光发射器的数量为若干个。

本发明的优点是：在箱体内设置接收激光和发射激光的结构，可以同时发射和接收处理激光，并且能够测量获取激光的精确位置，若将此安装在待测物体上，测通过转换可获取待测物的精确位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了依据本发明的第一个实施例中的电子激光靶的结构示意图。

图2示出了依据本发明的第二个实施例中的电子激光靶的结构示意图。

图3示出了依据本发明的第三个实施例中的电子激光靶的结构示意图。

图4示出了依据本发明的第四个实施例中的电子激光靶的结构示意图。

图5示出了依据本发明的第五个实施例中的电子激光靶的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了依据本发明的第一个实施例中的电子激光靶的结构示意图。参照图1，电子激光靶1包括箱体100，在箱体100的右侧设置有激光源10，并且在箱体100内的轴向光路上设置有光斑位置测量装置，并且箱体100内还设置有激光发射器130。在本实施例中，光斑位置测量装置包括透光性屏幕110及照相机120，透光性屏幕110上设置有标记，本实施例中，标记为格网刻度，透光性屏幕110及照相机120依次设置在箱体100内的轴向光路上，并且透光性屏幕110位于照相机120与激光源10中间的位置，透光性屏幕110具有透光性，透光性屏幕110可以由透光材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种，但并不以此为限。另外，本实施例中，激光发射器130对应透光性屏幕110。从激光源10发出的激光射到透光性屏幕110上，在透光性屏幕110上形成光斑，照相机120会拍摄到透光性屏幕110上的光斑，从而获取光斑中心点到透光性屏幕110格网上任一点之间的水平偏差和垂直偏差。另外，当电子激光靶具有滚动和俯仰的时候，仅通过拍摄透光性屏幕110获取光斑中心到透光性屏幕110格网上任一点的水平偏差和垂直偏差时，误差会很大，因此可以在箱体100内设置一个角度传感器(未绘示)，以获取电子激光靶的滚动角和俯仰角，对偏差进行修正。激光发射器130则可以发射出激光至透光性屏幕110上并透光透光性屏幕110至箱体100外。本实施例中，透光性屏幕110就是箱体100的一个侧壁，但并不以此为限，透光性屏幕110可以设置于箱体100的任意位置，并且还可以将照相机120设置于激光源10与透光性屏幕110之间。

图2示出了依据本发明的第二个实施例中的电子激光靶的结构示意图。参照图2，本实施例中，电子激光靶2与图1中所示的电子激光靶1不同的是，透光性屏幕210为光电位置传感器(也可以为其他传感器材料制成的屏幕，不以此)，当激光源20发出激光至透光性屏幕210时，光电位置传感器可以直接感应光斑的位置。同样，本实施例中，也可以在箱体200内设置角度传感器来修正误差。

图3示出了依据本发明的第三个实施例中的电子激光靶的结构示意图。参照图3，本实施例中，电子激光靶3与图1中所示的电子激光靶1不同的是，在箱体300中设置有两个透光性屏幕310，更为具体的，两个透光性屏幕310可以为箱体300的任意两个侧壁，当然，也可以为箱体300的顶板与底板，或者是侧壁与顶板或底板的组合。每个透光性屏幕310分别有一个照相机320和激光发射器330与其对应。另外，透光性屏幕310同样可以为光电位置传感器，以省略照相机320的设置，透光性屏幕310可以直接感应光斑的位置。同样，本实施例中，也可以在箱体300内设置角度传感器来修正误差。

图4示出了依据本发明的第四个实施例中的电子激光靶的结构示意图。参照图4，本实施例中，电子激光靶4与图3中所示的电子激光靶3不同的是，在箱体400中设置有三个透光性屏幕410，每个透光性屏幕410分别有一个照相机420和激光发射器430与其对应。另外，透光性屏幕410同样可以为光电位置传感器，以省略照相机420的设置，透光性屏幕410可以直接感应光斑的位置。同样，本实施例中，也可以在箱体400内设置角度传感器来修正误差。

图5示出了依据本发明的第五个实施例中的电子激光靶的结构示意图。参照图5，本实施例中，电子激光靶5与图4中所示的电子激光靶4不同的是，两个透光性屏幕5101、5102平行设置于箱体500内相对的位置，例如箱体500的两个相对的侧壁上，而另一个透光性屏幕5103则平行设置于两个透光性屏幕5101、5102之间，两个照相机520则对应透光性屏幕5103并设置于透光性屏幕5103的两侧，而两个激光发射器530则分别对应透光性屏幕5101、5102设置。另外，透光性屏幕5103同样可以为光电位置传感器，以省略照相机520的设置，透光性屏幕5103可以直接感应光斑的位置。同样，本实施例中，也可以在箱体500内设置角度传感器来修正误差。

本发明的电子激光靶可以连接工业电脑或控制器，进行数据处理和显示。

本发明的优点是：在箱体内设置接收激光和反射激光的结构，可以同时发射和接收处理激光，并且能够测量获取激光的精确位置，若将此安装在待测物体上，测通过转换可获取待测物的精确位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种激光位置监测装置，包括箱体，其特征在于，在所述箱体内的轴向光路上设置

有光斑位置测量装置，所述光斑位置测量装置用来测量光斑的位置，所述箱体内还设置有激光发射器，所述激光发射器用来发射激光。

2.如权利要求1所述的电子激光靶，所述的其特征在于，所述光斑位置测量装置包括：透光性屏幕，所述激光发射器对应于所述透光性屏幕。

3.如权利要求2所述的电子激光靶，其特征在于，所述透光性屏幕由透光材料制成。

4.如权利要求3所述的电子激光靶，其特征在于，所述接收屏由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种材料制成。

5.如权利要求4所述的电子激光靶，其特征在于，所述光斑位置测量装置还包括设置于所述透光性屏幕一侧的照相机，所述照相机用来拍摄形成于所述透光性屏幕上的光斑。

6.如权利要求5所述的电子激光靶，其特征在于，所述透光性屏幕为光电位置传感器。

7.如权利要求1所述的电子激光靶，其特征在于，更包括角度传感器，设置于所述箱体内。

8.如权利要求1至7任一项所述的电子激光靶，其特征在于，所述光斑位置测量装置及所述激光发射器的数量为若干个。

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