CN105571574B - 用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台,小棱镜通过棱镜连接装置固定居中在全站仪上部中心位置，全站仪安装在自动整平基座上，自动整平基座强制归中在强制归中支撑饼的中心位置，强制归中支撑饼固定在驱动系统的外壳上；外壳内装有步进电机，步进电机通过同步带轮及同步带传动连接齿轮，齿轮与齿条啮合连接，导轨固定座上装有导轨及齿条，驱动系统安装在导轨和齿条上，滑轨安装在强制归中支撑饼底部；电机控制系统安装在步进电机上，电机控制系统接收操控器信号，用于控制步进电机的转动速度和移动距离。本发明在盾构施工测量工作中解决了测量通道遮挡问题和人员重复攀爬操作仪器的问题，提高了安全性和工作效率。

Description

用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台

技术领域

本发明涉及一种自动定位导向测量系统，尤其是用于一种盾构施工过程的盾自动导向定位测量系统中可移动测站及测量平台。

背景技术

现有盾构施工导向定位测量主要有以下两种方式：人工测量法是把盾构各个姿态量各自独立测定，有很多种实现方式，其中的一种方法主要是通过在盾体上安装坡度板，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坐标，并与相应里程处的盾构设计线路数据相比较，即可确定盾构的偏差和姿态。该方法因人力投入大、测量时间较长(包括测量和读取坡度板数据的时间，读取坡度板须待垂球稳定下来方可读数)、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；但其又因设备投入少、成本较低和操作简单等特点在施工单位中仍被较多地采用。自动测量法的导向系统目前主要有激光靶导向系统和棱镜导向系统。自动导向系统能够全天候实时地测量盾构机的姿态，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。目前，有不少自动导向系统已经用于盾构施工，为盾构施工保驾护航。这些自动导向系统在体现其优点的同时也暴露出一些问题，其中比较突出的问题是遮挡问题，棱镜系统由于棱镜数量多，要求通视面大，容易发生棱镜被遮挡的情况，激光靶系统由于是点对点，对通视要求低一点，但在曲线盾构的情况下，还是会经常发生激光靶被遮挡的情况。其次是有些系统的安装、操作和维护较人工方法复杂，普通技术人员不易掌握。

由于遮挡问题会干扰正常的测量工作，严重时会妨碍自动导向系统的使用，怎样利用现有的技术在解决遮挡问题是“关键技术”。因此，如何提供一种能够减少遮挡，系统结构简单，安装、操作、维护方便、便于实现的盾构智能导向系统是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述测量通道遮挡问题,而提供一种用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，该测量平台结构简单、安装方便、其可以横向移动的特性能很好的解决测量通道被遮挡的问题且能很好的取代人工检测时的低效和提高测量精度。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，包括辅助装置、测绘仪器装置、导轨系统、驱动系统、控制系统、其特征在于：所述测绘仪器装置由小棱镜、棱镜连接装置、全站仪、自动整平基座、强制归中支撑饼组成，所述小棱镜通过棱镜连接装置固定居中在全站仪上部中心位置，所述全站仪安装在自动整平基座上，所述自动整平基座强制归中在强制归中支撑饼的中心位置，所述强制归中支撑饼固定在驱动系统的外壳上；所述驱动系统由外壳、齿轮、同步带、步进电机、同步带轮组成；所述外壳内装有步进电机，步进电机通过同步带轮及同步带传动连接齿轮，齿轮与齿条啮合连接，当步进电机转动带动齿轮时，齿轮沿齿条直线移动；所述导轨系统由导轨固定座、导轨、齿条、安装锚栓、紧固螺栓、滑轨、限位块组成；所述导轨固定座上装有导轨，导轨中间上面装有齿条，所述驱动系统安装在导轨和齿条上，并与导轨导向滑动连接以及与齿条传动连接；所述滑轨安装在强制归中支撑饼底部；所述限位块安装在导轨两端；所述控制系统由操控器、电源线滑轮、电机控制系统组成；所述电机控制系统安装在步进电机上，所述电机控制系统接收操控器的信号，并输出控制信号给步进电机，用于控制步进电机的转动速度和移动距离。

所述辅助装置由万向支架、风扇装置、十字移动装置、辅助装置储藏箱体、风扇延伸连接杆、照明装置、万向支架安装孔组成，使用时，所述万向支架固定安装在测量平台上预留的四个万向支架安装孔的任意一个孔位中，所述照明装置固定在万向支架上，所述风扇装置通过风扇延伸连接杆固定在万向支架；所述十字移动装置安装在测量平台两侧并位于盾构机台车上部两个钢结构梁内侧；所述辅助装置储藏箱体置于测量平台内，所述辅助装置储藏箱体内存放不用时的风扇装置、十字移动装置、风扇延伸连接杆、照明装置。

所述操控器通过无线或有线连接电机控制系统。

所述电源线滑轮安装在驱动系统侧边，用于避免电源线缠绕。

所述导轨固定座呈工字型柱状，并固定在测量平台内底中部，导轨固定座上半部分附设有调节螺钉，用来调节固定驱动系统。

所述导轨为工字型结构，其上、下面设有安装用的导向斜面，安装时下面的导向斜面穿入导轨固定座槽口内，用紧固螺栓拧紧固定，导轨固定座使导轨牢固的安装在测量平台内底中部。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过采用在自动导向定位测量系统上，能使盾构施工的导向定位测量更快速、更方便。

（2）本发明采用“导轨”通过“锚栓”固定在测量平台内底中部，不仅能使得“导轨”安装简单，形成仪器测站位置可方便的横向移动，对盾构机前部的棱镜能快速便捷的测量。（见图2、3）

（3）本发明的装置采用的测量仪器装置固定在驱动系统在导轨上能横向移动，这样在测量过程中，可以保证测量可视通道的畅通，避免由于盾构区间转弯半径小、上下竖曲线率大、机械或人为的原因产生的遮挡等视线不同的情况，降低因遮挡等情况造成自动测量仪器测量成果无法使用。

由于以上特点，本发明尤其在是在小管径，小半径及盾构机上部测量通道狭窄的盾构导向定位测量、监测等领域具有很强的实用价值。

附图说明

图1为本发明的测量平台的结构主视图；

图2为本发明的测量平台的结构左剖视图；

图3为本发明的测量平台的结构俯视图；

图4为图1和图2中驱动系统具体放大示意图；

图5为图4中沿A-A的剖视图；

图6为小棱镜及棱镜连接装置的示意图；

图7为图6的俯视图；

图8为万向支架放大示意图；

图9为本发明的测量平台平移及上下调节运作示意图；

图10为本发明的测量平台前后调节运作示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，包括辅助装置、测绘仪器、导轨系统、驱动系统、控制系统。

导轨系统由导轨固定座14、导轨26、齿条27、安装锚栓25、紧固螺栓23、滑轨12、限位块16组成；导轨固定座14上装有导轨26，导轨26中间上面装有齿条27，驱动系统安装在导轨26和齿条27上，并与导轨26导向滑动连接以及与齿条27传动连接，驱动系统连接强制归中支撑饼11。导轨固定座14呈工字型柱状，并固定在测量平台中底部，导轨固定座14下半部分附设有紧固螺栓23固定导轨26，导轨固定座14上半部分附设有调节螺钉24，用来调节固定驱动系统（见图1，2，4，5）。

驱动系统由外壳18、步进电机21、同步带轮22、同步带20、齿轮19、调节螺钉24组成，外壳18内装有步进电机21，步进电机21通过同步带轮22及同步带20传动连接齿轮19，齿轮19与齿条27啮合连接（见图4），无线或有线操控器9连接电机控制系统28，利用有线或无线方法操控器9按检测面的长度范围值控制驱动系统中的步进电机21行进。

驱动系统安装于齿条27和导轨固定座14组件上，调节螺钉24将驱动系统固定在导轨固定座14的凹槽内，再将强制归中支撑饼11安装在外壳18上，形成一整套的“驱动系统”，全站仪5自动整平基座6安装准备到位后，将驱动系统左右移动，与齿条27完全咬合，固定就位。（见图1，2）

驱动系统参见图4，5，安装过程及运动原理如下：

外壳18下部有导向斜面，使用是穿过导轨26的上部导向斜面，并拧紧调节螺栓24到位，使外壳18能做导轨26上移动，此时安装在外壳18上的齿轮19与导轨26上的齿条27啮合。步进电机21安装在外壳18上，齿轮19和步进电机21各连有1个同步带轮22，并由同步带20连成一个传动系统。当步进电机21转动时带动同步带轮22同步带20转动，同时带动齿轮10转动。因为齿条3固定在导轨2上不动，所以齿轮19将沿齿条27移动，从而带动外壳18包括安装在其上所以部件一起移动。

测绘仪器装置由改装的小棱镜2、棱镜连接装置3、全站仪5、自动整平基座6、强制归中支撑饼11组成。改装的小棱镜2通过棱镜连接装置固定居中在全站仪5上部中心位置（图6，7），所述全站仪5安装在自动整平基座6上，自动整平基座6强制归中在强制归中支撑饼11的中心位置。强制归中支撑饼11固定在驱动系统的外壳18上，全站仪5、自动整平基座6通过强制归中支撑饼11连接在外壳18上，跟随外壳18一起移动。

控制系统由无线或有线操控器9、电源线滑轮17、电机控制系统28组成；电机控制系统28安装在步进电机21上通过接受无线或有线操控器9的信号，来控制步进电机21的转动速度和移动距离；电源线滑轮17安装在驱动系统侧边，避免电源线缠绕。

辅助装置由万向支架1、风扇装置4、十字移动装置7、辅助装置储藏箱体10、风扇延伸连接杆13、照明装置15、万向支架安装孔29组成。

万向支架1在不用时可放置在辅助装置储藏箱体内，使用时可固定安装在测量平台上预留的四个万向支架安装孔29的任意一个孔位中。如图8所示，利用万向支架1的万向功能可固定风扇装置4和照明装置15。风扇装置4在不用时可放置在辅助装置储藏箱体10内，使用时可安装风扇延伸连接杆13，调节到适合位置，固定在万向支架1。十字移动装置7安装在测量平台两侧并位于盾构机台车上部两个钢结构梁内侧，通过上下左右调节测量平台的水平及前后位置。辅助装置储藏箱体10内存放风扇装置4、十字移动装置7、风扇延伸连接杆13、照明装置15。照明装置15在不用时可放置在辅助装置储藏箱体内，固定在万向支架1，调节到适合位置。

本发明的测量平台可根据测量方式的需求的可有以下使用情形：

请参阅图9、图10，其中图7是为本发明中测量仪器和测量平台组合完整正常使用状态下的主视结构示意图，该种情形下，测量仪器的移动方向与导轨的前进方向平行，测量仪器与随驱动系统的左右平移，在此中情况下可根据前视方向及遮挡情况进行调节，测量平台两侧的十字滑块可根据盾构机台车的实际高度调整测量平台的上下高度。图10是为本发明的测量平台组合正常使用状态下结构俯视前后调节运作示意图，在导向测量前的可根据测量平台实际位置作前后位置的微调，使测量平台调整到最佳测量位置。

Claims (6)

1.一种用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，包括辅助装置、测绘仪器装置、导轨系统、驱动系统、控制系统、其特征在于：所述测绘仪器装置由小棱镜(2)、棱镜连接装置(3)、全站仪(5)、自动整平基座(6)、强制归中支撑饼(11)组成，所述小棱镜(2)通过棱镜连接装置(3)固定居中在全站仪(5)上部中心位置，所述全站仪(5)安装在自动整平基座(6)上，所述自动整平基座(6)强制归中在强制归中支撑饼(11)的中心位置，所述强制归中支撑饼(11)固定在驱动系统的外壳(18)上；所述驱动系统由外壳(18)、齿轮(19)、同步带(20)、步进电机(21)、同步带轮(22)组成；所述外壳(18)内装有步进电机(21)，步进电机(21)通过同步带轮(22)及同步带(20)传动连接齿轮(19)，齿轮(19)与齿条(27)啮合连接，当步进电机(21)转动带动齿轮(19)时，齿轮(19)沿齿条(27)直线移动；所述导轨系统由导轨固定座(14)、导轨(26)、齿条(27)、安装锚栓(25)、紧固螺栓(23)、滑轨(12)、限位块(16)组成；所述导轨固定座(14)上装有导轨(26)，导轨(26)中间上面装有齿条(27)，所述驱动系统安装在导轨(26)和齿条(27)上，并与导轨(26)导向滑动连接以及与齿条(27)传动连接；所述滑轨(12)安装在强制归中支撑饼(11)底部；所述限位块(16)安装在导轨(26)两端；所述控制系统由操控器(9)、电源线滑轮(17)、电机控制系统(28)组成；所述电机控制系统(28)安装在步进电机(21)上，所述电机控制系统(28)接收操控器(9)的信号，并输出控制信号给步进电机(21)，用于控制步进电机(21)的转动速度和移动距离。

2.根据权利要求1所述的用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，其特征在于：所述辅助装置由万向支架(1)、风扇装置(4)、十字移动装置(7)、辅助装置储藏箱体(10)、风扇延伸连接杆(13)、照明装置(15)、万向支架安装孔(29)组成，使用时，所述万向支架(1)固定安装在测量平台上预留的四个万向支架安装孔(29)的任意一个孔位中，所述照明装置(15)固定在万向支架(1)上，所述风扇装置(4)通过风扇延伸连接杆(13)固定在万向支架(1)；所述十字移动装置(7)安装在测量平台两侧并位于盾构机台车上部两个钢结构梁内侧；所述辅助装置储藏箱体(10)置于测量平台内，所述辅助装置储藏箱体(10)内存放不用时的风扇装置(4)、十字移动装置(7)、风扇延伸连接杆(13)、照明装置(15)。

3.根据权利要求1所述的用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，其特征在于：所述操控器(9)通过无线或有线连接电机控制系统(28)。

4.根据权利要求1所述的用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，其特征在于：所述电源线滑轮(17)安装在驱动系统侧边，用于避免电源线缠绕。

5.根据权利要求1所述的用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，其特征在于：所述导轨固定座(14)呈工字型柱状，并固定在测量平台内底中部，导轨固定座(14)上半部分附设有调节螺钉(24)，用来调节固定驱动系统。

6.根据权利要求1所述的用于盾构自动导向系统的可移动全站仪测量平台，其特征在于：所述导轨(26)为工字型结构，其上、下面设有安装用的导向斜面，安装时下面的导向斜面穿入导轨固定座(14)槽口内，用紧固螺栓拧紧固定，导轨固定座(14)使导轨(26)牢固的安装在测量平台内底中部。