CN112855035A - 一种基于激光测距的调平系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光测距的调平系统，包括：钻机组件、箱体、测距组件及控制组件。钻机组件包括钻机平台和四个直线驱动件，四个直线驱动件的输出轴连接于钻机平台的下方并呈矩形设置，箱体连接于钻机平台，测距组件内置于箱体，测距组件包括连接绳、四棱锥及四个激光测距仪，连接绳的一端连接于箱体的顶部内壁，四棱镜的尖端连接于连接绳的另一端，四个激光测距仪连接于箱体的内壁并与四棱锥周向的四个侧面一一对应设置，控制组件包括处理器，处理器与四个激光测距仪和四个直线驱动件均电连接，根据激光测距仪输出的距离信号控制直线驱动件的输出轴伸出或者缩回，实现对钻机平台的调平。本发明可能解决调平后误差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及牙轮钻机技术领域，尤其涉及一种基于激光测距的调平系统及方法。
背景技术
穿孔爆破是露天矿开采过程中的关键工艺环节，其中穿孔是进行爆破的前提，牙轮钻机是大型露天矿应用的最多的穿孔设备。为了使爆破效果达到矿山要求，需要保证炮孔的穿孔质量，因此在牙轮钻机穿孔工艺过程中，需用利用设置在牙轮钻机四角的四个千斤顶来保证牙轮钻机的稳定性，并进行调平使钻孔竖直钻进。
目前，传统的钻机调平装置是依靠钻机上的“水平仪”等工具，利用人目测“水平仪”和经验判断的方法进行操作，来实现牙轮钻机钻前的调平工作。
这样调平牙轮钻机的方式，依靠人工经验的判断，不仅使用起来不方便、费时费力，而且可能存在调平后误差较大的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于激光测距的调平系统及方法，解决现有技术中依靠人工经验的判断，不仅使用起来不方便、费时费力，而且可能存在调平后误差较大的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于激光测距的调平系统，其特征在于，包括：
钻机组件，包括钻机平台和四个直线驱动件，四个所述直线驱动件设置于所述钻机平台的下方并呈矩形设置，所述直线驱动件的输出轴连接于所述钻机平台；
箱体，所述箱体连接于所述钻机平台；
测距组件，所述测距组件内置于所述箱体，所述测距组件包括连接绳、四棱锥及四个激光测距仪，所述连接绳的一端连接于所述箱体的顶部内壁，所述四棱镜的尖端连接于所述连接绳的另一端，所述四棱锥周面的四个侧面均为反射面，四个所述激光测距仪连接于所述箱体的内壁并与所述四棱锥周向的四个侧面一一对应设置；
控制组件，包括处理器，所述处理器与四个所述激光测距仪和四个所述直线驱动件均电连接，根据激光测距仪输出的距离信号控制直线驱动件的输出轴伸出或者缩回，实现对钻机平台的调平。
进一步的，所述测距组件还包括固定块和滚珠，所述固定块的一侧连接于所述箱体的顶部内壁、另一侧开设有球形凹槽，所述滚珠的一侧可转动嵌设于所述球形凹槽，所述连接绳的一端连接于所述滚珠的另一侧。
进一步的，所述箱体具有呈正方体的空腔，所述固定块固定连接于所述箱体的顶部内壁的正中心。
进一步的，所述连接绳是钢丝绳。
进一步的，所述四棱锥是正四棱锥。
进一步的，所述激光测距仪具有发射端和接收端，所述激光测距仪的发射端和接收端对应同一所述四棱锥的侧面。
进一步的，所述控制组件还包括驱动模块，所述驱动模块具有接收端和输出端，所述驱动模块的输出端与四个所述直线驱动件均电连接，所述驱动模块的接收端与所述处理器电连接，根据处理器的控制信号控制直线驱动件的输出轴的伸出和缩回。
本发明还涉及一种基于激光测距的调平方法，其运用如上述基于激光测距自动调平系统进行，包括步骤：
(1)四个所述激光测距仪的发射端分别发射光线至所述棱镜的四个侧面，光线经所述棱镜的侧面反射后射入所述激光测距仪的接收端；
(2)所述激光测距仪将测得的距离信号传递至处理器；
(3)处理器进行数据计算及处理，并产生控制信号；
(4)处理器将控制信号输出给所述驱动模块，所述驱动模块控制分别四个所述直线驱动件的伸出或者缩回；
(5)重复以上步骤，直至钻机平台处于水平状态，然后所述钻机本体开始钻孔工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：钻机组件包括钻机平台和四个直线驱动件，四个直线驱动件设置于钻机平台的下方并呈矩形设置，直线驱动件的输出轴连接于钻机平台，箱体连接于钻机平台，测距组件内置于箱体，测距组件包括连接绳、四棱锥及四个激光测距仪，连接绳的一端连接于箱体的顶部内壁，四棱镜的尖端连接绳的另一端，四棱锥周面的四个侧面均反光，四个激光测距仪连接于箱体的内壁并与四棱锥周向的四个侧面一一对应设置，控制组件包括处理器，处理器与四个激光测距仪和四个直线驱动件均电连接，根据激光测距仪输出的距离信号控制直线驱动件的输出轴伸出或者缩回，实现对钻机平台的调平。这样，利用激光测距仪测得与四棱柱的四个侧面的距离的变化，并通过处理器和驱动模块，控制相对应的直线驱动件的输出端伸长或缩回，实现钻机平台或者牙轮钻机的调平作业，不仅使用方便，而且可能解决调平后误差较大的问题。
附图说明
图1是本发明实施例所述基于激光测距的调平系统的结构示意图；
图2是本发明实施例所述基于激光测距的调平系统另一视角的结构示意图；
图3是本发明实施例所述箱体的剖视图；
图4是图3中A处的局部放大示意图；
图5是沿图3中B－B线的剖视图；
图6是本发明实施例所述箱体、测距组件发生倾斜的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种基于激光测距的调平系统，包括：钻机组件1、箱体2、测距组件3、控制组件4。
如图1至图3所示，钻机组件1包括钻机平台11和四个直线驱动件12，四个直线驱动件12设置于钻机平台11的下方并呈矩形设置，直线驱动件12的输出轴连接于钻机平台11。
进一步地，直线驱动件12是千斤顶，千斤顶固定连接于钻机平台11且抵接于地面，千斤顶的输出轴可沿其轴线伸出或缩回运动。
如图1、图2所示，箱体2连接于钻机平台11，箱体2与钻机平台11的水平线相互垂直设置。
进一步地，箱体2具有呈正方体的空腔21，空腔21具有四个侧面、顶部及底部。
如图3所示，测距组件3内置于箱体2，测距组件3包括连接绳31、四棱锥32及四个激光测距仪33。
进一步地，连接绳31的一端连接于箱体2的顶部内壁，四棱锥32的尖端连接于连接绳31的另一端，四棱锥32的周面具有四个侧面且均为反射面，四个激光测距仪33连接于箱体2的内壁并与四棱锥32周向的四个侧面一一对应设置。
如图4所示，测距组件3还包括固定块34和滚珠35，固定块34的一侧连接于箱体2的顶部内壁、另一侧开设有球形凹槽341。
进一步地，滚珠35的一侧可转动嵌设于球形凹槽341，连接绳31的一端连接于滚珠35的另一侧，球形凹槽341的深度大于滚珠35的半径，用于将滚珠35内嵌与球形凹槽341。
如图4所示，连接绳31是钢丝绳，具体的此处连接绳31还可以为其他表面具有刚性的绳类，使得连接绳31无法带动四棱锥32沿连接绳31的轴线旋转，此处不作过多阐述。
进一步地，球形凹槽341、滚珠35及钢丝绳的配合作用，使得当箱体2随钻机平台11一起倾斜时，四棱锥32始终因自身的重力作用，保持竖直向下的状态。
如图6所示，图中左侧为箱体2和测距组件3，或者牙轮钻机向右倾斜的情况，四棱镜处于竖直向下的状态。
进一步地，图中右侧为箱体2和测距组件3，或者牙轮钻机向左倾斜的情况，四棱镜处于竖直向下的状态。
如图3、图5所示，四棱锥32是正四棱锥。
进一步地，正四棱锥具有四个等腰三角形的侧面和一个正方形的底面，正四棱锥的四个侧面均能反光。
如图3、图5所示，激光测距仪33具有发射端和接收端，激光测距仪33的发射端和接收端对应同一四棱锥32的侧面。
进一步地，激光测距仪33为小型激光测距仪，在工作时由发射端向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由接收端接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，主要用于测量距离，为现有技术，此处也可以用声波测距仪等代替，此处不作过多阐述。
如图1、图2所示，控制组件4包括处理器41，处理器41与四个激光测距仪33和四个直线驱动件12均电连接。
进一步地，处理器41的作用是，根据激光测距仪33输出的距离信号控制直线驱动件12的输出轴伸出或者缩回，实现对钻机平台11的调平。
如图1、图2所示，控制组件4还包括驱动模块42，驱动模块42具有接收端和输出端，驱动模块42的输出端与四个直线驱动件12均电连接。
进一步地，驱动模块42的接收端与处理器41电连接，根据处理器41的控制信号控制直线驱动件12的输出轴的伸出和缩回。
本发明还提供了一种基于激光测距的调平方法，包括步骤：
(1)四个激光测距仪33的发射端分别发射光线至四棱锥32的四个侧面，光线经四棱锥32的侧面反射后射入激光测距仪33的接收端；
(2)激光测距仪33将测得的距离信号传递至处理器41；
(3)处理器41进行数据计算及处理，并产生控制信号；
(4)处理器41将控制信号输出给驱动模块42，驱动模块42控制分别四个直线驱动件12的伸出或者缩回；
(5)重复以上步骤，直至钻机平台11处于水平状态，然后钻机本体开始钻孔工作。
本发明的具体工作流程，钻机组件1包括钻机平台11和四个直线驱动件12，四个直线驱动件12设置于钻机平台11的下方并呈矩形设置，直线驱动件12的输出轴连接于钻机平台11。
进一步地，箱体2连接于钻机平台11，箱体2与钻机平台11的水平线相互垂直设置，箱体2具有呈正方体的空腔21，空腔21具有四个侧面、顶部及底部。
测距组件3内置于箱体2，测距组件3包括连接绳31、四棱锥32及四个激光测距仪33，连接绳31的一端连接于箱体2的顶部内壁，四四棱锥32的尖端连接绳31的另一端，四棱锥32周面的四个侧面均反光，四个激光测距仪33连接于箱体2的内壁并与四棱锥32周向的四个侧面一一对应设置。
进一步地，测距组件3还包括固定块34和滚珠35，固定块34的一侧连接于箱体2的顶部内壁、另一侧开设有球形凹槽341，滚珠35的一侧可转动嵌设于球形凹槽341，连接绳31的一端连接于滚珠35的另一侧，球形凹槽341的深度大于滚珠35的半径，用于将滚珠35内嵌与球形凹槽341。
四个激光测距仪33安置在箱体2的内侧，分别安装在空腔21上半部的四条棱边的中心处，依次编号为N1、N2、N3、N4，且四个激光测距仪33与前后四个千斤顶一一对应设置。
当箱体2处于水平状态、且正四棱锥处于竖直状态时，使四个激光测距仪33激光发射端到正四棱锥四个侧面的距离相等并记为L，且误差不大于5mm。
牙轮钻机进行钻孔前，是利用四个角的4个千斤顶来调整牙轮钻机的水平状态，使的牙轮钻机处于水平状态，即四个激光测距仪33测出的距离L1、L2、L3、L4均相等，误差不大于5mm。
本发明利用Labview软件，将具备开放接口的四个激光测距仪33进行集成，利用集成模块对激光测距仪33测量频率(f，即测量间隔时间ts)进行设置，将编号为N1、N2、N3、N4的激光测距仪33每次测量对应的距离L1、L2、L3、L4，利用数据传输模块传输至处理器41。
处理器41将编号N1、N2、N3、N4的激光测距仪33对应的测量距离L1、L2、L3、L4组成数据矩阵Si，根据设计的算法，分别对矩阵Si中的每一个数据与装置水平时的距离L进行对比，获得钻机平台11倾斜的方向和角度。
处理器41再根据设计的算法，得出需要调整对应位置千斤顶的伸缩距离，并将指令传输给驱动模块42，驱动模块42控制相对应的千斤顶进行调整。
经过多次调整，直至L1、L2、L3、L4与L的距离相等，误差在允许范围内，表示牙轮钻机上的调平装置或钻机平台11已经处于水平状态，钻机便可以开始钻孔工作。
这样，利用激光测距仪测得与四棱柱的四个侧面的距离的变化，并通过处理器和驱动模块，控制相对应的千斤顶的输出端伸长或缩回，实现钻机平台或者牙轮钻机的调平作业，与现有技术相比，不仅使用方便，而且可能解决调平后误差较大的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于激光测距的调平系统，其特征在于，包括：
钻机组件，包括钻机平台和四个直线驱动件，四个所述直线驱动件设置于所述钻机平台的下方并呈矩形设置，所述直线驱动件的输出轴连接于所述钻机平台；
箱体，所述箱体连接于所述钻机平台；
测距组件，所述测距组件内置于所述箱体，所述测距组件包括连接绳、四棱锥及四个激光测距仪，所述连接绳的一端连接于所述箱体的顶部内壁，所述四棱镜的尖端连接于所述连接绳的另一端，所述四棱锥周面的四个侧面均为反射面，四个所述激光测距仪连接于所述箱体的内壁并与所述四棱锥周向的四个侧面一一对应设置；
控制组件，包括处理器，所述处理器与四个所述激光测距仪和四个所述直线驱动件均电连接，根据激光测距仪输出的距离信号控制直线驱动件的输出轴伸出或者缩回，实现对钻机平台的调平。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述测距组件还包括固定块和滚珠，所述固定块的一侧连接于所述箱体的顶部内壁、另一侧开设有球形凹槽，所述滚珠的一侧可转动嵌设于所述球形凹槽，所述连接绳的一端连接于所述滚珠的另一侧。
3.根据权利要求2所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述箱体具有呈正方体的空腔，所述固定块固定连接于所述箱体的顶部内壁的正中心。
4.根据权利要求1所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述连接绳是钢丝绳。
5.根据权利要求1所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述四棱锥是正四棱锥。
6.根据权利要求1所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述激光测距仪具有发射端和接收端，所述激光测距仪的发射端和接收端对应同一所述四棱锥的侧面。
7.根据权利要求1所述的基于激光测距的调平系统，其特征在于，所述控制组件还包括驱动模块，所述驱动模块具有接收端和输出端，所述驱动模块的输出端与四个所述直线驱动件均电连接，所述驱动模块的接收端与所述处理器电连接，根据处理器的控制信号控制直线驱动件的输出轴的伸出和缩回。
8.一种基于激光测距的调平方法，其特征在于，其运用如权利要求1至7中任一项所述的基于激光测距自动调平系统进行，包括步骤：
(1)四个所述激光测距仪的发射端分别发射光线至所述棱镜的四个侧面，光线经所述棱镜的侧面反射后射入所述激光测距仪的接收端；
(2)所述激光测距仪将测得的距离信号传递至处理器；
(3)处理器进行数据计算及处理，并产生控制信号；
(4)处理器将控制信号输出给所述驱动模块，所述驱动模块控制分别四个所述直线驱动件的伸出或者缩回；
(5)重复以上步骤，直至钻机平台处于水平状态，然后所述钻机本体开始钻孔工作。
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| GR01 | Patent grant | ||
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