CN114060008B - 一种井巷施工激光指向装置及其纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井巷施工激光指向装置，包括设置在巷道内的箱体、激光指向组件和激光监测组件；激光指向组件包括调高基座、水平度盘和激光指向仪，激光指向仪内设置有自主纠偏单元和偏光镜；激光监测组件包括光照强度计、光强检测器和警报器，该装置实现了在对巷道施工提供施工掘进所需指示方向的同时，对指向激光进行监测。同时，本发明公开了采用该装置对指向激光进行纠偏的方法，包括步骤：一、初始化调平并调节激光指向仪；二、设定阈值；三、带有自主纠偏的光照强度采集；四、判断光照强度是否大于阈值；五、人工纠偏，该方法通过自动纠偏和人工纠偏相配合，更加准确且符合井巷施工中指向激光的精度要求。

Description

一种井巷施工激光指向装置及其纠偏方法

技术领域

本发明属于井巷激光指向技术领域，具体涉及一种井巷施工激光指向装置及其纠偏方法。

背景技术

激光指向是矿山工程中的关键工序，在井巷开挖、工作面掘进的过程中，激光指向仪能够在井下复杂环境中精准地为施工提供一个施工掘进所需指示方向，地下巷道挖掘时激光指向仪固定安装在已挖掘部位的巷道顶部轴线附近，由于地下工程施工采用爆破采掘时，冲击波和落石等都会对激光指向仪产生扰动，指向仪累积的姿态变化导致激光施工掘进所需指示方向偏离设计方向，造成井巷施工安全事故，故一般的井巷施工激光指向仪采用专员进行人工检查，然而随着井巷掘进的距离增大，激光指向的调整过程十分繁琐，费时费力，因此，目前缺乏针对激光指向仪姿态变化的补偿、监测和调整手段。

已有的发明专利ZL201410324106.7公开了一种激光指向仪偏移实时监测装置，该专利的核心内容包括对激光指向仪的上、下、左、右面进行监测的压力传感器，并利用可伸缩的推头进行激光指向仪的姿态补偿，但该专利仍有许多不足，一方面，将偏移补偿模型简化为水平位移和竖直位移，且利用推头伸缩进行补偿的方式，难以满足激光指向仪方向偏移量微小的实际情况，另一方面，该专利的装置无法实现自检，偏移超限后续调整方式依靠传统的挂线对中恢复，在高强度掘进的过程中依然需要大量的人力、物力投入，因此，需要一种能够对激光指向仪的指向进行姿态自动补偿，并在超过自动补偿范围后，能够精确调整激光指向的装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种井巷施工激光指向装置，通过激光指向组件与激光监测组件配合，实现了在在对巷道施工提供施工掘进所需指示方向的同时，对指向激光进行监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：包括设置在巷道内的箱体、设置在所述箱体内的激光指向组件和设置在所述箱体内侧壁上的激光监测组件；

所述激光指向组件包括设置在所述箱体底面上的调高基座、设置在所述调高基座上的水平度盘和设置在所述水平度盘上的激光指向仪，所述激光指向仪包括镜筒、以及依次设置在所述镜筒内的自主纠偏单元、凸透镜、分光镜和偏光镜，所述镜筒靠近所述激光监测组件的一面上开设有监测激光出射孔；

所述自主纠偏单元包括补偿棱镜、设置在所述补偿棱镜下部的阻尼板、以及设置在所述镜筒底部并与所述阻尼板配合的磁阻块，所述补偿棱镜通过呈交叉状的连接线与所述镜筒的顶部连接，所述补偿棱镜、所述阻尼板和所述磁阻块的垂直中心线重合；

所述激光监测组件包括光照强度计、设置在所述光照强度计上的光强检测器和警报器，所述光照强度计内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器，所述控制器内存储有偏移报警阈值，所述光强检测器与所述控制器的输入端连接，所述警报器与所述控制器的输出端连接。

上述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述箱体的顶部穿设有用于与巷道顶板连接的锚杆，所述箱体为前后贯通的中空箱体；

所述调高基座包括磁底座和三个设置在所述磁底座上的脚螺旋，三个所述脚螺旋呈三角形布设，所述脚螺旋上设置有用于放置水平度盘的衬盘。

上述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述水平度盘的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘上设置有水准管和U型支架；

所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘转动的制动旋钮和用于微调所述水平度盘转动的微动旋钮；

所述U型支架上设置有安装板，所述安装板上设置有用于固定激光指向仪的安装带，所述U型支架靠近激光监测组件的一边开设有供监测激光穿过的通光孔。

上述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述镜筒靠近自主纠偏单元的一端设置有激光发射器，所述镜筒的另一端为指向激光出射端，所述镜筒上设置有用于转动所述偏光镜的偏光旋钮。

上述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述光照强度计上还设置有光强显示屏和参数设置器，所述参数设置器与控制器的输入端连接，所述光强显示屏与所述控制器的输出端连接，所述光强检测器的中心设置有遮光片。

同时，本发明还公开了一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，步骤简单、操作便捷、可行性高，更加准确且符合井巷施工中指向激光的精度要求，从而能更精确、有效地进行监测和纠偏工作，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、初始化调平并调节激光指向仪：调节调高基座，直至激光指向仪与施工掘进所需指示方向的高度一致并保持水平状态，开启所述激光指向仪内的激光发射器，通过分光镜将所述激光发射器射出的激光分为互相垂直的指向激光和监测激光；

当所述施工掘进所需指示方向为水平方向时，调节水平度盘，直至所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；

当所述施工掘进所需指示方向为斜向上或斜向下的方向时，调节水平度盘并转动偏光镜，直至折射后的所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；

步骤二、设定阈值：在所述光照强度计上安装与所述控制器的输出端连接的光强显示屏，在所述光照强度计上安装与控制器的输入端连接的参数设置器；

当所述监测激光指向位于光强检测器中心的遮光片时，所述光强显示屏显示光照强度值初始值，通过所述参数设置器设定所述激光指向仪的偏移报警阈值，所述偏移报警阈值大于所述光照强度值初始值；

步骤三、带有自主纠偏的光照强度采集：通过自主纠偏单元对所述激光指向仪内的激光进行自主纠偏，确保所述监测激光指向所述遮光片；

同时，光强检测器将所接收到的所述监测激光的实时光照强度值同步传输至所述控制器，所述控制器将所述实时光照强度值传输至所述光强显示屏；

步骤四、判断光照强度是否大于阈值：当所述实时光照强度值不大于所述偏移报警阈值时，执行步骤三；当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值，且持续时间大于t时，通过所述控制器控制所述警报器(30)进行报警，并执行步骤五；其中，t的取值范围为6s～10s；

步骤五、人工纠偏：通过调节水平度盘和偏光镜对所述指向激光和所述监测激光进行纠偏，直至所述实时光照强度值恢复到所述光照强度值初始值。

上述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤一中，所述调高基座包括磁底座和三个设置在所述磁底座上的脚螺旋，三个所述脚螺旋呈三角形布设，所述脚螺旋上设置有用于放置水平度盘的衬盘；

所述水平度盘的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘上设置有水准管和U型支架，所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘转动的制动旋钮和用于微调所述水平度盘转动的微动旋钮；

步骤二中，所述镜筒上设置有用于转动所述偏光镜的偏光旋钮；

调节三个所述脚螺旋并观察所述水准管，直至所述水平度盘保持水平状态，转动所述水平度盘，待指向激光与施工掘进所需指示方向之间的角度小于10度后，调节所述制动旋钮，使人力无法转动所述水平度盘，调节所述微动旋钮对所述水平度盘的角度进行微调，调节所述偏光旋钮对所述指向激光的角度进行调整，直至所述指向激光对准施工掘进所需指示方向。

上述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值时，调节双螺旋和所述偏光旋钮，直至光强显示屏上所显示的实时光照强度值恢复到光照强度起始值。

上述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤三中，所述偏移报警阈值为25000勒克斯，待所述监测激光指向所述遮光片后，警报器开始工作；

当所述监测激光指向所述遮光片时，所述光强检测器上的实时光照强度值为光照强度值初始值，所述光照强度值初始值为所述光强检测器所接收到的巷道内照明光源的光照强度值；当所述监测激光逐渐远离所述遮光片时，光强检测器上的所述实时光照强度值逐渐增大。

上述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤四中，当所述补偿棱镜处于垂直状态时，指向激光水平水平射出所述补偿棱镜；当所述补偿棱镜发生偏转时，所述补偿棱镜对指向激光的射出角度进行偏转补偿，根据公式

得出偏转补偿值Δ_补；

其中，d为所述补偿棱镜的厚度，γ为所述补偿棱镜的偏转角度，n_p为折射率。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单有效、连接可靠稳定、装卸方便快捷，通过在巷道内设置激光指向组件，便于对巷道施工提供施工掘进所需指示方向，通过设置激光监测组件，便于对指向激光进行实时监测，有利于及时纠正激光指向仪的激光姿态，便于推广使用。

2、本发明通过在激光指向仪内设置自主纠偏单元，当地下工程采用爆破采掘时，冲击波和落石等都会对激光指向仪产生扰动，利用补偿棱镜对指向激光的姿态进行自动补偿，利用阻尼板与磁阻块之间的磁吸力，既能阻碍补偿棱镜的摆动，又有利于已经产生摆动的补偿棱镜尽快恢复稳定状态，即短暂的晃动可用自主纠偏单元对指向激光的姿态进行自动补偿，以便第一时间进行自动纠偏，保证了纠偏的及时性，避免多次人工纠正和费时费力，提高了激光指向仪的抗干扰性和巷道的施工效率。

3、本发明通过设置调高基座，便于与箱体固定连接并调整激光指向仪的高度，完成初步指向工作；通过设置水平度盘，便于水平转动激光指向仪，使激光指向仪的激光出射端对准施工掘进所需指示方向，完成二次指向工作；当巷道为斜巷时，施工掘进所需指示方向也为斜向，通过设置偏光镜，便于折射指示激光，使折射后的指示激光与施工掘进所需指示方向一致，完成最终指向工作，装置可靠稳定，实用性强、使用效果好。

4、本发明通过设置光强检测器接收监测激光，便于在自主纠偏单元自动纠偏的基础上及时获取监测激光的姿态变化，从而间接获取指向激光的偏移情况，通过设置光强显示屏，便于有效、准确地反映出指向激光的姿态偏离程度，从而使工作人员能随时观察监测激光的实时光照强度值，监测方式便捷，直观性强，通过设置参数设置器，便于设定监测激光的偏移报警阈值，有助于及时提示工作人员激光偏移的情况，通过设置控制器，便于将光强检测器所接收到的实时光照强度值及时传输给光强显示屏和警报器，从而实现了对监测激光的姿态进行实时监测，实用性强，便于推广使用。

5、本发明中激光指向仪的偏移最终影响井巷施工的直接原因是指向激光的激光点发生偏移，因此，本方法通过实时监测监测激光的激光点偏移量，即观察光强检测器上的实时光照强度值，从而间接进行指向激光的激光点偏移量监测，监测过程更加准确且符合井巷施工指向激光的精度要求，监测结果也更加清楚明了，从而能更精确、有效地进行监测和纠偏工作；通过自主纠偏和人工纠偏的双重配合，对监测激光的偏移量进行实时、准确的监测，从而及时获取指向激光的偏移情况，当监测激光的实时光照强度值大于偏移报警阈值时，警报器会进行报警工作，提示工作人员尽快处理，本发明所采用的的纠偏方法，步骤简单、操作便捷、可行性高、纠偏效果好，有效保证了井巷巷道施工的指向需求。

综上所述，本发明所采用的激光指向装置，通过激光指向组件与激光监测组件配合，实现了在对巷道施工提供施工掘进所需指示方向的同时，对指向激光进行监测；所采用的纠偏方法步骤简单、操作便捷、可行性高，更加准确且符合井巷施工中指向激光的精度要求，从而能更精确、有效地进行监测和纠偏工作。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明激光指向组件的右视图。

图3为本发明激光指向仪的结构示意图。

图4为本发明激光指向仪在一种自主纠偏状态下的结构示意图。

图5为本发明激光指向仪在另一种自主纠偏状态下的结构示意图。

图6为本发明激光监测组件的结构示意图。

图7为本发明激光监测组件的电路原理框图。

图8为本发明的纠偏方法流程框图。

图9为本发明补偿棱镜的补偿状态示意图。

附图标记说明:

1—巷道顶板； 2—锚杆； 3—箱体；

4—磁底座； 5—脚螺旋； 6—衬盘；

7—水平度盘； 8—制动旋钮； 9—微动旋钮；

10—水准管； 11—U型支架； 12—安装板；

13—安装带； 14—通光孔； 15—激光指向仪；

16—镜筒； 17—激光发射器； 18—补偿棱镜；

19—阻尼板； 20—磁阻块； 21—凸透镜；

22—分光镜； 23—偏光镜； 24—偏光旋钮；

25—光照强度计； 26—光强检测器； 27—遮光片；

28—光强显示屏； 29—参数设置器； 30—警报器；

31—控制器； 32—无线通信模块； 33—计时器。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的一种井巷施工激光指向装置，包括设置在巷道内的箱体3、设置在所述箱体3内的激光指向组件和设置在所述箱体3内侧壁上的激光监测组件。

所述激光指向组件包括设置在所述箱体3底面上的调高基座、设置在所述调高基座上的水平度盘7和设置在所述水平度盘7上的激光指向仪15，所述激光指向仪15包括镜筒16、以及依次设置在所述镜筒16内的自主纠偏单元、凸透镜21、分光镜22和偏光镜23，所述镜筒16靠近所述激光监测组件的一面上开设有监测激光出射孔。

如图3所示，所述自主纠偏单元包括补偿棱镜18、设置在所述补偿棱镜18下部的阻尼板19、以及设置在所述镜筒16底部并与所述阻尼板19配合的磁阻块20，所述补偿棱镜18通过呈交叉状的连接线与所述镜筒16的顶部连接，所述补偿棱镜18、所述阻尼板19和所述磁阻块20的垂直中心线重合。

如图6和图7所示，所述激光监测组件包括光照强度计25、设置在所述光照强度计25上的光强检测器26和警报器30，所述光照强度计25内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器31，所述控制器31内存储有偏移报警阈值，所述光强检测器26与所述控制器31的输入端连接，所述警报器30与所述控制器31的输出端连接。

本发明使用时，通过在巷道内设置激光指向组件，便于对巷道施工提供施工掘进所需指示方向，通过设置激光监测组件，便于对指向激光进行实时监测，有利于及时纠正激光指向仪15的激光姿态。

实际使用时，通过设置调高基座，便于与箱体3固定连接并调整激光指向仪15的高度，完成初步指向工作；通过设置水平度盘7，便于水平转动激光指向仪15，使激光指向仪15的激光出射端对准施工掘进所需指示方向，完成二次指向工作；当巷道为斜巷时，施工掘进所需指示方向也为斜向，通过设置偏光镜23，便于折射指示激光，使折射后的指示激光与施工掘进所需指示方向一致，完成最终指向工作，装置可靠稳定，实用性强、使用效果好。

实际使用时，通过设置光强检测器26接收监测激光，便于在自主纠偏单元自动纠偏的基础上及时获取监测激光的姿态变化，从而间接获取指向激光的偏移情况，通过设置控制器31，便于将光强检测器26所接收到的实时光照强度值及时传输给警报器30，从而实现了对监测激光的姿态进行实时监测。

实际使用时，如图4和图5所示，当地下工程采用爆破采掘时，冲击波和落石等都会对激光指向仪15产生扰动，通过在激光指向仪15内设置补偿棱镜18，短暂的晃动可通过补偿棱镜18对指向激光的姿态进行自动补偿，从而在第一时间实现了自动纠偏，保证了对指向激光姿态纠偏的及时性，避免多次人工纠正的费时费力，提高了激光指向仪15的抗干扰能力，从而有利于提高巷道的施工效率和施工准确性。

需要说明的是，补偿棱镜18为平板玻璃，通过在补偿棱镜18下部设置阻尼板19，在镜筒16底部设置磁阻块20，且补偿棱镜18、阻尼板19和磁阻块20的垂直中心线重合，便于利用阻尼板19与磁阻块20之间的磁吸力，既能阻碍补偿棱镜18的摆动，又有利于已经产生摆动的补偿棱镜18尽快恢复稳定状态，通过设置呈交叉状的连接线连接补偿棱镜18于镜筒16，相较于采用一根竖向连接线，更加稳定，有利于减少补偿棱镜18的摆动。

需要说明的是，控制器31为PLC可编程控制器，参数设置器29为布设在光照强度计25外侧壁上的输入键盘，控制器31通过无线通信模块32与上位机进行双向通信，电子线路板上还设置有与控制器31连接的计时器33。

本实施例中，所述箱体3的顶部穿设有用于与巷道顶板1连接的锚杆2，所述箱体3为前后贯通的中空箱体。

实际施工时，锚杆2的一端伸入巷道顶板1内，锚杆2的另一端设置有挂接箱体3的平板，平板上设置有多个穿过箱体3顶部的螺栓，实现了与箱体3的可拆卸连接，通过设置锚杆2连接箱体3与巷道顶板1，当施工作业面需要向前推进时，便于快速拆卸和安装箱体3，实现了对本装置的重复利用，通过设置箱体3为前后贯通的中空箱体，便于工作人员在箱体3的前后位置调节本装置和连接线路，也便于指向激光从箱体3的前面或后面出射，对巷道施工进行指向，还有利于保护激光指向组件和激光监测组件，避免碎石掉落破坏激光指向组件和激光监测组件。

如图2所示，所述调高基座包括磁底座4和三个设置在所述磁底座4上的脚螺旋5，三个所述脚螺旋5呈三角形布设，所述脚螺旋5上设置有用于放置水平度盘7的衬盘6。

实际使用时，箱体3为铁箱，通过设置磁底座4与箱体3连接，只需将磁底座4放置在箱体3上，连接方式简单便捷，且连接稳定性高，通过在磁底座4与衬盘6之间设置脚螺旋5，便于利用脚螺旋5调节衬盘6的高度，从而实现对激光指向仪15的高度调节，通过设置脚螺旋5的数量为三个且呈三角形布设，既能提高对衬盘6支撑的稳定性，又便于符合三点确定一个平面的原理，使衬盘6保持水平。

需要说明的是，衬盘6的上表面设置有凹槽，便于将水平度盘7安装在凹槽内，从而实现对水平度盘7的固定，避免水平度盘7受扰动而晃动过大，造成激光偏移。

本实施例中，所述水平度盘7的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘7的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘7上设置有水准管10和U型支架11；所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘7转动的制动旋钮8和用于微调所述水平度盘7转动的微动旋钮9。

所述U型支架11上设置有安装板12，所述安装板12上设置有用于固定激光指向仪15的安装带13，所述U型支架11靠近激光监测组件的一边开设有供监测激光穿过的通光孔14。

实际使用时，通过在水平度盘7上设置水准管10，便于调节脚螺旋5时，通过观察水准管10确定水平度盘7是否保持水平，通过设置微动旋钮9，便于实现水平度盘7水平向转动的微调，使指向激光的方向更精准，通过设置制动旋钮8，便于将转动后的水平度盘7锁紧，通过在水平度盘7的侧面周向设置刻度尺，刻度尺的最小单位为5秒，便于明确水平度盘7的转动角度，从而在纠偏时能快速调节水平度盘7。

实际使用时，U型支架11的底边与水平度盘7固定连接，安装板12设置在U型支架11的两边之间，通过在安装板12上设置多个安装带13，便于利用安装带13捆绑固定激光指向仪15。

本实施例中，所述镜筒16靠近自主纠偏单元的一端设置有激光发射器17，所述镜筒16的另一端为指向激光出射端，所述镜筒16上设置有用于转动所述偏光镜23的偏光旋钮24。

实际使用时，激光发射器17为红外激光发射器，激光从激光发射器17中射出，依次经过自主纠偏单元、凸透镜21、分光镜22和偏光镜23，分光镜22为三棱镜，通过设置分光镜22，将激光分为互相垂直的指向激光和监测激光，指向激光经过偏光镜23，从镜筒16的另一端出射，进行指向工作，监测激光从激光发射器17的监测激光出射孔出射，经过通光孔14投射到光强检测器26上，通过在激光指向仪15上设置与偏光镜23连接的偏光旋钮24，便于利用偏光旋钮24调节偏光镜23所在平面与指向激光之间的夹角，从而使指向激光发生折射，确保折射后的指向激光与斜巷施工需求的施工掘进指示方向一致。

本实施例中，所述光照强度计25上还设置有光强显示屏28和参数设置器29，所述参数设置器29与控制器31的输入端连接，所述光强显示屏28与所述控制器31的输出端连接，所述光强检测器26的中心设置有遮光片27。

实际使用时，通过设置光强显示屏28，便于控制器31将所接收到的实时光照强度值显示到光强显示屏28上，从而有效、准确地反映出指向激光的姿态偏离程度，从而使工作人员能随时观察监测激光的实时光照强度值，监测方式便捷，直观性强，通过设置参数设置器29，便于设定监测激光的偏移报警阈值，有助于及时提示工作人员激光偏移的情况。

如图8所示的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，包括以下步骤：

步骤一、初始化调平并调节激光指向仪：调节调高基座，直至激光指向仪15与施工掘进所需指示方向的高度一致并保持水平状态，开启所述激光指向仪15内的激光发射器17，通过分光镜22将所述激光发射器17射出的激光分为互相垂直的指向激光和监测激光。

当所述施工掘进所需指示方向为水平方向时，调节水平度盘7，直至所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；当所述施工掘进所需指示方向为斜向上或斜向下的方向时，调节水平度盘7并转动偏光镜23，直至折射后的所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向。

本实施例中，调节三个所述脚螺旋5并观察所述水准管10，直至所述水平度盘7保持水平状态，转动所述水平度盘7，待指向激光与施工掘进所需指示方向之间的角度小于10度后，调节所述制动旋钮8，使人力无法转动所述水平度盘7，调节所述微动旋钮9对所述水平度盘7的角度进行微调，调节所述偏光旋钮24对所述指向激光的角度进行调整，直至所述指向激光对准施工掘进所需指示方向。

实际使用时，转动三个脚螺旋5，直至水平度盘7与施工掘进所需指示方向的高度一致，且水准管10显示水平度盘7处于水平状态时，完成调高工作，此时，根据巷道的坡度设计，当施工掘进所需指示方向为水平方向时，先手动转动水平度盘7，待指向激光与施工掘进所需指示方向之间的角度小于10度后，旋转制动旋钮8，使人力无法转动所述水平度盘7，再旋转微动旋钮9，微调水平度盘7的水平转角，使指向激光对准水平向的施工掘进所需指示方向；当施工掘进所需指示方向为斜向时，在施工掘进所需指示方向为水平向的基础上，通过旋转偏光旋钮24，使所述指向激光经过折射也变为斜向，直至指向激光对准斜向的施工掘进所需指示方向。

步骤二、设定阈值：在所述光照强度计25上安装与控制器31的输入端连接的参数设置器29，通过所述参数设置器29设定所述激光指向仪15的偏移报警阈值。

步骤三、带有自主纠偏的光照强度采集：通过自主纠偏单元对所述激光指向仪15内的激光进行自主纠偏，确保所述监测激光指向所述遮光片27；同时，光强检测器26将所接收到的所述监测激光的实时光照强度值同步传输至所述控制器31，所述控制器31将所述实时光照强度值传输至所述光强显示屏28。

本实施例中，当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值时，调节双螺旋和所述偏光旋钮24，直至光强显示屏28上所显示的实时光照强度值恢复到光照强度起始值。

本实施例中，步骤三中，所述偏移报警阈值为25000勒克斯，待所述监测激光指向所述遮光片27后，警报器30开始工作。

当所述监测激光指向所述遮光片27时，所述光强检测器26上的实时光照强度值为光照强度值初始值，所述光照强度值初始值为所述光强检测器26所接收到的巷道内照明光源的光照强度值；当所述监测激光逐渐远离所述遮光片27时，光强检测器26上的所述实时光照强度值逐渐增大。

实际使用时，在激光指向仪进行自主纠偏的基础上，对监测激光的偏移量进行实时、准确的监测，从而及时获取指向激光的偏移情况，当指向激光发生偏移，监测激光也会随之偏移，随着监测激光逐渐偏离遮光片27，光强检测器26所接收的激光光照强度逐渐变强，并通过光强显示屏28显示光强检测器26所接收的实时光照强度值，可视性、直观性强；其中，遮光片27的面积大于自动补偿后的监测激光偏移范围，即激光经过自动补偿单元后，仍符合指定方向。

步骤四、判断光照强度是否大于阈值：当所述实时光照强度值不大于所述偏移报警阈值时，执行步骤三；当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值，且持续时间大于t时，通过所述控制器31控制所述警报器30进行报警，并执行步骤五；其中，t的取值范围为6s～10s。

步骤五、人工纠偏：通过调节水平度盘7和偏光镜23对所述指向激光和所述监测激光进行纠偏，直至所述实时光照强度值恢复到光照强度值初始值。

实际使用时，当实时光照强度值大于25000勒克斯时，警报器30进行报警工作，提示工作人员尽快处理，本发明所采用的的纠偏方法，步骤简单、操作便捷，纠偏效果好，有效保证了井巷巷道施工的指向需求。

需要说明的是，警报器30为警示灯或警示音，警报器30上连接有第二电源，工作人员手动关闭警报器30后，再进行人工纠偏，调节制动旋钮8和微动旋钮9和所述偏光旋钮24时，观察光强显示屏28上的实时光照强度值，直至实时光照强度值恢复到光照强度值初始值，使监测激光指向遮光片27，则完成纠偏工作，待纠偏工作完成后，再次开启警报器30，继续进行报警提示工作。

如图9所示，本实施例中，当所述补偿棱镜18处于垂直状态时，指向激光水平水平射出所述补偿棱镜18；当所述补偿棱镜18发生偏转时，所述补偿棱镜18对指向激光的射出角度进行偏转补偿，根据公式

得出偏转补偿值Δ_补；其中，d为所述补偿棱镜18的厚度，γ为所述补偿棱镜18的偏转角度，n_p为折射率。

实际使用时，当镜筒16保持水平时，激光垂直补偿棱镜18入射，并出射至固定点o，固定点o为凸透镜21的焦点；当补偿棱镜18受外部影响发生摆动时，补偿棱镜18与竖直轴之间的夹角为γ，激光经过补偿棱镜18发生折射后，依然射出至固定点o，从而不改变激光进入凸透镜21的入射点，实现对激光姿态的自动补偿，且偏转补偿值为指向激光的允许误差范围；其中，求得偏转补偿值Δ_补的范围为

实际工作中，激光指向仪15的偏移最终影响井巷施工的直接原因是指向激光的激光点发生偏移，因此，本方法通过实时监测监测激光的激光点偏移量，即观察光强检测器26上的实时光照强度值，从而间接进行指向激光的激光点偏移量监测，监测过程更加准确且符合井巷施工指向激光的精度要求，监测结果也更加清楚明了，从而能更精确、有效地进行监测和纠偏工作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：包括设置在巷道内的箱体（3）、设置在所述箱体（3）内的激光指向组件和设置在所述箱体（3）内侧壁上的激光监测组件；

所述激光指向组件包括设置在所述箱体（3）底面上的调高基座、设置在所述调高基座上的水平度盘（7）和设置在所述水平度盘（7）上的激光指向仪（15），所述激光指向仪（15）包括镜筒（16）、以及依次设置在所述镜筒（16）内的自主纠偏单元、凸透镜（21）、分光镜（22）和偏光镜（23），所述镜筒（16）靠近所述激光监测组件的一面上开设有监测激光出射孔；

所述自主纠偏单元包括补偿棱镜（18）、设置在所述补偿棱镜（18）下部的阻尼板（19）、以及设置在所述镜筒（16）底部并与所述阻尼板（19）配合的磁阻块（20），所述补偿棱镜（18）通过呈交叉状的连接线与所述镜筒（16）的顶部连接，所述补偿棱镜（18）、所述阻尼板（19）和所述磁阻块（20）的垂直中心线重合；

所述激光监测组件包括光照强度计（25）、设置在所述光照强度计（25）上的光强检测器（26）和警报器（30），所述光照强度计（25）内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器（31），所述控制器（31）内存储有偏移报警阈值，所述光强检测器（26）与所述控制器（31）的输入端连接，所述警报器（30）与所述控制器（31）的输出端连接。

2.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述箱体（3）的顶部穿设有用于与巷道顶板（1）连接的锚杆（2），所述箱体（3）为前后贯通的中空箱体；

所述调高基座包括磁底座（4）和三个设置在所述磁底座（4）上的脚螺旋（5），三个所述脚螺旋（5）呈三角形布设，所述脚螺旋（5）上设置有用于放置水平度盘（7）的衬盘（6）。

3.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述水平度盘（7）的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘（7）的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘（7）上设置有水准管（10）和U型支架（11）；

所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘（7）转动的制动旋钮（8）和用于微调所述水平度盘（7）转动的微动旋钮（9）；

所述U型支架（11）上设置有安装板（12），所述安装板（12）上设置有用于固定激光指向仪（15）的安装带（13），所述U型支架（11）靠近激光监测组件的一边开设有供监测激光穿过的通光孔（14）。

4.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述镜筒（16）靠近自主纠偏单元的一端设置有激光发射器（17），所述镜筒（16）的另一端为指向激光出射端，所述镜筒（16）上设置有用于转动所述偏光镜（23）的偏光旋钮（24）。

5.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述光照强度计（25）上还设置有光强显示屏（28）和参数设置器（29），所述参数设置器（29）与控制器（31）的输入端连接，所述光强显示屏（28）与所述控制器（31）的输出端连接，所述光强检测器（26）的中心设置有遮光片（27）。

6.一种利用如权利要求4所述井巷施工激光指向装置的激光指向装置纠偏方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、初始化调平并调节激光指向仪：调节调高基座，直至激光指向仪（15）与施工掘进所需指示方向的高度一致并保持水平状态，开启所述激光指向仪（15）内的激光发射器（17），通过分光镜（22）将所述激光发射器（17）射出的激光分为互相垂直的指向激光和监测激光；

当所述施工掘进所需指示方向为水平方向时，调节水平度盘（7），直至所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；

当所述施工掘进所需指示方向为斜向上或斜向下的方向时，调节水平度盘（7）并转动偏光镜（23），直至折射后的所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；

步骤二、设定阈值：在所述光照强度计（25）上安装与所述控制器（31）的输出端连接的光强显示屏（28），在所述光照强度计（25）上安装与控制器（31）的输入端连接的参数设置器（29）；

当所述监测激光指向位于光强检测器（26）中心的遮光片（27）时，所述光强显示屏（28）显示光照强度值初始值，通过所述参数设置器（29）设定所述激光指向仪（15）的偏移报警阈值，所述偏移报警阈值大于所述光照强度值初始值；

步骤三、带有自主纠偏的光照强度采集：通过自主纠偏单元对所述激光指向仪（15）内的激光进行自主纠偏，确保所述监测激光指向所述遮光片（27）；

同时，光强检测器（26）将所接收到的所述监测激光的实时光照强度值同步传输至所述控制器（31），所述控制器（31）将所述实时光照强度值传输至所述光强显示屏（28）；

步骤四、判断光照强度是否大于阈值：当所述实时光照强度值不大于所述偏移报警阈值时，执行步骤三；当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值，且持续时间大于t时，通过所述控制器（31）控制所述警报器（30）进行报警，并执行步骤五；其中，t的取值范围为6s〜10s；

步骤五、人工纠偏：通过调节水平度盘（7）和偏光镜（23）对所述指向激光和所述监测激光进行纠偏，直至所述实时光照强度值恢复到所述光照强度值初始值。

7.按照权利要求6所述的一种激光指向装置纠偏方法，其特征在于：步骤一中，所述调高基座包括磁底座（4）和三个设置在所述磁底座（4）上的脚螺旋（5），三个所述脚螺旋（5）呈三角形布设，所述脚螺旋（5）上设置有用于放置水平度盘（7）的衬盘（6）；

所述水平度盘（7）的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘（7）的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘（7）上设置有水准管（10）和U型支架（11），所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘（7）转动的制动旋钮（8）和用于微调所述水平度盘（7）转动的微动旋钮（9）；

步骤一中，调节三个所述脚螺旋（5）并观察所述水准管（10），直至所述水平度盘（7）保持水平状态，转动所述水平度盘（7），待指向激光与施工掘进所需指示方向之间的角度小于10度后，调节所述制动旋钮（8），使人力无法转动所述水平度盘（7），调节所述微动旋钮（9）对所述水平度盘（7）的角度进行微调，调节所述偏光旋钮（24）对所述指向激光的角度进行调整，直至所述指向激光对准施工掘进所需指示方向。

8.按照权利要求7所述的一种激光指向装置纠偏方法，其特征在于：当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值时，调节双螺旋和所述偏光旋钮（24），直至光强显示屏（28）上所显示的实时光照强度值恢复到光照强度起始值。

9.按照权利要求6所述的一种激光指向装置纠偏方法，其特征在于：步骤二中，所述偏移报警阈值为25000勒克斯，待所述监测激光指向所述遮光片（27）后，警报器（30）开始工作；

当所述监测激光指向所述遮光片（27）时，所述光强检测器（26）上的实时光照强度值为光照强度值初始值，所述光照强度值初始值为所述光强检测器（26）所接收到的巷道内照明光源的光照强度值；当所述监测激光逐渐远离所述遮光片（27）时，光强检测器（26）上的所述实时光照强度值逐渐增大。

10.按照权利要求6所述的一种激光指向装置纠偏方法，其特征在于：步骤三中，当所述补偿棱镜（18）处于垂直状态时，指向激光水平射出所述补偿棱镜（18）；当所述补偿棱镜（18）发生偏转时，所述补偿棱镜（18）对指向激光的射出角度进行偏转补偿，根据公式

，得出偏转补偿值Δ_补；

其中，d为所述补偿棱镜（18）的厚度，γ为所述补偿棱镜（18）的偏转角度，n_p为折射率。

Images