CN115371619B - 一种巷道形状测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井底巷道检测技术领域，涉及一种巷道形状测量装置。前进伺服电机驱动检测组件朝z轴正方向移动，滚动轮紧压巷道毛面，伸缩臂组件和摆臂组件的组合摆动，每摆动到一个新的角度位置θ，滚动轮最远边缘压紧巷道毛面新的对应点，伸缩臂组件伸缩到新的位置，带动编码器转到一个新的角度位置ψ，系统计算出该处巷道毛面对应点与巷道轴心线之间的距离r；巷道毛面上检测点的坐标为（r，θ，z），系统不停地采集和保存该坐标，得到这一段巷道毛面形状的一系列坐标。本发明大幅提高检测组件的使用寿命，检测组件不使用激光扫描仪或超声波扫描仪，不受水泥粉尘的影响，不需要频繁更换，维修维护成本较低；为自动化喷浆机提供数据支持。

Description

一种巷道形状测量装置

技术领域

本发明涉及煤矿井底巷道检测技术领域，涉及一种巷道开挖毛面的检测技术，具体涉及一种巷道形状测量装置。

背景技术

煤矿井底巷道开挖出来之后产生表面形状很不规则、凸凹不平的巷道毛面，开挖的空间要比预期巷道的空间大，要在巷道毛面上使用喷浆机喷上砂浆，形成规则的圆弧形巷道壁面。

巷道开挖后底面上要马上沿着巷道的长度方向铺上钢轨，以便于行走矿车，使用矿车把挖出的矸石运走。喷浆机也可以设置滚轮，沿着钢轨滚动，行走省力，沿着巷道的长度方向平移，确定出喷浆机在巷道中的位置。

喷浆机是靠高压力空气把砂浆喷射出来工作的，喷射砂浆的同时还会产生大量水泥潮湿的粉尘，漂浮在空气中长时间不能沉降，弥漫在空气中。喷浆机工作也会产生高分贝的噪音。

早期的喷浆设备全都是由人工来操作的，工人在现场不可避免地把水泥粉尘吸入体内，噪音和粉尘严重危害工人健康。工人往往需要配戴能过滤粉尘和隔音的面具工作，能起到一定的防尘和降噪效果，但还是不能完全去除，对工人健康仍然有危害。工人配戴面具工作也不方便。

巷道开挖出来未喷浆的一段用水帘与其它已经喷浆完成的区段相隔开，防止水泥粉尘向其它区域扩散。

有人研制了自动化喷浆机，使用激光扫描仪或者超声波扫描仪先扫描出巷道毛面，产生巷道毛面的三维形状保存在计算机存储器中，然后发送给自动化喷浆机，巷道预期的规则截面形状也发送给自动化喷浆机，然后计算出巷道毛面哪些部位需要喷涂多少厚度的浆料，根据计算结果进行数字化控制喷浆。这样确实解放了工人，使工人可以大部分时间在水帘的另一侧遥控控制，大幅减轻对工人的伤害。

然而，在弥漫有水泥的工作场所，水泥粉尘总是粘附在激光扫描仪的镜头表面和超声波扫描仪的发声敏感器件与接收敏感器件表面并凝固，其厚度还会随时间延长而积累，很难清洗干净，使它们不能正常工作，需要频繁更换，提高了维修维护成本。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种能大幅提高检测组件的使用寿命、检测组件不使用激光扫描仪或超声波扫描仪、不受水泥粉尘的影响、不需要频繁更换、维修维护成本较低、为自动化喷浆机提供数据支持的巷道形状测量装置；

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种巷道形状测量装置，包括检测组件，所述检测组件包括第一板组件；所述第一板组件包括摆臂组件、伸缩臂组件、摆臂伺服电机、角度测试仪和第一板；所述摆臂组件包括摆臂、四个槽轮、同步轮、两个张紧轮和编码器；

所述摆臂的第一端设有摆臂电机安装孔和角度测量安装孔，摆臂电机安装孔和角度测量安装孔轴心线重合；四个槽轮分别通过转动副安装在摆臂的第二端，同步轮和两个张紧轮分别通过转动副安装在摆臂的第二端；编码器的外壳与摆臂固定联接，编码器的输入轴和同步轮固定联接；

伸缩臂组件包括伸缩臂、滚动轮、同步带、两个皮带夹和伸缩气缸；滚动轮和伸缩臂的第二端通过转动副联接；两个皮带夹分别固定联接在伸缩臂的第一端和第二端；同步带是开环，同步带的两端分别固定在两个皮带夹上；四个槽轮两个一组共分为两组，两组槽轮分别位于伸缩臂的两侧，伸缩臂的两侧边缘分别嵌在槽轮的轮槽内，槽轮沿着伸缩臂的两侧边缘滚动，伸缩臂相对于摆臂的长度方向平移，伸缩臂和摆臂的长度方向平行，滚动轮在伸缩臂上位于远离摆臂电机安装孔的一端，摆臂电机安装孔在摆臂上位于远离滚动轮的一端；同步带先后张紧地绕过第一个张紧轮、同步轮和第二个张紧轮，并和同步轮啮合，同步带位于同步轮和两个张紧轮的组合两侧的两个区段在同一条直线上；伸缩气缸的第一端和摆臂联接，伸缩气缸的第二端和伸缩臂联接；

摆臂伺服电机的外壳和第一板固定联接，摆臂伺服电机的输出轴和摆臂电机安装孔固定联接；摆臂伺服电机的输出轴沿着前后方向设置；角度测试仪的外壳和第一板固定联接，角度测试仪的输入轴和角度测量安装孔固定联接。

伸缩气缸驱动伸缩臂组件朝远离摆臂伺服电机的方向平移，使滚动轮伸出并压紧巷道毛面的对应点，同步带通过同步轮带动编码器输入轴旋转，编码器输入轴每旋转一周则伸缩臂组件伸缩一倍的同步轮周长的距离，按此规律可以通过编码器采集到的角度数据推算出滚动轮远离或者靠近摆臂伺服电机输出轴轴心线的距离。摆臂上设有二米刻度线，当伸缩臂的第二端和二米刻度线对齐时，摆臂伺服电机输出轴轴心线和滚动轮最远边缘的距离校定为二米，此时编码器的计量角度ψ计为零，随着伸缩臂组件伸缩，采集编码器的计量角度ψ变化量，当滚动轮远离摆臂伺服电机输出轴轴心线时计量角度ψ计为正角度，相反当滚动轮靠近摆臂伺服电机输出轴轴心线时计量角度ψ计为负角度；通过计量角度ψ计算出滚动轮最远边缘与摆臂伺服电机输出轴轴心线之间的距离r，单位是米；也就是巷道毛面对应点与巷道轴心线之间的距离r；

摆臂伺服电机驱动伸缩臂组件和摆臂组件的组合摆动，每摆动到一个新的角度位置θ，单位是度，该角度被角度测试仪检测和采集，滚动轮最远边缘滚动并压紧巷道毛面新的对应点，伸缩臂组件伸缩到一个新的位置，带动编码器转到一个新的计量角度ψ，编码器采集到相应的计量角度ψ，单位是度，系统计算出该处巷道毛面对应点与巷道轴心线之间的距离r。

使用滚动轮能把滑动摩擦变为滚动摩擦，大幅减小摩擦力；如果不使用滚动轮，而使用探杆，虽然精确度较好，但是滑动摩擦力也非常大，实施起来非常困难。

所述第一板组件还包括水平仪；水平仪和第一板固定联接，水平仪沿左右方向设置。

所述第一板上还设有两个调整球头和一个定位球头，调整球头和定位球头都朝下；定位球头在后部中间，两个调整球头分别在定位球头的左前方和右前方，两个调整球头和一个定位球头的球心组成一个等腰三角形，定位球头的球心位于等腰三角形底边相对的顶点上。

本发明还包括第二板组件，所述第二板组件包括第二板、两套调角螺纹副和定位球窝；所述定位球窝的下部和第二板固定联接，所述定位球窝和定位球头组合成球面铰链；一套所述调角螺纹副包括一个调角螺套、一个调角螺杆和紧定螺栓，调角螺套的上端和调角螺杆的下端通过螺纹副相联，调角螺套的下端和第二板通过球面铰链相联，调角螺杆的上端和调整球头通过球面铰链相联；协调调节两个调角螺纹副能驱动第一板的前端升降或者调节第一板左右倾角，并通过紧定螺栓把球面铰链锁定。

本发明还包括第三板组件，所述第三板组件包括第三板、调高螺套和调高导套；所述调高螺套和调高导套分别与第三板固定联接；所述第二板组件还包括调高螺杆和调高导杆，所述调高导杆和第二板固定联接；所述调高螺杆和第二板通过转动副相联；所述调高导套和调高导杆滑动配合，所述调高螺杆和调高螺套通过螺旋副相联，旋转所述调高螺杆能驱动第二板组件上下平移，以调整第一板的高度。

本发明还包括第四板组件，所述第四板组件包括第四板、直线导轨、横移螺杆；所述直线导轨和第四板固定联接；所述横移螺杆和第四板通过转动副相联；所述第三板组件还包括横移滑块和横移螺母；所述横移滑块和横移螺母分别和第三板固定联接；所述横移滑块和直线导轨组成直线导轨副；所述横移螺杆和横移螺母组成螺纹副，旋转横移螺杆能驱动第三板组件左右平移，以调整第一板的左右位置。

所述第四板组件还包括滚轮、同步带传动装置和前进伺服电机；所述滚轮和第四板通过转动副相联；所述前进伺服电机的外壳和第四板固定联接；所述前进伺服电机的输出轴和滚轮通过同步带传动装置联接；滚轮放置在钢轨上；所述前进伺服电机驱动滚轮旋转，滚轮沿着钢轨滚动，从而使检测组件朝前平移。

本发明还包括激光器组件；所述激光器组件包括激光发生器；所述第一板组件上还设置有反光板，反光板朝后，所述反光板上设有定心反射点，所述定心反射点是指在反光板上用颜料画出的标记，或者钻出的一个浅孔；所述定心反射点位于摆臂伺服电机的输出轴轴心线上，反光板和摆臂伺服电机的输出轴轴心线垂直；激光发生器朝前方发射平行激光束照射到定心反射点上；如果没有照射到，则通过各处的调整元件调整至照射到定心反射点上；一般激光发生器发出的光线沿着巷道圆拱形轴心线传播，把摆臂伺服电机的输出轴轴心线调节到圆拱形轴心线上，这样测量的数据以柱面三维坐标系记录更方便，自动喷浆机喷浆臂的摆动中心也在圆拱形轴心线上，这样自动喷浆机的电控系统不必进行坐标转换就能使用测量的数据。

激光器组件一般放置在检测组件的后方，视直线形巷道的实际长度，可以在几十米或者几百米远的地方。

所述激光器组件还包括两个激光测距仪，两个激光测距仪和激光器组件安装在一起，也位于检测组件的后方或远或近的同样位置；激光器组件在已经完成喷浆的区段，激光器组件和正在喷浆的区段之间要隔着水帘，正在喷浆的区段中的空气带着水泥粉尘要经过水帘的冲刷，滤去水泥粉尘后才能流到已经喷浆完成的区段，防止水泥粉尘落在激光器组件的发光原件表面，避免影响激光器组件工作。两个激光测距仪一个在另一个下方，两者检测部位的连线垂直于巷道的延伸方向，两者分别发射出与激光发生器平行的光线，分别照射到反光板上的两个预先标记的测距反射点，分别检测出与反光板的距离，两个检测距离的数值相比较，从而得知反光板是否与巷道的延伸方向垂直，以便于做出相应调整。为了防止两个激光发生器工作时相互干扰，往往要让它们交替工作，而不是同时工作。

本发明还包括PLC，即可编程逻辑控制器，所述伸缩气缸、编码器、摆臂伺服电机、角度测试仪和前进伺服电机分别与PLC电性联接，PLC发送指令分别让伸缩气缸、摆臂伺服电机和前进伺服电机去执行，同时PLC也从编码器、角度测试仪和前进伺服电机采集数据。

为了防止滚动轮表面粘附水泥粉尘，往往在上面涂覆一层特氟龙材料，这样水泥粉尘就不会粘附太牢固，容易擦洗掉，以免影响检测精度。

本发明的工作过程是这样的。

1.关停水帘，防止阻挡激光束；开启激光发生器和两个激光测距仪，擦拭水平仪的观察窗口，观察水平仪，通过反复调整两套调角螺纹副、调高螺杆和横移螺母，分别使得第一板的前端升降或者调节左右倾角、反光板的高度、反光板的左右方位，使得水平仪指示出水平方向、激光发生器发出激光束照在定心反射点、两个激光测距仪分别照射到预先标记的测距反射点，并且两个激光测距仪所测到的与反光板的距离相等，这样就能保证反光板垂直于巷道的长度方向、定心反射点位于巷道预期圆形拱面轴心线上，从而保证摆臂伺服电机的轴心线在巷道预期圆形拱面轴心线上，这样伸缩臂组件摆动的方向和巷道预期圆形拱面轴心线正好垂直。开启水帘。

2.人工模式下调整摆臂伺服电机和伸缩气缸，使滚动轮抵在巷道毛面左下侧和底板的交线上。

3.伸缩气缸伸张，摆动伸缩臂组件远离摆臂伺服电机，摆臂伺服电机驱动伸缩臂组件和摆臂组件的组合摆动，使滚动轮紧靠在巷道毛面和巷道底板的左侧交线上；

建立柱面三维坐标系，以当前滚动轮中心至巷道轴心线垂足为原点O，以巷道的轴心线为柱面轴心线z轴，以前方为z轴正方向，以沿着巷道左右方向的对称轴线朝上的方向为角度θ=0的方向，以巷道毛面对应点与巷道轴心线之间的距离r为半径；则巷道毛面上某一点的坐标为（r，θ，z）。

前进伺服电机驱动滚轮每旋转一周，则检测组件朝前行走一倍的滚轮的周长，给前进伺服电机发送脉冲的数量和检测组件朝前行走的距离成正比，从而PLC可以采集到检测组件在z向的位移数据。

4.前进伺服电机驱动检测组件朝z轴正方向移动一段距离，伸缩气缸以恒定的压力推滚动轮，滚动轮始终紧压在巷道毛面上，摆臂伺服电机驱动伸缩臂组件和摆臂组件的组合摆动，滚动轮随着巷道毛面凸凹不平的表面做伸缩运动，每摆动到一个新的角度位置θ，滚动轮最远边缘滚动并压紧巷道毛面新的对应点，伸缩臂组件伸缩到一个新的位置，带动编码器转到一个新的角度位置ψ，编码器采集到相应的角度数值ψ，单位是度，系统计算出该处巷道毛面对应点与巷道轴心线之间的距离r；巷道毛面上检测点的坐标为（r，θ，z），系统不停地采集和保存该坐标，得到这一段巷道毛面形状的一系列坐标，为自动化喷浆机提供数据支持。

在前进伺服电机驱动检测组件沿z轴移动之前往往使伸缩臂先收缩0.3至0.5米，因为滚动轮沿着其轴向在巷道毛面上的滑动摩擦力较大，很可能会损坏摆臂、伸缩臂或摆臂伺服电机；等沿z轴移动到一个新位置停止后，伸缩臂再伸展开，滚动轮再重新压紧巷道毛面进行检测。

自动喷浆机读取测量的数据并且也同样地放置在检测组件所处的位置，喷浆部件也根据坐标数据进行定位，喷浆机的喷浆旋转臂旋转轴心线也放置到，根据计算结果，把砂浆喷射到巷道毛面对应的厚度，就能喷出规则的圆弧形巷道壁面。

本发明的有益效果是：

1.大幅提高检测组件的使用寿命，检测组件不使用激光扫描仪或超声波扫描仪，不受水泥粉尘的影响，不需要频繁更换，维修维护成本较低。

2.本发明技术方案为自动化喷浆机提供数据支持。

附图说明

图1是本发明实施例使用在巷道2内的三维结构示意图；

图2是图1中M处的局部放大视图；

图3是检测组件4的三维结构示意图；

图4是第一板组件41的三维结构示意图；

图5是摆臂组件411的三维结构示意图；

图6是伸缩臂组件412的三维结构示意图；

图7是摆臂组件411和伸缩臂组件412联接部位的剖面视图；

图8是第二板组件42的三维结构示意图；

图9是第三板组件43的三维结构示意图；

图10是第四板组件44的三维结构示意图；

图11是激光器组件5的三维结构示意图。

图中：

1-原始岩层；2-巷道；21-砂浆层；22-巷道毛面；23-零度方向线；3-钢轨；4-检测组件；41-第一板组件；411-摆臂组件；4111-摆臂；41111-二米刻度线；4112-摆臂电机安装孔；4113-角度测量安装孔；4114-槽轮；4115-同步轮；4116-张紧轮；4117-编码器；412-伸缩臂组件；4121-伸缩臂；4122-滚动轮；4123-同步带；4124-皮带夹；4125-伸缩气缸；413-摆臂伺服电机；414-角度测试仪；415-水平仪；416-第一板；417-调整球头；418-定位球头；419-反光板；4191-定心反射点；4192-测距反射点；42-第二板组件；421-第二板；422-调角螺纹副；4221-调角螺套；4222-调角螺杆；4223-紧定螺栓；423-定位球窝；424-调高螺杆；425-调高导杆；43-第三板组件；431-第三板；432-调高螺套；433-调高导套；434-横移滑块；435-横移螺母；44-第四板组件；441-第四板；442-直线导轨；443-横移螺杆；444-滚轮；445-同步带传动装置；446-前进伺服电机；5-激光器组件；51-激光测距仪；52-激光发生器；6-水帘。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明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做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。

实施例1，一种巷道形状测量装置，如图1-图11所示，包括检测组件4，所述检测组件4包括第一板组件41；所述第一板组件41包括摆臂组件411、伸缩臂组件412、摆臂伺服电机413、角度测试仪414和第一板416；所述摆臂组件411包括摆臂4111、四个槽轮4114、同步轮4115、两个张紧轮4116和编码器4117；

如图5所示，所述摆臂4111的第一端设有摆臂电机安装孔4112和角度测量安装孔4113，摆臂电机安装孔4112和角度测量安装孔4113轴心线重合；四个槽轮4114分别通过转动副安装在摆臂4111的第二端，同步轮4115和两个张紧轮4116分别通过转动副安装在摆臂4111的第二端；编码器4117的外壳与摆臂4111固定联接，编码器4117的输出轴和同步轮4115固定联接；

如图6所示，伸缩臂组件412包括伸缩臂4121、滚动轮4122、同步带4123、两个皮带夹4124和伸缩气缸4125；滚动轮4122和伸缩臂4121的第二端通过转动副联接；两个皮带夹4124分别固定联接在伸缩臂4121的第一端和第二端；同步带4123是开环，同步带4123的两端分别固定在两个皮带夹4124上；四个槽轮4114两个一组共分为两组，两组槽轮4114分别位于伸缩臂4121的两侧，伸缩臂4121的两侧边缘分别嵌在槽轮4114的轮槽内，槽轮4114沿着伸缩臂4121的两侧边缘滚动，伸缩臂4121相对于摆臂4111的长度方向平移，伸缩臂4121和摆臂4111的长度方向平行，滚动轮4122在伸缩臂4121上位于远离摆臂电机安装孔4112的一端，摆臂电机安装孔4112在摆臂4111上位于远离滚动轮4122的一端；同步带4123先后张紧地绕过第一个张紧轮4116、同步轮4115和第二个张紧轮4116，并和同步轮4115啮合，同步带4123位于同步轮4115和两个张紧轮4116的组合两侧的两个区段在同一条直线上；伸缩气缸4125的第一端和摆臂4111联接，伸缩气缸4125的第二端和伸缩臂4121联接；

如图4所示，摆臂伺服电机413的外壳和第一板416固定联接，摆臂伺服电机413的输出轴和摆臂电机安装孔4112固定联接；摆臂伺服电机413的输出轴沿着前后方向设置；角度测试仪414的外壳和第一板416固定联接，角度测试仪414的输出轴和角度测量安装孔4113固定联接。

伸缩气缸4125的无杆腔通气口往往要安装一个气动泄压阀，在滚动轮4122滚压到巷道毛面22突起的位置时，滚动轮4122被迫退回，伸缩气缸4125被压缩，这时伸缩气缸4125无杆腔内多余的空气通过气动泄压阀泄出。

伸缩气缸4125驱动伸缩臂组件412朝远离摆臂伺服电机413的方向平移，使滚动轮4122伸出并压紧巷道毛面的对应点，同步带4123通过同步轮4115带动编码器4117输入轴旋转，编码器4117输入轴每旋转一周则伸缩臂组件412伸缩一倍的同步轮4115周长的距离，按此规律可以通过编码器4117采集到的角度数据推算出滚动轮4122远离或者靠近摆臂伺服电机413的距离。摆臂4111上设有二米刻度线41111，当伸缩臂4121的第二端和二米刻度线41111对齐时，摆臂伺服电机413输出轴轴心线和滚动轮4122最远边缘的距离校定为二米，此时编码器4117的计量角度ψ计为零，随着伸缩臂组件412伸缩，采集编码器4117的计量角度ψ变化量，当滚动轮4122远离摆臂伺服电机413输出轴轴心线时计量角度ψ计为正角度，相反当滚动轮4122靠近摆臂伺服电机413输出轴轴心线时计量角度ψ计为负角度；通过计量角度ψ计算出滚动轮4122最远边缘与摆臂伺服电机413输出轴轴心线之间的距离r，单位是米；也就是巷道毛面22对应点与巷道2轴心线之间的距离r；

摆臂伺服电机413驱动伸缩臂组件412和摆臂组件411的组合摆动，每摆动到一个新的角度位置θ，单位是度，该角度被角度测试仪414检测和采集，滚动轮4122最远边缘滚动并压紧巷道毛面22新的对应点，伸缩臂组件412伸缩到一个新的位置，带动编码器4117转到一个新的计量角度ψ，编码器4117采集到相应的计量角度ψ，单位是度，系统计算出该处巷道毛面22对应点与巷道2轴心线之间的距离r。

所述角度测试仪是指无锡迈科传感科技有限公司生产的HW228B型无触点角度传感器，能把0至360度的角度信号转变为4毫安至20毫安的标准电流输出信号，传输给PLC。该角度测试仪包括一个壳体和一个输入轴，输入轴和壳体以转动副相联，转动副联接采取了防止粉尘进入的措施，能适应恶劣工业环境，所以它可以正常使用在有水泥粉尘的工况环境，输入轴和壳体的其它表面即使覆盖了粉尘，也不会影响使用。

使用滚动轮4122能把滑动摩擦变为滚动摩擦，大幅减小摩擦力；如果不使用滚动轮4122，而使用探杆，虽然精确度较好，但是滑动摩擦力也非常大，实施起来非常困难。

如图4所示，所述第一板组件41还包括水平仪415；水平仪415和第一板416固定联接，水平仪415沿左右方向设置。

如图4所示，所述第一板416上还设有两个调整球头417和一个定位球头418，调整球头417和定位球头418都朝下；定位球头418在后部中间，两个调整球头417分别在定位球头418的左前方和右前方，两个调整球头417和一个定位球头418的球心组成一个等腰三角形，定位球头418的球心位于等腰三角形底边相对的顶点上。

如图3和图8所示，本实施例还包括第二板组件42，所述第二板组件42包括第二板421、两套调角螺纹副422和定位球窝423；所述定位球窝423的下部和第二板421固定联接，所述定位球窝423和定位球头418组合成球面铰链；一套所述调角螺纹副422包括一个调角螺套4221、一个调角螺杆4222和紧定螺栓4223，调角螺套4221的上端和调角螺杆4222的下端通过螺纹副相联，调角螺套4221的下端和第二板421通过球面铰链相联，调角螺杆4222的上端和调整球头417通过球面铰链相联；协调调节两个调角螺纹副422能驱动第一板416的前端升降或者调节第一板416左右倾角，并通过紧定螺栓4223把球面铰链锁定。

如图3和图9所示，本实施例还包括第三板组件43，所述第三板组件43包括第三板431、调高螺套432和调高导套433；所述调高螺套432和调高导套433分别与第三板431固定联接；所述第二板组件42还包括调高螺杆424和调高导杆425，所述调高导杆425和第二板421固定联接；所述调高螺杆424和第二板421通过转动副相联；所述调高导套433和调高导杆425滑动配合，所述调高螺杆424和调高螺套432通过螺旋副相联，旋转所述调高螺杆424能驱动第二板组件42上下平移，以调整第一板416的高度。

如图3和图10所示，本实施例还包括第四板组件44，所述第四板组件44包括第四板441、直线导轨442、横移螺杆443；所述直线导轨442和第四板441固定联接；所述横移螺杆443和第四板441通过转动副相联；所述第三板组件43还包括横移滑块434和横移螺母435；所述横移滑块434和横移螺母435分别和第三板431固定联接；所述横移滑块434和直线导轨442组成直线导轨副；所述横移螺杆443和横移螺母435组成螺纹副，旋转横移螺杆443能驱动第三板组件43左右平移，以调整第一板416的左右位置。

所述第四板组件44还包括滚轮444、同步带传动装置445和前进伺服电机446；所述滚轮444和第四板441通过转动副相联；所述前进伺服电机446的外壳和第四板441固定联接；所述前进伺服电机446的输出轴和滚轮444通过同步带传动装置445联接；滚轮444放置在钢轨3上；所述前进伺服电机446驱动滚轮444旋转，滚轮444沿着钢轨3滚动，从而使检测组件4朝前平移。

如图3和图11所示，本实施例还包括激光器组件5；所述激光器组件5包括激光发生器52；所述第一板组件41上还设置有反光板419，反光板419朝后，所述反光板419上设有定心反射点4191，所述定心反射点4191是指在反光板419上用颜料画出的标记，或者钻出的一个浅孔；所述定心反射点4191位于摆臂伺服电机413的输出轴轴心线上，反光板419和摆臂伺服电机413的输出轴轴心线垂直；激光发生器52朝前方发射平行激光束照射到定心反射点4191上；如果没有照射到，则通过各处的调整元件调整至照射到定心反射点4191上；一般激光发生器52发出的光线沿着巷道2圆拱形轴心线传播，把摆臂伺服电机413的输出轴轴心线调节到圆拱形轴心线上，这样测量的数据以柱面三维坐标系记录更方便，自动喷浆机喷浆臂的摆动中心也在圆拱形轴心线上，这样自动喷浆机的电控系统不必进行坐标转换就能使用测量的数据。

激光器组件5一般放置在检测组件4的后方，视直线形巷道的实际长度，可以在几十米或者几百米远的地方。

所述激光器组件5还包括两个激光测距仪51，两个激光测距仪51和激光器组件5安装在一起，也位于检测组件4的后方或远或近的同样位置；激光器组件5在已经完成喷浆的区段，激光器组件5和正在喷浆的区段之间要隔着水帘6，正在喷浆的区段中的空气带着水泥粉尘要经过水帘6的冲刷，滤去水泥粉尘后才能流到已经喷浆完成的区段，防止水泥粉尘落在激光器组件5的发光原件表面，避免影响激光器组件5工作。两个激光测距仪51一个在另一个下方，两者检测部位的连线垂直于巷道的延伸方向，两者分别发射出与激光发生器52平行的光线，分别照射到反光板419上的两个预先标记的测距反射点4192，分别检测出与反光板419的距离，两个检测距离的数值相比较，从而得知反光板419是否与巷道的延伸方向垂直，以便于做出相应调整。为了防止两个激光发生器52工作时相互干扰，往往要让它们交替工作，而不是同时工作。

如果激光器组件5是专门为检测组件4配备的，则可以设置在较近处，然而，有时巷道掘进总工程项目需要配置激光器组件5，激光发生器52用来指示出巷道的基准轴线，激光测距仪51用于测量已完成工程的长度，则也可以借用巷道掘进总工程项目的激光器组件5，该激光器组件5往往固定设置在巷道后方起始处，位置也不作调整，直到这一段直线巷道全部施工完毕才撤除。

直线形巷道不一定是水平的，也可以是倾斜的，朝上倾斜或者朝下倾斜都可以。所以，本实施例所述的前方，是指掘进工程前进的方向，前方不一定是水平方向；而左右方向则是与前后方向垂直的水平方向。

本实施例还包括PLC，即可编程逻辑控制器，所述伸缩气缸4125、编码器4117、摆臂伺服电机413、角度测试仪414和前进伺服电机446分别与PLC电性联接，PLC发送指令分别让伸缩气缸4125、摆臂伺服电机413和前进伺服电机446去执行，同时PLC也从编码器4117、角度测试仪414和前进伺服电机446采集数据。

为了防止滚动轮4122表面粘附水泥粉尘，往往在上面涂覆一层特氟龙材料，这样水泥粉尘就不会粘附太牢固，容易擦洗掉，以免影响检测精度。

本实施例的工作过程是这样的。

1.关停水帘6，防止阻挡激光束；开启激光发生器52和两个激光测距仪51，擦拭水平仪415的观察窗口，观察水平仪415，通过反复调整两套调角螺纹副422、调高螺杆424和横移螺母435，分别使得第一板416的前端升降或者调节左右倾角、反光板419的高度、反光板419的左右方位，使得水平仪415指示出水平方向、激光发生器52发出激光束照在定心反射点4191、两个激光测距仪51分别照射到预先标记的测距反射点4192，并且两个激光测距仪51所测到的与反光板419的距离相等，这样就能保证反光板419垂直于巷道的长度方向、定心反射点4191位于巷道预期圆形拱面轴心线上，从而保证摆臂伺服电机413的轴心线在巷道预期圆形拱面轴心线上，这样伸缩臂组件412摆动的方向和巷道预期圆形拱面轴心线正好垂直。开启水帘。

2.人工模式下调整摆臂伺服电机413和伸缩气缸4125，使滚动轮4122抵在巷道毛面左下侧和底板的交线上。

3.伸缩气缸4125伸张，摆动伸缩臂组件412远离摆臂伺服电机413，摆臂伺服电机413驱动伸缩臂组件412和摆臂组件411的组合摆动，使滚动轮4122紧靠在巷道毛面22和巷道底板的左侧交线上；

在已喷完砂浆的巷道面和巷道毛面22交界处、以当前滚动轮4122中心至巷道2轴心线垂足为原点O，以巷道2的轴心线为柱面轴心线z轴，以前方为z轴正方向，以沿着巷道左右方向的对称轴线朝上的方向为角度θ=0的方向，即图2中所示的零度方向线23，所有检测点的角度θ值都是以该方向线为测量基准，以巷道毛面对应点与巷道2轴心线之间的距离r为半径，建立柱面三维坐标系，则巷道毛面上某一点的坐标为（r，θ，z）。

零度方向线23的校正，可以通过这种方式进行，使伸缩臂组件412缩回，使伸缩臂组件412和摆臂组件411摆到朝上的位置，使用直角拐尺校正，使伸缩臂4121的侧面与第一板416的平面成九十度，同时角度测试仪414的测量值履为零，零度方向线23得以校正。

前进伺服电机446驱动滚轮444每旋转一周，则检测组件4朝前行走一倍的滚轮444的周长，给前进伺服电机446发送脉冲的数量和检测组件4朝前行走的距离成正比，从而PLC可以采集到检测组件4在z向的位移数据。

4.前进伺服电机446驱动检测组件4朝z轴正方向移动一段距离，一般一次移动0.1米、0.15米或者0.2米，伸缩气缸4125以恒定的压力推滚动轮4122，滚动轮4122始终紧压在巷道毛面22上，摆臂伺服电机413驱动伸缩臂组件412和摆臂组件411的组合摆动，滚动轮4122随着巷道毛面22凸凹不平的表面做伸缩运动，每摆动到一个新的角度位置θ，滚动轮4122最远边缘滚动并压紧巷道毛面22新的对应点，伸缩臂组件412伸缩到一个新的位置，带动编码器4117转到一个新的角度位置ψ，编码器4117采集到相应的角度数值ψ，单位是度，系统计算出该处巷道毛面对应点与巷道2轴心线之间的距离r；巷道毛面上检测点的坐标为（r，θ，z），系统不停地采集和保存该坐标。

在前进伺服电机446驱动检测组件4沿z轴移动之前往往使伸缩臂4121先收缩0.3米，因为滚动轮4122沿着其轴向在巷道毛面22上的滑动摩擦力较大，很可能会损坏摆臂4111、伸缩臂4121或摆臂伺服电机413；等沿z轴移动到一个新位置停止后，伸缩臂4121再伸展开，滚动轮4122再重新压紧巷道毛面22进行检测。

自动喷浆机读取测量的数据并且也同样地放置在检测组件4所处的位置，喷浆部件也根据坐标数据进行定位，根据计算结果，把砂浆喷射到巷道毛面22对应的厚度，就能喷出规则的圆弧形巷道壁面。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种巷道形状测量装置，包括检测组件（4），所述检测组件（4）包括第一板组件（41）；其特征在于：所述第一板组件（41）包括摆臂组件（411）、伸缩臂组件（412）、摆臂伺服电机（413）、角度测试仪（414）和第一板（416）；所述摆臂组件（411）包括摆臂（4111）、四个槽轮（4114）、同步轮（4115）、两个张紧轮（4116）和编码器（4117）；

所述摆臂（4111）的第一端设有摆臂电机安装孔（4112）和角度测量安装孔（4113），摆臂电机安装孔（4112）和角度测量安装孔（4113）轴心线重合；四个槽轮（4114）分别通过转动副安装在摆臂（4111）的第二端，同步轮（4115）和两个张紧轮（4116）分别通过转动副安装在摆臂（4111）的第二端；编码器（4117）的外壳与摆臂（4111）固定联接，编码器（4117）的输入轴和同步轮（4115）固定联接；

伸缩臂组件（412）包括伸缩臂（4121）、滚动轮（4122）、同步带（4123）、两个皮带夹（4124）和伸缩气缸（4125）；两个皮带夹（4124）分别固定联接在伸缩臂（4121）的第一端和第二端；同步带（4123）两端分别固定在两个皮带夹（4124）上；槽轮（4114）分别位于伸缩臂（4121）的两侧，伸缩臂（4121）的两侧边缘分别嵌在槽轮（4114）的轮槽内，槽轮（4114）沿着伸缩臂（4121）的两侧边缘滚动，伸缩臂（4121）和摆臂（4111）的长度方向平行；同步带（4123）先后张紧地绕过第一个张紧轮（4116）、同步轮（4115）和第二个张紧轮（4116），并和同步轮（4115）啮合，同步带（4123）位于同步轮（4115）和两个张紧轮（4116）的组合两侧的两个区段在同一条直线上；伸缩气缸（4125）的第一端和摆臂（4111）联接，伸缩气缸（4125）的第二端和伸缩臂（4121）联接；

摆臂伺服电机（413）的外壳和第一板（416）固定联接，摆臂伺服电机（413）的输出轴和摆臂电机安装孔（4112）固定联接；摆臂伺服电机（413）的输出轴沿着前后方向设置；角度测试仪（414）的外壳和第一板（416）固定联接，角度测试仪（414）的输入轴和角度测量安装孔（4113）固定联接。

2.如权利要求1所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：所述第一板组件（41）还包括水平仪（415）；水平仪（415）和第一板（416）固定联接，水平仪（415）沿左右方向设置。

3.如权利要求2所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：所述第一板（416）上还设有两个调整球头（417）和一个定位球头（418），调整球头（417）和定位球头（418）都朝下；定位球头（418）在后部，两个调整球头（417）分别在定位球头（418）的左前方和右前方，两个调整球头（417）和一个定位球头（418）的球心组成一个等腰三角形，定位球头（418）的球心位于等腰三角形底边相对的顶点上。

4.如权利要求3所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：还包括第二板组件（42），所述第二板组件（42）包括第二板（421）、两套调角螺纹副（422）和定位球窝（423）；所述定位球窝（423）的下部和第二板（421）固定联接，所述定位球窝（423）和定位球头（418）组合成球面铰链；一套所述调角螺纹副（422）包括一个调角螺套（4221）、一个调角螺杆（4222）和紧定螺栓（4223），调角螺套（4221）的上端和调角螺杆（4222）的下端通过螺纹副相联，调角螺套（4221）的下端和第二板（421）通过球面铰链相联，调角螺杆（4222）的上端和调整球头（417）通过球面铰链相联，调节两个调角螺纹副（422）驱动第一板（416）的前端升降或者调节第一板（416）左右倾角，并通过紧定螺栓（4223）把球面铰链锁定。

5.如权利要求4所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：还包括第三板组件（43），所述第三板组件（43）包括第三板（431）、调高螺套（432）和调高导套（433）；所述调高螺套（432）和调高导套（433）分别与第三板（431）固定联接；所述第二板组件（42）还包括调高螺杆（424）和调高导杆（425），所述调高导杆（425）和第二板（421）固定联接；所述调高螺杆（424）和第二板（421）通过转动副相联；所述调高导套（433）和调高导杆（425）滑动配合，所述调高螺杆（424）和调高螺套（432）通过螺旋副相联，旋转所述调高螺杆（424）驱动第二板组件（42）上下平移。

6.如权利要求5所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：还包括第四板组件（44），所述第四板组件（44）包括第四板（441）、直线导轨（442）、横移螺杆（443）；所述直线导轨（442）和第四板（441）固定联接；所述横移螺杆（443）和第四板（441）通过转动副相联；所述第三板组件（43）还包括横移滑块（434）和横移螺母（435）；所述横移滑块（434）和横移螺母（435）分别和第三板（431）固定联接；所述横移滑块（434）和直线导轨（442）组成直线导轨副；所述横移螺杆（443）和横移螺母（435）组成螺纹副，旋转横移螺杆（443）驱动第三板组件（43）左右平移。

7.如权利要求6所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：所述第四板组件（44）还包括滚轮（444）、同步带传动装置（445）和前进伺服电机（446）；所述滚轮（444）和第四板（441）通过转动副相联；所述前进伺服电机（446）的外壳和第四板（441）固定联接；所述前进伺服电机（446）的输出轴和滚轮（444）通过同步带传动装置（445）联接；滚轮（444）放置在钢轨（3）上；所述前进伺服电机（446）驱动滚轮（444）旋转，滚轮（444）沿着钢轨（3）滚动，使检测组件（4）朝前平移。

8.如权利要求7所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：还包括激光器组件（5）；所述激光器组件（5）包括激光发生器（52）；所述第一板组件（41）上还设置有反光板（419），反光板（419）朝后，所述反光板（419）上设有定心反射点（4191）；所述定心反射点（4191）位于摆臂伺服电机（413）的输出轴轴心线上，反光板（419）和摆臂伺服电机（413）的输出轴轴心线垂直；激光发生器（52）朝前方发射平行激光束照射到定心反射点（4191）上。

9.如权利要求8所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：所述激光器组件（5）还包括两个激光测距仪（51），两个激光测距仪（51）位于检测组件（4）的后方；两个激光测距仪（51）一个在另一个下方，两者检测部位的连线垂直于巷道的延伸方向，两者分别发射出与激光发生器（52）平行的光线，分别照射到反光板（419）上的两个测距反射点（4192），分别检测出与反光板（419）的距离，两个检测距离的数值相比较，从而得知反光板（419）是否与巷道的延伸方向垂直。

10.如权利要求9所述的一种巷道形状测量装置，其特征在于：还包括PLC，所述伸缩气缸（4125）、编码器（4117）、摆臂伺服电机（413）、角度测试仪（414）和前进伺服电机（446）分别与PLC电性联接，PLC发送指令分别让伸缩气缸（4125）、摆臂伺服电机（413）和前进伺服电机（446）去执行，PLC从编码器（4117）、角度测试仪（414）和前进伺服电机（446）采集数据。

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