CN115790548A - 一种远程控制的地埋式棱镜装置、全站仪测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种远程控制的地埋式棱镜装置、全站仪测量系统及方法，其中，一种远程控制的地埋式棱镜装置，包括：封装外壳、控制部、驱动部以及棱镜结构部；所述封装外壳，用于将控制器、驱动部、棱镜结构部设置在其内部空间；所述控制器，用于驱动驱动部的步进电机和与上位机远程通讯；所述驱动部，用于与驱动棱镜结构组合将驱动棱镜结构的棱镜进行上下移动。本申请采用地埋式棱镜装置，使用时调节棱镜到一定高度，而不适用时棱镜可收缩到地面以下，解决了现场施工带来影响，影响工程项目的进展和效率，同时，保护了被测点的棱镜被破坏，提高了全站仪自动化监测系统的可靠性和准确性。
Description
技术领域
本申请涉及工程测量技术领域，更具体而言，涉及一种远程控制的地埋式棱镜装置。
背景技术
基于全站仪的非接触式自动化监测系统被广泛地应用于工程安全监测中。该系统通过全站仪测量被测点布设的棱镜，实时监测构建筑物的水平位移和竖向位移，从而反映工程项目的整体变形情况。最终，通过无线传输模块将采集的数据远程传输到云平台，进行数据分析与实时展示。该系统具有高精度、高频率、可靠性高等优点，是工程安全监测不可缺少的重要技术方案。
在深基坑工程领域，基坑的围护结构是最为重要的支护结构之一，一般由钢筋混凝土制成。对围护结构的三维形变监测在深基坑工程施工安全中起到至关重要的作用。但是，全站仪自动化监测系统在深基坑工程中的应用受到了很大的限制，尤其是对基坑围护结构的变形监测。这是主要是因为被测点的棱镜安装在基坑结构上，会给现场施工带来影响，影响工程项目的进展和效率。同时，现场的施工设备也非常容易破坏被测点的棱镜，影响了全站仪自动化监测系统的可靠性和准确性，存在安全监测不到位的风险。
发明内容
本申请提供了一种远程控制的地埋式棱镜装置、全站仪测量系统及方法，以解决现有技术中所存在的问题。
为解决上述问题，本申请实施例提供一种远程控制的地埋式棱镜装置，包括：封装外壳、控制部、驱动部以及棱镜结构部；
所述封装外壳，用于将控制器、驱动部、棱镜结构部设置在其内部空间，该封装外壳安装于地面上；
所述控制器，用于驱动驱动部的步进电机和与上位机远程通讯；
所述驱动部，用于与驱动棱镜结构组合将驱动棱镜结构的棱镜进行上下移动。
所述远程控制的地埋式棱镜装置整体以地埋的方式进行布置。
在一实施例中，所述封装外壳包括：盖板、外壳、外壳密封圈以及连接杆密封圈；所述盖板与外壳通过螺栓连接；所述外壳密封圈安装于盖板和外壳之间；所述的外壳底部两侧有一个延伸板，开有两个通孔，用于产品在现场的安装。
在一实施例中，所述控制部包括：控制器、通讯天线、蓄电池以及行程开关。
控制器均与通讯天线、蓄电池以及行程开关电连接。
所述行程开关布置于丝杆螺母连接块处于最低行程时的下放位置，可被丝杆螺母连接块接触触发。
其中，所述控制器安装于支撑板上；所述的通讯天线安装于盖板上。
其中，所述蓄电池安装于底座上；所述的行程开关安装于支撑板上。
在一实施例中，所述驱动部包括底座、支撑板、步进电机、联轴器、电机安装座、电机安装盖板、丝杆安装座、丝杆螺母以及滚珠丝杆；
所述底座与外壳通过螺栓固定；
所述支撑板与底座固定连接，呈现一个倒立的“T”型；
所述的步进电机与联轴器进行连接，可带动其旋转；
所述的联轴器与滚珠丝杆进行连接，可带动其旋转；
所述的滚珠丝杆与丝杆螺母转动连接；
所述的电机安装座与支撑板通过螺栓固定；
所述的电机安装盖板与电机安装座通过螺栓固定，将步进电机固定其中；所述的丝杆安装座安装于滚珠丝杆顶部和底部的两个位置；
所述的丝杆安装座内置了轴承，用于支撑滚珠丝杆的旋转。
在一实施例中，所述棱镜结构部包括丝杆螺母连接块、连接杆、棱镜连接块、棱镜以及导轮；所述丝杆螺母连接块与丝杆螺母通过螺栓固定；所述连接杆与丝杆螺母连接块连接固定，左右两侧对称布置；所述棱镜连接块与连接杆通过螺栓固定；所述棱镜与棱镜连接块通过螺栓固定；所述导轮安装于丝杆螺母连接块的两侧，可沿着支撑板的导槽滚动。
本申请又一实施例还提供一种全站仪测量系统，其特征在于，包括：上述实施例所述的远程控制的地埋式棱镜装置和全站仪。
本申请又一实施例还提供一种全站仪测量方法，基于上述实施例的全站仪测量系统，包括以下步骤：当进行测量时，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜伸出地面并达到测量需要的高度，完成全站仪的测量；当完成测量后，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜收缩回地面以下。
具体地，在被测点的位置，将远程控制的地埋式棱镜装置布置于地面以下，隐蔽式安装。
当需要测量的时候，首先控制器会判断行程开关是否已经触发。如果没有触发，控制器则会驱动步进电机反转。此时，在步进电机的带动下，丝杆螺母和丝杆螺母连接块自动下降，直到触发行程开关，位置归零。
之后，控制器驱动步进电机正转一定的圈数。丝杆螺母和丝杆螺母连接块自动上升到指定位置后停止。根据已知的步进电机运动圈数，以及滚珠丝杆的传动比，就可以准确获得棱镜上升的距离，实现棱镜的准确定位。棱镜可上升的最大距离取决于滚珠丝杆和连接杆的长度。
此时，远程的全站仪就可以开始对棱镜进行测量。
在测量完成以后，控制器会驱动步进电机反转，直到触发行程开关，位置归零。
控制器通过无线通讯的方式，与远程的全站仪自动化监测系统进行协同工作。
本申请的有益效果为：
采用地埋式棱镜装置，使用时调节棱镜到一定高度，而不适用时棱镜可收缩到地面以下，最大程度地减少了对施工的影响以及对其自身的破坏。地埋式棱镜装置采用步进电机和滚珠丝杆传动控制棱镜可以自动上升和下降，并且定位精度高。根据步进电机的运动圈数和滚珠丝杆的传动比，就可以准确获得棱镜上升的距离，实现棱镜的准确定位。棱镜可上升的最大距离取决于滚珠丝杆和连接杆的长度，具有可设计性。采用远程通讯技术，可以实现棱镜装置与全站仪自动化监测系统的协同工作。在需要测量的时候，驱动棱镜自动上升到地面以上，在测量完成后棱镜自动下降到地面以下。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的远程控制的地埋式棱镜装置示意图；
图2是本申请实施方式的远程控制的地埋式棱镜装置示意图；
图3是本申请另一实施方式一种全站仪测量系统示意图；
图4是本申请另一实施方式一种全站仪测量系统示意图。
附图标号说明：
盖板110；外壳120；外壳密封圈130；连接杆密封圈140；控制器210；通讯天线220；
蓄电池230；行程开关240；底座310；支撑板320；步进电机330；联轴器340；电机安装座350；电机安装盖板360；丝杆安装座370；丝杆螺母380；滚珠丝杆390；丝杆螺母连接块410；连接杆420；棱镜连接块430；棱镜440；导轮450。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参考图1-图2，本申请实施例提供一种远程控制的地埋式棱镜装置。该远程控制的地埋式棱镜装置包括封装外壳、控制部、驱动部以及棱镜结构部。示例性的，该远程控制的地埋式棱镜装置可以与全站仪组成全站仪测量系统，对基坑、基坑的围护进行测量。
所述封装外壳，用于将控制器、驱动部、棱镜结构部设置在其内部空间。该封装外壳安装于地面上，结构小，可安装于地面以下并且稳定紧固，其中，具体安装于地面上的方式为现有技术，在此不再赘述。
控制部，用于驱动驱动部的步进电机和与上位机远程通讯。其中，控制部与上位机远程通讯，接收上位机的控制指令来驱动驱动部的进步电机，从而带动棱镜结构部的棱镜进行上下移动。
驱动部，用于与驱动棱镜结构组合将驱动棱镜结构的棱镜进行上下移动。
远程控制的地埋式棱镜装置整体以地埋的方式进行布置。在进行布置时，将远程控制的地埋式棱镜装置整体安装在地面以下，这样在整个施工过程中，该远程控制的地埋式棱镜装置受到施工等其他操作影响小，在需要进行检测时，通过上位机远程控制的方式将棱镜移动到地面上，方便测量，在不需要测量时，通过上位机远程控制的方式将棱镜收回。
在本实施例中，封装外壳包括：盖板110、外壳120、外壳密封圈130以及连接杆密封圈140；所述盖板110与外壳120通过螺栓连接；所述外壳密封圈130安装于盖板110和外壳120之间；所述的外壳120底部两侧有一个延伸板，开有两个通孔，用于产品在现场的安装。通过该封装外壳的设计，可适用于复杂的地面下的潮湿环境，对里面的部件都有很好的防护，实现了外壳的防水，以及棱镜连接杆运动时的防水功能。
在本实施例中，控制部包括：控制器210、通讯天线220、蓄电池230以及行程开关240。
其中，控制器210均与通讯天线220、蓄电池230以及行程开关240电连接。
其中，行程开关240布置于丝杆螺母连接块410处于最低行程时的下放位置，可被丝杆螺母连接块410接触触发。
其中，控制器210安装于支撑板320上；通讯天线220安装于盖板110上。
其中，蓄电池230安装于底座310上；行程开关240安装于支撑板320上。
具体地，请参考图1和图2，在本实施例中，在一实施例中，驱动部包括：底座310、支撑板320、步进电机330、联轴器340、电机安装座350、电机安装盖板360、丝杆安装座370、丝杆螺母380以及滚珠丝杆390。
其中，底座310与外壳120通过螺栓固定。
其中，支撑板320与底座310固定连接，呈现一个倒立的“T”型。
其中，步进电机330与联轴器340进行连接，可带动其旋转。
其中，联轴器340与滚珠丝杆390进行连接，可带动其旋转。
其中，所述的滚珠丝杆390与丝杆螺母380转动连接。
其中，电机安装座350与支撑板320通过螺栓固定。
其中，电机安装盖板360与电机安装座350通过螺栓固定，将步进电机330固定其中。其中，丝杆安装座370安装于滚珠丝杆390顶部和底部的两个位置。
其中，丝杆安装座370内置了轴承，用于支撑滚珠丝杆390的旋转。
在本实施例中，棱镜结构部包括：丝杆螺母连接块410、连接杆420、棱镜连接块430、棱镜440以及导轮450。
其中，丝杆螺母连接块410与丝杆螺母380通过螺栓固定。
其中，连接杆420与丝杆螺母连接块410连接固定，左右两侧对称布置。
其中，所述棱镜连接块430与连接杆420通过螺栓固定。
其中，所述棱镜440与棱镜连接块430通过螺栓固定。
其中，所述导轮450安装于丝杆螺母连接块410的两侧，可沿着支撑板320的导槽滚动。
该远程控制的地埋式棱镜装置采用步进电机和滚珠丝杆传动控制棱镜可以自动上升和下降，并且定位精度高。根据步进电机的运动圈数和滚珠丝杆的传动比，就可以准确获得棱镜上升的距离，实现棱镜的准确定位。棱镜可上升的最大距离取决于滚珠丝杆和连接杆的长度，具有可设计性。采用远程通讯技术，可以实现棱镜装置与全站仪自动化监测系统的协同工作。在需要测量的时候，驱动棱镜自动上升到地面以上，在测量完成后棱镜自动下降到地面以下。
又一实施例，参见图3-图4所示，本申请实施例提供一种全站仪测量系统，包括：上述实施例所述的远程控制的地埋式棱镜装置和全站仪。
又一实施例，本申请实施例提供一种全站仪测量方法，基于上述实施例的全站仪测量系统，包括以下步骤：当进行测量时，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜伸出地面并达到测量需要的高度，完成全站仪的测量；当完成测量后，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜收缩回地面以下。
具体地，在被测点的位置，将远程控制的地埋式棱镜装置布置于地面以下，隐蔽式安装。
当需要测量的时候，首先控制器210会判断行程开关240是否已经触发。如果没有触发，控制器210则会驱动步进电机330反转。此时，在步进电机330的带动下，丝杆螺母380和丝杆螺母连接块410自动下降，直到触发行程开关240，位置归零。
之后，控制器210驱动步进电机330正转一定的圈数。丝杆螺母380和丝杆螺母连接块410自动上升到指定位置后停止。根据已知的步进电机运动圈数，以及滚珠丝杆的传动比，就可以准确获得棱镜上升的距离，实现棱镜的准确定位。棱镜可上升的最大距离取决于滚珠丝杆390和连接杆420的长度。
此时，远程的全站仪就可以开始对棱镜进行测量。
在测量完成以后，控制器210会驱动步进电机330反转，直到触发行程开关240，位置归零。
控制器210通过无线通讯的方式，与远程的全站仪自动化监测系统进行协同工作。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种远程控制的地埋式棱镜装置，包括：封装外壳、控制部、驱动部以及棱镜结构部；
所述封装外壳，用于将控制器、驱动部、棱镜结构部设置在其内部空间；
所述控制器，用于驱动驱动部的步进电机和与上位机远程通讯；
所述驱动部，用于与驱动棱镜结构组合将驱动棱镜结构的棱镜进行上下移动。
2.根据权利要求1所述的远程控制的地埋式棱镜装置，其特征在于，所述封装外壳包括：盖板（110）、外壳（120）、外壳密封圈（130）以及连接杆密封圈（140）；所述盖板（110）与外壳（120）通过螺栓连接；所述外壳密封圈（130）安装于盖板（110）和外壳（120）之间；所述的外壳（120）底部两侧有一个延伸板，开有两个通孔。
3.根据权利要求1所述的远程控制的地埋式棱镜装置，其特征在于，所述控制部包括：控制器（210）、通讯天线（220）、蓄电池（230）以及行程开关（240）；控制器（210）均与通讯天线（220）、蓄电池（230）以及行程开关（240）电连接；所述行程开关（240）布置于丝杆螺母连接块（410）处于最低行程时的下放位置，可被丝杆螺母连接块（410）接触触发。
4.根据权利要求3所述的远程控制的地埋式棱镜装置，其特征在于，所述控制器（210）安装于支撑板（320）上；所述的通讯天线（220）安装于盖板（110）上。
5.根据权利要求1所述的远程控制的地埋式棱镜装置，其特征在于，所述驱动部包括底座（310）、支撑板（320）、步进电机（330）、联轴器（340）、电机安装座（350）、电机安装盖板（360）、丝杆安装座（370）、丝杆螺母（380）以及滚珠丝杆（390）；所述底座（310）与外壳（120）通过螺栓固定；所述支撑板（320）与底座（310）固定连接；所述的步进电机（330）与联轴器（340）进行连接；所述的联轴器（340）与滚珠丝杆（390）进行连接；所述的滚珠丝杆（390）与丝杆螺母（380）转动连接；所述的电机安装座（350）与支撑板（320）通过螺栓固定；所述的电机安装盖板（360）与电机安装座（350）通过螺栓固定，将步进电机（330）固定其中；所述的丝杆安装座（370）安装于滚珠丝杆（390）顶部和底部的两个位置；所述的丝杆安装座（370）内置了轴承，用于支撑滚珠丝杆（390）的旋转。
6.根据权利要求5所述的远程控制的地埋式棱镜装置，其特征在于，所述棱镜结构部包括丝杆螺母连接块（410）、连接杆（420）、棱镜连接块（430）、棱镜（440）以及导轮（450）；所述丝杆螺母连接块（410）与丝杆螺母（380）通过螺栓固定；所述连接杆（420）与丝杆螺母连接块（410）连接固定，左右两侧对称布置；所述棱镜连接块（430）与连接杆（420）通过螺栓固定；所述棱镜（440）与棱镜连接块（430）通过螺栓固定；所述导轮（450）安装于丝杆螺母连接块（410）的两侧，可沿着支撑板（320）的导槽滚动。
7.一种全站仪测量系统，其特征在于，包括：权利要求1-6任一项所述的远程控制的地埋式棱镜装置和全站仪。
8.一种全站仪测量方法，基于权利要求7所述的全站仪测量系统，包括以下步骤：当需要测量时，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜伸出地面并达到测量需要的高度，完成全站仪的测量；当完成测量后，全站仪与远程控制的地埋式棱镜装置无线通讯，调节远程控制的地埋式棱镜装置的棱镜收缩回地面以下。
9.根据权利要求8所述的全站仪测量方法，其特征在于，在被测点的位置，将远程控制的地埋式棱镜装置布置于地面以下，隐蔽式安装。
10.根据权利要求9所述的全站仪测量方法，其特征在于，当需要测量时，首先控制器（210）会判断行程开关（240）是否已经触发，如果没有触发，控制器（210）则会驱动步进电机（330）反转；此时，在步进电机（330）的带动下，丝杆螺母（380）和丝杆螺母连接块（410）自动下降，直到触发行程开关（240），位置归零；
之后，控制器（210）驱动步进电机（330）正转一定的圈数；丝杆螺母（380）和丝杆螺母连接块（410）自动上升到指定位置后停止；根据已知的步进电机运动圈数，以及滚珠丝杆的传动比，准确获得棱镜上升的距离，实现棱镜的准确定位，此时，全站仪开始对棱镜进行测量；
在测量完成以后，控制器（210）会驱动步进电机（330）反转，直到触发行程开关（240），位置归零。
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