CN203716955U - 一种辅助c-als钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，包括一固定器，为十字架形结构，在其中的竖向架臂上开设有长豁口，竖向架臂内部固定C-ALS扫描探头，所述扫描探头的发射/接收棱镜朝向所述豁口外，C-ALS线缆沿竖向架臂中穿出。在其中的横向架臂上，两端分别焊接一钢环，两根辅绳分别穿过两个钢环，辅绳下端各拴一配重。本实用新型设计构思巧妙，结构简单，成本低，尤其是能够稳定住扫描探头，利于三维激光扫描仪的深井狭窄空间测量。
Description
技术领域
本实用新型属于矿井测量技术，特别是关于矿山溜井的三维测量装置，具体是指一种辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置。
背景技术
矿山开采及运输中，安全是首要的。为了保障矿山安全生产，需要定期对溜井进行保养和维护。由于矿山大多很高，矿石运送频繁，为提高运送效率节约成本，会在一些矿山上由上至下打通一个类似井的管道，即溜井。由上至下直接倾倒矿石，运送车辆在山下接运。溜井一方面可以提高运送效率，另一方面，由于直接垂直倾倒，利用高度可以起到一定的粉碎作用。
溜井的三维测量在溜井使用、维护及测量领域都存在需求，但目前尚没有专门的关于溜井的三维测量方法。由于缺乏有效检测溜井运行状况的设备和方法，只能通过起吊装置将工人吊起沿着溜井井壁进行检查，整个检查的工作量大，且难以保证工人的安全。
大多数三维激光扫描仪都具备三维空间测量的能力。但是由于没有可靠的支撑装置，使得测量无法准确进行。
实用新型内容
为了适应于三维激光扫描仪的溜井测量，解除工人的作业风险，本实用新型提供一种辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置。该装置结构简单，稳定性强，可以全方位辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪探头360°旋转测量。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，包括一固定器，为十字形结构，在其中的竖向架臂上开设有长豁口，竖向架臂中心固定C-ALS扫描探头，所述扫描探头的发射/接收棱镜朝向所述豁口外，C-ALS线缆沿竖向架臂中穿出。
在其中的横向架臂上，两端分别焊接一钢环，两根辅绳分别穿过两个钢环，辅绳下端各拴一配重。
用卡子穿过竖向架臂豁口的两边并拉紧，以此将C-ALS固定在架臂中。
以线缆穿出竖向架臂位置的点为测量仪坐标原点，以横向架臂上顺着豁口方向看，位于豁口右侧的一点作为方位点，以求方位点相对于原点的方位角，确定测量仪坐标系的方位。
本实用新型的优点在于：1、可以完整的进行溜井三维测量，设备集三维激光扫描仪和固定器为一体，可以保证仪器的平稳下放，从而保证测量结果的准确性。2、测量装置配以配重及辅绳保证了固定器的稳定，设计构思巧妙，结构简单，成本低。3、利用三维激光扫描仪，可以测量溜井的三维数据，由于为可视化测量，因此人无需下井，这就保证了人员的安全性。
附图说明
图1是固定器结构及坐标定位示意图。
图2是测量仪下放示意图。
图3、图4是截取的两个剖面的轮廓示意图，其中外围不规则轮廓表示实际测量轮廓，内部规则的圆形表示设计之初的完整轮廓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
本实用新型应用于C-ALS钻孔式三维激光扫描系统在溜井中下放测量从而获得溜井的三维数据，实现溜井的三维可视化测量。C-ALS钻孔式三维激光扫描系统（以下简称C-ALS）是一种基于激光的三维空区精密探测系统，通过可旋转并集成有激光测距仪的扫描探头来实现对溜井的探测。C-ALS扫描探头直径仅为50mm，我们应用它这一特点，使得它可以沿钻孔深入到难以接近的空穴、地下空间以及空腔内。扫描探头内置的摄像头上装有LED灯，便于清楚地看见钻孔内部以及测量过程中遇到的各种障碍物，同时能辨识空穴的入口。一旦进入空穴，激光头便向外打开，开始扫描空穴的三维形态及表面反射率。在溜井测量中，C-ALS扫描探头首先作水平360度旋转并收集距离和角度参数，完成某一高度一个圆周内的扫描，然后扫描探头还可以按预先设定的参数自动上仰或降低一定角度进行另两个高度内连续360度的循环扫描。
C-ALS地上部分包括控制仪（包括显示屏），内置测量软件，通过线缆保持与扫描探头数据传输。测量装置除了C-ALS外，还有全站仪以及其他一些辅助设备，包括固定器、辅绳、配重、线缆等等。
基于C-ALS钻孔式三维激光扫描系统完成的溜井测量主要包括以下几步：
1）扫描探头自然释放，标记发射/接收棱镜（发射与接收为同一棱镜）所指方向为设备的基本方向。
2）利用全站仪确定C-ALS设备的坐标及方位。
3）设备稳定下放（有时还包括上升）进行测量。
4）测量结果的处理。
通过上述可以看出，由于C-ALS扫描探头比较细小，钻孔又比较深，因此对于溜井测量，制备一套稳定的C-ALS测量装置是必不可少的。本实用新型提出的这种稳定性装置，包括了一固定器，如图1所示，用于装入C-ALS扫描探头。固定器包括一十字形的固定架1，其中竖向的一根架臂11为一带有长豁口12的钢管，C-ALS扫描探头固定在钢管中，探头的发射/接收棱镜朝向豁口外，以此可以确定测量仪的正东方向（也就是确定坐标系方向）。C-ALS放入钢管后，用卡子2将钢管豁口的两侧夹紧，以此将C-ALS固定在钢管中。C-ALS线缆沿钢管穿出。
横向的一根架臂13，为一普通钢管或钢棒。为保证固定器下放时的稳定和平衡，辅绳及配重是必备的，因此在横向架臂13的两端，分别焊接一钢环3（只要保证仪器方位不变，不一定需要等距离），两根辅绳4分别穿过两个钢环，辅绳下端各拴一配重5。在全站仪确定坐标时，就可以取线缆穿出钢管位置的点为坐标原点（A点），取横向架臂上一点作为B点，这一点是顺着竖向架臂豁口12方向看，位于豁口右侧的一点。以B点求相对于A的方位角，即确定了测量仪坐标系的方位。
整个设备安装后以及下放过程中，设备的方向（豁口的方向）不能再变化，这是测量的关键。假如不能保证设备方向不变，换句话说就是在测量过程中设备毫无方向感的乱晃，测量结果肯定是错误的。所以这个固定器就起到了稳定的作用。
如图2所示，测量时，线缆和辅绳可以通过在地面上的拉拽装置6逐渐下放，待测量完成后，上拉设备至溜井口，回收设备，拆卸配重。
以下是几个C-ALS的具体测量应用实例。
实施例一
1.1施工概况
溜井位于井下，溜井井口上方设有钢轨，人员无法到达井口中心位置，施工难度较大。
1.2施工方法
在测量前一天（溜井未进行放矿时），在溜井旁轨道与井口上方钢轨之间搭设3块木板。电焊工在井口上方两条钢轨之间焊接三条钢筋，钢筋之间距离为450mm，每条钢筋中间处焊接滑轮。将设备电缆穿过中间的滑轮，拉回、固定在溜井井口旁。将辅绳分别穿过另外两个滑轮，拉回、固定好。
1.3施工步骤
1）连接C-ALS，设备通电，打开扫描控制软件进行自检测，设备探头开始旋转检测，探头停止时发射与接收棱镜所向位置为设备本身的正东方向。
2）将C-ALS套入设备固定器中，使设备相对的正东方向与固定器豁口方向保持一致。加紧固定器上的螺栓（卡子），保证设备固定牢靠。
3）将辅绳穿过设备固定器上的钢环，系于固定器底部，呈三角状，保证设备的平稳。
4）利用辅助钩子，将设备钩牢，从溜井井口附近缓慢地将设备置于井口中心位置。
5）利用全站仪测定两点坐标，即设备末端点坐标A及固定架豁口右侧辅绳点坐标B。原点坐标为点A，方位角为点B至点A方位角。
6）待测量坐标后，同时下放线缆及两条辅绳，缓慢、且保持步调一致，下放距离为10米。在电脑中，通过摄像头观察下放过程。
7）在设备控制软件中输入下放的距离10米，扫描步距设定为3度，扫描方式为垂直扫描，开始三维扫描。
8）待一站扫描结束后，保存数据，设备继续下放，直至完成整个溜井的测量。
9）在设备上拉过程中，再进行一次测量，保证溜井存在两条有效数据。
10）测量完成后，利用辅助钩子将设备拉至溜井旁，回收设备。
实测结果：溜井剖面面积最大处面积为37.33平方米，最大处位置位于标高2715米；溜井剖面面积最小处面积为17.98平方米，最小处位置位于标高2745米。溜井平均剖面面积为27.72平方米。根据溜井三维模型及剖面面积表分析，溜井变化情况不大，未出现严重破损情况，如图3所示。
实施例二
2.1施工概况
溜井位于井下，溜井井口无安全作业平台，人员无法到达井口中心位置，施工难度较大。
2.2施工方法
为保证人员安全，在测量前一天（溜井未进行放矿时），在溜井旁轨道与井口上方钢轨之间搭设3块木板。将事先准备的3条钢管架在井口之上，钢管与钢管之间间隔为450mm，将钢管一端焊接在轨道之上，每条钢管的中间都有事先焊接好的钢筋扣，滑轮挂在钢筋扣上。将设备电缆穿过中间的滑轮，拉回、固定在溜井井口旁。将辅绳分别穿过另外两个滑轮，拉回、固定好。
2.3施工步骤
1）连接C-ALS，设备通电，打开扫描控制软件进行自检测，设备探头开始旋转检测，探头停止时发射与接收棱镜所向位置为设备本身的正东方向。
2）将C-ALS套入设备固定器中，使设备相对的正东方向与固定器豁口方向保持一致。加紧固定器上的螺栓，保证设备固定牢靠。
3）将穿过滑轮的辅绳从固定器钢环中穿过，分别固定配重。
4）利用辅助钩子，分别将两块配重及设备置于井筒中心，在此过程中，注意避免配重与设备探头碰撞。
5）拉紧设备线缆与其中一条辅绳，缓慢下放另一条辅绳至溜井矿面。
6）待一条辅绳上的配重下放至溜井矿面，下放另一条辅绳，确保下放缓慢，避免两条辅绳相互缠绕。
7）利用全站仪测定两点坐标，即设备末端点坐标A及固定架豁口右侧辅绳点坐标B。原点坐标为点A，方位角为点B至点A方位角。
8）待测量坐标后，启动软件，打开摄像头，下放设备线缆，距离10米后，锁死电缆，保证在测量过程中设备高度不变，在摄像头中观察，等待设备稳定。
9）在设备控制软件中输入下放的距离10米，扫描步距设定为3度，扫描方式为垂直扫描，开始三维扫描。
10）在电脑上观察时时显现的扫描数据，一站的测量时间为13分钟，测量的溜井深度为40米（探头所在位置以上20米及探头所在位置以下20米）。
11）待一站扫描结束后，保存数据，设备继续下放，直至完成整个溜井的测量。
12）在设备上拉过程中，再进行一次测量，保证溜井存在两条有效数据。
13）测量完成后，利用辅助钩子将设备拉至溜井旁，回收设备。
测量结果：实测溜井剖面面积最大处面积为80.71平方米，最大处位置位于标高2795米。实测溜井剖面面积最小处面积为25.34平方米，最小处位置位于标高2870米。溜井平均剖面面积为56.50平方米。根据溜井三维模型及剖面面积表分析，溜井井筒面积在2825米处开始呈现刷大，如图4所示。
总结：所测量的三维数据能够为准确掌握主溜井井壁垮塌区现状,制定对主溜井垮塌段进行加固修复提供了重要依据。
Claims (4)
1.一种辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，其特征在于：包括一固定器，为十字架形结构，在其中的竖向架臂上开设有长豁口，竖向架臂内部固定C-ALS扫描探头，所述扫描探头的发射/接收棱镜朝向所述豁口外，C-ALS线缆沿竖向架臂中穿出。
2.根据权利要求1所述的辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，其特征在于：在十字架形结构的横向架臂两端分别焊接一钢环，两根辅绳分别穿过两个钢环，辅绳下端各拴一配重。
3.根据权利要求1所述的辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，其特征在于：C-ALS扫描探头放置在所述竖向架臂中，在竖向架臂豁口的两侧隔段穿接有卡子，将所述竖向架臂拉紧，从而C-ALS扫描探头固定。
4.根据权利要求2所述的辅助C-ALS钻孔式激光扫描仪在溜井中测量的稳定装置，其特征在于：以线缆穿出所述竖向架臂时根部位置的点为测量仪坐标原点，以顺着所述豁口方向看，位于豁口右侧的所述横向架臂上的一点作为方位点，求取方位点相对于原点的方位角，作为测量仪坐标系的方位。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN110595449A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-20 | 玉溪矿业有限公司 | 一种井下采空区三维激光扫描仪竖向扫描的装置 |
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| CN116794066A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-22 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 一种排水箱涵的多功能探测装置和连续定位检测方法 |
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2014
- 2014-01-28 CN CN201420054787.5U patent/CN203716955U/zh not_active Expired - Lifetime
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