CN210293218U - 一种顶管机激光导向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及顶管施工技术领域，尤其涉及一种顶管机激光导向系统，包括：激光全站仪、电子激光靶、中央控制盒和PC机；激光全站仪上设置有激光发射机构，用于发射导向激光；电子激光靶固定于盾尾处，用于接收激光全站仪发射的激光；中央控制盒与电子激光靶连接，用于为电子激光靶供电并且传输数据；PC机与中央控制盒连接，用于接收中央控制盒传输的信号并显示。本实用新型通过在全站仪上设置激光发射组件发射激光，通过在盾尾设置电子激光靶接收激光光斑，通过对光斑的分析判断盾首的水平和垂直偏移量。通过对激光发射组件光路的改进，将激光发射的光斑变的更小，加长了测量的距离，也提高了测量的精度。

Description

一种顶管机激光导向系统

技术领域

本实用新型涉及顶管施工技术领域，尤其涉及一种顶管机激光导向系统。

背景技术

顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。随着顶管施工技术的日益成熟，其口径越来越大、设计距离也越来越长，然而在顶管机施工作业中扮演眼睛角色的激光导向系统却无法满足越来越复杂的施工需求。

现有技术中，常采用激光电经法导向，其工作原理为由激光管发射出来的红色激光束作为直线基准，经棱镜反射后，小目镜会聚，半透反射镜转折后，再经内凋焦镜调节可从物镜发射出对不同距离目标聚焦的光束，被安装在工作机械上的光电接收器接收，转换成电信号，再经选频和放大，点亮与九块光电池一一对应的指示灯指示出机头的方位。

然而激光电经法存在距离短的缺陷，一般100m就需要移站；而且精度较低，光斑需要调焦，如果不调焦光斑会很大而导致光电接收器无法测量位置偏移量，而一直调焦则会引入误差。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种顶管机激光导向系统，使其更具有实用性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种顶管机激光导向系统，实现顶管机的长距离和高精度导向。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种顶管机激光导向系统，包括：激光全站仪、电子激光靶、中央控制盒和PC机；

所述激光全站仪上设置有激光发射机构，用于发射导向激光；

所述电子激光靶固定于盾尾处，用于接收所述激光全站仪发射的激光；

所述中央控制盒与所述电子激光靶连接，用于为所述电子激光靶供电并且传输数据；

所述PC机与所述中央控制盒连接，用于接收所述中央控制盒传输的信号并显示；

所述激光发射机构包括：安装座、 激光发射组件、准直镜组件和第一发射凹透镜组件；

所述激光发射组件、准直镜组件和第一发射凹透镜组件的轴中心呈一条直线的固定在所述安装座上，所述安装座固定在所述激光全站仪上。

优选的，所述激光发射组件包括：发射电路板、发射电路屏蔽盒座、发射电路屏蔽盒盖、发射管和发射管座；

所述发射管连接在所述发射电路板上，所述电路板通电后所述发射管发射激光；所述发射电路板固定在所述发射电路屏蔽盒座内，所述发射电路屏蔽盒盖固定在所述所述发射电路屏蔽盒座上，用于屏蔽干扰信号；所述发射管座固定在所述发射管上。

优选的，所述准直镜组件包括：准直镜座、准直镜胶合件、准直镜隔圈、准直镜单片和准直镜压圈；

所述准直镜座固定于所述发射管座内，所述准直镜胶合件、准直镜隔圈、准直镜单片按照距离所述发射管从远到近的距离依次排列，所述准直镜压圈固定于所述准直镜座的尾端。

优选的，所述第一发射凹透镜组件包括：发射凹透镜座和第一发射凹透镜，所述发射凹透镜座固定于所述安装座上，所述第一发射凹透镜固定于所述发射凹透镜座内。

优选的，所述激光发射机构还包括：反射镜、第二凹透镜座和半透半反射镜；

所述反射镜设置在所述第一发射凹透镜组件前方，用于改变射出光路；所述第二凹透镜座固定在所述安装座上并且穿入至所述激光全站仪内，所述半透半反射镜与所述反射镜平行设置，以将从所述反射镜反射进入所述第二凹透镜座内的激光从所述激光全站仪内反射出。

优选的，所述电子激光靶包括：机壳、幕布、相机和后端盖；

所述幕布固定于所述机壳前端，激光在所述幕布上成像；

所述相机固定于所述机壳内部，所述相机的摄像头朝向所述幕布，用于拍摄激光在所述幕布的成像；

所述后端盖固定于所述机壳后端，所述幕布与所述后端盖将所述机壳封闭，形成暗室。

优选的，所述机壳在还设置有电子罗盘，所述电子罗盘用于测量机器运行状态的方位角、俯仰角和滚动角。

优选的，所述电子激光靶还包括：外壳，所述机壳底部设置有若干橡胶减震座，所述橡胶减震座固定于所述外壳内部，以提高所述机壳的防震性能。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过在全站仪上设置激光发射组件发射激光，通过在盾尾设置电子激光靶接收激光光斑，通过对光斑的分析判断盾首的水平和垂直偏移量。通过对激光发射组件光路的改进，将激光发射的光斑变的更小，加长了测量的距离，同时由于光斑变小，也提高了测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中顶管机激光导向系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中激光发射机构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中图2的剖视图；

图4为本实用新型实施例中激光发射组件的爆炸结构示意图；

图5为本实用新型实施例中准直镜组件的爆炸结构示意图；

图6为本实用新型实施例中第一发射凹透镜组件的爆炸结构示意图；

图7为本实用新型实施例中激光发射的光路原理图；

图8为本实用新型实施例中激光反射的结构件结构示意图；

图9为本实用新型实施例中电子激光靶的爆炸结构示意图；

图10为本实用新型实施例中电子激光靶的剖视图；

图11为本实用新型实施例中电子激光靶的立体结构示意图。

附图标记：1-激光全站仪、2-电子激光靶、3-中央控制盒、4-PC机、10-激光发射机构、11-安装座、12-激光发射组件、13-准直镜组件、14-第一发射凹透镜组件、15-反射镜、16-第二凹透镜座、17-半透半反射镜、21-外壳、22-机壳、23-相机、24-电子罗盘、121-发射电路板、122-发射电路屏蔽盒座、123-发射电路屏蔽盒盖、124-发射管、125-发射管座、131-准直镜座、132-准直镜胶合件、133-准直镜隔圈、134-准直镜单片、135-准直镜压圈、141-发射凹透镜座、142-第一发射凹透镜、221-幕布、222-后端盖、223-橡胶减震座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示的顶管机激光导向系统，包括：激光全站仪1、电子激光靶2、中央控制盒3和PC机4；

激光全站仪1上设置有激光发射机构10，用于发射导向激光；

电子激光靶2固定于盾尾处，用于接收激光全站仪1发射的激光；

中央控制盒3与电子激光靶2连接，用于为电子激光靶2供电并且传输数据；

PC机4与中央控制盒3连接，用于接收中央控制盒3传输的信号并显示。

该系统的工作原理为：激光全站仪1发射导向激光入射至盾尾的电子激光靶2中，电子激光靶2接收到光斑后，与之前调整好角度的原点作对比，通过比对得出光斑的水平和竖直偏移量，从而通过PC机4算出盾首的水平和垂直偏移量。

具体的，如图2所示，激光发射机构10包括：安装座11、 激光发射组件12、准直镜组件13和第一发射凹透镜组件14；

激光发射组件12、准直镜组件13和第一发射凹透镜组件14的轴中心呈一条直线的固定在安装座11上，安装座11固定在激光全站仪1上。其中，安装座11固定在全站仪的侧距头上，使得激光发射机构10可以跟随全站仪调整其发射的旋转角和俯仰角。如图3所示，由激光发射组件12发射出的激光经过准直镜组件13后穿过第一发射凹透镜组件14。

具体的，如图4所示，激光发射组件12包括：发射电路板121、发射电路屏蔽盒座122、发射电路屏蔽盒盖123、发射管124和发射管座125；

发射管124连接在发射电路板121上，电路板121通电后发射管124发射激光；发射电路板121固定在发射电路屏蔽盒座122内，发射电路屏蔽盒盖123固定在发射电路屏蔽盒座122上，用于屏蔽干扰信号；发射管座125固定在发射管124上。发射电路屏蔽盒座122用于固定发射电路板121，发射电路和屏蔽盒盖用于将发射电路屏蔽盒座122覆盖，以减少信号干扰，使得发射管124发射的光源稳定无干扰从而提高了导向激光的质量。

进一步地，由于从发射管124射出的光线为发散光，为了将最终入射在电子激光靶2上的光斑变小，本实用新型对发射管124发射出的光路进行了调整，如图5所示，准直镜组件13包括：准直镜座131、准直镜胶合件132、准直镜隔圈133、准直镜单片134和准直镜压圈135；

准直镜座131固定于发射管座125内，准直镜胶合件132、准直镜隔圈133、准直镜单片134按照距离发射管124从远到近的距离依次排列，准直镜压圈135固定于准直镜座131的尾端。这里需要指出的是，准直镜隔圈133用于保持准直镜胶合件132与准直镜单片134之间的距离，而准直镜压圈135固定于准直镜座131尾端，用于将直镜胶合件132、准直镜隔圈133和准直镜单片134固定在准直镜座131内。

进一步的，如图6所示，第一发射凹透镜组件14包括：发射凹透镜座141和第一发射凹透镜142，发射凹透镜座141固定于安装座11上，第一发射凹透镜142固定于发射凹透镜座141内。

请参考图7，本实用新型实施例中，借助于准直镜和凹透镜调整光路，发射管124发射出的发散光经过准直镜单片134时，由于准直镜单片134为凸透镜，凸透镜具有聚光的功能，合理设置距离与凸透镜弧度，使得发射管发射出的发散光转变为平行光，再经过准直镜胶合件132后将平行的激光束转换为往中间聚拢的激光束，而第一发射凹透镜142的作用在于进一步将往中间聚拢的光速的直径小，由于光路可逆原理，平行光经过凹透镜时会变成发散光，因此发散光倒着入射（即聚拢的激光束）入凹透镜后，会得到平行的激光束，而合理设置准直镜胶合件132与准直镜单片134之间的距离以及镜片弧度，可以得到往中间聚拢的激光束，而经过合理设置第一发射凹透镜142与准直镜胶合件132之间的距离，可以得到接近于平行的小光束，从而使得最终射出的光速的直径减小，最终投射在电子激光靶2上的光斑也更加小，经试验得出，即使在300m远的距离，激光束的光斑也只有30mm，与现有技术相比，既加长了测量距离，又提高了测量精度。

如图3所示，为了保证导向激光的准确性，本实用新型实施例中将发射激光的发射口设置在全站仪的物镜圆心处，激光发射机构10还包括：反射镜15、第二凹透镜座16和半透半反射镜17；

反射镜15设置在第一发射凹透镜组件14前方，用于改变射出光路；第二凹透镜座16固定在安装座11上并且穿入至激光全站仪1内，半透半反射镜17与反射镜15平行设置，以将从反射镜15反射进入第二凹透镜座16内的激光从激光全站仪1内反射出。其中，如图8所示反射镜15固定在切削掉一部分的圆柱中，其角度设置为使经过的激光束进入至第二凹透镜座16中并射出至半透半反射镜17中，半透半反射镜17的上面将经第二凹透镜座16中射出的激光反射至全站仪的物镜处射出，另一面可以使目镜以不影响目镜的观测。

另一方面，为了提高电子激光靶2的接收效果，如图9所示，电子激光靶2包括：机壳22、幕布221、相机23和后端盖222；

幕布221固定于机壳22前端，激光在幕布221上成像；幕布221不允许光通过，只能在幕布221上成像。

相机23固定于机壳22内部，相机23的摄像头朝向幕布221，用于拍摄激光在幕布221的成像；

后端盖222固定于机壳22后端，幕布221与后端盖222将机壳22封闭，形成暗室。由于幕布221不透光，而且后盖222也不透光，因此在机壳22内形成一个全黑的环境，即暗室环境，这种设置使得相机23可以清晰的拍摄出在幕布221上的激光光斑，从而便于清楚地对光斑水平和垂直偏移量的计算。

优选的，请继续参照图9，为了测量顶管机在运行过程中盾首的方位角、俯仰角和滚动角，机壳22在还设置有电子罗盘24，电子罗盘24用于测量机器运行状态的方位角、俯仰角和滚动角。电子罗盘24为三维电子罗盘，从而可以方便的测量处顶管机的盾首的各种角度参数。

为了提高激光靶的抗震性和抗冲击性能，如图10、图11所示，电子激光靶2还包括：外壳21，机壳22底部设置有若干橡胶减震座223，橡胶减震座223固定于外壳21内部，以提高机壳22的防震性能。外壳21作为机壳22的防护罩，在具体固定时，将外壳21固定在顶管机盾尾处机壳，由于橡胶减震座223的设置，大大提高了机壳22的防震性能。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种顶管机激光导向系统，其特征在于，包括：激光全站仪（1）、电子激光靶（2）、中央控制盒（3）和PC机（4）；

所述激光全站仪（1）上设置有激光发射机构（10），用于发射导向激光；

所述电子激光靶（2）固定于盾尾处，用于接收所述激光全站仪（1）发射的激光；

所述中央控制盒（3）与所述电子激光靶（2）连接，用于为所述电子激光靶（2）供电并且传输数据；

所述PC机（4）与所述中央控制盒（3）连接，用于接收所述中央控制盒（3）传输的信号并显示；

所述激光发射机构（10）包括：安装座（11）、激光发射组件（12）、准直镜组件（13）和第一发射凹透镜组件（14）；

所述激光发射组件（12）、准直镜组件（13）和第一发射凹透镜组件（14）的轴中心呈一条直线的固定在所述安装座（11）上，所述安装座（11）固定在所述激光全站仪（1）上。

2.根据权利要求1所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述激光发射组件（12）包括：发射电路板（121）、发射电路屏蔽盒座（122）、发射电路屏蔽盒盖（123）、发射管（124）和发射管座（125）；

所述发射管（124）连接在所述发射电路板（121）上，所述电路板（121）通电后所述发射管（124）发射激光；所述发射电路板（121）固定在所述发射电路屏蔽盒座（122）内，所述发射电路屏蔽盒盖（123）固定在所述发射电路屏蔽盒座（122）上，用于屏蔽干扰信号；所述发射管座（125）固定在所述发射管（124）上。

3.根据权利要求2所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述准直镜组件（13）包括：准直镜座（131）、准直镜胶合件（132）、准直镜隔圈（133）、准直镜单片（134）和准直镜压圈（135）；

所述准直镜座（131）固定于所述发射管座（125）内，所述准直镜胶合件（132）、准直镜隔圈（133）、准直镜单片（134）按照距离所述发射管（124）从远到近的距离依次排列，所述准直镜压圈（135）固定于所述准直镜座（131）的尾端。

4.根据权利要求1所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述第一发射凹透镜组件（14）包括：发射凹透镜座（141）和第一发射凹透镜（142），所述发射凹透镜座（141）固定于所述安装座（11）上，所述第一发射凹透镜（142）固定于所述发射凹透镜座（141）内。

5.根据权利要求1所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述激光发射机构（10）还包括：反射镜（15）、第二凹透镜座（16）和半透半反射镜（17）；

所述反射镜（15）设置在所述第一发射凹透镜组件（14）前方，用于改变射出光路；所述第二凹透镜座（16）固定在所述安装座（11）上并且穿入至所述激光全站仪（1）内，所述半透半反射镜（17）与所述反射镜（15）平行设置，以将从所述反射镜（15）反射进入所述第二凹透镜座（16）内的激光从所述激光全站仪（1）内反射出。

6.根据权利要求1所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述电子激光靶（2）包括：机壳（22）、幕布（221）、相机（23）和后端盖（222）；

所述幕布（221）固定于所述机壳（22）前端，激光在所述幕布（221）上成像；

所述相机（23）固定于所述机壳（22）内部，所述相机（23）的摄像头朝向所述幕布（221），用于拍摄激光在所述幕布（221）的成像；

所述后端盖（222）固定于所述机壳（22）后端，所述幕布（221）与所述后端盖（222）将所述机壳（22）封闭，形成暗室。

7.根据权利要求6所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述机壳（22）在还设置有电子罗盘（24），所述电子罗盘（24）用于测量机器运行状态的方位角、俯仰角和滚动角。

8.根据权利要求6所述的顶管机激光导向系统，其特征在于，所述电子激光靶（2）还包括：外壳（21），所述机壳（22）底部设置有若干橡胶减震座（223），所述橡胶减震座（223）固定于所述外壳（21）内部，以提高所述机壳（22）的防震性能。

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