SU1125375A1 - Устройство дл определени отклонени проходческого щита относительно проектной оси тоннел - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА ОТНОСИТЕЛЬНО ПРОЕКТНОЙ ОСИ ТОННЕЛЯ, содержасцее источник светового излучени  и фотоприемник, включающий фотодатчик , собирающую линзу, вращающийс  модул тор с пр молинейной и спиралеобразной светопроницаемьвли щел ми и датчик углового положени  модул тора , который подключен к входу фо  лировател  сигналов отклонени , к второму входу которого подключен выход фотодатчика, отличающеес  тем, что, с целью повьвоени  точности и быстродействи , модул тор выполнен в виде цилиндра с диаметром, равным фокусному рассто нию собирающей линзы, ось симметрии цилиндра совпадает с осью его вращени , перпендикул рна главной оптической оси собирающей линзы и расположена на рассто нии от фокальной плоскости собирающей линэы рав- ном половине фокусного рассто ни  линзы, поверхность цилиндра выполнена со светопроницаемым окном, напротив которого расположены парраллельна  оси цилиндра пр молинейна  и на его.образующей спиралеобразна  щели, а на нижнем основании цилиндра закреплен датчик углового положени  модул тора, при этом формирователь сигналов отклонени  выполнен в виде нормализатора импульсов фотодатчика, блока управлени  ключами заполнени  счетчиков, блока формировани  команд по угловому положению модул тора и четырех индикаторых цепей, кажда  из кото| йх включает последовательно сое диненныё ключ заполнени  счетчика, счетчик, ключ перезаписи и регистр пам ти с индика1%ией, причем выход нормализатора импульсов фотодатчика подключен к первому входу блока управ лени , ключами заполнени  счетчиков, первый и второй выходы блока фор шровани  команд по угловому положеншо модул тора подключены к второму и третьему входам блока управлени  клиг чами заполнени  счетчиков, выходы ю которого всщк1 очены соответственно 1СД к уараал ющему входу ключа заполнени счетчиков каждой индикаторной цепи, С0 к информационным входам подК| ключен третий выход блока Формировани  команд по угловому положению ел модулйто| а, четвертый выход которого соединен с управл ющим входом ключа перезаписи и с входом начальной уста, новки счетчика каждой индикаторной цепи, при этом вход блока формировани  к : 4анд по угловому положению модул тора  вл етс  первым входом формировател  сигналов отклонени .

Description

Изобретение относитс  к горной промьшшенности, а именно к устройствам ориентации проходческого щит относительно проектной оси тоннел  задаваемой световым лучом,и может быть использовано при ручном и автоматическом управлении перемещением проходческого щита. Известно устройство ориентации проходческого щита, содержащее ист ник светового луча, установленный в верхней части тоннел , и фотопри ник, -включающий две координатные системы с четырьм  фотодатчиками кажда , установленные в хвостовой части ножевой части щита. След щай система фотоприемника, закренленного на щите, выводит мат рицу с фотодатчиками на луч лазера таким образом, чтобы луч падал на все четыре фотодатчика независимо от направлени  смещени  щита с зад ноге лучом курса ij . Недостатками данного устройства  вл ютс  мала  надежность в работе и его большие габариты. Известно устройство ориентации проходческого щита, содержащее исто ник светового луча, установленный в верхней части тоннел , фотоприемник закрепленный на корпусе щита, с фокусирующей линзой и средствами дл  регистрации линейного смещени  и у лового отклонени  проходческого щита от трассы проходки. Средство дл  регистрации линейкого смещени  проходческого щита вы полнено в виде фотоприемной матрицы с набором фоточувствителбных эле ментов. Дл  регистрации углового от клонени  щита использована оптическа  система, проектирующа  луч на вторую фотоприемную матрицу 2 , Недостатком данного устройства  вл етс  большое количество фоточувствительных элементов, образующи фотоприемные матрицы, которые требуют сложной аппаратуры усили  и обработки поступающей от них информации . Размещение большого количества фоточувствительных элементов на подвижной конструкции требует ис пользовани  гибких подвижных жгутов или кабелей, что уменьшает эксплуатационную надежность устройства. Оп тическа  система, состо ща  из нескольких линз., сложна и увеличивает габаритный размер фотоприемника вдо оптической оси. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройстводл  определени  линейного и углового от клонени  -проходческого щита относительно проектной оси тоннел , со-г держащее HqTO4HHK светового излучени  и фотоприемник, включающий фотодатчик собирающую линзу, враща ющийс  модул тор с пр молинейной и спиралеобразной светопроницаемыми щел ми и датчик углового положени  модул тора, подключенный к формирователю сигналов отклонени , к второму входу которого подключен .выход фотодатчика з . Недостатками известного устройства  вл ютс  недостаточна  точность .ориентации и низкое быстродействие устройства. При движении проходческого щита диаметр светого луча измен етс  в св зи с изменением рассто ни  между источником излучени  и фотоприемником . Нестабильность диаметра падающего на фотоприемник луча определ ет погpeujHocxb системы, котора  про вл етс  при попадании в центр модул тора и  вл етс  следствием геометрических свойств последнего. Щели модул тора , рассчитанного на диаметр луча А , начинаютс  с радиуса d /2 , что обеспечивает нормальную работу системы. Однако, если диаметр светового луча меньше диаметра d , то лучи смогут пройти поочередно через щели лишь при откло.нении их от центра модул тора на определенное рассто ние . Следовательно, при незначительных отклонени х луча от центра модул тора величину смещени  прибор регис.три| овать не будет. Если диаметр светового луча больше диаметра , то лучи. проход т че-- рез обе щели одновременно, в то врем  как дл  регистрации координат смещени  неЬбходимо последовательное прохождение луча через две щели. В этом случае также невозможно точно установить величину смещени  щита от трассы проходки. Кроме того, дл  гарантированного прохождени  светового луча сквозьщели обоих модул торов необходимо, чтобы их скорости отличались одна от другой, а дл  выполнени  требований точности регистрации углов эти скорости должны отличатьс  существенно. В св зи с тем, что быстродействие системы определ етс  периодом вращени  медленно вращающегос  модул тора, оно ограничено.: . Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи  устрой ства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени  отклонени  проходческого щита относительно проектной оси тоннел , содер-жащем источник светового излучени  и фотоприемник, включающий фотодатчик, собирающую линзу, вращающийс  модул тор с пр молинейной и спиралеобразной светопроницаемыми щел ми и атчик углового положени  модул тоа , который подключен к первому вхбУ формировател  сигналов .отклонени  второму входу которого подключен выход фотодатчика, модул тор выполнен в виде цилиндра с диаметром, рав , . ным фокусному рассто нию собирающей линзы, ось симметрии цилиндра совпадает с осью его вращени , перпендикул рна главной оптической оси собирающей линзы и расположена на рассто нии от фокальной плоскости собирающей линзы, равном половине фокусного рассто ни  линзы, поверхност цилиндра выполнена со светопроницаемым окном, напротив которого расположены параллельна  оси цилиндра пр молинейна  и на его образующей сп-иралео бра зна  щели, -а на нижнем основании цилиндра закреплен датчик углового положени  модул тора, при этом формирователь сигналов отклонени  выполнен в виде нормализатора импульсов фЬтодатчика, блока управле ни  ключами заполнени  счетчиков, бл ка формировани  кома.нд по угловому пбложению модул тора и четырех индикаторных цепей, кажда  из которых включает последовательно соединенные ключ заполнени  счетчика, счетчик, ключ перезаписи и регистр пам ти с индикацией, причем выход нормализатора импульсов фотодатчика подключен к первому входу блока управлени  ключами заполнени  счетчиков, первый и второй выходы блока формирова-ни  команд по угловому положению модул тора подключены к второму и третьему входам блока управлени  клю чами за-полнени  счетчиков, выходы ко торого подключены соответственно к .управл ющему входу ключа заполнени  счетчиков каждой индикаторной цепи, к информационным входам которых подключен третий выход блока формировал ни  команд по угловому положению модул тора , четвертый выход которого . соединен с управл ющим входом ключа перезаписи и с. входом начальной уст ловки счетчика каждой индикаторной цепи, при этом вход блока формировани  .команд по угловому положению модул тора  вл етс  первым входом формировател  сигналов отклонени , На фиг.1 изображено устройство дл  определени  отклонени  проходческого щита от проектной оси тоннел , заданной световым лучом; на фиг.2 - развертка боковой noBei3xHOсти модул тора; на фиг.З - функциональна  схема формировател  сигнало . отклонени ; на фиг,4 - диаграмма состо ний элементов формировател  сигналов отклонени . . Устройство дл  определени  отклонени  проходческого щита относительно проектной оси тоннел  содержит источник светового излучени  (не показан) и фотоприемник, выполненный моноблока (фиг.1) и содержащий собирающую линзу 1, расположенный непосредственно.за ее фокальной плоскостью фотодатчик 2, размещенный между линзой 1 и фотодатчиком 2 модел тор 3с приводом 4 и датчиком 5 углового положени  модул тора импульсного или любого другого типа. Модул тор 3 представл ет собой полый цилиндр с диаметром, фокусному рассто нию линзы 1, Ось вращени  модул тора совпадает с его геометрической осью, перпендикул рна главной оптической оси линзы и расположена на рассто нии от фокальной плоскости линзы 1, равным половине еефокусного рассто ни . Поверхность цилиндра выполнена со светопроницаемым окном 6, напротив которого расположены светопроницаемые щели 7 и 8. Одна щель 7 параллельна оси цилиндра, а втора  щель 8 выполнена в виде спирали на образующей цилиндра. Высота щелей обеспечивает при вращении модул тора 3 сканирование всей поверхности линзы. Угол наклона щели 8 определ ет масштаб при считывании координаты луча по оси У, Ширина щелей обеспечивает пропускание светового потока, достаточного дл  регистрации его фотодатчиком 2, Минимальное рассто ние между щел ми превышает диаметр светового луча. На поверхности модул тора с противоположной стороны от щелей 7 и 8 расположено светопроницаемое окно 6j обеспечивающее попадание луча на датчик 2 при про .хождемии луча сквозь щели 7 и 8, Фотодатчик 2 имеет линейные размеры, обеспечивающие перекрытие диапазона измерени  углового отклонени . Так, при фокусном рассто нии собирающей линзы, равным F , и диапазоне измерени  угловых отклонений i «t t рвлЦ Y диаметр D фотоактивной зоны фотоприемника равен „ 2eb --. t , . Диаметр собирающей линзы 1 определ етс  диапазоном измерени  линейного смещени  щита относительно светового луча. На практике он должен быть равен 15-20 см, поскольку допуск на ч отклонение тоннел  от проектной оси составл ет -hS-l см. Фокусноерассто ние линзы 1 определ ет габариты устройства и разрешающую способность при изменении угловых отклонений: чем боль1ае фокусное рассто ние, тем больше линейное отклонение луча от главной оптической оси линзы в ее фокальной плоскости при одном и том же угловом отклонении щита. Оптимальным дл  предлагаемого устройства отношением фокусного рассто ни  к диаметру линзы  вл етс  1,5-2., Формирователь сигналов отклонени  (фиг.З) содержит включенные последовательно с фотодатчиком 2 нормализа тор 9 импульсов фотодатчика и блок 10 управлени  ключами заполнени  счетчиков.. Четыре выхода блока 10 св заны с управл ющими входами четырех ключей 11-14 заполнени  счетчиков , которые вход т в состав четырех идентичных индикаторных цепей, состо щих из последовательно включенных ключей 11-14, счетчиков 15-18, ключей 19-22 перезаписи и регистров 23-26 пам ти с индикацией. Выход датчика 5 углового положени  модул тора св зан с входом блока 2V формировани  команд по угловому положению модул тора. Первый и второй выходы блока 27 св заны с вторым и третьим входами блока 10 управлени  ключами заполнени  счетчиков. Третий выход блока 27 св зан с входами начальной установки счетчиков 15-18 и с управл ющими входами ключей 19-22 перезаписи, четвертый выход св зан с информационными входами ключей 11-14 заполнени  счетчиков.

Блок 27 формировани  команд по угловому положению модул тора обеспечивает формирование на своих выходах следующие сигналы. На первом выхде блока формируетс  импульс при прохождении пр молинейной щелью 6 модул тора 3 точки начала отсчета координаты линейного смещени  по оси X (смещение в плане). Данна  точка выбираетс  из услови  обеспечени  отсчета координаты прохождени  луча через крайнюю по оси X точку фокусир Ю1дей линзы. После прохождени  модутором указанного углового положени  должен начатьс  отсчет координаты линейного смещени  щита по оси X

На втором выходе блока 27 формировани  команд по угловому положению модул тора должен формироватьс  импульс при прохождении пр молинейной щелью 7 модул тора 3 точки начала отсчета координаты углового отклонени  щита в проекции на плоскость i) О (отклонение в плане).После прохождени  модул тором 3 указанного углового положени  должен начатьс  отсчет координаты углового отклонени  щита н проекции на плоскость (угловое отклонение в плане).

На третьем выходе блока 27 формируетс  импульс, передний фронт которого обеспечивает перезапись содержимого счетчиков 15-18 в регистры 23-26 пам ти с индикацией, задний фронт импульса обеспечивает обнуление счетчиков.

На четвертом выходе блока 27 формируетс  последовательность импульсов с частотой следовани , обеспечивающей йеорходимую дискретность отсчета величин отклонени . Коструктивное исполнение блока 27 формировани  команд по угловому положению

модул тора зависит от исполнени  дат чина 5 углового положени .

При исполнении датчика 5 импульсным с отдельным каналом формировани  импульса исходного положени  блок 27 представл ет собой схему, обеспечивающую по вление на первом выходе и-го и на втором выходе т-го импульсов в цикле одного оборота модул тора . При этом на четвертом выходе блока 27 повтор ютс  импульсы, присутствующие на его входе, по амплитуде и длительности согласованные с входом счетчиков 15-18.

Нормализатор 9 импульсов фотодатчика представл ет собой схему, обеспечивающую нормирование по амплитуде , фронтам и длительности импульсов поступающих от фотодатчика 2.

Блок 10 управлени  ключами заполнени  счетчиков представл ет собой логическую схему, формирующую сигналы на своих четырех выходах в зависимости от сигналов на.трех ее входах в соответствии с диаграммой, преставленной ка фиг.4 .

При проходе импульса на второй вход блока -10 по вл етс  потенциал на первом выходе блока и сохран етс  на нем до по влени  импульса на первом входе. Одновременно с по влением импульса на первом входе формируетс  потенциал на втором выходе, который присутствует там до прихода очередного импульса на второй вход блока. Аналогично импульс на третьем входе блока 10 обуславливает по вление потенциала на третьем выходе это блока, импульс от формировател  9 снмает потенциал с третьего выхода и ведет к по влению потенциала на четвертом выходе, снимаемому очередным импульсом по первому входу. Таким образом, за один цикл работы блока 27 на его выходах по вл ютс  потенциалы , участвующие в обеспечении логики работы устройства в целом.Реализаци  блока 10 управлени  ключами заполнени  счетчиков может быть проведена средствами обычного проектировани  на электронных логических элементах- (например-, на счетных триггерах и схемах совпадени ).

Регистры 23-26 пам ти и индикации обеспечивают непрерывную индикацию информации с обновлением ее с приходом импульса на ключи 19-22 перезаписи I Кроме того, регистр пам ти и индикации обеспечивает масштабирование информации, поступающей от счетчиков 15-18.

Устройство работает следующим образом.

Модул тор 3 приводитс  во вращение приводом 4,При прохождении пр молинейной щели 7 модул тора 3 вдсУль плоскости собирающей линзы 1 щель 7 пересекает луч, который, пройд  сквозь окно 6, попадает на фотодатчи 2. При этом угловое положение модул тора 3 регистрируетс  датчиком 5 углового положени  и соответствует абсциссе прохождени  луча в плоскости собирающей линзы 1. При дальнейшем вращении модул тора 3 луч пересекает криволинейна  щель 8. Угол поворота модул тора между предыдущей засветкой фотодатчика 2 и дан,ным моментом определ ет ординату све тового луча в плоскости собирающей линзы..Продолжа  вращение щели 7 и 8 попадают в зону фокальной плоскости где на фотодатчик 2 таким же образом поступают два световых импульса от пересечени  щелей с лучом в фокальной плоскости собирающей линзы 1. При этом в плоскости линзы 1 находитс  светопроницаемое окно 6 модул тора 3. Углы положени  моДул тора 3 в моменты попадани  светового луча на фотодатчик 2 определ ют абсцис су и ординату точки пересечени  луча фокальной плоскости собирающей линзы 1. Координаты этой точки определ ют угловое отклонение корпуса про ходческого щита относительно проектной оси тоннел . Формирование сигналов отклонени  по линейному смещению и угловому от клонению производитс  следующим об разом. При прохождении пр молинейной щелью 7 точки, соответствующей началу отсчета смещени  луча по- оси X блок 27 формироани  команд по угловому положению модул тора формирует импульс, ведущий к по влению потенциала на первом выходе блока 10 управлени  ключами. Этот потенциал от крывает ключ 11 заполнени  счетчика . На счетчик 15 поступают импульсы , формируемые на четвертом выходе блока 27. При дальнейшем враще нии модул тора 3 произойдет засветка фотодатчика 2 при прохождении лу пр молинейную щель 8. Импульс на первом входе блока 10 ведет к за рытию ключа 11 заполнени  счетчиков и к открытию ключа 12. В резуль тате этого в счетчике 15 сформируетс  сигнал, пропорциональный координате линейного отклонени  луча ла зера по оси X , что однозначно хара теризует линейное смещение щита по той же координате. Ключ 12 закроетс  при очередной засветке фотодатчика 2 при прохождении луча через криволинейную щеЯь .8. В результате счетчике 16 сформируетс  сигнал,про порциональный смещению луча по ocиY При прохождении пр молинейной, щелью 7 начальной точки отсчета координаты углового отклонени  в плане ( соответствует координате X пересечени  луча фокальной плоскости собирающей линзы 1) блок 27 формирует импульс , поступающий на третий вход . блока 10 управлени  ключами заполнени  счетчиков. На третьем выходе блока 10 по вл етс  потенциал, открываю щий ключ 13 и обеспечивающий заполнение счетчика 17. Импульс фотодатчика 2 от прохождени  лучом пр молинейной щели 2 модул тора 3 аналогичным образом прерывает заполнение импульсами счетчика 17 и обеспечивает работу счетчика 18. Прохождение на первый вход блока 10 управлени  ключами импульса засветки фотодатчика 2 от прохождени  луча через криволинейную щель 8 ведет к закрытию ключа 14. В результате описанных операций в счетчиках 15-18 накапливаетс  информаци  о линейном смещении относительно оси X и линейном смещении относительно оси Y . Перед моментом формировани  блоком 27 импульса, ведущего к открытию ключа 11 заполнени  счетчика/ на третьем выходе блока 27 формировани  команд по угловому положению модул тора формируетс  импульс, поступающий на вход начальной установки счетчиков 15-18 и управл ющий вхоД ключей 19-22 перезаписи. Передний фронт этого импульса обеспечивает путем открыти  ключей 19-22 перезапись содержимого счетчиков и регистры 23-26 пам ти и индикации . Зданий фронт импульса обеспечивает подготовку счетчиков к очередному циклу работы. Таким образом, в предлагаемом устройстве положительный эффект достигаетс  за счет последовательного определени  координат прохождени  луча в двух плоскост х - плоскости собирающей линзы и фокальной плоскости этой линзы. При этом точность определени  координат не ограничена дискретностью, соответствующей отношению скоростей вращени  двух модул торов в известном устройстве, от сутствует неопределенность сн ти  координат в зоне совпадени  луча с оптической осью линзы и, наконец, интересующа  информаци  считываетс  за один оборот модул тора, что увеличивает скорость ее считывани . Предлагаемое устройство более эффективно по сравнению с известньми, так как позвол ет осуществл ть точный и непрерывный в процессе проходки контроль отклоиени  щита от проектной оси тоннел  и быстродействи  устройства.

87

/ /

Т

21

/

15

,J

74

78

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА ОТНОСИТЕЛЬНО ПРОЕКТНОЙ ОСИ ТОННЕЛЯ, содержащее источник светового излучения и фотоприемник, включающий фотодатчик, собирающую линзу, вращающийся модулятор с прямолинейной и спиралеобразной светопроницаемьили щелями и датчик углового положения модулятора, который подключен к первому входу формирователя сигналов отклонения, к второму входу которого подключен выход фотодатчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, модулятор выполнен в виде цилиндра с диаметром, равным фокусному расстоянию собирающей линзы, ось симметрии цилиндра совпадает с осью его вращения, перпендикулярна главной оптической оси собирающей линзы и расположена на расстоянии от фокальной плоскости собирающей линзы, рав ном половине фокусного расстояния линзы, поверхность цилиндра выполнена со светопроницаемым окном, напротив которого расположены парраллельная оси цилиндра прямолинейная и на его. Образующей спиралеобразная щели, а на нижнем основании цилиндра закреплен датчик углового положения модулятора, при этом формирователь сигналов отклонения выполнен в виде нормализатора импульсов фотодатчика,. блока управления ключами заполнения счетчиков, блока формирования команд по угловому положению модулятора и четырех индикаторых цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные ключ заполнения счетчика, § счетчик, ключ перезаписи и регистр памяти с индикацией, причем выход нормализатора импульсов фотодатчика подключен к первому входу блока управ ления, ключами заполнения счетчиков, первый и второй выходы блока формирования команд по угловому положению модулятора подключены к второму и третьему входам блока управления ключами заполнения счетчиков, выходы которого подключены соответственно к управляющему входу ключа заполнения счетчиков каждой индикаторной цепи, к информационным входам которых подключен' третий выход блока Формирования команд по угловому положению модулятора, четвертый выход которого соединен с управляющим входом ключа перезаписи и с входом начальной установки счетчика каждой индикаторной цепи, при этом вход блока формирования команд по угловому положению модулятора является первым входом формирователя сигналов отклонения.

   >

   1 125375