一种井巷施工激光指向装置及其纠偏方法与流程

技术特征：
1.一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：包括设置在巷道内的箱体(3)、设置在所述箱体(3)内的激光指向组件和设置在所述箱体(3)内侧壁上的激光监测组件；所述激光指向组件包括设置在所述箱体(3)底面上的调高基座、设置在所述调高基座上的水平度盘(7)和设置在所述水平度盘(7)上的激光指向仪(15)，所述激光指向仪(15)包括镜筒(16)、以及依次设置在所述镜筒(16)内的自主纠偏单元、凸透镜(21)、分光镜(22)和偏光镜(23)，所述镜筒(16)靠近所述激光监测组件的一面上开设有监测激光出射孔；所述自主纠偏单元包括补偿棱镜(18)、设置在所述补偿棱镜(18)下部的阻尼板(19)、以及设置在所述镜筒(16)底部并与所述阻尼板(19)配合的磁阻块(20)，所述补偿棱镜(18)通过呈交叉状的连接线与所述镜筒(16)的顶部连接，所述补偿棱镜(18)、所述阻尼板(19)和所述磁阻块(20)的垂直中心线重合；所述激光监测组件包括光照强度计(25)、设置在所述光照强度计(25)上的光强检测器(26)和警报器(30)，所述光照强度计(25)内设置有电子线路板，所述电子线路板上集成有控制器(31)，所述控制器(31)内存储有偏移报警阈值，所述光强检测器(26)与所述控制器(31)的输入端连接，所述警报器(30)与所述控制器(31)的输出端连接。2.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述箱体(3)的顶部穿设有用于与巷道顶板(1)连接的锚杆(2)，所述箱体(3)为前后贯通的中空箱体；所述调高基座包括磁底座(4)和三个设置在所述磁底座(4)上的脚螺旋(5)，三个所述脚螺旋(5)呈三角形布设，所述脚螺旋(5)上设置有用于放置水平度盘(7)的衬盘(6)。3.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述水平度盘(7)的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘(7)的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘(7)上设置有水准管(10)和u型支架(11)；所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘(7)转动的制动旋钮(8)和用于微调所述水平度盘(7)转动的微动旋钮(9)；所述u型支架(11)上设置有安装板(12)，所述安装板(12)上设置有用于固定激光指向仪(15)的安装带(13)，所述u型支架(11)靠近激光监测组件的一边开设有供监测激光穿过的通光孔(14)。4.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述镜筒(16)靠近自主纠偏单元的一端设置有激光发射器(17)，所述镜筒(16)的另一端为指向激光出射端，所述镜筒(16)上设置有用于转动所述偏光镜(23)的偏光旋钮(24)。5.按照权利要求1所述的一种井巷施工激光指向装置，其特征在于：所述光照强度计(25)上还设置有光强显示屏(28)和参数设置器(29)，所述参数设置器(29)与控制器(31)的输入端连接，所述光强显示屏(28)与所述控制器(31)的输出端连接，所述光强检测器(26)的中心设置有遮光片(27)。6.一种利用如权利要求1所述激光指向装置进行纠偏的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、初始化调平并调节激光指向仪：调节调高基座，直至激光指向仪(15)与施工掘进所需指示方向的高度一致并保持水平状态，开启所述激光指向仪(15)内的激光发射器(17)，通过分光镜(22)将所述激光发射器(17)射出的激光分为互相垂直的指向激光和监测激光；
当所述施工掘进所需指示方向为水平方向时，调节水平度盘(7)，直至所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；当所述施工掘进所需指示方向为斜向上或斜向下的方向时，调节水平度盘(7)并转动偏光镜(23)，直至折射后的所述指向激光对准所述施工掘进所需指示方向；步骤二、设定阈值：在所述光照强度计(25)上安装与所述控制器(31)的输出端连接的光强显示屏(28)，在所述光照强度计(25)上安装与控制器(31)的输入端连接的参数设置器(29)；当所述监测激光指向位于光强检测器(26)中心的遮光片(27)时，所述光强显示屏(28)显示光照强度值初始值，通过所述参数设置器(29)设定所述激光指向仪(15)的偏移报警阈值，所述偏移报警阈值大于所述光照强度值初始值；步骤三、带有自主纠偏的光照强度采集：通过自主纠偏单元对所述激光指向仪(15)内的激光进行自主纠偏，确保所述监测激光指向所述遮光片(27)；同时，光强检测器(26)将所接收到的所述监测激光的实时光照强度值同步传输至所述控制器(31)，所述控制器(31)将所述实时光照强度值传输至所述光强显示屏(28)；步骤四、判断光照强度是否大于阈值：当所述实时光照强度值不大于所述偏移报警阈值时，执行步骤三；当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值，且持续时间大于t时，通过所述控制器(31)控制所述警报器(30)进行报警，并执行步骤五；其中，t的取值范围为6s～10s；步骤五、人工纠偏：通过调节水平度盘(7)和偏光镜(23)对所述指向激光和所述监测激光进行纠偏，直至所述实时光照强度值恢复到所述光照强度值初始值。7.按照权利要求6所述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤一中，所述调高基座包括磁底座(4)和三个设置在所述磁底座(4)上的脚螺旋(5)，三个所述脚螺旋(5)呈三角形布设，所述脚螺旋(5)上设置有用于放置水平度盘(7)的衬盘(6)；所述水平度盘(7)的一侧设置有双螺旋，所述水平度盘(7)的侧面周向设置有刻度尺，所述水平度盘(7)上设置有水准管(10)和u型支架(11)，所述双螺旋包括用于限制所述水平度盘(7)转动的制动旋钮(8)和用于微调所述水平度盘(7)转动的微动旋钮(9)；步骤二中，所述镜筒(16)上设置有用于转动所述偏光镜(23)的偏光旋钮(24)；调节三个所述脚螺旋(5)并观察所述水准管(10)，直至所述水平度盘(7)保持水平状态，转动所述水平度盘(7)，待指向激光与施工掘进所需指示方向之间的角度小于10度后，调节所述制动旋钮(8)，使人力无法转动所述水平度盘(7)，调节所述微动旋钮(9)对所述水平度盘(7)的角度进行微调，调节所述偏光旋钮(24)对所述指向激光的角度进行调整，直至所述指向激光对准施工掘进所需指示方向。8.按照权利要求7所述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：当所述实时光照强度值大于所述偏移报警阈值时，调节双螺旋和所述偏光旋钮(24)，直至光强显示屏(28)上所显示的实时光照强度值恢复到光照强度起始值。9.按照权利要求6所述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤三中，所述偏移报警阈值为25000勒克斯，待所述监测激光指向所述遮光片(27)后，警报器(30)开始工作；当所述监测激光指向所述遮光片(27)时，所述光强检测器(26)上的实时光照强度值为
光照强度值初始值，所述光照强度值初始值为所述光强检测器(26)所接收到的巷道内照明光源的光照强度值；当所述监测激光逐渐远离所述遮光片(27)时，光强检测器(26)上的所述实时光照强度值逐渐增大。10.按照权利要求6所述的一种井巷施工激光指向装置的纠偏方法，其特征在于：步骤四中，当所述补偿棱镜(18)处于垂直状态时，指向激光水平水平射出所述补偿棱镜(18)；当所述补偿棱镜(18)发生偏转时，所述补偿棱镜(18)对指向激光的射出角度进行偏转补偿，根据公式得出偏转补偿值δ
补
；其中，d为所述补偿棱镜(18)的厚度，γ为所述补偿棱镜(18)的偏转角度，n
p
为折射率。

技术总结
本发明公开了一种井巷施工激光指向装置，包括设置在巷道内的箱体、激光指向组件和激光监测组件；激光指向组件包括调高基座、水平度盘和激光指向仪，激光指向仪内设置有自主纠偏单元和偏光镜；激光监测组件包括光照强度计、光强检测器和警报器，该装置实现了在对巷道施工提供施工掘进所需指示方向的同时，对指向激光进行监测。同时，本发明公开了采用该装置对指向激光进行纠偏的方法，包括步骤：一、初始化调平并调节激光指向仪；二、设定阈值；三、带有自主纠偏的光照强度采集；四、判断光照强度是否大于阈值；五、人工纠偏，该方法通过自动纠偏和人工纠偏相配合，更加准确且符合井巷施工中指向激光的精度要求。指向激光的精度要求。指向激光的精度要求。


技术研发人员：武金辉 汤伏全 张馨月 周对对 白益凤 薛俊磊
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/2/18