УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА Российский патент 2003 года по МПК E21D9/93 E21C35/24 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для определения положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля по световому пучку лазерного указателя, и может быть использовано при ручном и автоматическом управлении перемещением проходческого щита.

Известно устройство ориентации проходческого щита, применяемое в системе ведения проходческих машин ТС-27 и содержащее лазерный указатель, установленный в зоне тоннеля, свободной от механизмов и обеспечивающей прохождение светового пучка от лазерного указателя до фотоприемника, жестко закрепленного на проходческом щите, при этом световой пучок параллелен проектной оси тоннеля, фотоприемник, регистрирующий линейные и угловые отклонения проходческого щита в плане и профиле, инклинометр, регистрирующий крен и тангаж проходческого щита, вычислительный блок, производящий расчет отклонений проходческого щита в зависимости от показаний фотоприемника и инклинометра.

Недостатком известного устройства является наличие в нем как отдельной составляющей единицы блока инклинометра.

Известно устройство для определения линейного и углового положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля, заданного световым пучком лазерного указателя, содержащее собирательную линзу, фотодатчик, модулятор с приводом вращения, расположенный между собирающей линзой и фотодатчиком (А.С. СССР 2122097 А, кл. Е 21 С 35/24 от 25.07.1984 г.).

Недостатком устройства является низкая точность измерения, малый диапазон измерения угловых отклонений, невозможность измерения крена проходческого щита.

Задачей изобретения является повышение точности измерения, увеличение диапазона измерения угловых отклонений, а также расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для определения положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля по световому пучку лазерного указателя, содержащее собирающую линзу, фотодатчик, установленный по оси собирающей линзы, модулятор с приводом вращения, расположенный между собирающей линзой и фотодатчиком, снабженный датчиком нулевого положения, модулятор выполнен в виде двух светонепроницаемых пластин, причем расположение модулятора и светонепроницаемых пластин таково, что каждая из пластин при одном обороте модулятора пересекает световой пучок два раза. Устройство дополнительно содержит маятник с оптопарой, причем ось маятника параллельна оптической оси собирающей линзы, а створ оптопары пересекается пластинами модулятора при их вращении. Дополнительно устройство содержит второй маятник, аналогичный первому, повернутый относительно него вокруг оси вращения модулятора на 90^o.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна" по существующему законодательству.

На фиг. 1 изображено устройство для определения положения проходческого щита относительно светового пучка лазерного указателя.

На фиг. 2 представлен вид устройства в плане.

На фиг. 3 представлена развертка цилиндрической поверхности.

Устройство содержит собирающую линзу 1, фотодатчик 2, модулятор 3 c приводом вращения 4 модулятора, датчик 5 нулевого положения модулятора. Устройство содержит маятник 6 с оптопарой 7, закрепленный на оси, параллельной оптической оси собирающей линзы 1, и дополнительный маятник 8 с оптопарой 9, закрепленный на оси, перпендикулярной оптической оси собирающей линзы 1.

На фиг. 2 показаны возможные положения светового пучка 10, частный вариант размещения светонепроницаемых пластин 11 на цилиндрической поверхности, передняя 12 и задняя 13 зоны измерения координат светового пучка 10.

На фиг. 3 представлена развертка цилиндрической поверхности, на которой размещены светонепроницаемые пластины 11, зоны 12 и 13 измерения координат и места пересечения этих зон световым пучком 10.

Поверхность собирающей линзы 1 составляет рабочую зону измерения линейных отклонений устройства. Фотодатчик 2 содержит фоточувствительную поверхность, формирующую электрический сигнал при падении на нее светового пучка 10. Размеры этой поверхности соответствуют диапазону измеряемых угловых отклонений лазерного пучка в плане и профиле относительно оптической оси собирающей линзы 1. Модулятор 3 выполнен в виде двух светонепроницаемых пластин 11, удаленных от оси вращения модулятора 3 на величину, обеспечивающую двукратное пересечение каждой пластиной светового пучка 10. Как минимум, один из краев каждой пластины 11 непараллелен, как минимум, одному краю второй пластины 11.

Ширина пластин 11 должна обеспечивать перекрытие пересекаемого ими светового пучка 10 в той степени, которая позволяет фотодатчику 3 регистрировать это пересечение, в оптическом варианте полностью перекрывать световой пучок. Привод 4 вращения обеспечивает равномерное вращение модулятора 3. Ось вращения модулятора перпендикулярна и пересекает оптическую ось собирающей линзы. Датчик 5 нулевого положения модулятора 3 может представлять собой оптопару, луч которой пересекается флажком, установленным на модуляторе 3 при его вращении. Маятник 6 качается на оси, параллельной оптической оси собирающей линзы 1, и снабжен оптопарой 7, луч которой пересекается пластинами 11 при вращении модулятора 3. Маятник 6 расположен вне зоны прохождения светового пучка 10. Дополнительный маятник 8 с оптопарой 9 аналогичен маятнику 6 с той разницей, что его ось перпендикулярна оптической оси собирающей линзы 1.

Световой пучок 10 ориентирован в пространстве параллельно проектной оси тоннеля и отстоит от нее на расстоянии, определяемом конструктивными особенностями проходческого щита и оборудованием строящегося тоннеля. Устройство установлено на проходческом щите, причем оптическая ось собирающей линзы 1 параллельна продольной оси щита.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Последовательность импульсов, формируемая в цикле оборота модулятора 3, обеспечивается перекрытием светового пучка светонепроницаемыми пластинами 11. При этом угол, занимаемый пластинами 11 на модуляторе 3, может быть в сравнении с прототипом значительно увеличен, поскольку в развертке модулятора отсутствуют зоны полного перекрытия зоны измерения перед сканированием их светопропускающими щелями. Увеличение угла, занимаемого пластинами 11, позволяет увеличить и угол между этими пластинами. Увеличение последнего ведет к повышению точности измерения углового и линейного отклонения в профиле.

Одновременно увеличивается и доступная область измерения угловых отклонений светового пучка 10 относительно оптической оси собирающей линзы 1, что соответствует увеличению диапазона измерения угловых отклонений проходческого щита.

По п.2 изобретения модулятор 3 устройства является измерительным инструментом крена проходческого щита, поскольку моменты пересечения пластинами 11 луча оптопары 7 маятника 6 однозначно определяют крен проходческого щита при горизонтальном положении продольной оси щита. Корректировка значений крена щита при наличии тангажа производится по сумме углов отклонений светового пучка 10 относительно горизонтальной поверхности в профиле и определяемого устройством углового отклонения проходческого щита относительно светового пучка 10.

По п.3 изобретения модулятор 3 устройства является также и измерительным инструментом угла наклона маятника 8, сигнал которого является корректирующим при измерении крена проходческого щита без использования величины отклонения светового пучка 10 относительно горизонтали.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок 10 падает на собирающую линзу 1, отклоняется и фокусируется на фокальной плоскости линзы. Попадая на фотодатчик 2, световой пучок формирует электрической сигнал. При вращении модулятора 3 каждая из светонепроницаемых пластин 11 пересекают световой пучок 10 дважды за оборот вращения модулятора 3. Траектория отклоненного собирающей линзой 1 светового пучка 10 в системе координат рассматриваемого устройства однозначно определяет величины отклонения устройства относительно неотклоненного собирающей линзой 1 светового пучка 10. Координаты пучка в плоскости линзы соответствуют линейным отклонениям устройства, координаты пучка в фокальной плоскости собирающей линзы 1 однозначно соответствуют угловым отклонениям устройства в плане и профиле относительно неотклоненного пучка 10.

Таким образом, если определить координаты отклоненного светового пучка 10 в системе координат устройства и вычислить точки пересечения оси светового пучка плоскости собирающей линзы 1 и фокальной плоскости этой линзы, получим интересующие координаты.

Такая конструкция устройства для определения положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля по световому пучку лазерного указателя позволяет повысить точность управления движением проходческого щита при сооружении тоннеля, за счет этого повысить качество сооружаемых тоннелей.

Устройство для определения положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля по световому пучку лазерного указателя применяется при ручном и автоматическом управлении пространственным положением проходческого щита при сооружении тоннелей. Устройство содержит собирающую линзу, фотодатчик, модулятор с датчиком нулевого положения, при этом модулятор выполнен в виде двух светонепроницаемых пластин, расположенных под углом друг к другу. Исполнение модулятора позволяет повысить точность измерения и увеличить диапазон измерения угловых координат. Устройство снабжено двумя маятниковыми датчиками отклонения относительно вертикали, причем рабочим измерительным инструментом положения маятников являются светонепроницаемые пластины модулятора. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения положения проходческого щита относительно проектной оси тоннеля по световому пучку лазерного указателя, содержащее собирающую линзу, фотодатчик, установленный по оси собирающей линзы, модулятор с приводом вращения, расположенный между собирающей линзой и фотодатчиком, снабженный датчиком нулевого положения, отличающееся тем, что модулятор выполнен в виде двух светонепроницаемых пластин, причем расположение модулятора и светонепроницаемых пластин таково, что каждая из пластин при одном обороте модулятора пересекает световой пучок два раза. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит маятник с оптопарой, причем ось маятника параллельна оптической оси собирающей линзы, створ оптопары пересекается пластинами модулятора при их вращении. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит второй маятник, аналогичный первому, повернутый относительно него вокруг оси вращения модулятора на 90^o.