一種輔助c-als鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，包括一固定器，為十字架形結構，在其中的豎向架臂上開設有長豁口，豎向架臂內部固定C-ALS掃描探頭，所述掃描探頭的發射/接收棱鏡朝向所述豁口外，C-ALS線纜沿豎向架臂中穿出。在其中的橫向架臂上，兩端分別焊接一鋼環，兩根輔繩分別穿過兩個鋼環，輔繩下端各拴一配重。本實用新型設計構思巧妙，結構簡單，成本低，尤其是能夠穩定住掃描探頭，利于三維激光掃描儀的深井狹窄空間測量。
【專利說明】—種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于礦井測量技術，特別是關于礦山溜井的三維測量裝置，具體是指一種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置。
【背景技術】
[0002]礦山開采及運輸中，安全是首要的。為了保障礦山安全生產，需要定期對溜井進行保養和維護。由于礦山大多很高，礦石運送頻繁，為提高運送效率節約成本，會在一些礦山上由上至下打通一個類似井的管道，即溜井。由上至下直接傾倒礦石，運送車輛在山下接運。溜井一方面可以提高運送效率，另一方面，由于直接垂直傾倒，利用高度可以起到一定的粉碎作用。
[0003]溜井的三維測量在溜井使用、維護及測量領域都存在需求，但目前尚沒有專門的關于溜井的三維測量方法。由于缺乏有效檢測溜井運行狀況的設備和方法，只能通過起吊裝置將工人吊起沿著溜井井壁進行檢查，整個檢查的工作量大，且難以保證工人的安全。
[0004]大多數三維激光掃描儀都具備三維空間測量的能力。但是由于沒有可靠的支撐裝置，使得測量無法準確進行。
實用新型內容
[0005]為了適應于三維激光掃描儀的溜井測量，解除工人的作業風險，本實用新型提供一種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置。該裝置結構簡單，穩定性強，可以全方位輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀探頭360°旋轉測量。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，包括一固定器，為十字形結構，在其中的豎向架臂上開設有長豁口，豎向架臂中心固定C-ALS掃描探頭，所述掃描探頭的發射/接收棱鏡朝向所述豁口外，C-ALS線纜沿豎向架臂中穿出。
[0007]在其中的橫向架臂上，兩端分別焊接一鋼環，兩根輔繩分別穿過兩個鋼環，輔繩下
端各拴一配重。
[0008]用卡子穿過豎向架臂豁口的兩邊并拉緊，以此將C-ALS固定在架臂中。
[0009]以線纜穿出豎向架臂位置的點為測量儀坐標原點，以橫向架臂上順著豁口方向看，位于豁口右側的一點作為方位點，以求方位點相對于原點的方位角，確定測量儀坐標系的方位。
[0010]本實用新型的優點在于:1、可以完整的進行溜井三維測量，設備集三維激光掃描儀和固定器為一體，可以保證儀器的平穩下放，從而保證測量結果的準確性。2、測量裝置配以配重及輔繩保證了固定器的穩定，設計構思巧妙，結構簡單，成本低。3、利用三維激光掃描儀，可以測量溜井的三維數據，由于為可視化測量，因此人無需下井，這就保證了人員的安全性。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是固定器結構及坐標定位示意圖。
[0012]圖2是測量儀下放示意圖。
[0013]圖3、圖4是截取的兩個剖面的輪廓示意圖，其中外圍不規則輪廓表示實際測量輪廓，內部規則的圓形表示設計之初的完整輪廓。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0015]本實用新型應用于C-ALS鉆孔式三維激光掃描系統在溜井中下放測量從而獲得溜井的三維數據，實現溜井的三維可視化測量。C-ALS鉆孔式三維激光掃描系統(以下簡稱C-ALS)是一種基于激光的三維空區精密探測系統，通過可旋轉并集成有激光測距儀的掃描探頭來實現對溜井的探測。C-ALS掃描探頭直徑僅為50mm，我們應用它這一特點，使得它可以沿鉆孔深入到難以接近的空穴、地下空間以及空腔內。掃描探頭內置的攝像頭上裝有LED燈，便于清楚地看見鉆孔內部以及測量過程中遇到的各種障礙物，同時能辨識空穴的入口。一旦進入空穴，激光頭便向外打開，開始掃描空穴的三維形態及表面反射率。在溜井測量中，C-ALS掃描探頭首先作水平360度旋轉并收集距離和角度參數，完成某一高度一個圓周內的掃描，然后掃描探頭還可以按預先設定的參數自動上仰或降低一定角度進行另兩個高度內連續360度的循環掃描。
[0016]C-ALS地上部分包括控制儀(包括顯示屏)，內置測量軟件，通過線纜保持與掃描探頭數據傳輸。測量裝置除了 C-ALS外，還有全站儀以及其他一些輔助設備，包括固定器、輔繩、配重、線纜等等。
[0017]基于C-ALS鉆孔式三維激光掃描系統完成的溜井測量主要包括以下幾步:
[0018]I)掃描探頭自然釋放，標記發射/接收棱鏡(發射與接收為同一棱鏡)所指方向為設備的基本方向。
[0019]2)利用全站儀確定C-ALS設備的坐標及方位。
[0020]3)設備穩定下放(有時還包括上升)進行測量。
[0021]4)測量結果的處理。
[0022]通過上述可以看出，由于C-ALS掃描探頭比較細小，鉆孔又比較深，因此對于溜井測量，制備一套穩定的C-ALS測量裝置是必不可少的。本實用新型提出的這種穩定性裝置，包括了一固定器，如圖1所示，用于裝入C-ALS掃描探頭。固定器包括一十字形的固定架1，其中豎向的一根架臂11為一帶有長豁口 12的鋼管，C-ALS掃描探頭固定在鋼管中，探頭的發射/接收棱鏡朝向豁口外，以此可以確定測量儀的正東方向(也就是確定坐標系方向)。C-ALS放入鋼管后，用卡子2將鋼管豁口的兩側夾緊，以此將C-ALS固定在鋼管中。C-ALS線纜沿鋼管穿出。
[0023]橫向的一根架臂13，為一普通鋼管或鋼棒。為保證固定器下放時的穩定和平衡，輔繩及配重是必備的，因此在橫向架臂13的兩端，分別焊接一鋼環3(只要保證儀器方位不變，不一定需要等距離)，兩根輔繩4分別穿過兩個鋼環，輔繩下端各拴一配重5。在全站儀確定坐標時，就可以取線纜穿出鋼管位置的點為坐標原點(A點)，取橫向架臂上一點作為B點，這一點是順著豎向架臂豁口 12方向看,位于豁口右側的一點。以B點求相對于A的方位角，即確定了測量儀坐標系的方位。
[0024]整個設備安裝后以及下放過程中，設備的方向(豁口的方向)不能再變化，這是測量的關鍵。假如不能保證設備方向不變，換句話說就是在測量過程中設備毫無方向感的亂晃，測量結果肯定是錯誤的。所以這個固定器就起到了穩定的作用。
[0025]如圖2所示，測量時，線纜和輔繩可以通過在地面上的拉拽裝置6逐漸下放，待測量完成后，上拉設備至溜井口，回收設備，拆卸配重。
[0026]以下是幾個C-ALS的具體測量應用實例。
[0027]實施例一
[0028]1.1施工概況
[0029]溜井位于井下，溜井井口上方設有鋼軌，人員無法到達井口中心位置，施工難度較大。
[0030]1.2施工方法
[0031]在測量前一天(溜井未進行放礦時)，在溜井旁軌道與井口上方鋼軌之間搭設3塊木板。電焊工在井口上方兩條鋼軌之間焊接三條鋼筋，鋼筋之間距離為450mm，每條鋼筋中間處焊接滑輪。將設備電纜穿過中間的滑輪，拉回、固定在溜井井口旁。將輔繩分別穿過另外兩個滑輪，拉回、固定好。
[0032]1.3施工步驟
[0033]I)連接C-ALS，設備通電，打開掃描控制軟件進行自檢測，設備探頭開始旋轉檢測，探頭停止時發射與接收棱鏡所向位置為設備本身的正東方向。
[0034]2)將C-ALS套入設備固定器中，使設備相對的正東方向與固定器豁口方向保持一致。加緊固定器上的螺栓(卡子)，保證設備固定牢靠。
[0035]3)將輔繩穿過設備固定器上的鋼環，系于固定器底部，呈三角狀，保證設備的平穩。
[0036]4)利用輔助鉤子，將設備鉤牢，從溜井井口附近緩慢地將設備置于井口中心位置。
[0037]5)利用全站儀測定兩點坐標，即設備末端點坐標A及固定架豁口右側輔繩點坐標B。原點坐標為點A,方位角為點B至點A方位角。
[0038]6)待測量坐標后，同時下放線纜及兩條輔繩，緩慢、且保持步調一致，下放距離為10米。在電腦中，通過攝像頭觀察下放過程。
[0039]7)在設備控制軟件中輸入下放的距離10米，掃描步距設定為3度，掃描方式為垂直掃描，開始三維掃描。
[0040]8)待一站掃描結束后，保存數據，設備繼續下放，直至完成整個溜井的測量。
[0041]9)在設備上拉過程中，再進行一次測量，保證溜井存在兩條有效數據。
[0042]10)測量完成后，利用輔助鉤子將設備拉至溜井旁，回收設備。
[0043]實測結果:溜井剖面面積最大處面積為37.33平方米，最大處位置位于標高2715米；溜井剖面面積最小處面積為17.98平方米，最小處位置位于標高2745米。溜井平均剖面面積為27.72平方米。根據溜井三維模型及剖面面積表分析，溜井變化情況不大，未出現嚴重破損情況，如圖3所示。
[0044]實施例二[0045]2.1施工概況
[0046]溜井位于井下，溜井井口無安全作業平臺，人員無法到達井口中心位置，施工難度較大。
[0047]2.2施工方法
[0048]為保證人員安全，在測量前一天(溜井未進行放礦時)，在溜井旁軌道與井口上方鋼軌之間搭設3塊木板。將事先準備的3條鋼管架在井口之上，鋼管與鋼管之間間隔為450mm，將鋼管一端焊接在軌道之上，每條鋼管的中間都有事先焊接好的鋼筋扣，滑輪掛在鋼筋扣上。將設備電纜穿過中間的滑輪，拉回、固定在溜井井口旁。將輔繩分別穿過另外兩個滑輪，拉回、固定好。
[0049]2.3施工步驟
[0050]I)連接C-ALS，設備通電，打開掃描控制軟件進行自檢測，設備探頭開始旋轉檢測，探頭停止時發射與接收棱鏡所向位置為設備本身的正東方向。
[0051]2)將C-ALS套入設備固定器中，使設備相對的正東方向與固定器豁口方向保持一致。加緊固定器上的螺栓，保證設備固定牢靠。
[0052]3)將穿過滑輪的輔繩從固定器鋼環中穿過，分別固定配重。
[0053]4)利用輔助鉤子，分別將兩塊配重及設備置于井筒中心，在此過程中，注意避免配重與設備探頭碰撞。
[0054]5)拉緊設備線纜與其中一條輔繩，緩慢下放另一條輔繩至溜井礦面。
[0055]6)待一條輔繩上的配重下放至溜井礦面，下放另一條輔繩，確保下放緩慢，避免兩條輔繩相互纏繞。
[0056]7)利用全站儀測定兩點坐標，即設備末端點坐標A及固定架豁口右側輔繩點坐標B。原點坐標為點A,方位角為點B至點A方位角。
[0057]8)待測量坐標后，啟動軟件，打開攝像頭，下放設備線纜，距離10米后，鎖死電纜，保證在測量過程中設備高度不變，在攝像頭中觀察，等待設備穩定。
[0058]9)在設備控制軟件中輸入下放的距離10米，掃描步距設定為3度，掃描方式為垂直掃描，開始三維掃描。
[0059]10)在電腦上觀察時時顯現的掃描數據，一站的測量時間為13分鐘，測量的溜井深度為40米(探頭所在位置以上20米及探頭所在位置以下20米)。
[0060]11)待一站掃描結束后，保存數據，設備繼續下放，直至完成整個溜井的測量。
[0061]12)在設備上拉過程中，再進行一次測量，保證溜井存在兩條有效數據。
[0062]13)測量完成后，利用輔助鉤子將設備拉至溜井旁，回收設備。
[0063]測量結果:實測溜井剖面面積最大處面積為80.71平方米，最大處位置位于標高2795米。實測溜井剖面面積最小處面積為25.34平方米，最小處位置位于標高2870米。溜井平均剖面面積為56.50平方米。根據溜井三維模型及剖面面積表分析，溜井井筒面積在2825米處開始呈現刷大，如圖4所示。
[0064]總結:所測量的三維數據能夠為準確掌握主溜井井壁垮塌區現狀，制定對主溜井垮塌段進行加固修復提供了重要依據。
【權利要求】
1.一種輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，其特征在于:包括一固定器，為十字架形結構，在其中的豎向架臂上開設有長豁口，豎向架臂內部固定C-ALS掃描探頭，所述掃描探頭的發射/接收棱鏡朝向所述豁口外，C-ALS線纜沿豎向架臂中穿出。
2.根據權利要求1所述的輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，其特征在于:在十字架形結構的橫向架臂兩端分別焊接一鋼環，兩根輔繩分別穿過兩個鋼環，輔繩下端各拴一配重。
3.根據權利要求1所述的輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，其特征在于:C-ALS掃描探頭放置在所述豎向架臂中，在豎向架臂豁口的兩側隔段穿接有卡子，將所述豎向架臂拉緊，從而C-ALS掃描探頭固定。
4.根據權利要求2所述的輔助C-ALS鉆孔式激光掃描儀在溜井中測量的穩定裝置，其特征在于:以線纜穿出所述豎向架臂時根部位置的點為測量儀坐標原點，以順著所述豁口方向看，位于豁口右側的所述橫向架臂上的一點作為方位點，求取方位點相對于原點的方位角，作為測量儀坐標系的方位。
【文檔編號】E21B47/002GK203716955SQ201420054787
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】王勝利 申請人:北京詠歸科技有限公司