盾構自動導向測量目標靶及測量系統技術方案

一種盾構自動導向測量目標靶及系統，所述目標靶是于盾構機內部設有一個能夠沿一條固定直線坐標移動的目標棱鏡，該直線坐標與盾構機軸線的空間關系為已知，該目標棱鏡能夠于該直線上任何位置停留。所述系統包括該目標靶及設于盾構機后方的具有自動識別功能的全站儀。本實用新型專利技術是使目標棱鏡在沿直線軌道運動，并先后停留在不同的位置，由全站儀觀測各不同位置上棱鏡，得到多個不同停留點的空間位置信息，同時借助雙軸傾斜儀INCL將滾動角和俯仰角測出，并回傳至系統。本實用新型專利技術的能夠適用于各類條件的隧道盾構施工，且能較大限度的減少甚至消除全站儀測角誤差對測量結果精度的影響，具有自我校驗和修正能力。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種盾構掘進實時導向測量系統，以及該系統所使用的測量目標靶。
技術介紹
盾構掘進技術是地下暗挖隧道的ー種工程技術，而確定盾構機在掘進施工中的狀態是工程技術的關鍵。盾構導向測量系統利用先進的測量、傳感和計算機技術，實時檢測盾構機所在的位置、狀態和趨勢信息，并隨時與設計隧道軸線進行比較，以直觀的方式向盾構機操作人員提供信息，以便及時進行糾偏處理。目前，公知的盾構導向測量系統所采用的目標靶包括可控開關的雙棱鏡、三棱鏡系統(其下簡稱多棱鏡系統)，也有采用固定單棱鏡加指示激光測向模式。不同的目標測量靶所能提供的測量結果的種類不盡相同，其對應的處理方法也不同，最終，系統要對結果進行空間位置變換計算，從而得出盾構掘進設備的實際 狀態。通過對不同測量結果的處理，系統要計算出兩種必要參數，其一是盾構機的軸線方位角，其ニ是盾構位置距離信息。現有采用單棱鏡加指示激光模式的導向系統需要兼具可發射指示激光的全站儀，而激光處理模塊也往往過于復雜，現場人員無法對其結果進行有效的控制，后期的保養維護困難，無端地増加系統成本和出錯的概率。多棱鏡法是將兩個以上的目標棱鏡安置在盾構機內，各棱鏡與機器的空間關系已知，當全站儀完成所有目標棱鏡的測量后，即可計算得出盾構機的三維位置。一般來說，多棱鏡間的間距越大，系統的精度越高，反之越低。如采用此方法，全站儀要不斷地在該多個目標棱鏡間切換角度以完成測量，由此會加速全站儀軸系的磨損，影響儀器壽命，由于要對每個目標棱鏡進進行測量，整體所需時間較長；采用多棱鏡法往往受限于エ況現場安裝位置的狹小，很難實現標準化的安裝；當盾構機在小半徑的轉彎施工時，全站儀往往無法觀測到全部的目標棱鏡，從而無法完成測量。專利技術人為了解決現有導向測量系統的問題，而研究了一種自動導向測量目標靶及測量系統。
技術實現思路
本技術的目的之ー是提供ー種盾構自動導向測量目標靶，該測量目標靶不僅構造簡単，且組裝結構緊湊，安裝方便。本技術目的之ニ是提供一種盾構自動導向測量目標靶，只使用ー個棱鏡，且無需配備帶指示激光的全站儀，使盾構導向系統造價和維護成本較低。本技術目的之三是提供ー種盾構自動導向測量目標靶，可以適用于各種不同的エ況環境，尤其是隧道半徑狹小的エ況環境，可使全站儀能夠于同一測站連續觀測多次，更無需頻繁移動全站儀的位置或反復做切換方向的機械轉動，延長全站儀使用壽命。本技術更提供一種盾構自動導向測量系統，其包含了上述測量目標靶，使該自動導向測量系統相對于現有于盾構機內縱向設置的兩個目標棱鏡的測量系統，具有更精密的測角功能、可消除測角誤差對測量結果精度的影響，且具有自我校驗能力。本技術為了實現上述目的，該目標靶包括于盾構機內部設有ー個能夠沿ー個直線坐標移動的目標棱鏡，該直線坐標與盾構機的軸線空間關系為已知，該目標棱鏡能夠于該直線坐標上的任何位置停留。沿直線坐標移動的含義包括該目標棱鏡可受驅動而到達直線坐標上指定位置停留，或者經驅動到達非指定位置，但該棱鏡相對于直線坐標的位置可測得或計算得到的兩種驅動方式，或者兩種方式的綜合。該目標棱鏡受ー個驅動模塊驅動，該驅動模塊包括由絲杠、滑塊、導軌、步進電機組成，該絲杠上設有滑塊，滑塊至少一端滑設于一直線導軌，該目標棱鏡設于該滑塊上，該絲杠與一個步進電機連接，由步進電機驅動絲杠旋轉，使滑塊于直線導軌上滑移。于該直線導軌的兩端更分別設有限位開關(SI)和(S2)，限位開關與步進電機的 控制電路連接，當滑塊于直線導軌滑動而觸碰到兩端的限位開關(SI)或(S2)時，使步進電機驅動停止。所述目標靶的直線導軌的安裝方向為可調，較佳是將所述目標靶的直線導軌以縱向方向設置于盾構機內部，且直線導軌的安裝方向與盾構機的軸線相平行。另包含ー個靶箱，所述直線導軌、絲杠、滑塊、棱鏡、步進電機、限位開關密封于該靶箱內，該靶箱后端有玻璃窗ロ。另ー種設計包含ー個唇形殼體，所述直線導軌、絲杠、滑塊、限位開關設置于該唇形殼體內，該棱鏡裸露于該唇形殼體外。一種自動測量系統，包括前述自動測量目標靶，以及設于盾構機后方的具有自動識別功能的全站儀。所述系統還包括一個雙軸傾斜儀，該雙軸傾斜儀設于盾構機內，并與該目標靶組裝于在一起，或単獨設置于安裝基座上。所述測量系統還包括ー個系統處理器，該系統處理器與一微控制模塊及全站儀連接，該微控制模塊分別與該目標靶的驅動模塊、ー個位置測量模塊、該雙軸傾斜儀相連，該目標靶與該位置測量模塊相連接；該系統處理器發指令給該微控制模塊，使該微控制模塊控制該驅動模塊工作，以驅動該目標棱鏡沿該直線坐標移動，井能夠于直線坐標的任何位置停止；當該目標棱鏡相對該直線坐標停止吋，該微控制模塊控制該位置測量模塊測出該目標棱鏡相對于該直線坐標的位置，并將測量結果通過微控制模塊回傳給系統處理器；同時該系統處理器控制全站儀對該相對直線坐標停止的目標棱鏡進行觀測并將觀測結果傳至系統處理器，以及該微控制模塊控制該雙軸傾斜儀測出盾構機軸線的滾動角和俯仰角并將結果回傳至該系統處理器，從而得到ー組測量結果；系統處理器借助至少兩組測量結果計算出盾構機的狀態信息。具體說明如下當系統處理器發指令給微控制模塊，微控制模塊使該驅動模塊驅動目標棱鏡到達直線坐標的第一位置停止，該第一位置在直線坐標上的對應坐標信息由位置測量模塊測出并反饋給系統處理器，此時系統處理器控制全站儀(TCA)對已處于第一位置的目標棱鏡進行測觀測，得到第一位置棱鏡的空間位置信息并回傳給系統處理器，雙軸傾斜儀(INCL)將此時滾動角和俯仰角測出，并經控制模塊(MCU)回傳系統處理器；該系統處理器再次發指令給該微控制模塊使目標棱鏡在沿直線坐標移動到第二位置，再次由位置測量模塊測出直線坐標第二位置的坐標信息，此時系統處理器控制全站儀(TCA)對已處于第二位置的目標棱鏡進行測觀測，得到第二位置棱鏡的空間位置信息并回傳給系統處理器，雙軸傾斜儀(INCL)再次將此時滾動角和俯仰角測出，并經控制模塊(MCU)回傳系統處理器；系統處理器獲得至少兩個位置的測量結果后，根據空間坐標變換計算和更新盾構機的狀態信息。該系統處理器可為ー個可編程邏輯處理器PLC或控制電腦IPC。上述過被反復地重復，系統可以得到一系列的位置信息，這些位置信息經數學處理，可以得到精確的盾構機空間狀態。隨著盾構的 掘進，定位信息也會不斷地刷新，從而完成對盾構機的實時監控。本技術的自動測量目標靶具有結構簡單，制造和維護成本低，使具有該目標靶的自動導向測量系統相對于現有于盾構機內縱向設置的兩個目標棱鏡的測量系統，具有更精密的測角功能、可消除測角誤差對測量結果精度的影響，且具有自我校驗能力。附圖說明圖I為本技術自動導向測量目標祀示意圖。圖2為圖I的0-0剖視圖。圖3A-圖3C為本本技術自動導向測量目標靶整體組裝結構示意圖。圖4A-4C為本技術自動導向測量目標靶于盾構機內安裝方位示意圖。圖5為本技術自動導向測量系統的工作原理圖。圖6為本技術自動導向測量系統的分布圖。圖7為本技術自動導向測量目標靶較佳安裝方式的計算原理圖。具體實施方式以下結合實施例和附圖對本技術進行ー步說明。本技術自動測量目標靶I包括一個能夠沿直線坐標移動的目標棱鏡11，該直線坐標與盾構機軸線90本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種盾構自動導向測量目標靶，應用于盾構機，其特征在于，該目標靶包括一個能夠沿一直線坐標移動的目標棱鏡，該直線坐標與盾構機軸線的空間關系為已知，該目標棱鏡能夠于該直線坐標上的任何位置停留。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：江玉生，褚立孔，楊志勇，趙晨光，江華，
申請(專利權)人：北京申江工程技術咨詢有限公司，中國礦業大學北京，
類型：實用新型
國別省市：