专利名称：一种掘进机偏向角检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及掘进机偏向角检测技术领域，特别涉及一种掘进机偏向角检测装置及检测方法。
背景技术：
巷道掘进机是一种能够实现截割、装载运输、转载煤岩并可调动行走，喷雾除尘的联合机组，悬臂式巷道掘进机目前在国内外的煤岩掘进机中得到广泛应用。
然而掘进司机在遵循煤巷一定截割工艺流程的基础上，主要通过手柄对掘进机进行手动操作，随即性较大。虽然在截割中有矿用防爆型激光指向仪对掘进方向起指导作用， 有利于施工质量的提高。但由于工作环境恶劣(瓦斯浓度高、粉尘大、黑暗等)，安全性低； 工作条件制约掘进机座椅较低且离截割头较远，造成截割过程中司机视野有限看不清前方具体截割情况，掘进机出现运行位姿误差时不能及时有效调整，容易出现超挖、欠挖现象， 为此在实际工作中还配备有相应人员对前方截割情况进行反�。Ч患眩厦娼馗畈还嬲�。而且，巷道空间狭窄，光线昏暗，底板浮煤堆积，地面松软起伏，机身周围又存在大量其它基点设备。在这种工况中，手动调整机身位姿也绝非易事。在缺乏自动调整手段的情况下，手动调整不仅过程繁琐，且无法保证调后的位姿精度，最终将导致巷道断面截割误差进一步加大。
中国专利公开号为CN1016^807A的发明专利，公开了一种掘进机机身位姿参数测量系统，包括线激光发射器和两台激光标靶，线激光发射器发出扇形激光束，以在掘进机机身上形成线形光斑，其根据煤巷内已有的激光指向仪的指示方向，达到使激光指向仪发射的激光束穿过激光发射器上的小孔，从而确定其自身位置。激光标靶由一排并列的光敏元件组成，两台激光标靶安装在掘进机机身上，他们相互平行且都垂直于机身中线，在任意时刻，两台激光标靶上分别由一个位置的光敏元件感应激光束并产生电流信号。控制器获知是哪几个光敏元件感应到了激光束，可以确定激光束在激光标靶上的位置，而激光标靶在掘进机上的安装位置已知，从而得到掘进机的偏向角。
但是，上述掘进机机身位姿参数测量系统，在掘进机的偏向角过大时，即超过激光标靶的范围，使得激光无法照射于激光标靶上时，则无法实现掘进机的定位，即其不能满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求。而且，安装在掘进机上的激光检测装置容易受设备震动影响，偏向角信号采集容易产生偏差。
因此，如何满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求，并提高偏向角信号采集的准确性，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种掘进机偏向角检测装置及检测方法，满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求，并提高偏向角信号采集的准确性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案
一种掘进机偏向角检测装置，包括激光发射器和激光接收装置和控制装置，还包括推动所述激光接收装置移动的移送装置，所述移送装置设置于井下顶端的岩壁上；
所述激光发射器设置于掘进机机身上，用于发出激光束；
所述激光接收装置用于在所述移送装置的推动下，检测所述激光发射器发出的激光束；
所述控制装置用于根据所述激光发射器和所述激光接收装置之间的实际距离，以及移送装置推动所述激光接收装置的移动距离计算出掘进机的偏向角。
优选地，在上述掘进机偏向角检测装置中，开始检测时，所述控制装置令所述激光接收装置停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，所述激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向；
移送装置推动所述激光接收装置的移动距离为所述激光接收装置的初始位置与检测到所述激光发射器发出的激光束时所处的位置之间的距离。
优选地，在上述掘进机偏向角检测装置中，所述激光发射器发出的激光束为垂直于地面的扇形光束。
优选地，在上述掘进机偏向角检测装置中，所述激光发射器通过摆动装置设置于所述掘进机机身上，以使其发出扇形光束。
优选地，在上述掘进机偏向角检测装置中，所述移送装置具体包括
设置于井下顶端的岩壁上的步进电机；
与所述步进电机的电机轴相连的丝杠，所述丝杠水平布置，所述激光接收装置通过丝母与所述丝杠螺纹配合。
优选地，在上述掘进机偏向角检测装置中，包括平行布置于所述丝杠两侧的滑动轨道，所述激光接收装置与所述滑动轨道滑动配合。
一种掘进机偏向角检测方法，包括步骤
1)控制装置令所述激光接收装置停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，所述激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向；
2)移送装置推动所述激光接收装置沿井下顶端岩壁的水平方向移动，检测掘进机上的激光发射器发出的光束，当检测到光束的时候后，根据激光发射器和激光接收装置之间的实际距离，以及移送装置推动激光接收装置的移动距离计算出掘进机的偏向角。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的掘进机偏向角检测装置，在掘进机的机身上放置激光发射器，在矿井巷道顶端的岩壁上放置激光检测装置，根据激光检测装置采集到的掘进机上激光发射器发出的激光，来确定掘进机的偏向角。激光检测装置可在移送装置的推动下移动，以对激光发射器发出的激光束进行检测，直至感应到激光束为止。本发明由于采用可移动的激光检测装置，因此提高了激光检测装置的量程，因此可满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求。本实用新型通过将激光检测装置设置在矿井巷道顶端的岩壁上，将激光发射器设置于掘进机的机身上，极大避免了掘进机工作时的剧烈震动对激光检测装置精度的影响。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的掘进机偏向角检测装置的结构示意图2为本发明实施例提供的掘进机偏向角检测装置的检测原理图。
具体实施方式
本发明公开了一种掘进机偏向角检测装置及检测方法，以满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求，并提高偏向角信号采集的准确性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的掘进机偏向角检测装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的掘进机偏向角检测装置的检测原理图。
本发明实施例提供的掘进机偏向角检测装置，包括激光发射器4和激光接收装置 3和控制装置(图中未示出)，本发明的重点在于，还包括推动激光接收装置3移动的移送装置，移送装置设置于井下顶端的岩壁上，移送装置用于在井下顶端的岩壁上推动激光接收装置3移动，以寻找激光发射器4发出的激光束。
激光发射器4设置于掘进机机身上，用于发出激光束。巷道内已有的激光指向仪用于指示掘进机正确的掘进方向，在掘进机的偏向角为0时，激光发射器4的激光束和激光指向仪的激光束的方向相平行，优选的可将掘进机的偏向角为0时的激光发射器4的激光束和激光指向仪的激光束位于同一平面内，以便于对偏向角的检测。
激光接收装置3用于在移送装置的推动下，检测激光发射器4发出的激光束。可以设定一预设位置为激光接收装置3的初始位置，并提前测量出该初始位置与激光指向仪的激光束(即偏向角为0时，激光发射器4的激光束)之间的距离，或者为了方便检测，可直接将初始位置设定为激光指向仪的激光束所在的位置上，即将激光接收装置3能够接收到激光指向仪的激光束位置固定为初始位置。
如图2所示，控制装置用于根据激光发射器4和激光接收装置3之间的实际距离 b，以及移送装置推动激光接收装置3的移动距离a计算出掘进机的偏向角α，偏向角α = arctana/bo
本发明提供的掘进机偏向角检测装置，在掘进机的机身上放置激光发射器4，在矿井巷道顶端的岩壁上放置激光检测装置3，根据激光检测装置3采集到的掘进机上激光发射器4发出的激光，来确定掘进机的偏向角。激光检测装置3可在移送装置的推动下移动， 以对激光发射器4发出的激光束进行检测，直至感应到激光束为止。本发明由于采用可移动的激光检测装置3，因此提高了激光检测装置3的量程，因此可满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求。本实用新型通过将激光检测装置3设置在矿井巷道顶端的岩壁上，将激光发射器4设置于掘进机的机身上，极大避免了掘进机工作时的剧烈震动对激光检测装置精度的影响。
为了进一步优化上述技术方案，开始检测时，控制装置令激光接收装置3停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向。移送装置推动激光接收装置3的移动距离为激光接收装置 3的初始位置与检测到激光发射器4发出的激光束时所处的位置之间的距离。即在本实施例中，检测前，首先需要定义初始位置，在本实施例中，控制装置令激光接收装置3停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在位置上。激光指向仪发出的激光光束与激光发射器4的激光束之间的夹角即为偏向角α。而激光发射器4与激光接收装置3的初始位置处的距离b是已知或可测量的，激光接收装置3在移动至能够检测到激光发射器4发出的激光束时，其移动的距离a也可通过移送装置的驱动距离可得出，因此根据α = arctana/ b得出。
为了防止激光发射器4的激光束与激光接收装置3不在同一平面内，而导致检测失效，在本实施例中，激光发射器4发出的激光束为垂直于地面的扇形光束。例如，可将激光发射器4通过摆动装置设置与掘进机机身上，以使其发出扇形光束，通过摆动装置驱动激光发射器4做垂直于地面的摆动动作，继而使得激光发射器4发出扇形光束，以扩大其辐射区域。
在本发明一具体实施例中，移送装置具体包括步进电机1和丝杠2。其中，步进电机1设置于井下顶端的岩壁上，丝杠2与步进电机1的电机轴相连，丝杠2水平布置，激光接收装置3通过丝母与丝杠2螺纹配合。本发明通过驱动步进电机1带动丝杠2转动，在丝杠转动过程中，激光接收装置3沿着丝杠2的轴向移动，根据步进电机1的转向来改变激光接收装置3的移动方向。
为了保证激光接收装置3移动的稳定性，包括平行布置于丝杠2两侧的滑动轨道， 激光接收装置3与滑动轨道滑动配合。
本发明实施例提供的掘进机偏向角检测方法，包括
步骤1)控制装置令激光接收装置3停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向；
步骤2、移送装置推动激光接收装置3沿井下顶端岩壁的水平方向移动，检测掘进机上的激光发射器发出的光束，当检测到光束的时候后，根据激光发射器和激光接收装置之间的实际距离，以及移送装置推动激光接收装置的移动距离计算出掘进机的偏向角。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种掘进机偏向角检测装置，包括激光发射器⑷和激光接收装置⑶和控制装置， 其特征在于，还包括推动所述激光接收装置C3)移动的移送装置，所述移送装置设置于井下顶端的岩壁上；所述激光发射器(4)设置于掘进机机身上，用于发出激光束；所述激光接收装置C3)用于在所述移送装置的推动下，检测所述激光发射器(4)发出的激光束；所述控制装置用于根据所述激光发射器(4)和所述激光接收装置C3)之间的实际距离，以及移送装置推动所述激光接收装置(3)的移动距离计算出掘进机的偏向角。
2.如权利要求1所述的掘进机偏向角检测装置，其特征在于，开始检测时，所述控制装置令所述激光接收装置C3)停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，所述激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向；移送装置推动所述激光接收装置( 的移动距离为所述激光接收装置( 的初始位置与检测到所述激光发射器(4)发出的激光束时所处的位置之间的距离。
3.如权利要求1所述的掘进机偏向角检测装置，其特征在于，所述激光发射器(4)发出的激光束为垂直于地面的扇形光束。
4.如权利要求3所述的掘进机偏向角检测装置，其特征在于，所述激光发射器(4)通过摆动装置设置于所述掘进机机身上，以使其发出扇形光束。
5.如权利要求1-4任一项所述的掘进机偏向角检测装置，其特征在于，所述移送装置具体包括设置于井下顶端的岩壁上的步进电机(1)；与所述步进电机(1)的电机轴相连的丝杠O)，所述丝杠( 水平布置，所述激光接收装置( 通过丝母与所述丝杠( 螺纹配合。
6.如权利要求5所述的掘进机偏向角检测装置，其特征在于，包括平行布置于所述丝杠( 两侧的滑动轨道，所述激光接收装置C3)与所述滑动轨道滑动配合。
7.一种掘进机偏向角检测方法，其特征在于，包括步骤1)控制装置令所述激光接收装置C3)停止在煤矿提供的激光指向仪发出的激光光束所在方向上，并设定此位置为初始位置，所述激光指向仪用于给出掘进机的掘进方向；2)移送装置推动所述激光接收装置C3)沿井下顶端岩壁的水平方向移动，检测掘进机上的激光发射器发出的光束，当检测到光束的时候后，根据激光发射器和激光接收装置之间的实际距离，以及移送装置推动激光接收装置的移动距离计算出掘进机的偏向角。
全文摘要
本发明公开了一种掘进机偏向角检测装置，包括激光发射器、激光接收装置、控制装置和推动激光接收装置移动的移送装置，移送装置设置于井下顶端的岩壁上；激光发射器设置于掘进机机身上；激光接收装置用于检测激光发射器发出的激光束；控制装置根据激光发射器和激光接收装置之间的实际距离，以及激光接收装置的移动距离得出掘进机的偏向角。本发明采用可移动的激光检测装置，提高了激光检测装置的量程，可满足煤矿井下对掘进机实时定位的要求。本发明通过将激光检测装置设置在矿井巷道顶端的岩壁上，将激光发射器设置于掘进机的机身上，极大避免了掘进机工作时的剧烈震动对激光检测装置精度的影响。本发明还公开了一种掘进机偏向角检测方法。
文档编号G01B11/26GK102506770SQ20111036425
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者刘晓明, 李杨, 杨洁 申请人:三一重型装备有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
