5剖析激光導向系統(tǒng)的工作原理(編輯修改稿)
2025-09-06 08:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 況下，以盾構機刀頭中心前端切點為原點，以盾構機中心縱軸為 x軸，由盾尾指向刀頭為正向；以豎直向上的方向線為z 軸， y軸沿水平方向與 x、 z 軸構成左手系。盾構機坐標系是連同盾構機一起運動的獨立直角坐標系。盾構機尾部中心參考點、盾構機棱鏡等相對盾構機的位置都以此系坐標表示，這些坐標由盾構機制造商測定并給出。 （ 3）棱鏡中心坐標系（ px’y’z’ ）。原點為安裝在盾構機尾 部的棱鏡的中心，與盾構機坐標系平行。 除此之外，為了解算還引入了其他一些空間輔助坐標系，從略。 描述盾構機姿態(tài)的參數(shù)有：刀頭坐標（ xf39。39。39。39。， yf， zf）：水平角 a；傾角 α ；旋轉角 κ 。如圖 4所示。 由盾構機姿態(tài)及設計隧道中線，可推算如下數(shù)據(jù)：刀頭里程：刀頭、盾尾三維偏差；平面偏角（ yaw）：盾構機中心軸線和設計隧道中線在水平投影面的夾角；傾角（ pitch）：盾構機中心軸線和設計隧道中線在縱向（線路前進方向）豎直投影面的夾角；旋角（ roll）：盾構機繞自身中心軸線相對于水平位置旋轉的角度。 激光導向系統(tǒng)的英文本義是 “ 盾構指導系統(tǒng) ” ，在盾構施工 第 6 頁 共 11 頁 中有指導隧道掘進、指導環(huán)片安裝、數(shù)據(jù)采集等多種功能；其中指導掘進是核心功能。本文僅研究激光導向系統(tǒng)指導掘進的原理。 在掘進過程中，激光導向系統(tǒng)按如下流程工作。由系統(tǒng)控制激光全站儀實時測定盾構機棱鏡的三維地面坐標；同時發(fā)射激光自動照準激光標靶，并自動記錄激光水平方位角；標靶內(nèi)部光柵捕獲激光的入射角，間接得到盾構機縱軸水平方位角；利用安裝在標靶中 相互垂直兩立面內(nèi)的兩把測角儀測得盾構機傾角和旋轉角。利用以上參數(shù)及刀頭、盾尾、棱鏡中心三者的幾何關系，通過空間坐標變換解算刀頭、盾尾中心坐標，結合設計隧道中線參數(shù)計算盾構機與隧道中線的相對偏差。依據(jù)各偏差值擬合改正曲線，由 plc根據(jù)修正曲線控制機械裝置，調(diào)整各油缸桿在不同時刻的伸長量。如此反復，指導盾構機掘進。 該導向過程包括如下 6個步驟。 棱鏡 p 點坐標和旋轉參數(shù)的獲取： p 點坐標（ xp， yp， zp）：由系統(tǒng)控制架設在隧洞頂部吊籃上的激光全站儀自動測量。盾構機水平方位 角：設自激光全站儀發(fā)射到激光標靶的激光束的水平方位角為 a0，光柵根據(jù)折射率捕獲的激光入射角為 θ 。則系統(tǒng)獲取盾構機方位角為 a=a0θ（見圖 5）。豎向傾角 α 和旋角 κ ：依靠 els中的兩只相互垂直的測角儀測得。本文規(guī)定 a 順時針旋為正， α 、 κ 逆時針旋為正。 第 7 頁 共 11 頁 刀頭、盾尾中心的地面坐標系三維坐標解算：
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