專利名稱：一種扇形激光束發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量定位領(lǐng)域一種激光發(fā)射裝置，特別涉及礦山激光定位領(lǐng)域的一種扇形激光束發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
測量定位技術(shù)與人類的實(shí)踐活動密不可分，同時也隨著社會的進(jìn)步而不斷發(fā)展和變革。目前具備在三維空間中進(jìn)行一維度的精確識別定位的技術(shù)有全站儀、衛(wèi)星遙感技術(shù)和激光標(biāo)靶方法。全站儀和衛(wèi)星遙感技術(shù)雖然理論上可以完成三維空間中任一維度的識別定位，但由于儀器調(diào)節(jié)難度大、成本較高等，加之儀器易受惡劣環(huán)境的影響，很難在煤礦井下實(shí)施。激光標(biāo)靶方法為，激光標(biāo)靶通過感應(yīng)激光束確定激光光斑移動的距離，進(jìn)而得到激光標(biāo)靶所在機(jī)器(如掘進(jìn)機(jī))的偏移距離，用于控制機(jī)器按照設(shè)計(jì)方向進(jìn)行工作，激光束須在機(jī)器上形成線形光斑并與激光標(biāo)靶方向相交。該方法易于操作、成本低且適用于惡劣環(huán)境，但仍缺少完整的能用于煤礦井下的激光發(fā)射裝置。公開號為CN2798138的多光束線激光發(fā)生裝置專利，雖然能發(fā)射線激光束，但其不能發(fā)射特定角度的扇形激光束，也沒有相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，而且不能應(yīng)用于煤礦井下。鑒于以上所述情況，本發(fā)明人經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種扇形激光束發(fā)射裝置，在發(fā)射扇形激光束的基礎(chǔ)上，裝置可對激光束進(jìn)行多方位調(diào)節(jié)，并能應(yīng)用與煤礦井下，與激光標(biāo)靶配合實(shí)現(xiàn)在三維空間中進(jìn)行一維度的精確識別定位，提高礦山自動化，減輕工人勞動強(qiáng)度。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種扇形激光束發(fā)射裝置，包括激光半導(dǎo)體組件、防護(hù)機(jī)構(gòu)和位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊、半導(dǎo)體發(fā)射源和光學(xué)鏡片模組，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座、調(diào)節(jié)定位桿、球面鉸接體、水平橫梁和錨桿連接件，激光半導(dǎo)體組件安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)內(nèi)，用于發(fā)射設(shè)計(jì)角度的扇形激光束，優(yōu)選的，所述激光半導(dǎo)體組件的供電模塊、半導(dǎo)體發(fā)射源和光學(xué)鏡片模組整體封裝固定在防護(hù)機(jī)構(gòu)中，這樣有利于激光半導(dǎo)體組件的穩(wěn)定工作和扇形激光束發(fā)射方向的調(diào)節(jié)；防護(hù)機(jī)構(gòu)安裝在位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，用于防護(hù)激光半導(dǎo)體組件，并用于連接激光半導(dǎo)體組件作為一整體受位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，優(yōu)選的，防護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為空心封閉圓柱狀，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底座與防護(hù)機(jī)構(gòu)配合段設(shè)計(jì)為圓筒狀，通過球面鉸接體進(jìn)行配合；位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在巷道頂板原有的錨桿上，用于通過調(diào)節(jié)防護(hù)機(jī)構(gòu)的位姿繼而調(diào)節(jié)激光束的發(fā)射方向和扇面偏轉(zhuǎn)角度，所述錨桿為當(dāng)代煤礦當(dāng)中巷道支護(hù)的最基本的組成部分，其將巷道的圍巖束縛在一起，使圍巖自身支護(hù)自身，現(xiàn)在錨桿不僅用于礦山，也用于工程技術(shù)中，對邊坡、隧道、壩體進(jìn)行主動加固。通過上述激光半導(dǎo)體組件、防護(hù)機(jī)構(gòu)、位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三部分的配合工作，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明發(fā)射扇形激光束并可調(diào)節(jié)其發(fā)射方向和扇面偏轉(zhuǎn)角度的功能。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊、半導(dǎo)體發(fā)射源和光學(xué)鏡片模組，整體封裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)內(nèi)，光學(xué)鏡片模組選用狹縫形式，用于產(chǎn)生扇形激光束，半導(dǎo)體發(fā)射源由供電模塊供電，激發(fā)的激光通過光學(xué)鏡片模組的狹縫形成具有一定厚度的扇形激光束，扇形激光束發(fā)射到前方物體上形成一條具有一定寬度的激光線，激光線的長度由扇形激光束的發(fā)射角和物體距發(fā)射源的長度決定；激光線的寬度由透鏡性質(zhì)、狹縫寬度和傳播介質(zhì)決定；激光線的激光強(qiáng)度由激光半導(dǎo)體供電功率和自身屬性決定。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的防護(hù)機(jī)構(gòu)制作為圓柱狀隔爆形式，前端使用防爆玻璃。優(yōu)選的，防護(hù)機(jī)構(gòu)根據(jù)礦用隔爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制作，內(nèi)部封裝固定激光半導(dǎo)體組件，前端使用防爆玻璃用于透射出激光束。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用雙錨桿安裝形式，即使用兩個錨桿連接件，這種方式既可保證裝置的穩(wěn)固，也可為裝置提供更大的沿水平橫梁方向的移動范圍。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用四個互成90度的調(diào)節(jié)定位桿與球面鉸接體配合的形式，實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件隨防護(hù)機(jī)構(gòu)在以球面鉸接體為中心平行于相對的兩個調(diào)節(jié)定位桿的兩個平面上的旋轉(zhuǎn)擺動。優(yōu)選的，球面鉸接體為分別設(shè)置固定在防護(hù)機(jī)構(gòu)和底座套筒上的球體套和球體面；底座調(diào)節(jié)定位桿采用螺紋配合穿過底座套筒壁，端部可與擺動到任意位置處的防護(hù)機(jī)構(gòu)接觸，互成180度的兩個調(diào)節(jié)定位桿軸線重合，通過相對的兩個調(diào)節(jié)定位桿的伸縮配合，實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件隨防護(hù)機(jī)構(gòu)在以球面鉸接體為中心平行于兩個調(diào)節(jié)定位桿的平面上的旋轉(zhuǎn)擺動。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的底座與水平橫梁采用滑動配合外加緊固裝置的方式，滑動用于實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件在水平橫梁方向的偏移，然后通過緊固裝置固定；所述位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的錨桿連接件與錨桿的采用滑動配合外加緊固裝置的方式，用于實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件在錨桿長度方向上的移動和固定；所述位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的兩個錨桿連接件通過沿錨桿的上下滑動，實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件以自身軸線為中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。優(yōu)選的，水平橫梁采用圓柱桿，底座滑動部分采用不完全封閉的套筒，圓柱桿與套筒為間隙配合，在套筒開口處安裝螺栓作為緊固裝置。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的扇形激光束的設(shè)計(jì)角度由半導(dǎo)體發(fā)射源與光學(xué)鏡片模組的距離和狹縫長度兩個參數(shù)的選取來實(shí)現(xiàn)，即扇形激光束的角度可根據(jù)需要設(shè)計(jì)制作。半導(dǎo)體發(fā)射源與光學(xué)鏡片模組狹縫兩端構(gòu)成一個等腰三角形，半導(dǎo)體發(fā)射源為等腰三角形的頂點(diǎn)，扇形激光束的發(fā)射角度為頂角，半導(dǎo)體發(fā)射源與光學(xué)鏡片模組的距離為等腰三角形的高，狹縫長度為等腰三角形的底邊長度，根據(jù)數(shù)學(xué)平面幾何原理，等腰三角形的底邊和高可確定頂角，由此，扇形激光束的設(shè)計(jì)角度可由半導(dǎo)體發(fā)射源與光學(xué)鏡片模組的距離和狹縫長度兩個參數(shù)的選取來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的防護(hù)機(jī)構(gòu)外表面均勻間隔刻有環(huán)形槽，用于散熱。環(huán)形槽擴(kuò)展了防護(hù)機(jī)構(gòu)的散熱面積，環(huán)形槽越多散熱能力越強(qiáng)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其中所述的防護(hù)機(jī)構(gòu)下部安裝有定位機(jī)構(gòu)，用于借助巷道點(diǎn)激光束作為基準(zhǔn)，對裝置自身進(jìn)行定位。優(yōu)選的，定位機(jī)構(gòu)為兩個安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)下方與防護(hù)機(jī)構(gòu)軸線方向平行的直線上的狹縫機(jī)構(gòu)，后方點(diǎn)激光束同時穿過兩個狹縫，即認(rèn)為激光束發(fā)射裝置調(diào)節(jié)到了正確位置狀態(tài)。


如圖1所示為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)組成示意圖；如圖2所示為本發(fā)明激光半導(dǎo)體組件結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示為本發(fā)明防護(hù)機(jī)構(gòu)與底座裝配示意圖；圖中1.錨桿連接件2.錨桿3.水平橫梁4.防護(hù)機(jī)構(gòu)5.緊固螺栓6.底座7.定位機(jī)構(gòu)8.調(diào)節(jié)定位桿9.緊固裝置10.防爆玻璃11.光學(xué)鏡片模組12.半導(dǎo)體發(fā)射源13.供電模塊14.球面鉸接體15.散熱槽
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細(xì)說明如后，并在以下配合參考圖式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。如圖1所示為本發(fā)明一種扇形激光束發(fā)射裝置整體結(jié)構(gòu)組成示意圖，包括激光半導(dǎo)體組件、防護(hù)機(jī)構(gòu)4、位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)7，其中激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊13、半導(dǎo)體發(fā)射源12和光學(xué)鏡片模組11，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座6、調(diào)節(jié)定位桿8、球面鉸接體14、水平橫梁3和錨桿連接件1，激光半導(dǎo)體組件的供電模塊13、半導(dǎo)體發(fā)射源12和光學(xué)透鏡片組11整體封裝固定在防護(hù)機(jī)構(gòu)4中，防護(hù)機(jī)構(gòu)4安裝在底座6套筒段內(nèi)，底座6后端安裝四個互成90度的調(diào)節(jié)定位桿8，底座6上部滑塊段與水平橫梁3連接，緊固螺栓5安裝在底座6的滑塊段上，錨桿連接件1連接水平橫梁3端部和錨桿2，并在水平橫梁3兩端各連接一根錨桿2，相隔100毫米的兩個定位機(jī)構(gòu)7安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)4下方，定位機(jī)構(gòu)7的狹縫所在的平面與扇形激光面重合。如圖2所示為激光半導(dǎo)體組件結(jié)構(gòu)示意圖，包括供電模塊13、半導(dǎo)體發(fā)射源12和光學(xué)透鏡片組11三部分，供電模塊13安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)4后端，半導(dǎo)體發(fā)射源12安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)4中部并由供電模塊13供電，光學(xué)透鏡片模組11在前端，光學(xué)鏡片模組11為狹縫形式，扇形激光束在80米處形成的線形光斑寬度不大于25毫米。 如圖3所示為防護(hù)機(jī)構(gòu)與底座裝配示意圖，防護(hù)機(jī)構(gòu)4設(shè)計(jì)為空心圓柱狀，后端留有一孔用于引出電源線，前端由防爆玻璃10封閉，外表面均勻間隔刻有環(huán)形散熱槽15，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底座6與防護(hù)機(jī)構(gòu)4配合段設(shè)計(jì)為圓筒狀，通過球面鉸接體14進(jìn)行配合，球面鉸接體14為分別設(shè)置固定在防護(hù)機(jī)構(gòu)4和底座6套筒上的球體套和球體面；四個互成90度的調(diào)節(jié)定位桿8以螺紋配合形式穿過底座6套筒壁，端部與防護(hù)機(jī)構(gòu)4接觸，相對的兩個調(diào)節(jié)定位桿8的伸縮配合使防護(hù)機(jī)構(gòu)4以球面鉸接體14為中心旋轉(zhuǎn)擺動。
權(quán)利要求
1.一種扇形激光束發(fā)射裝置，包括激光半導(dǎo)體組件、防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)和位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊(13)、半導(dǎo)體發(fā)射源(1 和光學(xué)鏡片模組(11)，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座(6)、調(diào)節(jié)定位桿(8)、球面鉸接體(14)、水平橫梁C3)和錨桿連接件(1)，激光半導(dǎo)體組件安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)內(nèi)，用于發(fā)射設(shè)計(jì)角度的扇形激光束；防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)安裝在位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，用于防護(hù)激光半導(dǎo)體組件，并用于連接激光半導(dǎo)體組件作為一整體受位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)；位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在巷道中的錨桿(2)上，用于通過調(diào)節(jié)防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)的位姿繼而調(diào)節(jié)激光束的發(fā)射方向和扇面偏轉(zhuǎn)角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊(13)、半導(dǎo)體發(fā)射源(1 和光學(xué)鏡片模組(11)，整體封裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)內(nèi)，光學(xué)鏡片模組(11)選用狹縫形式，用于產(chǎn)生扇形激光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)制作為圓筒狀隔爆形式，前端使用防爆玻璃(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用雙錨桿安裝形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用四個互成90度的調(diào)節(jié)定位桿(8)與球面鉸接體(14)配合的形式實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件的旋轉(zhuǎn)擺動旋轉(zhuǎn)擺動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的底座(6)與水平橫梁(3)采用滑動配合外加緊固螺栓(5)的方式連接，用于實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件水平橫梁C3)方向的移動，移動到合適位置后，通過緊固螺栓(5)固定；所述位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的錨桿連接件⑴與錨桿⑵采用滑動配合外加緊固裝置(9)的連接方式，用于實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件在錨桿( 長度方向上的移動和固定；所述位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的兩個錨桿連接件(1)通過沿錨桿O)的上下滑動，實(shí)現(xiàn)激光半導(dǎo)體組件以自身軸線為中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的，其特征在于其中所述一種扇形激光束發(fā)射裝，其特征在于其中所述的扇形激光束的設(shè)計(jì)角度由半導(dǎo)體發(fā)射源(1 與光學(xué)鏡片模組(11)的距離和狹縫長度這兩個參數(shù)決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于其中所述的防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)外表面均勻間隔刻有用于散熱的環(huán)形散熱槽(15)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種扇形激光束發(fā)射裝置，其特征在于防護(hù)機(jī)構(gòu)(4)下部安裝有定位機(jī)構(gòu)(7)，當(dāng)在煤巷中使用時，該定位機(jī)構(gòu)(7)能夠以巷道點(diǎn)激光束作為基準(zhǔn)，對裝置自身進(jìn)行定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扇形激光束發(fā)射裝置，包括激光半導(dǎo)體組件、防護(hù)機(jī)構(gòu)和位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中激光半導(dǎo)體組件包括供電模塊、半導(dǎo)體發(fā)射源和光學(xué)鏡片模組，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座、調(diào)節(jié)定位桿、球面鉸接體、水平橫梁和錨桿連接件，安裝在防護(hù)機(jī)構(gòu)內(nèi)的激光半導(dǎo)體組件發(fā)射扇形激光束，位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可使扇形激光束進(jìn)行俯仰、偏擺、轉(zhuǎn)動和上下、左右的移動，整套裝置可應(yīng)用于煤礦井下。
文檔編號G01C15/00GK102570287SQ20101060858
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者吳淼, 張偉杰, 朱信平, 李睿, 杜毅博, 楊澤生, 王蘇彧, 穆晶, 薛光輝, 郝明銳, 高娟, 高峰 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)