一种矿道及断面形变快速监测用三维激光扫描仪

技术领域

本发明涉及矿道监测技术领域，具体为一种矿道及断面形变快速监测用三维激光扫描仪。

背景技术

近年来国内煤矿安全事故不断，井下瓦斯爆炸、矿山冒顶、坍塌事故时有发生，传统的于煤矿井下安全监测所采用的手段一般都是安装位移传感器等监测传感器，虽然可以监测山体的位移、变形，但是不能实时将矿井内真实细微的变形传达出来，不够直观，三维激光雷达技术是继GPS以来在遥感测绘领域的又一场技术革命，激光雷达技术在国际上已有超过十年的发展历史，因其高速、高效、高精度的特点为各行业所青睐，目前国内还没有完全的自主研发的三维激光扫描仪，但是现有的三维激光扫描仪存在很多问题或缺陷；

现有的三维激光扫描仪在使用时，不方便携带，而且不方便移动，导致其使用的空间距离受到人力的约束；现有的三维激光扫描仪的矿区时，工作环境阴暗潮湿，散热除湿效果差，长时间的使用时会导致装置死机，不方便工作的进行；现有的三维激光扫描仪在使用时，不能根据矿区的矿道的大小和高度来调节装置的扫描距离、高度和角度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿道及断面形变快速监测用三维激光扫描仪，通过设置升降支撑机构、角度调节机构和扫描散热机构，以解决上述背景技术中提出的不方便携带和移动，导致使用的空间和距离受到约束、工作环境阴暗潮湿，散热除湿效果差和不能调节扫描距离、高度和角度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿道及断面形变快速监测用三维激光扫描仪，包括升降支撑机构、角度调节机构和扫描散热机构。

所述升降支撑机构包括支撑箱体、液压泵站、油管、液压支撑柱和第一轴承，所述支撑箱体顶板的底部固定安装有液压泵站，所述液压泵站的输出端固定套接有油管，所述油管固定套接在液压支撑柱上，所述液压支撑柱固定安装在支撑箱体内壁的顶部，所述液压支撑柱的顶端固定套接有第一轴承，所述第一轴承的底端面上固定连接有万向轮，所述液压支撑柱上活动套接有第一密封套，所述第一密封套贯穿安装在支撑箱体的底板上，所述支撑箱体的顶端面上固定安装有蓄电池。

所述角度调节机构包括第二轴承、支撑轴、转轴、第三轴承和支撑板，所述第二轴承固定内嵌安装在支撑箱体内壁的底部，所述第二轴承的内圈固定套接有支撑轴，所述支撑轴上固定连接有副柱，所述支撑轴上固定套接有从动锥齿轮，所述支撑轴上活动套接有第二密封套，所述支撑轴的顶端面上固定连接有支撑盘，所述转轴通过第三轴承水平转动连接在支撑板上和支撑箱体的一侧板上，两个所述第三轴承分别贯穿安装在支撑板和支撑箱体的侧板上，所述转轴上固定套接有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合，所述转轴的远离主动锥齿轮的一端固定连接有连接块，所述连接块上固定套接有转把，所述转把上固定套接有防滑套。

所述扫描散热机构包括工作箱、电动机、散热箱、插筒和单片机，所述工作箱固定连接在支撑盘的顶端面上，所述工作箱内壁的顶部固定安装有电动机，所述电动机的输出端固定套接有扇叶，所述工作箱的背板上开设有散热口，所述散热口内固定贯穿有插筒，所述散热箱通过插筒固定安装在工作箱的背板上，所述插筒内固定安装有防虫网，所述工作箱内壁的顶部固定连接有温湿度传感器，所述温湿度传感器电性连接有单片机，所述单片机固定安装在支撑箱体的顶端面上，所述工作箱内壁的底部固定安装有高重频激光器组件，所述高重频激光器组件电性连接有三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪固定安装在工作箱内壁的底部，所述高重频激光器组件上分别固定连接有发射器和接收器，所述发射器的发射口上固定连接有放大器，所述发射器和接收器上均固定套接有第三密封套，所述第三密封套贯穿安装在工作箱的一侧板上。

优选的，所述单片机分别与液压泵站、电动机和温湿度传感器电性连接。

优选的，所述扇叶为铝合金叶片，所述扇叶位于工作箱的散热口内。

优选的，所述支撑箱体和工作箱上均螺纹连接有固定螺丝，所述支撑箱体和工作箱分别通过固定螺丝螺纹连接有第一检修门板和第二检修门板。

优选的，所述万向轮的数量为四个，四个所述万向轮水平对称分布在支撑箱体底面的四个拐角处。

优选的，所述工作箱呈“圆柱形”且分布在“方形”支撑箱体的垂直方向上。

优选的，所述第三轴承为滚珠轴承，所述第三轴承的数量为两个，两个所述第三轴承均位于主动锥齿轮的右侧。

优选的，所述工作箱呈“圆柱形”且分布在“方形”支撑箱体的垂直方向上。

优选的，所述散热箱为不锈钢箱体，所述散热箱的数量为两个，且关于同一条直线对称。

优选的，所述副柱有两根，且水平对称分布在支撑轴的两侧，所述副柱的旋转直径小于单片机和蓄电池之间的直线距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)通过设置升降支撑机构，使得本装置通过支撑箱体、液压泵站、液压支撑柱、第一轴承和万向轮之间的配合，达到了可以方便携带、移动本装置和不会受到人力和空间的约束，可以根据矿道的高度调节本装置的扫描高度的效果，解决了现有的三维激光扫描仪在使用时，不方便携带，而且不方便移动，导致其使用的空间距离受到人力的约束的问题；

(2)通过设置角度调节机构，使得本装置通过从动锥齿轮、转轴、主动锥齿轮、转把之间的配合，达到了可以根据矿区矿道的大小位置调节本装置的扫描角度的效果，解决了现有装置的扫描角度不可调节导致适用面减小的问题；

(3)通过设置扫描散热机构，使得本装置通过电动机、高重频激光器组件、三维激光扫描仪、发射器、放大器和接收器之间的配合，达到了在潮湿阴暗的地区长时间工作时，能够进行散热除湿工作的效果，解决了现有的三维激光扫描仪的矿区时，工作环境阴暗潮湿，散热除湿效果差，长时间的使用时会导致装置死机，不方便工作的进行的问题。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的主视剖视结构示意图；

图3为本发明的后视结构示意图；

图4为本发明的散热箱立体结构示意图；

图5为本发明的图2中A处局部放大结构示意图；

图6为本发明的控制原理结构示意图。

图中：1、支撑箱体；101、第一检修门板；102、固定螺丝；2、液压泵站；3、油管；4、液压支撑柱；5、第一轴承；6、万向轮；7、第一密封套；8、第二轴承；9、支撑轴；10、副柱；11、从动锥齿轮；12、转轴；13、第三轴承；14、支撑板；15、主动锥齿轮；16、连接块；17、转把；18、防滑套；19、第二密封套；20、支撑盘；21、工作箱；2101、第二检修门板；22、电动机；23、扇叶；24、散热箱；2401、防虫网；2402、插筒；25、温湿度传感器；26、单片机；27、高重频激光器组件；28、三维激光扫描仪；29、发射器；30、放大器；31、第三密封套；32、接收器；33、蓄电池。

具体实施方式

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1-6，本发明提供的一种实施例：一种矿道及断面形变快速监测用三维激光扫描仪，包括升降支撑机构、角度调节机构和扫描散热机构。

所述升降支撑机构包括支撑箱体1、液压泵站2、油管3、液压支撑柱4和第一轴承5，所述支撑箱体1顶板的底部固定安装有液压泵站2，所述液压泵站2的输出端固定套接有油管3，所述油管3固定套接在液压支撑柱4上，所述液压支撑柱4固定安装在支撑箱体1内壁的顶部，所述液压支撑柱4的顶端固定套接有第一轴承5，所述第一轴承5的底端面上固定连接有万向轮6，所述液压支撑柱4上活动套接有第一密封套7，所述第一密封套7贯穿安装在支撑箱体1的底板上，所述支撑箱体1的顶端面上固定安装有蓄电池33。

所述角度调节机构包括第二轴承8、支撑轴9、转轴12、第三轴承13和支撑板14，所述第二轴承8固定内嵌安装在支撑箱体1内壁的底部，所述第二轴承8的内圈固定套接有支撑轴9，所述支撑轴9上固定连接有副柱10，所述支撑轴9上固定套接有从动锥齿轮11，所述支撑轴9上活动套接有第二密封套19，所述支撑轴9的顶端面上固定连接有支撑盘20，所述转轴12通过第三轴承13水平转动连接在支撑板14上和支撑箱体1的一侧板上，两个所述第三轴承13分别贯穿安装在支撑板14和支撑箱体1的侧板上，所述转轴12上固定套接有主动锥齿轮15，所述主动锥齿轮15和从动锥齿轮11啮合，所述转轴12的远离主动锥齿轮15的一端固定连接有连接块16，所述连接块16上固定套接有转把17，所述转把17上固定套接有防滑套18。

所述扫描散热机构包括工作箱21、电动机22、散热箱24、插筒2402和单片机26，所述工作箱21固定连接在支撑盘20的顶端面上，所述工作箱21内壁的顶部固定安装有电动机22，所述电动机22的输出端固定套接有扇叶23，所述工作箱21的背板上开设有散热口，所述散热口内固定贯穿有插筒2402，所述散热箱24通过插筒2402固定安装在工作箱21的背板上，所述插筒2402内固定安装有防虫网2401，所述工作箱21内壁的顶部固定连接有温湿度传感器25，所述温湿度传感器25电性连接有单片机26，所述单片机26固定安装在支撑箱体1的顶端面上，所述工作箱21内壁的底部固定安装有高重频激光器组件27，所述高重频激光器组件27电性连接有三维激光扫描仪28，所述三维激光扫描仪28主要由发射与接收光路、扫描光机电组件、光电接收与信号调理组件、控制与数据采集存储模块组成，所述三维激光扫描仪28固定安装在工作箱21内壁的底部，所述高重频激光器组件27上分别固定连接有发射器29和接收器32，所述发射器29的发射口上固定连接有放大器30，所述发射器29和接收器32上均固定套接有第三密封套31，所述第三密封套31贯穿安装在工作箱21的一侧板上。

具体的，所述单片机26分别与液压泵站2、电动机22和温湿度传感器25电性连接，方便控制各个部件的工作。

具体的，所述扇叶23为铝合金叶片，所述扇叶23位于工作箱21的散热口内，延长扇叶23的使用寿命。

具体的，所述支撑箱体1和工作箱21上均螺纹连接有固定螺丝102，所述支撑箱体1和工作箱21分别通过固定螺丝102螺纹连接有第一检修门板101和第二检修门板2101，方便对本装置进行检修。

具体的，所述万向轮6的数量为四个，四个所述万向轮6水平对称分布在支撑箱体1底面的四个拐角处，方便支撑和移动本装置。

具体的，所述蓄电池33和单片机26均位于支撑盘20和支撑箱体1之间，给本装置提供动力。

具体的，所述第三轴承13为滚珠轴承，所述第三轴承13的数量为两个，两个所述第三轴承13均位于主动锥齿轮15的右侧，方便转轴12的转动工作。

具体的，所述工作箱21呈“圆柱形”且分布在“方形”支撑箱体1的垂直方向上。

具体的，所述散热箱24为不锈钢箱体，所述散热箱24的数量为两个，且关于同一条直线对称。

具体的，所述副柱10有两根，且水平对称分布在支撑轴9的两侧，所述副柱10的旋转直径小于单片机26和蓄电池33之间的直线距离，保证本装置的工作顺利进行。

工作原理：本申请中出现的电器元件在使用时均外接连通电源和控制开关，首先通过万向轮6移动本装置到指定的矿道口位置，然后通过单片机26打开本装置的蓄电池33的控制开关，使得本装置的电路导通，打开高重频激光器组件27的激光器射出光线，再通过单片机26打开液压泵站2的控制开关，使得液压泵站2通过油管3给液压支撑柱4泵油，使得液压支撑柱4的顶端垂直向下运动，配合激光器的光线将本装置升高到合适的高度，达到了可以方便携带、移动本装置和不会受到人力和空间的约束，可以根据矿道的高度调节本装置的扫描高度的效果，解决了现有的三维激光扫描仪在使用时，不方便携带，而且不方便移动，导致其使用的空间距离受到人力的约束的问题。

当矿道的位置给改变时，检测距离不需要改变时，通过摇动转把17，使得转轴12在第三轴承13上水平转动，带动主动锥齿轮15与从动锥齿轮11啮合带动支撑轴9在第二轴承8内水平转动来调节本装置的检测扫描的角度，达到了可以根据矿区矿道的大小位置调节本装置的扫描角度的效果，解决了现有装置的扫描角度不可调节导致适用面减小的问题。

当在湿度高散热效果差的地区工作时，通过单片机26打开电动机22的控制开关，使得电动机22的输出端转动，带动扇叶23在支撑箱体1的散热口内配合散热箱24进行散热工作，高重复频率激光器发射激光，同时由发射端光电接收电路将发射激光信号变成电信号(start信号)作为触发控制时间间隔测量单元开启测量，激光经透镜改变束散角至2.7mrad并扩束准直(发射窗口处光束直径为42mm)，通过二维扫描机构发射激光至目标处，目标回光通过扫描镜接收(接收孔径42mm)，回光通过聚焦透镜聚焦于回光探测探测器感光面变成电脉冲，经后续信号调理后作为stop信号输入时间间隔测量单元关闭测量，根据激光发射时间与回光探测器接收的激光回光到达时间可以计算测距距离。激光发射与回光接收共用同一扫描镜面，确保了发射轴与接收轴的一致性，控制单元控制二维扫描机构在水平和垂直两个方向上旋转，并每隔一段时间(例如每条扫描线读取一次编码器的值)读取一次编码角度的信息，相邻两次读数之间的运动作为匀速运动处理，计算得到每个激光发射时刻编码器的值，达到了在潮湿阴暗的地区长时间工作时，能够进行散热除湿工作的效果，解决了现有的三维激光扫描仪的矿区时，工作环境阴暗潮湿，散热除湿效果差，长时间的使用时会导致装置死机，不方便工作的进行的问题。

涉及到电路和电子元器件和控制模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“中部”、“偏心处”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。