一种激光炮孔三维测量仪及方法技术

本发明专利技术公开一种激光炮孔三维测量仪，包括柱形壳体、调节杆、激光器、工业相机、陀螺仪和锥面镜，柱形壳体外壁的头部和尾部分别设有一组调节杆，每组调节杆由三个等间距设置于柱形壳体外壁的调节杆构成，每组调节杆内的三个调节杆彼此之间互成120

【技术实现步骤摘要】
一种激光炮孔三维测量仪及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程施工
，特别是涉及一种激光炮孔三维测量仪及方法。

技术介绍

[0002]在矿山及隧道等岩土工程施工过程中，存在着工人现场施工与工程设计规范不符的问题。在实际炮孔凿岩作业过程中，由于工人自身施工水平限制和设备的凿岩误差的存在，导致最终成孔的方位和形态不够精确，并且当施工结束后无法进行侧偏纠正，进而可能导致矿山采场内回采爆破时采场边界难以控制甚至采场崩塌等问题的出现。因此亟需一种炮孔测量的方案，能够评估炮孔质量，提高成孔质量，保障炮孔施工质量的措施，开展炮孔测量工作非常必要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种激光炮孔三维测量仪及方法，通过使用光纤和锥面镜折射作为光源的激光器发射出的激光，照亮炮孔壁面，再通过工业相机进行全程拍摄，记录孔壁形态；捕捉后将视频文件按帧转化为数字图像格式的点状图序列，进行三维重构，从而获取炮孔内径的大致模型；通过双目立体视觉方法对整个巷道进行拍照定位，并确定单个炮孔的位置信息，从而重构出巷道内炮孔分布模型。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种激光炮孔三维测量仪，包括柱形壳体、调节杆、激光器、光纤金属架、工业相机、陀螺仪和锥面镜，柱形壳体中部设置有一段透明壳体，所述柱形壳体外壁的分别设有两组调节杆，两组间距40cm，每组调节杆由三个等间距设置于柱形壳体外壁的调节杆构成，每组调节杆内的三个调节杆彼此之间互成120r/>°
；所述调节杆的一端与柱形壳体可旋转的连接；另一端设置有滚轮，滚轮通过无线电控制移动；每个所述调节杆使用液压调节，能够实现伸长和缩短；每个所述调节杆内部安装角度传感器，监测调节杆与金属壳夹角，并输出信号；所述柱形壳体分头尾两端，头部朝向炮孔底部，尾部朝向自由面；所述柱形金属壳头部设有温度传感器；
[0006]所述柱形壳体内部固定有激光器，位于尾部，激光器的输出端连接有光纤，所述柱形壳体的内壁上等间距的设有光纤金属架，所述光纤金属架用于固定光纤，确保光纤与柱形壳体的中轴线平行；所述光纤的末端设置为环形放射状；
[0007]所述柱形壳体内部的头部设有工业相机，工业相机的摄像端朝向激光器的输出端，所述锥面镜设置于所述工业相机和光纤末端之间，通过光纤将激光器的光源传导至锥面镜上，锥面镜均匀反射光线；锥面镜至工业相机段的柱形壳体为透明壳体，光线透过透明壳体最终呈环状投射在炮孔的壁面上，从而照亮一圈炮孔壁面，通过工业相机实时记录；
[0008]所述陀螺仪设置于柱形壳体的尾部。
[0009]进一步的，每个所述调节杆的杆身方向朝向柱形壳体的头部，且与柱形壳体的中
轴线夹角调节范围为0
‑
90
°
。
[0010]进一步的，所述激光器由电源线、激光输出端、信号接口和钢制底座构成，所述激光器通过所述钢制底座与柱形壳体固接，所述电源线一端与激光器连接，另一端从柱形壳体尾部伸出与外界电源连接。
[0011]进一步的，所述调节杆由液压杆构成，所述液压杆能够承受的压力范围为5～60kg，总长为50mm。
[0012]进一步的，所述光纤为多模光纤，每条玻璃芯的直径为50μm或62.5μm，玻璃芯上从内到外依次包裹有玻璃套层和树脂涂层，光纤末端呈环形放射状的每条玻璃芯均与柱形壳体的中轴线平行。
[0013]进一步的，所述锥面镜的锥顶角为90
°
，镜面与柱形壳体的中轴线夹角为45
°
，光纤末端呈环形放射状的每条玻璃芯与锥面镜镜面夹角均为45
°
。
[0014]进一步的，透明壳体为聚丙烯材质，与两端的金属材质的柱形壳体胶结连接。
[0015]一种基于激光炮孔三维测量仪进行炮孔三维重构的方法，包括：
[0016](1)将三维测量仪放入炮孔中，开启三维测量仪，确定工业相机能够拍摄出被光圈照射的炮孔壁面后，通过无线电操控滚轮移动，使三维测量仪在滚轮的带动下在炮孔内运行；通过陀螺仪获取三维测量仪位置信息，通过工业相机捕捉炮孔内不同位置的图像信息，此时角度传感器不断获取液压调节杆的转动角度信息；待三维测量仪运行到炮孔底部后，通过无线电控制滚轮逆向转动，使三维测量仪沿原路径返回，取出炮孔，完成单个炮孔的初始信息获取；
[0017](2)导出工业相机内的视频影像，在视频处理软件中按帧截取炮孔断面图片；
[0018](3)将炮孔端面图片按顺序编号保存，进行图像处理，调节对比度与锐度，使激光照射点图像区别于炮孔周围壁面；并将图像信息转化为数字化格式，形成点状序列，建立网格图；
[0019](4)对应陀螺仪中获取的位置数据，根据炮孔的产状信息重构出单个炮孔的三维模型，并循环上述过程，获取整个断面上所有炮孔的三维模型；炮孔的产状信息包括炮孔走向、倾向、倾角；
[0020](5)根据双目立体视觉方法设置双机位对所测巷道进行图像捕捉，确定巷道边界及各个炮孔位置，通过三维几何关系反算出每个炮孔的坐标信息，不断重复上述过程最终形成完整的巷道内炮孔分布模型。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0022]1.专利技术三维测量仪将激光器、光纤、锥面镜及工业相机结合到一起，利用自动化机械滚轮引导装置在炮孔内运行，配合陀螺仪定位，充分结合了各个装置的优点，并且通过装置的配合，提高了整体的使用效率，使仪器运行、激光脉冲传导、数字图像捕捉、产状获取等流程紧密结合，自动化程度更高，获取数据更准确。
[0023]2.与传统炮孔测角仪相比，在其基础上加入了炮孔三维模型重构的思想。其优势在于不仅能在装置运行过程中有效的获取炮孔产状，更能获得完整的炮孔模型信息，可以更直观有效的检测炮孔施工质量，对于评估施工进度、提高成孔质量、安全评估监测等方面有着重要的指导作用。
[0024]3.通过双目立体视觉方法将小尺度炮孔与大尺度巷道有机结合到一起，整体化的
思想有利于该构筑完整化的巷道内炮孔分布模型，有利于施工现场进行工程效果检验及地质危害预测等。
[0025]4.于施工指导而言，标准的炮孔布置有利于提升工程质量(如光面爆破对炮孔布置要求较高)，规则的炮孔排布及炮孔开凿质量能够保证巷道断面符合使用预期，能极大程度上避免超欠挖等问题。
[0026]5.于工程安全而言，掌握炮孔分布、提升巷道爆破水平更利于形成规则的巷道面，给巷道支护更有益的施工条件，提升支护质量；并且规则炮孔排布可以更大程度的均匀爆破对围岩的扰动，避免人为引发的地质灾害。
[0027]6.通过使用三维测量仪及重构方法可以预见性的指导隧道开挖及凿岩，通过前期数据积累进一步指导后续的开挖爆破工作，对于爆破方法、爆破参数、炸药用量等具有指导性意义，节约成本，提质增效。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的结构示意图。
[0029]图2是本专利技术金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光炮孔三维测量仪，其特征在于，包括柱形壳体、调节杆、激光器、光纤金属架、工业相机、陀螺仪和锥面镜，柱形壳体中部设置有一段透明壳体，所述柱形壳体外壁的分别设有两组调节杆，两组间距40cm，每组调节杆由三个等间距设置于柱形壳体外壁的调节杆构成，每组调节杆内的三个调节杆彼此之间互成120
°
；所述调节杆的一端与柱形壳体可旋转的连接；另一端设置有滚轮，滚轮通过无线电控制移动；每个所述调节杆使用液压调节，能够实现伸长和缩短；每个所述调节杆内部安装角度传感器，监测调节杆与金属壳夹角，并输出信号；所述柱形壳体分头尾两端，头部朝向炮孔底部，尾部朝向自由面；所述柱形金属壳头部设有温度传感器；所述柱形壳体内部固定有激光器，位于尾部，激光器的输出端连接有光纤，所述柱形壳体的内壁上等间距的设有光纤金属架，所述光纤金属架用于固定光纤，确保光纤与柱形壳体的中轴线平行；所述光纤的末端设置为环形放射状；所述柱形壳体内部的头部设有工业相机，工业相机的摄像端朝向激光器的输出端，所述锥面镜设置于所述工业相机和光纤末端之间，通过光纤将激光器的光源传导至锥面镜上，锥面镜均匀反射光线；锥面镜至工业相机段的柱形壳体为透明壳体，光线透过透明壳体最终呈环状投射在炮孔的壁面上，从而照亮一圈炮孔壁面，通过工业相机实时记录；所述陀螺仪设置于柱形壳体的尾部。2.根据权利要求1所述一种激光炮孔三维测量仪，其特征在于，每个所述调节杆的杆身方向朝向柱形壳体的头部，且与柱形壳体的中轴线夹角调节范围为0
‑
90
°
。3.根据权利要求1所述一种激光炮孔三维测量仪，其特征在于，所述激光器由电源线、激光输出端、信号接口和钢制底座构成，所述激光器通过所述钢制底座与柱形壳体固接，所述电源线一端与激光器连接，另一端从柱形壳体尾部伸出与外界电源连接。4.根据权利要求1或2所述一种激光炮孔三维测量仪，其特征在于，所述调节杆由液压杆构成，所述液压杆能够承受的压力范围为5～60kg，总...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高峰，杜尧，陈文尹，邓稀肥，杨仲杰，魏亮，林先明，徐星火，余诚，姚大闯，王勇，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司中铁四局集团第七工程有限公司，
类型：发明
国别省市：