《隧道台車可視化定位監測系統》是中國葛洲壩集團股份有限公司、湖南五新重型裝備有限公司於2012年8月30日申請的專利，該專利的公布號為CN102849092A，申請公布日為2013年1月2日，發明人是姚明輝、趙龍飛、張曉剛、齊界夷等。
《隧道台車可視化定位監測系統》包括安裝在台車前方隧道頂拱的雷射發射裝置，分別安裝在台車前、後頂部的雷射接收裝置，以及安裝在台車上的控制台，所述雷射發射裝置包括安裝在吊桿組件上的水平發射器，所述水平發射器發射的雷射依次由台車前、後頂部的雷射接收裝置接收，所述雷射接收裝置將所述雷射位置信息拍攝成圖像並傳輸到控制台。該發明的一種隧道台車可視化定位監測系統，由雷射發射裝置、安裝在台車前後的雷射接收裝置，以水平發射器的雷射確保台車的軸線與隧道軸線重合，且雷射接收裝置能將雷射的位置拍攝成圖像傳輸到控制台可視化顯示屏上，從而便於控制台操作人員及時觀察到調整台車前、後端的偏移距離。
2017年12月11日，《隧道台車可視化定位監測系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《隧道台車可視化定位監測系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：隧道台車可視化定位監測系統
- 申請人：中國葛洲壩集團股份有限公司、湖南五新重型裝備有限公司
- 申請日：2012年8月30日
- 申請號：2012103146434
- 公布號：CN102849092A
- 公布日：2013年1月2日
- 發明人：姚明輝、趙龍飛、張曉剛、齊界夷、王祥軍、龔俊、邵高建、彭作為、孫昌忠、黃家權
- 地址：湖北省宜昌市清波路1號
- 分類號：B61L25/02(2006.01)I
- 代理機構：宜昌市三峽專利事務所
- 代理人：成鋼
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在隧洞混凝土工程施工中，常常採用鋼模台車進行立模襯砌。在混凝土澆筑前，台車初步就位後，需要對台車的位置進行測量校核，以保證台車的模板達到隧洞設計斷面尺寸要求。2012年前，校核台車的測量工作主要依靠傳統的測量儀器（如經緯儀等）進行測量。採用這種方法校核台車時，一般是根據目測台車的位置，再通過台車自帶的橫移機構和頂升機構進行調整，然後測量校核，往往要經過多次反覆測量、調整，才能達到設計要求，因此測量校核的重複工作量大，時間較長，施工效率較低，而且台車調整的精度也不高。特別是對於施工工期較緊，採用邊開挖、邊襯砌的方式施工時，由於開挖時產生較大的灰塵、煙霧，以及運輸車輛的通行所引起的灰塵，隧洞內的能見度相對較低，這種環境條件下將給測量工作帶來很大的困難。
發明內容
專利目的
該發明所要解決的技術問題是提供一種隧道台車可視化定位監測系統，可以減少台車的測量校核次數、也有利於提高調整精度。
技術方案
《隧道台車可視化定位監測系統》包括安裝在台車前方隧道頂拱的雷射發射裝置，分別安裝在台車前、後頂部的雷射接收裝置，以及安裝在台車上的控制台，所述雷射發射裝置包括安裝在吊桿組件上的水平發射器，所述水平發射器發射的雷射依次由台車前、後頂部的雷射接收裝置接收，所述雷射接收裝置將所述雷射位置信息拍攝成圖像並傳輸到控制台。
所述的雷射發射裝置上還設有用於定位隧道地面中軸線的垂直發射器。所述的吊桿組件中，垂直桿錨固在隧道頂拱上，T型桿通過垂直調整槽與垂直桿連線，T型桿上設有水平調整槽。所述的雷射接收裝置中設有用於接收雷射的雷射接收靶，其上設有X、Y向坐標，還設有用於拍攝雷射接收靶圖像的攝像頭。
所述的雷射接收裝置中還設有橫向水平儀，橫向水平儀安裝在攝像頭的拍攝範圍內。所述的位於台車前頂部的雷射接收裝置與台車的托架總成活動連線，便於在位於台車後頂部的雷射接收裝置工作時，避開雷射的通路。所述的台車上還設有縱向水平裝置，所述的縱向水平裝置中縱向水平儀安裝在攝像頭的拍攝範圍內。
所述的雷射接收裝置中還設有用於給攝像頭提供照明的照明燈。在台車後方隧道頂拱上還設有用於定位雷射發射裝置中水平發射器位置的定位標靶。所述的控制台與台車上用於調整模板總成位置的台車頂升機構和橫移機構的液壓控制機構連線。
有益效果
《隧道台車可視化定位監測系統》與2012年8月之前的技術相比，具有以下的有益效果：
1）由雷射發射裝置、安裝在台車前後的雷射接收裝置，以水平發射器的雷射確保台車的軸線與隧道軸線重合，且雷射接收裝置能將雷射的位置拍攝成圖像傳輸到控制台可視化顯示屏上，從而便於控制台操作人員及時觀察到調整台車前、後端的偏移距離。
2）由於雷射接收裝置上設定的雷射接收靶，其上設定的X、Y向坐標，配合攝像頭以及橫向水平儀，攝像頭實時將雷射接收靶上接收到的雷射位置圖像或橫向水平儀的圖像信號通過同步電纜傳輸給控制台的可視化顯示屏，控制台操作人員可以方便、清晰地觀察雷射接收靶上雷射的坐標位置，以及橫向水平儀顯示的台車橫向左、右傾斜的情況，並由此操作台車的頂升機構和橫移機構，從而達到精確地調整模板總成襯砌位置的目的。
3）在台車的縱梁中部還設有縱向水平儀裝置，縱向水平儀裝置的攝像頭可以將縱向水平儀的圖像通過同步電纜傳輸給控制台的可視化顯示屏，控制台操作人員可以根據縱向水平儀判斷台車縱向傾斜情況，從而操作台車的頂升機構或橫移機構進行調整，保持台車整體位置的精確度，以作為雷射定位的補充。
4）此外，在雷射接收裝置的雷射接收靶和橫向水平儀附近，以及縱向水平儀裝置的縱向水平儀附近還設定有照明燈，可以在晚上或者施工粉塵大、能見度低的場合保持攝像頭拍攝的圖像清晰，方便觀察。
附圖說明
圖1為《隧道台車可視化定位監測系統》的整體結構示意圖；
圖2是圖1中台車的側向結構示意圖；
圖3是該發明的組成結構示意圖；
圖4是圖3的A-A向視圖；
圖5是該發明中吊桿組件的結構示意圖。
圖中：台車1，模板總成11，台車支撐總成12，托架總成13，頂升機構14，橫移機構15，縱梁16，雷射接收裝置2，支架21，攝像頭22，照明燈23，雷射接收靶24，橫向水平儀25，縱向水平儀26，橫移導軌27，縱向水平裝置3，雷射發射裝置4，水平發射器41，垂直發射器42，吊桿組件43，垂直桿431，T型桿432，垂直調整槽433，水平調整槽434，控制台5，隧道頂拱6，隧道地面7，定位標靶8。
權利要求
1.《隧道台車可視化定位監測系統》包括安裝在台車（1）前方隧道頂拱（6）的雷射發射裝置（4），分別安裝在台車（1）前、後頂部的雷射接收裝置（2），以及安裝在台車（1）上的控制台（5），其特徵在於：所述雷射發射裝置（4）包括安裝在吊桿組件（43）上的水平發射器（41），所述水平發射器（41）發射的雷射依次由台車（1）前、後頂部的雷射接收裝置（2）接收，所述雷射接收裝置（2）將所述雷射位置信息拍攝成圖像並傳輸到控制台（5）。
2.根據權利要求1所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的雷射發射裝置（4）上還設有用於定位隧道地面（7）中軸線的垂直發射器（42）。
3.根據權利要求1或2所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的吊桿組件（43）中，垂直桿（431）錨固在隧道頂拱（6）上，T型桿（432）通過垂直調整槽（433）與垂直桿（431）連線，T型桿（432）上設有水平調整槽（434）。
4.根據權利要求1或2所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的雷射接收裝置（2）中設有用於接收雷射的雷射接收靶（24），其上設有X、Y向坐標，還設有用於拍攝雷射接收靶（24）圖像的攝像頭（22）。
5.根據權利要求4所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的雷射接收裝置（2）中還設有橫向水平儀（25），橫向水平儀（25）安裝在攝像頭（22）的拍攝範圍內。
6.根據權利要求1、2或5所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的位於台車（1）前頂部的雷射接收裝置（2）與台車（1）的托架總成（13）活動連線，便於在位於台車（1）後頂部的雷射接收裝置（2）工作時，避開雷射的通路。
7.根據權利要求1、2或5所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的台車（1）上還設有縱向水平裝置（3），所述的縱向水平裝置（3）中縱向水平儀（26）安裝在攝像頭（22）的拍攝範圍內。
8.根據權利要求5所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的雷射接收裝置（2）中還設有用於給攝像頭（22）提供照明的照明燈（23）。
9.根據權利要求1、2或5所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：在台車（1）後方隧道頂拱（6）上還設有用於定位雷射發射裝置（4）中水平發射器（41）位置的定位標靶（8）。
10.根據權利要求1、2或5所述的一種隧道台車可視化定位監測系統，其特徵是：所述的控制台（5）與台車（1）上用於調整模板總成（11）位置的台車頂升機構（14）和橫移機構（15）的液壓控制機構連線。
實施方式
如圖1、圖3中，《隧道台車可視化定位監測系統》包括安裝在台車1前方隧道頂拱6的雷射發射裝置4，分別安裝在台車1前、後頂部的雷射接收裝置2，以及安裝在台車1上的控制台5，所述雷射發射裝置4包括安裝在吊桿組件43上的水平發射器41，所述水平發射器41發射的雷射依次由台車1前、後頂部的雷射接收裝置2接收，所述雷射接收裝置2將所述雷射位置信息拍攝成圖像並傳輸到控制台5。通過雷射發射裝置4發射的水平雷射，落在台車1前、後頂部的雷射接收裝置2上，從而在控制台5可以獲取台車1與隧道軸線的偏移信息。
所述的控制台5與台車1上用於調整模板總成11位置的台車頂升機構14和橫移機構15的液壓控制機構連線。控制台5還設有可視化顯示屏，操作人員根據偏移信息，調整台車頂升機構14和橫移機構15，從而調整模板總成11的位置。所述的頂升機構14和橫移機構15通常採用液壓驅動。
最佳化的方案中，如圖1、圖3中，所述的雷射發射裝置4上還設有用於定位隧道地面7中軸線的垂直發射器42。雖然還可以採用鉛垂線等措施，用於確保垂直發射器42與隧道地面7中軸線對齊，但是設定的垂直發射器42可以進一步地提高雷射發射裝置4定位的效率。垂向發射器42發射的雷射打在預先設定的基準線，即隧道地面7的中軸線上，由此確定吊桿組件43的臨時錨固位置。
如圖5中，所述的吊桿組件43中，垂直桿431錨固在隧道頂拱6上，T型桿432通過垂直調整槽433與垂直桿431連線，T型桿432上設有水平調整槽434。由此結構，可豎向或/和橫向地調整安裝在其上組件的位置。例如水平發射器41和垂直發射器42的豎向和橫向位置。
所述的雷射接收裝置2中設有用於接收雷射的雷射接收靶24，其上設有X、Y向坐標，由雷射線落在雷射接收靶24上的位置，控制台5的操作人員可以得知台車1與隧道軸線的偏移距離。還設有用於拍攝雷射接收靶24圖像的攝像頭22。最佳化的方案中，還設有用於給攝像頭22提供照明的照明燈23。由此結構，攝像頭拍攝的圖像被傳輸到控制台5，以供操作人員作為模板總成11調整的參考。
所述的雷射接收裝置2中還設有橫向水平儀25，橫向水平儀25安裝在攝像頭22的拍攝範圍內。雷射發射裝置4發射的水平雷射線，僅能提供台車1在隧道軸線上的偏移距離，卻不能反映台車的徑向傾斜程度，雖然其傾斜程度可以由隧道底部鋪設的鋼軌予以保證，但是由於施工環境的複雜，鋪設的鋼軌也存在局部沉降的可能，因此設定的橫向水平儀25有利於獲取台車1的徑向傾斜程度。
所述的位於台車1前頂部的雷射接收裝置2與台車1的托架總成13活動連線，便於在位於台車1後頂部的雷射接收裝置2工作時，避開雷射的通路。該例中，位於台車1前頂部的雷射接收裝置2通過橫移導軌27與托架總成13活動連線，當需要獲取雷射在位於台車1後頂部的雷射接收裝置2的偏移距離時，橫移前面的雷射接收裝置2，避開雷射的通路，以使雷射束落在後面的雷射接收裝置2的雷射接收靶24上。進一步可選的方案中，在前的雷射接收裝置2根據需要翻轉一定角度或上、下移動，也可以避開雷射的通路。
所述的台車1上還設有縱向水平裝置3，所述的縱向水平裝置3中縱向水平儀26安裝在攝像頭22的拍攝範圍內。最佳化的方案中，還設有用於給攝像頭22提供照明的照明燈23。由此結構，可以獲取台車1在隧道軸線方向的傾斜程度，以作為雷射定位的補充信息。
最佳化的方案中，所述的雷射接收裝置2中在台車1後方隧道頂拱6上還設有用於定位雷射發射裝置4中水平發射器41位置的定位標靶8。從前述中可以看出，該發明的檢測系統，對雷射發射裝置4的精度依賴較高，即水平發射器41提供的雷射束與隧道軸線的對齊程度會影響最終的調整精度，因此確保雷射接收裝置2自身的精度是重要的，設定的定位標靶8，可以方便的確保雷射束自身的精度。
該發明工作原理如下：台車在隧洞內進行襯砌就位工作時，首先通過垂直發射器42發射雷射作用於事先在隧道地面7上確定好的基準點，從而確定吊桿組件43在隧道頂拱6處的預埋位置。
完成吊桿組件43的安裝後，通過在吊桿組件43上、下、左、右移動調整水平發射器41到設定的空間位置，開啟水平雷射器41，水平雷射器41打出的水平雷射束至托架總成13前端的雷射接收靶24上。開啟在前的雷射接收裝置2，照明燈23點亮，攝像頭22將打在雷射接收靶24上的雷射束位置和橫向水平儀25的傾斜情況拍攝成圖像，通過同步電纜傳輸至控制台5，操作人員在控制台5上通過可視化顯示屏，適時監控雷射束在雷射接收靶24坐標上的位置情況以及通過橫向水平儀25觀察台車1前端橫向傾斜情況，通過操作台車1自帶的頂升機構14、橫移機構15的液壓控制機構，調整台車1使雷射束通過雷射接收靶24的坐標原點，即靶心。同時調整台車1使橫向水平儀達到規定的要求，此時即完成了台車前端的調整；之後，翻轉或移開在前的雷射接收靶24，讓開雷射通道，此時雷射束打在台車1上後面的雷射接收靶24上，同理，攝像頭22將打在雷射接收靶24上的雷射束位置和台車橫向水平儀25傾斜情況拍攝成圖像，通過同步電纜傳輸至控制台5，操作人員在控制台5上通過可視化顯示屏，適時監控雷射束在雷射接受靶24坐標上的位置情況以及通過台車橫向水平儀觀察台車後端橫向傾斜情況，通過操作台車1自帶的頂升機構14、橫移機構15的液壓控制機構，調整台車1使雷射束通過雷射接收靶24的坐標原點，即靶心。同時調整台車1使橫向水平儀達到規定的要求，此時完成了台車後端的調整。
此外，通過台車縱向水平儀裝置3，在控制台5上還可以觀察台車1中部的縱向傾斜情況，當傾斜超過設定值後，亦可通過操作台車1自帶的頂升機構14、橫移機構15的液壓控制機構進行調整直至達到要求。綜上所述，該發明實現了襯砌台車在就位過程中的可視化定位，尤其是對於隧洞環境較差的工況。採用該發明的系統提高了施工效率，改變了以往只能由專業人員進行測量的情況，簡化了台車就位的工作量。
榮譽表彰
2017年12月11日，《隧道台車可視化定位監測系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
