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专利名称：用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410350826.4

专利申请（专利权）人：燕山大学
权利人地址：河北省秦皇岛市河北大街西段438号

专利发明（设计）人：许允斗,刘贺,李艺超,聂升龙,鞠忠金,贺俊清

专利摘要：本发明涉及一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置，属于隧道机械技术领域，标记方法包括以下步骤：S1、将标记装置放置于待测隧道的地面上，调整激光标记模块至设定高度；S2、调整激光标记模块处于水平状态；S3、对激光标记模块进行水平方向的对正；S4、对激光标记模块进行竖直方向的对正；S5、建立坐标系；S6、将激光笔照射至所需标记掌子面的已知点上；S7、测得激光线发射点到掌子面上已知点的相关数据；S8、获得校正后两坐标系之间的坐标转换矩阵；S9、对已知点进行坐标转换；S10、在隧道掌子面上进行打点标记。本发明不仅可以实现对所测量工作面不同位置、不同角度的标记，还有利于提高标记效率，提升标记的准确度。

主权利要求：
1.一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、将标记装置放置于待测隧道的地面上，调整伸缩腿的高度，使得标记装置顶部的激光标记模块处于设定高度；
S2、读取倾角传感器上的数值，通过驱动第一伺服电机和第二伺服电机调整所述激光标记模块处于水平状态；
S3、对所述激光标记模块进行水平方向的对正；
S4、对所述激光标记模块进行竖直方向的对正；
S5、建立掌子面坐标系O1?xyz，选取掌子面第一侧边沿上最下方的点为原点Q1，沿掌子面水平方向向右为x轴，沿掌子面竖直方向向上为y轴，同时建立标记装置坐标系O2?x’y’z’，选取激光笔发射点的位置为原点，各坐标轴方向与掌子面坐标系各坐标轴方向相同；
S6、通过人机交互模块驱动自动调平模块以及激光标记模块上的伺服电机转动，将所述激光笔照射至所需标记掌子面的已知点A(x1，y1，0)上；
S7、通过激光测距传感器测得激光线发射点到A点的距离L5，读取第三伺服电机的水平转角a1以及第四伺服电机的竖直转角b1，以此，获得掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在x轴方向上的距离为W，掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在y轴方向上的距离为H，表达式分别为：W＝x1+d3
H＝y1+h1
式中，d3为激光线发射点在掌子面上的水平移动距离，d3＝Ltana1，L为掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在z轴方向上的距离；h1为激光线发射点在掌子面上的竖直移动距离，h1＝L5sinb1；
S8、获得校正后掌子面坐标系O1?xyz与标记装置坐标系O2?x’y’z’的坐标转换矩阵T，坐标转换矩阵T的表达式为：S9、将掌子面上的已知点A通过坐标转换，转换至标记装置坐标系中，通过控制标记装置上的水平和竖直方向转动的角度来在掌子面上打出对应的点，具体表达式为：B＝TA
?1
式中，A为在掌子面坐标系中的已知点，A＝(x1，y1，z1，1) ；B为A点在标记装置坐标系中?1的位置，B＝(x2，y2，z2，1) ；
S10、标定完成后，输入掌子面上点的坐标，系统自动转换成标记装置对应的坐标，通过计算得出每个点对应第三伺服电机以及第四电机所需转动角度，从而实现在隧道掌子面上的打点标记操作。
2.根据权利要求1所述的用于隧道的自动激光测量点位标记方法，其特征在于，步骤S3中对所述激光标记模块进行水平方向的对正，具体步骤如下：S31、打开激光笔，驱动第三伺服电机转动多次，读取所述第三伺服电机每次转动时，所述激光笔产生的激光线水平转动角度θ1i；
S32、通过激光测距传感器测得所述第三伺服电机每次转动前激光笔所产生的激光线的长度L1i以及转动后的激光线的长度L2i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均水平移动距离d1i，平均水平移动距离d1i的表达式为：式中，i为伺服电机转动的次数，i＝1,2,…,n；
S33、获得所述激光笔发射点在水平方向上距离掌子面的平均垂直距离L0i，平均垂直距离L0i的表达式为：S34、确定所述激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向平均偏转角度α，水平方向平均偏转角度α的表达式为：式中，ai为伺服电机第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向偏转角度；
S35、通过驱动所述第三伺服电机转动α角度，实现所述激光标记模块在水平方向上的对正。
3.根据权利要求1或者2所述的用于隧道的自动激光测量点位标记方法，其特征在于，步骤S4中对所述激光标记模块进行竖直方向的对正，具体步骤如下：S41、驱动第四伺服电机转动多次，读取所述第四伺服电机每次转动时，所述激光笔产生的激光线竖直转动角度θ2i；
S42、通过激光测距传感器测得所述第四伺服电机每次转动前激光笔所产生的激光线的长度L3i以及转动后的激光线的长度L4i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均竖直移动距离d2i，平均竖直移动距离d2i的表达式为：式中，i为伺服电机转动的次数，i＝1,2,…,n；
S43、获得所述激光笔发射点在竖直方向上距离掌子面的平均垂直距离Li，平均垂直距离Li的表达式为：S44、确定所述激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向平均偏转角度β，竖直方向平均偏转角度β的表达式为：式中，βi为伺服电机第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向偏转角度；
S45、通过驱动所述第四伺服电机转动β角度，实现所述激光标记模块在竖直方向上的对正。
4.一种根据权利要求1～3之一所述的用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置，其特征在于，其包括支撑模块、自动调平模块、激光标记模块以及放置于所述自动调平模块上的人机交互模块；
所述支撑模块包括顶部固定板和三条均布设于所述顶部固定板边沿上的伸缩腿，且每条所述伸缩腿的上端均与所述顶部固定板转动连接；
所述自动调平模块通过底盘设于所述顶部固定板上，且所述自动调平模块包括调平平台、调平机构外壳、第一伺服电机、第一从动轴、第二从动轴、底盘和第二伺服电机，所述调平平台设于所述调平机构外壳的上方，且所述调平机构外壳中设有所述第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴通过轴承与所述调平平台的第一侧面转动连接，且所述第一从动轴通过轴承与所述调平平台的第二侧面转动连接，通过驱动所述第一伺服电机转动，能实现所述自动调平模块Y方向的转动，所述调平机构外壳设于所述底盘的上方，且所述底盘上设有所述第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴通过轴承与所述调平机构外壳的第三侧面转动连接，且所述第二从动轴通过轴承与所述调平机构外壳的第四侧面转动连接，通过驱动所述第二伺服电机转动，能实现所述自动调平模块X方向的转动；
所述激光标记模块通过水平旋转平台设于所述自动调平模块上，且所述激光标记模块包括第四伺服电机、激光测距传感器、倾角传感器、第三伺服电机、激光笔、激光笔支架和水平旋转平台，所述水平旋转平台设于所述调平平台上，且所述第三伺服电机的输出轴通过轴承与所述水平旋转平台的底部转动连接，通过驱动所述第三伺服电机转动，能实现所述水平旋转平台绕Z方向的转动，且所述激光测距传感器、倾角传感器均安装于所述水平旋转平台上，所述第四伺服电机设于所述水平旋转平台的侧面，且所述第四伺服电机的输出轴支撑于所述水平旋转平台上，所述第四伺服电机的输出轴上设有所述激光笔支架，且所述激光笔支架与所述水平旋转平台转动连接，所述激光笔设于所述激光笔支架上。
5.根据权利要求4所述的用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置，其特征在于，所述人机交互模块上设于所述调平机构外壳的外侧，且所述人机交互模块上设有触摸显示屏，能实现目标参数坐标的输入。
6.根据权利要求4所述的用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置，其特征在于，所述第一伺服电机的输出轴轴线与所述第二伺服电机的输出轴轴线垂直，且所述第一伺服电机的输出轴轴线与所述第四伺服电机的输出轴轴线平行，所述第四伺服电机的输出轴轴线与所述第三伺服电机的输出轴轴线垂直。 说明书 : 用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置技术领域[0001] 本发明属于隧道机械技术领域，特别涉及一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置。背景技术[0002] 在隧道施工时，隧道掌子面凹凸不平，且存在一定的倾角，不是水平竖直面，属于不规则的墙面。传统的隧道测量需要技术人员花费大量时间和资源在隧道内进行测量工作，由于人为因素，人工测量可能存在误差；同时如果使用现有的测量标记仪器，不仅效率较低，在测量时也会造成很大的偏差，而这些误差可能对隧道结构的健康和安全性产生不利影响。对此，本发明提出一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置，可以精确测量隧道掌子面上的标记点，并且能提升测量效率。发明内容[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法及其标记装置，通过创新标记方法以及对传统的标记仪器进行了改进，解决了传统标记方法及装置标记效率低、标记误差大等问题。[0004] 本发明采用的技术方案是一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法，其包括以下步骤：[0005] S1、将标记装置放置于待测隧道的地面上，调整所述伸缩腿的高度，使得标记装置顶部的激光标记模块处于设定高度；[0006] S2、读取倾角传感器上的数值，通过驱动第一伺服电机和第二伺服电机调整所述激光标记模块处于水平状态；[0007] S3、对所述激光标记模块进行水平方向的对正；[0008] S4、对所述激光标记模块进行竖直方向的对正；[0009] S5、建立掌子面坐标系O1?xyz，选取掌子面第一侧边沿上最下方的点为原点Q1，沿掌子面水平方向向右为x轴，沿掌子面竖直方向向上为y轴，同时建立标记装置坐标系O2?x’y’z’，选取激光笔发射点的位置为原点，各坐标轴方向与掌子面坐标系各坐标轴方向相同；[0010] S6、通过人机交互模块驱动自动调平模块以及激光标记模块上的伺服电机转动，将所述激光笔照射至所需标记掌子面的已知点A(x1，y1，0)上；[0011] S7、通过所述激光测距传感器测得激光线发射点到A点的距离L5，读取所述第三伺服电机的水平转角a1以及第四伺服电机的竖直转角b1，以此，获得掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在x轴方向上的距离为W，掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在y轴方向上的距离为H，表达式分别为：[0012] W＝x1+d3[0013] H＝y1+h1[0014] 式中，d3为激光线发射点在掌子面上的水平移动距离，d3＝Ltana1，L为掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在z轴方向上的距离；h1为激光线发射点在掌子面上的竖直移动距离，h1＝L5sinb1；[0015] S8、获得校正后掌子面坐标系O1?xyz与标记装置坐标系O2?x’y’z’的坐标转换矩阵T，坐标转换矩阵T的表达式为：[0016][0017] S9、将掌子面上的已知点A通过坐标转换，转换至标记装置坐标系中，通过控制标记装置上的水平和竖直方向转动的角度来在掌子面上打出对应的点，具体表达式为：[0018] B＝TA[0019] 式中，A为在掌子面坐标系中的已知点，A＝(x1，y1，z1，1)?1；B为A点在标记装置坐标?1系中的位置，B＝(x2，y2，z2，1) ；[0020] S10、标定完成后，输入掌子面上点的坐标，系统自动转换成标记装置对应的坐标，通过计算得出每个点对应所述第三伺服电机以及第四电机所需转动角度，从而实现在隧道掌子面上的打点标记操作。[0021] 进一步地，步骤S3中对所述激光标记模块进行水平方向的对正，具体步骤如下：[0022] S31、打开激光笔，驱动第三伺服电机转动多次，读取所述第三伺服电机每次转动时，所述激光笔产生的激光线水平转动角度θ1i；[0023] S32、通过激光测距传感器测得所述第三伺服电机每次转动前激光笔所产生的激光线的长度L1i以及转动后的激光线的长度L2i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均水平移动距离d1i，平均水平移动距离d1i的表达式为：[0024][0025] 式中，i为伺服电机406转动的次数，i＝1,2,…,n；[0026] S33、获得所述激光笔发射点在水平方向上距离掌子面的平均垂直距离L0i，平均垂直距离L0i的表达式为：[0027][0028] S34、确定所述激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向平均偏转角度α，水平方向平均偏转角度α的表达式为：[0029][0030] 式中，ai为伺服电机第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向偏转角度；[0031] S35、通过驱动所述第三伺服电机转动α角度，实现所述激光标记模块在水平方向上的对正。[0032] 进一步地，步骤S4中对所述激光标记模块进行竖直方向的对正，具体步骤如下：[0033] S41、驱动第四伺服电机转动多次，读取所述第四伺服电机每次转动时，所述激光笔产生的激光线竖直转动角度θ2i；[0034] S42、通过激光测距传感器测得所述第四伺服电机每次转动前激光笔所产生的激光线的长度L3i以及转动后的激光线的长度L4i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均竖直移动距离d2i，平均竖直移动距离d2i的表达式为：[0035][0036] 式中，i为伺服电机转动的次数，i＝1,2,…,n；[0037] S43、获得所述激光笔发射点在竖直方向上距离掌子面的平均垂直距离Li，平均垂直距离Li的表达式为：[0038][0039] S44、确定所述激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向平均偏转角度β，竖直方向平均偏转角度β的表达式为：[0040][0041] 式中，βi为伺服电机第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向偏转角度；[0042] S45、通过驱动所述第四伺服电机转动β角度，实现所述激光标记模块在竖直方向上的对正。[0043] 本发明的另一方面，提供一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置，其包括支撑模块、自动调平模块、激光标记模块以及放置于所述自动调平模块上的人机交互模块，所述支撑模块包括顶部固定板和三条均布设于所述顶部固定板边沿上的伸缩腿，且所述每条伸缩腿的上端均与所述顶部固定板转动连接；所述自动调平模块通过底盘设于所述顶部固定板上，且所述自动调平模块包括调平平台、调平机构外壳、第一伺服电机、第一从动轴、第二从动轴、底盘和第二伺服电机，所述调平平台设于所述调平机构外壳的上方，且所述调平机构外壳中设有所述第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴通过轴承与所述调平平台的第一侧面转动连接，且所述第一从动轴通过轴承与所述调平平台的第二侧面转动连接，通过驱动所述第一伺服电机转动，能实现所述自动调平模块Y方向的转动，所述调平机构外壳设于所述底盘的上方，且所述底盘上设有所述第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴通过轴承与所述调平机构外壳的第三侧面转动连接，且所述第二从动轴通过轴承与所述调平机构外壳的第四侧面转动连接，通过驱动所述第二伺服电机转动，能实现所述自动调平模块X方向的转动；所述激光标记模块通过水平旋转平台设于所述自动调平模块上，且所述激光标记模块包括第四伺服电机、激光测距传感器、倾角传感器、第三伺服电机、激光笔、激光笔支架和水平旋转平台，所述水平旋转平台设于所述调平平台上，且所述第三伺服电机的输出轴通过轴承与所述水平旋转平台的底部转动连接，通过驱动所述第三伺服电机转动，能实现所述水平旋转平台绕Z方向的转动，且所述激光测距传感器、倾角传感器均安装于所述水平旋转平台上，所述第四伺服电机设于所述水平旋转平台的侧面，且所述第四伺服电机的输出轴支撑于所述水平旋转平台上，所述第四伺服电机的输出轴上设有所述激光笔支架，且所述激光笔支架与所述水平旋转平台转动连接，所述激光笔设于所述激光笔支架上。[0044] 进一步地，所述人机交互模块上设于所述调平机构外壳的外侧，且所述人机交互模块上设有触摸显示屏，能实现目标参数坐标的输入。[0045] 具体的，所述第一伺服电机的输出轴轴线与所述第二伺服电机的输出轴轴线垂直，且所述第一伺服电机的输出轴轴线与所述第四伺服电机的输出轴轴线平行，所述第四伺服电机的输出轴轴线与所述第三伺服电机的输出轴轴线垂直。[0046] 本发明的特点和有益效果是：[0047] 1、本发明将传统标记仪器结构改进为自动标记和自动调平两大部分，通过支撑模块可以实现激光标记模块高度的调节，而进一步的通过调节自动调平模块中的两个伺服电机可以实现激光标记模块高精度的自动调平，相比传统的通过采用人工调整调平螺丝和校准气泡管等方式调平的仪器更加高效、精确，有利于提高标记效率，提升标记的准确度。[0048] 2、本发明的激光标记模块中设有两个伺服电机、激光测距传感器以及激光笔，通过集合关系可以进行标记装置与工作平面姿态的对正，即激光笔指向掌子面法线方向，从而进行后续的激光标记操作，对正后在进行标记操作简化了电机控制的程序，提高了装置的精度与效率。[0049] 3、本发明针对不规则掌子面，采用多次测量对正后，去掉最大值及最小值，再取平均值的方式，同时采用计算算法，减小多种因素等可能造成的误差，有利于提高整体精度。[0050] 4、本发明结构小、重量轻、方便携带，能够用于多种复杂环境点位的标记测量。附图说明[0051] 图1是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的流程图；[0052] 图2是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的水平方向对正示意简图；[0053] 图3是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的竖直方向对正示意简图；[0054] 图4是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置相对于掌子面坐标系的定位示意简图；[0055] 图5是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置的整体结构示意图；[0056] 图6是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置的支撑模块的结构示意图；[0057] 图7是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置的自动调平模块的第一视角爆炸示意图；[0058] 图8是本发明用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置的自动调平模块的第二视角爆炸示意图；[0059] 图9是本发明的激光标记模块的爆炸示意图。[0060] 主要附图标记：[0061] 支撑模块1；顶部固定板101；伸缩腿102；自动调平模块2；调平平台201；第一电机输出轴202；调平机构外壳203；第一深沟球轴承204；第一伺服电机205；第一带座轴承206；第一从动轴207；第二带座轴承208；第二从动轴209；底盘210；第二电机输出轴211；第二深沟球轴承212；第二伺服电机213；人机交互模块3；激光标记模块4；第四伺服电机401；第四电机输出轴402；激光测距传感器403；倾角传感器404；平面推力滚针轴承405；第三伺服电机406；激光笔407；激光笔支架408；推力球轴承409；第三带座轴承410；水平旋转平台411。具体实施方式[0062] 为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。[0063] 本发明的一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法，如图1～图4所示，其包括以下步骤：[0064] S1、将标记装置放置于待测隧道的地面上，调整伸缩腿102的高度，使得标记装置顶部的激光标记模块4处于设定的合适的高度。[0065] S2、读取倾角传感器404上的数值，通过驱动第一伺服电机205和第二伺服电机213调整激光标记模块4处于水平状态。[0066] S3、对激光标记模块4进行水平方向的对正，如图2所示，具体步骤如下：[0067] S31、打开激光笔407，驱动第三伺服电机406转动多次，读取第三伺服电机406每次转动时，激光笔407产生的激光线水平转动角度θ1i。[0068] S32、通过激光测距传感器403测得第三伺服电机406每次转动前激光笔407所产生的激光线的长度L1i以及转动后的激光线的长度L2i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均水平移动距离d1i，平均水平移动距离d1i的表达式为：[0069][0070] 式中，i为伺服电机406转动的次数，i＝1,2,…,n。[0071] S33、获得激光笔407发射点在水平方向上距离掌子面的平均垂直距离L0i，平均垂直距离L0i的表达式为：[0072][0073] S34、确定激光笔407初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向平均偏转角度α，水平方向平均偏转角度α的表达式为：[0074][0075] 式中，ai为伺服电机406第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线水平方向偏转角度。[0076] S35、通过驱动第三伺服电机406转动α角度，实现激光标记模块4在水平方向上的对正。[0077] S4、对激光标记模块4进行竖直方向的对正，如图3所示，具体步骤如下：[0078] S41、驱动第四伺服电机401转动多次，读取第四伺服电机401每次转动时，激光笔407产生的激光线竖直转动角度θ2i。[0079] S42、通过激光测距传感器403测得第四伺服电机401每次转动前激光笔407所产生的激光线的长度L3i以及转动后的激光线的长度L4i，以此获得激光线发射点在掌子面上的平均竖直移动距离d2i，平均竖直移动距离d2i的表达式为：[0080][0081] 式中，i为伺服电机406转动的次数，i＝1,2,…,n。[0082] S43、获得激光笔407发射点在竖直方向上距离掌子面的平均垂直距离Li，平均垂直距离Li的表达式为：[0083][0084] S44、确定激光笔407初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向平均偏转角度β，竖直方向平均偏转角度β的表达式为：[0085][0086] 式中，βi为伺服电机406第i次转动时，获得的激光笔初始照射方向与隧道掌子面法线竖直方向偏转角度。[0087] S45、通过驱动第四伺服电机401转动β角度，实现激光标记模块4在竖直方向上的对正。[0088] S5、建立掌子面坐标系O1?xyz，选取掌子面第一侧边沿上最下方的点为原点Q1，沿掌子面水平方向向右为x轴，沿掌子面竖直方向向上为y轴，同时建立标记装置坐标系O2?x’y’z’，选取激光笔发射点的位置为原点，各坐标轴方向与掌子面坐标系各坐标轴方向相同，如图4所示。[0089] S6、通过人机交互模块3驱动自动调平模块2以及激光标记模块4上的伺服电机转动，将激光笔407照射至所需标记掌子面的已知点A(x1，y1，0)上。[0090] S7、通过激光测距传感器403测得激光线发射点到A点的距离L5，读取第三伺服电机的水平转角a1以及第四伺服电机的竖直转角b1，以此，获得掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在x轴方向上的距离为W，掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在y轴方向上的距离为H，表达式分别为：[0091] W＝x1+d3[0092] H＝y1+h1[0093] 式中，d3为激光线发射点在掌子面上的水平移动距离，d3＝Ltana1，L为掌子面坐标系原点O1与标记装置坐标系原点O2在z轴方向上的距离；h1为激光线发射点在掌子面上的竖直移动距离，h1＝L5sinb1。[0094] S8、获得校正后掌子面坐标系O1?xyz与标记装置坐标系O2?x’y’z’的坐标转换矩阵T，坐标转换矩阵T的表达式为：[0095][0096] S9、将掌子面上的已知点A通过坐标转换，转换至标记装置坐标系中，通过控制标记装置上的水平和竖直方向转动的角度来在掌子面上打出对应的点，具体表达式为：[0097] B＝TA[0098] 式中，A为在掌子面坐标系中的已知点，A＝(x1，y1，z1，1)?1；B为A点在标记装置坐标?1系中的位置，B＝(x2，y2，z2，1) 。[0099] S10、标定完成后，输入掌子面上点的坐标，系统自动转换成标记装置对应的坐标，通过计算得出每个点对应第三伺服电机以及第四电机所需转动角度，从而实现在隧道掌子面上的打点标记操作。[0100] 本发明的第二方面，本发明提供一种用于隧道的自动激光测量点位标记方法的标记装置，如图5～图9所示，其包括支撑模块1、自动调平模块2、激光标记模块4以及放置于自动调平模块2上的人机交互模块3。[0101] 如图6所示，支撑模块1包括顶部固定板101和三条均布设于顶部固定板101边沿上的伸缩腿102，且每条伸缩腿102的上端均与顶部固定板101转动连接。[0102] 如图7和图8所示，自动调平模块2通过底盘210设于顶部固定板101上，且自动调平模块2包括调平平台201、调平机构外壳203、第一伺服电机205、第一从动轴207、、第二从动轴209、底盘210和第二伺服电机213，调平平台201设于调平机构外壳203的上方，且调平机构外壳203中设有第一伺服电机205，第一伺服电机205的第一电机输出轴202通过第一深沟球轴承204与调平平台201的第一侧面转动连接，且第一从动轴207通过第一带座轴承206与调平平台201的第二侧面转动连接，通过驱动第一伺服电机205转动，能实现自动调平模块2Y方向的转动，调平机构外壳203设于底盘210的上方，且底盘210上设有第二伺服电机213，第二伺服电机213的第二电机输出轴211通过第二深沟球轴承212与调平机构外壳203的第三侧面转动连接，且第二从动轴209通过第二带座轴承208与调平机构外壳203的第四侧面转动连接，通过驱动第二伺服电机213转动，能实现自动调平模块2X方向的转动。[0103] 如图9所示，激光标记模块4通过水平旋转平台411设于自动调平模块2上，且激光标记模块4包括第四伺服电机401、激光测距传感器403、倾角传感器404、第三伺服电机406、激光笔407、激光笔支架408和水平旋转平台411，水平旋转平台411设于调平平台201上，且第三伺服电机406的输出轴通过平面推力滚针轴承405与水平旋转平台411的底部转动连接，通过驱动第三伺服电机406转动，能实现水平旋转平台411绕Z方向的转动，且激光测距传感器403、倾角传感器404均安装于水平旋转平台411上，第四伺服电机401设于水平旋转平台411的侧面，且第四伺服电机401上第四电机输出轴402的第一端通过推力球轴承409支撑于水平旋转平台411的一端，第四电机输出轴402的第二端通过第三带座轴承410支撑于水平旋转平台411的另一端，第四伺服电机401的第四电机输出轴402上设有激光笔支架408，且激光笔支架408与水平旋转平台411转动连接，激光笔407设于激光笔支架408上。[0104] 具体的，人机交互模块3上设于调平机构外壳203的外侧，且人机交互模块3上设有触摸显示屏，能实现目标参数坐标的输入。[0105] 具体的，第一伺服电机205的输出轴轴线与第二伺服电机213的输出轴轴线垂直，且第一伺服电机205的输出轴轴线与第四伺服电机401的输出轴轴线平行，第四伺服电机401的输出轴轴线与第三伺服电机406的输出轴轴线垂直。[0106] 本发明将传统标记仪器结构改进为自动标记和自动调平两大部分，通过支撑模块可以实现激光标记模块高度的调节，而进一步的通过调节自动调平模块中的两个伺服电机可以实现激光标记模块高精度的自动调平，相比传统的通过采用人工调整调平螺丝和校准气泡管等方式调平的仪器更加高效、精确，有利于提高标记效率，提升标记的准确度。同时激光标记模块中设有两个伺服电机、激光测距传感器以及激光笔，通过集合关系可以进行标记装置与工作平面姿态的对正，即激光笔指向掌子面法线方向，从而进行后续的激光标记操作，对正后在进行标记操作简化了电机控制的程序，提高了装置的精度与效率，能够用于多种复杂环境点位的标记测量，具有结构小、重量轻、方便携带、使用范围广、使用灵活等优点。[0107] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

专利地区：河北

专利申请日期：2024-03-26

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN118258367B