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专利名称：一种扇形激光束发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量定位领域一种激光发射装置，特别涉及矿山激光定位领域的一种扇形激光束发射装置。
背景技术：
测量定位技术与人类的实践活动密不可分，同时也随着社会的进步而不断发展和变革。目前具备在三维空间中进行一维度的精确识别定位的技术有全站仪、卫星遥感技术和激光标靶方法。全站仪和卫星遥感技术虽然理论上可以完成三维空间中任一维度的识别定位，但由于仪器调节难度大、成本较高等，加之仪器易受恶劣环境的影响，很难在煤矿井下实施。激光标靶方法为，激光标靶通过感应激光束确定激光光斑移动的距离，进而得到激光标靶所在机器(如掘进机)的偏移距离，用于控制机器按照设计方向进行工作，激光束须在机器上形成线形光斑并与激光标靶方向相交。该方法易于操作、成本低且适用于恶劣环境，但仍缺少完整的能用于煤矿井下的激光发射装置。公开号为CN2798138的多光束线激光发生装置专利，虽然能发射线激光束，但其不能发射特定角度的扇形激光束，也没有相应的调节机构，而且不能应用于煤矿井下。鉴于以上所述情况，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于提供一种扇形激光束发射装置，在发射扇形激光束的基础上，装置可对激光束进行多方位调节，并能应用与煤矿井下，与激光标靶配合实现在三维空间中进行一维度的精确识别定位，提高矿山自动化，减轻工人劳动强度。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种扇形激光束发射装置，包括激光半导体组件、防护机构和位姿调节机构，其中激光半导体组件包括供电�？�、半导体发射源和光学镜片模组，位姿调节机构包括底座、调节定位杆、球面铰接体、水平横梁和锚杆连接件，激光半导体组件安装在防护机构内，用于发射设计角度的扇形激光束，优选的，所述激光半导体组件的供电�？椤�半导体发射源和光学镜片模组整体封装固定在防护机构中，这样有利于激光半导体组件的稳定工作和扇形激光束发射方向的调节；防护机构安装在位姿调节机构上，用于防护激光半导体组件，并用于连接激光半导体组件作为一整体受位姿调节机构的调节，优选的，防护机构设计为空心封闭圆柱状，位姿调节机构底座与防护机构配合段设计为圆筒状，通过球面铰接体进行配合；位姿调节机构安装在巷道顶板原有的锚杆上，用于通过调节防护机构的位姿继而调节激光束的发射方向和扇面偏转角度，所述锚杆为当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，其将巷道的围岩束缚在一起，使围岩自身支护自身，现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡、隧道、坝体进行主动加固。通过上述激光半导体组件、防护机构、位姿调节机构三部分的配合工作，实现了本发明发射扇形激光束并可调节其发射方向和扇面偏转角度的功能。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的激光半导体组件包括供电�？�、半导体发射源和光学镜片模组，整体封装在防护机构内，光学镜片模组选用狭缝形式，用于产生扇形激光束，半导体发射源由供电�？楣┑纾�激发的激光通过光学镜片模组的狭缝形成具有一定厚度的扇形激光束，扇形激光束发射到前方物体上形成一条具有一定宽度的激光线，激光线的长度由扇形激光束的发射角和物体距发射源的长度决定；激光线的宽度由透镜性质、狭缝宽度和传播介质决定；激光线的激光强度由激光半导体供电功率和自身属性决定。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的防护机构制作为圆柱状隔爆形式，前端使用防爆玻璃。优选的，防护机构根据矿用隔爆标准设计制作，内部封装固定激光半导体组件，前端使用防爆玻璃用于透射出激光束。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的位姿调节机构采用双锚杆安装形式，即使用两个锚杆连接件，这种方式既可保证装置的稳固，也可为装置提供更大的沿水平横梁方向的移动范围。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的位姿调节机构采用四个互成90度的调节定位杆与球面铰接体配合的形式，实现激光半导体组件随防护机构在以球面铰接体为中心平行于相对的两个调节定位杆的两个平面上的旋转摆动。优选的，球面铰接体为分别设置固定在防护机构和底座套筒上的球体套和球体面；底座调节定位杆采用螺纹配合穿过底座套筒壁，端部可与摆动到任意位置处的防护机构接触，互成180度的两个调节定位杆轴线重合，通过相对的两个调节定位杆的伸缩配合，实现激光半导体组件随防护机构在以球面铰接体为中心平行于两个调节定位杆的平面上的旋转摆动。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的位姿调节机构的底座与水平横梁采用滑动配合外加紧固装置的方式，滑动用于实现激光半导体组件在水平横梁方向的偏移，然后通过紧固装置固定；所述位姿调节机构的锚杆连接件与锚杆的采用滑动配合外加紧固装置的方式，用于实现激光半导体组件在锚杆长度方向上的移动和固定；所述位姿调节机构的两个锚杆连接件通过沿锚杆的上下滑动，实现激光半导体组件以自身轴线为中心的旋转运动。优选的，水平横梁采用圆柱杆，底座滑动部分采用不完全封闭的套筒，圆柱杆与套筒为间隙配合，在套筒开口处安装螺栓作为紧固装置。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的扇形激光束的设计角度由半导体发射源与光学镜片模组的距离和狭缝长度两个参数的选取来实现，即扇形激光束的角度可根据需要设计制作。半导体发射源与光学镜片模组狭缝两端构成一个等腰三角形，半导体发射源为等腰三角形的顶点，扇形激光束的发射角度为顶角，半导体发射源与光学镜片模组的距离为等腰三角形的高，狭缝长度为等腰三角形的底边长度，根据数学平面几何原理，等腰三角形的底边和高可确定顶角，由此，扇形激光束的设计角度可由半导体发射源与光学镜片模组的距离和狭缝长度两个参数的选取来实现。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的防护机构外表面均勻间隔刻有环形槽，用于散热。环形槽扩展了防护机构的散热面积，环形槽越多散热能力越强。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的一种扇形激光束发射装置，其中所述的防护机构下部安装有定位机构，用于借助巷道点激光束作为基准，对装置自身进行定位。优选的，定位机构为两个安装在防护机构下方与防护机构轴线方向平行的直线上的狭缝机构，后方点激光束同时穿过两个狭缝，即认为激光束发射装置调节到了正确位置状态。


如图1所示为本发明整体结构组成示意图；如图2所示为本发明激光半导体组件结构示意图；如图3所示为本发明防护机构与底座装配示意图；图中1.锚杆连接件2.锚杆3.水平横梁4.防护机构5.紧固螺栓6.底座7.定位机构8.调节定位杆9.紧固装置10.防爆玻璃11.光学镜片模组12.半导体发射源13.供电�？�14.球面铰接体15.散热槽
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式
、结构、特征及其功效详细说明如后，并在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。如图1所示为本发明一种扇形激光束发射装置整体结构组成示意图，包括激光半导体组件、防护机构4、位姿调节机构和定位机构7，其中激光半导体组件包括供电�？�13、半导体发射源12和光学镜片模组11，位姿调节机构包括底座6、调节定位杆8、球面铰接体14、水平横梁3和锚杆连接件1，激光半导体组件的供电�？�13、半导体发射源12和光学透镜片组11整体封装固定在防护机构4中，防护机构4安装在底座6套筒段内，底座6后端安装四个互成90度的调节定位杆8，底座6上部滑块段与水平横梁3连接，紧固螺栓5安装在底座6的滑块段上，锚杆连接件1连接水平横梁3端部和锚杆2，并在水平横梁3两端各连接一根锚杆2，相隔100毫米的两个定位机构7安装在防护机构4下方，定位机构7的狭缝所在的平面与扇形激光面重合。如图2所示为激光半导体组件结构示意图，包括供电模块13、半导体发射源12和光学透镜片组11三部分，供电�？�13安装在防护机构4后端，半导体发射源12安装在防护机构4中部并由供电�？�13供电，光学透镜片模组11在前端，光学镜片模组11为狭缝形式，扇形激光束在80米处形成的线形光斑宽度不大于25毫米。 如图3所示为防护机构与底座装配示意图，防护机构4设计为空心圆柱状，后端留有一孔用于引出电源线，前端由防爆玻璃10封闭，外表面均勻间隔刻有环形散热槽15，位姿调节机构底座6与防护机构4配合段设计为圆筒状，通过球面铰接体14进行配合，球面铰接体14为分别设置固定在防护机构4和底座6套筒上的球体套和球体面；四个互成90度的调节定位杆8以螺纹配合形式穿过底座6套筒壁，端部与防护机构4接触，相对的两个调节定位杆8的伸缩配合使防护机构4以球面铰接体14为中心旋转摆动。
权利要求
1.一种扇形激光束发射装置，包括激光半导体组件、防护机构(4)和位姿调节机构，其中激光半导体组件包括供电�？�(13)、半导体发射源(1 和光学镜片模组(11)，位姿调节机构包括底座(6)、调节定位杆(8)、球面铰接体(14)、水平横梁C3)和锚杆连接件(1)，激光半导体组件安装在防护机构(4)内，用于发射设计角度的扇形激光束；防护机构(4)安装在位姿调节机构上，用于防护激光半导体组件，并用于连接激光半导体组件作为一整体受位姿调节机构的调节；位姿调节机构安装在巷道中的锚杆(2)上，用于通过调节防护机构(4)的位姿继而调节激光束的发射方向和扇面偏转角度。
2.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的激光半导体组件包括供电�？�(13)、半导体发射源(1 和光学镜片模组(11)，整体封装在防护机构(4)内，光学镜片模组(11)选用狭缝形式，用于产生扇形激光束。
3.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的防护机构(4)制作为圆筒状隔爆形式，前端使用防爆玻璃(10)。
4.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的位姿调节机构采用双锚杆安装形式。
5.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的位姿调节机构采用四个互成90度的调节定位杆(8)与球面铰接体(14)配合的形式实现激光半导体组件实现激光半导体组件的旋转摆动旋转摆动。
6.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的位姿调节机构的底座(6)与水平横梁(3)采用滑动配合外加紧固螺栓(5)的方式连接，用于实现激光半导体组件水平横梁C3)方向的移动，移动到合适位置后，通过紧固螺栓(5)固定；所述位姿调节机构的锚杆连接件⑴与锚杆⑵采用滑动配合外加紧固装置(9)的连接方式，用于实现激光半导体组件在锚杆( 长度方向上的移动和固定；所述位姿调节机构的两个锚杆连接件(1)通过沿锚杆O)的上下滑动，实现激光半导体组件以自身轴线为中心的旋转运动。
7.根据权利要求2所述的，其特征在于其中所述一种扇形激光束发射装，其特征在于其中所述的扇形激光束的设计角度由半导体发射源(1 与光学镜片模组(11)的距离和狭缝长度这两个参数决定。
8.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于其中所述的防护机构(4)外表面均勻间隔刻有用于散热的环形散热槽(15)。
9.根据权利要求1所述的一种扇形激光束发射装置，其特征在于防护机构(4)下部安装有定位机构(7)，当在煤巷中使用时，该定位机构(7)能够以巷道点激光束作为基准，对装置自身进行定位。
全文摘要
本发明涉及一种扇形激光束发射装置，包括激光半导体组件、防护机构和位姿调节机构，其中激光半导体组件包括供电�？�、半导体发射源和光学镜片模组，位姿调节机构包括底座、调节定位杆、球面铰接体、水平横梁和锚杆连接件，安装在防护机构内的激光半导体组件发射扇形激光束，位姿调节机构可使扇形激光束进行俯仰、偏摆、转动和上下、左右的移动，整套装置可应用于煤矿井下。
文档编号G01C15/00GK102570287SQ20101060858
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者吴淼, 张伟杰, 朱信平, 李睿, 杜毅博, 杨泽生, 王苏彧, 穆晶, 薛光辉, 郝明锐, 高娟, 高峰 申请人:中国矿业大学(北京)