一种透镜聚焦式激光接收靶
阅读说明：本技术 一种透镜聚焦式激光接收靶 (Lens focusing type laser receiving target ) 是由 范京道 王春刚 陈洪月 张德生 张乘风 周兴利 王春林 王宇 马英 任怀伟 肖松 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光靶中心定位装置,包括清灰装置、角度调节装置和激光接收装置。所述的角度调整架安装在底座上,可以旋转后方的调节杆改变接收装置与激光的角度；接收装置的外壳上端与角度调节架相连,下端与底座相连；清灰装置的出风管有24个出风口,对称分布在四周,每侧个6个负责吹走落在接收装置表面的粉尘；接收装置用螺栓连接固定在外壳上,由玻璃、透镜、光敏元件,机箱四部分组成,机箱和玻璃密封防止煤灰进入,凸透镜由36个小凸透镜组成。激光透过凸透镜聚焦在光敏元件上,通过查看被激活的元件,可以推出激光所打在的位置上。本发明结构简单,操作方便,检测效率高,可以应用在环境恶劣的场合。(The invention discloses a laser target center positioning device which comprises an ash removal device, an angle adjusting device and a laser receiving device. The angle adjusting frame is arranged on the base, and the adjusting rod at the rear can be rotated to change the angle between the receiving device and the laser; the upper end of the shell of the receiving device is connected with the angle adjusting frame, and the lower end of the shell of the receiving device is connected with the base; the air outlet pipe of the ash cleaning device is provided with 24 air outlets which are symmetrically distributed on the periphery, and 6 air outlets on each side are responsible for blowing away dust falling on the surface of the receiving device; the receiving device is fixed on the shell by bolts and comprises four parts of glass, a lens, a photosensitive element and a case, the case and the glass are sealed to prevent coal ash from entering, and the convex lens comprises 36 small convex lenses. The laser is focused on the photosensitive element through the convex lens, and the position where the laser is positioned can be deduced by looking at the activated element. The invention has simple structure, convenient operation and high detection efficiency, and can be applied to occasions with severe environment.)
技术领域
本发明属于煤矿下一种激光定位技术，特别涉及一种聚焦式激光靶定位方法。
背景技术
煤炭工业在我国生产中占有极其重要的位置，井下巷道施工自动化更是煤炭行业的热点研究领域，自动定向掘进技术是其中最为关键的研究内容之一。在矿山巷道定向掘进中，激光具有高方向性、高单色性、能量集中等优点，能准确的指示出巷道的方向，能有效的提高巷道的施工质量和施工进程，大大的提高了巷道施工的质量和速度。
目前我国普遍使用的定向掘进方式，仍是基于传统的“点激光指向仪定位法”。这种方法需要靠施工人员肉眼观察，判断方向。在自动化水平日益提高的今天，这种技术定位指向精度低，巷道施工的效率大大降低。
基于以上原因，对于井下定向施工的精确性和快速性，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了提高定向施工的准确性和快速性，本发明提供了一种能定位430~800nm波长的激光的接收装置，可以实时精确检测到激光的中心位置。
本发明为检测激光的中心位置，提供一种激光接收装置，具体技术方案如下：
角度调整装置包括：底座，支撑架（两短一长），连杆，角度调节杆，螺纹杆；
清灰装置包括：进风管，出风管；外壳，吸灰装置；
激光接收装置包括：机箱，玻璃，36个凸透镜组成的一个大透镜和36个光敏元件以及内部电路。
所述的长支撑架安装在底座的后方由螺栓固定，底座的前方左右两侧各安装一个短支撑架，安装方法与长支撑杆相同。长支撑架顶部打一个通孔，用于安装调节杆。短支撑杆顶端打一通孔，与外壳的底部用铁柱连接。铁柱与短支撑杆和外壳都是过渡配合。
所述的角度调节杆由两部分组成：固定帽和调节杆。
固定帽轴向通孔，内孔与调节杆外径过渡配合。固定帽周向有一通孔，由螺栓固定在调节杆上。调节杆轴向通孔，通孔有内螺纹与螺纹杆外螺纹配合。
调节杆外部有阶梯，与长支撑杆内孔间隙配合，梯台用于一侧轴向固定调节杆，另一侧由固定帽轴向固定。调节杆外部末端有手柄，可以通过周向旋转手柄改变激光接收装置与底座之间的夹角，使激光接收器的平面与激光垂直。
所述的螺纹杆一端打一通孔，与连杆用铁柱连接，铁柱与螺纹杆和连杆都是过渡配合。螺纹杆除了打孔一端，剩余都铺满外螺纹。
所述的连杆用与连接螺纹杆和外壳之间的连接。连杆与外壳之间用铁柱连接，铁柱与连杆和外壳都是过渡配合。
在角度调节过程中，顺时针旋转角度调节杆的手柄，角度调节杆的内螺纹会推动螺纹杆向前运动，外壳顶端底部与短支撑杆相连固定，激光接收装置只能向前摆动。反之，逆时针旋转角度调节杆，角度调节杆的内螺纹会推动螺纹杆向后运动，激光接收器向后摆动。本发明可以通过旋转角度调节杆，改变激光接收装置与底座的角度，可以接收任意方向上的激光。
所述清灰装置的外壳外部与短支撑杆和螺纹杆连接，用于角度调节和支撑固定。内部有凸台，凸台上有螺纹孔，用于固定激光接收转置。外壳四周有二十四个通孔，每侧有六个均匀分布。外壳正面设计了四个吸灰装置，用于吸走出风管吹走的灰尘。
所述的进风管入口外接在鼓风机上，出口与出风管相连。压缩空气从鼓风机进入进风管，再从进风管进入出风管中。
所述的出风管安装在外壳上。出风管有一个进风口，有二十四个出风口，外壳的每侧有六个出风口。出风管的入口与进风管相连，出口对着接收装置的玻璃。
所述的吸灰装置安装在外壳的正面，一共四个，分别用螺栓连接固定在正面的四个边上。吸灰装置尾部外接抽风机，在灰尘较多时，吸灰装置可以吸走出风管吹起的灰尘。
由于在井下工作，灰尘较多，可能会发生灰尘将接收装置挡住或使激光发生折射的现象，妨碍接收装置采集激光。为防止这一现象的产生，本发明设计一种清灰装置，可以清除落在激光接收装置上的灰尘。
清灰装置外接鼓风机，将压缩空气从鼓风机送入进风管，进风管出口连接出风管，压缩空气经过出风管内部管道分成六股，从出风管的出风口排出。每侧都有六个出风口，排出的压缩空气在激光接收装置表面产生对流，将表面的灰尘吹离激光接收装置。为保证吹离的灰尘不会再影响激光接收装置，本发明在灰尘被吹走的方向上安装四个吸灰装置，增强了清灰装置的可靠性，提高激光接收器在恶劣环境下的精准度和抗干扰能力。
本发明的激光接收装置要有良好的气密性，连接处要用橡胶垫密封，防止井下的灰尘进入，降低了接收装置的精准度。
所述的机箱分由顶盖和箱体组成。
顶盖和箱体之间由螺栓连接用于固定玻璃。在顶盖和箱体预留要有橡胶垫槽，橡胶垫即用于隔绝空气，又防止在安装顶盖的过程中，将玻璃压碎。
箱体外部有凸台，凸台上有螺纹孔，与外壳用螺栓固定。箱体内部有凸台，凸台上安装橡胶垫，用于固定透镜。箱体内部安装电路板，由螺栓固定。箱体底部打孔，安装连接器，连接器与通孔要用密封胶密封。连接器主要作用是将光敏元件采集的数据信号传送到外面。
所述的透镜由36个小凸透镜组成。每个小凸透镜都是正方形的，按照6×6排列成一个大正方形。当激光打在36个小透镜的任意一个上，小透镜可以将激光聚焦在它所对应光敏元件，增强激光接收装置的准确性。
可选的光敏元件可以采用光电池，也可以采用光电二级管。光电池价格便宜，精确度低，可以直接检测；光电二极管精确度高，需要配合跨组放大器放大，配套器件价格昂贵。在不考虑成本的情况下，优选光电二极管检测，光电二级管可以检测430~800nm波长的激光。
所述的内部电路是包含36个光敏元件。当激光经过透镜的聚焦照射在某一光敏元件上，光敏元件通过光电效应，将激光的光能转化成电能，当内部电路检测到光敏元件的两端电压发生较大变化时，内部电路就认定激光打在该光敏元件上，经过滤波，整流，放大，将信号通过连接器，传递给外部上位机。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
角度调节装置可以改变激光接收装置与底座的角度，可以接收任意方向上的激光；清灰装置可以清除落在激光接收装置上的灰尘，提高激光接收器在恶劣环境下的精准度和抗干扰能力。激光接收装置可以更精确、更快速地检测波长为430~800nm激光的中心位置。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是本发明的一种透镜聚焦式激光接收靶的正视图。
图2是本发明的一种透镜聚焦式激光接收靶的背面轴测视图。
图3是本发明的一种透镜聚焦式激光接收靶的正面轴测视图。
图4是本发明的一种透镜聚焦式激光接受靶的侧面剖视图。
图5、图6是本发明的一种透镜聚焦式激光接受靶的两个极限位置。
图7是本发明的出气管的剖面图。
图8是本发明透镜的示意图。
图9是本发明底座的俯视图。
图10是本发明箱体的局部放大视图。
附图标记说明：1.底座；2.短支撑杆；3.长支撑杆；4.调节杆；5.固定帽；6.螺纹杆；7.外壳；8.连杆；9.箱体；10.玻璃；11.橡胶垫；12.顶盖；13.透镜；14.出气管；15.铜螺柱；16.内部电路；17.上下吸灰装置；18.左右吸灰装置；
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如所示图1所示，本发明公开一种激光中心定位装置，能定位430~800nm波长的激光的接收装置，可以实时精确检测到激光的中心位置。
为便于理解，规定图1为正面，图1的后视图为背面，图1的俯视图为顶部，图1的左视图为左面。
下面结合图2，图3，图4对本实施例进行详细说明。
激光接收靶角度调节装置由底座1，短支撑杆2，长支撑杆3，角度调节杆组件（4和5），螺纹杆6，连杆8组成。
所述的底座1如图7所示，靠前左右两侧对称各有一个槽用于定位安装两个短支撑杆2；在底座1中线靠后的位置有一个槽用于定位安装长支撑杆3。底座于长短支撑杆用螺栓连接。
短支撑杆2是两个大小形状相同的杆，平行安装在底座上。短支撑杆2底部为正方形，四角有四个通孔，顶部为u型支撑座，与外壳7用铁柱相连，限制了外壳的前后左右的移动的自由度，使外壳只能前后摆动。
长支撑杆3安装与底座的中后方，顶部有通孔用于周向固定角度调节杆组件（4和5）。
所述的角度调节杆组件（4和5）由调节杆4和固定帽5组成。
调节杆4有三个阶梯，第三个阶梯也是直径最大的阶梯，末端安装一个手柄，增大了角度调节杆的力臂，使工人在调节角度时更加省力。第二阶梯用做定位轴肩，如图4所示，第二阶梯轴肩与长支撑杆接触对角度调节杆起轴向固定的作用。第一阶梯与长支撑杆的通孔接触，两者间隙配合，需加润滑油进行润滑。第一阶梯侧面有一盲孔，用于安装定位固定帽5。调节杆4中间为螺纹通孔，与螺纹杆6外螺纹互相啮合。通过旋转调节杆，可以控制螺纹杆向前或向后运动。防止反作用力使调节杆远离支撑杆，在第一阶梯安装固定帽，固定了调节杆的轴向移动。
所述的连杆8是用于连接外壳7和螺纹杆6。可以把螺纹杆的前后运动转化成激光接收靶的前后摆动。
具体激光接收靶的角度调节装置的操作过程如下：
顺时针旋转调节杆4，角度调节杆的内螺纹推动螺纹杆6向前运动，带动连杆8和外壳7向前运动。因为外壳底部由短支撑杆固定，所以外壳只能向前摆动。反之，逆时针旋转调节杆4，螺纹杆6向后运动，拉动连杆8和外壳向后运动，致使外壳向后摆动。
图5、图6为激光接收靶的两个的极限位置，本发明可以通过旋转角度调节杆选择两个极限位置之间的任意角度。
激光接收靶的清灰装置是由外壳7、进风管、出风管14、吸灰装置套件（17、18）组成。
所述的外壳7背面底部左右各一个支撑座，左右两个支撑座沿中线位置对称，支撑座左右面中心位置有通孔，与短支撑杆用铁柱连接。铁柱与外壳支撑座过盈配合，铁柱与短支撑杆之间过渡配合。外壳7背面中上部中线有一支撑座母座，与连杆8用铁柱相连。支撑座母座左侧中心位置有一通孔，与铁柱之间过渡配合，连杆8与铁柱之间过盈配合。
外壳7正面有凸台，凸台四角倒圆角，四边各有两个安装孔，用于安装吸灰装置（17、18）。每条边上的两个孔沿中线对称。
外壳7内部有凸台，凸台的上下边宽，左右边窄。凸台四角各一个孔，上下边中线处有各有一个孔，共六个孔，用于安装固定机箱。
外壳7顶部、底部、左侧、右侧各有六个通孔。每面的六个通孔中心在一条直线上，每个通孔间距相同，六个通孔沿中心对称。
所述的进风管为普通软管用于连接鼓风机和出风管。
所述的出风管14截面如图7所示，进风管内部中空，有一个进风口，二十四个出风口。进风管入口在右侧，出风口每条边上各六个。每条边上的出风口，间距相等，沿中线对称，出风管的出风口弯向激光接收靶的玻璃，出风口长度，不超过顶盖12的内边线。
所述的吸灰装置套件（17、18）有两组，每组两个吸灰口，共四个吸灰口位于外壳7正面凸台的四条边上。上下吸灰口17安装在外壳7的正面顶部和底部。上下吸灰口17大小，形状相同。吸灰口内部中空，末端有出口与抽风机相连，两侧有凸台，凸台上各有一个安装孔。上下吸灰口17的中线与外壳7中线重合，两侧的安装孔与外壳边上的螺纹孔对应，两者之间用螺栓连接固定。左右吸灰口18安装方法和大小结构与上下吸灰口17类似，区别在于上下吸灰口17的两侧凸台位于吸灰口的中线位置，而左右吸灰口的两侧凸台位于吸灰口中线和吸灰口入口之间。
激光接收靶的激光接收装置由箱体9、玻璃10、橡胶垫11、顶盖12、透镜13、铜螺柱15、激光接收靶内部电路16组成。
所述的玻璃10采用防爆玻璃，正面为正方形，四周固定在箱体15上，玻璃的厚度与与箱体槽的深度一致，这样即保证了装置气密性又保证了透镜的安全性。
所述的顶盖12安装在箱体15上。顶盖的长和宽相等，中间挖空，方便激光穿过。正面有八个安装孔，顶盖的四角各一个，每条边的中心各一个。背面有一个正方形的窄槽，安装橡胶垫，保证激光接收靶的密封性。
每个激光接受靶需要两个橡胶垫11，分别安装在顶盖和箱体上，形状为正方形窄条。所述的橡胶垫11比顶盖和箱体的槽略厚一些，防止安装顶盖时压碎玻璃并给予装置一定的气密性。
所述的透镜13如图8所示，整块透镜为玻璃制成。透镜13外部有凸台，凸台四角有安装孔，安装固定在机箱内部凸台上。内部由三十六个形状、大小相同的正方形小凸透镜组成。三十六个小凸透镜按照6×6均匀排列，当激光照在某一个小凸透镜时，小凸透镜可以将激光聚焦在光敏元件上，增强了设备测量的灵敏度。
所述的箱体9的角局部视图如图10所示，箱体正面有一凸台，凸台上有八个个安装孔，与顶盖的通孔位置对应，用螺栓固定。凸台外部的顶部和底部有定位孔，与外壳7内部的螺孔孔对应。凸台内部有正方形槽，用于固定防爆玻璃，防止玻璃滑移，槽的四角有圆型槽，方便拆卸玻璃。正方形槽底部另有一个安装橡胶垫的槽。箱体9内部凸台，四角各有一个安装孔，用于固定透镜13，防止机器工作时震动导致透镜滑动，损坏透镜。箱体内部的底部四角各有一个螺纹孔，非通孔，与铜螺柱顶起内部电路板，便于固定电路板和给电路内部连线留出空地。箱体底部打孔，安装连接器，连接器与通孔要用密封胶密封。连接器主要作用是将光敏元件采集的数据信号传送到外面。
所述接收靶内部电路16有三十六个光敏元件，按6×6排列在电路板上，每个光敏元件之间间距相等。电路板四角有通孔由螺丝和铜螺柱固定在箱体上。当激光经过透镜的聚焦照射在某一光敏元件上，光敏元件通过光电效应，将激光的光能转化成电能，当内部电路检测到光敏元件的两端电压发生较大变化时，内部电路就认定激光打在该光敏元件上，经过滤波，整流，放大，将信号通过连接器，传递给外部上位机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原
则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
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