智能工作面综采设备激光跟踪实时定位方法研究
发布时间：2021-01-10 17:00
综采工作面智能化是煤矿发展的重要方向,综采设备精确绝对定位是实现工作面智能化的关键。由于井下环境的复杂性和现有定位技术的局限性,综采设备精确绝对定位已成为制约工作面智能化的主要因素之一。针对此问题,本文提出智能工作面综采设备激光跟踪实时定位方法,通过预设于上、下顺槽的已知地理坐标的顶板控制点建立工作面绝对坐标系,采用激光跟踪技术实现对综采设备的实时定位。论文从激光跟踪实时定位系统构建方法入手对光斑位置检测与跟踪控制方法、激光跟踪头结构误差实时校正方法和系统测量误差去噪方法进行深入研究,主要包括以下内容:针对智能工作面综采设备精确绝对定位问题,提出基于绝对坐标的激光跟踪实时定位方法。对激光跟踪实时定位系统绝对坐标系建立方法和系统组成核心激光跟踪器的整体架构与软、硬件实现方法进行研究,完成光斑位置检测模块、系统跟踪光路、双轴振镜式激光跟踪头、测量模块及控制器等组成部分的设计。搭建了工作面激光跟踪器实验平台,为智能综采设备激光跟踪实时定位系统理论研究和方法验证奠定实验基础。在工作面激光跟踪实时定位系统光斑位置检测与跟踪控制方法研究方面,针对传统四象限探测器（4-QD）光斑位置检测方法精度不足...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄陵一矿智能化开采技术调度室
1985年,美国国家标准局的研究人员R.hocken和K.lan首次提出基于球坐标系的单站式激光跟踪仪[50],利用旋转轴和俯仰轴调整激光方向,通过激光测距得到目标距离,进而检测到目标位置坐标。基于球坐标系的激光跟踪仪组成与测量原理如图1.4所示。激光跟踪仪主要由激光跟踪头、激光探测器、激光测距器、系统光路、跟踪控制器、目标反射器、计算机及其它测量附件等组成。图1.4中,P(x,y,z)为被测空间目标点,由激光测距得到P点的距离OP=L,通过安装在跟踪头上的光电码盘测量得到OP的水平角和俯仰角分别为和,则可通过下式得到点P的位置:
随后很多工业发达国家从激光探测器光斑位置检测与跟踪控制技术、激光跟踪头结构与误差校正技术、激光跟踪定位测量误差滤波方法等多个方面对激光跟踪仪展开了深入的研究。由于单站式激光跟踪仪测量精度高、范围大,布站简便、携带方便,所以发展迅速。目前,商业应用比较成熟的生产商主要有美国的FARO[51]和API[52],德国的LEICA[53]和ETALON[54],其典型产品如图1.5所示。典型激光跟踪仪型号和技术参数如表1.1所示。由表中可以看出,以LEICAAT402为代表的主流商业化激光跟踪仪的精度达到μm级,测距量程最大可达数百米,跟踪速度达到4-6m/s,同时具有较大的跟踪定位范围。ETALON LaserTracer具有比主流激光跟踪仪更高的精度,但工作距离有所降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中薄煤层智能开采技术及其装备[J]. 高士岗,高登彦,欧阳一博,柴敬,张丁丁,任文清. 煤炭学报. 2020(06)
[2]智能化煤矿顶层设计研究与实践[J]. 王国法,杜毅博,任怀伟,范京道,吴群英. 煤炭学报. 2020(06)
[3]煤矿智采工作面概念及系统架构研究[J]. 葛世荣. 工矿自动化. 2020(04)
[4]基于煤层地质模型的采煤机绝对定姿定位方法的研究[J]. 华同兴,邢存恩,任刚. 煤矿机械. 2020(03)
[5]智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术[J]. 任怀伟,赵国瑞,周杰,文治国,丁艳,李帅帅. 煤炭学报. 2020(03)
[6]综采工作面复杂环境下超宽带测距技术研究[J]. 赵文生. 煤炭科学技术. 2019(12)
[7]HCKF性能评估及其在传递对准中的应用[J]. 苏炳志,穆荣军,龙腾,程超,崔乃刚. 宇航学报. 2019(11)
[8]智能化高强度开采超长工作面围岩灾变预警技术[J]. 范志忠,潘黎明,徐刚,尹希文. 煤炭科学技术. 2019(10)
[9]煤矿智能化开采模式与技术路径[J]. 王国法,庞义辉,任怀伟. 采矿与岩层控制工程学报. 2020(01)
[10]空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究[J]. 张敏,佟首峰,滕云杰. 激光与红外. 2019(08)
博士论文
[1]高精度光学三维标示关键技术及应用研究[D]. 刘邈.天津大学 2016
[2]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[3]单站式激光跟踪坐标测量系统研究[D]. 张亚娟.天津大学 2012
硕士论文
[1]激光跟踪仪动态特性研究[D]. 曹儿方.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2017
[2]激光跟踪仪快速跟踪测量关键技术研究[D]. 张逸飞.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：2969077
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
黄陵一矿智能化开采技术调度室
1985年,美国国家标准局的研究人员R.hocken和K.lan首次提出基于球坐标系的单站式激光跟踪仪[50],利用旋转轴和俯仰轴调整激光方向,通过激光测距得到目标距离,进而检测到目标位置坐标。基于球坐标系的激光跟踪仪组成与测量原理如图1.4所示。激光跟踪仪主要由激光跟踪头、激光探测器、激光测距器、系统光路、跟踪控制器、目标反射器、计算机及其它测量附件等组成。图1.4中,P(x,y,z)为被测空间目标点,由激光测距得到P点的距离OP=L,通过安装在跟踪头上的光电码盘测量得到OP的水平角和俯仰角分别为和,则可通过下式得到点P的位置:
随后很多工业发达国家从激光探测器光斑位置检测与跟踪控制技术、激光跟踪头结构与误差校正技术、激光跟踪定位测量误差滤波方法等多个方面对激光跟踪仪展开了深入的研究。由于单站式激光跟踪仪测量精度高、范围大,布站简便、携带方便,所以发展迅速。目前,商业应用比较成熟的生产商主要有美国的FARO[51]和API[52],德国的LEICA[53]和ETALON[54],其典型产品如图1.5所示。典型激光跟踪仪型号和技术参数如表1.1所示。由表中可以看出,以LEICAAT402为代表的主流商业化激光跟踪仪的精度达到μm级,测距量程最大可达数百米,跟踪速度达到4-6m/s,同时具有较大的跟踪定位范围。ETALON LaserTracer具有比主流激光跟踪仪更高的精度,但工作距离有所降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中薄煤层智能开采技术及其装备[J]. 高士岗,高登彦,欧阳一博,柴敬,张丁丁,任文清. 煤炭学报. 2020(06)
[2]智能化煤矿顶层设计研究与实践[J]. 王国法,杜毅博,任怀伟,范京道,吴群英. 煤炭学报. 2020(06)
[3]煤矿智采工作面概念及系统架构研究[J]. 葛世荣. 工矿自动化. 2020(04)
[4]基于煤层地质模型的采煤机绝对定姿定位方法的研究[J]. 华同兴,邢存恩,任刚. 煤矿机械. 2020(03)
[5]智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术[J]. 任怀伟,赵国瑞,周杰,文治国,丁艳,李帅帅. 煤炭学报. 2020(03)
[6]综采工作面复杂环境下超宽带测距技术研究[J]. 赵文生. 煤炭科学技术. 2019(12)
[7]HCKF性能评估及其在传递对准中的应用[J]. 苏炳志,穆荣军,龙腾,程超,崔乃刚. 宇航学报. 2019(11)
[8]智能化高强度开采超长工作面围岩灾变预警技术[J]. 范志忠,潘黎明,徐刚,尹希文. 煤炭科学技术. 2019(10)
[9]煤矿智能化开采模式与技术路径[J]. 王国法,庞义辉,任怀伟. 采矿与岩层控制工程学报. 2020(01)
[10]空间激光通信单探测器复合跟踪控制技术研究[J]. 张敏,佟首峰,滕云杰. 激光与红外. 2019(08)
博士论文
[1]高精度光学三维标示关键技术及应用研究[D]. 刘邈.天津大学 2016
[2]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[3]单站式激光跟踪坐标测量系统研究[D]. 张亚娟.天津大学 2012
硕士论文
[1]激光跟踪仪动态特性研究[D]. 曹儿方.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2017
[2]激光跟踪仪快速跟踪测量关键技术研究[D]. 张逸飞.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：2969077
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