AT14252U1 - System for determining a face breast image - Google Patents
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Abstract
Anordnung (120) zum Ermitteln eines Bilds zumindest eines Bereichs einer von einer Tunnelbohrmaschine (180) bearbeiteten Ortsbrust (122) eines Gebirges (102), wobei die Anordnung (120) einen rotierfähigen Bohrkopf (150) für die Tunnelbohrmaschine (180) zum Abtragen von Gesteinsmaterial der Ortsbrust (122), eine Bildaufnahmeeinrichtung (124), die zum Aufnehmen von Bilddaten zumindest eines Abschnitts (600) der Ortsbrust (122) an dem Bohrkopf (150) angebracht ist, und eine Bildverarbeitungseinrichtung (126) aufweist, die zum Verarbeiten von Bilddaten von mehreren Abschnitten (600) der Ortsbrust (122), die mittels der Bildaufnahmeeinrichtung (124) insbesondere während des Rotierens des Bohrkopfs (150) aufgenommen werden, und zum Rekonstruieren des Bilds zumindest des Bereichs der Ortsbrust (122) aus den Bilddaten der mehreren Abschnitte (600) der Ortsbrust (122) ausgebildet ist.An assembly (120) for determining an image of at least a portion of a tunnel boring face (122) of a rock (102) processed by a tunnel boring machine (180), the assembly (120) comprising a rotatable drill head (150) for the tunnel boring machine (180) for excavating A face material (122), image capturing means (124) adapted to receive image data of at least a portion (600) of the face (122) on the bit (150), and image processing means (126) adapted to process Image data from a plurality of sections (600) of the face (122) captured by the image capture device (124), particularly during rotation of the drill head (150), and reconstructing the image of at least the region of the face (122) from the image data of the plurality Sections (600) of the working face (122) is formed.
Description
Beschreibungdescription
SYSTEM ZUM ERMITTELN EINES ORTSBRUSTBILDSSYSTEM FOR DETERMINING A SITE BRUSH IMAGE
[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ermitteln eines Bilds zumindest eines Be¬reichs einer von einer Tunnelbohrmaschine bearbeiteten Ortsbrust eines Gebirges, eine Tun¬nelbohrmaschine und ein Verfahren zum Ermitteln eines Bilds zumindest eines Bereichs einervon einer Tunnelbohrmaschine bearbeiteten Ortsbrust eines Gebirges.The invention relates to an arrangement for determining an image of at least one area of a tunnel boring machine worked by a tunnel boring machine, a tunnel boring machine and a method for determining an image of at least one area of a tunnel boring machine worked face of a mountain.
[0002] Eine Tunnelbohrmaschine ist eine Maschine, die zum Bau von Tunnels eingesetzt wird.Bauteile einer Tunnelbohrmaschine sind ein Abbauschild mit Vorschub- und Verspanneinrich¬tungen, Einrichtungen für den Einbau von Stütz- und Ausbaumaßnahmen, Einrichtungen zumMaterialabtransport, eine Versorgungseinheit (Strom, Druckluft, Bewetterung, Wasser), undTransporteinrichtungen für Ausbruchsmaterial, Stützmittel und Ausbaumaterialien. Ein frontsei¬tiger Bohrkopf einer Tunnelbohrmaschine ist mit Abbauwerkzeugen zum Lösen eines Gebirgesversehen.A tunnel boring machine is a machine which is used for the construction of tunnels. Components of a tunnel boring machine are a demounting with feed and Verspanneinrich¬tungen, facilities for the installation of support and expansion measures, facilities for material removal, a supply unit (electricity, compressed air , Ventilation, water), and transport equipment for excavated material, proppants and building materials. A front-side drill head of a tunnel boring machine is provided with mining tools for loosening a mountain.
[0003] Die geologische Dokumentation der Ortsbrust ist wesentlich im Tunnelbau. Bei maschi¬nellen Vortrieben, wie im Falle einer Tunnelbohrmaschine, ist das nur sehr eingeschränkt mög¬lich, weil der Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine mechanisch im Weg ist und so visuelle Begut¬achtungen nur äußerst eingeschränkt möglich sind.The geological documentation of the working face is essential in tunneling. In the case of machine drives, as in the case of a tunnel boring machine, this is only possible to a very limited extent because the boring head of the tunnel boring machine is mechanically in the way and thus visual assessments are possible only to a very limited extent.
[0004] Herkömmlich blicken Geologen bzw. Geotechniker durch kleine Öffnungen auf die Orts¬brust und erzeugen davon Fotos und/oder Skizzen. Vereinzelt wird der Bohrkopf ein Stück weitzurückgezogen, sodass man größere Teile der Ortsbrust abfotografieren kann, allerdings ausäußerst ungünstigen Winkeln. Mit dem Zurückziehen des Bohrkopfs ist zudem ein hoher Auf¬wand verbunden.Traditionally, geologists and geotechnical engineers look through small openings on the Orts¬brust and generate photos and / or sketches. Occasionally, the drill head is pulled back a bit, so that you can photograph larger parts of the face, but extremely unfavorable angles. With the retraction of the drill head also a high effort is connected.
[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, im Zusammenhang mit einer Tunnel¬bohrmaschine in einfacher und fehlerrobuster Weise großflächige Bilddaten einer Ortsbrust zugewinnen.It is an object of the present invention, in connection with a tunnel boring machine, to acquire large-area image data of a working face in a simple and error-proof manner.
[0006] Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängi¬gen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchengezeigt.This object is achieved by the objects having the features according to the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.
[0007] Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zumErmitteln eines Bilds zumindest eines Bereichs einer von einer Tunnelbohrmaschine bearbeite¬ten Ortsbrust (d.h. diejenige Begrenzungsfläche eines Gebirges, die in Vortriebsrichtung einerTunnelbohrmaschine liegt, und an der ein mit der Tunnelbohrmaschine bewirkter Vortrieb statt¬findet oder stattgefunden hat) eines Gebirges geschaffen, wobei die Anordnung einen rotierfä¬higen bzw. drehfähigen Bohrkopf für die Tunnelbohrmaschine zum Abtragen von Gesteinsmate¬rial der Ortsbrust, eine Bildaufnahmeeinrichtung, die zum Aufnehmen von Bilddaten zumindesteines Abschnitts der Ortsbrust an dem Bohrkopf angebracht ist, und eine Bildverarbeitungsein-richtung aufweist, die (insbesondere während des Rotierens des Bohrkopfs) mittels der Bildauf¬nahmeeinrichtung aufgenommene Bilddaten von mehreren Abschnitten der Ortsbrust verarbei¬tet und daraus ein zusammenhängendes Bild zumindest des Bereichs der Ortsbrust rekonstru¬iert bzw. erzeugt.[0007] According to an embodiment of the present invention, an arrangement for obtaining an image of at least a portion of a working face machined by a tunnel boring machine (ie, that boundary surface of a mountain lying in the advancing direction of a tunnel boring machine and on which a propulsion effected by the tunnel boring machine takes place or has taken place) of a mountain, the arrangement comprising a rotatable drill head for the tunnel boring machine for removing rock material of the working face, an image pickup device mounted for picking up image data of at least a portion of the working face on the drill head, and an image processing unit which processes image data (in particular during the rotation of the drill head) taken by the image recording device of a plurality of sections of the working face and from this a coherent image of at least the area of the O red breast reconstructed or generated.
[0008] Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Tunnel¬bohrmaschine zum Abtragen von Gesteinsmaterial einer Ortsbrust eines Gebirges bereitge¬stellt, wobei die Tunnelbohrmaschine eine Anordnung mit den oben beschriebenen Merkmalenaufweist.According to another exemplary embodiment of the present invention, a tunnel boring machine for removing rock material from a working face of a mountain is provided, the tunnel boring machine having an arrangement with the features described above.
[0009] Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist einVerfahren zum Ermitteln eines Bilds zumindest eines Bereichs einer von einer Tunnelbohrma¬schine bearbeiteten Ortsbrust eines Gebirges bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren ein Bohr¬kopf einer Tunnelbohrmaschine zum Abtragen von Gesteinsmaterial der Ortsbrust rotiert wird,Bilddaten eines jeweiligen Abschnitts der Ortsbrust mittels einer an dem Bohrkopf angebrachtenAccording to yet another embodiment of the present invention, a method for determining an image of at least a portion of a machined by a tunnel boring machine face of a mountain is provided, wherein in the method a Bohr¬ head a tunnel boring machine for removing rock material of the face is rotated , Image data of a respective section of the working face by means of a mounted on the drill head
Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden (insbesondere während der Bohrkopf rotiert,wobei der Bohrkopf vorzugsweise während der Aufnahme nicht vorgeschoben wird, d.h. dieAufnahme nicht während des Bohrbetriebs durchgeführt wird), und die (insbesondere währenddes Rotierens des Bohrkopfs) mittels der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bilddatenvon mehreren Abschnitten der Ortsbrust verarbeitet werden, wodurch ein Bild zumindest desBereichs der Ortsbrust rekonstruiert bzw. generiert wird.Image pickup device are taken (in particular while the drill head rotates, the drill head is preferably not advanced during recording, ie the recording is not performed during the drilling operation), and processed (especially during rotation of the drill head) by means of the image pickup device taken image data from multiple sections of the working face whereby an image of at least the region of the face is reconstructed.
[0010] Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine automatisierte fotographische und/odervideobasierte Ortsbrustdokumentation bei einem Tunnelbohrmaschinen-Vortrieb. Hierfür wer¬den erfindungsgemäß zum Beispiel vollständige Abbildungen bzw. Kreisringe der Ortsbrusterzeugt. Dazu wird eine Kamera oder eine andere Bildaufnahmeeinrichtung an einem Bohrkopfmontiert, zum Beispiel in Öffnungen des Bohrkopfs platziert, und es werden Bilddaten (zumBeispiel ein Video bzw. Bilder in rascher Reihenfolge) aufgenommen, vorzugsweise währendsich der Bohrkopf dreht. Anschließend werden die einzelnen Bilddaten (zum Beispiel Videofra¬mes oder Fotos) mittels Methoden der insbesondere digitalen Bildverarbeitung zu einem Ge¬samtbild zusammengefügt. Die Qualität der erzeugten Bilder hat sich als sehr gut erwiesen,sodass sie den hohen Qualitätsansprüchen für die geologische Dokumentation gerecht werdenkönnen. Dadurch ist es möglich, mit sehr geringem Zeitbedarf (zum Beispiel innerhalb von ca.10 Minuten) Bilddaten zu erzeugen, aus denen in weiterer Folge ein vollständiges, unverzerrtesOrtsbrustbild abgeleitet werden kann. Die gesamte Ortsbrust kann oder große bzw. gewünschteTeile der Ortsbrust können vollständig dokumentiert werden Das Verfahren ist sehr schnell undpraxistauglich. Beispielsweise kann eine Kamera als Bildaufnahmeeinrichtung in Wartungs¬schichten manuell im Bohrkopf platziert werden. Alternativ ist auch eine dauerhafte bzw. festeImplementierung der Bildaufnahmeeinrichtung (zum Beispiel von Kameras) in einen Bohrkopfmöglich und sehr effizient.According to one embodiment, an automated photographic and / or video-based working face documentation is performed in a tunnel boring machine drive. For this purpose, for example, complete maps or circular rings of the local patterns are produced according to the invention. To do this, a camera or other image pickup device is mounted on a wellhead, for example, placed in openings of the wellhead, and image data (e.g., a video or images in rapid succession) is taken, preferably while the wellhead is rotating. Subsequently, the individual image data (for example video frames or photos) are joined together to form a total image by means of methods of, in particular, digital image processing. The quality of the images produced has proven to be very good, so that they can meet the high quality requirements for geological documentation. This makes it possible to generate image data with a very short time requirement (for example within approx. 10 minutes), from which subsequently a complete, undistorted local breast image can be derived. The entire working face or large or desired parts of the working face can be fully documented. The method is very fast and practicable. For example, a camera can be manually placed in the drill head as an image recording device in maintenance layers. Alternatively, permanent implementation of the image capture device (eg, cameras) into a drill head is also possible and very efficient.
[0011] I m Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Anordnung,der Tunnelbohrmaschine und des Verfahrens beschrieben.Further, additional exemplary embodiments of the arrangement, the tunnel boring machine and the method will be described.
[0012] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Aufnahme der Bilddaten (und gegebenen¬falls deren Auswertung) in Wartungsschichten oder während kurzen Unterbrechungen desBohrbetriebs durchgeführt werden. Lange Unterbrechungen des Bohrbetriebs treten dadurchallerdings nicht auf.According to one embodiment, the acquisition of the image data (and possibly its evaluation) may be performed in maintenance shifts or during brief breaks in the drilling operation. However, long interruptions of the drilling operation thereby do not occur.
[0013] Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Bilddaten unterschiedlicher räumlicher Ab¬schnitte der Ortsbrust von einer oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten der Bildaufnahmeein¬richtung aufgenommen werden, und zwar bei einer bestimmten Winkelstellung oder bei mehre¬ren unterschiedlichen Winkelstellungen des Bohrkopfs. Dies bedeutet, dass in einer Alternativeder Bohrkopf während des Aufnehmens der Bilddaten ruht und zum Beispiel mehrere Bildauf¬nahmeeinheiten an unterschiedlichen Positionen des Bohrkopfs bei ruhendem Bohrkopf vonverschiedenen Abschnitten der Ortsbrust Bilddaten aufnehmen. Ferner kann der Bohrkopfwährend des Aufnehmens der Bilddaten rotieren, so dass ein und dieselbe Bildaufnahmeeinheitzu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Rotierens und damit bei unterschiedlichen Win¬kelstellungen des Bohrkopfs Bilddaten unterschiedlicher örtlicher Abschnitte der Ortsbrustaufnimmt.According to one exemplary embodiment, image data of different spatial sections of the working face can be recorded by one or more image recording units of the image recording device, namely at a specific angular position or at a plurality of different angular positions of the drill head. This means that, in one alternative, the drill head rests during the recording of the image data and, for example, several image recording units record image data at different positions of the drill head while the drill head is at rest from different sections of the working face. Furthermore, the drill head can rotate during the recording of the image data, so that one and the same image recording unit records image data of different local sections of the working face at different times during the rotation and thus at different angular positions of the drill head.
[0014] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Bohrkopf mindestens eine Öffnung, insbe¬sondere eine Durchgangsöffnung (zwischen einem tunnelbohrmaschinenseitigen Ende undeinem ortsbrustseitigen Ende des Bohrkopfs), aufweisen. Die Bildaufnahmeeinrichtung kannzum Aufnehmen der Bilddaten durch die Durchgangsöffnung hindurch an dem Bohrkopf ange¬bracht sein. Indem eine oder mehrere Öffnungen an bzw. in dem Bohrkopf dazu verwendetwerden, eine oder mehrere Bildaufnahmeeinheiten der Bildaufnahmeeinrichtung dauerhaft odervorübergehend zu befestigen bzw. sogar in ihrem Inneren aufzunehmen, kann die Bildaufnah¬meeinrichtung in der oder den Öffnungen geschützt vor den rauen mechanischen Bedingungenin einem zu bohrenden Tunnel geschützt werden. Gleichzeitig führt das Integrieren der Bildauf¬nahmeeinrichtung in Öffnungen in dem Bohrkopf dazu, dass der Bohrkopf der Aufnahme vonBilddaten der Ortsbrust mechanisch nicht im Wege steht.According to one embodiment, the drill head may have at least one opening, in particular a through-opening (between a tunnel boring machine-side end and a locus-side end of the boring head). The image pickup device may be mounted on the drill head for receiving the image data through the through hole. By using one or more apertures on or in the drill bit to permanently or temporarily mount one or more imaging units of the imaging device, the imaging device may be protected in the aperture (s) from the harsh mechanical conditions boring tunnel. At the same time, the integration of the image pickup device into openings in the drill head results in the drill head not mechanically standing in the way of receiving image data of the working face.
[0015] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine Öffnung ausgewählt seinaus einer Gruppe, die besteht aus einem Mannloch, einer Aufnahme für ein Abbauwerkzeug,einem Räumerschlitz und einer speziell für die Aufnahme der Bildaufnahmeeinrichtung konfigu¬rierten Öffnung. Als Mannloch wird ein Einstieg durch den Bohrkopf verstanden, in dem sichMenschen nur sehr selten aufhalten müssen, zum Beispiel zu Reparatur- oder Wartungszwe¬cken. Möglich sind runde, ovale oder rechteckige Querschnitte mit einer lichten Weite von zumBeispiel 400 mm bis 600 mm, so dass ein durchschnittlich gebauter Mensch ohne großeSchwierigkeiten hindurchsteigen kann. Eine Bildaufnahmeeinheit kann in einem solchen Mann¬loch (zum Beispiel abnehmbar) montiert werden und zum Aufnehmen der Bildaufnahmeeinheitdienen, wenn das Mannloch nicht anderweitig benötigt wird. Als Abbauwerkzeuge könnendrehfähig gelagerte Disken mit Schneidkanten eingesetzt werden, welche beim Drehen desBohrkopfs selbst in Rotation versetzt werden und dann Gestein von der Ortsbrust abtragenkönnen. Solche Abbauwerkzeuge können in Halterungen am Bohrkopf montiert werden. Anstel¬le eines Abbauwerkzeugs kann auch eine Bildaufnahmeeinheit in einer solchen Halterungaufgenommen werden, vorübergehend oder dauerhaft. Ein Abfördersystem einer Tunnelbohr¬maschine zum Abfördern von abgetragenem Gestein enthält im Bohrkopf angeordnete Räum¬erschlitze, durch welche unter Einsatz von Räumern das gelöste Bohrgut von der Ortsbrusthinter den Bohrkopf gelangt und dann zum Beispiel über Förderbänder abtransportiert wird.Auch solche Räumerschlitze können zum zumindest teilweisen Unterbringen der Bildaufnah¬meeinrichtung eingesetzt werden. Um die Funktion des Bohrkopfs durch das Vorsehen derBildaufnahmeeinrichtung überhaupt nicht einzuschränken, können auch speziell dafür vorgese¬hene separate Öffnungen in dem Bohrkopf gebildet werden.According to one embodiment, the at least one opening may be selected from a group consisting of a manhole, a housing for a mining tool, a reamer slot and an opening specially configured for receiving the image pickup device. A manhole is understood to be an entry through the drill head in which people only rarely need to spend time, for example for repair or maintenance purposes. Round, oval or rectangular cross-sections with a clear width of, for example, 400 mm to 600 mm are possible, so that an average person can climb through them without great difficulty. An image pickup unit may be mounted in such a manhole (for example, detachable) and used to pick up the image pickup unit if the manhole is not otherwise needed. The mining tools used may be rotatably mounted discs having cutting edges which, upon rotation of the drill head, are themselves rotated and then capable of removing rocks from the working face. Such mining tools can be mounted in brackets on the drill head. Instead of a removal tool, an image acquisition unit can also be accommodated in such a holder, temporarily or permanently. A discharge system of a tunnel boring machine for removing removed rock contains Räum¬erschlitze arranged in the drill head through which the released cuttings from the working face gets behind the drill head using scrapers and then transported away, for example via conveyor belts. Such scraper slots can at least partially Housing the Bildaufnah¬meeinrichtung be used. In order not to limit the function of the drill head at all by the provision of the image recording device, it is also possible to form separate openings in the drill head that are specially provided for this purpose.
[0016] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mindestens eine Aufnahmeöffnung zumzumindest teilweisen Aufnehmen der Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildet sein. Wenn dieBildaufnahmeeinrichtung ganz oder teilweise in der Aufnahmeöffnung untergebracht ist, kannsie beschädigungssicher vor unerwünschten Einflüssen der rauen Umgebung während desBohrens einer Tunnelbohrmaschine in einem Bohrloch geschützt sein.According to one embodiment, the at least one receiving opening for at least partially receiving the image pickup device may be formed. When the image pickup device is wholly or partially accommodated in the receiving opening, it can be protected against damage from undesirable influences of the harsh environment during the drilling of a tunnel boring machine in a borehole.
[0017] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Bildaufnahmeeinrichtung ausgewählt seinaus einer Gruppe, die besteht aus mindestens einer Videokamera zum Aufnehmen von Video¬daten der Abschnitte der Ortsbrust, und aus mindestens einer Fotokamera zum Aufnehmen vonFotos der Abschnitte der Ortsbrust. Mit einer Videokamera kann eine durchgehende Videoauf¬nahme von Abschnitten der Ortsbrust während des Rotierens des Bohrkopfs aufgenommenwerden. Dadurch steht eine breite Datenbasis zum Rekonstruieren des Bildes der Ortsbrust zurVerfügung. Mit einer Fotokamera können mehrere Einzelbilder von Abschnitten der Ortsbrustwährend des Rotierens des Bohrkopfs aufgenommen werden. Die Aufnahme mehrerer Einzel¬bilder erlaubt die Reduktion der zu übermittelnden Datenmenge.According to one embodiment, the image capture device may be selected from a group consisting of at least one video camera for taking video data of the portions of the face, and at least one camera for taking photos of the portions of the face. A video camera can record a continuous video recording of sections of the working face during the rotation of the drill head. This provides a broad database for reconstructing the image of the face. With a photo camera, multiple frames of portions of the working face may be taken during the rotation of the drill head. The recording of several individual images allows the reduction of the amount of data to be transmitted.
[0018] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Bildaufnahmeeinrichtung eine Mehrzahlvon Bildaufnahmeeinheiten aufweisen, von denen jede zum Aufnehmen von Bilddaten einesjeweiligen Abschnitts der Ortsbrust angebracht ist. Zum Beispiel können die einzelnen Bildauf¬nahmeeinheiten Video- und/oder Fotokameras sein, die an unterschiedlichen Radien des Bohr¬kopfes montiert sein können, so dass während des Rotierens des Bohrkopfs jede der Bildauf¬nahmeeinheiten zum Beispiel einen kreisringförmigen Abschnitt der Ortsbrust aufnehmen kann.Das Zusammensetzen der Ringbilder zu einem Kreisbild der Ortsbrust ist dann bei Kenntnis derMontagepositionen der einzelnen Bildaufnahmeeinheiten möglich Gemäß einem Ausführungs¬beispiel kann die Bildaufnahmeeinrichtung eingerichtet sein, Bilddaten der Ortsbrust währendeiner vorbestimmten Winkeldrehung des Bohrkopfs (insbesondere während einer vollständigenUmdrehung des Bohrkopfs) aufzunehmen und der Bildverarbeitungseinrichtung diese Bilddatenzum Rekonstruieren des Bilds zumindest des Bereichs der Ortsbrust bereitzustellen. Zum Bei¬spiel kann nach einer Drehung des Bohrkopfs um 180°, um 360° (oder um mehr als 360°, wennzur weiteren Fehlerreduktion eine Redundanz gewünscht wird) die Bildaufnahme vorüberge¬hend beendet werden und ein entsprechender Datensatz von Bilddaten an die Bildverarbei¬tungseinheit zur Rekonstruktion des interessierenden Bereichs der Ortsbrust übermittelt wer¬den.In one embodiment, the image capture device may include a plurality of image capture units, each of which is arranged to receive image data of a respective portion of the face. For example, the individual image recording units can be video and / or photo cameras which can be mounted on different radii of the drill head, so that each of the image recording units can record, for example, an annular section of the working face during the rotation of the drill head. Assembling the ring patterns into a circular image of the working face is then possible knowing the mounting positions of the individual imaging units. According to one embodiment, the imaging means may be arranged to acquire image data of the face during a predetermined angular rotation of the drill head (especially during one complete revolution of the drill head) and the image processing means Provide image data to reconstruct the image of at least the region of the face. For example, after rotation of the drill head by 180 °, by 360 ° (or by more than 360 °, if redundancy is desired for further error reduction), the image acquisition can be stopped temporarily and a corresponding data set of image data is sent to the image processor processing unit for reconstructing the region of interest of the working face.
[0019] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Bildaufnahmeeinrichtung eine Mehrzahlvon an dem Bohrkopf angebrachten Bildaufnahmeeinheiten, insbesondere Videokamerasund/oder Fotokameras, aufweisen, die zum gleichzeitigen Aufnehmen von unterschiedlichenBilddaten von unterschiedlichen Abschnitten der Ortsbrust ausgebildet sind. Wenn mehrereBildaufnahmeeinheiten eingesetzt werden, kann selbst bei geringen Abständen zwischen einerVorderseite des Bohrkopfs und der Ortsbrust ein im Prinzip unbegrenzt großer Bereich derOrtsbrust in Form eines Bildes dargestellt werden. Hierfür setzt die Bildaufnahmeeinrichtung dieeinzelnen Teilbilder entsprechend den von den einzelnen Bildaufnahmeeinheiten aufgenomme¬nen Abschnitten der Ortsbrust zu einem Gesamtbild entsprechend dem Bereich der Ortsbrustvon Interesse zusammen.According to one embodiment, the image pickup device may comprise a plurality of image pickup units mounted on the wellhead, in particular video cameras and / or still cameras, configured to simultaneously acquire different image data from different portions of the working face. When multiple image pickup units are used, even at small distances between a front face of the drill head and the face, an essentially unlimited area of the face can be displayed in the form of an image. For this purpose, the image recording device assembles the individual partial images according to the sections of the working face taken up by the individual image recording units to form an overall image corresponding to the area of the working face of interest.
[0020] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Mehrzahl von Bildaufnahmeeinheiten der¬art an dem Bohrkopf angebracht sein, dass die von ihnen abgebildeten unterschiedlichen Ab¬schnitten der Ortsbrust zumindest teilweise miteinander überlappen. Die Überlappungsbereicheerlauben der Bildverarbeitungseinrichtung eine fehlerfreie Zusammensetzung der Einzelbilderzu einem Gesamtbild. Auch erlaubt das Vorsehen von Überlappungsbereichen den Ausgleichvon Helligkeitsunterschieden zwischen einzelnen Teilbildern, wie sie zum Beispiel durch eineunterschiedlich starke Beleuchtung verschiedener Abschnitte der Ortsbrust hervorgerufen wer¬den können. Farbartefakte wie zum Beispiel diskontinuierliche Farbänderungen an einer Naht¬stelle zweier Bildabschnitte auf dem zusammengesetzten Bild können dadurch vermieden oderzumindest unterdrückt werden.According to one exemplary embodiment, the plurality of image recording units can be attached to the drill head in such a way that the different sections of the working face imaged by them at least partially overlap one another. The overlapping regions allow the image processing device to correctly compose the individual images into an overall image. The provision of overlapping areas also makes it possible to compensate for brightness differences between individual partial images, as may be caused, for example, by a differentiated illumination of different sections of the working face. Color bar artifacts such as, for example, discontinuous color changes at an interface of two image sections on the composite image can be avoided or at least suppressed.
[0021] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Bildverarbeitungseinrichtung eingerichtetsein, als den Bereich der Ortsbrust einen Kreisring oder einen Kreis zu rekonstruieren. ZumBeispiel kann bereits mit einer einzigen Bildaufnahmeeinheit, zum Beispiel einer einzigen Vide¬okamera oder Fotokamera, bei einer Drehung des Bohrkopfs ein zusammenhängender Kreis¬ring als abgebildeter Bereich der Ortsbrust visuell dargestellt werden. Ein solcher Kreisring kannfür die geologische Dokumentation der Ortsbrust bereits ausreichend aussagekräftig sein.Alternativ können auch mehrere Foto- und/oder Videokameras einzelne, vorzugsweise überlap¬pende, Kreisringe aufnehmen, die dann von der Bildverarbeitungseinrichtung zu einem voll¬ständigen Kreis zusammengesetzt werden können.According to an embodiment, the image processing means may be arranged to reconstruct a circular ring or a circle as the region of the working face. For example, with a single image-recording unit, for example a single video camera or camera, during a rotation of the drill head, a contiguous circular ring can be represented visually as a mapped area of the working face. Such a circular ring can already be sufficiently meaningful for the geological documentation of the working face. Alternatively, several photographic and / or video cameras can also record individual, preferably overlapping, circular rings, which can then be combined by the image processing device into a complete circle.
[0022] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine an dem Bohrkopf ange¬brachte Leuchtquelle bzw. Lichtquelle zum Beleuchten des von der Bildaufnahmeeinrichtungabgebildeten Abschnitts der Ortsbrust aufweisen. Da es in einem Bohrloch dunkel ist, kann dasabschnittsweise Beleuchten von aufzunehmenden Abschnitten der Ortsbrust vorteilhaft sein,um ein aussagekräftiges Bild der Ortsbrust zu erhalten. Alternativ hierzu kann auch eine Fo¬tokamera mit einem Blitz eingesetzt werden. Wenn die Leuchtquelle und die zugehörige Bild¬aufnahmeeinheit bzw. Bildaufnahmeeinrichtung miteinander starr gekoppelt werden, kann derBeleuchtungsaufwand sehr gering gehalten werden, da bei Rotieren des Bohrkopfs die Leucht¬quelle sich mit der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Bildaufnahmeeinheit mitdreht und dadurchautomatisch selektiv stets den gerade aufgenommenen Flächenabschnitt der Ortsbrust be¬leuchtet.According to one embodiment, the arrangement may have a light source or light source attached to the drill head for illuminating the portion of the working face represented by the image recording device. Since it is dark in a borehole, illuminating sections of the working face to be picked up in sections may be advantageous in order to obtain a meaningful image of the working face. Alternatively, a photo camera with a flash can be used. If the light source and the associated image pickup unit or image pickup device are rigidly coupled to each other, the lighting effort can be kept very low, since upon rotation of the drill head the Leucht¬quelle rotates with the image pickup device or image pickup unit and thereby automatically selectively always just recorded surface portion of Working face illuminated.
[0023] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anordnung eine zum Aufnehmen der Bild¬aufnahmeeinrichtung, und insbesondere der Leuchtquelle, und zur Montage an dem Bohrkopfeingerichtete Montagehalterung aufweisen. Durch eine solche Montagehalterung kann an¬schaulich ein mechanischer Adapter zwischen einer beliebig geformten Bildaufnahmeeinheitbzw. Bildaufnahmeeinrichtung einerseits und einem bereits zur Verfügung stehenden oderspeziell ausgebildeten Aufnahmeraum in dem Bohrkopf geschaffen werden.According to one embodiment, the arrangement may have a for receiving the image pickup device, and in particular the light source, and for mounting on the Bohrkopfeingeichtete mounting bracket. By such a mounting bracket can intuitively a mechanical adapter between an arbitrarily shaped Bildaufnahmeeinheitbzw. Imaging device on the one hand and an already available or specially trained receiving space are created in the drill head.
[0024] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anordnung einen Neigungssensor aufwei¬sen, der zum Detektieren eines aktuellen Neigungswinkels (insbesondere der Bildaufnahmeein¬richtung bzw. einer oder mehrerer bestimmter Bildaufnahmeeinheiten davon) eingerichtet istund zum Beispiel an der Montagehalterung oder alternativ direkt an der Bildaufnahmeeinrich¬tung bzw. einer jeweiligen Bildaufnahmeeinheit angebracht sein kann. Der Neigungssensorkann somit eine Positionierung der Montagehalterung (und damit auch der davon aufgenom¬ menen Bildaufnahmeeinheit) oder direkt der Bildaufnahmeeinrichtung selbst erfassen und andie Bildverarbeitungseinrichtung weitermelden. Solche Neigungsinformation liefert zusätzlicheErkenntnisse über die Art und Weise, wie ein Abbild eines Bereichs der Ortsbrust zu interpretie¬ren bzw. auszuwerten oder zu verarbeiten ist.According to one embodiment, the arrangement may comprise an inclination sensor arranged to detect a current inclination angle (in particular the image recording device or one or more specific image recording units thereof) and, for example, to the mounting bracket or alternatively directly to the image recording device tion or a respective image recording unit can be attached. The inclination sensor can thus detect a positioning of the mounting bracket (and thus also the image recording unit recorded therefrom) or directly the image recording device itself and report it to the image processing device. Such slope information provides additional knowledge about the way an image of a region of the face is to be interpreted or evaluated or processed.
[0025] Insbesondere können der Neigungssensor und die Bildverarbeitungseinrichtung derartgekoppelt sein, dass die Bildverarbeitungseinrichtung zum Rekonstruieren des Bilds die denAbschnitten zugeordneten Bilddaten unter Berücksichtigung des von dem Neigungssensordetektierten Neigungswinkel verarbeitet. Dadurch sind Artefakte vermieden, die durch eineFehlauswertung von Bilddaten resultieren, wenn die Bildaufnahmeeinrichtung von einer unzu¬treffenden gegenwärtigen Orientierung der Bildaufnahmeeinrichtung relativ zur Ortsbrust aus¬geht.In particular, the inclination sensor and the image processing device may be coupled such that the image processing device for reconstructing the image processes the image data associated with the sections in consideration of the inclination angle detected by the inclination sensor. As a result, artifacts resulting from mis-evaluation of image data are avoided if the image recording device assumes an inaccurate current orientation of the image recording device relative to the face.
[0026] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Montagehalterung zum Klemmbefestigenund/oder zum magnetischen Befestigen an dem Bohrkopf eingerichtet sein. Durch diese Mon¬tagemethoden ist ein schnelles Montieren bzw. Demontieren der Bildaufnahmeeinrichtung ambzw. vom Bohrkopf ermöglicht. Gleichzeitig erlauben diese Montagemethoden eine zuverlässi¬ge Befestigung der Bildaufnahmeeinrichtung am Bohrkopf selbst unter den mechanischenBelastungen, wie sie durch die Rotation des Bohrkopfs und den Gesteinsabtrag durch denBohrkopf während des Betriebs der Tunnelbohrmaschine auftreten. In einem Ausführungsbei¬spiel, bei dem die Bildaufnahmeeinrichtung auch während des eigentlichen Bohrbetriebs, d.h.während des Abtragens von Material des Gebirges, an dem Bohrkopf montiert bleibt, könnenderartige mechanische Belastungen auf die Bildaufnahmeeinrichtung einwirken, die mittels derMontagehalterung an dem Bohrkopf aber geschützt montiert sein kann.According to one embodiment, the mounting bracket may be adapted for clamping and / or for magnetic attachment to the drill head. By means of these assembly methods, rapid mounting or dismounting of the image recording device is ambzw. made possible by the drill head. At the same time, these mounting methods allow the image pickup device to be reliably attached to the wellhead even under the mechanical stresses experienced by the rotation of the wellhead and the erosion of rock by the drilling head during operation of the tunnel boring machine. In an embodiment where the image pickup device remains mounted on the wellhead during the actual drilling operation, ie, during excavation of rock material, such mechanical stresses may act on the image pickup device but may be mounted protected by the mounting bracket on the wellhead ,
[0027] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verarbeiten an der Tunnelbohrmaschineoder an einer Nachbearbeitungsstelle, die von der Tunnelbohrmaschine räumlich entfernt ist,durchgeführt werden. Gemäß einer Variante kann somit an der Tunnelbohrmaschine, insbe¬sondere im Inneren des Bohrlochs, d.h. am Ort der Tunnelbohrung, die Nachbearbeitungdurchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Geologe bereits vor Ort Rückschlüsse ausdem Ortsbrustbild ziehen kann und die Steuerung der Tunnelbohrmaschine basierend auf demermittelten Bild der Ortsbrust vornehmen kann. Gemäß der anderen Variante kann an einerNachbearbeitungsstelle, zum Beispiel in einem Büro, die Auswertung der Bilder durchgeführtwerden.According to one embodiment, the processing may be performed on the tunnel boring machine or at a rework site that is remote from the tunnel boring machine. According to a variant can thus at the tunnel boring machine, in particular inside the borehole, i. at the location of the tunnel bore, the post-processing be carried out. This has the advantage that a geologist can already draw conclusions from the face bust image on site and can control the tunnel boring machine based on the average image of the working face. According to the other variant, the evaluation of the images can be carried out at a post-processing center, for example in an office.
[0028] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verarbeiten der Bilddaten derart durchge¬führt werden, dass als das Bild ein dreidimensionales Reliefbild zumindest des Bereichs derOrtsbrust rekonstruiert wird. Entsprechend kann die Bildaufnahmeeinrichtung eingerichtet sein,zum Rekonstruieren von Reliefbildern ausreichende Bildinformation aufzunehmen. Die Bild-auswerteeinrichtung kann entsprechend eingerichtet sein, aus solchen Bilddaten das Reliefbildabzuleiten. Aus den räumlichen Informationen eines Reliefs kann ein Geologe dann weiterge¬hende technische Information ableiten.According to an embodiment, the processing of the image data may be performed such that as the image a three-dimensional relief image of at least the area of the spatial breast is reconstructed. Accordingly, the image recording device can be set up to record sufficient image information for reconstructing relief images. The image evaluator may be configured to derive the relief image from such image data. From the spatial information of a relief, a geologist can then derive further technical information.
[0029] I m Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindungmit Verweis auf die folgenden Abbildungen detailliert beschrieben.In the following, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the following drawings.
[0030] Figur 1 zeigt eine Tunnelbohrmaschine mit einer Anordnung zum Ermitteln eines Bilds einer von der Tunnelbohrmaschine bearbeiteten Ortsbrust gemäß einemexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 1 shows a tunnel boring machine having an arrangement for determining an image of a working face machined by the tunnel boring machine according to an exemplary embodiment of the invention.
[0031] Figur 2 zeigt einen, an eine Ortsbrust angrenzenden Bohrkopf einer Tunnelbohrma¬ schine gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 2 shows a drill head of a tunnel boring machine adjoining a working face according to an exemplary embodiment of the invention.
[0032] Figur 3 zeigt einen kleinen Abschnitt einer Ortsbrust, der durch ein Mannloch einesFigure 3 shows a small portion of a working face through a manhole of a
Bohrkopfs hindurch fotografiert ist.Is photographed through the drill head.
[0033] Figur 4 zeigt ein Ortsbrustfoto, das nach Zurückziehen eines Bohrkopfes aufgenom¬ men ist.FIG. 4 shows a face breast photograph taken after retraction of a drill head.
[0034] Figur 5 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung gemäß einem exemplarischen Ausfüh¬ rungsbeispiel der Erfindung, bei der Kameras am Bohrkopf einer Tunnelbohr¬maschine in einem Mannloch, einem Räumerschlitz und anstelle eines Ab¬bauwerkzeugs platziert sind.FIG. 5 shows a plan view of an arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, in which cameras are placed on the drill head of a tunnel boring machine in a manhole, a reamer slot and instead of a dismounting tool.
[0035] Figur 6 zeigt eine Anordnung von vier Kameras zur gemeinsam annähernd vollständi¬ gen Aufnahme einer Ortsbrust gemäß einem exemplarischen Ausführungs¬beispiel der Erfindung.FIG. 6 shows an arrangement of four cameras for jointly approximately complete recording of a working face according to an exemplary embodiment of the invention.
[0036] Figur 7 zeigt eine Anordnung aus einer Kamera, einer Leuchtquelle und einem Mag¬ nethalter zum Montieren an einem Bohrkopf einer Tunnelbohrmaschine ge¬mäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 7 shows an arrangement of a camera, a light source and a magnetic holder for mounting on a drill head of a tunnel boring machine according to an exemplary embodiment of the invention.
[0037] Figur 8 zeigt eine Montagehalterung für eine Kamera, Leuchtquellen und Neigungs¬ sensoren für eine Anordnung zum Erzeugen eines Bilds einer Ortsbrust ge¬mäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 8 shows a mounting bracket for a camera, light sources and tilt sensors for an arrangement for generating an image of a working face according to an exemplary embodiment of the invention.
[0038] Figur 9 zeigt Bilder bzw. Videoframes, die sich überschneiden, und gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels digitaler Bildverar¬beitung zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden.FIG. 9 shows images or video frames which overlap and, according to an exemplary embodiment of the invention, are combined to form an overall image by means of digital image processing.
[0039] Figur 10 zeigt einen Ausschnitt eines Kreisrings als Bild eines Bereichs einer Ortsbrust, der gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel aus mehreren einzel¬nen Videoframes zusammengesetzt wurde.Figure 10 shows a section of a circular ring as an image of a region of a working face, which was composed according to an exemplary embodiment of several einzel¬nen video frames.
[0040] Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Abbildungen sind mit gleichenBezugsziffern versehen.The same or similar components in different figures are given the same reference numerals.
[0041] Figur 1 zeigt eine Tunnelbohrmaschine 180 mit einer Anordnung 120 zum Ermittelneines Bilds eines Bereichs einer von der Tunnelbohrmaschine 180 bearbeiteten Ortsbrust 122eines Gebirges 102 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 1 shows a tunnel boring machine 180 having an arrangement 120 for determining an image of a region of a working face 122 of a mountain 102 machined by the tunnel boring machine 180 according to an exemplary embodiment of the invention.
[0042] Figur 1 zeigt die Tunnelbohrmaschine 180 zum Abbauen des Gebirges 102 in einemZustand, in dem in das Gebirge 102 bereits ein Bohrloch 182 eingebracht worden ist. Das Boh¬ren erfolgt derart, dass das Bohrloch 182 gemäß Figur 1 nach rechts hin sukzessive erweitertwird. Anders ausgedrückt bewegt sich die Tunnelbohrmaschine 180 entlang einer in Figur 1 mitBezugszeichen 190 gekennzeichneten Richtung. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Tunnel¬bohrmaschine 180 über die gezeigten Komponenten hinaus eine Vielzahl von weiteren Kompo¬nenten aufweist, die aus Gründen der Anschaulichkeit in Figur 1 nicht gezeigt sind.FIG. 1 shows the tunnel boring machine 180 for dismantling the mountain 102 in a state in which a borehole 182 has already been introduced into the mountain 102. The drilling takes place in such a way that the borehole 182 according to FIG. 1 is successively widened to the right. In other words, the tunnel boring machine 180 moves along a direction indicated by reference numeral 190 in FIG. The person skilled in the art is aware that the tunnel boring machine 180 has, in addition to the components shown, a multiplicity of further components which, for reasons of clarity, are not shown in FIG.
[0043] In Figur 1 zu erkennen ist aber ein Bohrkopf 150 mit einer Vielzahl von (zum Beispiel 50bis 100) Abbauwerkzeugen 100. Genauer ausgedrückt, weist der Bohrkopf 150 einen rotato¬risch und translatorisch gegenüber dem Gebirge 102 bewegbaren Bohrkörper 152 auf, an des¬sen vorderseitiger oder gebirgeseitiger Stirnseite die Vielzahl von Abbauwerkzeugen 100 ange¬bracht ist. Diese sind über die kreisförmige Stirnfläche des Bohrkörpers 152 hinweg verteilt, wasin der Querschnittsansicht von Figur 1 nicht zu erkennen ist (siehe die Draufsicht in Figur 5).Jedes der Abbauwerkzeuge 100 kann eine in einer Halterung gelagerte drehfähige Diske miteiner umfänglich scharfen Schneidkante aufweisen. Bei einer Drehung des Bohrkörpers 152drehen die Disken der Abbauwerkzeuge 100 mit und tragen mit ihrer scharfen SchneidkanteMaterial des Gebirges 102 an der Ortsbrust 122 ab. Allerdings ist anzumerken, dass gemäßanderen Ausführungsbeispielen der Erfindung statt Disken andere Abbauwerkzeuge 100 einge¬setzt werden können, zum Beispiel Schälmesser oder Stichel.However, a drill head 150 with a plurality of (for example 50 to 100) mining tools 100 can be seen in FIG. 1. More precisely, the drill head 150 has a drill body 152 which can be moved rotatably and translationally with respect to the mountain 102 The front side or mountain-side end face of the plurality of mining tools 100 is angebbracht. These are distributed over the circular face of the drill body 152, which is not seen in the cross-sectional view of Figure 1 (see the top view in Figure 5). Each of the mining tools 100 may comprise a rotatable disk mounted in a holder with a circumferentially sharp cutting edge. Upon rotation of the drill body 152 rotate the discs of the mining tools 100 and bear with their sharp cutting edge material of the mountain 102 at the face of 122. However, it should be noted that according to other embodiments of the invention, other mining tools 100 can be used instead of disks, for example paring knives or gravers.
[0044] E in Antriebsmotor 157 der Tunnelbohrmaschine 180 treibt über eine schematisch darge¬stellte Antriebswelle 159 den Bohrkopf 150 an, so dass dieser um eine Achse der Antriebswelle159 rotiert (siehe Bezugszeichen 161) und sich außerdem entlang der Richtung 190 immertiefer in Richtung des Gebirges 102 unter Abtragung desselben hineinbewegt.E in the drive motor 157 of the tunnel boring machine 180 drives the drill head 150 via a schematically illustrated drive shaft 159 so that it rotates about an axis of the drive shaft 159 (see reference numeral 161) and also along the direction 190 in the direction of the mountain 102 moved under removal of the same.
[0045] I m Weiteren wird die Anordnung 120 zum Ermitteln des Bilds der von der Tunnelbohr¬maschine 180 bearbeiteten Ortsbrust 122 näher beschrieben.Furthermore, the arrangement 120 for determining the image of the working face 122 processed by the tunnel boring machine 180 will be described in greater detail.
[0046] Der rotierfähig gelagerte Bohrkopf 150 ist Teil der Anordnung 120 und dient dem Abtra¬gen von Gesteinsmaterial an der Ortsbrust 122. In Aufnahmeöffnungen 128 (die in dem gezeig¬ten Ausführungsbeispiel als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind) des Bohrkopfs 150 sindmehrere Kameras als Bildaufnahmeeinheiten montiert, die gemeinsam eine Bildaufnahmeein¬richtung 124 bilden. Jede der Kameras nimmt während des Drehens des Bohrkopfs 150, dasauch zum Mitdrehen der Kameras führt, ein Bild entsprechend einem ringförmigen Abschnitt derstirnflächigen Ortsbrust 122 auf. Die Kameras selbst werden dabei relativ zu dem Bohrkopf 150ortsfest gehalten, d.h. benötigen keinen separaten Antrieb. Die von den Kameras während einervollständigen 360° Drehung des Bohrkopfs 150 aufgenommenen Bilddaten werden einer Bild¬verarbeitungseinrichtung 126 (zum Beispiel einem Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessoroder eine CPU, Central Processing Unit) zugeführt. Die Bildverarbeitungseinrichtung 126 verar¬beitet die Bilddaten der unterschiedlichen Kameras der Bildaufnahmeeinrichtung 100 gemein¬sam, d.h. setzt die Einzelbilder der einzelnen Kameras bzw. die aufgenommenen (Teil-)Ringbilder so zusammen, dass dadurch ein gemeinsames Bild von der Oberfläche der Orts¬brust 122 konstruiert wird. Hierbei können Methoden der Bildverarbeitung eingesetzt werden.Das konstruierte Bild der Ortsbrust 122 wird dann einer Anzeigevorrichtung 155, zum Beispieleiner LCD Anzeige eines Laptop- oder Desktop-Computers, zugeführt. Ein Geologe kann dannbequem die Charakteristik der Ortsbrust 122 analysieren, indem er das aktuelle Bild der Orts¬brust 122 an der Anzeigevorrichtung 155 betrachtet.The rotatably mounted drill head 150 is part of the arrangement 120 and serves for the ablation of rock material at the working face 122. In receiving openings 128 (which are formed in the gezeig¬ten embodiment as through holes) of the drill head 150 more cameras are mounted as image recording units , which together form a Bildaufnahmeein¬richtung 124. Each of the cameras picks up an image corresponding to an annular portion of the front face 122 during rotation of the boring head 150, which also causes the cameras to spin. The cameras themselves are held stationary relative to the drill head, i. do not need a separate drive. The image data taken by the cameras during a complete 360 ° rotation of the drill head 150 are fed to an image processing device 126 (for example a processor, in particular a microprocessor or a CPU, central processing unit). The image processing device 126 processes the image data of the different cameras of the image recording device 100 in common, i. sets the individual images of the individual cameras or the recorded (partial) ring images together so that thereby a common image of the surface of the Orts¬brust 122 is constructed. Image processing methods may be employed. The constructed image of the working face 122 is then fed to a display device 155, for example an LCD display of a laptop or desktop computer. A geologist may then conveniently analyze the characteristic of the face 122 by looking at the current image of the face chest 122 on the display 155.
[0047] Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Bild somit am Ort der Tunnel¬bohrmaschine 180 rekonstruiert. Alternativ ist es aber auch möglich, die Bilder nicht vollautoma¬tisiert zusammenzusetzen bzw. auszuwerten, sondern erst später in einem Büro.In the described embodiment, the image is thus reconstructed at the location of the tunnel boring machine 180. Alternatively, however, it is also possible not to assemble or evaluate the images fully automatically, but only later in an office.
[0048] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung können, wie in Figur 2schematisch gezeigt, mehrere Kameras als Bildaufnahmeeinrichtung 124 integriert in den Bohr¬kopf 150 implementiert werden. In der gezeigten Ausführungsform ist auch die Bildverarbei¬tungseinrichtung 126 im Bohrkopf 150 integriert und übermittelt die rekonstruierten Bilddaten imgezeigten Ausführungsbeispiel drahtlos an eine in Figur 2 nicht gezeigte Anzeigeeinrichtung155 zum Anzeigen des Bilds der Ortsbrust 122. Die geologische und geotechnische Dokumen¬tation der Ortsbrust 122 bei Vortrieben mit Tunnelbohrmaschinen 180 ist eine wesentlicheGrundlage für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Tunnelbohrmaschine 180. Diesefindet zum Beispiel einmal täglich in Wartungsschichten statt.According to an exemplary embodiment of the invention, as shown schematically in FIG. 2, a plurality of cameras can be implemented as an image recording device 124 integrated into the drill head 150. In the embodiment shown, the image processing device 126 is also integrated in the drill head 150 and transmits the reconstructed image data in the exemplary embodiment shown wirelessly to a display device155 (not shown in FIG. 2) for displaying the image of the face chest 122. The geological and geotechnical documentation of the face breast 122 Drilling with tunnel boring machines 180 is an essential basis for reliable and safe operation of the tunnel boring machine 180. For example, this takes place once a day in maintenance shifts.
[0049] Erfindungsgemäße Anordnungen 120 sind gegenüber herkömmlichen Ansätzen zumErmitteln geologischer Daten einer Ortsbrust 122 deutlich vorteilhafter, wie im Weiteren näherbeschrieben wird: [0050] Bei herkömmlichen Ansätzen ist der Blick auf die Ortsbrust 122 aufgrund des störendenBohrkopfes 150 der Tunnelbohrmaschinen 180 nur sehr eingeschränkt möglich. Schematischist dies in Figur 3 dargestellt. Es besteht herkömmlich dann nur die Möglichkeit, durch Mannlö¬cher (siehe Figur 3) oder durch Räumerschlitze des Bohrkopfs 150 einen kleinen Teil der Orts¬brust 122 einzusehen, wobei de facto nie die Möglichkeit besteht, ein großflächiges oder garvollständiges Bild der Ortsbrust 122 zu erhalten. Der Blick auf die Ortsbrust 122 durch Geolo¬gen und Geotechniker erfolgt also herkömmlich durch Mannlöcher, Räumerschlitze oder seitlichvon Abbauwerkzeugen 100. Dabei ist es aber nur möglich, kleine Teile der Ortsbrust 122 einzu¬sehen, wie zum Beispiel in Figur 3 dargestellt. In diesem Foto ist eine Kreisfläche mit einemDurchmesser von etwa 60 cm einsehbar, während die gesamte Ortsbrust 122 einen Durchmes¬ser von knapp 10m hat.Arrangements 120 according to the present invention are significantly more advantageous than conventional approaches to obtaining geological data of working face 122, as further described below: In conventional approaches, the view of working face 122 is very limited due to the disturbing drilling head 150 of the tunnel boring machines 180. Schematically this is shown in FIG. Conventionally, it is then only possible to view a small part of the face chest 122 by manholes (see FIG. 3) or by reamer slots of the drill head 150, whereby de facto there is never the possibility of a large-scale or even complete image of the face face 122 receive. The view of the working face 122 by geologists and geotechnical technicians thus takes place conventionally through manholes, reamer slots or laterally of removal tools 100. However, it is only possible to see small parts of the working face 122, as shown for example in FIG. In this photo, a circular area with a diameter of about 60 cm is visible, while the entire working face 122 has a diameter of almost 10 m.
[0051] Wenn der Bohrkopf 150 ein Stück zurückgezogen wird, um eine bessere Dokumentationzu erlauben, ergibt sich zwar die Chance, Fotos zu machen, die einen größeren Teil der Orts¬brust abdecken, allerdings nur aus äußerst ungünstigen Winkelpositionen. Ein solches Foto istbeispielsweise in Figur 4 zu sehen. Aufgrund des steilen Winkels ist es nur schwer möglich,geologische Merkmale im unteren Bereich der Ortsbrust 122 zu erkennen. Außerdem ist dasZurückfahren des Bohrkopfs 150 mit Unannehmlichkeiten verbunden, insbesondere mit einerUnterbrechung des Bohrbetriebs.When the bit 150 is withdrawn a bit to allow better documentation, the opportunity arises to take photos covering a greater part of the boring, but only from extremely unfavorable angular positions. Such a photo can be seen for example in FIG. Due to the steep angle, it is difficult to detect geological features in the lower region of the working face 122. In addition, the retraction of the drill head 150 is associated with inconvenience, particularly with an interruption of the drilling operation.
[0052] Somit ist die geologische Ortsbrustdokumentation bei Tunnelbohrmaschinen-Vortriebenherkömmlich mit großen Unsicherheiten bzw. mit einem großen Aufwand behaftet.Thus, in the case of tunnel boring machine propulsion, the geological sightseeing documentation is conventionally subject to great uncertainties or a great deal of effort.
[0053] Um diesen Zustand zu verbessern, ist erfindungsgemäß eine Methode geschaffen, diees erlaubt, einen großen Teil oder sogar die gesamte Ortsbrust 122 zu fotografieren bzw. zufilmen und in weiterer Folge zu einem gesamtheitlichen Bild bzw. Foto weiterzuverarbeiten. Einesolche Methode ermöglicht es somit, die Ortsbrust 112 bei Tunnelbohrmaschinen-Vortriebengrafisch darzustellen. Die mit der in und/oder am drehenden Bohrkopf 150 integrierten Bildauf¬nahmeeinrichtung 124 überwundene Schwierigkeit besteht darin, dass die Ortsbrust 122 fürBedienpersonal beinahe vollständig vom Bohrkopf 150 der Tunnelbohrmaschine 180 verdecktist, herkömmlich nur durch kleine Öffnungen eingesehen werden kann, aber durch das erfin¬dungsgemäße Vorsehen der Bildaufnahmeeinrichtung 124 sowie der hinsichtlich des Signal¬flusses nachgeschalteten Bildverarbeitungseinrichtung 126 zum Zusammensetzen von Teilbil¬dern der Ortsbrust 122 nun problemlos zum Erstellen eines Bilds eines Bereichs der Ortsbrust122 eingesetzt werden kann.In order to improve this state, a method is provided according to the invention, which allows to photograph or zufilmen a large part or even the entire working face 122 and subsequently further processed into a holistic image or photo. Such a method thus makes it possible to represent the working face 112 in tunnel boring machine gullies. The difficulty overcome with the image pickup device 124 integrated into and / or rotating the boring head 150 is that the working person's face 122 is almost completely obscured by the boring head 150 of the tunnel boring machine 180, which can conventionally only be seen through small openings, but through the inventions Provision of the image recording device 124 according to the present invention as well as the image processing device 126 connected downstream of the signal flow for the purpose of assembling sub-images of the working face 122 can now be used without difficulty for creating an image of a region of the working face 122.
[0054] Figur 5 zeigt eine Draufsicht von Komponenten einer Anordnung 120 gemäß einemexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der Kameras als Bildaufnahmeeinrich¬tung 124 am Bohrkopf 150 einer Tunnelbohrmaschine in einem Mannloch (siehe Bezeichnung(a)), einem Räumerschlitz (siehe Bezeichnung (b)) und anstelle eines Abbauwerkzeugs 100(siehe Bezeichnung (c)) platziert sind.FIG. 5 shows a top view of components of an arrangement 120 according to an exemplary embodiment of the invention, in which cameras are used as image recording device 124 on the boring head 150 of a tunnel boring machine in a manhole (see designation (a)), a reamer slot (see designation (b )) and are placed in place of a mining tool 100 (see designation (c)).
[0055] Mit der Anordnung 120 gemäß Figur 5 kann ein vollständiges Foto der Ortsbrust 122oder von Kreisringen der Ortsbrust 122 erstellt werden. Dazu wird eine Foto- oder Videokamera(oder werden mehrere Foto- oder Videokameras) als Bildaufnahmeeinrichtung 124 in eine oderin mehreren Öffnungen im Bohrkopf 150 platziert, zum Beispiel Räumeröffnung, Mannloch,anstelle von Abbauwerkzeugen 100 oder an eigens für die Bildaufnahmeeinrichtung 124 ge¬schaffenen Öffnungen.With the arrangement 120 according to FIG. 5, a complete photograph of the working face 122 or circular rings of the working face 122 can be created. For this purpose, a photo or video camera (or several cameras or video cameras) is placed as an image pickup device 124 in one or more openings in the drill head 150, for example, scraper opening, manhole, instead of mining tools 100 or on openings specially made for the image pickup device 124 ,
[0056] Anschließend wird der Bohrkopf 150 langsam gedreht (siehe Bezugszeichen 161), undes werden gleichzeitig Fotos in kurzen Abständen aufgenommen oder es wird gleichzeitig einVideo gemacht, zum Beispiel bis der Bohrkopf 150 sich einmal vollständig gedreht hat. DieAnzahl der Kameras, die benötigt wird, um ein vollständiges Bild der gesamten Ortsbrust 122(oder eines interessierenden Bereichs der Ortsbrust 122) zu erhalten, ist abhängig vom Winkeldes Objektivs und davon, ob und gegebenenfalls wie weit der Bohrkopf 150 zurückgezogenwird (zum Beispiel vollständig an der Ortsbrust 122 anliegend oder eine vorbestimmte Distanzvon zum Beispiel 1.5m zurückgezogen).Subsequently, the drill bit 150 is slowly rotated (see reference numeral 161), and at the same time, photos are taken at short intervals, or a video is simultaneously taken, for example, until the drill head 150 has fully rotated once. The number of cameras needed to obtain a complete image of the entire working face 122 (or a region of interest of the working face 122) depends on the angle of the lens and whether and, if so, how far the bit 150 is retracted (for example, fully on the working face 122 adjacent or a predetermined distance withdrawn from, for example, 1.5m).
[0057] Figur 6 zeigt eine Anordnung von vier Kameras als Bildaufnahmeeinrichtung 124 zurannähernd vollständigen Abdeckung einer Ortsbrust 122 gemäß einem exemplarischen Ausfüh¬rungsbeispiel der Erfindung. Die in Figur 6 gezeigte Kameraanordnung erlaubt die Aufnahmevon vier ringförmigen Bildern 600 inklusive kleiner Überschneidungen 602. Die Bereiche vonÜberschneidungen 602 können insbesondere verwendet werden, um die Einzelbilder artefakt-frei zusammenzusetzen.FIG. 6 shows an arrangement of four cameras as an image recording device 124 for almost complete coverage of a working face 122 according to an exemplary embodiment of the invention. The camera arrangement shown in FIG. 6 permits the recording of four annular images 600 including small overlaps 602. The regions of intersections 602 can in particular be used to assemble the individual images in an artifact-free manner.
[0058] Figur 7 zeigt eine Anordnung aus einer Kamera als Bildaufnahmeeinrichtung 124, einerLeuchtquelle 700 (hier in Form eines LED- Arrays ausgebildet) und eines Magnethalters 702zum Platzieren an einem Bohrkopf 150 einer Tunnelbohrmaschine 180 gemäß einem exempla¬rischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Befestigung der Bildaufnahmeeinrichtung 124kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Eine einfache und benutzerfreundliche Vari¬ante ist das Vorsehen der Kamera inklusive Leuchtquelle 700 mit dem Magnethalter 702 zumgemeinsamen Platzieren am Bohrkopf 150.Figure 7 shows an arrangement of a camera as an image pickup device 124, a light source 700 (formed here in the form of an LED array) and a magnet holder 702 for placing on a drill head 150 of a tunnel boring machine 180 according to an exemplary embodiment of the invention. The attachment of the image pickup device 124 can be done in different ways. A simple and user-friendly Vari¬ante is the provision of the camera including light source 700 with the magnet holder 702 for joint placement on the drill head 150th
[0059] Figur 8 zeigt eine Montagehalterung 702 für eine Kamera als Bildaufnahmeeinrichtung124, Leuchtquellen 700 und Neigungssensoren 800 für eine Anordnung 120 zum Erzeugeneines Bilds einer Ortsbrust 122 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfin¬dung.FIG. 8 shows a mounting bracket 702 for a camera as image recording device 124, light sources 700 and inclination sensors 800 for an arrangement 120 for generating an image of a working face 122 according to an exemplary embodiment of the invention.
[0060] Um eine genau definierte Positionierung der Bildaufnahmeeinrichtung 124 zu ermögli- chen, können funktionell erweiterte Montagehalterungen 702 verwendet werden. Figur 8 zeigteine solche Montagehalterung 702, die in Wartungsschichten in einem Mannloch befestigtwerden kann. Neben der Kamera als Bildaufnahmeeinrichtung 124 werden darin starke Leucht¬quellen 700 (nicht gezeigt) sowie weitere Sensoren, zum Beispiel die Inklinome-ter/Neigungssensoren 800, platziert, die eine automatisierte Ausrichtung der späteren Fotosund/oder Videos ermöglichen. Abgesehen davon ist es möglich, die Aufnahme mit globalenMaschinendaten wie zum Beispiel dem aktuellen Bohrkopfwinkel zu synchronisieren. Einebevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Bildaufnahmeeinrichtung 124 bereits von vorn¬herein in den Bohrkopf 150 zu integrieren.In order to allow a well-defined positioning of the image recording device 124, functionally extended mounting brackets 702 can be used. Figure 8 shows such a mounting bracket 702 which can be mounted in maintenance layers in a manhole. In addition to the camera as an image recording device 124, strong light sources 700 (not shown) as well as further sensors, for example the inclinometer / inclination sensors 800, are placed therein, which enable an automated alignment of the later photos and / or videos. Apart from that, it is possible to synchronize the acquisition with global machine data such as the current drill head angle. A preferred embodiment consists of integrating the image pickup device 124 into the drill head 150 from the outset.
[0061] Figur 9 zeigt Bilder oder Videoframes 900, die sich überschneiden, und gemäß einemexemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels digitaler Bildverarbeitung zu einemGesamtbild zusammengefügt werden.Figure 9 shows images or video frames 900 that overlap and are combined into a total image by digital image processing according to an exemplary embodiment of the invention.
[0062] Nachdem die Fotos und/oder Videos aufgenommen wurden, werden sie mittels automa¬tisierter digitaler Bildverarbeitung zu einer Gesamtaufnahme zusammengefügt. Figur 9 zeigtschematisch die sich überschneidenden Bilder, welche in weiterer Folge zusammengesetztwerden.After the photos and / or videos have been taken, they are combined by means of automated digital image processing to form a complete recording. Figure 9 shows diagrammatically the overlapping images, which are subsequently compounded.
[0063] Figur 10 zeigt einen Ausschnitt 1000 eines Kreisrings als Bild eines Bereichs einer Orts¬brust 112, der gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel aus mehreren einzelnenVideoframes zusammengesetzt wurde.FIG. 10 shows a detail 1000 of a circular ring as an image of a region of a spatial breast 112 which, according to an exemplary embodiment, has been assembled from a plurality of individual video frames.
[0064] Das Zusammensetzen zu einem Gesamtbild kann mittels verschiedener Verfahren (zumBeispiel pixel- oder texturorientiert) erfolgen. Im gegenständlichen Fall wurde ein Kreuzkorrela¬tionsverfahren im Frequenzraum (Korrelation der Fourier-transformierten Bilder) verwendet.Figur 10 zeigt den Ausschnitt 1000 eines Kreisrings, welcher das Ergebnis mehrerer zusam¬mengesetzter einzelner Videoframes ist. Kleinräumige geologische Merkmale sind deutlich zuerkennen. Mit weiteren Bearbeitungsschritten kann auch ein räumliches Relief der Ortsbrust122 erzeugt werden.The assembly into an overall image may be accomplished by various methods (for example pixel or texture oriented). In the present case, a Kreuzkorrela¬tionsverfahren in frequency space (correlation of the Fourier-transformed images) was used.Figure 10 shows the section 1000 of a circular ring, which is the result of several zusam¬mengesetzter individual video frames. Small-scale geological features are clearly recognizable. With further processing steps, a spatial relief of the working face 122 can also be generated.
[0065] Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" keine anderen Elemente oderSchritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hinge¬wiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispie¬le beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten ande¬rer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen inden Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "having " does not exclude other elements or steps and "a " or "a " no multiplicity excludes. Furthermore, it should be pointed out that features or steps which have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not intended to be limiting.
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