CN107620602A - 一种管片拼装机及管片拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管片拼装机，包括测距装置，用于测量盾构机的盾尾间隙值。管片拼装机还包括处理单元，用于计算出管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序。管片拼装机还包括布置在所述管片拼装机的抓取头上的管片识别装置，用于根据管片的拼装顺序识别需要拼装的管片。根据本发明的管片拼装方法，包括：使用测距装置测量盾尾间隙值；使用处理单元计算出管片的位置和角度参数，确定管片的拼装顺序；使用管片识别装置根据管片拼装顺序识别管片。能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题，同时，还可以保证人员安全。

Description

一种管片拼装机及管片拼装方法

技术领域

本发明涉及掘进机机械技术领域，具体涉及一种管片拼装机及管片拼装方法。

背景技术

掘进机是一种隧道施工的专用工程机械，集开挖、输送、拼装衬砌、导向纠偏等功能于一体。在掘进机隧道施工过程中，隧道的防护一般采取管片衬砌来实现，衬砌好的管片具有承压、防渗漏、永久支撑等功能。如今国内外的管片拼装基本上全采用人工拼装来完成，人工拼装时间太依赖拼装手的技术水平和熟练程度，目前国内拼装时间大概在30分钟到2小时不等，而且还无法保证管片的拼装质量。随着隧道施工自动化的不断提高，管片人工拼装已经无法满足快速施工的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种管片拼装机及管片拼装方法，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种管片拼装机，包括测距装置，用于测量盾构机的盾尾间隙值。管片拼装机还包括处理单元，用于读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差从而计算出管片的位置和角度参数，并且确定管片的拼装顺序。管片拼装机还包括布置在所述管片拼装机的抓取头上的管片识别装置，用于根据管片的拼装顺序识别需要拼装的管片。

根据本发明的管片拼装机，采用测距装置测量盾尾间隙，可解决由于掘进机直径增大或者缩小而导致操作手不方便用钢尺测量盾尾间隙和测量不精确的问题，快速测量盾尾间隙，亦可保证人员安全。采用处理单元自动计算管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序，采用管片识别装置识别需要拼装的管片，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的管片拼装机，还包括驱动单元，用于根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机的抓取头抓取管片，以及管片拼装机的转动和拼装管片。管片拼装机还包括角度测量装置，用于测量管片拼装机的转动角度。

通过驱动单元可以实现管片拼装机自动抓取管片，这样可以节省人工、并且防止拼装手误操作而导致事故发生，从而确保生产安全。管片拼装机通过角度测量装置的配合，在驱动单元的控制下，可以控制管片拼装机的旋转角度，从而精确定位每块管片的位置，进而防止由于人工操作不熟练导致的管片破损和管片挤压等问题，同时，可快速、有效地完成管片的拼装，进一步提高管片拼装效率。

在一个具体的实施方式中，角度测量装置为旋转编码器。

在一个优选的实施方式中，测距装置为激光靶测距传感器。

在一个优选的实施方式中，管片识别装置为图像识别传感器。

在一个优选的实施方式中，测距装置为1～6个。

根据本发明第二方面的管片拼装方法，包括：步骤一、使用上述所述的测距装置测量盾尾间隙值；步骤二、使用上述所述的处理单元读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差计算出管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序；步骤三、使用上述所述的管片识别装置根据上述步骤二中的管片拼装顺序识别管片。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的管片拼装方法，还包括：步骤四、使用上述所述的驱动单元根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机的抓取头抓取管片，以及管片拼装机的转动和拼装管片，并且，使用上述所述的角度测量装置配合处理单元和驱动单元控制管片拼装机的转动角度。

在一个优选地实施方式中，步骤一中的测距装置为激光靶测距传感器；步骤三中的管片识别装置为图像识别传感器。

具体地，步骤四中的角度测量装置为旋转编码器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用测距装置和管片识别装置配合处理单元，能够避免测量不精确的问题，并且快速测量盾尾间隙，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题，同时，还可以保证人员安全。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的管片拼装机；

图2示意性描述了本发明实施例的管片拼装方法的流程。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的管片拼装,10。如图1所示，根据本发明实施例的管片拼装机10，包括测距装置1，用于测量盾构机的盾尾间隙值。管片拼装机10还包括处理单元，用于读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差从而计算出管片的位置和角度参数，并且确定管片的拼装顺序。管片拼装机10还包括布置在所述管片拼装机10抓取头上的管片识别装置2，用于根据管片的拼装顺序识别需要拼装的管片。在一个优选地实施方式中，具体地，测距装置1为激光靶测距传感器，管片识别装置2为图像识别传感器。根据本发明的管片拼装机，采用测距装置测量盾尾间隙，可解决由于掘进机直径增大或者缩小而导致操作手不方便用钢尺测量盾尾间隙和测量不精确的问题，快速测量盾尾间隙，亦可保证人员安全。采用处理单元自动计算管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序，采用管片识别装置识别需要拼装的管片，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题。

进一步地，根据本发明的管片拼装机10，还包括驱动单元，用于根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机10的抓取头抓取管片，以及管片拼装机10的转动和拼装管片。管片拼装机还包括角度测量装置3，用于测量管片拼装机的转动角度。在一个优选地实施方式中，具体地，角度测量装置3为旋转编码器。通过驱动单元可以实现管片拼装机自动抓取管片，这样可以节省人工、并且防止拼装手误操作而导致事故发生，从而确保生产安全。管片拼装机通过角度测量装置和处理单元的配合，在驱动单元的控制下，可以控制管片拼装机的旋转角度，从而精确定位每块管片的位置，进而防止由于人工操作不熟练导致的管片破损和管片挤压等问题，同时，可快速、有效地完成管片的拼装，进一步提高管片拼装效率。

如图1所示，在一个优选的实施方式中，激光靶测距传感器为1～6个，更优选地，激光靶测距传感器为5个。由于现场施工环境异常恶劣，盾尾及管片最底部会有一部分的污水及浆液，污水及浆液的存在会导致激光靶测距传感器的测量数据出现偏差，因此在管片拼装机10的正下方没有安装激光靶测距传感器。以管片拼装机10最上方的测距传感器为基准，角度默认为0°，顺时针方向角度依次增大。在管片拼装机10上每隔60°布置一个激光靶测距传感器，布置一圈刚好为5个激光测距传感器。在0°方向上的盾尾间隙即为激光靶测距传感器的直接测量值，通过其他4个测距传感器的测量值计算出90°、180°、270°三个方向的盾尾间隙值。

图2示意性描述了本发明实施例的管片拼装方法的流程。如图2所示，根据本发明第二方面的管片拼装方法，包括：步骤一、使用上述所述的测距装置1测量盾尾间隙值；步骤二、使用上述所述的处理单元读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差计算出管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序；步骤三、使用上述所述的管片识别装置根据上述步骤二中的管片拼装顺序识别管片。在一个优选地实施方式中，步骤一中的测距装置为激光靶测距传感器；步骤三中的管片识别装置为图像识别传感器。根据本发明的管片拼装方法，采用测距装置测量盾尾间隙，可解决由于掘进机直径增大或者缩小而导致操作手不方便用钢尺测量盾尾间隙和测量不精确的问题，快速测量盾尾间隙，亦可保证人员安全。采用处理单元自动计算管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序，采用管片识别装置识别需要拼装的管片，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题。

进一步地，根据本发明的管片拼装方法，还包括：步骤四、使用上述所述的驱动单元根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机的抓取头抓取管片，以及管片拼装机的转动和拼装管片，并且，使用上述所述的角度测量装置3配合处理单元和驱动单元控制管片拼装机的转动角度。在一个优选地实施方式中，具体地，步骤四中的角度测量装置3为旋转编码器。通过驱动单元可以实现管片拼装机自动抓取管片，这样可以节省人工、并且防止拼装手误操作而导致事故发生，从而确保生产安全。管片拼装机通过角度测量装置和处理单元的配合，在驱动单元的控制下，可以控制管片拼装机的旋转角度，从而精确定位每块管片的位置，进而防止由于人工操作不熟练导致的管片破损和管片挤压等问题，同时，可快速、有效地完成管片的拼装，进一步提高管片拼装效率。

具体地，本实施例中的管片拼装过程如下：

掘进机掘进完毕开始拼装时，安装在管片拼装机上的5个激光测距传感器开始测量传感器至盾尾内壁的距离D1，测量完毕自动往后移动至上一环拼装的管片处，测量传感器至管片的距离D2、管片的厚度D3，处理单元得出盾尾间隙值为D1减去D2，再减去D3的值。

处理单元读取计算出来的盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道线路中心线数据、以及掘进机推进油缸的行程差，根据上一环封顶管片拼装的位置自动计算出当前环封顶管片的拼装位置及角度，根据计算出的封顶管片的拼装位置和角度，对当前环剩下的管片进行排版，精确定位每一块管片的角度分布。根据封顶管片的位置确定管片拼装的顺序。

在管片拼装机的抓取头上设有管片图像识别传感器3，待管片通过管片输送装置送至管片拼装区域，管片拼装机在驱动单元的驱动下移动至管片拼装区域对管片的标准块、邻接块、封顶块进行扫描，待扫描完毕后，按照上述管片排版后管片拼装顺序依次抓取管片，待抓紧后，通过管片拼装机上设有的旋转编码器控制管片拼装机自动旋转到上述每块管片的拼装角度，待旋转到位后，管片拼装机相对应的推进油缸伸出顶住管片，完成拼装。

根据上述实施例，可见，本发明的管片拼装机和管片拼装方法，采用测距装置和管片识别装置配合处理单元，能够避免测量不精确的问题，并且快速测量盾尾间隙，能够避免由于拼装手技术水平和熟练程度不够所带来的拼装时间过长和管片拼装质量不行的问题，同时，还可以保证人员安全。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种管片拼装机，其特征在于，包括测距装置，用于测量盾构机的盾尾间隙值；

所述管片拼装机还包括处理单元，用于读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差从而计算出管片的位置和角度参数，并且确定管片的拼装顺序；

所述管片拼装机还包括布置在所述管片拼装机的抓取头上的管片识别装置，用于根据管片的拼装顺序识别需要拼装的管片。

2.根据权利要求1所述的管片拼装机，其特征在于，还包括驱动单元，用于根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机的抓取头抓取管片，以及管片拼装机的转动和拼装管片；

所述管片拼装机还包括角度测量装置，用于测量管片拼装机的转动角度。

3.根据权利要求2所述的管片拼装机，其特征在于，所述角度测量装置为旋转编码器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管片拼装机，其特征在于，所述测距装置为激光靶测距传感器。

5.根据权利要求1至4中任一向所述的管片拼装机，其特征在于，所述识别装置为图像识别传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的管片拼装机，所述测距装置为1～6个。

7.一种管片拼装方法，其特征在于，包括：

步骤一、使用上述权利要求1中所述的测距装置测量盾尾间隙值；

步骤二、使用上述权利要求1中所述的处理单元读取盾尾间隙值、掘进机的掘进姿态参数、隧道中心线路数据、和掘进机推进油缸的行程差计算出管片的位置和角度参数，并且，确定管片的拼装顺序；

步骤三、使用上述权利要求1中所述的管片识别装置根据上述步骤二中得出的管片拼装顺序识别管片。

8.根据权利要求7所述的管片拼装方法，其特征在于，还包括：

步骤四、使用上述权利要求2中所述的驱动单元根据管片的位置和角度参数、及管片拼装顺序来驱动管片拼装机的抓取头抓取管片，以及管片拼装机的转动和管片拼装；

并且，使用上述权利要求2中所述的角度测量装置配合处理单元和驱动单元控制管片拼装机的转动角度。

9.根据权利要求7或8所述的管片拼装方法，其特征在于，所述步骤一中的所述测距装置为激光靶测距传感器；所述步骤三中的所述管片识别装置为图像识别传感器。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的管片拼装方法，其特征在于，所述步骤四中的所述角度测量装置为旋转编码器。