CN110130921B - 一种tbm及其皮带机出渣信息采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TBM皮带机出渣信息采集装置，包括：用于采集渣料图像的视觉传感器；用于扫描渣料以获取渣料表面形状的点云数据的扫描仪；用于对渣料图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和粒径、并对点云数据进行处理以获得渣料的出渣量的数据处理器，数据处理器分别与视觉传感器和扫描仪相连。采用视觉传感器和扫描仪相结合的方式，以获得更全面和精确的渣料信息，进而通过数据处理器的处理，可得到渣料中各岩渣的形状、粒径以及当前时段渣料的出渣量等渣料特征，以便于本领域技术人员根据渣料特征来判断围岩的地质情况，进而可指导前方掘进工作。本发明还公开了一种包括上述TBM皮带机出渣信息采集装置的TBM机。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工设备技术领域，更具体地说，涉及一种TBM皮带机出渣信息采集装置。此外，本发明还涉及一种包括上述TBM皮带机出渣信息采集装置的TBM。
背景技术
在TBM掘进过程中，需要根据围岩的地质情况对围岩的类型进行分析，从而便于根据围岩的类型来选择与围岩地质相适应的支护形式。
通常情况下，通过施工人员对围岩进行肉眼观察，可评估围岩的质量，然而，在TBM掘进过程中，由于施工条件的限制(如护盾的遮挡)，施工人员往往无法全面观察围岩情况，因此，无法判断围岩的类型，进而难以对其支护形式做出精确选择。
研究表明，在TBM施工过程中，围岩类型不同，则TBM开挖出的渣料的组成、粒径以及出渣量不同，也即，渣料特征与围岩的质量指标有一定的对应关系，通过渣料的特性，能够反映出围岩的类型。例如，较为完整的围岩，其渣料中的岩渣基本或全部呈片状，且粒径较均匀；当不连续面极发育且受构造作用影响或者处于断层破碎带时，岩渣基本或全部为块状，粒径变化大。
因此，如何在TBM掘进过程中获取渣料特征，以便根据渣料特征来判断围岩的地质情况，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种TBM及其皮带机出渣信息采集装置，能够获取TBM掘进过程中的渣料特征，为根据渣料特征来判断围岩的地质情况提供依据。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种TBM皮带机出渣信息采集装置，包括：
用于采集渣料图像的视觉传感器；
用于扫描渣料以获取渣料表面形状的点云数据的扫描仪；
用于对所述渣料图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和粒径、并对所述点云数据进行处理以获得渣料的出渣量的数据处理器，所述数据处理器分别与所述视觉传感器和所述扫描仪相连。
优选地，所述视觉传感器包括工业相机、设于所述工业相机的定焦镜头和用于沿平行于渣料出渣方向设置的两个条形光源。
优选地，还包括用于设置在TBM拖车上的相机固定装置，所述相机固定装置包括：
用于与所述TBM拖车固定连接的连接板；
与所述连接板相连、用于沿平行于渣料出渣方向设置的的两个L形槽钢，两个所述条形光源分别设于两个所述L形槽钢上，所述工业相机设于两个所述L形槽钢之间。
优选地，还包括与所述连接板相连、用于避免落石砸坏所述工业相机和所述条形光源的第一防护罩。
优选地，所述扫描仪包括三维激光扫描仪。
优选地，还包括用于设置在TBM拖车上的扫描仪连接支架，所述扫描仪通过螺栓固定在所述扫描仪连接支架上。
优选地，还包括与所述扫描仪连接支架相连、用于避免落石砸坏所述扫描仪的第二防护罩。
优选地，还包括工业电脑，所述数据处理器为所述工业电脑的中央处理器。
优选地，所述视觉传感器和所述扫描仪分别通过控制箱与所述工业电脑相连。
一种TBM，包括用于输送破碎渣料的皮带机，还包括上述任意一种TBM皮带机出渣信息采集装置，所述TBM皮带机出渣信息采集装置的视觉传感器用于采集所述皮带机输送的渣料的渣料图像，所述TBM皮带机出渣信息采集装置的扫描仪用于扫描所述皮带机输送的渣料以获取渣料表面形状的点云数据。
本发明提供的TBM皮带机出渣信息采集装置，采用视觉传感器和扫描仪相结合的方式，以获得更全面和精确的渣料信息；数据处理器能够对视觉传感器采集的渣料图像进行处理，以得到渣料中各岩渣的形状和粒径，并能够对扫描仪扫描的渣料表面形状的点云数据进行处理，通过积分运算，得到渣料的整体体积，也即当前时段内的出渣量，进而可以使本领域技术人员根据渣料中各岩渣的形状、粒径以及当前时段内渣料的出渣量来判断围岩的地质情况，对前方掘进工作作出指导。
本发明提供的TBM，包括上述TBM皮带机出渣信息采集装置，具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的TBM皮带机出渣信息采集装置具体实施例的结构示意图。
图1中的附图标记如下：
1为扫描仪、2为工业相机、3为定焦镜头、4为条形光源、5为相机固定装置、6为扫描仪连接支架、7为工业电脑、8为控制箱、01为TBM拖车、02为皮带机、03为隧道洞壁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种TBM及其皮带机出渣信息采集装置，能够获取TBM掘进过程中的渣料特征，以便根据渣料特征来判断围岩的地质情况。
请参考图1，图1为本发明所提供的TBM皮带机出渣信息采集装置具体实施例的结构示意图。
本发明提供一种TBM皮带机出渣信息采集装置，包括视觉传感器、扫描仪1和数据处理器，视觉传感器和扫描仪1分别与数据处理器相连，视觉传感器用于采集渣料图像，并将其采集的渣料图像传送至数据处理器，数据处理器对其接收到的渣料图像进行处理，以得到渣料中各岩渣的形状和粒径大小；扫描仪1用于扫描渣料以获取渣料表面形状的点云数据，并将其扫描的点云数据发送至数据处理器，数据处理器对其接收到的点云数据进行处理，通过积分运算，得到渣料的整体体积，也即当前时段内的出渣量。
可以理解的是，本领域技术人员根据渣料中各岩渣的形状、粒径大小以及当前时段内渣料的出渣量，可以综合判断围岩的地质情况，进而可对前方掘进工作作出指导，具有较大的现实意义。
需要说明的是，本发明采用视觉传感器和扫描仪1相结合的方式，来采集皮带机输送的渣料数据，可以理解的是，视觉传感器通常具有一定的局限性，存在采集的渣料图像不清晰的情况，因此，通过扫描仪1的扫描不仅可以获得更精确的出渣信息，还能弥补视觉传感器的缺陷，两者结合，可以获得更全面和精确的出渣信息，确保所采集的渣料原始数据的全面及精确性。
也就是说，本发明采用视觉传感器和扫描仪1相结合的方式，获得更全面和精确的出渣信息，进而通过数据处理器的处理，可得到渣料中各岩渣的形状、粒径大小以及当前时段内渣料的出渣量等渣料特征，以便于本领域技术人员根据渣料特征来准确判断围岩的地质情况。
需要说明的是，本发明对视觉传感器的具体结构及型号不做限定，只要能够拍摄渣料的图像即可。
作为一种优选方案，视觉传感器包括工业相机2。工业相机2具有较高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，适用于TBM机掘进的工作环境。
优选地，工业相机2的防护等级不小于IP65，且工业相机2能够抵抗六倍的重力加速度的振动。
考虑到拍摄范围通常较大，例如拍摄范围为50cm×50cm，优选地，视觉传感器包括设于工业相机2的定焦镜头3。定焦镜头3的成像质量稳定，可以拍摄到图像清晰且稳定的渣料。
在上述实施例的基础之上，视觉传感器还包括用于照亮皮带机02、以保证渣料亮度从而使工业相机2拍摄的照片清晰的光源。
优选地，光源为用于沿平行于渣料的出渣方向设置的条形光源4。
考虑到工业相机2和光源的固定问题，在上述实施例的基础之上，还包括用于设置在TBM拖车01上的相机固定装置5。
优选地，相机固定装置5包括连接板和与连接板相连的两个L形槽钢，连接板用于与TBM拖车01固定连接，优选地，连接板用于与TBM拖车01焊接固定；两个L形槽钢相对设置，两个L形槽钢分别用于固定一个条形光源4，工业相机2固定于两个L形槽钢之间，以使两个条形光源4分别位于工业相机2的两侧。
可以理解的是，安装时，两个L形槽钢沿平行于皮带机02的输送方向设置，以确保条形光源4沿平行于渣料的出渣方向设置。
考虑到工业相机2和条形光源4的安全性问题，在上述实施例的基础之上，还包括与连接板相连、用于避免落石砸坏工业相机2和条形光源4的第一防护罩。
可以理解的是，第一防护罩位于两个L形槽钢的上方。
另外，本发明对扫描仪1的具体结构及型号不做限定，只要能够扫描渣料以获取渣料表面形状的点云数据即可。
作为一种优选方案，扫描仪1包括三维激光扫描仪，三维激光扫描仪的工作原理请参见现有技术。三维激光扫描仪的扫描范围可根据实际需要来设定。
优选地，扫描仪1的防护等级不小于IP65，且扫描仪1能够抵抗六倍的重力加速度的振动。
考虑到扫描仪1的固定问题，在上述实施例的基础之上，还包括用于设置在TBM拖车01上的扫描仪固定装置。
优选地，扫描仪固定装置包括用于固定在TBM拖车01上的扫描仪连接支架6，扫描仪1通过螺栓等紧固件固定于扫描仪连接支架6上。
需要说明的是，本实施例对扫描仪连接支架6的具体结构并不做限定，只要扫描仪连接支架6的一端能够固定在TBM拖车01上，另一端设有用于通过螺栓等紧固件与扫描仪1连接的安装孔即可。
考虑到扫描仪1的安全性问题，在上述实施例的基础之上，还包括与连接支架相连、用于避免落石砸坏扫描仪1的第二防护罩。
可以理解的是，第二防护罩位于扫描仪1的上方。
需要说明的是，本发明中，数据处理器对视觉传感器发送的渣料图像进行处理的方法与现有技术中常规的图像处理方法相同，本文不再赘述，本领域技术人员可参见现有技术。
所公知的是，在工业和工程领域中，图像处理技术有着广泛的应用，图像处理技术是现有技术中较为成熟的技术，本发明主要是将现有的图像处理技术应用到对渣料图像的处理中，通过数据处理器，采用现有的图像处理方法，实现对渣料图像的处理，以得到渣料中各岩渣的形状及粒径大小。
进一步地，工业领域通常采用三维激光扫描仪，得到点云数据，用于体积测量探测等，也即，对点云数据进行积分，以得到三维物体的体积也是现有技术中已成熟的技术，因此，本发明中，数据处理器对扫描仪1发送的点云数据进行处理的方法与现有技术中常规的点云数据处理方法相同，本文不再赘述，本领域技术人员可参见现有技术。
优选地，TBM皮带机出渣信息采集装置还包括工业电脑7，数据处理器为工业电脑7的中央处理器。
可以理解的是，中央处理器包括用于对渣料图像进行处理的图像处理模块和用于对点云数据进行处理的点云处理模块，
图像处理模块主要应用图像裁剪、边缘提取、滤波增强、深度学习等技术，获取一张清晰的渣料图像，然后与中央处理器中预先存储的分类图像进行匹配，从而判断地质情况。
点云处理模块通过点云滤波、提取关键点、点云分割、目标识别等技术处理扫描仪得到的点云数据，从而获得渣土的点云数据，然后对点云数据进行积分，计算出当前时段内渣料的出渣量，结合皮带机02的速度，就可以获得一段时间内的总体出渣量。
可以理解的是，工业电脑7包括显示界面，以显示图像处理模块对渣料图像处理后的结果以及点云处理模块对点云数据处理后的结果，以便于本领域技术人员根据显示界面的显示结果来判断围岩的地质情况。
在上述实施例的基础之上，工业相机2和扫描仪1分别通过控制箱8与工业电脑7的中央处理器相连，也即，工业相机2和扫描仪1分别与控制箱8相连，控制箱8与工业电脑7的中央处理器相连，控制箱8作为数据传输的中转装置，用于工业相机2与工业电脑7以及扫描仪1与工业电脑7之间的数据传输，同时，控制箱8作为供电装置，用于对工业相机2和扫描仪1进行供电。
进一步地，条形光源4与控制箱8相连，控制箱8用于对条形光源4进行供电。
在上述实施例的基础之上，工业电脑7包括参数设置模块，以通过参数设置模块来设置工业相机2和扫描仪1的工作参数，并向控制箱8发送工业相机2和扫描仪1的工作参数，以使控制箱8根据其接收到的参数信号控制工业相机2和扫描仪1在相应的工作参数下工作。
除了上述TBM皮带机出渣信息采集装置，本发明还提供一种包括上述实施例公开的TBM皮带机出渣信息采集装置的TBM机，该TBM机还包括用于输送破碎渣料的皮带机02，皮带机出渣信息采集装置的视觉传感器用于采集皮带机02输送的渣料的渣料图像，皮带机出渣信息采集装置的扫描仪1用于扫描皮带机02输送的渣料以获取渣料表面形状的点云数据。该TBM机的其它各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的TBM机及其皮带机出渣信息采集装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，包括：
用于采集渣料图像的视觉传感器；
用于扫描渣料以获取渣料表面形状的点云数据的扫描仪(1)；
用于对所述渣料图像进行处理以获得渣料中各岩渣的形状和粒径、并对所述点云数据进行处理以获得渣料的出渣量的数据处理器，所述数据处理器分别与所述视觉传感器和所述扫描仪(1)相连；
还包括工业电脑(7)，所述数据处理器为所述工业电脑(7)的中央处理器，所述中央处理器包括用于对渣料图像进行处理的图像处理模块和用于对点云数据进行处理的点云处理模块；
所述图像处理模块应用图像裁剪、边缘提取、滤波增强、深度学习技术获取一张清晰的渣料图像，再与中央处理器中预先存储的分类图像进行匹配，从而判断地质情况；
所述点云处理模块通过点云滤波、提取关键点、点云分割、目标识别技术处理扫描仪得到的点云数据，从而获得渣土的点云数据，再对点云数据进行积分，计算出当前时段内渣。
2.根据权利要求1所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，所述视觉传感器包括工业相机(2)、设于所述工业相机(2)的定焦镜头(3)和用于沿平行于渣料出渣方向设置的两个条形光源(4)。
3.根据权利要求2所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，还包括用于设置在TBM拖车(01)上的相机固定装置(5)，所述相机固定装置(5)包括：
用于与所述TBM拖车(01)固定连接的连接板；
与所述连接板相连、用于沿平行于渣料出渣方向设置的的两个L形槽钢，两个所述条形光源(4)分别设于两个所述L形槽钢上，所述工业相机(2)设于两个所述L形槽钢之间。
4.根据权利要求3所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，还包括与所述连接板相连、用于避免落石砸坏所述工业相机(2)和所述条形光源(4)的第一防护罩。
5.根据权利要求1所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，所述扫描仪(1)包括三维激光扫描仪。
6.根据权利要求5所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，还包括用于设置在TBM拖车(01)上的扫描仪连接支架(6)，所述扫描仪(1)通过螺栓固定在所述扫描仪连接支架(6)上。
7.根据权利要求6所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，还包括与所述扫描仪连接支架(6)相连、用于避免落石砸坏所述扫描仪(1)的第二防护罩。
8.根据权利要求1所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，其特征在于，所述视觉传感器和所述扫描仪(1)分别通过控制箱(8)与所述中央处理器相连。
9.一种TBM机，包括用于输送渣料的皮带机(02)，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的TBM皮带机出渣信息采集装置，所述TBM皮带机出渣信息采集装置的视觉传感器用于采集所述皮带机(02)输送的渣料的渣料图像，所述TBM皮带机出渣信息采集装置的扫描仪(1)用于扫描所述皮带机(02)输送的渣料以获取渣料表面形状的点云数据。
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- 2019-06-26 CN CN201910561828.7A patent/CN110130921B/zh active Active
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