CN110145318A - 一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，包括：分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据；根据激光扫描数据拟合获得盾体的拟合直径，并渲染获得盾体的三维立体图像；判断拟合直径与盾体的设计直径的差值是否在预设范围内，若是，则停止扫描；否则，根据三维立体图像反映的盾体形变调节盾体的支撑点位置，且重新采集各个测量区域的激光扫描数据并执行后续步骤，直至拟合直径与盾体的设计直径的差值落在预设范围内时，停止扫描。该方法能够准确获取工件的变形，获得与理论数模之间的误差，以便于进行适宜的修正。且该方法不受待加工尺寸的限制，扩大了测量和检测尺寸范围。改变了现有笨重的测量模式，提高了测量效率和测量质量。

Description

一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法

技术领域

本发明涉及在线测量技术领域，更具体地说，涉及一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法。

背景技术

在大型环件的焊接和装配过程成需要对其变形进行检测，并通过检测的结果进行校正调整，这就需要获得其准确的变形数据和位置。

对于盾构机上盾体的测量，传统的方法是使用钢尺测量，但该方法测量劳动强度大，且无法准确的反应形位误差，对下一步的矫正矫正工作指导意义不大。

也有采用全站仪对尺寸进行测量，全站仪虽然数据采集时间和数据处理时间较快，但自动化程度低且对技术人员要求比较高，且其处理时间较快的本质原因是采集样本点数少，导致数据测量误差较大。

综上所述，如何有效地解决盾构机上盾体尺寸测量误差较大，精度较低等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，该方法的可以有效地解决盾构机上盾体尺寸测量误差较大，精度较低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，包括：

分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，N为大于1的正整数；

根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像；

判断所述拟合直径与所述盾体的设计直径的差值是否在预设范围内，若是，则停止扫描；否则，根据所述三维立体图像反映的盾体形变调节所述盾体的支撑点位置，且重新采集各个所述测量区域的扫描数据并继续后续步骤，直至所述拟合直径与所述设计直径的差值落在所述预设范围内时，停止扫描。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据之前，还包括：

利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，N为大于1的正整数。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，N个测量区域的拼接精度为5mm。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，具体包括：

利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，且相邻的两个所述测量区域之间设置标志物作为拼接控制点。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述标志物均匀分布在所述盾体的四周。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述标志物为记号贴或标志线。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，具体包括：

对应各所述测量区域，分别在所述盾体的盾尾附近选取若干测量点以分别采集各个所述测量区域的激光扫描数据。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述调节所述盾体的支撑点位置，具体包括：

将所述支撑点的位置向形变的反向移动。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，具体包括：

采用相位式三维激光扫描仪分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据。

优选地，上述盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法中，所述根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像，具体包括：

采用数据拟合软件根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像。

应用本发明提供的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，首先，分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，N为大于1的正整数；而后根据激光扫描数据拟合获得盾体的拟合直径，并渲染获得盾体的三维立体图像。判断拟合直径与盾体的设计直径的差值是否在预设范围内，若是，则停止扫描，投入使用；否则，根据三维立体图像反映的盾体形变调节盾体的支撑点位置，并继续采集各个测量区域的扫描数据并判断，直至拟合直径与盾体的设计直径的差值落在预设范围内时，停止扫描，投入使用。该方法利用激光扫描进行测量，并通过拟合及渲染获得盾体的直径及变形数据，具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点。能够准确获取工件的变形，获得与理论数模之间的误差，以便于进行适宜的修正。且该方法不受待加工尺寸的限制，因而扩大了测量和检测尺寸范围。改变了现有的笨重的测量模式，提高了测量效率和测量质量，达到更优质的产品质量。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个具体实施例的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，以提高测量效率和测量质量，达到更优质的产品质量。

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。

请参阅图1，图1为本发明一个具体实施例的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法的流程示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法包括以下步骤：

S1：分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，N为大于1的正整数；

由于盾体体积较大，难以通过一次扫描获得整个盾体的扫描数据，故预先对盾体进行划分，划分出N个测量区域，则测量时分别对各个测量区域进行扫描以获得对应的激光扫描数据。具体可以采用相位式三维激光扫描仪分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，相位式高精度三维激光扫描仪的测量精度高，其具体结构及工作原理等请参考现有技术，此处不再赘述。根据需要，也可以考虑采用脉冲式等其他现有技术中常规的三维激光扫描仪。

S2：根据激光扫描数据拟合获得盾体的拟合直径，并渲染获得盾体的三维立体图像；

根据采集的激光扫描数据，拟合得到盾体的拟合直径，具体可以通过数据拟合软件进行拟合，例如采用matlab等软件。同时，根据激光扫描数据可以对盾体的形变进行渲染，以三维立体的形式表现出来，即获得盾体变形的三维渲染效果图，具体可以通过相关分析软件进行渲染，软件的类型及工作原理等此处不作具体限定。

S3：判断拟合直径与盾体的设计直径的差值是否在预设范围内，若是，则执行步骤S5；否则，执行步骤S4；

获得拟合直径后，比较拟合直径与盾体的设计直径的大小，判断二者的差值是否在预设范围内，设计直径的具体大小可根据盾体规格需要设置，预设范围的具体大小则相应的根据需要设定。具体的，盾体的拟合直径记为Di，设计直径记为D，则若所测盾体的拟合直径Di与设计直径D达到误差ε，即|D-Di|<＝ε时，执行步骤S5；否则，执行步骤S4。

S4：根据三维立体图像反映的盾体形变调节盾体的支撑点位置，而后返回步骤S1并执行后续步骤；

也就是当拟合直径与盾体的设计直径的差值在预设范围以外，则根据三维立体图像反映的盾体形变，相应的调节盾体的支撑点位置，而后返回步骤S1，重新采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，并根据再次获得的激光扫描数据拟合获得盾体的拟合直径，渲染获得盾体的三维立体图像，而后再判断拟合直径与盾体的设计直径的差值是否在预设范围，如此重复，直至拟合直径与盾体的设计直径的差值在预设范围内。具体的，根据三维立体图像反映的盾体形变调节盾体的支撑点位置可将支撑点的位置向形变的反向移动，移动的距离大小可根据形变的大小相应调整。

S5：停止扫描。

也就是当拟合直径与盾体的设计直径的差值在预设范围内时，则可以投入使用。

应用本发明提供的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，利用激光扫描进行测量，并通过拟合及渲染获得盾体的直径及变形数据，具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点。能够准确获取工件的变形，获得与理论数模之间的误差，以便于进行适宜的修正。且该方法不受待加工尺寸的限制，因而扩大了测量和检测尺寸范围。改变了现有的笨重的测量模式，提高了测量效率和测量质量，达到更优质的产品质量。

进一步地，分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据之前，还包括：利用长边控制短边原理将盾体划分为N个测量区域，N为大于1的正整数。也就是该方法中先对盾体进行测量区域的划分，具体以长边控制短边原理将盾体划分为N个测量区域，具体N值的大小可根据盾体的规格及激光扫描设备的规格等进行设置，此处不作具体限定，通过划分，使得扫描时能够分块对盾体进行扫描，以便于获取盾体的整体外形数据。

具体的，N个测量区域的拼接精度为5mm。将拼接精度控制在5mm，一方面能够保证测量及矫正精度，同时也能够兼顾测量工序的简化。

更进一步地，利用长边控制短边原理将盾体划分为N个测量区域，具体包括：利用长边控制短边原理将盾体划分为N个测量区域，且相邻的两个测量区域之间设置标志物作为拼接控制点。也就是采用标志物作为拼接控制点以对相邻的测量区域进行划分，便于扫描时对不同测量区域的识别。标志物具体可以为记号贴或标志线。如将记号贴粘贴与盾体上进行测量区域的划分，或者采用记号笔在盾体上划线，形成标志线以区分测量区域。

为了更好的标记各个测量区域，标志物均匀分布在盾体的四周。也就是各个测量区域均匀分布，从而便于采集各个测量区域的激光扫描数据，也可以简化后续获取拟合直径和三维立体图像的计算量。

在上述各实施例的基础上，分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，具体包括：对应各测量区域，分别在盾体的盾尾附近选取若干测量点以分别采集各个测量区域的激光扫描数据。具体测量点的个数根据测量区域的数量及激光扫描设备的规格相应设置，以能够分别获取各个测量区域的完整画面。优选的，测量区域的划分时，根据激光扫描设备的规格，单个测量区域的面积满足激光扫描设备从一个测量点进行测量即可获取该测量区域内的全部激光扫描数据。

综上，本申请提供的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，包括步骤：

分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，N为大于1的正整数；

根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像；

判断所述拟合直径与所述盾体的设计直径的差值是否在预设范围内，若是，则停止扫描；否则，根据所述三维立体图像反映的盾体形变调节所述盾体的支撑点位置，且重新采集各个所述测量区域的激光扫描数据并执行后续步骤，直至所述拟合直径与所述设计直径的差值落在所述预设范围内时，停止扫描。

2.根据权利要求1所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据之前，还包括：

利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，N为大于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，N个测量区域的拼接精度为5mm。

4.根据权利要求2所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，具体包括：

利用长边控制短边原理将所述盾体划分为N个测量区域，且相邻的两个所述测量区域之间设置标志物作为拼接控制点。

5.根据权利要求4所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述标志物均匀分布在所述盾体的四周。

6.根据权利要求5所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述标志物为记号贴或标志线。

7.根据权利要求1-6任一项所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，具体包括：

对应各所述测量区域，分别在所述盾体的盾尾附近选取若干测量点以分别采集各个所述测量区域的激光扫描数据。

8.根据权利要求1-6任一项所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述调节所述盾体的支撑点位置，具体包括：

将所述支撑点的位置向形变的反向移动。

9.根据权利要求1所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据，具体包括：

采用相位式三维激光扫描仪分别采集盾体N个测量区域的激光扫描数据。

10.根据权利要求1所述的盾构机上盾体变形检测及在线矫正的方法，其特征在于，所述根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像，具体包括：

采用数据拟合软件根据所述激光扫描数据拟合获得所述盾体的拟合直径，并渲染获得所述盾体的三维立体图像。