CN111457851A - 一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法，系统包括安装在中盾盾壳或盾尾内壁上的防护装置、中继箱、工控机，防护装置中设置有工业相机、镜头、激光器、电路板，激光器，用于在工控机的控制下向管片拼装方向发射激光；工业相机、镜头，用于采集管片及盾尾在激光照射下的盾尾间隙图像，并将盾尾间隙图像发送至工控机；工控机，用于对盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙。本申请公开的上述技术方案，利用激光器、工业相机及镜头、工控机得到盾尾间隙，以提高盾尾间隙测量的准确性，并尽量避免盾尾间隙测量给人员带来安全隐患。

Description

一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法

技术领域

本申请涉及盾构施工技术领域，更具体地说，涉及一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法。

背景技术

在盾构机中，盾尾与管片之间的间隙叫做盾尾间隙。在盾构施工中，随着盾构机向前推进，由于前方阻力不明及人员控制的失误会导致推进油缸推出长度不能时刻保持一致，而这会导致盾构机姿态不断变化，从而会使盾尾间隙也随着变大或变小。当盾尾间隙变化量超过设计范围时，管片外径与盾壳内壁之间会发生相互挤压，轻则给盾构机推进方向造成偏差，管片因受过大挤压而损坏，重则加速盾尾密封刷的磨损，盾尾将管片损坏，造成隧道渗漏水或地表沉降，因此，需要对盾尾间隙进行测量并实现对盾尾间隙的监测。

目前，常依靠人工测量来获取盾尾间隙，但是，由于测量人员每次测量的位置并不能保持一致且测量过程会受测量人员的测量技术和素质等因素的影响，因此，则会导致测量结果存在比较大的误差，同时由于盾构机内空间比较狭小、施工环境比较复杂，因此，则会给测量人员带来严重的安全隐患。

综上所述，如何提高盾尾间隙测量的准确性，并避免给人员带来安全隐患，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法，用于提高盾尾间隙测量的准确性，并避免给人员带来安全隐患。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种盾构机盾尾间隙测量系统，包括安装在中盾盾壳或盾尾内壁上的防护装置、中继箱、工控机，所述防护装置中设置有工业相机、镜头、激光器、电路板，其中：

所述激光器，用于在所述工控机的控制下向管片拼装方向发射激光；

所述工业相机、所述镜头，用于采集管片及盾尾在所述激光照射下的盾尾间隙图像，并将所述盾尾间隙图像通过所述中继箱发送至所述工控机；

所述工控机，用于对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙。

优选的，所述工控机具体用于：

对所述盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从所述处理后盾尾间隙图像中提取所述激光照射到管片上所形成的第一激光分段，对所述第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从所述处理后盾尾间隙图像中剔除所述第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对所述第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，所述第二激光分段为所述激光照射至所述盾尾上形成的；

对所述处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与所述目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用所述目标角点和所述交点计算所述盾尾间隙。

优选的，所述工控机还用于：

在利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙之后，对所述盾尾间隙进行误差校正。

优选的，所述工控机具体用于：

对所述盾尾间隙图像进行二值化处理，并利用高斯滤波算法提取所述盾尾间隙图像中的连续高能部分，且对所述盾尾间隙图像进行先开后闭运算。

优选的，所述工控机具体用于通过角点检测算法及亚像素精度提高算法对所述第一激光分段进行角点计算。

优选的，所述工控机具体用于通过边缘检测算法及HOUGH直线检测算法对所述第二激光分段进行处理。

优选的，还包括设置在防护装置顶部的转角气缸和与所述工控机及所述转角气缸相连的电磁阀、设置在防护装置上且与所述转角气缸相连的气动防尘门、设置在所述防护装置内且位于所述激光器激光发射方向上的玻璃，其中：

所述电磁阀，用于在进行盾尾间隙测量时，在所述工控机的控制下使所述转角气缸带动所述气动防尘门打开，并在完成盾尾间隙测量时，在所述工控机的控制下使所述转角气缸带动所述气动防尘门关闭。

优选的，所述防护装置内还设置有通过所述中继箱与所述工控机相连的LED灯。

一种盾构机盾尾间隙测量方法，基于如上述任一项所述的盾构机盾尾间隙测量系统，包括：

利用激光器向管片拼装方向发射激光；

利用工业相机及镜头采集管片及盾尾在所述激光照射下的盾尾间隙图像；

获取所述盾尾间隙图像，并对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数；

通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙。

优选的，对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到所述管片及所述盾尾之间的盾尾间隙像素数，包括：

对所述盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从所述处理后盾尾间隙图像中提取所述激光照射到管片上所形成的第一激光分段，对所述第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从所述处理后盾尾间隙图像中剔除所述第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对所述第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，所述第二激光分段为所述激光照射至所述盾尾上形成的；

对所述处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与所述目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用所述目标角点和所述交点计算所述盾尾间隙。

本申请提供了一种盾构机盾尾间隙测量系统及方法，其中，该系统包括安装在中盾盾壳或盾尾内壁上的防护装置、中继箱、工控机，防护装置中设置有工业相机、镜头、激光器、电路板，其中：激光器，用于在工控机的控制下向管片拼装方向发射激光；工业相机、镜头，用于采集管片及盾尾在激光照射下的盾尾间隙图像，并将盾尾间隙图像通过中继箱发送至工控机；工控机，用于对盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙。

本申请公开的上述技术方案，将包含有激光器和工业相机、镜头的防护装置安装在中盾盾壳或盾尾内壁上，利用激光器向管片拼装方向发射激光，并由工业相机、镜头拍摄管片及盾尾在激光照射下的盾尾间隙图像，且将该盾尾间隙图像通过中继箱发送给工控机，由工控机处理得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，以利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙，由于并不需要测量人员进入盾构机进行盾尾间隙测量，因此，则可以减少人为因素对盾尾间隙测量的影响，以提高盾尾间隙测量的准确性，且可以尽量避免在盾尾间隙测量过程中给人员带来安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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为本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的盾构机盾尾间隙测量系统所包含的防护装置内部结构的纵切图；

图3(a)为本申请实施例提供的对盾尾间隙图像进行预处理之后的示意图；

图3(b)为本申请实施例提供的从处理后盾尾间隙图像中得到第一激光分段的示意图；

图3(c)为本申请实施例提供的从处理后盾尾间隙图像中得到处理后第二激光分段的示意图；

图3(d)为本申请实施例提供的第一激光分段与第二激光分段的相交示意图；

图4为本申请实施例提供的对计算得到的盾尾间隙进行误差校正的原理图；

图5(a)为本申请实施例提供的立体视角示意图；

图5(b)为本申请实施例提供的平面视角示意图；

图5(c)为本申请实施例体提供的侧面视角示意图；

图6为本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2，其中，图1示出了本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统的结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的盾构机盾尾间隙测量系统所包含的防护装置内部结构的纵切图，本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，可以包括安装在中盾1盾壳或盾尾4内壁上的防护装置2、中继箱、工控机，防护装置2中设置有工业相机21、镜头、激光器22、电路板23，其中：

激光器22，用于在工控机的控制下向管片3拼装方向发射激光；

工业相机21、镜头，用于采集管片3及盾尾4在激光照射下的盾尾间隙图像，并将盾尾间隙图像通过中继箱发送至工控机；

工控机，用于对盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙。

本申请所提供的盾构机盾尾间隙测量系统可以包括防护装置2、中继箱、工控机，其中，防护装置2安装在盾构机中盾1盾壳或盾尾4的内壁上，且其内部设置有工业相机21、与盾构机参数相匹配且配合工业相机21进行使用的镜头、激光器22、电路板23，镜头及激光器22均与电路板23相连，且激光器22可以面向管片3拼装方向，工业相机21、电路板23均可以通过通讯电缆、通讯网线与中继箱相连，中继箱通过通讯电缆、通讯网线与工控机相连，工控机可以位于控制室内。其中，镜头安装在工业相机21上，且工业相机21可以放置在防护装置2内的凸台24上，以使工业相机21及镜头可以与激光器22处于相同高度的位置处，从而便于进行盾尾间隙图像的拍摄，且防护装置2中所包含的激光器22具体可以为一字线激光器，另外，防护装置2可以利用外壳25防止水、灰尘等对内部器件造成影响，从而保障整个测量系统工作的稳定性和可靠性。

当需要对盾构机进行盾尾间隙测量时，可以通过工控机的操作界面点击测量或根据盾构机的掘进状态进行自动测量，此时，工控机可以通过中继箱向防护装置2发送测量命令，而防护装置2内的激光器22可以向管片3拼装方向发射激光，同时，工业相机21、镜头可以采集管片3及盾尾4在激光照射下的盾尾间隙图像，并可以将所拍摄的盾尾间隙图像通过中继箱发送给工控机。其中，盾尾间隙图像包括激光照射至管片3上所形成的第一激光分段、激光照射至盾尾4上所形成的第二激光分段。

工控机在接收到盾尾间隙图像之后，可以对盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，即盾尾间隙位置处所具有的像素数，并可以通过盾构机内推进油缸的行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，然后，将盾尾间隙像素数与盾尾间隙像素对应的实际距离相乘，以得到盾构机的盾尾间隙。其中，工控机在得到盾构机的盾尾间隙之后可以将所得到的盾尾间隙呈现在显示界面上，具体可以以图形化的形式显示在显示界面上，以便工作人员直观地查看管片3拼装情况，从而便于工作人员作出更准确的判断，另外，工控机在得到盾尾间隙之后，可以将该盾尾间隙与设计范围进行比较，若该盾尾间隙不在设计范围内，则可以发出提示，以便于工作人员可以及时采取应对措施。

由上述可知，可以直接利用上述盾构机盾尾间隙测量系统实现盾尾间隙的测量，而工作人员只需在控制室内进行操作即可，无需进入盾构机进行实地的人为测量，因此，可以降低工作人员的劳动强度，并便于更高效、更快速地获取盾尾间隙，且利用上述盾构机盾尾间隙测量系统进行盾尾间隙的测量具有测量精度高、可靠性强、安装调试方便等优点，且可以有效避免误检情况的发生。

本申请公开的上述技术方案，将包含有激光器和工业相机、镜头的防护装置安装在中盾盾壳或盾尾内壁上，利用激光器向管片拼装方向发射激光，并由工业相机、镜头拍摄管片及盾尾在激光照射下的盾尾间隙图像，且将该盾尾间隙图像通过中继箱发送给工控机，由工控机处理得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，以利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙，由于并不需要测量人员进入盾构机进行盾尾间隙测量，因此，则可以减少人为因素对盾尾间隙测量的影响，以提高盾尾间隙测量的准确性，且可以尽量避免在盾尾间隙测量过程中给人员带来安全隐患。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，工控机具体用于：

对盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从处理后盾尾间隙图像中提取激光照射到管片3上所形成的第一激光分段，对第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从处理后盾尾间隙图像中剔除第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，第二激光分段为激光照射至盾尾4上形成的；

对处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用目标角点和交点计算所述盾尾间隙。

工控机具体可以通过以下方式实现对盾尾间隙图像的处理，以得到盾尾间隙像素数：

(1)对盾尾间隙图像进行预处理，通过预处理将激光亮度与非激光亮度分离开，并去除盾尾间隙图像中除激光之外的其他杂物和杂光的干扰等，具体可以参见图3(a)，其示出了本申请实施例提供的对盾尾间隙图像进行预处理之后的示意图，以得到质量比较好的处理后盾尾间隙图像，从而便于提高盾尾间隙的测量精度；

(2)通过垂直形态学样式运算剔除处理后盾尾间隙图像中的第二激光分段(即为倾斜部分)，提取处理后盾尾间隙图像中的第一激光分段，以防止第二激光分段对第一激光分段的处理和计算造成影响，具体可以参见图3(b)，其示出了本申请实施例提供的从处理后盾尾间隙图像中得到第一激光分段的示意图；在得到第一激光分段之后，可以对第一激光分段进行角点计算，以计算出各角点的坐标，即计算出各角点的准确位置，并对计算出的角点按照Y值(即角点的纵坐标值)由大到小的顺序进行排序，并取出Y值(即纵坐标值)最大的角点作为目标角点(其中，这里以原点向下为y轴正向，向右为x轴正向所建立的坐标系，Y值最大的角点具体与图3(b)中第一激光分段最下方的点对应(即为图3(b)圆圈所圈出的点))，该目标角点即为管片边缘点(激光与管片3边缘所形成的点)；

(3)对于处理后盾尾间隙图像，以第一激光分段的目标角点为基准进行图像分割，具体以管片边缘点为矩形下边缘极限，使用矩形框函数向上分割图像，剔除第一激光分段，得到第二激光分段，并对第二激光分段进行处理，以得到精确度比较高的处理后第二激光分段，具体可以参见图3(c)，其示出了本申请实施例提供的从处理后盾尾间隙图像中得到处理后第二激光分段的示意图；其中，通过对第一激光分段的剔除可以提高后续对第二激光分段进行处理的精确度，对第二激光分段的处理可以提高第二激光分段的精确度，以便于提高盾尾间隙测量的准确性；

(4)在提取第一激光分段和得到处理后第二激光分段之后，可以对处理后第二激光分段进行最小二乘拟合，以得到最小二乘拟合结果，然后，可以从最小二乘拟合结果中获取与目标角点的X值(即目标交点的横坐标值)相同的点作为交点，即第一激光分段延长之后与第二激光分段的交点(也即盾尾测量点)，同时，可以得到该交点的坐标；上述过程即为求取第一激光分段延长之后与第二激光分段的交点，为了更清楚地说明，则具体可以参见图3(d)，其示出了本申请实施例提供的第一激光分段与第二激光分段的相交示意图；

(5)在得到交点的坐标之后，可以通过三角函数算法计算得到目标角点与交点之间的距离，并将计算出的距离作为盾尾间隙像素数。

通过上述过程可以提高盾尾间隙像素数计算的准确性，从而可以便于提高盾尾间隙测量的准确性。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，工控机还用于：

在利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙之后，对盾尾间隙进行误差校正。

考虑到激光照射到管片3侧壁上时可能存在一定的角度，即无法保证激光一定与管片3侧壁相垂直，因此，在利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙之后，可以对计算得到的盾尾间隙进行误差校正，具体可以参见图4，其示出了本申请实施例提供的对计算得到的盾尾间隙进行误差校正的原理图，其中，L为计算得到的盾尾间隙，R为误差校正后的盾尾间隙，倾斜角度α(激光照射到管片3上的角度与激光垂直照射到管片3上的角度之间的差值)可以在安装调试过程中由测试图样计算得到(一般≤5°)，结合图4，可以通过三角函数关系以及勾股定理得到精确的误差校正后的盾尾间隙，其计算方法为：

L-a＝R*cosα

a＝R sinα

其中，a为横向偏移，由此可得，R＝L/(cosα+sinα)，若安装位置恰当，则α＝0，此时，R＝L，若第一激光分段中的激光略微倾斜(≤10°)，则可以按照上述公式进行误差校正，若偏差>10°，则需要重新调整防护装置2的位置，以对激光的发射角度进行调整，其中，关于图4中近似45°的说明如下：

参见图5(a)至图5(c)，其中，图5(a)为本申请实施例提供的立体视角示意图，图5(b)为本申请实施例提供的平面视角示意图，图5(c)为本申请实施例体提供的侧面视角示意图，当防护装置2水平放置时，此时，参见图5(b)，tanα'＝140/1900＝0.074，可知α'＜＜45°，α'指的是工业相机21拍摄方向和激光线发射方向之间的夹角；因为防护装置2拍摄缝隙需要倾斜且激光器22本身是倾斜安装的(约与水平夹角为30°)，因此，当防护装置2上移时，对应可以参见图5(c)，第二激光分段会由内向外倾斜(即α'会增大)，当移动到α'在盾尾4内壁的投影角为45°(即β，β即为图4中的近似45°的角，α'和β指工业相机21视场内，即指从工控机上调用工业相机21拍摄盾尾间隙图像时得到的图像中的角度)，此时，误差最小，为最适安装位置；当第一激光分段向右偏转γ(γ＜15°)时，可以对应参见图5(a)，第二激光分段会相应的向内偏转θ(误差偏移角度，安装时必然产生)，由小孔成像原理，θ偏转角度并不会很大，因此，当产生安装误差时需要进行误差补偿时可以直接由β＝45°(即上述提及的近似45°)进行计算，以避免采用非线性函数增加而导致运算压力增大。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，工控机具体用于：

对盾尾间隙图像进行二值化处理，并利用高斯滤波算法提取盾尾间隙图像中的连续高能部分，且对盾尾间隙图像进行先开后闭运算。

工控机在对盾尾间隙图像进行预处理时，具体可以先对盾尾间隙图像进行二值化处理，以将激光亮度与非激光亮度分离开，之后，则可以利用高斯滤波算法作卷积提取盾尾间隙图像的连续高能部分，以剔除激光外的其他杂物和杂光干扰，然后，可以先对提取出来的连续高能部分进行开运算，然后，再进行闭运算，以便于从处理后盾尾间隙图像中提取第一激光分段。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，工控机具体用于通过角点检测算法及亚像素精度提高算法对第一激光分段进行角点计算。

工控机在对第一激光分段进行角点计算时，具体可以通过角点检测算法及亚像素精度提高算法对第一激光分段进行角点计算，其中，角点检测算法得到的角点为整数值，亚像素精度提高算法是从角点检测算法得到的整数值附近找精确的亚像素角点，例如：对于1500，亚像素之后可能是1500.2546，其目的是提高精度，以便于缩小盾尾间隙的测量误差(大概可以缩小0.5mm的误差)。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，工控机具体用于通过边缘检测算法及HOUGH直线检测算法对第二激光分段进行处理。

工控机在对第二激光分段进行处理时，具体可以通过边缘检测算法及HOUGH直线检测算法对第二激光分段进行处理，以便于对处理结果进行最小二乘拟合而得到单像素的一条线，从而便于提高交点获取的准确性。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，还可以包括设置在防护装置2顶部的转角气缸5和与工控机及转角气缸5相连的电磁阀6、设置在防护装置2上且与转角气缸5相连的气动防尘门7、设置在防护装置2内且位于激光器22激光发射方向上的玻璃26，其中：

电磁阀6，用于在进行盾尾间隙测量时，在工控机的控制下使转角气缸5带动气动防尘门7打开，并在完成盾尾间隙测量时，在工控机的控制下使转角气缸5带动气动防尘门7关闭。

本申请所提供的盾构机盾尾间隙测量系统中还可以包括设置在防护装置2顶部的转角气缸5、设置在防护装置2的顶部且与工控机及转角气缸5相连的电磁阀6、设置在防护装置2上且与转角气缸5相连的气动防尘门7、设置在防护装置2内且位于激光器22激光发射发射方向上的玻璃26(具体为透光性好的玻璃)，其中，气动防尘门7位于防护装置2的侧面且朝向管片3拼装方向。

当要进行盾尾间隙测量时，工控机就可以通过中继箱向电磁阀6发送打开控制信号，此时，与电磁阀6相连的转角气缸5可以带动气动防尘门7打开，同时，防护装置2内的激光器22可以透过玻璃26发射激光，且工业相机21和镜头进行图像拍摄；当完成盾尾间隙的测量时，工控机可以通过中继箱向电磁阀6发送关闭控制信号，此时，与电磁阀6相连的转角气缸5可以带动气动防尘门7关闭，以尽量减少水、灰尘、盾尾4油脂等对激光发射、工业相机21及镜头拍摄所造成的影响，从而提高盾尾间隙测量的准确性，并延长防护装置2的使用寿命。

其中，中继箱内可以包括数字量控制模块，其用于与工控机及电磁阀6相连，以对控制气动防尘门7开闭的信号进行传送。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统，防护装置2内还设置有通过中继箱与工控机相连的LED灯。

防护装置2内还可以设置有通过中继箱与工控机相连的LED灯，具体地，该LED灯可以通过电路板23与中继箱相连。

当盾尾间隙测量环境比较暗时，工控机可以通过中继箱向LED灯发送控制信号，以使得LED灯可以进行照明，从而使得工业相机21及镜头可以拍摄出质量比较高的盾尾间隙图像，进而便于提高盾尾间隙测量的精度和准确性。

其中，中继箱内除了包括数字量控制模块外，还包括模拟量控制模块，其用于对LED的开闭进行控制等。

本申请实施例还提供了一种盾构机盾尾间隙测量方法，基于上述任一种盾构机盾尾间隙测量系统，参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量方法的流程图，可以包括：

S61：利用激光器向管片拼装方向发射激光；

S62：利用工业相机及镜头采集管片及盾尾在激光照射下的盾尾间隙图像；

S63：获取盾尾间隙图像，并对盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数；

S64：通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用盾尾间隙像素数及实际距离得到盾尾间隙。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量方法，对盾尾间隙图像进行处理，以得到管片及盾尾之间的盾尾间隙像素数，可以包括：

对盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从处理后盾尾间隙图像中提取激光照射到管片上所形成的第一激光分段，对第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从处理后盾尾间隙图像中剔除第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，第二激光分段为激光照射至盾尾上形成的；

对处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用目标角点和交点计算盾尾间隙。

本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量方法中对应部分的具体说明可以参见本申请实施例提供的一种盾构机盾尾间隙测量系统中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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)

1.一种盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，包括安装在中盾盾壳或盾尾内壁上的防护装置、中继箱、工控机，所述防护装置中设置有工业相机、镜头、激光器、电路板，其中：

所述激光器，用于在所述工控机的控制下向管片拼装方向发射激光；

所述工业相机、所述镜头，用于采集管片及盾尾在所述激光照射下的盾尾间隙图像，并将所述盾尾间隙图像通过所述中继箱发送至所述工控机；

所述工控机，用于对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，并通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙。

2.根据权利要求1所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述工控机具体用于：

对所述盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从所述处理后盾尾间隙图像中提取所述激光照射到管片上所形成的第一激光分段，对所述第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从所述处理后盾尾间隙图像中剔除所述第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对所述第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，所述第二激光分段为所述激光照射至所述盾尾上形成的；

对所述处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与所述目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用所述目标角点和所述交点计算所述盾尾间隙。

3.根据权利要求2所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述工控机还用于：

在利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙之后，对所述盾尾间隙进行误差校正。

4.根据权利要求2所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述工控机具体用于：

对所述盾尾间隙图像进行二值化处理，并利用高斯滤波算法提取所述盾尾间隙图像中的连续高能部分，且对所述盾尾间隙图像进行先开后闭运算。

5.根据权利要求2所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述工控机具体用于通过角点检测算法及亚像素精度提高算法对所述第一激光分段进行角点计算。

6.根据权利要求2所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述工控机具体用于通过边缘检测算法及HOUGH直线检测算法对所述第二激光分段进行处理。

7.根据权利要求1所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，还包括设置在防护装置顶部的转角气缸和与所述工控机及所述转角气缸相连的电磁阀、设置在防护装置上且与所述转角气缸相连的气动防尘门、设置在所述防护装置内且位于所述激光器激光发射方向上的玻璃，其中：

所述电磁阀，用于在进行盾尾间隙测量时，在所述工控机的控制下使所述转角气缸带动所述气动防尘门打开，并在完成盾尾间隙测量时，在所述工控机的控制下使所述转角气缸带动所述气动防尘门关闭。

8.根据权利要求1所述的盾构机盾尾间隙测量系统，其特征在于，所述防护装置内还设置有通过所述中继箱与所述工控机相连的LED灯。

9.一种盾构机盾尾间隙测量方法，其特征在于，基于如权利要求1至8任一项所述的盾构机盾尾间隙测量系统，包括：

利用激光器向管片拼装方向发射激光；

利用工业相机及镜头采集管片及盾尾在所述激光照射下的盾尾间隙图像；

获取所述盾尾间隙图像，并对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到所述管片及所述盾尾之间的盾尾间隙像素数；

通过推进油缸行程得到每个盾尾间隙像素对应的实际距离，利用所述盾尾间隙像素数及所述实际距离得到盾尾间隙。

10.根据权利要求9所述的盾构机盾尾间隙测量方法，其特征在于，对所述盾尾间隙图像进行处理，以得到盾尾间隙像素数，包括：

对所述盾尾间隙图像进行预处理，得到处理后盾尾间隙图像；

从所述处理后盾尾间隙图像中提取所述激光照射到管片上所形成的第一激光分段，对所述第一激光分段进行角点计算，获取各角点的坐标，并将Y值最大的角点作为目标角点；

从所述处理后盾尾间隙图像中剔除所述第一激光分段，得到第二激光分段，并利用预设算法对所述第二激光分段进行处理，以得到处理后第二激光分段；其中，所述第二激光分段为所述激光照射至所述盾尾上形成的；

对所述处理后第二激光线分段进行最小二乘拟合，并从最小二乘拟合结果中获取与所述目标角点的X值相同的点作为交点；其中，在进行角点计算及最小二乘拟合时所建坐标系为原点向下为y轴正向，向右为x轴正向；

利用所述目标角点和所述交点计算所述盾尾间隙。

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