CN111623963B - 一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法，包括：多个激光器电源、多个带调制触发功能的激光器、激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器、盾尾间隙智能监测装置显示模块、主控制单元、变焦工业相机、激光测距仪。本发明方法中主控制单元控制激光器调制触发控制板输出多路高、低电平，且每路高电平分别输出至对应激光器，以在精确的时间节点上打开和关闭多个激光器。本发明确保了其发射出激光光束的质量，为提升盾尾间隙图像质量和精度提供了重要的保障；提升了激光器使用时间，增加了盾尾间隙测量装置的使用寿命，降低了设备使用和维护成本。

Description

一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法

技术领域

本发明属于盾构施工技术领域，尤其涉及一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法。

背景技术

随着我国城市地铁隧道和其他地下工程大规模建设的需要，盾构施工技术和装备在国内得到了快速的发展和应用。盾尾间隙是盾构掘进施工过程中需要精确测量和实时监控的一类关键技术参数，对于控制盾构机姿态及保证盾构施工的高效和安全等方面起着至关重要的作用。具体地，盾尾间隙是指管片外径和盾构壳体内径之间的间隙距离。当盾尾间隙变化量超出设定的范围时，将会使盾尾和管片之间发生过度挤压，加速盾尾密封刷的磨损，减缓掘进速度，甚至造成管片错台或损坏，导致隧道渗漏和地表沉降等严重后果。因此，有必要对盾尾间隙进行实时、连续和周期性测量来保证盾构施工的效率和安全。

国内的盾尾间隙测量技术发展较晚，目前主要采用人工测量的方式，不仅耗费人力而且精度较差。随着近几年国内盾构施工技术的不断发展，也有学者提出了多种基于机器视觉的盾尾间隙测量方法，这些方法中都需要用到激光器作为图像标定或标识工具。但是，现有方法中激光器均采用了简易的常开工作方式，这种方式存在以下弊病：

激光器常开会导致其内部温度上升，使其无法工作在最佳温度状态，影响其发射出激光光束的质量，进而增加盾尾间隙图像处理计算的难度和精确度；

常开超过一定小时数后会直接损坏激光器，降低盾尾间隙测量装置的使用寿命，增加设备维护和更换成本；

激光器常开发射出的激光光束会影响隧道施工人员的正常工作，甚至灼伤他们的眼睛和带来其他的人身伤害。

发明内容

针对现有基于机器视觉的盾尾间隙测量方法中激光器常开工作方式存在的不足，本发明公开了一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法，通过提供的调制触发方案，实现激光器仅在盾尾间隙测量时可靠工作，而在其他时刻均处于关闭状态，克服了现有方法的缺陷。

本发明装置的技术方案为一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发装置，其特征在于，包括：

多个激光器电源、多个带调制触发功能的激光器、激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器、盾尾间隙智能监测装置显示模块、主控制单元、变焦工业相机、激光测距仪；

所述带调制触发功能的激光器的输出接口为：电平正极接口、电平负极接口、电源正极接口和地电平接口；所述带调制触发功能的激光器的地电平接口与电平负极接口共线；所述激光器调制触发控制板的输出接口为N路电平输出、参考地电平接口；

所述的激光器电源、带调制触发功能的激光器的数量均为N；

所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为高电平时则控制所述第i个激光器开启，所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为低电平时则控制所述第i个激光器关闭，i∈[1,N]；

所述激光器电源的正极与所述带调制触发功能的激光器的电源正极接口通过有线方式连接，所述激光器电源的负极与所述带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的电平输出接口与所述带调制触发功能的激光器的电平正极接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的参考地电平接口依次与多个带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式依次连接；所述的激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器和盾尾间隙智能监测装置显示模块通过有线方式依次串联连接；所述变焦工业相机和激光测距仪分别与所述的主控制单元通过有线方式连接；所述主控制单元与所述的网络传输模块通过有线方式连接。

一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法，具体包括以下步骤：

步骤1：主控制单元分别通过双向握手通信方式诊断激光器调制触发控制板、变焦工业相机、激光测距仪的工作状态和通讯连接状态，若双向握手通信成功则表示工作状态和通讯连接状态均正常，否则异常；

步骤2：主控制单元通过控制激光测距仪，以测量变焦工业相机与管片端面之间的距离；

步骤3：主控制单元将变焦工业相机与管片端面之间的距离传输至变焦工业相机，变焦工业相机根据变焦工业相机与管片端面之间的距离进行视野和光圈大小调节，进而完成焦距调整；

步骤4：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N个激光器；

步骤5：主控制单元根据变焦工业相机返回的相机焦距状态调整参数判断变焦工业相机焦距调整是否完成，根据变焦工业相机返回的拍摄状态调整参数判断变焦工业相机是否准备进入拍摄，若焦距调整完成且准备好进入拍摄则执行步骤6，否则跳转至步骤5；

步骤6：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路高电平，且每路高电平分别输出至对应激光器，以打开N个激光器；

步骤7：主控制单元通过控制变焦工业相机以拍摄盾尾间隙图像，并根据变焦工业相机返回的图像拍摄状态参数判断变焦工业相机图像拍摄是否完成，若图像拍摄完成则执行步骤8，否则跳转至步骤7；

步骤8：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N个激光器；

步骤9：主控制单元将拍摄的盾尾间隙图像输出至盾尾间隙智能监测装置显示模块进行显示。

与传统技术相比，本发明具有以下优点：

避免了由于激光器常开导致其内部温度上升的弊病，使激光器始终工作在最佳温度状态，确保了其发射出激光光束的质量，为提升盾尾间隙图像质量和精度提供了重要的保障；

提升了激光器使用时间，增加了盾尾间隙测量装置的使用寿命，降低了设备使用和维护成本；

规避了由于激光器常开发射出的激光光束对隧道施工人员正常工作和健康安全方面的不良影响。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为带调制触发功能的激光器接线示意图。

图3为本发明方法流程图。

附图标记说明：

1——带调制触发功能的激光器； 2——TTL正极；

3——电源正极； 4——TTL负极&GND。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明装置的技术方案为一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发装置，其特征在于，包括：

多个激光器电源、多个带调制触发功能的激光器、激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器、盾尾间隙智能监测装置显示模块、主控制单元、变焦工业相机、激光测距仪；

如图2所示，所述带调制触发功能的激光器的输出接口为：电平正极接口、电平负极接口、电源正极接口和地电平接口；

所述带调制触发功能的激光器的地电平接口与电平负极接口共线；所述激光器调制触发控制板的输出接口为N,路电平输出、参考地电平接口；

所述的激光器电源、带调制触发功能的激光器的数量均为N；

所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为高电平时则控制所述第i个激光器开启，所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为低电平时则控制所述第i个激光器关闭，i∈[1,N]；

所述激光器电源的正极与所述带调制触发功能的激光器的电源正极接口通过有线方式连接，所述激光器电源的负极与所述带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的电平输出接口与所述带调制触发功能的激光器的电平正极接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的参考地电平接口依次与多个带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式依次连接；所述的激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器和盾尾间隙智能监测装置显示模块通过有线方式依次串联连接；所述变焦工业相机和激光测距仪分别与所述的主控制单元通过有线方式连接；所述主控制单元与所述的网络传输模块通过有线方式连接。

所述多个激光器电源选型均为12V转3.3V电源转换器；

所述多个带调制触发功能的激光器选型均为工业十字红外线10mW激光器；

所述激光器调制触发控制板选型为16路开关量TTL电平输出模块；

所述接口转换模块选型为串口转以太网模块；

所述网络传输模块选型为以太网交换机；

所述盾尾间隙智能监测装置服务器选型为高性能图像处理工作站主机；

所述盾尾间隙智能监测装置显示模块选型为23.8英寸高分辨率显示器；

所述主控制单元选型为定制研华工控机；

所述变焦工业相机选型为带普密斯变焦工业镜头的千兆网工业相机；

所述激光测距仪选型为工业用高频激光测距仪；

本发明中N＝16，且本发明所涉及的电平为TTL电平。

本发明公开了一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法，方法流程图如图3所示，具体实施方式为：

一种盾尾间隙智能监测的多激光器电平调制触发方法，具体包括以下步骤：

步骤1：主控制单元分别通过双向握手通信方式诊断激光器调制触发控制板、变焦工业相机、激光测距仪的工作状态和通讯连接状态，若双向握手通信成功则表示工作状态和通讯连接状态均正常，否则异常；

步骤2：主控制单元通过控制激光测距仪，以测量变焦工业相机与管片端面之间的距离；

步骤3：主控制单元将变焦工业相机与管片端面之间的距离传输至变焦工业相机，变焦工业相机根据变焦工业相机与管片端面之间的距离进行视野和光圈大小调节，进而完成焦距调整；

步骤4：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N＝16路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N＝16个激光器；

步骤5：主控制单元根据变焦工业相机返回的相机焦距状态调整参数判断变焦工业相机焦距调整是否完成，根据变焦工业相机返回的拍摄状态调整参数判断变焦工业相机是否准备进入拍摄，若焦距调整完成且准备好进入拍摄则执行步骤6，否则跳转至步骤5；

步骤6：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N＝16路高电平，且每路高电平分别输出至对应激光器，以打开N＝16个激光器；

步骤7：主控制单元通过控制变焦工业相机以拍摄盾尾间隙图像，并根据变焦工业相机返回的图像拍摄状态参数判断变焦工业相机图像拍摄是否完成，若图像拍摄完成则执行步骤8，否则跳转至步骤7；

步骤8：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N＝16路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N＝16个激光器；

步骤9：主控制单元将拍摄的盾尾间隙图像输出至盾尾间隙智能监测装置显示模块进行显示。

由图3可以看出，激光器的工作方式由原来的常开变为仅在变焦工业相机拍摄时段开启，其开启时段与变焦工业相机保持一致和同步，不仅彻底克服了现有方法的缺陷，也为高精度和高可靠性的盾尾间隙计算提供了必要的前提条件。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可对所描述的具体实施例做修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于盾尾间隙智能监测装置的多激光器电平调制触发方法，其特征在于，

所述盾尾间隙智能监测装置包括：

多个激光器电源、多个带调制触发功能的激光器、激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器、盾尾间隙智能监测装置显示模块、主控制单元、变焦工业相机、激光测距仪；

所述带调制触发功能的激光器的输出接口为：电平正极接口、电平负极接口、电源正极接口和地电平接口；所述带调制触发功能的激光器的地电平接口与电平负极接口共线；所述激光器调制触发控制板的输出接口为N路电平输出、参考地电平接口；

所述的激光器电源、带调制触发功能的激光器的数量均为N；

所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为高电平时则控制所述第i个激光器开启，所述激光器调制触发控制板的第i路电平接口输出电平为低电平时则控制所述第i个激光器关闭，i∈[1,N]；

所述激光器电源的正极与所述带调制触发功能的激光器的电源正极接口通过有线方式连接，所述激光器电源的负极与所述带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的电平输出接口与所述带调制触发功能的激光器的电平正极接口通过有线方式连接；所述激光器调制触发控制板的参考地电平接口依次与多个带调制触发功能的激光器的电平负极/地电平接口通过有线方式依次连接；所述的激光器调制触发控制板、接口转换模块、网络传输模块、盾尾间隙智能监测装置服务器和盾尾间隙智能监测装置显示模块通过有线方式依次串联连接；所述变焦工业相机和激光测距仪分别与所述的主控制单元通过有线方式连接；所述主控制单元与所述的网络传输模块通过有线方式连接；

所述多激光器电平调制触发方法包括以下步骤：

步骤1：主控制单元分别通过双向握手通信方式诊断激光器调制触发控制板、变焦工业相机、激光测距仪的工作状态和通讯连接状态，若双向握手通信成功则表示工作状态和通讯连接状态均正常，否则异常；

步骤2：主控制单元通过控制激光测距仪，以测量变焦工业相机与管片端面之间的距离；

步骤3：主控制单元将变焦工业相机与管片端面之间的距离传输至变焦工业相机，变焦工业相机根据变焦工业相机与管片端面之间的距离进行视野和光圈大小调节，进而完成焦距调整；

步骤4：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N个激光器；

步骤5：主控制单元根据变焦工业相机返回的相机焦距状态调整参数判断变焦工业相机焦距调整是否完成，根据变焦工业相机返回的拍摄状态调整参数判断变焦工业相机是否准备进入拍摄，若焦距调整完成且准备好进入拍摄则执行步骤6，否则跳转至步骤5；

步骤6：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路高电平，且每路高电平分别输出至对应激光器，以打开N个激光器；

步骤7：主控制单元通过控制变焦工业相机以拍摄盾尾间隙图像，并根据变焦工业相机返回的图像拍摄状态参数判断变焦工业相机图像拍摄是否完成，若图像拍摄完成则执行步骤8，否则跳转至步骤7；

步骤8：主控制单元控制激光器调制触发控制板输出N路低电平，且每路低电平分别输出至对应激光器，以关闭N个激光器；

步骤9：主控制单元将拍摄的盾尾间隙图像输出至盾尾间隙智能监测装置显示模块进行显示。

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