CN113153316B - 一种检测装置、掘进机及其撑靴打滑检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测装置、掘进机及其撑靴打滑检测方法,解决了现有技术中撑靴的打滑不易检测的问题。本发明检测方法包括S1:将检测装置固定在撑靴上,在撑靴撑紧在隧道壁上时,检测装置接近隧道壁,并和隧道壁保持相对位置固定;S2:隧道掘进机掘进过程中,撑靴撑紧在隧道壁上,检测装置的图像采集装置在开始掘进时进行初始化,对隧道壁进行首次扫描,并将首次扫描得到的图像传送至图像处理芯片进行存储,并作为对比的基准图像。本发明提高了自动化程度和检测准确性,进而提高隧道施工的施工效率和施工安全系数。

Description

一种检测装置、掘进机及其撑靴打滑检测方法
技术领域
本发明涉及掘进机技术领域,特别是指一种检测装置、掘进机及其撑靴打滑检测方法。
背景技术
全断面隧道掘进机(TBM)是一种集机械、电子、液压、激光等技术于一体的大型隧道掘进装备,在山岭隧道、引水工程及城市地铁的建设中发挥着重要作用。TBM分为护盾式TBM和敞开式TBM,护盾式TBM又分为双护盾TBM和单护盾TBM。其中双护盾TBM和敞开式TBM均设计有撑靴装置,另外还设计有用于实现推进功能的推进油缸。推进油缸的一端连接撑靴装置,另外一端连接TBM主推进结构。在掘进时,撑靴首先撑紧隧道壁,然后推进油缸进行推进,推进油缸产生的推力作用到TBM主结构推动TBM前移,推进油缸产生的反力作用到撑靴机构,撑靴机构依靠撑紧洞壁形成静摩擦力提供推进油缸反力。所以撑靴能否提供足够的反力是正常掘进的前提条件,一旦推力大于撑靴产生的静摩擦力,就会导致撑靴打滑现象,且撑靴打滑不易发现,撑靴打滑后,势必会造成严重后果,影响正常的掘进,降低掘进效率。撑靴的打滑自动检测显得尤为重要。
国内外对于撑靴的打滑自动检测专利较少,专利号为CN109443416B的中国专利中公开了一种敞开式岩石掘进机及掘进机撑靴打滑检测装置,采用的是编码器形式,尺寸较大、机构也较为复杂,编码器价格较高,且为接触式检测,存在接触可靠性以及磨损问题。专利号为CN110985034A的中国专利也公开了一种掘进机、掘进机撑靴打滑的检测方法及系统,只是通过推进油缸位移差以及压力波动的算法上进行判断,临界点以及判断点均不明确,可靠性以及准确性存在问题。
发明内容
针对上述背景技术中的不足,本发明提出一种检测装置、掘进机及其撑靴打滑检测方法,解决了现有技术中撑靴的打滑不易检测的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:一种隧道掘进机撑靴打滑检测方法,步骤如下:
S1:将检测装置固定在撑靴上,在撑靴撑紧在隧道壁上时,检测装置接近隧道壁,并和隧道壁保持相对位置固定;
S2:隧道掘进机掘进启动时,撑靴撑紧在隧道壁上,检测装置的图像采集装置对隧道壁进行扫描,并将扫描得到的图像实时传送至图像处理芯片进行处理;
S3:检测装置对隧道壁进行初始化扫描,并将首次扫描获得的图像进行存储,作为基准图像,图像传感器将实时获得的扫描图像与基准图像进行图像对比,通过图像对比判断在掘进方向上图像是否发生变化,并根据像素变化计算相对位移变化量;将相对位移变化量转化为PLC可以识别的信号传送至PLC;
S4:PLC执行逻辑判断,在操作室的上位机上进行警报显示,PLC根据逻辑判断结果停止隧道掘进机推进。
步骤S2的具体步骤如下:
S2.1:撑靴撑紧在隧道壁上,确保检测装置的图像采集装置正对着隧道壁;
S2.2:图像采集装置对正对着的隧道壁进行不间断实时扫描,扫描得到的图像实时传送至图像处理芯片。
步骤S3的具体步骤如下:
S3.1:初始化,首次扫描隧道壁,并存储首次扫描获得的图像,作为后续图像对比基准图像;
S3.2:图像传感器不断实时扫描隧道壁,并将图像传送至图像处理芯片,图像处理芯片对当前图像与基准图像进行对比,计算打滑位移△S;
S3.3:图像处理芯片将计算得出的打滑位移△S转化为PLC可以识别的信号类型,并传送至PLC;
S3.4:PLC执行逻辑判断并将警示信号传递给上位机,使上位机在操作室内产生打滑警报;并根据需要执行停止推进动作。
步骤S3.2中,通过实时获得的图像与首次扫描获得的基准图像进行对比计算撑靴在掘进方向上相对隧道壁发生的相对运动距离S,S=△S
步骤S3.3中,图像处理芯片通过当前像素点的位置、颜色或亮度,与首次扫描的基准图像的对比。
一种所述的检测装置,包括固定在撑靴上的外壳,外壳内设有图像采集装置和发光元件,发光元件与图像采集装置相对应。其中所述发光元件为发光二极管。
进一步,所述图像采集装置包括电路板,电路板上设有摄像头、图像处理芯片和图像存储器,摄像头与图像处理芯片电连接,图像处理芯片与图像存储器电连接。所述外壳与隧道壁相对应的一侧设有开口,摄像头通过开口对隧道壁进行扫描取图。
一种掘进机,包括所述的检测装置。
本发明检测装置设计合理、成本低、体积小、结构简单、安装方便、实现了非接触检测,使用寿命长、设计方法合理,实现了撑靴打滑的自动检测。本发明撑靴打滑检测方法通过图像识别的方法判断撑靴与隧道的相对运动,判断撑靴是否滑动,实现撑靴打滑的自动检测,提高了自动化程度和检测准确性,进而提高隧道施工的施工效率和施工安全系数,具有较高的推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例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为本发明撑靴打滑自动检测原理流程图。
图2为本发明检测装置结构示意图。
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付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。
如图1所示,实施例1,一种隧道掘进机撑靴打滑检测方法,步骤如下:
S1:将检测装置固定在撑靴上,在撑靴撑紧在隧道壁上时,检测装置接近隧道壁,确定对隧道壁进行清楚图像采集,掘进机施工过程中检测装置和隧道壁保持相对位置固定,确保图像采集的稳定性和准确度。
S2:隧道掘进机掘进启动时,撑靴撑紧在隧道壁上,检测装置的图像采集装置先对隧道壁进行首次扫描,并将首次扫描得到的图像作为后续对比的基准图像进行存储。具体如下:S2.1:撑靴撑紧在隧道壁上,确保检测装置的图像采集装置正对着隧道壁。S2.2:图像采集装置对正对着的隧道壁进行不间断实时扫描,图像处理芯片将首次扫描获得的图像作为基准图像存储在图像存储器内。图像采集装置可采用摄像镜头或光学传感器,用于对隧道壁图像的采集。
S3:掘进启动时,检测装置对隧道壁进行初始化扫描,并将首次扫描获得的图像进行存储,作为基准图像,图像传感器将实时获得的扫描图像与基准图像进行图像对比,通过图像对比判断在掘进方向上图像是否发生变化,并根据像素变化计算图像变化量;将图像变化量转化为撑靴滑动的位移信号传送至PLC。具体如下:S3.1:掘进初始化,首次扫描隧道壁,并存储首次扫描获得的图像,作为后续图像对比基准图像;S3.2:图像传感器不断实时扫描隧道壁,并将图像传送至图像处理芯片,图像处理芯片对当前图像与基准图像进行对比,通过计算像素变化计算打滑位移△S;S3.3:图像处理芯片将计算得出的打滑位移△S转化为PLC可以识别的信号类型,并传送至PLC S3.4: PLC执行逻辑判断并将警示信号传递给上位机,在操作室内的上位机产生打滑警报;并根据需要执行停止推进动作。
步骤S3.2中,在掘进过程中图像采集传感器不断将采集的图像实时传送至图像处理芯片,图像处理芯片将实时获得的图像与掘进启动时获得的基准图像不断进行对比,像素间距与实际间距存在对应关系,通过像素的移动量计算撑靴相对于隧道壁的移动量。步骤S3.3中,检测装置获得撑靴的相对位移后,将数字信号转化为模拟量信号等PLC可以识别的信号类型,以便接入PLC的信号输入模块。
S4: PLC获得撑靴相对于隧道的移动量后,执行逻辑判断,PLC根据逻辑判断结果确定是否停止隧道掘进机推进,并在操作室的上位机上进行警报显示。
如图2所示,实施例2,一种所述的检测装置,包括固定在撑靴7上的外壳3,外壳3内设有图像采集装置和发光元件6,发光元件6与图像采集装置相对应。所述发光元件6为发光二极管。发光元件提供光学传感器需要的亮度,光学传感器对隧道壁进行快速不间断的图像识别,在每个掘进循环图像识别处理芯片实时与获得的基准图像进行对比,对比前后图像的变化,根据像素变化判断在掘进方向上是否发生相对位移,以及发生的位移量,并将位移信号传送至PLC,PLC进行判断是否打滑。
进一步,所述图像采集装置包括电路板1,电路板1上设有摄像头5、图像处理芯片2和图像存储器4,摄像头5与图像处理芯片2电连接,图像处理芯片2与图像存储器4电连接。所述外壳3与隧道壁8相对应的一侧设有开口,摄像头5通过开口对隧道壁8进行扫描取图,同时通过外壳进行保护。工作过程中摄像头对隧道壁进行实时图像采集,然后图像处理芯片对图像进行识别与处理,掘进启动时,将扫描获得的初始图像存储在图像存储器作为基准图像,图像处理芯片与图像存储器连接,便于对图像的快速调取与对比,通过图像识别的方法判断撑靴与隧道的相对运动,判断撑靴是否滑动,实现撑靴打滑的自动检测。
实施例3,一种掘进机,包括实施例2所述的检测装置,并在施工过程中,通过实施例1所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法,判断撑靴与隧道的相对运动,判断撑靴是否滑动,实现撑靴打滑的自动检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道掘进机撑靴打滑检测方法,其特征在于:步骤如下:
S1:将检测装置固定在撑靴上,在撑靴撑紧在隧道壁上时,检测装置接近隧道壁,并和隧道壁保持相对位置固定;
S2:隧道掘进机掘进启动时,撑靴撑紧在隧道壁上,检测装置的图像采集装置对隧道壁进行首次扫描,并将首次扫描得到的图像传送至图像处理芯片进行存储,作为后续对比的基准图像;
S3:图像处理芯片对掘进过程中实时获得的图像与首次扫描获得的基准图像进行对比,判断在掘进方向上图像是否发生变化,计算图像变化量,并将图像变化量转化为PLC可识别的信号传送至PLC;
S4:PLC执行逻辑运算,判断是否停止掘进,并在操作室内的上位机上进行警报显示。
2.根据权利要求1所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法,其特征在于:步骤S2的具体步骤如下:
S2.1:撑靴撑紧在隧道壁上,确保检测装置的图像采集装置正对着隧道壁;
S2.2:图像采集装置对正对着的隧道壁进行不间断实时扫描,并不断传送至图像处理芯片,每个掘进循环首次扫描获得的图像作为基准图像。
3.根据权利要求2所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法,其特征在于:步骤S3的具体步骤如下:
S3.1:每次掘进初始化,首次扫描隧道壁,图像处理芯片存储首次扫描获得的图像,作为后续图像对比基准图像;
S3.2:图像传感器不断实时扫描隧道壁,并将图像传送至图像处理芯片,图像处理芯片对当前图像与基准图像进行对比,计算打滑位移△S;
S3.3:图像处理芯片将计算得出的打滑位移△S转化为PLC可以识别的信号类型,并传送至PLC;
S3.4: PLC执行逻辑判断并将警示信号传递给上位机,在操作室内的上位机上产生打滑警报;PLC根据逻辑判断结果执行停止推进动作。
4.根据权利要求3所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法,其特征在于:步骤S3.2中,通过实时获得的图像与首次扫描获得的基准图像进行对比,通过像素变化计算撑靴在掘进方向上相对隧道壁发生的相对运动距离S,S=△S。
5.根据权利要求4所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法,其特征在于:步骤S3.3中,图像处理芯片通过当前像素点的位置、颜色或亮度,与首次扫描的基准图像的对比。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的隧道掘进机撑靴打滑检测方法应用的检测装置,其特征在于:包括固定在撑靴(7)上的外壳(3),外壳(3)内设有图像采集装置和发光元件(6),发光元件(6)与图像采集装置相对应。
7.根据权利要求6所述的检测装置,其特征在于:所述图像采集装置包括电路板(1),电路板(1)上设有摄像头(5)、图像处理芯片(2)和图像存储器(4),摄像头(5)与图像处理芯片(2)电连接,图像处理芯片(2)与图像存储器(4)电连接。
8.根据权利要求7所述的检测装置,其特征在于:所述外壳(3)与隧道壁(8)相对应的一侧设有开口,摄像头(5)通过开口对隧道壁(8)进行扫描取图。
9.根据权利要求8所述的检测装置,其特征在于:所述发光元件(6)为发光二极管。
10.一种掘进机,其特征在于:包括如权利要求6~9任一项所述的检测装置。
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