CN114894156B - 一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法，包括移动扫描装置车，移动扫描装置车包括扫描装置、底盘和轮胎，底盘上设有伺服电机和控制装置，伺服电机连有减速齿轮组，减速齿轮组的变速后的另一端连接设有轴，轴上设有线性驱动装置，线性驱动装置驱动端连有消除噪点装置，消除噪点装置包括鼓风装置和喷剂装置，控制装置控制轮胎、伺服电机、线性驱动装置、鼓风装置和喷剂装置，并通过检测到一次噪点后，通过减弱环境因素的影响来消除噪点，并再次检测从而实现及时消除噪点的方法来实现噪点的消除噪点。

Description

一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于轨道交通检测设备技术领域，具体是一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法。

背景技术

三维激光扫描技术的出现和发展为物体的三维信息的获取提供了新的技术手段，为信息数字化发展提供了更多必要的生存条件。三维激光扫描技术克服了传统测量技术大多需要实质接触的局限性，三维激光扫描技术采用的是不接触且主动测量的方式获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速地将现实世界的信息转换成可以处理的数据，同时该技术在扫描时有时会扫描到噪点，噪点往往是由扫描物体表面上的灰尘和铁屑的干扰产生的，地铁盾构隧道中灰尘和铁屑也存在，并会影响扫描结果，现有技术往往通过重复扫描的方法或者通过人工消除环境因素后再次扫描的方法来减少噪点。

如公开号为CN215261731U的专利，公开了一种盾构隧道三维激光移动扫描装置，具体来说是一种盾构隧道三维激光移动扫描装置，此专利能够在移动时利用扫描系统扫描隧道的全貌，同时利用编码器记录移动的滚轮转动圈数记录以移动扫描装置的移动里程，此专利在检测时，检测到噪点后，消除方法是利用原有的扫描技术，通过重复扫描来取消，环境因素无法消除，最后结果如果还是存在噪点，只能人工消除环境因素后，再次重复作业，工作效率低下。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法，这种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法通过检测到一次噪点后，通过减弱环境因素的影响来消除噪点，并再次检测从而实现及时消除噪点。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法，包括移动扫描装置车，所述移动扫描装置车包括扫描装置、底盘和轮胎，扫描装置和轮胎装于底盘上，通过轮胎的转动带动所述地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的移动，所述底盘上设有伺服电机和控制装置，所述伺服电机连接有减速齿轮组，所述减速齿轮组的变速后的另一端连接设有轴，所述减速齿轮组可以减小电机带动轴的角速度，提高轴转动的精度，所述轴上固定设有线性驱动装置，所述线性驱动装置驱动端连有消除噪点装置，利用所述轴的转动可以控制所述消除噪点装置的角度，利用所述线性驱动装置的伸缩可以控制所述消除噪点装置的线性位移，所述消除噪点装置包括鼓风装置，所述鼓风装置上设有连接块，所述鼓风装置上设有入风口和出风口，所述入风口和所述出风口相通且之间设有电机风扇，所述鼓风装置上设有喷剂装置，所述喷剂装置包括外壳，所述外壳与所述鼓风装置通过内外螺纹连接，此设计方便了所述外壳的安装和拆卸，所述外壳内设有存剂管，所述存剂管与所述鼓风装置接触出设有凹槽，所述连接块与所述凹槽通过内外螺纹连接，此设计方便了所述存剂管的安装和拆卸，所述存剂管内设有存剂腔，所述存剂腔内设有电动推杆，所述电动推杆连接处设有推板，所述推板与所述存剂腔滑动连接，所述外壳与所述存剂管之间设有出剂道，所述存剂管上设有入剂口和出剂口，所述入剂口上设有通向所述存剂腔的第一单向阀门，此设计可以在显像剂用完后，拆下所述外壳后，拆下所述存剂管，通过打开所述第一单向阀门来加入显像剂，重复使用，所述出剂口上设有通向所述出剂道的第二单向阀门，所述第二单向阀门在所述电动推杆推动推板时打开，实现显像剂从所述存剂腔内挤出到所述出剂道，所述外壳上设有消除噪点端，所述消除噪点端上设有消除口，所述出剂口位于所述消除口与所述出风口之间并通过所述出剂道连接，此设计可以使得所述消除口吹出风力，此设计可以利用所述出风口产生的风力带动所述出剂口出来的显像剂位移出所述消除口，所述控制装置控制轮胎的驱动装置以此控制所述地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的位移，所述控制装置控制所述伺服电机的转动幅度以此控制所述消除噪点装置的角度，所述控制装置控制所述线性驱动装置的伸缩以此控制所述消除噪点位置的线性位移，所述控制装置控制所述电机风扇的转动与关闭以此控制是否吹风，所述控制装置控制所述电动推杆的伸缩以此控制所述存剂腔内的压力。

上述技术方案中，优选的，所述消除噪点端外形为半球形，此设计实现了所述消除噪点装置多个角度分别同时消除影响扫描结果的因素和喷涂显像剂。

上述技术方案中，优选的，所述消除口为多组环绕于所述消除噪点端的孔，此设计实现多个部位分别同时消除影响扫描结果的因素和喷涂显像剂。

上述技术方案中，优选的，所述入风口上设有空气过滤网，所述空气过滤网覆盖所述入风口，此设计减少了空气中的影响扫描结果的因素进入所述鼓风装置，减少其对扫描结果造成影响。

上述技术方案中，优选的，一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的测量方法，包括以下步骤：1)所述控制装置控制所述轮胎的驱动装置带动所述扫描装置在轨道上移动分段扫描；2)在移动过程中所述扫描装置的三维激光扫描装置对一个区域进行多次扫描对比出噪点的位置，若无噪点所述控制装置控制所述轮胎的驱动装置带动所述扫描装置在轨道上继续前进，若有噪点所述控制装置控制所述轮胎的驱动装置带动所述扫描装置在轨道上回退；回退；3)若有噪点回退，过程中所述扫描装置向所述控制装置输出信号；4)所述控制装置控制所述消除噪点装置的角度和所述控制线性驱动装置的伸缩来控制所述消除噪点装置的伸缩，最终实现所述消除噪点装置上的所述消除口对准噪点位置，所述控制装置控制所述鼓风装置启动，通过空气流动，所述消除口吹出风力，所述消除口对着噪点位置进行吹风，吹去噪点位置中会干扰扫描结果的因素；5)所述控制装置控制所述电动推杆推动所述推板使得所述第二单向阀门打开喷出显像剂，显像剂进入所述出剂道，并通过所述鼓风装置吹出的风带动位移出所述消除口喷到存在噪点的物体表面；6)所述扫描装置回退到扫描到噪点的初始位置后前进；7)所述扫描装置再次多次扫描，得到喷显像剂过后的结果后；8)若依旧存在噪点，则重复进行2~7步骤直至失去噪点；9)当不存在噪点，继续扫描下一个区域，最终实现检测到一次噪点后，通过减弱环境因素的影响来消除噪点，并再次检测从而实现及时消除噪点。

上述技术方案中，优选的，所述扫描装置在地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的前进侧，所述消除噪点装置在地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的后退侧，所述控制装置根据所述扫描装置的结果，通过控制所述伺服电机的转动和所述线性驱动装置的伸缩来控制所述消除噪点装置避让障碍物，此设计避免了所述消除噪点装置在消除噪点时因为与所需扫描物体相撞产生损伤。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本发明这种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法能够实现检测到一次噪点后，通过减弱环境因素的影响来消除噪点，并再次检测从而实现及时消除噪点。

2、本发明通过设立空气过滤网，避免了空气中的影响扫描结果因素进入鼓风装置，防止其对扫描结果造成影响。

3、本发明把消除噪点端外形为半球形，出风口多组环绕设于消除噪点端上，实现了消除噪点装置的分别同时多个方向多个部位的消除影响扫描结果的因素和喷显像剂。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例中的伺服电机和轴的连接结构示意图。

图3为本发明实施例中消除噪点装置的结构示意图。

图4为本发明实施例中消除噪点装置和线性驱动装置的剖视图。

图5为本发明实施例中A处放大图。

图6为本发明实施例避让时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：参见图1至图6，一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置及其测量方法，包括移动扫描装置车5，移动扫描装置车5包括扫描装置1、底盘2和轮胎3，扫描装置1和轮胎3装于底盘2上，通过轮胎3的转动带动地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的移动，底盘2上设有伺服电机4和控制装置50，控制装置50可以是PLC单片机也可以是DSP芯片等，伺服电机4连接有减速齿轮组51，减速齿轮组51的变速后的另一端连接设有轴52，减速齿轮组51可以减小电机带动轴52的角速度，提高轴52转动的精度，轴52上固定设有线性驱动装置30，线性驱动装置30可以是气缸也可以是液压缸等，线性驱动装置30驱动端连有消除噪点装置6，利用轴52的转动可以控制消除噪点装置6的角度，利用线性驱动装置30的伸缩可以控制消除噪点装置6的线性位移，消除噪点装置6包括鼓风装置7，鼓风装置7上设有连接块8，鼓风装置7上设有入风口9和出风口10，入风口9和出风口10相通且之间设有电机风扇11，鼓风装置7上设有喷剂装置12，喷剂装置12包括外壳13，外壳13与鼓风装置7通过内外螺纹连接，此设计方便了外壳13的安装和拆卸，外壳13内设有存剂管14，存剂管14与鼓风装置7接触出设有凹槽15，连接块8与凹槽15通过内外螺纹连接，此设计方便了存剂管14的安装和拆卸，存剂管14内设有存剂腔16，存剂腔16内设有电动推杆17，电动推杆17连接处设有推板18，推板18与存剂腔16滑动连接，外壳13与存剂管14之间设有出剂道19，存剂管14上设有入剂口20和出剂口21，入剂口20上设有通向存剂腔16的第一单向阀门22，此设计可以在显像剂用完后，拆下外壳13后，拆下存剂管14，通过打开第一单向阀门22来加入显像剂，重复使用，出剂口21上设有通向出剂道19的第二单向阀门23，所述第二单向阀门在所述电动推杆推动推板时打开，实现显像剂从所述存剂腔内挤出到所述出剂道，外壳13上设有消除噪点端24，消除噪点端24上设有消除口25，出剂口21位于消除口25与出风口10之间并通过出剂道19连接，此设计可以使得消除口25吹出风力，此设计可以利用出风口10产生的风力带动出剂口21出来的显像剂位移出消除口25，控制装置50控制轮胎3的驱动装置以此控制地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的位移，轮胎3的驱动装置可以安装在底盘2上也可以安装在底盘2内，控制装置50控制伺服电机4的转动幅度以此控制消除噪点装置6的角度，控制装置50控制线性驱动装置30的伸缩以此控制消除噪点位置的线性位移，最终通过改变消除噪点装置6的角度和线性位移提供给消除噪点装置6在一个面上的一定幅度的活动范围，又因为地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的位移可以最终实现消除噪点装置6上的消除口25位移到噪点位置，控制装置50控制电机风扇11的转动与关闭以此控制是否吹风，控制装置50控制电动推杆17的伸缩以此控制存剂腔16内的压力。

本实施例中，消除噪点端24外形为半球形，此设计实现了消除噪点装置6多个角度分别同时消除影响扫描结果的因素和喷涂显像剂。

本实施例中，消除口25为多组环绕于消除噪点端24的孔，此设计实现多个部位分别同时消除影响扫描结果的因素和喷涂显像剂。

本实施例中，入风口9上设有空气过滤网26，空气过滤网26覆盖入风口9，此设计减少了空气中的影响扫描结果的因素进入鼓风装置7，减少其对扫描结果造成影响。

上述的一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的测量方法，包括以下步骤：1)控制装置50控制轮胎3的驱动装置带动底盘2移动，底盘2带动扫描装置1在轨道上移动分段扫描；2)在移动过程中扫描装置1的三维激光扫描装置对一个区域进行多次扫描对比出噪点的位置，若无噪点控制装置50控制轮胎3的驱动装置带动扫描装置1在轨道上继续前进，若有噪点控制装置50控制轮胎3的驱动装置带动扫描装置1在轨道上回退；3)若有回退，过程中扫描装置1向控制装置50输出信号；4)控制装置50控制伺服电机4的转动控制消除噪点装置6的角度和控制线性驱动装置30的伸缩来控制消除噪点装置6的伸缩，最终实现消除噪点装置6上的消除口25对准噪点位置，控制装置50控制鼓风装置7启动，入风口9进入过滤后的空气，出风口10向出剂道19吹出过滤后的空气，消除口25吹出风力，消除口25对着噪点位置进行吹风，吹去噪点位置中会干扰扫描结果的因素，比如灰尘和铁屑，可以为之后喷显像剂提供更好的条件；5)控制装置50控制电动推杆17推动推板18使得第二单向阀门23打开喷出显像剂，显像剂进入出剂道19，并通过鼓风装置7从出风口10吹出的风带动位移出消除口25喷到存在噪点的物体表面；6)扫描装置1回退到扫描到噪点的初始位置后前进；7)扫描装置1再次对之前扫描到存在噪点的区域多次扫描，得到喷显像剂过后的结果；8)若依旧存在噪点，则重复进行2~7步骤直至失去噪点；9)当不存在噪点，继续扫描下一个区域，最终实现检测到一次噪点后，通过减弱环境因素的影响来消除噪点，并再次检测从而实现及时消除噪点。

上述的地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的测量方法，扫描装置1在地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的前进侧，消除噪点装置6在地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的后退侧，控制装置50根据扫描装置1的结果，通过控制伺服电机4的转动和线性驱动装置30的伸缩来控制消除噪点装置6的位置，并且根据扫描装置50的结果控制伺服电机4的转动和线性驱动装置30的伸缩以避让障碍物，此设计避免了消除噪点装置在消除噪点时因为与所需扫描物体相撞产生损伤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置，包括移动扫描装置车(5)，所述移动扫描装置车(5)包括扫描装置(1)、底盘(2)和轮胎(3)，其特征在于：所述扫描装置(1)和所述轮胎(3)设在所述底盘(2)上，所述轮胎(3)带动所述移动扫描装置车(5)移动，所述扫描装置(1)在所述移动扫描装置车(5)的前进侧，所述底盘(2)上设有伺服电机(4)和控制装置(50)，所述伺服电机(4)连接有减速齿轮组(51)，所述减速齿轮组(51)的变速后的另一端连接设有轴(52)，所述轴(52)上固定设有线性驱动装置(30)，所述线性驱动装置(30)驱动端连有消除噪点装置(6)，所述消除噪点装置(6)在所述移动扫描装置车(5)的后退侧，所述消除噪点装置(6)包括鼓风装置(7)，所述鼓风装置(7)上设有连接块(8)，所述鼓风装置(7)上设有入风口(9)和出风口(10)，所述入风口(9)和所述出风口(10)相通且之间设有电机风扇(11)，所述鼓风装置(7)上设有喷剂装置(12)，所述喷剂装置(12)包括外壳(13)，所述外壳(13)与所述鼓风装置(7)通过内外螺纹连接，所述外壳(13)内设有存剂管(14)，所述存剂管(14)与所述鼓风装置(7)接触出设有凹槽(15)，所述连接块(8)与所述凹槽(15)通过内外螺纹连接，所述存剂管(14)内设有存剂腔(16)，所述存剂腔(16)内设有电动推杆(17)，所述电动推杆(17)连接处设有推板(18)，所述推板(18)与所述存剂腔(16)滑动连接，所述外壳(13)与所述存剂管(14)之间设有出剂道(19)，所述存剂管(14)上设有入剂口(20)和出剂口(21)，所述入剂口(20)上设有通向所述存剂腔(16)的第一单向阀门(22)，在显像剂用完后，先拆下所述外壳(13)，再拆下所述存剂管(14)，最后通过打开所述第一单向阀门(22)来加入显像剂，所述出剂口(21)上设有通向所述出剂道(19)的第二单向阀门(23)，所述第二单向阀门(23)在所述电动推杆(17)推动推板时打开，所述外壳(13)上设有消除噪点端(24)，所述消除噪点端(24)上设有消除口(25)，所述出剂口(21)位于所述消除口(25)与所述出风口(10)之间并通过所述出剂道(19)连接，利用所述出风口(10)产生的风力带动所述出剂口(21)出来的显像剂位移出消除口(25)，所述控制装置(50)控制所述轮胎(3)的驱动装置、所述伺服电机(4)和所述线性驱动装置(30)，所述控制装置(50)控制所述电机风扇(11)的转动与关闭以此控制是否吹风，所述控制装置(50)控制所述电动推杆(17)的伸缩以控制所述存剂腔(16)内的压力，所述控制装置(50)根据所述扫描装置(1)的结果，利用所述轴(52)的转动可以控制所述消除噪点装置(6)的角度，利用所述线性驱动装置(30)的伸缩可以控制所述消除噪点装置(6)的线性移动。

2.如权利要求1所述的一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置，其特征在于：所述消除噪点端(24)外形为半球形。

3.如权利要求1所述的一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置，其特征在于：所述消除口(25)为多组环绕于所述消除噪点端(24)的孔。

4.如权利要求1所述的一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置，其特征在于：所述入风口(9)上设有空气过滤网(26)，所述空气过滤网(26)覆盖所述入风口(9)。

5.如权利要求1所述的一种地铁盾构隧道三维激光扫描测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)所述扫描装置(1)控制所述轮胎(3)的驱动装置带动所述底盘(2)移动，所述底盘(2)带动所述扫描装置(1)在轨道上移动分段扫描；2)在移动过程中所述扫描装置(1)的三维激光扫描装置对一个区域进行多次扫描对比出噪点的位置，若无噪点控制装置(50)控制所述轮胎(3)的驱动装置带动所述扫描装置(1)在轨道上继续前进，若有噪点控制装置(50)控制所述轮胎(3)的驱动装置带动所述扫描装置(1)在轨道上回退；3)若有噪点回退，过程中所述扫描装置(1)向所述控制装置(50)输出信号；4)所述控制装置(50)控制所述伺服电机(4)的转动控制所述消除噪点装置(6)的角度和控制所述线性驱动装置(30)的伸缩来控制所述消除噪点装置(6)的伸缩，最终实现所述消除噪点装置(6)上的所述消除口(25)对准噪点位置，所述控制装置(50)控制所述鼓风装置(7)启动，所述入风口(9)进入过滤后的空气，所述出风口(10)向所述出剂道(19)吹出过滤后的空气，所述消除口(25)吹出风力，所述消除口(25)对着噪点位置进行吹风，吹去噪点位置中会干扰扫描结果的因素，可以为之后喷显像剂提供更好的条件；5)所述控制装置(50)控制所述电动推杆(17)推动所述推板(18)使得所述第二单向阀门(23)打开喷出显像剂，显像剂进入所述出剂道(19)，并通过所述鼓风装置(7)从所述出风口(10)吹出的风带动位移出所述消除口(25)喷到存在噪点的物体表面；6)所述扫描装置(1)回退到扫描到噪点的初始位置后前进；7)所述扫描装置(1)再次对之前扫描到存在噪点的区域多次扫描，得到喷显像剂过后的结果后；8)若依旧存在噪点，则重复进行2~7步骤直至失去噪点；9)当不存在噪点，继续扫描下一个区域。

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