一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種安全、便捷、經(jīng)濟(jì)、可靠的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置及其方法。它包括攝像裝置、照明裝置、沖洗裝置、第一推進(jìn)裝置、第二推進(jìn)裝置、數(shù)據(jù)采集與分析裝置和盾構(gòu)機(jī)氣泡艙，盾構(gòu)機(jī)氣泡艙的前壁上設(shè)有三個(gè)圓孔，圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用于連接攝像裝置、照明裝置和沖洗裝置，第一推進(jìn)裝置分別與攝像裝置和照明裝置螺紋連接，第二推進(jìn)裝置與沖洗裝置螺紋連接，攝像裝置與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接，第一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝置均與盾構(gòu)機(jī)氣泡艙的前壁通過(guò)球閥連接。本發(fā)明的有益效果是：避免刀具損壞后未及時(shí)更換而造成大面積損傷或不必要開艙檢查及更換刀具，延長(zhǎng)刀具使用壽命，降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短工程周期。
【專利說(shuō)明】一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種用于隧道盾構(gòu)施工 中盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隧道盾構(gòu)施工由于其經(jīng)濟(jì)性、安全性以及對(duì)地面環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)在軟土地區(qū) 得到廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，刀具磨損的評(píng)估與解決是最難的課題之一。在復(fù)合地 層的盾構(gòu)工程中，盾構(gòu)機(jī)一般選用復(fù)合式刀盤，即滾刀與刮刀相互搭配，刮刀受到滾刀的保 護(hù)，盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損以滾刀的磨損為主。滾刀的磨損一般可分為正常磨損和非正常磨損， 正常磨損主要指均勻磨損和偏磨，而非正常磨損則主要包括漏油、刀圈崩裂、擋圈脫落等 等。刀具磨損或失效后若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或更換，將導(dǎo)致刀圈超量磨損、斷裂、軸承異常損壞 甚至刀盤嚴(yán)重磨損，大大降低掘進(jìn)效率。并且刀具更換必須為帶壓作業(yè)，其特點(diǎn)是安全風(fēng)險(xiǎn) 大、費(fèi)用高昂、作業(yè)工期長(zhǎng)。所以，人為的任意盲目更換刀具會(huì)造成工期延長(zhǎng)，增加工程成本 和安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0003] 目前，刀具磨損、失效的常見的監(jiān)測(cè)方法有以下幾種：①異味添加劑：這種方法適 合在TBM中應(yīng)用，為了檢測(cè)軸承失效情況，在其軸承潤(rùn)滑油中加入了具有異味的M0LYUAN添 加劑，掘進(jìn)中若刀具漏油，則放出刺鼻的異味，能很敏感地報(bào)告刀具損壞信息。②刀具磨損 感應(yīng)裝置：在刀具或刀盤內(nèi)安裝液壓或電子傳感器系統(tǒng)，一旦刀具磨損到一定程度就會(huì)自 動(dòng)報(bào)警指示。③掘進(jìn)參數(shù)分析：隨著刀具的磨損，在推力不變的情況下，掘進(jìn)速度一般會(huì)降 低，扭矩增加，據(jù)此可以粗略估計(jì)刀具磨損情況。④巖渣形狀分析：一般地，新刀產(chǎn)生的巖渣 塊度較大，多呈片塊狀，棱角分明，刀具磨損后，巖渣塊度變小棱角磨損，粉末增加。⑤開艙 檢查：這是最直接最可靠的方法，停機(jī)后由人工進(jìn)艙逐個(gè)刀具檢查。在上述方法中，開艙檢 查的方法最為直接有效，但卻存在很高的風(fēng)險(xiǎn)，可能造成開挖面的坍塌，進(jìn)而影響隧道周邊 建筑物的安全，且周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。刀具磨損感應(yīng)裝置只能安裝于少部分刀具上，對(duì)其他刀 具的磨損則無(wú)法感應(yīng)，且無(wú)法檢測(cè)偏磨和非正常磨損。異味添加劑在土壓平衡式盾構(gòu)和泥 水式盾構(gòu)中效果不佳。掘進(jìn)參數(shù)分析方法則是通過(guò)對(duì)一些最基本、最重要的掘進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析后，建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，其無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)刀具的磨損情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的不足，提供了一種安全、便捷、經(jīng)濟(jì)、可 靠的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置及其方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置，其特征是，包括攝像裝置、照明裝 置、沖洗裝置、第一推進(jìn)裝置、第二推進(jìn)裝置、數(shù)據(jù)采集與分析裝置和盾構(gòu)機(jī)氣泡艙，所述盾 構(gòu)機(jī)氣泡艙的前壁上設(shè)有三個(gè)圓孔，所述的圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用于連接攝像裝 置、照明裝置和沖洗裝置，所述的第一推進(jìn)裝置分別與攝像裝置和照明裝置螺紋連接，所述 的第二推進(jìn)裝置與沖洗裝置螺紋連接，所述的攝像裝置與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接，所述 的第一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝置均與盾構(gòu)機(jī)氣泡艙的前壁通過(guò)球閥連接。
[0007] 攝像裝置需滿足高像素、小畸變、性能穩(wěn)定的要求，并具備防泥水、耐高壓、耐侵蝕 的特點(diǎn)。照明裝置用于補(bǔ)強(qiáng)密封艙內(nèi)光照，分為攝像自帶照明和獨(dú)立輔助照明兩部份：前者 安裝于攝像裝置前端封裝頭周圍；后者獨(dú)立封裝，通過(guò)第一推進(jìn)裝置推送至合適位置，起到 輔助照明的作用；其中：照明裝置要求有足夠光照度，使相機(jī)成像清晰；光照不能太集中， 以防成像時(shí)局部出現(xiàn)過(guò)曝或存在暗影；同時(shí)尺寸不能太大，要能夠從預(yù)留的球閥中通過(guò)； 易于封裝及與第一推進(jìn)裝置相連接；滿足防水耐壓抗腐蝕的功能要求。沖洗裝置能在狹小 的盾構(gòu)機(jī)氣泡艙內(nèi)安裝使用，且輕便易于安裝和操作；能夠沖洗刀具。第一推進(jìn)裝置分別與 攝像裝置和照明裝置螺紋連接，第二推進(jìn)裝置與沖洗裝置螺紋連接，并可將其推至刀盤后 部，以滿足對(duì)指定位置的攝像需要，完成拍攝后可退縮至原位，第一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝 置均與氣泡艙的前壁通過(guò)球閥連接，并可通過(guò)圓孔上焊接的球鉸調(diào)整角度，不用時(shí)可將球 閥關(guān)閉。數(shù)據(jù)采集與分析裝置用于采集攝像數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)，得到刀具磨損信息。通過(guò)攝 像裝置對(duì)刀具進(jìn)行拍照成像，然后數(shù)據(jù)采集與分析裝置對(duì)攝像裝置所得圖像進(jìn)行分析處理 建立數(shù)字化模型，并和刀具原始模型進(jìn)行比較，確定刀具磨損情況，以便對(duì)需要更換的刀具 進(jìn)行及時(shí)處理，避免刀具損壞后未及時(shí)更換而造成大面積的損傷或不必要開艙檢查及更換 刀具，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，從而降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，降低工程造價(jià)，縮短工程周期。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的第一推進(jìn)裝置包括第一手輪、中空的螺紋桿、中空的活塞桿、轉(zhuǎn) 接頭和第一連接體，所述的活塞桿安裝在第一連接體內(nèi)，所述活塞桿的一端安裝轉(zhuǎn)接頭，所 述活塞桿的另一端與螺紋桿連接，所述螺紋桿的一端置于活塞桿的內(nèi)部，所述螺紋桿的另 一端安裝第一手輪，所述的攝像裝置包括攝像電源線和數(shù)據(jù)線，所述的照明裝置包括照明 電源線，所述的攝像裝置和照明裝置均與轉(zhuǎn)接頭連接，所述的攝像裝置和照明裝置與轉(zhuǎn)接 頭之間均設(shè)有密封圈，所述的攝像電源線、數(shù)據(jù)線和照明電源線均安裝在螺紋桿的內(nèi)部，所 述的攝像裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集和分析裝置連接。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的第二推進(jìn)裝置包括第二手輪、前立板、后立板、擋管夾、夾管器、 定位栓和鋼管連接體，所述的第二手輪安裝在后立板一側(cè)，所述的鋼管連接體安裝在前立 板上，所述的前立板與后立板通過(guò)若干連接桿連接，所述的前立板和后立板之間設(shè)有螺桿， 所述第二手輪安裝在螺桿的一端，所述的螺桿上設(shè)有連接座，所述的連接座與螺桿螺紋連 接，所述的連接座與連接桿滑動(dòng)連接，所述的擋管夾和夾管器安裝在連接座上，所述的定位 栓安裝在鋼管連接體上。
[0010] 一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分析方法，通過(guò)從刀盤背 面對(duì)刀具進(jìn)行拍照成像，然后利用圖像處理軟件對(duì)所得圖像進(jìn)行分析處理，再與刀具原始 三維模型進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算刀具磨損情況，以便對(duì)需要更換的刀具進(jìn)行及時(shí)處理，具體操作步 驟如下：
[0011] (5)盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造，用于與被測(cè)刀具相比較，以便于確定刀具的磨損 情況；
[0012] (6)相機(jī)選型、封裝與標(biāo)定，通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，可以對(duì)攝取的影像進(jìn)行畸變校正，消除 由相機(jī)鏡頭畸變產(chǎn)生的像點(diǎn)坐標(biāo)誤差；
[0013] (7)圖像采集，采集實(shí)際使用的一組刀具影像；
[0014] (8)數(shù)據(jù)分析，以獲取磨損信息。
[0015] 刀具磨損的定量分析方法主要包括盾構(gòu)機(jī)精密三維模型建立、施工中刀具照片拍 攝和磨損定量計(jì)算三部份工作。其中精密三維模型建立采用設(shè)計(jì)單位提供的CAD圖紙作為 盾構(gòu)機(jī)模型的基礎(chǔ)框架，以盾構(gòu)機(jī)實(shí)體的激光掃描點(diǎn)云信息作為調(diào)整依據(jù)。施工中刀具照 片拍攝采用經(jīng)過(guò)三維控制場(chǎng)標(biāo)定的攝像頭為攝像裝置，利用高壓封裝技術(shù)，并配合照明裝 置和沖洗裝置，以克服盾構(gòu)開挖艙內(nèi)高水壓、無(wú)光源、高侵蝕性、泥水混合復(fù)雜介質(zhì)等不利 條件，獲得一組刀具影像。磨損定量計(jì)算采用經(jīng)畸變修正后的影像，利用P4P算法和空間后 方交會(huì)（Resection)進(jìn)行定向解算，在影像和模型上提取特征點(diǎn)或特征線，將模型上的點(diǎn) 投影到圖像上，獲取磨損信息。
[0016] 作為優(yōu)選，在步驟（1)中，采用設(shè)計(jì)單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎(chǔ)框架設(shè) 計(jì)基準(zhǔn)，盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造主要采用構(gòu)建實(shí)體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構(gòu) 設(shè)備中尺寸確定的部件和框架，然后將這些局部體素進(jìn)行拼接組裝；在盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工程圖 制作的三維模型初步完成以后，對(duì)生產(chǎn)車間內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)實(shí)體進(jìn)行了激光掃描，采集了盾構(gòu) 機(jī)的點(diǎn)云信息，用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和進(jìn)一步構(gòu)造。
[0017] 作為優(yōu)選，在步驟（2)中，相機(jī)的標(biāo)定是通過(guò)室內(nèi)高精度三維控制場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定，得 到內(nèi)參數(shù)矩陣K和畸變參數(shù)kc，然后采用P4P算法結(jié)合空間后方交會(huì)（Resection)方法的 聯(lián)合定向解算方案，實(shí)現(xiàn)精密姿態(tài)解算。
[0018] 作為優(yōu)選，在步驟（3)中，具體步驟如下，將攝像裝置固定到第一推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)接 頭處，與球閥對(duì)接，打開球閥，轉(zhuǎn)動(dòng)第一手輪，利用螺紋桿將攝像裝置推送到盾構(gòu)機(jī)氣泡艙 的前壁外，同時(shí)采用類似方法將照明裝置與沖洗裝置推送到合適位置，打開電源，通過(guò)攝像 裝置對(duì)刀具進(jìn)行觀察，如有必要可利用沖洗裝置進(jìn)行定向清洗，照明裝置調(diào)整光照，至所成 圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置調(diào)整一定角度后，再次拍照，獲得一組刀具影像。
[0019] 作為優(yōu)選，在步驟（4)中，在盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像上提取明顯的特 征點(diǎn)或特征線，用他們作為轉(zhuǎn)化的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采用P4P定向算法來(lái)實(shí)現(xiàn)定向操作，即在盾構(gòu) 機(jī)精密三維模型和采集的圖像上分別選取同名點(diǎn)，存入盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像 坐標(biāo)文件，然后一次性讀取這些文件，計(jì)算定向參數(shù)，定向操作完成以后，獲取了由盾構(gòu)機(jī) 精密三維模型到采集的圖像的投影參數(shù)或矩陣，就可以將盾構(gòu)機(jī)精密三維模型上的點(diǎn)投影 到采集的圖像上，將盾構(gòu)機(jī)精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到采集的圖像上，與采集的 圖像上的刀盤邊緣進(jìn)行對(duì)比，就可以獲取磨損信息。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：以安全、便捷、經(jīng)濟(jì)、可靠的方法檢測(cè)刀具的磨損程度，避免 刀具損壞后未及時(shí)更換而造成大面積的損傷或不必要開艙檢查及更換刀具，延長(zhǎng)的刀具的 使用壽命，從而降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，降低工程造價(jià)，縮短工程周期；實(shí)現(xiàn)了刀具虛擬可視化 集成顯示和磨損情況的數(shù)字化評(píng)估，既有利于施工安排和進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的及時(shí)停機(jī)檢修與故 障處理，又可把由刀具磨損造成的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間損失降至最低，使大型隧道工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng) 效益最大化，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益及重大的工程意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明檢測(cè)裝置的分布示意圖；
[0023] 圖3是第一推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4是第二推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖中：1、盾構(gòu)機(jī)氣泡艙，2、攝像裝置，3、照明裝置，4、沖洗裝置，5、第一手輪，6、螺 紋桿，7、活塞桿，8、轉(zhuǎn)接頭，9、第一連接體，10、第二手輪，11、后立板，12、擋管夾，13、夾管 器，14、前立板，15、定位栓，16、鋼管連接體，17、連接桿，18、螺桿，19、連接座。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0027] 如圖2所述的實(shí)施例中，一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置，包括攝像 裝置2、照明裝置3、沖洗裝置4、第一推進(jìn)裝置、第二推進(jìn)裝置、數(shù)據(jù)采集與分析裝置和盾構(gòu) 機(jī)氣泡艙1，盾構(gòu)機(jī)氣泡艙1的前壁上設(shè)有三個(gè)圓孔，圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用于連 接攝像裝置2、照明裝置3和沖洗裝置4,第一推進(jìn)裝置分別與攝像裝置2和照明裝置3螺 紋連接，第二推進(jìn)裝置與沖洗裝置4螺紋連接，攝像裝置2與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接，第 一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝置均與盾構(gòu)機(jī)氣泡艙1的前壁通過(guò)球閥連接。
[0028] 如圖3所示，第一推進(jìn)裝置包括第一手輪5、中空的螺紋桿6、中空的活塞桿7、轉(zhuǎn)接 頭8和第一連接體9,活塞桿7安裝在第一連接體9內(nèi)，活塞桿7的一端安裝轉(zhuǎn)接頭8,活塞 桿7的另一端與螺紋桿6連接，螺紋桿6的一端置于活塞桿7的內(nèi)部，螺紋桿6的另一端安 裝第一手輪5,攝像裝置2包括攝像電源線和數(shù)據(jù)線，照明裝置3包括照明電源線，攝像裝 置2和照明裝置3均與轉(zhuǎn)接頭8連接，攝像裝置2和照明裝置3與轉(zhuǎn)接頭8之間均設(shè)有密 封圈，攝像電源線、數(shù)據(jù)線和照明電源線均安裝在螺紋桿6的內(nèi)部，攝像裝置2通過(guò)數(shù)據(jù)線 與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接。
[0029] 如圖4所示，第二推進(jìn)裝置包括第二手輪10、前立板14、后立板11、擋管夾12、夾 管器13、定位栓15和鋼管連接體16,第二手輪10安裝在后立板11 一側(cè)，鋼管連接體16安 裝在前立板14上,前立板14與后立板11通過(guò)若干連接桿17連接,前立板14和后立板11 之間設(shè)有螺桿18,第二手輪10安裝在螺桿18的一端，螺桿18上設(shè)有連接座19,連接座19 與螺桿18螺紋連接，連接座19與連接桿17滑動(dòng)連接，擋管夾12和夾管器13安裝在連接 座19上，定位栓15安裝在鋼管連接體16上。
[0030] 如圖1所示，一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分析方法， 通過(guò)從刀盤背面對(duì)刀具進(jìn)行拍照成像，然后利用圖像處理軟件對(duì)所得圖像進(jìn)行分析處理， 再與刀具原始三維模型進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算刀具磨損情況，以便對(duì)需要更換的刀具進(jìn)行及時(shí)處 理，具體操作步驟如下：
[0031] (1)盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造，用于與被測(cè)刀具相比較，以便于確定刀具的磨損 情況；具體如下，采用設(shè)計(jì)單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎(chǔ)框架設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，盾構(gòu)機(jī)精 密三維模型的構(gòu)造主要采用構(gòu)建實(shí)體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構(gòu)設(shè)備中尺寸確定的 部件和框架，然后將這些局部體素進(jìn)行拼接組裝；在盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工程圖制作的三維模型初 步完成以后，對(duì)生產(chǎn)車間內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)實(shí)體進(jìn)行了激光掃描，采集了盾構(gòu)機(jī)的點(diǎn)云信息，用點(diǎn) 云數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和進(jìn)一步構(gòu)造；
[0032] (2)相機(jī)選型、封裝與標(biāo)定，通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，可以對(duì)攝取的影像進(jìn)行畸變校正，消 除由相機(jī)鏡頭畸變產(chǎn)生的像點(diǎn)坐標(biāo)誤差；相機(jī)的標(biāo)定是通過(guò)室內(nèi)高精度三維控制場(chǎng)進(jìn)行標(biāo) 定，得到內(nèi)參數(shù)矩陣K和畸變參數(shù)kc，然后采用P4P算法結(jié)合空間后方交會(huì)（Resection)方 法的聯(lián)合定向解算方案，實(shí)現(xiàn)精密姿態(tài)解算；
[0033] (3)圖像采集，采集實(shí)際使用的一組刀具影像；具體步驟如下，將攝像裝置2固定 到第一推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn)接頭8處，與球閥對(duì)接，打開球閥，轉(zhuǎn)動(dòng)第一手輪5,利用螺紋桿6將攝 像裝置2推送到盾構(gòu)機(jī)氣泡艙1的前壁外，同時(shí)采用類似方法將照明裝置3與沖洗裝置4推 送到合適位置，打開電源，通過(guò)攝像裝置2對(duì)刀具進(jìn)行觀察，如有必要可利用沖洗裝置4進(jìn) 行定向清洗，照明裝置3調(diào)整光照，至所成圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置2調(diào)整一定 角度后，再次拍照，獲得一組刀具影像；
[0034] (4)數(shù)據(jù)分析，以獲取磨損信息；具體如下，在盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像 上提取明顯的特征點(diǎn)或特征線，用他們作為轉(zhuǎn)化的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采用P4P定向算法來(lái)實(shí)現(xiàn)定 向操作，即在盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像上分別選取同名點(diǎn)，存入盾構(gòu)機(jī)精密三維 模型和采集的圖像坐標(biāo)文件，然后一次性讀取這些文件，計(jì)算定向參數(shù)，定向操作完成以 后，獲取了由盾構(gòu)機(jī)精密三維模型到采集的圖像的投影參數(shù)或矩陣，就可以將盾構(gòu)機(jī)精密 三維模型上的點(diǎn)投影到采集的圖像上，將盾構(gòu)機(jī)精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到采集 的圖像上，與采集的圖像上的刀盤邊緣進(jìn)行對(duì)比，就可以獲取磨損信息。
[0035] 具體的操作規(guī)程包括準(zhǔn)備工作、安裝推進(jìn)系統(tǒng)、采集分析數(shù)據(jù)和系統(tǒng)拆卸四個(gè)步 驟。
[0036] (1)準(zhǔn)備工作：降低開挖艙液面至待觀測(cè)刀具以下，并維持開挖艙內(nèi)氣壓；攝像裝 置2安裝時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)第一手輪5,把活塞桿7旋出第一連接體9外約10cm，在攝像裝置2 和轉(zhuǎn)接頭8之間加上密封圈，把攝像裝置2的數(shù)據(jù)線和電源線合并成單股后從螺紋桿6的 中心孔道穿出，旋轉(zhuǎn)攝像裝置2使之與轉(zhuǎn)接頭8通過(guò)螺紋連接，保證系統(tǒng)的密封性，旋轉(zhuǎn)第 一手輪5把攝像裝置2退回到第一連接體9內(nèi)；照明裝置3的安裝與攝像裝置2相同，只是 缺少數(shù)據(jù)線；沖洗裝置4安裝時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)第二手輪10,將夾管器13退至后立板11，將帶 噴嘴的鋼管穿過(guò)后立板11、夾管器13和鋼管連接體16的通管孔，擰緊夾管器13,并用擋管 夾12固定鋼管尾端；檢查整體密封性，利用專用的耐壓密封試驗(yàn)裝置，檢查設(shè)備的整體密 封性，并檢查后視設(shè)備的功能完備性。為攝像裝置2、照明裝置3和數(shù)據(jù)采集與分析裝置提 供220V的民用電壓。
[0037] (2)安裝推進(jìn)系統(tǒng)：將推進(jìn)系統(tǒng)法蘭和球閥法蘭盤用螺栓連接，連接時(shí)在球閥法 蘭盤與第一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝置的法蘭盤之間加墊片，在攝像裝置2的鏡頭前裝防泥 水棉球，以保護(hù)鏡頭；慢慢打開球閥開關(guān)，觀察有無(wú)氣體泄漏；推出檢測(cè)設(shè)備，旋轉(zhuǎn)第一手 輪5和第二手輪10,把攝像裝置2、照明裝置3和沖洗裝置4慢慢推至既定位置，其中攝像 裝置2以剛推出盾構(gòu)機(jī)氣泡艙1的前壁為宜，沖洗裝置4推進(jìn)過(guò)程中需要接管，待夾管器13 靠近前立板14,用定位栓15固定鋼管，松開待擋管夾12和夾管器13,通過(guò)反向轉(zhuǎn)動(dòng)第二手 輪10,將夾管器13退至后立板11，用另一段鋼管穿過(guò)后立板11、夾管器13和鋼管連接體 16的通管孔，與前一段鋼管連接，重復(fù)推進(jìn)步驟；攝像裝置2試成像，數(shù)據(jù)線和攝像電源線 分別與電腦和電源插座連接，在攝像裝置2所獲取影像的幫助下，調(diào)整沖洗裝置4的球鉸， 對(duì)需要分析的刀具進(jìn)行沖洗處理，并調(diào)整光照角度至最佳成像狀態(tài)。
[0038] (3)采集分析數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，使需要檢查的刀具和攝像裝置2正對(duì)，然后成像并 采集數(shù)據(jù)，通過(guò)攝像裝置2的球鉸調(diào)整和刀盤位置調(diào)整，獲得一組刀具影像；轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，重 復(fù)之前操作，采集下一位置，直至全部采集完成；將經(jīng)畸變修正后的影像進(jìn)行定向解算，在 影像和模型上提取特征點(diǎn)或特征線，將模型上的點(diǎn)投影到圖像上，獲取磨損信息。
[0039] (4)系統(tǒng)拆卸：數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將攝像裝置2、照明裝置3和沖洗裝置4退回；關(guān) 閉球閥開關(guān)；安全拆卸，慢慢擰松螺栓，泄出筒內(nèi)帶壓氣體，并觀察有無(wú)氣體持續(xù)泄漏，如確 認(rèn)無(wú)氣體持續(xù)泄漏，則依次擰松螺栓，小心拆卸；如發(fā)現(xiàn)有氣體持續(xù)泄漏，則檢查球閥開關(guān) 是否關(guān)緊，直至確認(rèn)無(wú)氣體持續(xù)泄漏，再進(jìn)行拆卸。
【權(quán)利要求】
1.7 -種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置，其特征是，包括攝像裝置（2)、照明 裝置（3)、沖洗裝置（4)、第一推進(jìn)裝置、第二推進(jìn)裝置、數(shù)據(jù)采集與分析裝置和盾構(gòu)機(jī)氣泡 艙（1)，所述盾構(gòu)機(jī)氣泡艙（1)的前壁上設(shè)有三個(gè)圓孔，所述的圓孔焊接球鉸且分別安裝球 閥用于連接攝像裝置（2)、照明裝置（3)和沖洗裝置（4)，所述的第一推進(jìn)裝置分別與攝像 裝置（2)和照明裝置（3)螺紋連接，所述的第二推進(jìn)裝置與沖洗裝置（4)螺紋連接，所述的 攝像裝置（2)與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接，所述的第一推進(jìn)裝置和第二推進(jìn)裝置均與盾構(gòu) 機(jī)氣泡艙（1)的前壁通過(guò)球閥連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置，其特征是，所 述的第一推進(jìn)裝置包括第一手輪（5)、中空的螺紋桿（6)、中空的活塞桿（7)、轉(zhuǎn)接頭（8)和 第一連接體（9)，所述的活塞桿（7)安裝在第一連接體（9)內(nèi)，所述活塞桿（7)的一端安裝 轉(zhuǎn)接頭（8)，所述活塞桿（7)的另一端與螺紋桿（6)連接，所述螺紋桿（6)的一端置于活塞 桿（7)的內(nèi)部，所述螺紋桿（6)的另一端安裝第一手輪（5)，所述的攝像裝置⑵包括攝像 電源線和數(shù)據(jù)線，所述的照明裝置（3)包括照明電源線，所述的攝像裝置（2)和照明裝置 ⑶均與轉(zhuǎn)接頭⑶連接，所述的攝像裝置（2)和照明裝置（3)與轉(zhuǎn)接頭⑶之間均設(shè)有密 封圈，所述的攝像電源線、數(shù)據(jù)線和照明電源線均安裝在螺紋桿（6)的內(nèi)部，所述的攝像裝 置（2)通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集與分析裝置連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置，其特征是， 所述的第二推進(jìn)裝置包括第二手輪（10)、前立板（14)、后立板（11)、擋管夾（12)、夾管器 (13)、定位栓（15)和鋼管連接體（16)，所述的第二手輪（10)安裝在后立板（11) 一側(cè)，所述 的鋼管連接體（16)安裝在前立板（14)上，所述的前立板（14)與后立板（11)通過(guò)若干連 接桿（17)連接，所述的前立板（14)和后立板（11)之間設(shè)有螺桿（18)，所述第二手輪（10) 安裝在螺桿（18)的一端，所述的螺桿（18)上設(shè)有連接座（19)，所述的連接座（19)與螺桿 (18)螺紋連接，所述的連接座（19)與連接桿（17)滑動(dòng)連接，所述的擋管夾（12)和夾管器 (13)安裝在連接座（19)上，所述的定位栓（15)安裝在鋼管連接體（16)上。
4. 一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分析方法，其特征是，通過(guò) 從刀盤背面對(duì)刀具進(jìn)行拍照成像，然后利用圖像處理軟件對(duì)所得圖像進(jìn)行分析處理，再與 刀具原始三維模型進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算刀具磨損情況，以便對(duì)需要更換的刀具進(jìn)行及時(shí)處理，具 體操作步驟如下： (1) 盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造，用于與被測(cè)刀具相比較，以便于確定刀具的磨損情 況； (2) 相機(jī)選型、封裝與標(biāo)定，通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，可以對(duì)攝取的影像進(jìn)行畸變校正，消除由相 機(jī)鏡頭畸變產(chǎn)生的像點(diǎn)坐標(biāo)誤差； (3) 圖像采集，采集實(shí)際使用的一組刀具影像； (4) 數(shù)據(jù)分析，以獲取磨損信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分 析方法，其特征是，在步驟（1)中，采用設(shè)計(jì)單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎(chǔ)框架設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)，盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造主要采用構(gòu)建實(shí)體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構(gòu)設(shè) 備中尺寸確定的部件和框架，然后將這些局部體素進(jìn)行拼接組裝；在盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工程圖制 作的三維模型初步完成以后，對(duì)生產(chǎn)車間內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)實(shí)體進(jìn)行了激光掃描，采集了盾構(gòu)機(jī) 的點(diǎn)云信息，用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和進(jìn)一步構(gòu)造。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分 析方法，其特征是，在步驟（2)中，相機(jī)的標(biāo)定是通過(guò)室內(nèi)高精度三維控制場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定，得 到內(nèi)參數(shù)矩陣K和畸變參數(shù)kc，然后采用P4P算法結(jié)合空間后方交會(huì)（Resection)方法的 聯(lián)合定向解算方案，實(shí)現(xiàn)精密姿態(tài)解算。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分 析方法，其特征是，在步驟（3)中，具體步驟如下，將攝像裝置（2)固定到第一推進(jìn)裝置的轉(zhuǎn) 接頭（8)處，與球閥對(duì)接，打開球閥，轉(zhuǎn)動(dòng)第一手輪（5)，利用螺紋桿（6)將攝像裝置（2)推 送到盾構(gòu)機(jī)氣泡艙（1)的前壁外，同時(shí)采用類似方法將照明裝置（3)與沖洗裝置（4)推送 到合適位置，打開電源，通過(guò)攝像裝置（2)對(duì)刀具進(jìn)行觀察，如有必要可利用沖洗裝置（4) 進(jìn)行定向清洗，照明裝置（3)調(diào)整光照，至所成圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置（2)調(diào) 整一定角度后，再次拍照，獲得一組刀具影像。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的后部可視化檢測(cè)裝置的定量分 析方法，其特征是，在步驟（4)中，在盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像上提取明顯的特征 點(diǎn)或特征線，用他們作為轉(zhuǎn)化的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采用P4P定向算法來(lái)實(shí)現(xiàn)定向操作，即在盾構(gòu)機(jī) 精密三維模型和采集的圖像上分別選取同名點(diǎn)，存入盾構(gòu)機(jī)精密三維模型和采集的圖像坐 標(biāo)文件，然后一次性讀取這些文件，計(jì)算定向參數(shù)，定向操作完成以后，獲取了由盾構(gòu)機(jī)精 密三維模型到采集的圖像的投影參數(shù)或矩陣，就可以將盾構(gòu)機(jī)精密三維模型上的點(diǎn)投影到 采集的圖像上，將盾構(gòu)機(jī)精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到采集的圖像上，與采集的圖 像上的刀盤邊緣進(jìn)行對(duì)比，就可以獲取磨損信息。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK104155300SQ201410409413
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】石新棟, 吳全立, 石振明, 姚占虎, 趙小鵬, 管圣功, 游光文, 張英明, 王善高, 張亞果, 陳方偉, 俞松波 申請(qǐng)人:中交隧道工程局有限公司, 同濟(jì)大學(xué)