[发明专利]基于激光调焦和图像识别的盾尾间隙测量方法

说明书

本发明公开了基于激光调焦和图像识别的盾尾间隙测量方法，包括如下步骤：S1：将工业相机安装在顶推油缸之间的盾壳内壁上，且每个工业相机的两侧对称分别安装激光测距仪和激光发射器；S3：激光测距仪粗测工业相机至管片的距离，控制盒根据此距离设定工业相机的焦距；S4：工业相机聚焦完成后对测量区域进行拍照，并反馈给工业PC，获取盾壳、管片轮廓点云坐标，然后通过软件自动计算两道激光十字线光源中心连线的中点到管片内边缘线的垂直距离d；S5：根据d计算得到测量区域的盾尾间隙。本发明克服现有技术中人工测量精度受测量人员技术影响大、测量效率低无法实时监测以及常规图像识别技术测量结果不稳定等不足，可广泛应用于盾构施工中。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于激光调焦和图像识别的盾尾间隙测量方法。

背景技术

在盾构施工中，管片与盾壳间存在一定的间隙，由于盾构掘进方向常存在偏差，造成盾尾间隙变化。盾尾间隙过小容易引起盾尾刷和管片磨损，盾尾刷严重损坏时可能导致密封系统失效造成严重事故，盾尾间隙测量的可靠性与实时性直接关系盾构施工的安全与质量。目前，虽有各种新型盾尾间隙测量技术，但目前这些技术大都存在工作环境适应性差、测量精度不稳定等不足。例如，现有激光测距技术以及图像测距技术环境实验室测试效果很好，而隧道工作环境通常较差，这些技术本身难以抵抗隧道灰尘、水汽等的干扰，因此实际应用中其测量精度并不稳定。因此，施工中仍以人工测量为主，但人工测量存在测量精度受测量人员技术影响较大、测量效率低无法实时监测且存在安全隐患等诸多弊端。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于激光调焦和图像识别的盾尾间隙测量方法，通过激光测距辅助变焦工业相机聚焦，将数据实时传输至PC端，利用图像识别技术获取管片端部坐标点云，通过软件处理推算三维空间盾尾间隙的实时监测方法，克服现有技术中人工测量精度受测量人员技术影响大、测量效率低无法实时监测以及常规图像识别技术测量结果不稳定等不足，辅以集成干燥除尘设备可增加设备环境适应性，可广泛应用于盾构施工中。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了基于激光调焦和图像识别的盾尾间隙测量方法，包括如下步骤：

S1：将至少三个工业相机间隔安装在顶推油缸之间的盾壳内壁上，且每个工业相机的两侧对称分别安装激光测距仪和激光发射器；

S2：激光测距仪和激光发射器分别向管片侧壁发射两道激光十字线；

S3：激光测距仪粗测工业相机至管片的距离，并将结果返回至工业相机控制盒，控制盒根据此距离设定工业相机的焦距，工业相机根据此焦距聚焦；

S4：工业相机聚焦完成后对测量区域进行拍照，并反馈给工业PC，获取盾壳、管片轮廓点云坐标，然后自动计算两道激光十字线光源中心连线的中点到管片内边缘线的垂直距离d；

S5：根据d计算得到测量区域的盾尾间隙。

优选的是，工业PC将盾构机掘进数据实时发送至控制盒，控制盒监测到其设定的掘进距离时，触发控制盒控制工业相机进行拍照测量，重复上述步骤S3至S5。

优选的是，控制盒设定开始掘进、掘进1/4、掘进1/2、掘进3/4、结束掘进五个时刻进行触发工业相机进行拍照测量。

优选的是，将每个时刻测得的多个盾尾间隙通过工业PC拟合成对应的管片与盾壳相对位置关系图，五个时刻的相对位置关系图生成这一环掘进的盾尾间隙变化三维模型。

优选的是，所述工业相机安装四个。

优选的是，工业PC可直接触发控制盒控制工业相机进行拍照测量，重复上述步骤S3至S5。

优选的是，S5具体包括：安装完成后，激光十字线光源中心至盾壳内壁的距离记为l，管片厚度记为h，则盾尾间隙g＝l+d-h。