[发明专利]一种TBM隧道围岩形貌采集方法及装置

权利要求书

1.一种TBM隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，将一环围岩分成多段拍摄，通过匹配图像采集频率与周向运动速度，快速获取围岩形貌图像，再利用图像拼接技术得到完整的隧道围岩形貌，所述方法包括：

1)将TBM隧道围岩形貌采集装置安装在TBM钢拱架拼装机底座上；

2)装置随钢拱架拼装机运动到需要采集围岩形貌的围岩环段起始端，完成轴向定位；

3)步进电机带动周向移动装置沿导轨运动到导轨一端极限位置处，完成周向移动装置的定位；

4)步进电机反转，以恒定速度带动周向移动装置沿导轨运动到导轨另一端极限位置，固定在周向移动装置上的围岩观测装置以一种与周向运动速度匹配的频率采集围岩图像。

5)钢拱架拼装机沿隧道前进到下一位置，并重复步骤4，直到采集完一环的围岩形貌；

6)通过图像处理，将一次周向运动采集到的图像拼接成一张，再将合成后的周向围岩形貌图像依次拼接在一起，得到一环围岩的形貌周向展开合成图；

7)最后，将每一环围岩的形貌周向展开合成图依次拼接在一起，得到整个隧道的围岩形貌周向展开合成图。

2.根据权利要求1所述TBM隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，所述导轨为圆弧状，周向移动装置可以沿导轨做周向运动，使得围岩观测装置能够采集到完整的围岩形貌。

3.根据权利要求1所述TBM隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，所述周向移动装置的周向运动速度可以通过改变步进电机的输入信号来调节，所述围岩观测装置的采集频率可以通过改变围岩观测装置的控制信号来调节，可以通过调节周向移动装置的周向运动速度，匹配相应的围岩观测装置的采集频率，获取需要的图像采集速度。

4.根据权利要求1所述TBM隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，所述装置能够结合TBM位置信息和钢拱架拼装机底座位置信息，推算并记录每一环围岩图像的隧道轴向位置信息；能够结合导轨极限位置和步进电机运动速度，推算并记录每一张图像的隧道周向位置信息。

5.根据权利要求1所述TBM隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，整个围岩形貌采集过程都是由计算机控制。

6.一种TBM隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述装置包括：

围岩观测装置，用于获取TBM隧道围岩形貌图像；

周向移动装置，用于保证围岩观测装置的周向运动；

H形导轨，为周向移动装置提供周向运动轨迹；

卷线装置，通过卷动钢丝绳为周向移动装置提供驱动；

张紧装置，用于保证钢丝绳紧绷；

收线盘，用于收紧围岩观测装置的电源线和数据线。

7.根据权利要求6所述TBM隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述周向移动装置由连接轴、轮板、导轨轮和钢丝绳连接头组成，其中，所述H形导轨两侧各布置三个导轨轮，三个导轨轮呈三角形布置在轮板上，这样布置既可以将周向移动装置限制在H形导轨上，又能保证装置运动的顺畅；H形导轨两侧的轮板通过所述连接轴连接；所述钢丝绳连接头固定在所述连接轴上，用于固定所述卷线装置卷动的钢丝绳，带动周向移动装置运动。

8.根据权利要求6所述TBM隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述卷线装置由卷线筒、卷筒盘、联轴器和步进电机组成，其中，所述卷线筒为空心圆柱，其表面有螺旋状线槽便于卷线，线槽两端开有通孔可将钢丝绳固定于此，卷线筒转动时一端收线、一端放线从而保证外部的钢丝绳长度基本不变。