[发明专利]基于图像分析的土压平衡盾构机滚刀磨损监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于图像分析的土压平衡盾构机滚刀磨损监测装置及方法，包括滚刀监测装置，所述滚刀监测装置设置在承压密封装置内，且滚刀监测装置与滚刀刀箱总成相对。本发明结构简单、安装方便、视野清晰，具有防护效果和冲洗效果好的特点，且为图像分析处理提供了稳定可靠的结构基础，通过磨损监测方法可以实现刀具磨损的在线测量，且同时通过监控视频直接观察滚刀状态，提高了滚刀磨损监测的安全性、便捷性、经济性和可靠性。

技术领域

本发明属于土压平衡盾构机设备技术领域，具体涉及一种基于图像分析的土压平衡盾构机滚刀磨损监测装置及方法。

背景技术

隧道盾构施工以其安全、高效、经济以及对地面环境影响小等优点得到广泛应用。土压平衡盾构机一般在软土或复合地层中施工，特别是在复合地层中，土压平衡盾构机一般同时配备有滚刀和刮刀，随着盾构机的掘进，滚刀的磨损是难免的。目前滚刀磨损常见监测手段有异味剂添加法、传感器监测法、掘进参数分析法、岩渣形状分析法、开舱检查法。异味添加剂法适合在TBM中应用，但不适合应用在土压平衡盾构机中；由于传感器监测法中的传感器安装在被测滚刀附近，其密封防护和耐磨性很难保证，最终导致传感器损坏；掘进参数分析法只能可以通过盾构机推进参数粗略估计滚刀磨损情况；岩渣形状分析法是通过人为分析岩渣块形状粗略判断滚刀磨损情况，主观因素影响很大；开舱检查法最直观，但舱内高压、高湿，进舱风险高。

目前也有通过土舱可视化装置通过视觉检查滚刀磨损的方法，但只是停留在人工观察的阶段。装置方面，有的采用伸缩式可视化装置，使用时打开可视化装置闸门伸出相机，但由于土舱内恶劣的环境，伸缩机构和闸门装置很容易出现故障；有的采用相机、灯源一体固定式土舱可视化装置，但由于灯源距相机过近，造成视野被光线影响，视野不清晰。

发明内容

针对现有的可视化装置无法适应土舱恶劣环境及滚刀可视化效果差的问题，本发明提出了一种盾构机滚刀载荷实时监测系统及方法，可以实时监测土压平衡盾构机的滚刀磨损情况，解决了现有的可视化装置视野效果差、无法适应盾构机中高压、高湿、渣土飞溅的恶劣环境、以及无法实时监测滚刀状态的问题。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于图像分析的土压平衡盾构机滚刀磨损监测装置，包括滚刀监测装置，所述滚刀监测装置设置在承压密封装置内，滚刀监测装置与滚刀刀箱总成相对，滚刀监测装置用于拍摄滚刀刀箱总成中滚刀的磨损情况；所述承压密封装置位于滚刀监测装置的后方，将土舱与盾体壳的后部相隔离，对监测机构起密封承压作用。

所述承压密封装置包括设置在土舱隔板后部的承压密封舱，承压密封舱与滚刀监测装置的后部相对，且承压密封舱与土舱隔板固定连接；承压密封舱上设有预留孔和承压密封门，预留孔为滚刀监测装置的水电供应和数据传输线提供通道；所述承压密封门与承压密封舱相铰接。

所述滚刀监测装置包括面板，所述面板固定设置在土舱隔板上，且面板中固定设有相机防护基体和灯源防护基体；所述相机防护基体的前部固定设有相机防护玻璃，且相机防护基体中固定设有视频单元，视频单元对滚刀刀箱总成进行拍照以获取滚刀磨损图像，视频单元的电缆数据传输线依次穿过相机防护基体和承压密封装置后通过外部线缆I与盾构机的配电柜和工控机相连接，配电柜为视频单元提供电源；所述灯源防护基体的前部固定设有灯源防护玻璃，且灯源防护基体中固定设有灯源，灯源的电缆依次穿过灯源防护基体和承压密封装置后通过外部线缆II与盾构机的配电柜相连接，配电柜为灯源提供电力。视频单元与灯源相互配合，以获取高质量的图像。

所述面板上还固定设有用于对相机防护玻璃或灯源防护玻璃进行冲洗的冲洗机构。冲洗机构定时对相机防护玻璃或灯源防护玻璃进行冲洗，以避免污物影响视频单元的拍照。

所述冲洗机构包括喷嘴座，所述喷嘴座固定设置在面板上，且喷嘴座中可拆卸地设有喷嘴；所述喷嘴与灯源防护玻璃或相机防护玻璃相对，且喷嘴通过喷嘴座与外部高压水管路相连接。外部高压水管路为喷嘴提供外部水源。