一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法
2024-01-29 09:31:15
一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法，屬於頂管機施工【技術領域】，用於解決頂管機機頭偏位的監測或效率低或成本高的問題。該裝置包括設置於工作井的雷射光源；設置於機頭上的光靶，光靶的中心位置與雷射光源的連線平行於頂管機的水平軸線；設置於機頭上的測斜儀；設置於機頭上的數據採集模塊，包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及一控制中心，包括依次連接的數據接收模塊以及數據處理模塊，數據接收模塊與數據發射模塊通過無線或者有線方式連接，數據處理模塊與一顯示裝置連接。用該裝置監測頂管機頭偏位的方法，操作簡便，監測效率高，監測結果準確。
【專利說明】一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於頂管機施工【技術領域】，尤其涉及一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]近幾年來，隨著城市車輛保有量及人口數量的增加，城市建設步伐不斷加快，出現了諸如城市居民過街難、道路交叉口車輛交通擁擠、城市市政管線施工需要對道路反覆開挖等問題。從而需要建設越來越多的地下隧道來解決或緩解上述問題。頂管隧道掘進技術具有自動化程度高、節省人力、施工速度快的優勢，並且在開挖時可以控制地面沉降，減少對地面建築物的影響。因此，在地下隧道鋪設中，頂管機發揮著越來越重要的作用。
[0003]頂管機施工時，在工作井內藉助於頂進設備產生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設計的坡度頂入土中，並將土方運走。一節管子完成頂入土層之後，再放入第二節管子繼續頂進。頂管機的工作原理是:利用主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進機從工作井內穿過土層一直推進到接收井內吊起；管道緊隨工具管或掘進機之後，埋設在兩坑之間。
[0004]頂管機施工過程中，由於一次挖土深度過大或者其他因素會造成機頭偏位，從而影響施工安全。為保證頂管機的正常施工，需要實時測量頂管機的姿態，及時矯正頂管機機頭的偏位。目前常用的測量方法有:人工測量法和自動跟蹤全站儀測量法等。其中，人工測量法主要是人工計算偏差，耗時長，偏差大，無法滿足頂管機施工要求測量準確高效的要求。自動跟蹤全站儀測量法價格昂貴。因此，如何在成本較低的情況下，實時、準確的監測頂管機機頭偏位情況成為本領域技術人員亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法，以解決傳統的頂管機機頭偏位的監測或效率低或成本高的問題。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0007]—種實時監測頂管機機頭偏位的裝置，用於監測所述頂管機機頭在工作井中的位置，包括:設置於所述工作井的雷射光源；設置於所述機頭上的光靶，所述光靶的中心位置與所述雷射光源的連線平行於所述頂管機的水平軸線；設置於所述機頭上的測斜儀；設置於所述機頭上的數據採集模塊，包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及一控制中心，包括依次連接的數據接收模塊以及數據處理模塊，所述數據接收模塊與所述數據發射模塊通過無線或者有線方式連接，所述數據處理模塊與一顯示裝置連接。
[0008]進一步地，所述圖像採集模塊為攝像機，所述攝像機朝所述光靶方向設置。
[0009]進一步地，還包括一測量環，所述測量環設置於所述光靶的上方。
[0010]進一步地，所述控制中心還包括預報警模塊。
[0011]一種實時監測頂管機機頭偏位的方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一:提供實時監測頂管機機頭偏位的裝置；
[0013]步驟二:所述測斜儀的信號經過所述頂管機機頭內的PLC可編程控制器傳輸到所述控制中心；同時，所述數據採集模塊的信號分別通過數據發射模塊和所述數據接收模塊傳輸到所述控制中心；所述控制中心的所述數據處理模塊分別將所述測斜儀的信號和所述數據採集模塊的信號進行處理，得到所述頂管機機頭偏位的偏差值；並通過所述顯示裝置顯示出來。
[0014]本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
[0015]1、本實施例的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，用於監測頂管機機頭在工作井中的位置，包括設置於工作井的雷射光源；設置於機頭上的光靶，光靶的中心位置與雷射光源的連線平行於頂管機的水平軸線；設置於機頭上的測斜儀；設置於機頭上的數據採集模塊，包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及一控制中心，包括依次連接的數據接收模塊以及數據處理模塊，數據接收模塊與數據發射模塊通過無線或者有線方式連接，數據處理模塊與一顯示裝置連接。通過在工作井設置雷射光源發射雷射束，雷射束沿頂管機管節中預留通道入射到頂管機機頭的光靶上，依此檢測頂管機機頭的位置和姿態。圖像採集模塊全景拍攝光靶圖像，並將實時拍攝到的圖片信息通過數據發射模塊無線傳輸至控制中心，經控制中心的數據處理模塊處理得到頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值，並通過顯示裝置顯示出來。頂管機操作人員通過實時讀取該偏差值，實時通過糾偏千斤頂來控制頂管機機頭的偏位。
[0016]2、本實施例的實時監測頂管機機頭偏位的方法，首先提供實時監測頂管機機頭偏位的裝置，並將裝置調整到最佳位置；然後測斜儀的信號經過頂管機機頭內的PLC可編程控制器傳輸到控制中心；同時，數據採集模塊的信號分別通過數據發射模塊和數據接收模塊傳輸到控制中心；控制中心的數據處理模塊分別將測斜儀的信號和數據採集模塊的信號進行處理，得到頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值；並通過顯示裝置顯示出來。該方法成本低，操作簡便，能夠實現對頂管機機頭偏位的智能化監測，監測效率高，監測結果準確，具有可推廣性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本發明的實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法由以下的實施例及附圖給出。
[0018]圖1為本發明一實施例中實時監測頂管機機頭偏位的裝置的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明一實施例中實時監測頂管機機頭偏位的裝置中光靶的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖和具體實施例對本發明的實時監測頂管機機頭偏位的裝置及方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0021]結合圖1和圖2，詳細說明本發明的實時監測頂管機機頭偏位的裝置的結構。
[0022]如圖1所示，一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置，用於監測頂管機機頭I在工作井(圖中未示出)中的位置，該裝置包括設置於工作井中的雷射光源2 ;設置於機頭I上的光靶3，光靶3的中心位置與雷射光源2的連線平行於頂管機的水平軸線；設置於機頭I上的測斜儀4 ;設置於機頭I上的數據採集模塊5，數據採集模塊5包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及一控制中心(圖中未示出)，控制中心包括依次連接的數據接收模塊(圖中未示出)和數據處理模塊(圖中未示出)，數據接收模塊與數據發射模塊通過有線或者無線方式連接，數據處理模塊與一顯示裝置(圖中未示出)連接。
[0023]繼續參考圖1和圖2，具體來說，頂管機在頂進施工過程中需要實時監控機頭I的偏位情況，頂管機操作人員根據監測的機頭I的偏位信息，調整糾偏千斤頂來進行及時矯正，以保證其安全施工。主要是利用光的直線傳播原理實現對機頭I偏位的監測。在工作井的基準點中設置雷射光源2，雷射光源2用於產生雷射束，雷射束沿頂管機管節中預留通道入射到設置在機頭I的光靶3上，以檢測頂管機機頭的位置。為了節省成本，雷射光源2可以選擇雷射經緯儀，只要能夠持續發射出一定射程的雷射束即可。光靶3豎向設置於頂管機機頭I上，並使得光靶3的中心位置「O」與雷射光源2的連線平行於頂管機的水平軸線，雷射束在光靶3上形成紅色的光斑。由於事先已經將雷射束與頂管機的水平軸線調整至平行，光靶3上雷射光斑的位置變化即為頂管機的位置變化。光靶3設有由若干相交的橫向分隔線和縱向分隔線組成的網格，橫向分隔線和縱向分隔線分別平行且等間距。頂管機在頂進施工過程中，雷射點開始移至「M」或「N」點，其平面偏差分別為+Ml或-NI，高程偏差分別為+M2或-N2，。通過讀取雷射束在光靶3上的坐標數據，便可以分析出頂管機機頭I的偏位情況。傳統施工中多採用人工採集、人工處理頂管機機頭I偏位的情況，並將監測到的偏位信息反饋給頂管機操作人員，從而對頂管機機頭I及時矯正偏位，以保證頂管機的正常頂進施工。然而，人工採集和處理機頭I的偏位數據會造成數據遺漏，從而產生數據失真，影響頂管機機頭偏位的準確監測。而且，由於人工採集、記錄和處理數據需要耗費一定的時間，無法實現實時讀取和記錄數據，而無法及時對頂管機機頭進行糾偏，從而影響頂管機的正常施工。本實施例中採用智能化的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，實時採集和處理雷射束在光靶3上的坐標數據，以實現實時監測頂管機機頭的偏位情況並實時反饋給頂管機操作人員，以方便頂管機操作人員及時糾正頂管機機頭的偏位。
[0024]具體來說，繼續參考圖1，本發明的數據採集模塊5位於頂管機機頭I上，數據採集模塊包括依次連接的圖像採集模塊(圖中未示出)以及數據發射模塊(圖中未示出)。圖像採集模塊可以拍攝光靶3的坐標全景，能夠實時採集雷射束在光靶3上的坐標位置。為了取材方便，可以採用攝像機作為圖像採集模塊，攝像機朝光靶3的方向設置，並輔以適當的照明。圖像採集模塊拍攝到的圖片信息通過數據發射模塊採用無線傳輸方式傳輸至設置於控制計算機上的控制中心(圖中未示出)。控制中心的數據接收模塊接收圖片信息，並經數據處理模塊計算得到頂管機機頭的高程偏差量、平面偏差量以及頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值，最後將所得到的數據通過顯示裝置的顯示屏顯示出來。與此同時，固定於頂管機機頭上的測斜儀將信號通過頂管機機頭內的PLC可編程控制器傳輸到控制中心的計算機，得到頂管機機頭的坡度和轉角數據，並在顯示裝置的顯示屏顯示出來。頂管機操作人員通過讀取顯示屏上的數據，對四隻糾偏千斤頂編排組合來使頂管機機頭達到糾偏的控制。
[0025]繼續參考圖1，特別地，為了避免頂管機機頭旋轉而引起的測量誤差，實時監測頂管機機頭偏位的裝置還包括一測量環，6，測量環6設置於光靶3的上方。通過在頂管機機頭內安裝測量環6，能夠使雷射束的雷射點在頂管機機頭I旋轉後均處於水平位置的最高點，從而防止因頂管機機頭I的旋轉而造成測量誤差。
[0026]為了更好地反饋監測信息，可以在計算機控制中心設置一個監測數據預報警模塊(圖中未示出)，預報警裝置包括一個自檢裝置和至少一個警報燈。通過設定自檢裝置的檢測時間和檢測頻率，將數據處理模塊輸出的頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值與預設的操作參數比對，然後將檢測結果反饋到警報燈上。當檢測到頂管機機頭正常移動時，警報燈顯示綠色；當檢測到頂管機機頭停止移動時，警報燈顯示黃色；當檢測到頂管機機頭偏離頂進軸線時，警報燈顯示紅色。
[0027]下面繼續結合圖1和圖2，詳細說明利用本實施例的實時監測頂管機機頭偏位的裝置進行頂管機機頭偏位監測的方法。
[0028]實時監測頂管機機頭偏位的方法，包括如下步驟:
[0029]步驟一:提供實時監測頂管機機頭偏位的裝置，並將裝置調整到最佳位置；
[0030]步驟二:測斜儀的信號經過頂管機機頭I內的PLC可編程控制器傳輸到控制中心；同時，數據採集模塊5的信號分別通過數據發射模塊和數據接收模塊傳輸到控制中心；控制中心的數據處理模塊分別將測斜儀的信號和數據採集模塊的信號進行處理，得到頂管機機頭I偏離頂進軸線的偏差值；並通過顯示裝置顯示出來。
[0031]結合上文對實時監測頂管機機頭偏位裝置的闡述可知，頂管機操作人員通過讀取顯示裝置上的偏差值，對各千斤頂施加不同的作用力來進行糾偏操作，使雷射光點返回「0」，並使頂管機機頭的坡度和轉角保持在一定的範圍內。當然，為了更加方便地進行糾偏操作，可以在頂管機機頭內配製至少兩臺攝像機分別監視兩個糾偏千斤頂的伸縮距離，從而實時監測糾偏千斤頂的工作情況。
[0032]綜上所述，本實施例的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，用於監測頂管機機頭在工作井中的位置，包括設置於工作井的雷射光源；設置於機頭上的光靶，光靶的中心位置與雷射光源的連線平行於頂管機的水平軸線；設置於機頭上的測斜儀；設置於機頭上的數據採集模塊，包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及一控制中心，包括依次連接的數據接收模塊以及數據處理模塊，數據接收模塊與數據發射模塊通過無線或者有線方式連接，數據處理模塊與一顯示裝置連接。通過在工作井設置雷射光源發射雷射束，雷射束沿頂管機管節中預留通道入射到頂管機機頭的光靶上，依此檢測頂管機機頭的位置和姿態。圖像採集模塊全景拍攝光靶圖像，並將實時拍攝到的圖片信息通過數據發射模塊無線傳輸至控制中心，經控制中心的數據處理模塊處理得到頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值，並通過顯示裝置顯示出來。頂管機操作人員通過實時讀取該偏差值，實時通過糾偏千斤頂來控制頂管機機頭的偏位。本實施例的實時監測頂管機機頭偏位的方法，首先提供實時監測頂管機機頭偏位的裝置，並將裝置調整到最佳位置；然後測斜儀的信號經過頂管機機頭內的PLC可編程控制器傳輸到控制中心；同時，數據採集模塊的信號分別通過數據發射模塊和數據接收模塊傳輸到控制中心；控制中心的數據處理模塊分別將測斜儀的信號和數據採集模塊的信號進行處理，得到頂管機機頭偏離頂進軸線的偏差值；並通過顯示裝置顯示出來。該方法成本低，操作簡便，能夠實現對頂管機機頭偏位的智能化監測，監測效率高，監測結果準確，具有可推廣性。
[0033]上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定。本領域的技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種實時監測頂管機機頭偏位的裝置，用於監測所述頂管機機頭在工作井 中的位置，其特徵在於，包括: 設置於所述工作井的雷射光源； 設置於所述機頭上的光靶，所述光靶的中心位置與所述雷射光源的連線平 行於所述頂管機的水平軸線； 設置於所述機頭上的測斜儀； 設置於所述機頭上的數據採集模塊，包括依次連接的圖像採集模塊以及數據發射模塊；以及 一控制中心，包括依次連接的數據接收模塊以及數據處理模塊，所述數據接收模塊與所述數據發射模塊通過無線或者有線方式連接，所述數據處理模塊與一顯示裝置連接。
2.如權利要求1所述的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，其特徵在於，所述圖像採集模塊為攝像機，所述攝像機朝所述光靶方向設置。
3.如權利要求1所述的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，其特徵在於，還包括一測量環，所述測量環設置於所述光靶的上方。
4.如權利要求1所述的實時監測頂管機機頭偏位的裝置，其特徵在於，所述控制中心還包括預報警模塊。
5.一種實時監測頂管機機頭偏位的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一:提供如權利要求1至4任一項所述的實時監測頂管機機頭偏位的裝置； 步驟二:所述測斜儀的信號經過所述頂管機機頭內的PLC可編程控制器傳輸到所述控制中心；同時，所述數據採集模塊的信號分別通過數據發射模塊和所述數據接收模塊傳輸到所述控制中心；所述控制中心的所述數據處理模塊分別將所述測斜儀的信號和所述數據採集模塊的信號進行處理，得到所述頂管機機頭偏位的偏差值；並通過所述顯示裝置顯示出來。
【文檔編號】G01C9/00GK104236484SQ201410462331
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】秦雨春, 戴南, 顧國平, 宋勝錄, 高超 申請人:上海市政建設有限公司