一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法
2023-06-04 07:57:16 5
一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種安全、便捷、經濟、可靠的盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法。它包括攝像裝置、照明裝置、衝洗裝置、第一推進裝置、第二推進裝置、數據採集與分析裝置和盾構機氣泡艙，盾構機氣泡艙的前壁上設有三個圓孔，圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用於連接攝像裝置、照明裝置和衝洗裝置，第一推進裝置分別與攝像裝置和照明裝置螺紋連接，第二推進裝置與衝洗裝置螺紋連接，攝像裝置與數據採集與分析裝置連接，第一推進裝置和第二推進裝置均與盾構機氣泡艙的前壁通過球閥連接。本發明的有益效果是：避免刀具損壞後未及時更換而造成大面積損傷或不必要開艙檢查及更換刀具，延長刀具使用壽命，降低工程安全風險，縮短工程周期。
【專利說明】一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及盾構機刀具磨損檢測相關【技術領域】，尤其是指一種用於隧道盾構施工 中盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 隧道盾構施工由於其經濟性、安全性以及對地面環境影響較小等優點在軟土地區 得到廣泛應用。在盾構施工過程中，刀具磨損的評估與解決是最難的課題之一。在複合地 層的盾構工程中，盾構機一般選用複合式刀盤，即滾刀與刮刀相互搭配，刮刀受到滾刀的保 護，盾構機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。刀具磨損或失效後若不能及時發現或更換，將導致刀圈超量磨損、斷裂、軸承異常損壞 甚至刀盤嚴重磨損，大大降低掘進效率。並且刀具更換必須為帶壓作業，其特點是安全風險 大、費用高昂、作業工期長。所以，人為的任意盲目更換刀具會造成工期延長，增加工程成本 和安全風險。
[0003] 目前，刀具磨損、失效的常見的監測方法有以下幾種：①異味添加劑：這種方法適 合在TBM中應用，為了檢測軸承失效情況，在其軸承潤滑油中加入了具有異味的M0LYUAN添 加劑，掘進中若刀具漏油，則放出刺鼻的異味，能很敏感地報告刀具損壞信息。②刀具磨損 感應裝置：在刀具或刀盤內安裝液壓或電子傳感器系統，一旦刀具磨損到一定程度就會自 動報警指示。③掘進參數分析：隨著刀具的磨損，在推力不變的情況下，掘進速度一般會降 低，扭矩增加，據此可以粗略估計刀具磨損情況。④巖渣形狀分析：一般地，新刀產生的巖渣 塊度較大，多呈片塊狀，稜角分明，刀具磨損後，巖渣塊度變小稜角磨損，粉末增加。⑤開艙 檢查：這是最直接最可靠的方法，停機後由人工進艙逐個刀具檢查。在上述方法中，開艙檢 查的方法最為直接有效，但卻存在很高的風險，可能造成開挖面的坍塌，進而影響隧道周邊 建築物的安全，且周期長、費用高。刀具磨損感應裝置只能安裝於少部分刀具上，對其他刀 具的磨損則無法感應，且無法檢測偏磨和非正常磨損。異味添加劑在土壓平衡式盾構和泥 水式盾構中效果不佳。掘進參數分析方法則是通過對一些最基本、最重要的掘進數據進行 分析後，建立經驗關係，其無法準確預測刀具的磨損情況。
【發明內容】
[0004] 本發明是為了克服現有技術中存在上述的不足，提供了一種安全、便捷、經濟、可 靠的盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置及其方法。
[0005] 為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
[0006] -種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置，其特徵是，包括攝像裝置、照明裝 置、衝洗裝置、第一推進裝置、第二推進裝置、數據採集與分析裝置和盾構機氣泡艙，所述盾 構機氣泡艙的前壁上設有三個圓孔，所述的圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用於連接攝像裝 置、照明裝置和衝洗裝置，所述的第一推進裝置分別與攝像裝置和照明裝置螺紋連接，所述 的第二推進裝置與衝洗裝置螺紋連接，所述的攝像裝置與數據採集與分析裝置連接，所述 的第一推進裝置和第二推進裝置均與盾構機氣泡艙的前壁通過球閥連接。
[0007] 攝像裝置需滿足高像素、小畸變、性能穩定的要求，並具備防泥水、耐高壓、耐侵蝕 的特點。照明裝置用於補強密封艙內光照，分為攝像自帶照明和獨立輔助照明兩部份：前者 安裝於攝像裝置前端封裝頭周圍；後者獨立封裝，通過第一推進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，使相機成像清晰；光照不能太集中， 以防成像時局部出現過曝或存在暗影；同時尺寸不能太大，要能夠從預留的球閥中通過； 易於封裝及與第一推進裝置相連接；滿足防水耐壓抗腐蝕的功能要求。衝洗裝置能在狹小 的盾構機氣泡艙內安裝使用，且輕便易於安裝和操作；能夠衝洗刀具。第一推進裝置分別與 攝像裝置和照明裝置螺紋連接，第二推進裝置與衝洗裝置螺紋連接，並可將其推至刀盤後 部，以滿足對指定位置的攝像需要，完成拍攝後可退縮至原位，第一推進裝置和第二推進裝 置均與氣泡艙的前壁通過球閥連接，並可通過圓孔上焊接的球鉸調整角度，不用時可將球 閥關閉。數據採集與分析裝置用於採集攝像數據，並分析數據，得到刀具磨損信息。通過攝 像裝置對刀具進行拍照成像，然後數據採集與分析裝置對攝像裝置所得圖像進行分析處理 建立數位化模型，並和刀具原始模型進行比較，確定刀具磨損情況，以便對需要更換的刀具 進行及時處理，避免刀具損壞後未及時更換而造成大面積的損傷或不必要開艙檢查及更換 刀具，延長刀具的使用壽命，從而降低工程安全風險，降低工程造價，縮短工程周期。
[0008] 作為優選，所述的第一推進裝置包括第一手輪、中空的螺紋杆、中空的活塞杆、轉 接頭和第一連接體，所述的活塞杆安裝在第一連接體內，所述活塞杆的一端安裝轉接頭，所 述活塞杆的另一端與螺紋杆連接，所述螺紋杆的一端置於活塞杆的內部，所述螺紋杆的另 一端安裝第一手輪，所述的攝像裝置包括攝像電源線和數據線，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接頭連接，所述的攝像裝置和照明裝置與轉接 頭之間均設有密封圈，所述的攝像電源線、數據線和照明電源線均安裝在螺紋杆的內部，所 述的攝像裝置通過數據線與數據採集和分析裝置連接。
[0009] 作為優選，所述的第二推進裝置包括第二手輪、前立板、後立板、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後立板一側，所述的鋼管連接體安裝在前立 板上，所述的前立板與後立板通過若干連接杆連接，所述的前立板和後立板之間設有螺杆， 所述第二手輪安裝在螺杆的一端，所述的螺杆上設有連接座，所述的連接座與螺杆螺紋連 接，所述的連接座與連接杆滑動連接，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] 一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分析方法，通過從刀盤背 面對刀具進行拍照成像，然後利用圖像處理軟體對所得圖像進行分析處理，再與刀具原始 三維模型進行對比，計算刀具磨損情況，以便對需要更換的刀具進行及時處理，具體操作步 驟如下：
[0011] (5)盾構機精密三維模型的構造，用於與被測刀具相比較，以便於確定刀具的磨損 情況；
[0012] (6)相機選型、封裝與標定，通過相機標定，可以對攝取的影像進行畸變校正，消除 由相機鏡頭畸變產生的像點坐標誤差；
[0013] (7)圖像採集，採集實際使用的一組刀具影像；
[0014] (8)數據分析，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機精密三維模型建立、施工中刀具照片拍 攝和磨損定量計算三部份工作。其中精密三維模型建立採用設計單位提供的CAD圖紙作為 盾構機模型的基礎框架，以盾構機實體的雷射掃描點雲信息作為調整依據。施工中刀具照 片拍攝採用經過三維控制場標定的攝像頭為攝像裝置，利用高壓封裝技術，並配合照明裝 置和衝洗裝置，以克服盾構開挖艙內高水壓、無光源、高侵蝕性、泥水混合複雜介質等不利 條件，獲得一組刀具影像。磨損定量計算採用經畸變修正後的影像，利用P4P算法和空間後 方交會（Resection)進行定向解算，在影像和模型上提取特徵點或特徵線，將模型上的點 投影到圖像上，獲取磨損信息。
[0016] 作為優選，在步驟（1)中，採用設計單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎框架設 計基準，盾構機精密三維模型的構造主要採用構建實體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構 設備中尺寸確定的部件和框架，然後將這些局部體素進行拼接組裝；在盾構機根據工程圖 製作的三維模型初步完成以後，對生產車間內的盾構機實體進行了雷射掃描，採集了盾構 機的點雲信息，用點雲數據進行調整和進一步構造。
[0017] 作為優選，在步驟（2)中，相機的標定是通過室內高精度三維控制場進行標定，得 到內參數矩陣K和畸變參數kc，然後採用P4P算法結合空間後方交會（Resection)方法的 聯合定向解算方案，實現精密姿態解算。
[0018] 作為優選，在步驟（3)中，具體步驟如下，將攝像裝置固定到第一推進裝置的轉接 頭處，與球閥對接，打開球閥，轉動第一手輪，利用螺紋杆將攝像裝置推送到盾構機氣泡艙 的前壁外，同時採用類似方法將照明裝置與衝洗裝置推送到合適位置，打開電源，通過攝像 裝置對刀具進行觀察，如有必要可利用衝洗裝置進行定向清洗，照明裝置調整光照，至所成 圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置調整一定角度後，再次拍照，獲得一組刀具影像。
[0019] 作為優選，在步驟（4)中，在盾構機精密三維模型和採集的圖像上提取明顯的特 徵點或特徵線，用他們作為轉化的基準數據，採用P4P定向算法來實現定向操作，即在盾構 機精密三維模型和採集的圖像上分別選取同名點，存入盾構機精密三維模型和採集的圖像 坐標文件，然後一次性讀取這些文件，計算定向參數，定向操作完成以後，獲取了由盾構機 精密三維模型到採集的圖像的投影參數或矩陣，就可以將盾構機精密三維模型上的點投影 到採集的圖像上，將盾構機精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到採集的圖像上，與採集的 圖像上的刀盤邊緣進行對比，就可以獲取磨損信息。
[0020] 本發明的有益效果是：以安全、便捷、經濟、可靠的方法檢測刀具的磨損程度，避免 刀具損壞後未及時更換而造成大面積的損傷或不必要開艙檢查及更換刀具，延長的刀具的 使用壽命，從而降低工程安全風險，降低工程造價，縮短工程周期；實現了刀具虛擬可視化 集成顯示和磨損情況的數位化評估，既有利於施工安排和進行盾構機的及時停機檢修與故 障處理，又可把由刀具磨損造成的經濟和時間損失降至最低，使大型隧道工程建設與運營 效益最大化，具有重要的經濟和社會效益及重大的工程意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的工作流程圖；
[0022] 圖2是本發明檢測裝置的分布示意圖；
[0023] 圖3是第一推進裝置的結構示意圖；
[0024] 圖4是第二推進裝置的結構示意圖。
[0025] 圖中：1、盾構機氣泡艙，2、攝像裝置，3、照明裝置，4、衝洗裝置，5、第一手輪，6、螺 紋杆，7、活塞杆，8、轉接頭，9、第一連接體，10、第二手輪，11、後立板，12、擋管夾，13、夾管 器，14、前立板，15、定位栓，16、鋼管連接體，17、連接杆，18、螺杆，19、連接座。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的描述。
[0027] 如圖2所述的實施例中，一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置，包括攝像 裝置2、照明裝置3、衝洗裝置4、第一推進裝置、第二推進裝置、數據採集與分析裝置和盾構 機氣泡艙1，盾構機氣泡艙1的前壁上設有三個圓孔，圓孔焊接球鉸且分別安裝球閥用於連 接攝像裝置2、照明裝置3和衝洗裝置4,第一推進裝置分別與攝像裝置2和照明裝置3螺 紋連接，第二推進裝置與衝洗裝置4螺紋連接，攝像裝置2與數據採集與分析裝置連接，第 一推進裝置和第二推進裝置均與盾構機氣泡艙1的前壁通過球閥連接。
[0028] 如圖3所示，第一推進裝置包括第一手輪5、中空的螺紋杆6、中空的活塞杆7、轉接 頭8和第一連接體9,活塞杆7安裝在第一連接體9內，活塞杆7的一端安裝轉接頭8,活塞 杆7的另一端與螺紋杆6連接，螺紋杆6的一端置於活塞杆7的內部，螺紋杆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據線，照明裝置3包括照明電源線，攝像裝 置2和照明裝置3均與轉接頭8連接，攝像裝置2和照明裝置3與轉接頭8之間均設有密 封圈，攝像電源線、數據線和照明電源線均安裝在螺紋杆6的內部，攝像裝置2通過數據線 與數據採集與分析裝置連接。
[0029] 如圖4所示，第二推進裝置包括第二手輪10、前立板14、後立板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安裝在後立板11 一側，鋼管連接體16安 裝在前立板14上,前立板14與後立板11通過若干連接杆17連接,前立板14和後立板11 之間設有螺杆18,第二手輪10安裝在螺杆18的一端，螺杆18上設有連接座19,連接座19 與螺杆18螺紋連接，連接座19與連接杆17滑動連接，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，一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分析方法， 通過從刀盤背面對刀具進行拍照成像，然後利用圖像處理軟體對所得圖像進行分析處理， 再與刀具原始三維模型進行對比，計算刀具磨損情況，以便對需要更換的刀具進行及時處 理，具體操作步驟如下：
[0031] (1)盾構機精密三維模型的構造，用於與被測刀具相比較，以便於確定刀具的磨損 情況；具體如下，採用設計單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎框架設計基準，盾構機精 密三維模型的構造主要採用構建實體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構設備中尺寸確定的 部件和框架，然後將這些局部體素進行拼接組裝；在盾構機根據工程圖製作的三維模型初 步完成以後，對生產車間內的盾構機實體進行了雷射掃描，採集了盾構機的點雲信息，用點 雲數據進行調整和進一步構造；
[0032] (2)相機選型、封裝與標定，通過相機標定，可以對攝取的影像進行畸變校正，消 除由相機鏡頭畸變產生的像點坐標誤差；相機的標定是通過室內高精度三維控制場進行標 定，得到內參數矩陣K和畸變參數kc，然後採用P4P算法結合空間後方交會（Resection)方 法的聯合定向解算方案，實現精密姿態解算；
[0033] (3)圖像採集，採集實際使用的一組刀具影像；具體步驟如下，將攝像裝置2固定 到第一推進裝置的轉接頭8處，與球閥對接，打開球閥，轉動第一手輪5,利用螺紋杆6將攝 像裝置2推送到盾構機氣泡艙1的前壁外，同時採用類似方法將照明裝置3與衝洗裝置4推 送到合適位置，打開電源，通過攝像裝置2對刀具進行觀察，如有必要可利用衝洗裝置4進 行定向清洗，照明裝置3調整光照，至所成圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置2調整一定 角度後，再次拍照，獲得一組刀具影像；
[0034] (4)數據分析，以獲取磨損信息；具體如下，在盾構機精密三維模型和採集的圖像 上提取明顯的特徵點或特徵線，用他們作為轉化的基準數據，採用P4P定向算法來實現定 向操作，即在盾構機精密三維模型和採集的圖像上分別選取同名點，存入盾構機精密三維 模型和採集的圖像坐標文件，然後一次性讀取這些文件，計算定向參數，定向操作完成以 後，獲取了由盾構機精密三維模型到採集的圖像的投影參數或矩陣，就可以將盾構機精密 三維模型上的點投影到採集的圖像上，將盾構機精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到採集 的圖像上，與採集的圖像上的刀盤邊緣進行對比，就可以獲取磨損信息。
[0035] 具體的操作規程包括準備工作、安裝推進系統、採集分析數據和系統拆卸四個步 驟。
[0036] (1)準備工作：降低開挖艙液面至待觀測刀具以下，並維持開挖艙內氣壓；攝像裝 置2安裝時，通過旋轉第一手輪5,把活塞杆7旋出第一連接體9外約10cm，在攝像裝置2 和轉接頭8之間加上密封圈，把攝像裝置2的數據線和電源線合併成單股後從螺紋杆6的 中心孔道穿出，旋轉攝像裝置2使之與轉接頭8通過螺紋連接，保證系統的密封性，旋轉第 一手輪5把攝像裝置2退回到第一連接體9內；照明裝置3的安裝與攝像裝置2相同，只是 缺少數據線；衝洗裝置4安裝時，通過旋轉第二手輪10,將夾管器13退至後立板11，將帶 噴嘴的鋼管穿過後立板11、夾管器13和鋼管連接體16的通管孔，擰緊夾管器13,並用擋管 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裝置，檢查設備的整體密 封性，並檢查後視設備的功能完備性。為攝像裝置2、照明裝置3和數據採集與分析裝置提 供220V的民用電壓。
[0037] (2)安裝推進系統：將推進系統法蘭和球閥法蘭盤用螺栓連接，連接時在球閥法 蘭盤與第一推進裝置和第二推進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，以保護鏡頭；慢慢打開球閥開關，觀察有無氣體洩漏；推出檢測設備，旋轉第一手 輪5和第二手輪10,把攝像裝置2、照明裝置3和衝洗裝置4慢慢推至既定位置，其中攝像 裝置2以剛推出盾構機氣泡艙1的前壁為宜，衝洗裝置4推進過程中需要接管，待夾管器13 靠近前立板14,用定位栓15固定鋼管，鬆開待擋管夾12和夾管器13,通過反向轉動第二手 輪10,將夾管器13退至後立板11，用另一段鋼管穿過後立板11、夾管器13和鋼管連接體 16的通管孔，與前一段鋼管連接，重複推進步驟；攝像裝置2試成像，數據線和攝像電源線 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，調整衝洗裝置4的球鉸， 對需要分析的刀具進行衝洗處理，並調整光照角度至最佳成像狀態。
[0038] (3)採集分析數據：轉動刀盤，使需要檢查的刀具和攝像裝置2正對，然後成像並 採集數據，通過攝像裝置2的球鉸調整和刀盤位置調整，獲得一組刀具影像；轉動刀盤，重 復之前操作，採集下一位置，直至全部採集完成；將經畸變修正後的影像進行定向解算，在 影像和模型上提取特徵點或特徵線，將模型上的點投影到圖像上，獲取磨損信息。
[0039] (4)系統拆卸：數據採集結束後，將攝像裝置2、照明裝置3和衝洗裝置4退回；關 閉球閥開關；安全拆卸，慢慢擰松螺栓，洩出筒內帶壓氣體，並觀察有無氣體持續洩漏，如確 認無氣體持續洩漏，則依次擰松螺栓，小心拆卸；如發現有氣體持續洩漏，則檢查球閥開關 是否關緊，直至確認無氣體持續洩漏，再進行拆卸。
【權利要求】
1.7 -種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置，其特徵是，包括攝像裝置（2)、照明 裝置（3)、衝洗裝置（4)、第一推進裝置、第二推進裝置、數據採集與分析裝置和盾構機氣泡 艙（1)，所述盾構機氣泡艙（1)的前壁上設有三個圓孔，所述的圓孔焊接球鉸且分別安裝球 閥用於連接攝像裝置（2)、照明裝置（3)和衝洗裝置（4)，所述的第一推進裝置分別與攝像 裝置（2)和照明裝置（3)螺紋連接，所述的第二推進裝置與衝洗裝置（4)螺紋連接，所述的 攝像裝置（2)與數據採集與分析裝置連接，所述的第一推進裝置和第二推進裝置均與盾構 機氣泡艙（1)的前壁通過球閥連接。
2. 根據權利要求1所述的一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置，其特徵是，所 述的第一推進裝置包括第一手輪（5)、中空的螺紋杆（6)、中空的活塞杆（7)、轉接頭（8)和 第一連接體（9)，所述的活塞杆（7)安裝在第一連接體（9)內，所述活塞杆（7)的一端安裝 轉接頭（8)，所述活塞杆（7)的另一端與螺紋杆（6)連接，所述螺紋杆（6)的一端置於活塞 杆（7)的內部，所述螺紋杆（6)的另一端安裝第一手輪（5)，所述的攝像裝置⑵包括攝像 電源線和數據線，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均與轉接頭⑶連接，所述的攝像裝置（2)和照明裝置（3)與轉接頭⑶之間均設有密 封圈，所述的攝像電源線、數據線和照明電源線均安裝在螺紋杆（6)的內部，所述的攝像裝 置（2)通過數據線與數據採集與分析裝置連接。
3. 根據權利要求1所述的一種盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置，其特徵是， 所述的第二推進裝置包括第二手輪（10)、前立板（14)、後立板（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)安裝在後立板（11) 一側，所述 的鋼管連接體（16)安裝在前立板（14)上，所述的前立板（14)與後立板（11)通過若干連 接杆（17)連接，所述的前立板（14)和後立板（11)之間設有螺杆（18)，所述第二手輪（10) 安裝在螺杆（18)的一端，所述的螺杆（18)上設有連接座（19)，所述的連接座（19)與螺杆 (18)螺紋連接，所述的連接座（19)與連接杆（17)滑動連接，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. 一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分析方法，其特徵是，通過 從刀盤背面對刀具進行拍照成像，然後利用圖像處理軟體對所得圖像進行分析處理，再與 刀具原始三維模型進行對比，計算刀具磨損情況，以便對需要更換的刀具進行及時處理，具 體操作步驟如下： (1) 盾構機精密三維模型的構造，用於與被測刀具相比較，以便於確定刀具的磨損情 況； (2) 相機選型、封裝與標定，通過相機標定，可以對攝取的影像進行畸變校正，消除由相 機鏡頭畸變產生的像點坐標誤差； (3) 圖像採集，採集實際使用的一組刀具影像； (4) 數據分析，以獲取磨損信息。
5. 根據權利要求4所述的一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分 析方法，其特徵是，在步驟（1)中，採用設計單位提供的CAD圖紙，作為模型的基礎框架設計 基準，盾構機精密三維模型的構造主要採用構建實體幾何（CSG)的方式，首先完成盾構設 備中尺寸確定的部件和框架，然後將這些局部體素進行拼接組裝；在盾構機根據工程圖制 作的三維模型初步完成以後，對生產車間內的盾構機實體進行了雷射掃描，採集了盾構機 的點雲信息，用點雲數據進行調整和進一步構造。
6. 根據權利要求4所述的一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分 析方法，其特徵是，在步驟（2)中，相機的標定是通過室內高精度三維控制場進行標定，得 到內參數矩陣K和畸變參數kc，然後採用P4P算法結合空間後方交會（Resection)方法的 聯合定向解算方案，實現精密姿態解算。
7. 根據權利要求4所述的一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分 析方法，其特徵是，在步驟（3)中，具體步驟如下，將攝像裝置（2)固定到第一推進裝置的轉 接頭（8)處，與球閥對接，打開球閥，轉動第一手輪（5)，利用螺紋杆（6)將攝像裝置（2)推 送到盾構機氣泡艙（1)的前壁外，同時採用類似方法將照明裝置（3)與衝洗裝置（4)推送 到合適位置，打開電源，通過攝像裝置（2)對刀具進行觀察，如有必要可利用衝洗裝置（4) 進行定向清洗，照明裝置（3)調整光照，至所成圖像清晰可辨，利用球鉸將攝像裝置（2)調 整一定角度後，再次拍照，獲得一組刀具影像。
8. 根據權利要求4所述的一種基於盾構機刀具磨損的後部可視化檢測裝置的定量分 析方法，其特徵是，在步驟（4)中，在盾構機精密三維模型和採集的圖像上提取明顯的特徵 點或特徵線，用他們作為轉化的基準數據，採用P4P定向算法來實現定向操作，即在盾構機 精密三維模型和採集的圖像上分別選取同名點，存入盾構機精密三維模型和採集的圖像坐 標文件，然後一次性讀取這些文件，計算定向參數，定向操作完成以後，獲取了由盾構機精 密三維模型到採集的圖像的投影參數或矩陣，就可以將盾構機精密三維模型上的點投影到 採集的圖像上，將盾構機精密三維模型上的刀盤的邊緣投影到採集的圖像上，與採集的圖 像上的刀盤邊緣進行對比，就可以獲取磨損信息。
【文檔編號】G01N21/84GK104155300SQ201410409413
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】石新棟, 吳全立, 石振明, 姚佔虎, 趙小鵬, 管聖功, 遊光文, 張英明, 王善高, 張亞果, 陳方偉, 俞松波 申請人:中交隧道工程局有限公司, 同濟大學