本发明专利技术公开了一种安全、便捷、经济、可靠的盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置及其方法。它包括摄像装置、照明装置、冲洗装置、第一推进装置、第二推进装置、数据采集与分析装置和盾构机气泡舱，盾构机气泡舱的前壁上设有三个圆孔，圆孔焊接球铰且分别安装球阀用于连接摄像装置、照明装置和冲洗装置，第一推进装置分别与摄像装置和照明装置螺纹连接，第二推进装置与冲洗装置螺纹连接，摄像装置与数据采集与分析装置连接，第一推进装置和第二推进装置均与盾构机气泡舱的前壁通过球阀连接。本发明专利技术的有益效果是：避免刀具损坏后未及时更换而造成大面积损伤或不必要开舱检查及更换刀具，延长刀具使用寿命，降低工程安全风险，缩短工程周期。
【技术实现步骤摘要】
一种盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置及其方法
本专利技术涉及盾构机刀具磨损检测相关
，尤其是指一种用于隧道盾构施工中盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置及其方法。
技术介绍
隧道盾构施工由于其经济性、安全性以及对地面环境影响较小等优点在软土地区得到广泛应用。在盾构施工过程中，刀具磨损的评估与解决是最难的课题之一。在复合地层的盾构工程中，盾构机一般选用复合式刀盘，即滚刀与刮刀相互搭配，刮刀受到滚刀的保护，盾构机刀具的磨损以滚刀的磨损为主。滚刀的磨损一般可分为正常磨损和非正常磨损，正常磨损主要指均匀磨损和偏磨，而非正常磨损则主要包括漏油、刀圈崩裂、挡圈脱落等等。刀具磨损或失效后若不能及时发现或更换，将导致刀圈超量磨损、断裂、轴承异常损坏甚至刀盘严重磨损，大大降低掘进效率。并且刀具更换必须为带压作业，其特点是安全风险大、费用高昂、作业工期长。所以，人为的任意盲目更换刀具会造成工期延长，增加工程成本和安全风险。目前，刀具磨损、失效的常见的监测方法有以下几种：①异味添加剂：这种方法适合在TBM中应用，为了检测轴承失效情况，在其轴承润滑油中加入了具有异味的MOLYUAN添加剂，掘进中若刀具漏油，则放出刺鼻的异味，能很敏感地报告刀具损坏信息。②刀具磨损感应装置：在刀具或刀盘内安装液压或电子传感器系统，一旦刀具磨损到一定程度就会自动报警指示。③掘进参数分析：随着刀具的磨损，在推力不变的情况下，掘进速度一般会降低，扭矩增加，据此可以粗略估计刀具磨损情况。④岩渣形状分析：一般地，新刀产生的岩渣块度较大，多呈片块状，棱角分明，刀具磨损后，岩渣块度变小棱角磨损，粉末增加。⑤开舱检查：这是最直接最可靠的方法，停机后由人工进舱逐个刀具检查。在上述方法中，开舱检查的方法最为直接有效，但却存在很高的风险，可能造成开挖面的坍塌，进而影响隧道周边建筑物的安全，且周期长、费用高。刀具磨损感应装置只能安装于少部分刀具上，对其他刀具的磨损则无法感应，且无法检测偏磨和非正常磨损。异味添加剂在土压平衡式盾构和泥水式盾构中效果不佳。掘进参数分析方法则是通过对一些最基本、最重要的掘进数据进行分析后，建立经验关系，其无法准确预测刀具的磨损情况。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种安全、便捷、经济、可靠的盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置及其方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置，其特征是，包括摄像装置、照明装置、冲洗装置、第一推进装置、第二推进装置、数据采集与分析装置和盾构机气泡舱，所述盾构机气泡舱的前壁上设有三个圆孔，所述的圆孔焊接球铰且分别安装球阀用于连接摄像装置、照明装置和冲洗装置，所述的第一推进装置分别与摄像装置和照明装置螺纹连接，所述的第二推进装置与冲洗装置螺纹连接，所述的摄像装置与数据采集与分析装置连接，所述的第一推进装置和第二推进装置均与盾构机气泡舱的前壁通过球阀连接。摄像装置需满足高像素、小畸变、性能稳定的要求，并具备防泥水、耐高压、耐侵蚀的特点。照明装置用于补强密封舱内光照，分为摄像自带照明和独立辅助照明两部份：前者安装于摄像装置前端封装头周围；后者独立封装，通过第一推进装置推送至合适位置，起到辅助照明的作用；其中：照明装置要求有足够光照度，使相机成像清晰；光照不能太集中，以防成像时局部出现过曝或存在暗影；同时尺寸不能太大，要能够从预留的球阀中通过；易于封装及与第一推进装置相连接；满足防水耐压抗腐蚀的功能要求。冲洗装置能在狭小的盾构机气泡舱内安装使用，且轻便易于安装和操作；能够冲洗刀具。第一推进装置分别与摄像装置和照明装置螺纹连接，第二推进装置与冲洗装置螺纹连接，并可将其推至刀盘后部，以满足对指定位置的摄像需要，完成拍摄后可退缩至原位，第一推进装置和第二推进装置均与气泡舱的前壁通过球阀连接，并可通过圆孔上焊接的球铰调整角度，不用时可将球阀关闭。数据采集与分析装置用于采集摄像数据，并分析数据，得到刀具磨损信息。通过摄像装置对刀具进行拍照成像，然后数据采集与分析装置对摄像装置所得图像进行分析处理建立数字化模型，并和刀具原始模型进行比较，确定刀具磨损情况，以便对需要更换的刀具进行及时处理，避免刀具损坏后未及时更换而造成大面积的损伤或不必要开舱检查及更换刀具，延长刀具的使用寿命，从而降低工程安全风险，降低工程造价，缩短工程周期。作为优选，所述的第一推进装置包括第一手轮、中空的螺纹杆、中空的活塞杆、转接头和第一连接体，所述的活塞杆安装在第一连接体内，所述活塞杆的一端安装转接头，所述活塞杆的另一端与螺纹杆连接，所述螺纹杆的一端置于活塞杆的内部，所述螺纹杆的另一端安装第一手轮，所述的摄像装置包括摄像电源线和数据线，所述的照明装置包括照明电源线，所述的摄像装置和照明装置均与转接头连接，所述的摄像装置和照明装置与转接头之间均设有密封圈，所述的摄像电源线、数据线和照明电源线均安装在螺纹杆的内部，所述的摄像装置通过数据线与数据采集和分析装置连接。作为优选，所述的第二推进装置包括第二手轮、前立板、后立板、挡管夹、夹管器、定位栓和钢管连接体，所述的第二手轮安装在后立板一侧，所述的钢管连接体安装在前立板上，所述的前立板与后立板通过若干连接杆连接，所述的前立板和后立板之间设有螺杆，所述第二手轮安装在螺杆的一端，所述的螺杆上设有连接座，所述的连接座与螺杆螺纹连接，所述的连接座与连接杆滑动连接，所述的挡管夹和夹管器安装在连接座上，所述的定位栓安装在钢管连接体上。一种基于盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置的定量分析方法，通过从刀盘背面对刀具进行拍照成像，然后利用图像处理软件对所得图像进行分析处理，再与刀具原始三维模型进行对比，计算刀具磨损情况，以便对需要更换的刀具进行及时处理，具体操作步骤如下：(5)盾构机精密三维模型的构造，用于与被测刀具相比较，以便于确定刀具的磨损情况；(6)相机选型、封装与标定，通过相机标定，可以对摄取的影像进行畸变校正，消除由相机镜头畸变产生的像点坐标误差；(7)图像采集，采集实际使用的一组刀具影像；(8)数据分析，以获取磨损信息。刀具磨损的定量分析方法主要包括盾构机精密三维模型建立、施工中刀具照片拍摄和磨损定量计算三部份工作。其中精密三维模型建立采用设计单位提供的CAD图纸作为盾构机模型的基础框架，以盾构机实体的激光扫描点云信息作为调整依据。施工中刀具照片拍摄采用经过三维控制场标定的摄像头为摄像装置，利用高压封装技术，并配合照明装置和冲洗装置，以克服盾构开挖舱内高水压、无光源、高侵蚀性、泥水混合复杂介质等不利条件，获得一组刀具影像。磨损定量计算采用经畸变修正后的影像，利用P4P算法和空间后方交会(Resection)进行定向解算，在影像和模型上提取特征点或特征线，将模型上的点投影到图像上，获取磨损信息。作为优选，在步骤(1)中，采用设计单位提供的CAD图纸，作为模型的基础框架设计基准，盾构机精密三维模型的构造主要采用构建实体几何(CSG)的方式，首先完成盾构设备中尺寸确定的部件和框架，然后将这些局部体素进行拼接组装；在盾构机根据工程图制作的三维模型初步完成以后，对生产车间内的盾构机实体进行了激光扫描，采集了盾构机的点云信息，用点云数据进行调整和进一步构造本文档来自技高网...
【技术保护点】
7一种盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置，其特征是，包括摄像装置(2)、照明装置(3)、冲洗装置(4)、第一推进装置、第二推进装置、数据采集与分析装置和盾构机气泡舱(1)，所述盾构机气泡舱(1)的前壁上设有三个圆孔，所述的圆孔焊接球铰且分别安装球阀用于连接摄像装置(2)、照明装置(3)和冲洗装置(4)，所述的第一推进装置分别与摄像装置(2)和照明装置(3)螺纹连接，所述的第二推进装置与冲洗装置(4)螺纹连接，所述的摄像装置(2)与数据采集与分析装置连接，所述的第一推进装置和第二推进装置均与盾构机气泡舱(1)的前壁通过球阀连接。
【技术特征摘要】
1.一种盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置，其特征是，包括摄像装置(2)、照明装置(3)、冲洗装置(4)、第一推进装置、第二推进装置、数据采集与分析装置和盾构机气泡舱(1)，所述盾构机气泡舱(1)的前壁上设有三个圆孔，所述的圆孔焊接球铰且分别安装球阀用于连接摄像装置(2)、照明装置(3)和冲洗装置(4)，所述的第一推进装置分别与摄像装置(2)和照明装置(3)螺纹连接，所述的第二推进装置与冲洗装置(4)螺纹连接，所述的摄像装置(2)与数据采集与分析装置连接，所述的第一推进装置和第二推进装置均与盾构机气泡舱(1)的前壁通过球阀连接，所述的第二推进装置包括第二手轮(10)、前立板(14)、后立板(11)、挡管夹(12)、夹管器(13)、定位栓(15)和钢管连接体(16)，所述的第二手轮(10)安装在后立板(11)一侧，所述的钢管连接体(16)安装在前立板(14)上，所述的前立板(14)与后立板(11)通过若干连接杆(17)连接，所述的前立板(14)和后立板(11)之间设有螺杆(18)，所述第二手轮(10)安装在螺杆(18)的一端，所述的螺杆(18)上设有连接座(19)，所述的连接座(19)与螺杆(18)螺纹连接，所述的连接座(19)与连接杆(17)滑动连接，所述的挡管夹(12)和夹管器(13)安装在连接座(19)上，所述的定位栓(15)安装在钢管连接体(16)上。2.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损的后部可视化检测装置，其特征是，所述的第一推进装置包括第一手轮(5)、中空的螺纹杆(6)、中空的活塞杆(7)、转接头(8)和第一连接体(9)，所述的活塞杆(7)安装在第一连接体(9)内，所述活塞杆(7)的一端安装转接头(8)，所述活塞杆(7)的另一端与螺纹杆(6)连接，所述螺纹杆(6)的一端置于活塞杆(7)的内部，所述螺纹杆(6)的另一端安装第一手轮(5)，所述的摄像装置(2)包括摄像电源线和数据线，所述的照明装置(3)包括照明电源线，所述的摄像装置(2)和照明装置(3)均与转接头(8)连接，所述的摄像装置(2)和照明装置(3)与转接头(8)之间均设有密封圈，所述的摄像电源线、数据线和照明电...
【专利技术属性】
技术研发人员：石新栋，吴全立，石振明，姚占虎，赵小鹏，管圣功，游光文，张英明，王善高，张亚果，陈方伟，俞松波，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司，同济大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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