一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法，其中中，工控机为整个系统提供驱动动力及控制信号；视觉避障探头固定在检修车底部；非接触检测装置和砌衬打印装置通过铰接方式连接在检修车上的支撑调节部件；工控机控制非接触检测装置上的摄像机对隧道进行拍照并根据拍照结果确定隧道缺陷位置；控制砌衬打印装置在缺陷位置进行砌衬打印。其中的检修方法包括：工控机控制自动检修车到达检修指定位置；控制支撑调节部件的高度和位置，使得非接触检测装置到达指定位置对隧洞断面进行拍照，控制砌衬打印装置在缺陷位置进行砌衬打印。本发明专利技术能利用拍摄结果提高对隧道裂缝的识别精度，且能对隧道缺陷进行砌衬打印。

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法
本专利技术涉及隧道检测领域，尤其涉及一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法。
技术介绍
随着引水隧洞建设的迅猛发展，近年来引水隧洞建设的规模越来越大，隧道长度越来越长。隧道是隐蔽工程，安全隐患不易被发现，隧道检测的效果直接影响到将来隧道能否安全运营。引水隧洞在施工过程中，掌子面前方地质情况不明，衬砌支护可能存在缺陷，需要对公路隧道进行超前地质探测、衬砌支护质量检测，从而保证公路隧道工程的质量，减少公路隧道养护和维修费用，提高公路隧道基础建设的经济效益和社会效益。但是受到现有检测方法、检测技术、检测水平以及仪器自身局限性的限制，需要专人携带仪器进行检测，尤其是拱腰和拱顶等部位，检修人员无法直接到达，需要检测人员携带检测设备站在临时改装的平台上检测。而且检测仪器一般体积大、质量较重，行驶途中会有颠簸，人员安全和检测效果都无法保障，这些都是本领域技术人员所不希望见到的。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的无法保证检测人员安全和检测效果的技术问题，本专利技术提供一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法，通过本专利技术能够实现隧道的自动检测，并针对检测到隧道缺陷进行跟踪衬砌打印。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种用于隧洞的自动检修衬砌系统及方法，其包括：检修车、工控机、支撑调节部件、非接触检测装置和砌衬打印装置；所述工控机为整个自动检修系统提供驱动动力以及控制信号；所述检修车的车身底部固定视觉避障探头；<br>所述非接触检测装置和所述砌衬打印装置通过铰接方式连接支撑调节部件；所述支撑调节部件安装在所述检修车上；所述非接触检测装置包括：第一操作平台、安装第一操作平台上的探照灯、多个摄像机和红外扫描仪；所述探照灯的照射光对着隧道顶部及两侧；所述红外扫描仪固定在第一操作平台的台板上，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧；所述砌衬打印装置包括第三操作平台、供料组件，打印组件、打磨组件；所述打印组件和打磨组件固定在所述第三操作平台，供料组件为打印组件供给打印集料；所述工控机控制多个摄像机对隧道进行拍照，并根据拍照结果确定隧道缺陷所在位置；控制所述砌衬打印装置在所述缺陷位置进行砌衬打印。更优选地，所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统还包括：接触检测装置；所述接触检测装置通过铰接方式连接支撑调节部件；所述支撑调节部件安装在检修车上；所述接触检测装置包括第二操作平台、在第二操作平台安装的能够测量隧道缺陷的声波探头、回弹仪；所述第二操作平台包括：固定底座、弹簧和顶板；所述固定底座与第二操作平台的台板固接，顶板通过弹簧与固定底座连接，回弹仪置于固定底座中，且顶板在第二操作平台上的高度略大于回弹仪的高度；弹簧处于自然状态时，顶板高度高于回弹仪。本专利技术还提供一种用于隧洞的自动检修衬砌方法，其应用于上述述的用于隧洞的自动检修衬砌系统，所述用于隧洞的自动检修衬砌方法包括：步骤一，工控机根据隧洞走向、长度和洞径规划检修路径，向检修车发送前进指令，在行走过程中获取布置检修车车底的视觉避障探头采集的周围及地面监视信息，并根据该监视信息控制检修车避让障碍，直至检修车到达指定待检修位置；步骤二，工控机根据隧洞断面顶部的高度，控制支撑调节部件高度和位置使得非接触检测装置到达指定的位置；步骤三，工控机控制非接触检测装置的摄像头对隧洞断面进行多次拍照，将多次拍照图像进行拼接，通过三维点云重构软件进行隧洞断面的重构；控制红外扫描仪对隧洞断面进行扫描，根据红外扫描仪的扫描图像识别隧道渗水缺陷位置；步骤四，工控机将所确定的缺陷所在位置的空间坐标和裂缝深度、宽度信息送给砌衬打印装置上的打印喷头。同时，控制检修车前进，当打印喷头前进到该隧洞断面，调整打印喷头的位置，使之对准裂隙或渗水缺陷位置，工控机控制泵料系统泵送集料，然后通过打印喷头进行实时打印衬砌，修补裂缝和漏水；步骤五，打印过程中，控制打磨机械臂跟随打印喷头的路径，使得涂铲给刚打印完成的区域提供支撑和防护。。更优选地，在所述步骤四之前，所述的用于隧洞的自动检修衬砌方法还包括：确定非接触检测装置测量结束后，控制检修车前进，直至接触检测装置到达该隧洞断面处；工控机根据隧洞断面顶部的高度，控制支撑调节部件高度和位置使得接触检测装置到达指定的位置；控制接触检测装置的回弹仪进行混凝土衬砌的回弹试验，获得检测位置处混凝土的强度；通过为气囊施加气压使声波探头顶紧隧洞断面，并通过声波探头的声波信号来判断裂缝缺陷的深度。更优选地，在所述步骤二之前，所述的用于隧洞的自动检修衬砌方法还包括：工控机启动磁悬浮工作平台，使第二磁悬浮板脱离第一磁悬浮板，并通过第二磁悬浮板维持在稳定位置来保持固定在其上面的支撑调节部件的位置稳定。更优选地，所述的用于隧洞的自动检修衬砌方法还包括：工控机确定接触检测装置的完成测量后，根据接触检测装置所有的检测结果以及非接触检测装置的检测结果，重构隧洞断面，并确定隧道裂隙或渗水缺陷所在的位置以及损坏程度。更优选地，在所述步骤三之前，所述用于隧洞的自动检修衬砌方法还包括：根据视觉避障探头监测到的地面起伏度，确定设置在车底的探地雷达伸出长度，并控制探地雷达伸出到距离地面一定位置后，开始探地检测工作，并搜集探地雷达采集的地面信息；所述工控机还用于确定接触检测装置的完成测量后，根据接触检测装置所有的检测结果、探地雷达采集的地面信息以及非接触检测装置的检测结果，重构隧洞断面，并确定隧道裂隙或渗水缺陷所在的位置以及损坏程度。更优选地，在所述步骤三之前，所述的用于隧洞的自动检修衬砌方法还包括：工控机向撑靴发出伸出指令，使撑靴伸出并支撑到地面上，使检修车稳固。更优选地，所述步骤三具体包括：工控机控制非接触检测装置对隧洞断面进行遍历扫描，其中包括：调整干涉缝结构装置和探照灯的相对位置，调整两个安装有摄像头的翼板的角度，进行第一次拍照；然后控制干涉缝结构装置的平板平移，使得原来暗条纹处变为明条纹，进行第二次拍照；将两次拍照图像进行拼接，通过像素点识别、定位，获取点云信息，然后通过三维点云重构软件进行隧洞断面的重构；同时控制红外扫描仪对隧洞断面进行扫描，根据红外扫描仪的扫描图像识别隧道渗水、漏水缺陷位置。更优选地，所述工控机调整接触检测装置的位置，使得回弹仪贴紧隧洞断面，并通过检测两侧弹簧的压缩量判断是否压紧；通过工控机启动回弹仪，进行混凝土衬砌的回弹试验，获得检测位置处混凝土的强度；通过电机施加气压使声波探头顶紧隧洞断面，当确定气压达到设定气压阈值时则确认声波探头已经完全顶紧隧洞断面，则根据检测到的隧洞结构的声波信号来判断裂缝缺陷的深度。由上述本专利技术的技术方案可以看出，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术根据检修车功能最大化的原则，在车身底部集成了多个探地雷达，并且辅助布设多个视觉避障探头，避免占用检修车上部宝贵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隧洞的自动检修衬砌系统，其特征在于，所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统包括：/n检修车(1)、工控机(2)、支撑调节部件(4)、非接触检测装置(5)和砌衬打印装置(7)；/n所述工控机(2)为整个自动检修系统提供驱动动力以及控制信号；/n所述检修车(1)的车身底部固定视觉避障探头(16)；/n所述非接触检测装置(5)和所述砌衬打印装置(7)通过铰接方式连接支撑调节部件(4)；所述支撑调节部件(4)安装在所述检修车(1)上；/n所述非接触检测装置(5)包括：第一操作平台(51)、安装第一操作平台(51)上的探照灯(52)、多个摄像机和红外扫描仪(56)；所述探照灯(52)的照射光对着隧道顶部及两侧；所述红外扫描仪(56)固定在第一操作平台(51)的台板上，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧；/n所述砌衬打印装置(7)包括第三操作平台(71)、供料组件(72)，打印组件(73)、打磨组件(74)；所述打印组件(73)和打磨组件(74)固定在所述第三操作平台(71)，供料组件(72)为打印组件(73)供给打印集料；/n所述工控机(2)控制多个摄像机对隧道进行拍照，并根据拍照结果确定隧道缺陷所在位置；控制所述砌衬打印装置(7)在所述缺陷位置进行砌衬打印。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于隧洞的自动检修衬砌系统，其特征在于，所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统包括：
检修车(1)、工控机(2)、支撑调节部件(4)、非接触检测装置(5)和砌衬打印装置(7)；
所述工控机(2)为整个自动检修系统提供驱动动力以及控制信号；
所述检修车(1)的车身底部固定视觉避障探头(16)；
所述非接触检测装置(5)和所述砌衬打印装置(7)通过铰接方式连接支撑调节部件(4)；所述支撑调节部件(4)安装在所述检修车(1)上；
所述非接触检测装置(5)包括：第一操作平台(51)、安装第一操作平台(51)上的探照灯(52)、多个摄像机和红外扫描仪(56)；所述探照灯(52)的照射光对着隧道顶部及两侧；所述红外扫描仪(56)固定在第一操作平台(51)的台板上，且其射出的红外光线对着隧道顶部以及两侧；
所述砌衬打印装置(7)包括第三操作平台(71)、供料组件(72)，打印组件(73)、打磨组件(74)；所述打印组件(73)和打磨组件(74)固定在所述第三操作平台(71)，供料组件(72)为打印组件(73)供给打印集料；
所述工控机(2)控制多个摄像机对隧道进行拍照，并根据拍照结果确定隧道缺陷所在位置；控制所述砌衬打印装置(7)在所述缺陷位置进行砌衬打印。


2.根据权利要求1所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统，其特征在于，所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统还包括：
接触检测装置(6)；
所述接触检测装置(6)通过铰接方式连接支撑调节部件(4)；所述支撑调节部件(4)安装在检修车(1)上；
所述接触检测装置(6)包括第二操作平台(61)、在第二操作平台(61)安装的能够测量隧道缺陷的声波探头(63)、回弹仪(62)；
所述第二操作平台(61)包括：固定底座(615)、弹簧(616)和顶板(617)；
所述固定底座(615)与第二操作平台(61)的台板固接，顶板(617)通过弹簧(616)与固定底座(615)连接，回弹仪(62)置于固定底座(615)中，且顶板(617)在第二操作平台(61)上的高度略大于回弹仪(62)的高度；弹簧(616)处于自然状态时，顶板(617)高度高于回弹仪(62)。


3.一种用于隧洞的自动检修衬砌方法，其特征在于，所述用于隧洞的自动检修衬砌方法应用于根据权利要求1或2所述的用于隧洞的自动检修衬砌系统，所述用于隧洞的自动检修衬砌方法包括：
步骤一，工控机(2)根据隧洞走向、长度和洞径规划检修路径，向检修车(1)发送前进指令，在行走过程中获取布置检修车(1)车底的视觉避障探头采集的周围及地面监视信息，并根据该监视信息控制检修车(1)避让障碍，直至检修车到达指定待检修位置；
步骤二，工控机(2)根据隧洞断面顶部的高度，控制支撑调节部件(4)高度和位置使得非接触检测装置(5)到达指定的位置；
步骤三，工控机(2)控制非接触检测装置(5)的摄像头对隧洞断面进行多次拍照，将多次拍照图像进行拼接，通过三维点云重构软件进行隧洞断面的重构；控制红外扫描仪对隧洞断面进行扫描，根据红外扫描仪的扫描图像识别隧道渗水缺陷位置；
步骤四，工控机(2)将所确定的缺陷所在位置的空间坐标和裂缝深度、宽度信息送给砌衬打印装置(7)上的打印喷头。同时，控制检修车前进，当打印喷头前进到该隧洞断面，调整打印喷头的位置，使之对准裂隙或渗水缺陷位置，工控机(2)控制泵料系统泵送集料，然后通过打印喷头进行实时打印衬砌，修补裂缝和漏水；
步骤五，打印过程中，控制打磨机械臂跟随打...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀儒，张凯，王兴旺，庄文宇，侯少康，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11