一种TBM碴片识别工业相机防护装置的制作方法

一种tbm碴片识别工业相机防护装置
技术领域
1.本实用新型涉及tbm碴片识别技术领域，特别是指一种tbm碴片识别工业相机防护装置。


背景技术：

2.岩碴是tbm掘进过程中岩层在刀具滚压作用下产生的块状、片状、粉状等多种形貌不一的碴石，它的形状、大小、表明粗糙度等物理性态可直接反映tbm的机械状态和当前施工的地质条件。将掘进过程中产生的岩碴进行粒径分布统计对tbm的掘进状况以及围岩类型评估有一定的现实意义。通常将相机安装在tbm上对碴石进行采集和识别来判断tbm运行状态，但工业相机及其镜头是对环境高度敏感的精密仪器，在强振动、多粉尘、泥泞环境下无法正常工作，甚至造成损坏。tbm在掘进作业过程中的恶劣工况（存在光线暗、强振动、多粉尘、泥泞等情况）对相机本身装置的稳定性和数据采集任务带来了极大的干扰，无法确保采集图片的质量和相机寿命的长周期，这给碴石识别任务带来了极大的挑战。
3.现有技术中，如公开号为cn 113534573a的一种包括壳体、遮盖机构、工业相机和清洁机构的工业相机防护装置，通过启动遮盖机构打开散热口对工业相机进行散热降温，通过活塞杆带动罩体上下往复运动和气体喷射组件喷出压缩空气完成对视窗玻璃的清洁，并在罩体敞口封闭时对毛刷进行清洁。此专利中散热和玻璃的清洁功能皆采用装置外侧的动作机构完成，整体机构在tbm施工恶劣环境下极易损坏。相机的视窗玻璃的清洁由毛刷完成，对于tbm施工多粉尘的情况下毛刷需频繁更换，仍具有人工参与带来的安全隐患问题，且防护装置的设计并未考虑振动的影响，因此，并不适用于tbm碴石识别任务中。相较于此专利，本专利中的相机防护装置散热降温和对视窗玻璃的清洁工作由固定装置完成，整个装置存有密封设计，具有较高的稳定性能，避免了人工参与带来的安全隐患问题。同时在相机安装处设计有减振装置，适用于强振动环境下的使用。
4.公开号为cn 204882392u的一种由防护罩、检测窗口、角度调整板组成的工业相机防护装置，防护罩提供防尘防油污以及防止相机跌落损坏的功能，角度调整板实现工业相机检测位置的调整。但该专利在内容中并未给出防护罩的具体设计结构，同时未考虑检测窗口清洗、减缓振动影响的内容，在tbm碴石识别多粉尘、强振动环境中应用时极易造成装置的损坏和检测窗口的污染，导致相机检测出现错误以及人工参与带来安全隐患。相较于此专利，本专利在整体设计结构上满足工业使用的防护要求，并在内部设计有相机的特有保护装置，内容中给出了详细的设计结构。整体结构中设计有减振器保证相机在tbm施工强振动环境下的稳定使用，并通过环列自洁喷嘴装置及时清洁检测窗口，保证相机的正常检测。
5.公开号为cn 206573835u的一种由壳体、工业相机本体、驱动电机和透明薄膜的卷筒装置组成的工业相机动态防护装置，相机镜头正对的壳体设有开口，通过两组卷筒装置的同步转动完成透明薄膜的滚动更换，来保持工业相机镜头前的视野干净。但存在水、扬尘和泥泞等污染物情况下，透明薄膜的回收动作极易造成内部空间的污染。在tbm强振动环境
使用时，薄膜和卷筒装置易造成损坏，防护设置的开口设计容易造成污染物的进入。且使用过程中需定期更换内部的透明薄膜，仍具有人工参与带来的安全隐患问题。相较于此专利，本专利从整体设计结构的稳定性入手，防护装置和相机安装处都具备密封性，并包含减振器的设计，能够保证相机在tbm工作任务中稳定使用。在相机镜头处设计有检测窗口，并在检测窗口外安装有阵列自洁喷嘴来保持检测窗口的清洁，确保相机的使用效果，从根本上解决了需人工参与带来的安全隐患问题。
6.公开号的cn 111367134a的一种由挡渣板及其驱动组件、双层结构防护罩、冷却腔组成的相机防护装置，通过自动打开闭合挡渣板来保护钢段钢渣对滤光片的破坏、隔绝高温对相机的热辐射，通过冷却腔的水气双冷模式对相机进行冷却。此专利中的挡渣板设计在相机正常工作，采集图像信息时不能对滤光片提供持续的保护，且不涉及对相机镜头的保护清理功能。相较于此专利，本专利中应用在tbm强振动、多粉尘的工况环境下，从稳定的密封防护、减振器进行构造设计。不需要考虑高温对相机装置的影响，通过出风口完成相机装置的散热，设计有阵列自洁喷嘴保持相机检测窗口的清洁。
7.综上所述，现有的相机防护装置未考虑强振动环境下的使用，在整体装置防护上未同时考虑工业使用的密封性、检测镜头的清洗、以及在昏暗情况下的补光设计，皆不适用于应用在tbm碴石识别任务中。


技术实现要素：

8.针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种tbm碴片识别工业相机防护装置，解决了现有技术中tbm在掘进作业过程中的恶劣工况对相机本身装置的稳定性和数据采集任务带来了极大的干扰的问题。
9.本实用新型的技术方案是这样实现的：一种tbm碴片识别工业相机防护装置，包括防护外壳，所述防护外壳的内部设有控制盒和保护内壳，保护内壳内设有相机，保护内壳上部与防护外壳之间设有柔性减震机构，保护内壳下部设有补光防护机构，防护外壳的底部上设有与补光防护机构相对应的自清洁喷嘴组件。柔性减震机构满足相机在tbm碴石识别复杂工况和高频振动下的稳定性要求。自清洁喷嘴组件能够保持检测窗口清洁，确保相机图像的清晰采集。
10.进一步，所述柔性减震机构包括柔性支撑和减震器，柔性支撑的一端与防护外壳内壁可拆卸连接、另一端与减震器相连接，所述减震器固定在保护内壳顶部，降低tbm施工作业时的强振动影响。
11.进一步，保护内壳上部与防护外壳之间设有至少两组柔性支撑；每组柔性支撑均包括两个成v型设置的柔性柱，成v型设置的柔性柱的开口端通过连接臂连接，连接臂通过第一螺栓固定在防护外壳的顶板上。保护内壳上部与防护外壳之间设有三组柔性支撑，三组柔性支撑等角度设置。
12.进一步，所述保护内壳包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体上下对接且通过第二螺栓固定形成一端开口的密封腔室，相机通过相机支架固定在密封腔室内；补光防护机构设置在下壳体的开口端，上壳体的顶部设有信号传输接口。
13.进一步，所述补光防护机构包括补光层和检测镜头，补光层和检测镜头由内向外叠放且通过压块固定在下壳体的开口端，压块通过第三螺栓固定在防护外壳的下底板上。
14.进一步，所述自清洁喷嘴组件均布在补光防护机构的周围，能对补光防护机构的检测镜头进行冲洗清洁和对检测镜头前方进行除尘，对检测镜头前方进行除尘即除去相机镜头前方空气中的灰尘，保证相机前方的视野清晰。所述自清洁喷嘴组件包括喷嘴，防护外壳的侧壁上设有进水口，进水口通过水管与喷嘴连通，进水口与外部高压水源连通。
15.进一步，所述防护外壳为可拆卸矩形盒体，防护外壳的顶板、下底板均与防护外壳的侧板插接配合。防护外壳的顶板上设有散热器，防护外壳的侧板上设有进气孔，进气孔处设有防尘网。
16.本实用新型通过自清洁喷嘴组件实现相机的自洁；通过柔性减震机构满足相机在tbm碴石识别复杂工况和高频振动下的稳定性要求，在tbm碴石识别复杂工况下的相机使用时，可自动控制相机采集图像，装置自身实现防护、减振、清洁工作，保证相机采样图像质量以及相机使用寿命过程中无需人工参与，解决了因人工参与带来的安全隐患问题。本实用新型一体化的相机支撑减振结构一方面直接对相机保护内壳提供定位、支撑、抵御外部变形的作用，可避免外部力矩通过相机防护外壳耦合到相机保护内壳，降低相机采集图像质量；另一方面，解决了tbm内部振动对相机拍摄稳定性有影响的问题，具有较高的推广价值。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型整体内部剖视示意图。
19.图2为本实用新型整体内部结构示意图。
20.图3为柔性减震机构与保护内壳连接状态示意图。
21.图4为防护外壳侧视示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图1所示，实施例1，一种tbm碴片识别工业相机防护装置，包括防护外壳1，优选地，所述防护外壳1为可拆卸矩形盒体，防护外壳1的顶板20、下底板23均与防护外壳1的侧板24插接配合。具体为：防护外壳1的侧板24上设有密封槽2，顶板20、下底板23的端部设有插接块部，插接块部插接在密封槽内，形成密封盒，整个装置通过密封盒安装在tbm碴土识别装置顶部，使相机镜头向下，可以采集到运输带的碴石图像。防护外壳为金属材料，能够达到tbm施工现场应用所需要的工业防护等级，通过外壳的防护密封设计，使内部空间隔绝外部的水、粉尘、溅渣等污染物。所述防护外壳1的内部设有控制盒3和保护内壳4。控制盒固定在侧壁上，控制器位于控制盒内，固定安装控制器对相机输出控制信号，并接收处理相机采集信息。保护内壳4内设有相机6，保护内壳4上部与防护外壳1之间设有柔性减震机构，相
机固定在防护内壳中，起到二次防护，防止碰撞的情况发生，采集到图像后通过信号传输到控制盒内的控制设备，同时控制设备可以输出控制信号到相机。整个工作过程中，通过柔性减震机构来降低tbm内部振动对相机的影响。保护内壳4下部设有补光防护机构，补光防护机构的作用为在内部光照强度不足情况下通过补光层的补光，增加相机采集图片的质量。防护外壳1的底部上设有与补光防护机构相对应的自清洁喷嘴组件13。自清洁喷嘴组件的作用为：当检测镜头被粉尘、溅渣污染时，自洁喷嘴组件对检测镜头喷水清洁，保持相机的正常使用；同时，也能对检测镜头前方的空间进行空气除灰尘，保持视野清晰。
24.进一步，所述柔性减震机构包括柔性支撑8和减震器10，柔性支撑8的一端与防护外壳1内壁可拆卸连接、另一端与减震器10相连接，所述减震器10固定在保护内壳4顶部。为应对tbm施工作业时的强振动影响，在支撑结构底部安装面上使用减振器，减振器由于自身的弹性结构具有振动缓冲作用，能够利用自身的的形变消耗各个方向振动产生的能量，从而防止外界的振动对相机内壳的影响。其中，减振器可使用金属减振器、橡胶减振器等不同类型。
25.如使用金属橡胶减振器情况下，金属橡胶减振器由金属橡胶、套杯、套管、垫片等组成，金属橡胶在不受力的初始状态时填充于套杯内，与套杯过盈配合，当相机内壳因外部环境发生振动时，振动引起相机内壳沿各个方向的偏移进而使金属橡胶金属丝相互挤压和滑移摩擦消耗能量以抑制相机内壳的振动。
26.如图3所示，实施例2，一种tbm碴片识别工业相机防护装置，具体地，保护内壳4上部与防护外壳1之间设有至少两组柔性支撑8，本实施例中可采用三组柔性支撑8；三组柔性支撑8以补光防护机构为中心等角度分布。每组柔性支撑8均包括两个成v型设置的柔性柱81。针对支撑结构需同时考虑支撑中静力变形和所承受动载荷对相机结构的影响问题，柔性柱81设计倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。成v型设置的柔性柱的开口端通过连接臂82连接，实现类似v型块的2个自由度约束。连接臂82通过第一螺栓9固定在防护外壳1的顶板20上，实现可拆卸连接。三组柔性支撑8以圆周形式均布在相机保护内壳的顶端，从而实现支撑目标的6自由度约束，提高稳定性。连接臂82的中部设有非镂空环槽83。具体地，支撑结构在相机保护内壳顶端汇合相交成三角形，使得结构更加稳定，每个柔性柱81采用截面较大的双轴结构形式，中部存在两个非镂空柔性环节，起到一定程度衰减响应的目的。支撑结构上端以螺钉固定在相机防护装置的顶板上，设计了圆角，避免了应力集中。上述一体化的相机支撑减振结构一方面直接对相机保护内壳提供定位、支撑、抵御外部变形的作用，可避免外部力矩通过相机防护外壳耦合到相机保护内壳，降低相机采集图像质量；另一方面，解决了tbm内部振动对相机拍摄稳定性的影响问题。
27.进一步，所述保护内壳4包括上壳体41和下壳体42，上壳体41和下壳体42上下对接且通过第二螺栓5固定形成一端开口的密封腔室，相机6通过相机支架12固定在密封腔室内。补光防护机构设置在下壳体42的开口端，开口端设置玻璃挡板，上壳体41的顶部设有信号传输接口11。保护内壳为双平台壳体结构，上下平台壳体通过螺栓固定连接，下壳体42安装在底板上，最下面一层是玻璃挡板，位于壳体内，形成视窗；相机在工作过程中，由信号传输接口11给相机供电，并与控制器相连接，输入控制信号、输出图像信息。
28.其他结构与实施例1相同。
29.如图2、4所示，实施例3，一种tbm碴片识别工业相机防护装置，所述补光防护机构
包括补光层16和检测镜头17，补光层16和检测镜头17由内向外叠放且通过压块22固定在下壳体42的开口端，压块22通过第三螺栓14固定在防护外壳1的下底板23上。具体他，在工业相机镜头后先后设置玻璃挡板、补光层、检测镜头部分，三者以螺钉固定连接，玻璃挡板固定在相机镜头处，并与外围的密封圈形成对内部相机的密封防护；补光层增加光照强度，以保持相机在昏暗和多粉尘条件下获取视野；检测镜头处于最外端。检测镜头极易在一段时间使用后被粉尘等污染物沾附，从而影响碴石的识别效果，所以自清洁喷嘴组件13均布在补光防护机构的周围，能对补光防护机构的检测镜头17进行冲洗清洁；而且也能除去相机镜头前方空气中的灰尘，保证相机前方的视野清晰；确保相机拍摄图片的清晰度。
30.进一步，所述自清洁喷嘴组件13包括喷嘴，防护外壳1的侧壁19上设有进水口18，进水口18通过水管与喷嘴连通，进水口18与外部高压水源连通，外部高压水源通过进水口或管道给喷嘴供水，对检测镜头17进行冲洗清洁和对检测镜头17前方空气进行除灰尘，保证相机前方的视野清晰。具体为在防护外壳的底板外侧围绕检测镜头放置自洁喷嘴，以方形阵列形式放置，每边2个，共有8个，喷嘴的方向朝向中间检测镜头或者镜头下方，能够定期或在控制信号下将进水口引进的水源喷射到检测镜头上和镜头下方的位置，保持镜头的清洁并除去空气中的灰尘，进而保证相机在tbm复杂工况下使用时获取图像的质量。自洁喷嘴在检测镜头四周的摆放位置可为环形、方形等方式，8个自洁喷嘴为本实施例所选用的数量，应用时可根据具体工况选择6个、10个等不同数量。
31.为提高装个装置的散热效果，防护外壳1的顶板20上设有散热器7，通过散热装置对相机、控制器散热降温。前板上设置有进水口和电源线、信号传输线接口，用于为控制器、工业相机、散热器供电，并为自洁喷嘴补充进水；防护外壳1的侧板24上设有进气孔21，进气孔21处设有防尘网，使防尘网安装在进气孔位置，防止粉尘进入内部。
32.其他结构与实施例2相同。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。