专利名称：一种隧道衬砌台车定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及定位技术，尤其涉及一种隧道衬砌台车定位系统。
背景技术：
隧道二次衬砌施工中，衬砌台车的定位精度决定隧道竣工质量，而定位速度是隧道二次衬砌施工进度的关键因素。目前，隧道衬砌台车定位的主要控制手段是通过专业测量人员利用全站仪测量，配合台车操作人员的调节来实现定位。台车定位自动化程度低，更需要专业测量人员的帮助，定位误差的人为因素不可避免。隧道衬砌施工有时为了赶工期，施工人员甚至通过简单的放垂线的方式确定台车模板位置，这种方式定位精度根本更差， 同时，台车定位过程也影响了其下方工程车辆的通行。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供了隧道衬砌台车定位系统。本发明提供了一种隧道衬砌台车定位系统，包括点光源、工控机、定位测量控制终端、图像传感器以及位移控制模块；工控机，用于根据图像传感器的信号计算隧道衬砌台车偏离的位移并将该位移传送到定位测量控制终端，及接收来自定位测量控制终端的控制命令；定位测量控制终端，用于发送控制命令至工控机，并根据该位移控制位移控制模块以实现定位。在一个示例中，图像传感器包括工业相机和激光测距仪；工业相机和激光测距仪固定在已知位置，点光源固定在隧道衬砌台车模板上。在一个示例中，隧道衬砌台车固定有反光片。在一个示例中，工控机包括主机、显示器和无线通信模块；无线通信模块，用于将所述位移发送到定位测量控制终端，及接收来自定位测量控制终端的控制命令。在一个示例中，位移控制模块包括电磁阀、液压油缸和位移传感器。在一个示例中，定位测量控制终端包括主机、显示屏、无线通信模块和继电器控制器；无线通信模块，用于接收所述位移，及发送控制命令；电磁阀用于控制液压油缸伸长；继电控制器用于打开或关闭电磁阀；位移传感器用于测量液压油缸伸长量并反馈该液压油缸伸长量至主机，主机经过计算后控制继电器控制器。本发明能够实现隧道衬砌台车的自动化、高效率、高精度，避免人为因素的干扰，保证隧道二次衬砌施工质量，提高施工进度。
图I为本发明提供的成像测量原理示意图；图2a和图2b为本发明提供的定位原理示意图；图3为本发明提供的隧道衬砌台车定位系统示意图4为本发明提供的工控机示意图；图5为本发明提供的定位测量控制终端示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。本发明采用激光测距和基于图像处理的平面定位相结合的方法实现台车模板的空间定位。在隧道内已知点作为控制点，架设激光测距仪和高分辨率长焦数字相机，在台车模板上固定点光源作为相机成像目标，在台车上固定反光片作为激光测距仪的激光反射靶，激光测距仪的测量数据和相机的成像信息传入工控机进行分析和处理，得到台车模板 当前位置相对于隧道设计位置的偏移量，该偏移数据通过无线模块发送到定位测量控制终端上显示并通过调节电磁液压阀来实现台车的定位。该系统研发的目标是实现模板的自动定位，即通过自动控制液压系统将工控机发送来的偏移数据直接作为控制量，操作人员仅仅通过定位测量控制终端发送测量工作的启动命令，整个测量、分析、液控、定位、误差校核等工作全部自动完成。本发明为了保证测量分析的精度，其成像测量原理如图I所示，在台车上事先固定已知精确长度的参考点光源，标记模板位置的点光源与参考点光源共同在相机中成像，图像处理中通过滤波、边缘提取、中心定位等图像处理算法确定模板位置点光源距离相机光轴的像素值，根据参考点光源之间的像素值与实际距离的比例可以得到模板位置点光源距离相机光轴的实际空间距离。其定位原理如图2a和图2b所示，经过已知校正点计算出成像设备和隧道理想轴线之间的上下偏差角和左右偏差角。由于相机的固定位置点的坐标已知，相机镜头的左右偏角和上下偏角已知，激光测距仪测得相机位置点到模板的直线距离，以上已知参数通过设计计算机算法处理可以精确得到模板的实际空间位置，将该计算位置点与已知隧道设计参数比较，可以得到模板的位置偏差。本发明通过无线通信协议实现测量控制和计算分析结果的传输和显示。台车操作人员通过定位测量控制终端即可方便快捷地实现台车位置测量控制和测量结果显示输出，整个过程不受隧道内部空间位置和环境因素的影响，不需要专业测量人员的帮助即可顺利完成。台车模板的位置移动通过液压油缸的动作来实现，本发明将测量分析得到的位置偏差数据作为控制参数，用来实现对油缸液压阀的动作控制，通过连续测量和分析实现对油缸动作的误差调整，实现该系统的闭环控制对于减少人为因素的影响，提高施工效率和
施工质量具有重要意义。自动控制系统是由电磁阀、液压油缸、位移传感器和定位测量控制终端组成。定位测量控制终端控制电磁阀开闭，位移传感器测液压油缸伸长量并实时的反馈给定位测量控制终端，组成一个闭环控制系统。隧道衬砌台车定位系统包括五部分，图像传感器部分、工控机部分、定位测量控制终端、点光源系统、位移控制部分，如图3所示。图像传感器部分由工业相机、镜头、激光测距仪组成，主要负责抓取图像和测量距离然后传给工控机处理。工控机部分由主机、显示器和无线通信模块组成，如图4所示。其主要工作是通过无线通信接收命令进而控制传感器工作，接收传感器传来的数据，然后计算出台车的偏离，最后经过无线通信发送装置传到定位测量控制终端。定位测量控制终端由主机、显示屏、无线通信模块和继电器控制器等组成，如图5所示。其主要工作是通过无线通信模块发送命令控制工控机和接收来自工控机的数据，继电器控制器控制点光源和电磁阀。点光源系统是布置在衬砌台车需要定位的地方，这样成像时就可以计算出其位置来。点光源由定位测量控制终端的继电器控制器控制，有序的点亮。例如，点亮10个点光源中的三个。位移控制部分由电磁阀、液压油缸、位移传感器组成。定位测量控制终端控制电磁阀，使液压油缸伸长，位移传感器采集到液压油缸的伸长量后反馈给定位测量控制终端，经过计算后判定是否要关闭电磁阀。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
权利要求
1.一种隧道衬砌台车定位系统，其特征在于，包括点光源、工控机、定位测量控制终端、图像传感器以及位移控制模块； 工控机，用于根据图像传感器的信号计算隧道衬砌台车偏离的位移并将该位移传送到定位测量控制终端，及接收来自定位测量控制终端的控制命令； 定位测量控制终端，用于发送控制命令至工控机，并根据该位移控制位移控制模块以实现定位。
2.如权利要求I所述的定位系统，其特征在于，图像传感器包括工业相机和激光测距仪；工业相机和激光测距仪固定在已知位置，点光源固定在隧道衬砌台车模板上。
3.如权利要求2所述的定位系统，其特征在于，隧道衬砌台车固定有反光片。
4.如权利要求I所述的定位系统，其特征在于，工控机包括主机、显示器和无线通信模块；无线通信模块，用于将所述位移发送到定位测量控制终端，及接收来自定位测量控制终端的控制命令。
5.如权利要求I所述的定位系统，其特征在于，位移控制模块包括电磁阀、液压油缸和位移传感器。
6.如权利要求5所述的定位系统，其特征在于，定位测量控制终端包括主机、显示屏、无线通信模块和继电器控制器；无线通信模块，用于接收所述位移和发送控制命令；电磁阀用于控制液压油缸伸长；继电控制器用于打开或关闭电磁阀；位移传感器用于测量液压油缸伸长量并反馈该液压油缸伸长量至主机，由主机经过计算分析后再控制继电器控制器。
全文摘要
本发明涉及一种隧道衬砌台车定位系统，包括点光源、工控机、定位测量控制终端、图像传感器以及位移控制模块；工控机，用于根据图像传感器的信号计算隧道衬砌台车偏离的位移并将该位移传送到定位测量控制终端，及接收来自定位测量控制终端的控制命令；定位测量控制终端，用于发送控制命令至工控机，并根据该位移控制位移控制模块以实现定位。本发明能够实现隧道衬砌台车的自动化，提高施工效率，并避免人为因素的干扰，保证隧道二次衬砌施工质量，提高施工进度。
文档编号G01C11/00GK102778222SQ201210232498
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者倪振利, 刘治宝, 周兵役, 孙敏筠, 庞前凤, 徐冬青, 徐高山, 杨金友, 牛江川, 王盛印, 郝如江, 马杰 申请人:中铁二十二局集团有限公司, 中铁二十二局集团第一工程有限公司