一种能够实现刀具磨损影像检测的盾构机及方法

本公开属于岩土工程技术领域，具体涉及一种能够实现刀具磨损影像检测的盾构机及方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

盾构机刀磨损或失效后需要及时更换，否则将导致刀具超量磨损、断裂、移位、轴承异常损坏甚至刀盘严重磨损，大大降低掘进效率。现有的刀具磨损情况检测方法中，开舱通过潜水员直接检查的方法最为有效，但在地层的土压力、水压力作用下，盾构机开舱存在极大的安全风险。

在发明人了解到的一种通过三维图像建模与比对实现盾构机刀具检测的技术方案中，为满足土舱密封要求并且不影响盾构土舱的正常作业，每次检测时，需要现场安装检测装置，会浪费大量的时间且安装气密性受限于当前操作人员的熟练程度，在检测完毕后还有手动进行检测装置的拆除。

同时，其刀具拍摄的过程需要刀盘的转动配合，以拍摄不同的刀具，无法实现完全的停机，而刀盘的转动容易造成水压力和土压力的变化，检测过程会增加不稳定因素。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种能够实现刀具磨损影像检测的盾构机及方法，能够至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供一种能够实现刀具磨损影像检测的盾构机包括从前至后依次设置的土舱、前盾、中盾和尾盾，土舱与前盾之间设置有隔仓板，隔仓板上设置有开口，开口处设置有能够自动开闭的密封板，隔仓板背离土舱的一侧固定有收纳筒，收纳筒的一端敞口设置并插接至开口处，另一端可拆卸的安装有端板；

收纳筒中设置双目摄像头及驱动组件，驱动组件能够带动双目摄像头从收纳筒中伸入或回缩至土舱；双目摄像头能够完成土舱中刀具的摄像并传输至上位机，上位机能够根据双目摄像头的图像信息完成刀具的三维建模，判断刀具的磨损程度。

作为进一步的改进，所述隔仓板处设有与开口连通的滑槽，滑槽中设有滑台，滑台与连接台的一端固定连接，连接台远离滑台的一端与密封板转动连接，滑台通过直线驱动单元驱动以实现自身沿滑槽的滑动，密封板能够在旋转驱动件的带动下沿连接台转动。

作为进一步的改进，所述驱动组件包括直线驱动件和多关节的机械臂，直线驱动件与机械臂的基座连接，并驱动机械臂伸出或回缩至收纳筒，机械臂的末端安装有所述双目摄像头。

作为进一步的改进，所述机械臂的末端安装有多轴转台，多轴转台处安装有双目摄像头，多轴转台能够调节双目摄像头与机械臂末端的位置关系。

作为进一步的改进，工作面处安装有镜头清洁喷头；镜头清洁喷头能够选择性的与水源供应系统或气源供应系统连通。

作为进一步的改进，所述工作面处安装有降尘喷头及刀具清洁喷头，降尘喷头及刀具清洁喷头分别与水源供应系统连通。

本公开的一个或多个实施例还提供一种盾构土舱内刀具磨损检测方法，包括以下步骤：

盾构机挖掘前，密封板打开以连通土舱及收纳筒，驱动组件带动双目摄像头进入盾构土舱，双目摄像头依次对准不同刀具拍摄，上位机根据拍摄的图像完成初始状态下的刀具三维建模，然后密封板关闭；

刀具需要检测时，密封板打开以连通土舱及收纳筒，驱动组件带动双目摄像头进入盾构土舱，双目摄像头依次对准不同刀具拍摄，上位机完成检测状态下的刀具三维建模，然后密封板关闭；

上位机对初始状态及检测状态下的刀具三维模型进行比对，得到刀具磨损信息。

以上一个或多个技术方案的有益效果为：

本公开中采用隔仓板来分隔土舱和前盾，在隔仓板的开口处设置能够自动开闭的密封板，收纳筒背离隔仓板的一端可拆卸安装端板，利用端板是希腊收纳筒的密封。这种结构设置使得单独打开密封板或端板都不会使得土舱与前盾连通，有效保证了二者的密封性。尤其是在检测装置不工作的情况下，密封板与端板的双层密封能够有效保证密封效果。

因为双目摄像头及驱动组件设置在收纳筒中，因此在不使用时可以自动回收至前盾，不会影响土舱中刀盘的运转，土舱中刀盘运转产生的土压力及水压力也不会影响双目摄像头等检测装置。相对于现场组装装配检测装置来说，减少了检测时间，提高了检测效率。

采用滑槽、滑台、连接台及直线驱动件结构的组合，使得密封板在旋转打开与关闭之间后有一个沿开口轴线方向动作的过程，即在关闭时，密封板能够沉入隔仓板中，避免密封板外凸而承担较大的土压力和水压力。

检测组件中的机械臂为多轴联动结构，可完成关节的各个位置和角度的移动，便于实现对多个刀具图像信息采集。

多轴转台能够带动双目摄像头转动，以改变双目摄像头的光轴方向，在机械臂末端姿态可调的情况下，进一步增加双目摄像头姿态调节的自由度，使得双目摄像头能够有效拍摄刀具的任意位置，精准的完成刀具的三维建模。

采用喷头与水源供应系统和气源供应系统能够选择性连通的方式，使得喷头能够根据双目摄像头镜头的污染情况选择不同的清洁方式。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本公开实施例中隔仓板、收纳筒及机械臂等部分结构的示意图；

图2为本公开实施例中收纳筒及机械臂等部分结构侧视示意图；

图3为本公开实施例中转台及双目摄像头等部分结构的示意图；

图4为图1中a部分的结构放大示意图；

图5为本公开实施例中第一机械臂的结构示意图。

图中，1、收纳筒；2、隔仓板；3、密封板；4、基座；5、第一机械臂；6、第二机械臂；7、多轴转台；8、双目摄像头；9、安装板；9a、开口；10、端板；11、第一转台；12、第二转台；13、刀具清洁喷头；14、降尘喷头；15、镜头清洁喷头；16、补光灯；17、丝杠；18、导杆；19、滑台；20、连接台；21、第一电机；22、第二电机；51、第一弯折段；52、主体段；53、第二弯折段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了方便叙述，本公开中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

本公开中多轴转台指的是：由多个依次转动连接的转台组成，相邻两个转台之间的转动能够独立调节。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供一种能够实现刀具磨损影像检测的盾构机，包括从前至后依次设置的土舱、前盾、中盾和尾盾，土舱与前盾之间设置有隔仓板2，隔仓板2上设置有开口9a，开口9a处设置有能够自动开闭的密封板3，隔仓板2背离土舱的一侧固定有收纳筒1，收纳筒1的一端敞口设置并插接至开口9a处，另一端可拆卸的安装有端板10。收纳筒1通过外部焊接的安装板9与隔仓板2固定连接。

收纳筒1中设置双目摄像头8及驱动组件，驱动组件能够带动双目摄像头8从收纳筒1中伸入或回缩至土舱；双目摄像头8能够完成土舱中刀具的摄像并传输至上位机，上位机能够根据双目摄像头8的图像信息完成刀具的三维建模，判断刀具的磨损程度。

所述隔仓板2处设有与开口9a连通的滑槽，滑槽中设有滑台19，滑台19与连接台20的一端固定连接，连接台20远离滑台19的一端与密封板3转动连接，滑台19通过直线驱动单元驱动以实现自身沿滑槽的滑动，密封板3能够在旋转驱动件的带动下沿连接台20转动。

所述密封板3与开口9a接触的外侧面处设有环形的密封槽，密封槽中设有环形的气垫，以实现密封板3与开口9a内壁面的密封。

在本实施例中，密封板3与连接台20的转动连接处安装第一电机21，利用第一电机21的转动驱动密封板3与连接台20的相互转动。此处的直线驱动单元可以采用丝杠17螺母结构，即设置一个第二电机22，第二电机22驱动丝杠17的转动，丝杠17设置在滑槽中，丝杠17穿过滑台19上的螺孔，同时在滑槽中设置一个导杆18，导杆18穿过滑台19上的导孔。

在另外一些实施方式中，在满足使用要求的情况下，第一电机21及第二电机22可以替换成液压马达等结构，可以由本领域技术人员自行设置。

所述驱动组件包括直线驱动件和多关节的机械臂，直线驱动件与机械臂的基座4连接，并驱动机械臂伸出或回缩至收纳筒1，机械臂的末端安装有所述双目摄像头8。

需要指出的是，多关节的机械臂具有多节(如本公开说明书附图中的第一机械臂5和第二机械臂6)。具体的节数可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。机械臂的多轴联动结构可完成关节的各个位置和角度的移动，实现对多个刀具图像信息采集。

在本实施例中，第一机械臂5包括主体段52以及固定在主体段52两端的第一弯折段51和第二弯折段53，第一弯折段51与第二弯折段53之间形成储存空间，使得第二机械臂6及双目摄像头8、多轴转台7能够在机械臂回缩后置于储存空间中。

需要指出的是，在本实施中，直线驱动件包括安装在收纳筒1中的电机，电机的输出轴与丝杆同轴固定，丝杆的轴线方向与收纳筒1的轴线方向平行。机械臂的基座4处设置螺孔及导向孔，在收纳筒1中固定导向杆，导向杆的延伸方向与丝杆平行。丝杆与螺孔配合，导向杆与导向孔配合。在另外一些实施方式中，直线驱动件可以采用气缸、液压缸等直线驱动结构，可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。

所述机械臂的末端安装有多轴转台7，多轴转台7处安装有双目摄像头8，多轴转台7能够调节双目摄像头8与机械臂末端的位置关系。

所述多轴转台7包括第一转台11，第一转台11与机械臂末端转动连接且转动轴线为第一轴线，第一转台11与第二转台12转动连接且转动轴线为第二轴线，第一轴线与末端机械臂的中心轴线重合，第二轴线与第一轴线垂直。

可以理解的是，第一转台11与机械臂末端之间、第一转台11与第二转台12之间，其中一种优选的旋转驱动元件为减速电机。在另外一些实施方式中，旋转驱动元件可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。

所述第一转台11与第二转台12能够在设定范围内转动，第二转台12背离机械臂的侧面形成工作面，工作面处安装有所述双目摄像头8。

工作面处安装有镜头清洁喷头15；镜头清洁喷头15能够选择性的与水源供应系统或气源供应系统连通。

所述工作面处安装有降尘喷头14及刀具清洁喷头13，降尘喷头14及刀具清洁喷头13分别与水源供应系统连通。

实施例2

本实施例提供一种盾构土舱内刀具磨损检测方法，用于实施例1中所述的能够实现刀具磨损影像检测的盾构机的刀具磨损检测，包括以下步骤：

盾构机挖掘前，密封板3打开以连通土舱及收纳筒1，驱动组件带动双目摄像头8进入盾构土舱，双目摄像头8依次对准不同刀具拍摄，上位机根据得到的图像信息完成三维建模程序，三维模型中包含检测装置末端空间坐标系和刀盘及刀具形态学模型，建好盾构刀具初始模型后，双目摄像头8及驱动组件回缩，然后密封板3关闭；

刀具需要检测时，密封板3打开以连通土舱及收纳筒1，驱动组件带动双目摄像头8进入盾构土舱，双目摄像头8依次对准不同刀具拍摄，上位机完成检测状态下的刀具三维建模，然后密封板3关闭；

盾构机正常工作一段时间后，刀具需要检测时，盾构机暂停掘进，密封板3打开以连通土舱及收纳筒1，驱动组件带动双目摄像头8进入盾构土舱，刀具清洁喷头13清洁刀具表面灰尘，降尘喷头14通过喷雾降低土舱内灰尘浓度改善土舱环境，补光灯16照亮盾构土舱，镜头清洁喷头15在双目摄像采集前清洁摄像头保证清晰度。双目摄像头8依次对准不同刀具拍摄；上位机完成检测状态下的刀具三维建模；

上位机对初始状态及检测状态下的刀具三维模型进行比对，得到刀具磨损信息。

其中双目摄像头8安装于多轴转台7，通过旋转驱动机构进行刀具旋转，可以实现无死角旋转，更全面更清晰的对刀具形态进行拍摄,完整获取刀具图像信息。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。