一种盾构机盾构姿态的测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及盾构机姿态调整技术领域，具体为一种盾构机盾构姿态的测量装置及其测量方法。

背景技术：

盾构机掘进过程中，盾构姿态的俯仰角、滚转角的测量是由自动导向系统完成的。

在盾构机始发前先进行人工测量，然后通过对自动导向系统进行参数设置来确定盾构机的俯仰角和滚转角。但是，一旦盾构机在掘进过程中自动导向系统发生异常，或者测量俯仰角和滚转角的器具硬件出现问题，将完全没有办法确定盾构机的姿态，对施工造成很大的影响。

如申请公布号cn103712616a自动全站仪和陀螺仪组合导向盾构姿态自动测量方法及装置，所述的方法包括：计算机控制自动全站仪以设定的测量间隔自对三个目标棱镜进行测量并保存，同时读取陀螺仪传感器中最新的姿态角度数据，然后结合三个目标棱镜的坐标数据和陀螺仪传感器的姿态角度数据计算出盾构机首尾三维坐标和姿态偏差，并进行显示，用于控制盾构机的推进方向；所述的装置包括自动全站仪、无线电台、计算机以及设置在盾构机上的陀螺仪传感器和目标棱镜，所述的无线电台分别通过rs232串口通讯线连接自动全站仪和计算机，所述的陀螺仪传感器通过专用电缆和计算机连接。与现有技术相比，本发明具有控制与纠偏效果好、精度高、成本低等优点。但是本方案对盾构机姿态的调整还是设计了众多检测器件，系统不够简洁。

如授权公告号cn205403761u一种盾构机俯仰角、滚转角测量装置。所述装置包括：与支架固定在一起的刻度板，用牵引绳悬挂在托架上的锤球。刻度板上设置分别对应盾构机的俯仰角和滚转角的横向刻度线和纵向刻度线。盾构机掘进时支架固定在盾壳上使刻度板水平放置，纵向刻度线与盾构机的轴向平行，锤球位于刻度板的正上方，锤球的尖端指向的横向刻度线和纵向刻度线对应的角度分别为盾构机的俯仰角和滚转角。本发明能够在盾构机掘进过程中通过观察锤球尖端所指向的刻度板的位置确定盾构机的姿态，即使盾构机的自动导向系统在掘进过程中发生故障，使用所述装置人工测量盾构机的俯仰角和滚转角，仍能保证盾构机进行正常掘进，提高了盾构机工作的可靠性。但是本方案由于牵引绳受到的设备工作震动影响较大，造成不便锤球测量刻线以及读取。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种盾构机盾构姿态的测量装置及其测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。所述一种盾构机盾构姿态的测量装置及其测量方法具有检测方便、便于操作，同时精简了测量设备结构特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机盾构姿态的测量装置，包括支撑板、两组检测机构、以及两组圆弧透明板，该支撑板固定在盾尾，该检测机构包括配重、接收管、连接条以及距离传感器，

所述配重通过轴转动连接于支撑板上，两组配重竖直方向处于球坐标系z轴上，水平方向之间的夹角为90°；

所述接收管安装在配重的底部，且固定连接连接条；

所述距离传感器设于接连接条的底部；

所述圆弧透明板安装在盾壳上，且活动嵌装有激光源，盾构机处于正常姿态该激光源位于圆弧透明板的最低点、处于距离传感器正下方，且之间点接触。

优选的，所述配重与轴之间通过滚珠轴承转动联动。

优选的，所述距离传感器采用激光测距传感器。

优选的，所述距离传感器、激光源均通信连接于盾构机的工控机。

一种盾构机盾构姿态的测量方法，包括以下几个步骤：

检测机构组装完毕并安装在盾构机的盾尾，将距离传感器与节激光源均通信连接到盾构机的上位机；

距离传感器测量其与激光源之间距离x，激光源测量其与接收管之间距离r，输入上位机，计算距离传感器、测量其与激光源之间夹角

上位机根据与盾构机处于正常姿态的数据进行比对，并根据结果做出姿态调整。

优选的，所述盾构机处于正常姿态的数据包括预输入姿态数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：处于同一竖直线的上下两组检测机构中的配重在水平方向之间的夹角为90°，由于配重受重力，故一直处于竖直状态，这样即作为一个基准参量：通过距离传感器检测其到激光源之间的距离(弦长)，测量方便，由此计算出所对应的夹角即为俯仰角和滚转角，经上位机计算，与输入参数对比，即可以做出警示或调整；精简了测量设备结构。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中a-a处剖视示意图；

图3为本发明圆弧透明板倾斜示意图。

图中：1支撑板、2检测机构、3配重、4轴、5接收管、6连接条、7距离传感器、8圆弧透明板、9激光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明提供一种技术方案：

一种盾构机盾构姿态的测量装置，包括支撑板1、两组检测机构2、以及两组圆弧透明板8，该支撑板1固定在盾尾，该检测机构2包括配重3、接收管5、连接条6以及距离传感器7，

所述配重3通过轴4转动连接于支撑板1上，所述配重3与轴4之间通过滚珠轴承转动联动，两组配重3竖直方向处于球坐标系z轴上，水平方向之间的夹角为90°配重3自身受到重力，盾构机产生俯仰角和滚转角时，配重3一直指同一点(地心)，以此作为基准参考点；

所述接收管5安装在配重3的底部，且固定连接连接条6；

所述距离传感器7设于接连接条6的底部，所述距离传感器7采用激光测距传感器；

所述圆弧透明板8安装在盾壳上，且活动嵌装有激光源9，盾构机处于正常姿态该激光源9位于圆弧透明板8的最低点、处于距离传感器7正下方，且之间点接触，工作时，激光源9与接收管5配合，检测其之间距离，得出结果可与配重3到接收管5之间的连接条6长度对比，方便调整其间长度关系，使之处于等长，所述距离传感器7、激光源9均通信连接于盾构机的工控机，激光源9活动嵌在圆弧透明板8上，可以方便其调节，以适应装置的检测。

一种盾构机盾构姿态的测量方法，包括以下几个步骤：

1)检测机构2组装完毕并安装在盾构机的盾尾，将距离传感器7与节激光源9均通信连接到盾构机的上位机；

2)距离传感器7测量其与激光源9之间距离x，激光源9测量其与接收管5之间距离r，输入上位机，计算距离传感器7、测量其与激光源9之间夹角

3)上位机根据与盾构机处于正常姿态的数据进行比对，并根据结果做出姿态调整。

所述盾构机处于正常姿态的数据包括预输入姿态数据：输入日报表的参数数据或者是根据施工状况所适合、配合盾构机工作的参数，以此作为对比，如出现俯仰角和滚转角与掘进状态不符，工控机可以根据设定的报警装置报警，进而作出姿态调整。

参阅图3，以滚转角为例，如盾构机掘进时绕球坐标系y轴转动，产生滚转角那么与激光源9测量其与接收管5之间距离r、配重3到接收管5之间的连接条6长度r、距离传感器7测量其与激光源9之间距离x之间有如下关系：既能得出其中为了示意清楚，激光源9、激光源9与接收管5之间距离r用虚线表示；由于两组检测机构2中的配重3在处球坐标系z轴上，在水平方向之间的夹角为90°，所以，盾构机产生的俯仰角也如滚转角测量方法相同，且二者工作互不干扰、影响。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。