一种盾构机表面三维检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构机表面三维检测方法及系统，所述盾构机表面三维检测方法包括基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型；通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据；以及基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据。本发明专利技术通过数据采集机构进行盾构机表面三维数据的采集过程，从而能够避免通过人工测量的方式进行测量。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机表面三维检测方法及系统
本专利技术涉及三维测量领域，进一步地涉及一种盾构机表面三维检测方法及系统。
技术介绍
随着科技的发展，隧道掘进机（TunnelBoringMachine，TBM，又名盾构机）得到了极大的发展，被广泛地应用于城市地铁施工、煤矿巷道掘进等施工领域。利用隧道掘进机进行煤矿巷道掘进施工是煤矿采掘领域的一种新型工程建设技术，相比其他传统机械设备具有自动化程度高、节省人力、施工质量高以及施工速度快等优势。一般地，在隧道轴线较长，埋深较大的情况下，采用隧道掘进机采掘更为经济合理。特别是面对地下硬岩时，采用隧道掘进机进行掘进的优势会更加明显。在盾构机的生产过程中，需要测量盾构机的表面三维尺寸，以使得盾构机的出厂尺寸能够达到精度要求。传统的测量方式通常是采用人工测量的方式进行测量，比如在盾构机生产企业中主要采用直尺、卷尺等方式对盾构机进行测量。采用人工测量不仅耗费巨大的人力资源，而且测量效率低，耗时长，精度低。综上所述，需要对传统盾构机的表面三维尺寸的测量方式进行改进。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种盾构机表面三维检测方法及系统，所述三维检测系统结构简单，便于操作，而且测量精度高，测量时间少成本低。为了实现上述目的，本专利技术提供一种盾构机表面三维检测方法，包括：基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型；通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据；以及基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据。在本专利技术的一些优选实施例中，所述基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型包括：当所述待检测部件的测量精度小于预设精度时，通过所述数据采集机构的关节臂采集所述表面三维数据；当所述待检测部件的测量精度大于或等于所述预设精度时，通过所述数据采集机构的全站仪采集所述表面三维数据。在本专利技术的一些优选实施例中，所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据步骤中，所述数据采集机构所输出的所述表面三维数据位于同一坐标系。在本专利技术的一些优选实施例中，在所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据步骤之后还包括：将所获得的所述待检测部件的所述表面特征数据与标准表面特征数据相比较，以确定所述待检测部件是否达到标准，其中所述标准表面特征数据包括盾壳的半径、螺旋轴旋叶的半径、刀盘的最大开挖半径、驱动箱的分度、驱动箱的垂直度、驱动箱的平行度以及拼装机两个平面的平行度；和将所获得的所述待检测部件的所述表面特征数据传输至移动式交互设备进行显示。在本专利技术的一些优选实施例中，当所述盾构机的所述待检测部件是盾壳时：所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：确定所述盾壳的多个圆截面，其中一个截面为法兰圆截面，将所述法兰圆截面作为基准面，在另外每个截面，每隔预设的角度选取一个点，以选取预设数量的点；所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：拟合所述法兰圆截面的参数，以获得所述法兰圆截面的平面法向量、半径以及圆心坐标；确定所述预设数量的点在所述法兰圆截面上的投影点；以及基于所述投影点与所述圆心之间的距离确定所述盾壳的半径。在本专利技术的一些优选实施例中，当所述盾构机的所述待检测部件是螺旋轴时：所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：确定所述螺旋轴的圆柱上的点，确定所述螺旋轴的旋叶上的多个点；所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：拟合所述螺旋轴圆柱的参数，以获得所述螺旋轴圆柱的垂直法平面向量、半径以及圆心坐标；确定所述螺旋轴的旋叶上多个点在圆柱的所述垂直法平面上的投影点坐标；以及基于所述投影点坐标和所述圆心坐标确定所述螺旋轴的所述旋叶的对应点的半径。在本专利技术的一些优选实施例中，当所述盾构机的所述待检测部件是刀盘时：所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：在盾壳的法兰圆截面取预设数量的点；在每个滚刀选取多个点；所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据步骤，包括：拟合所述法兰圆截面的参数，获得所述法兰圆截面的平面法向量、半径以及圆心坐标；计算所述滚刀上的多个点在所述法兰圆截面上的投影点坐标；基于所述投影点的坐标和所述圆心坐标确定所述滚刀上的点的半径；以及将所述滚刀上半径最大的点的半径值确定为所述滚刀的半径。在本专利技术的一些优选实施例中，当所述盾构机的所述待检测部件是驱动箱时：所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：在前盘面的大盘面取多个数量的点，将所述前盘面作为基准平面；在前盘面的小孔内取多个数量的点；在后盘面的小孔内取多个数量的点；所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：拟合所述前盘面的大盘面的参数，获得所述前盘面的大盘面的平面法向量；拟合所述前盘面小孔的参数，获得所述前盘面小孔的平面法向量、半径以及圆心坐标；拟合所述后盘面小孔的参数，获得所述后盘面小孔的平面法向量、半径以及圆心坐标；基于多个前盘面的孔位的圆心进行拟合圆，孔位圆圆心与拟合圆圆心组成夹角，确定分度；计算所有圆柱的轴线的平行度；以及计算所有圆柱轴线与前盘面的垂直度。在本专利技术的一些优选实施例中，当所述盾构机的所述待检测部件是拼装机时：所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：在所述拼装机的左平面和右平面分别取多个点，将其中一个平面作为基准平面；所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：基于所述左平面和所述右平面上的多个点，确定所述拼装机所述左平面和所述右平面的平行度。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一种盾构机表面三维检测系统，用于检测盾构机的待检测部件的表面特征数据，包括：数据采集机构，所述数据采集机构包括至少一个关节臂和至少一个全站仪，当所述待检测部件的测量精度小于预设精度时，通过所述数据采集机构的关节臂采集所述表面三维数据；当所述待检测部件的测量精度大于或等于所述预设精度时，通过所述数据采集机构的全站仪采集所述表面三维数据；控制机构，所述控制机构被可工作地连接于所述数据采集机构，用于控制所述数据采集机构；以及数据处理单元，所述数据处理单元适于接收所述数据采集机构所采集的所述盾构机的待检测部件的表面三维数据，并基于所述表面三维数据以生成对应所述盾构机的待检测部件的表面特征数据。本专利技术方案包括以下至少一项有益效果：1、本专利技术通过数据采集机构进行盾构机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机表面三维检测方法，其特征在于，包括：/n基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型；/n通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据；以及/n基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构机表面三维检测方法，其特征在于，包括：
基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型；
通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据；以及
基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据。


2.根据权利要求1所述的盾构机表面三维检测方法，其特征在于，其中所述基于盾构机的待检测部件的类型确定对应的数据采集机构的类型包括：
当所述待检测部件的测量精度小于预设精度时，通过所述数据采集机构的关节臂采集所述表面三维数据；
当所述待检测部件的测量精度大于或等于所述预设精度时，通过所述数据采集机构的全站仪采集所述表面三维数据。


3.根据权利要求1所述的盾构机表面三维检测方法，其特征在于，其中所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据步骤中，所述数据采集机构所输出的所述表面三维数据位于同一坐标系。


4.根据权利要求1所述的盾构机表面三维检测方法，其特征在于，其中在所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据步骤之后还包括：
将所获得的所述待检测部件的所述表面特征数据与标准表面特征数据相比较，以确定所述待检测部件是否达到标准，其中所述标准表面特征数据包括盾壳的半径、螺旋轴旋叶的半径、刀盘的最大开挖半径、驱动箱的分度、驱动箱的垂直度、驱动箱的平行度以及拼装机两个平面的平行度；和
将所获得的所述待检测部件的所述表面特征数据传输至移动式交互设备进行显示。


5.根据权利要求1所述的盾构机表面三维检测方法，其特征在于，其中当所述盾构机的所述待检测部件是盾壳时：
所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：
确定所述盾壳的多个圆截面，其中一个截面为法兰圆截面，将所述法兰圆截面作为基准面，在另外每个截面，每隔预设的角度选取一个点，以选取预设数量的点；
所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：
拟合所述法兰圆截面的参数，以获得所述法兰圆截面的平面法向量、半径以及圆心坐标；
确定所述预设数量的点在所述法兰圆截面上的投影点；以及
基于所述投影点与所述圆心之间的距离确定所述盾壳的半径。


6.根据权利要求1所述的盾构机表面三维检测方法，其特征在于，其中当所述盾构机的所述待检测部件是螺旋轴时：
所述通过所确定的所述数据采集机构采集相应所述待检测部件的表面三维数据，包括：
确定所述螺旋轴的圆柱上的点，确定所述螺旋轴的旋叶上的多个点；
所述基于所述表面三维数据生成所述待检测部件的表面特征数据，包括：
拟合所述螺旋轴圆柱的参数，以获得圆柱的垂直法平面向量，半径以及圆心坐标；
确定所述螺旋轴的旋叶上多个点在圆柱的所述垂直法平面上的投影点坐标；以及
基于所述投影点坐标和所述圆心坐标确定所述螺旋轴的所述旋叶的对应点的半径。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张晓日，娄杰丽，赵天宇，
申请(专利权)人：上海力信测量系统有限公司，力信测量上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31