一种盾构渣土体积扫描测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构渣土体积扫描测量系统及方法，属于盾构施工技术领域，解决了现有技术缺乏对盾构渣土体积精确、实时测量的问题，其包括：固设在盾构机出渣口下方的皮带，所述皮带通过动力机构驱动，所述皮带的上方固设有激光扫描仪，所述激光扫描仪和动力机构分别连接有工业控制计算机；本发明专利技术通过激光扫描仪精确获取渣土的横截面面积，使用工业控制计算机获取并计算渣土的长度，精确的算出渣土的体积，保证了盾构渣土体积测量的精准性。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构渣土体积扫描测量系统及方法
本专利技术属于盾构施工
，具体属于一种盾构渣土体积扫描测量系统及方法。
技术介绍
随着我国城市建设的发展，国内很多大中型城市基本都已建成或在建地铁设施，盾构机在城市地铁的建设中发挥了重大作用，地铁盾构系统中的排土量是判断前面是否出现塌方、地面隆起的一个重要参考量，当渣土过多而盾构机行进过慢时，盾构机前方可能会出现塌方，当渣土过少而盾构机行进过快则前面可能出现地面隆起，因此有必须要对盾构掘进中排出的渣土进行测量，实时对盾构渣土进行测量，并且确保渣土体积测量的精准性。
技术实现思路
针对现有技术中缺乏对盾构渣土体积精确、实时测量的问题，本专利技术提供一种盾构渣土体积扫描测量系统及方法，其目的在于：对盾构渣土的体积进行实时测量，保证盾构渣土体积测量的精准性。本专利技术采用的技术方案如下：一种盾构渣土体积扫描测量系统，包括：固设在盾构机出渣口下方的皮带，所述皮带通过动力机构驱动，所述皮带的上方固设有激光扫描仪，所述激光扫描仪和动力机构分别连接有工业控制计算机。采用上述方案，启动动力机构和激光扫描仪，动力机构带动皮带传输，盾构机正常出土，激光扫描仪首先抓取空载皮带的数个横截面面积，当渣土经过激光扫描仪时，激光扫描仪再对渣土与皮带的数个横截面面积进行扫描，获取渣土与皮带的横截面面积，两者相减可以得到渣土的横截面面积，激光扫描仪将测得的横截面数据发送给工业控制计算机，工业控制计算机与动力机构连接，可以直接获取皮带的速度及激光扫描仪的检测频率，工业控制计算机通过检测频率和皮带的速度可以算出渣土数个横截面之间的长度，渣土的横截面面积与渣土数个横截面之间的长度可算出渣土的体积；本专利技术通过激光扫描仪精确获取渣土的横截面面积，使用工业控制计算机获取并计算渣土的长度，精确的算出渣土的体积，保证了盾构渣土体积测量的精准性。优选的，所述动力机构包括电机、减速机和驱动滚轮，所述电机通过制动器与所述减速机固接，所述减速机通过联轴器与所述驱动滚轮固接，所述驱动滚轮上套设所述皮带。采用该优选的方案，提供一种动力机构，通过工业控制计算机获取电机转速、减速机系数和驱动滚轮半径，通过工业控制计算机得出皮带的转速。优选的，所述激光扫描仪为线阵激光扫描仪。优选的，所述工业控制计算机包括OPC通讯系统和计算系统，所述OPC通讯系统分别与所述动力机构、激光扫描仪连接和计算系统连接。采用该优选的方案，利用OPC通讯系统直接获取动力机构的转速，节省了成本又得到了皮带的精确速度，提高了渣土体积扫描系统的精度，避免了现有技术使用滚轮编码器获取皮带的速度，由于皮带湿滑容易打滑，使得皮带速度测量误差大，最终导致渣土体积测量结果精度较低的情况。一种盾构渣土体积扫描测量系统的测量方法，包括如下步骤：步骤A:盾构机出渣口正常出土，同时启动动力机构、激光扫描仪和工业控制计算机，使用激光扫描仪对空载的皮带进行测量，得到皮带第j个的横截面上的i个点坐标使用激光扫描仪对皮带上运输的渣土进行测量，得到渣土与皮带第j个的横截面上的i个点坐标其中横截面与皮带运输方向垂直，使用工业控制机获取皮带的速度和激光扫描仪的测量频率;步骤B：利用工业控制机计算第j个横截面渣土与皮带的横截面面积为皮带第j个的横截面面积则第j个渣土的横截面面积其中n为激光扫描仪对每一横截面扫描的扫描点总数；步骤C：利用工业控制机计算渣土与皮带第j个的横截面与第j-1个渣土与皮带的横截面之间的距离则得出第j个渣土的横截面与第j-1个渣土的横截面之间的渣土体积为则渣土的体积其中m为激光扫描仪共测量的渣土与皮带的横截面数量总数。采用上述方案，将渣土微分成多个微小横截面，利用激光扫描仪抓取渣土多个横截面的多个点坐标，利用向量叉积公式分别算出渣土与皮带、皮带空载时的横截面面积，得出渣土的横截面面积，再利用工业控制计算机获取皮带的速度，激光扫描仪的检测频率，算出相邻横截面之间的长度，通过计算得到的每个微分体积之间的两横截面面积和皮带实际移动距离，计算出此微分体积，再累加积分得到实时渣土体积，使用本专利技术可以精确的算出渣土的体积，保证渣土体积测量的准确性。所述步骤A中皮带的速度其中为减速机系数，为电机转速，R为驱动滚轮半径。所述步骤A中包括使用OPC通讯系统获得电机转速、减速机系数和驱动滚轮半径，利用计算系统算出皮带的速度。所述激光扫描仪的测量频率的范围是500HZ-600HZ。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术使用时启动动力机构和激光扫描仪，动力机构带动皮带传输，盾构机正常出土，激光扫描仪首先抓取空载皮带的数个横截面面积，当渣土经过激光扫描仪时，激光扫描仪再对渣土与皮带的数个横截面面积进行扫描，获取渣土与皮带的横截面面积，两者相减可以得到渣土的横截面面积，激光扫描仪将测得的横截面数据发送给工业控制计算机，工业控制计算机与动力机构连接，可以直接获取皮带的速度及激光扫描仪的检测频率，工业控制计算机通过检测频率和皮带的速度可以算出渣土数个横截面之间的长度，渣土的横截面面积与渣土数个横截面之间的长度可算出渣土的体积；本专利技术通过激光扫描仪精确获取渣土的横截面面积，使用工业控制计算机获取并计算渣土的长度，精确的算出渣土的体积，保证了盾构渣土体积测量的精准性。2.本专利技术将渣土微分成多个微小横截面，利用激光扫描仪抓取渣土多个横截面的多个点坐标，利用向量叉积公式分别算出渣土与皮带、皮带空载时的横截面面积，得出渣土的横截面面积，再利用工业控制计算机获取皮带的速度，激光扫描仪的检测频率，算出相邻横截面之间的长度，通过计算得到的每个微分体积之间的两横截面面积和皮带实际移动距离，计算出此微分体积，再累加积分得到实时渣土体积，使用本专利技术可以精确的算出渣土的体积，保证渣土体积测量的准确性。3.本专利技术通过工业控制计算机获取电机转速、减速机系数和驱动滚轮半径，通过工业控制计算机得出皮带的转速；利用OPC通讯系统直接获取动力机构的转速，节省了成本又得到了皮带的精确速度，提高了渣土体积扫描系统的精度，避免了现有技术使用滚轮编码器获取皮带的速度，由于皮带湿滑容易打滑，使得皮带速度测量误差大，最终导致渣土体积测量结果精度较低的情况。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是：本专利技术的一种具体实施方式的立体示意图。图2是：本专利技术中激光扫描仪测量渣土与皮带的横截面的示意图。图3是：本专利技术中激光扫描仪测量皮带的横截面的示意图。附图标记：1-皮带；2-激光扫描仪；3-电机；4-减速机；5-驱动滚轮。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合图1-3对本专利技术作详细说明。一种盾构渣土体积扫描测量系统，包括：固设在盾构机出渣口下方的皮带1，所述皮带1通过动力机构驱动，所述皮带1的上方固设有激光扫描仪2，所述激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构渣土体积扫描测量系统，其特征在于，包括：固设在盾构机出渣口下方的皮带（1），所述皮带（1）通过动力机构驱动，所述皮带（1）的上方固设有激光扫描仪（2），所述激光扫描仪（2）和动力机构分别连接有工业控制计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构渣土体积扫描测量系统，其特征在于，包括：固设在盾构机出渣口下方的皮带（1），所述皮带（1）通过动力机构驱动，所述皮带（1）的上方固设有激光扫描仪（2），所述激光扫描仪（2）和动力机构分别连接有工业控制计算机。


2.根据权利要求1所述的一种盾构渣土体积扫描测量系统，其特征在于：所述动力机构包括电机（3）、减速机（4）和驱动滚轮（5），所述电机（3）通过制动器与所述减速机（4）固接，所述减速机（4）通过联轴器与所述驱动滚轮（5）固接，所述驱动滚轮（5）上套设所述皮带（1）。


3.根据权利要求1所述的一种盾构渣土体积扫描测量系统，其特征在于：所述激光扫描仪（2）为线阵激光扫描仪。


4.根据权利要求1所述的一种盾构渣土体积扫描测量系统，其特征在于：所述工业控制计算机包括OPC通讯系统和计算系统，所述OPC通讯系统分别与所述动力机构、激光扫描仪（2）和计算系统连接。


5.一种应用权利要求1-4任一项所述的盾构渣土体积扫描测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A:盾构机出渣口正常出土，同时启动动力机构、激光扫描仪和工业控制计算机，使用激光扫描仪对空载的皮带进行测量，得到皮带第j个的横截面上的i个点坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中华，段文军，汪慧琴，谭江，冯赟杰，朱涛，刘洋，覃旭，何博，
申请(专利权)人：中铁工程服务有限公司，上海米度测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51