一种隧道钻孔机及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道钻孔机及其施工方法，隧道钻孔机包括履带底盘、控制箱柜和活动座体，活动座体与控制箱柜之间设置有滑动机构，滑动机构包括第一导轨和第二导轨，第二导轨的下部连接有第一丝杠，第一丝杠的端部连接有第一电机，活动座体的下部连接有第二丝杠，第二丝杠的端部连接有第二电机，活动座体的上部设置有旋转盘座，活动座体内设置有第三电机，旋转盘座的端部转动连接有伸缩臂，伸缩臂的端部连接有钻头机构，钻头机构内设置有视觉系统。本发明专利技术能够有效应用在隧道钻孔中，钻孔作业范围广，工作效率高，结合施工方法，能够有效解决隧道打孔过程中手工制孔难、精度差、工期长、操作空间不便等问题，效果显著，便于推广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道钻孔机及其施工方法


[0001]本专利技术属于隧道打孔
，具体涉及一种隧道钻孔机及其施工方法。

技术介绍

[0002]随着中国经济的高速发展，城镇化进程不断加快，人民生活水平不断提高，人们出行方式也发生了重大改变，轨道交通成了人们出行的重要选择之一，由于它的快捷而经济，国家为了满足人们的这种需求不断加大投入，越来越多的轨道等待建设。为了更快更好的完成施工，轨道交通的从业者们不断的想方设法提高工作效率，按期完成施工任务，但作为轨道施工的一部分，隧道施工中钻孔施工工艺还是比较落后的人工作业方式而人工作业存在根多缺点：劳动强度大、作业人员容易疲劳、不能持继的以同样的速度钻孔、导致效率低：人工作业由于每次钻孔手持电锤的角度、推进速度、深度不一致，打孔质量没有保证，重复性差。人工作业用人多成本高：人工作业人的疏忽或多人协作不一致、容易出安全事故，作业不安全，道中空气流通不够、光线照明不足、钻孔时产生灰尘导致作业环境差。因此，迫切需要一种方法来提高工作效率、解决隧道打孔过程中手工制孔难、效率低、精度差、工期长、操作空间不便等的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道钻孔机及其施工方法，隧道钻孔机的结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在隧道钻孔中，钻孔作业范围广，工作效率高，结合施工方法，能够有效解决隧道打孔过程中手工制孔难、效率低、精度差、工期长、操作空间不便等问题，效果显著，便于推广。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种隧道钻孔机，包括由地面向上依次设置的履带底盘、控制箱柜和活动座体，所述控制箱柜固定连接在履带底盘的顶部，所述活动座体与控制箱柜之间设置有滑动机构，所述滑动机构包括在控制箱柜顶部设置的第一导轨，所述第一导轨上滑动连接有与第一导轨相垂直的第二导轨，所述第二导轨的下部连接有与第一导轨相平行的第一丝杠，所述第一丝杠的端部连接有用于带动第一丝杠转动的第一电机，所述活动座体的下部连接有与第二导轨相平行的第二丝杠，所述第二丝杠的端部连接有用于带动第二丝杠转动的第二电机，所述活动座体的上部设置有旋转盘座，所述活动座体内设置有带动旋转盘座转动的第三电机，所述旋转盘座的端部转动连接有伸缩臂，所述伸缩臂的端部连接有钻头机构，所述钻头机构内设置有用于识别定位钻孔的视觉系统。
[0005]上述的一种隧道钻孔机，所述钻头机构包括支撑架和钻头，所述支撑架的一端与伸缩臂活动连接，所述支撑架的另一端设置有钻头导轨，所述钻头导轨上滑动连接有用于安装钻头的安装板，所述安装板的下部连接有与钻头导轨相平行的钻头丝杠，所述钻头丝杠的端部连接有用于带动钻头丝杠转动的伺服电机。
[0006]上述的一种隧道钻孔机，所述支撑架与伸缩臂之间连接有铰接杆和用于调整支撑
架倾角的液压缸。
[0007]上述的一种隧道钻孔机，所述控制箱柜内设置有油压站、发电机和控制器，所述第一电机、第二电机、第三电机和伺服电机均与控制器的输出端连接，所述视觉系统与控制器的输入端连接。
[0008]本专利技术还公开了一种隧道钻孔机的施工方法，采用上述的隧道钻孔机，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、通过所述履带底盘移动至隧道钻孔作业工作区；
[0010]步骤二、通过所述第三电机带动旋转盘座转动，使钻头机构转动至大概的工作角度；
[0011]步骤三、通过所述伸缩臂作用，使钻头机构伸至大概的工作高度；
[0012]步骤四、所述钻头机构中的视觉系统对目标钻孔进行识别定位；
[0013]步骤五、通过所述滑动机构带动活动座体移动，进而实现对钻头的位置调整；
[0014]步骤六、通过所述伺服电机带动钻头移动，使钻头对准目标钻孔；
[0015]步骤七、通过液压缸调整钻头倾角，使钻头垂直于目标钻孔表面；
[0016]步骤八、所述钻头工作，进行钻孔作业。
[0017]上述的一种隧道钻孔机的施工方法，步骤四中所述钻头机构中的视觉系统对目标钻孔进行识别定位的具体过程包括：
[0018]步骤401、对目标钻孔标记图像进行边缘检测；
[0019]步骤402、对目标钻孔标记图像进行色彩检测；
[0020]步骤403、采用深度卷积神经网络对目标钻孔标记图像进行精准定位。
[0021]上述的一种隧道钻孔机的施工方法，步骤401中所述对目标钻孔标记图像进行边缘检测的具体过程包括：
[0022]步骤40101、采用优化的中值滤波算法对目标钻孔标记图像进行滤波；
[0023]所述优化的中值滤波算法通过在中值滤波算法中加入噪声点判断，并在求取中值时，去除窗口内的噪声点，具体过程包括:
[0024]噪声点判断
[0025]其中，X
ij
为窗口内待判断点，S为信号点，N为噪声点，X
min
为窗口内极小值，X
max
为窗口内极大值，D为设定的阈值；
[0026]噪声点去除
[0027]其中，X
med
为去除窗口内的噪声点后的中值，[X
ij
]为窗口内全部点集，[X
S
]为窗口内的噪声点集，p为窗口内全部点数，q为窗口内噪声点数；
[0028]步骤40102、采用梯度幅值对目标钻孔标记图像进行边缘增强；
[0029]步骤40103、采用Canny算子对目标钻孔标记图像进行边缘位置检测；
[0030]用高斯滤波器平滑目标钻孔标记图像；用一阶偏导的有限差分计算梯度的幅值和方向；对梯度幅值进行非极大值抑制；用双阈值算法检测和连接边缘。
[0031]上述的一种隧道钻孔机的施工方法，步骤402中所述对目标钻孔标记图像进行色
彩检测的具体过程包括：
[0032]步骤40201、将目标钻孔标记图像从RGB空间转换到HSV空间中；
[0033]步骤40202、设定HSV空间中色调分量H、饱和度分量S和亮度分量V的模糊范围；
[0034]步骤40203、根据模糊范围将HSV空间中的目标钻孔标记图像处理为二值化图像；
[0035]步骤40204、将二值化图像中的各个连通区域的外围描绘连接；
[0036]步骤40205、根据钻孔标记的长宽比和面积对连通区域进行筛选，获得钻孔标记的候选区域图像；
[0037]步骤40206、从目标钻孔标记图像中将候选区域图像分割出来，便于后续进一步精准识别定位。
[0038]上述的一种隧道钻孔机的施工方法，步骤403中所述采用深度卷积神经网络对目标钻孔标记图像进行精准定位的具体过程包括：
[0039]步骤40301、构建用于进行精准定位目标钻孔标记图像的深度卷积神经网络结构；
[0040]所述深度卷积神经网络结构包括三个层级的级联卷积神经网络CNN；
[0041]第一层包括1个CNN，输入为39*39；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道钻孔机，其特征在于：包括由地面向上依次设置的履带底盘(1)、控制箱柜(2)和活动座体(6)，所述控制箱柜(2)固定连接在履带底盘(1)的顶部，所述活动座体(6)与控制箱柜(2)之间设置有滑动机构，所述滑动机构包括在控制箱柜(2)顶部设置的第一导轨(3)，所述第一导轨(3)上滑动连接有与第一导轨(3)相垂直的第二导轨(4)，所述第二导轨(4)的下部连接有与第一导轨(3)相平行的第一丝杠(5)，所述第一丝杠(5)的端部连接有用于带动第一丝杠(5)转动的第一电机(11)，所述活动座体(6)的下部连接有与第二导轨(4)相平行的第二丝杠(7)，所述第二丝杠(7)的端部连接有用于带动第二丝杠(7)转动的第二电机(12)，所述活动座体(6)的上部设置有旋转盘座(8)，所述活动座体(6)内设置有带动旋转盘座(8)转动的第三电机(13)，所述旋转盘座(8)的端部转动连接有伸缩臂(9)，所述伸缩臂(9)的端部连接有钻头机构(10)，所述钻头机构(10)内设置有用于识别定位钻孔的视觉系统(15)。2.按照权利要求1所述的一种隧道钻孔机，其特征在于：所述钻头机构(10)包括支撑架(10
‑
1)和钻头(10
‑
2)，所述支撑架(10
‑
1)的一端与伸缩臂(9)活动连接，所述支撑架(10
‑
1)的另一端设置有钻头导轨(10
‑
3)，所述钻头导轨(10
‑
3)上滑动连接有用于安装钻头(10
‑
2)的安装板(10
‑
4)，所述安装板(10
‑
4)的下部连接有与钻头导轨(10
‑
3)相平行的钻头丝杠(10
‑
5)，所述钻头丝杠(10
‑
5)的端部连接有用于带动钻头丝杠(10
‑
5)转动的伺服电机(14)。3.按照权利要求2所述的一种隧道钻孔机，其特征在于：所述支撑架(10
‑
1)与伸缩臂(9)之间连接有铰接杆(16)和用于调整支撑架(10
‑
1)倾角的液压缸(17)。4.按照权利要求2所述的一种隧道钻孔机，其特征在于：所述控制箱柜(2)内设置有油压站、发电机和控制器，所述第一电机(11)、第二电机(12)、第三电机(13)和伺服电机(14)均与控制器的输出端连接，所述视觉系统(15)与控制器的输入端连接。5.一种隧道钻孔机的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
4所述的隧道钻孔机，所述方法包括以下步骤：步骤一、通过所述履带底盘(1)移动至隧道钻孔作业工作区；步骤二、通过所述第三电机(13)带动旋转盘座(8)转动，使钻头机构(10)转动至大概的工作角度；步骤三、通过所述伸缩臂(9)作用，使钻头机构(10)伸至大概的工作高度；步骤四、所述钻头机构(10)中的视觉系统(15)对目标钻孔进行识别定位；步骤五、通过所述滑动机构带动活动座体(6)移动，进而实现对钻头(10
‑
2)的位置调整；步骤六、通过所述伺服电机(14)带动钻头(10
‑
2)移动，使钻头(10
‑
2)对准目标钻孔；步骤七、通过液压缸(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕永宏，刘红燕，
申请(专利权)人：吕永宏，
类型：发明
国别省市：