一种双护盾掘进机姿态测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种双护盾掘进机姿态测量系统，包括安装在主推油缸上的第一倾角仪、安装在支撑盾与主推油缸底座连接处的角度测量装置、安装在前盾上的第二倾角仪、安装在支撑盾上的激光靶、工业计算机，以及安装在洞壁上的全站仪和后视棱镜，所述主推油缸的一端连接前盾，所述主推油缸的另一端连接支撑盾；所述角度测量装置用于测量主推油缸的方位角；所述第一倾角仪用于测量主推油缸的俯仰角；所述第二倾角仪用于测量前盾的俯仰角和转动角；工业计算机用于根据各测量装置得到的测量结果计算出支撑盾和前盾的姿态。本发明专利技术还涉及一种双护盾掘进机姿态测量系统的测量方法，可在恶劣环境中稳定准确地解决双护盾掘进机的前进状态进行准确测量。进行准确测量。进行准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种双护盾掘进机姿态测量系统及其测量方法


[0001]本专利技术涉及隧道挖掘
，特别是涉及一种双护盾掘进机姿态测量系统及其测量方法。

技术介绍

[0002]双护盾掘进机，主要特征是位于设备前面部分的前盾可以伸长，该机型地质适应性非常广泛，既可用于硬岩，又可用于软岩，尤其能安全地穿过断层破碎地带，常用于混合岩石地层的隧道掘进领域。大多实际应用中相比较于常规盾构机环境较为恶劣，存在强震动、高粉尘的特点，另外由于前盾与支撑盾之间通过球形铰接油缸连接，前盾位置较为灵活与支撑盾不固定，常规的盾构导向系统无法直接满足测量需求。
[0003]目前国内外用于双护盾姿态测量的系统主要是在支撑盾安装激光靶，通过安装在洞壁的全站仪测量得出支撑盾的姿态；在前盾的姿态测量中采用在支撑盾固定安装激光，在前盾安装激光接收靶，通过检测激光光斑的位置变化来确定前盾相对于支撑盾相对变化，再根据支撑盾当前位置计算出前盾的姿态。另外也有采用在支撑盾安装CCD测量相机，在前盾安装LED特征点，通过对CCD成像光斑进行处理从而确定前盾与支撑盾的相对位置关系。
[0004]在实际施工过程中由于小半径转弯的需求以及小直径掘进机的设计越来越广泛，前盾与支撑盾之间的测量通道逼仄，并且存在大量粉尘，对于视觉测量条件较差，目前市面上已有的导向系统不能很好地适应各类工况。针对以上问题，如何在现有施工环境下实时自动测量出前盾位姿，在保证测量精度的同时做到各类工况均能稳定实用的需求，是业内技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双护盾掘进机姿态测量系统及其测量方法，可在恶劣环境中稳定准确地解决双护盾掘进机前盾与支撑盾之间的相对位置测量，以及支撑盾的姿态测量。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双护盾掘进机姿态测量系统，包括安装在主推油缸上的第一倾角仪、安装在支撑盾与主推油缸底座连接处的角度测量装置、安装在前盾上的第二倾角仪、安装在支撑盾上的激光靶、工业计算机，以及安装在洞壁上的全站仪和后视棱镜，所述主推油缸的一端连接前盾，所述主推油缸的另一端连接支撑盾；所述角度测量装置用于测量主推油缸的方位角；所述第一倾角仪用于测量主推油缸的俯仰角；所述第二倾角仪用于测量前盾的俯仰角和转动角；
[0007]所述全站仪通过测量后视棱镜对自身进行定位，所述工业计算机根据全站仪测量激光靶计算出支撑盾的姿态；
[0008]所述工业计算机根据计算出的支撑盾的姿态计算出主推油缸与支撑盾连接端的姿态；
[0009]所述工业计算机根据计算出的主推油缸与支撑盾连接端的姿态、角度测量装置测得的主推油缸的方位角、第一倾角仪测得的主推油缸的俯仰角和转动角，以及主推油缸的行程计算出主推油缸与前盾连接端的姿态，并根据计算出的主推油缸与前盾连接端的姿态，以及第二倾角仪测得的前盾的俯仰角和转动角计算出前盾的姿态。
[0010]所述角度测量装置包括两个与工业计算机连接的拉线传感器，所述两个拉线传感器用于测量主推油缸相对于支撑盾的水平角度变化。
[0011]所述两个拉线传感器的拉线的线端固定于主推油缸上一点。
[0012]所述主推油缸的一端设置有前部球心、另一端设置有后部球心，所述主推油缸通过所述前部球心和前盾连接，所述主推油缸通过所述后部球心和支撑盾连接。
[0013]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种如上述双护盾掘进机姿态测量系统的测量方法，包括：
[0014]步骤(1)：在掘进机施工掘进前，获取激光靶与支撑盾的初始位置关系、角度测量装置与主推油缸的初始位置关系、主推油缸的前部球心与前盾的初始位置关系、主推油缸的后部球心与支撑盾的初始位置关系，以及第二倾角仪与前盾的初始位置关系；
[0015]步骤(2)：在掘进机施工过程中，安装在洞壁上的全站仪通过实时测量激光靶确定支撑盾的实时位置信息，由于主推油缸的后部球心与支撑盾位置关系相对固定，所述工业计算机根据所述支撑盾的实时位置信息计算出主推油缸的后部球心的实时三维坐标；
[0016]步骤(3)：根据计算出的主推油缸的后部球心的实时三维坐标、角度测量装置测得的主推油缸相对于支撑盾的方位角度变化、第一倾角仪测得的主推油缸的俯仰角，以及主推油缸的行程，通过坐标正得算出主推油缸的前部球心的实时三维坐标；由于主推油缸的前部球心与前盾位置关系相对固定，所述工业计算机根据计算出的主推油缸的前部球心的实时三维坐标，以及第二倾角仪测得的前盾的转动角和俯仰角，采用七参数模型计算出前盾的实时位置信息，并将计算出的前盾的实时位置信息与设计位置姿态进行对比，最后将对比结果实时显示。
[0017]所述步骤(1)具体为：在掘进机施工掘进前，在同一坐标系下测得支撑盾轴线端点、前盾轴线端点、主推油缸的前部球心和后部球心的初始三维坐标、前盾的初始俯仰角和转动角，以及支撑盾的初始俯仰角和转动角，所述工业计算机根据测量结果计算得到激光靶与支撑盾的初始位置关系、角度测量装置与主推油缸的初始位置关系、主推油缸的前部球心与前盾的初始位置关系、主推油缸的后部球心与支撑盾的初始位置关系，以及第二倾角仪与前盾的初始位置关系。
[0018]有益效果
[0019]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术提供的测量系统前盾与支撑盾之间无需激光或者图像设备，仅需要通过由拉线传感器组成的角度测量装置直接测得水平角度，适用于平行或V字型油缸布置的双护盾掘进机，适用于各类含有粉尘、水汽的恶劣环境，同时解决了掘进机小半径转弯的自动定位需求，成本低且实用性好；本专利技术能够实时测量双护盾掘进机前盾、支撑盾的水平偏差、垂直偏差和姿态角及时为现场施工人员提供准确的数据支持，避免了姿态获取不及时稳定造成“盲推”现象；本专利技术在前盾与支撑盾之间的测量设备安装简单，同时标定方便。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施方式的双护盾掘进机姿态测量系统结构原理图；
[0021]图2是本专利技术实施方式的角度测量装置结构原理图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0023]本专利技术的实施方式涉及一种双护盾掘进机姿态测量系统，请参阅图1，包括安装在主推油缸上的第一倾角仪1、安装在支撑盾与主推油缸底座连接处的角度测量装置2、安装在前盾上的第二倾角仪3、安装在支撑盾上的激光靶4、安装在驾驶室的工业计算机5，以及安装在洞壁上的全站仪6和后视棱镜7，所述主推油缸的一端连接前盾，所述主推油缸的另一端连接支撑盾；所述角度测量装置2用于测量主推油缸的方位角；所述第一倾角仪1用于测量主推油缸的俯仰角和转动角；所述第二倾角仪3用于测量前盾的俯仰角和转动角。
[0024]所述全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双护盾掘进机姿态测量系统，其特征在于，包括安装在主推油缸上的第一倾角仪(1)、安装在支撑盾与主推油缸底座连接处的角度测量装置(2)、安装在前盾上的第二倾角仪(3)、安装在支撑盾上的激光靶(4)、工业计算机(5)，以及安装在洞壁上的全站仪(6)和后视棱镜(7)，所述主推油缸的一端连接前盾，所述主推油缸的另一端连接支撑盾；所述角度测量装置(2)用于测量主推油缸的方位角；所述第一倾角仪(1)用于测量主推油缸的俯仰角和转动角；所述第二倾角仪(3)用于测量前盾的俯仰角和转动角；所述全站仪(6)通过测量后视棱镜(7)对自身进行定位，所述工业计算机(5)根据全站仪(6)测量激光靶(4)计算出支撑盾的姿态；所述工业计算机(5)根据计算出的支撑盾的姿态计算出主推油缸与支撑盾连接端的姿态；所述工业计算机(5)根据计算出的主推油缸与支撑盾连接端的姿态、角度测量装置(2)测得的主推油缸的方位角、第一倾角仪(1)测得的主推油缸的俯仰角，以及主推油缸的行程计算出主推油缸与前盾连接端的姿态，并根据计算出的主推油缸与前盾连接端的姿态，以及第二倾角仪(3)测得的前盾的俯仰角和转动角计算出前盾的姿态。2.根据权利要求1所述的双护盾掘进机姿态测量系统，其特征在于，所述角度测量装置(2)包括两个与工业计算机(5)连接的拉线传感器(8)，所述两个拉线传感器(8)用于测量主推油缸相对于支撑盾的水平角度变化。3.根据权利要求2所述的双护盾掘进机姿态测量系统，其特征在于，所述两个拉线传感器(8)的拉线的线端(9)固定于主推油缸上一点。4.根据权利要求1所述的双护盾掘进机姿态测量系统，其特征在于，所述主推油缸的一端设置有前部球心、另一端设置有后部球心，所述主推油缸通过所述前部球心和前盾连接，所述主推油缸通过所述后部球心和支撑盾连接。5.一种如权利要求1
‑
4中任一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海荣，吴小燕，汪慧琴，刘超，朱涛，覃旭，
申请(专利权)人：上海米度测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：