【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于tbm掘进机实时监测，尤其涉及一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置及方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、tbm掘进机因其施工安全、环保、掘进效率高等优点，被广泛应用于地铁等大型隧道建设工程。tbm掘进机刀盘刀具系统包括刀盘主体、刀座、刀具等；刀具包括滚刀、切刀、先行刀等。以刀盘刀具为例，其作为切削岩土体的重要工具，因与岩土体直接接触而极易发生磨损，尤其是遇到砂卵石、复合底层等环境时磨损更为严重。而且，盾构机施工过程中持续承受较大的隧道周边压力，特别是位于江河湖海的下方，隧道周边水压力更大，给盾构机更换刀具带来了极大的困难。因此，盾构机换刀需要提前进行规划，进而给刀具状态检测提出了更高的要求。在硬岩地层中，滚刀长时间掘进或者滚刀偏磨会造成滚刀温度的异常，但盾构机操作人员并不知道刀具磨损程度，可能会在刀具已经磨损的情况下进行掘进。
3、大量工程实践经验证明，tbm掘进机的刀具检查、更换和刀盘维修等作业实践约占掘进施工总时间的30％到40％。现有技术中一般采用开舱检查的方法来检查刀具。具体而言，停机后作业人员进入舱体对刀具进行逐个检测。在不稳定地层中，开舱前需要进行底层加固或者带压作业，方可入舱进行检查。尽管这种方法直接可靠，但却存在较高的风险，例如掌子面不稳定而造成地面坍塌等事故。
4、因此，可以在刀具内置入磨损感应装置来进行报警或提示。例如，在刀具内安装液压或者电子传感器系统，一旦刀具磨损到一定程度就自动报警或指示
5、滚刀磨损感应装置则是采用测量液压油缸从刀盘伸出至滚刀刃尖的行程，通过比较伸出行程与磨损前伸出行程的差值判断滚刀的磨损量。例如，通电式刀具磨损检测，在刀具制作时先将电线埋入刀具中，随着盾构机的掘进，当刀具磨损达到限定阈值时，通电电线被磨断，于是电路断路，通知外界。该方法简单直接，但是不能连续检测刀具磨损的进展情况。
6、针对切削类的盾构刀具，可优选设计通电式传感装置实现连续测量，例如按间距设置多个通路置入刀具中，使用单片机控制选通其中一个通路，通过电量判断其通断，从而获取刀具的磨损量。但是这种检测方式应用范围较小，每一个检测单元都需要一个单独的回路，难以满足大容量的监测需求。
7、tbm掘进机的换刀过程比较复杂，刀具的更换需要较长的时间。因此，如果刀具损坏，会对盾构掘进施工带来很大的影响。另外，盾构机停机维保时，工作人员在tbm掘进机刀盘系统中检查刀具，工作人员不但要在高温和大水的条件下工作，而且刀盘转动检查刀具时可能被石头砸伤等安全隐患。
8、经过检索，现有技术中存在：tbm掘进刀具磨损实时监测技术及刀盘振动监测分析、掘进机刀盘盘形滚刀群体运行状态监测，但是上述现有技术主要是利用传感器进行监测，所获取的数据不够精准，导致监测及换刀会存在误差操作。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，对tbm掘进机检测刀盘滚刀磨损程度并利用智能拆卸的机械臂手进行更换。
2、为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
3、第一方面，公开了一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，包括：
4、机械臂、控制单元、机箱、图像采集单元及散射成像单元；
5、所述机械臂的下方安装有机箱，所述机箱内安装有图像采集单元及散射成像单元；所述机械臂前端安装有夹紧装置；
6、所述控制单元与图像采集单元及散射成像单元通信，接收图像采集单元探测的刀盘表面的病害信息以及散射成像单元探测的滚刀内部一定范围的病害信息，并基于接收的信息实时检测刀盘刀具磨损情况，如果刀盘刀具磨损程度达到需要更换时，控制机械臂动作，机械臂的夹紧装置对达到病害阈值的刀具进行更换。
7、作为进一步的技术方案，所述机械臂安装在基座上，包括：设置在基座上的旋转基座，所述旋转基座上设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的一端与支撑臂的下端相连，所述支撑臂的上端设置有第二驱动电机，所述支撑臂的上端部还连接有伸缩臂，所述伸缩臂与支撑臂成垂直连接，所述伸缩臂的下端面设置有机箱，所述所述伸缩臂的末端面安装有夹紧装置。
8、作为进一步的技术方案，所述机箱内还安装有智能定位系统，用于对机械臂的行动路径进行调整，完成对刀盘刀具的更换。
9、作为进一步的技术方案，所述机械臂还包括控制模块，所述控制模块用于控制第一驱动电机及第二驱动电机工作，继而控制旋转基座、夹紧装置的动作。
10、作为进一步的技术方案，所述控制模块与第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机相连，第一驱动电机与旋转基座和支撑臂相连，控制机械臂左右移动，第二驱动电机与支撑臂和伸缩臂相连，控制伸缩臂的上下运动，第三驱动电机与夹紧装置相连，控制夹紧装置夹紧和转动。
11、作为进一步的技术方案，所述基座固定在盾构刀盘人仓相应位置。
12、第二方面，公开了一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测方法，包括：
13、接收图像采集单元探测的刀盘表面的病害信息以及散射成像单元探测的滚刀内部一定范围的病害信息；
14、基于接收的信息实时检测刀盘刀具磨损情况，如果刀盘刀具磨损程度达到需要更换时，控制机械臂动作，机械臂的夹紧装置对达到病害阈值的刀具进行更换。
15、作为进一步的技术方案，所述控制机械臂动作，机械臂的夹紧装置对达到病害阈值的刀具进行更换，具体为：
16、机械臂按照规划路线行动到刀盘刀具前方，智能定位系统对偏移路线进行微调，控制模块控制驱动电机，驱动电机控制夹紧装置对螺栓拆卸，并将刀盘取出放置到存放位置，然后控制模块控制机械手拿起新刀盘刀具，同时进行安装孔定位，将刀盘刀具安装上，并进行螺栓上紧，上紧螺栓后，监控刀盘，通知控制刀盘转动，并进行下一个刀盘刀具检查，依次往复，当所有刀盘刀具检测完成后，启动盾构机，进行掘进。
17、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
18、本专利技术采用高清摄像机、x光散射成像系统、控制终端，防止内部零部件出现损坏，设备零部件都采用耐高温、防潮、防震装置、避免了在工作过程中出现损坏的问题。避免工作人员进入刀盘，在温度高、潮湿度高等恶劣条件下工作，并提高了工作效率。避免工作人员进入盾构机刀盘更换刀具，出现受伤情况。
19、本专利技术机械臂上安装高清摄像头和x光散射成像系统对刀盘进行实时监控，在盾构机刀盘滚刀出现问题时，可以及时将刀盘内的情况传达到主控室，能够及时进行停机整顿。
20、本专利技术通过图像采集单元和散射单元，采集刀盘滚刀损坏情况并利用机械臂更换滚刀，所获得信息更加全面，有利于实现准确的换刀。
21、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机械臂安装在基座上，包括：设置在基座上的旋转基座，所述旋转基座上设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的一端与支撑臂的下端相连，所述支撑臂的上端设置有第二驱动电机，所述支撑臂的上端部还连接有伸缩臂，所述伸缩臂与支撑臂成垂直连接，所述伸缩臂的下端面设置有机箱，所述所述伸缩臂的末端面安装有夹紧装置。
3.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机箱内还安装有智能定位系统，用于对机械臂的行动路径进行调整，完成对刀盘刀具的更换。
4.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机械臂还包括控制模块，所述控制模块用于控制第一驱动电机及第二驱动电机工作，继而控制旋转基座、夹紧装置的动作。
5.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述基座固定在盾构刀盘人仓相应位置。
6.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测
7.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机箱带有雨刷，内部放置高清摄像机、X光散射成像系统。
8.如权利要求1所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述伸缩臂头部设有控制角度为360度的夹紧装置，该夹紧装置由第二驱动电机控制夹紧装置的取件夹爪水平及竖直旋转。
9.一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测方法，其特征是，包括：
10.如权利要求9所述的一种TBM掘进机刀盘刀具实时监测方法，其特征是，所述控制机械臂动作，机械臂的夹紧装置对达到病害阈值的刀具进行更换，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机械臂安装在基座上，包括：设置在基座上的旋转基座，所述旋转基座上设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的一端与支撑臂的下端相连，所述支撑臂的上端设置有第二驱动电机，所述支撑臂的上端部还连接有伸缩臂，所述伸缩臂与支撑臂成垂直连接，所述伸缩臂的下端面设置有机箱，所述所述伸缩臂的末端面安装有夹紧装置。
3.如权利要求1所述的一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机箱内还安装有智能定位系统，用于对机械臂的行动路径进行调整，完成对刀盘刀具的更换。
4.如权利要求1所述的一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述机械臂还包括控制模块，所述控制模块用于控制第一驱动电机及第二驱动电机工作，继而控制旋转基座、夹紧装置的动作。
5.如权利要求1所述的一种tbm掘进机刀盘刀具实时监测装置，其特征是，所述基座固...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘学斌，李阳，刘丛林，吴宁，孟彬，葛金龙，唐华伟，李尧，
申请(专利权)人：山东百廿慧通工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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