顶管机的机头姿态自动测量装置制造方法及图纸

一种顶管机的机头姿态自动测量装置，图像采集卡、ＰＬＣ可编程控制器主机和计算机位于地面上的控制室内；激光光源固定在始发井中，光靶和测量环吊挂在顶管机机头内的前部并与激光光源直线对应，摄像机吊挂在光靶的后上方，倾斜仪固定在顶管机机头内的底部，ＰＬＣ可编程控制器从机与ＰＬＣ可编程控制器主机连接；千斤顶主顶的上安装有位移传感器，摄像机采集的光靶图像信号经过图像采集卡输送到计算机中，倾斜仪采集的顶管机俯仰角和滚动角的数据、位移传感器采集的千斤顶主顶的行程信号经过ＰＬＣ可编程控制器主机输送到计算机中。可提高机头姿态测量的精度，实现顶管机的自动纠偏。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种隧道施工中顶管机机头位置的自动测量装置。
技术介绍
顶管技术是一种非开挖式地下隧道施工技术。在顶管施工过程中，对隧道轴线的控制非常重要，关系到顶管施工的成败。控制管道轴线是依靠实时调整顶管机机头的姿态来实现的，这就需要对顶管机机头的姿态进行实时测量。当前，对顶管机机头姿态的测量主要采用人工测量，实时性得不到保证，而且费时费力，效率低。经文献检索，能够实现顶管机机头姿态的自动测量的有陀螺仪，自动跟踪全站仪和激光测量装置。应用这些装置都能得到顶管机任意时刻的部分或全部姿态数据，但各自的特点不同。 陀螺仪进行姿态测量时，能自动显示方位角、倾斜角、回转角，但是它不能显示顶管机机头的偏差，所以还需要激光测量装置来进行辅助测量才能得到顶管机的全部姿态数据。 自动跟踪全站仪价格昂贵，经文献检索尚未发现用在微型顶管机的机头上。 激光测量装置是当前顶管施工中应用最普遍的姿态测量装置。专利号为03229232. 5公开的一种激光测量装置，主要由激光源、光靶、测量环、摄像机、计算机、倾斜仪组成，工作时，能够监视光靶上激光点的位置，并通过计算机得到顶管机的俯仰角。它的缺点是不能精确测量出顶管机的水平方位角。伊势机公司中小口径泥水平衡顶管机所配备的RSG反射型方向诱导装置见图1也是一种应用激光技术的姿态测量装置，不同的是它采用了两块光靶，第一块光靶显示的是实际偏差值，第二块是反射光靶，激光光源透过第一块光靶射向前方的反射镜，然后反射到第二块激光投影板，两点成线，如此一来，在得到顶管机的机头偏差的同时就可以实时得到顶管机机头的水平方位角和俯仰角。这两种装置的共同点是激光光源位于始发工作井中，光靶和摄像机固定在顶管机的机头中，需要大量的视频传输线。机头中空间狭窄，光照不好，RSG反射诱导装置的反射镜和光靶距离很短，使得计算出的机头姿态精度有限。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种顶管机的机头姿态自动测量装置，要提高现有整个推进过程中的机头姿态即隧道轴线的稳定性，其摆脱操作人员的影响，同时也降低操作人员的劳动强度的技术问题。 为实现上述目的，本技术采如以下技术方案 —种顶管机的机头姿态自动测量装置，包括激光光源、光靶、测量环，摄像机、计算机、PLC可编程控制器主机和倾斜仪，其特征在于 所述图像采集卡、PLC可编程控制器主机和计算机位于地面上的控制室内； 所述激光光源固定在始发井中，光靶和测量环吊挂在顶管机机头内的前部，并与激光光源直线对应，摄像机吊挂在光靶的后上方，其数据线与地面上的图像采集卡的输入端子连接； 所述倾斜仪固定在顶管机机头内的底部，倾斜仪的数据线经PLC从机模拟量输入模块与PLC可编程控制器从机的信号输入端连接，PLC可编程控制器从机的RS485通讯端子与地面上PLC可编程控制器主机的RS485通讯端子连接； 始发井中千斤顶主顶的上安装有位移传感器，位移传感器的数据线经PLC主机模拟量输入模块与地面上PLC可编程控制器主机的信号输入端连接； 图像采集卡的输出端子与计算机连接，PLC可编程控制器主机通过编程电缆与计算机连接，摄像机采集的光靶图像信号经过图像采集卡输送到计算机中，倾斜仪采集的顶管机俯仰角和滚动角的数据、位移传感器采集的千斤顶主顶的行程信号经过PLC可编程控制器主机输送到计算机中。 所述PLC从机模拟量输入模块可以置于PLC可编程控制器从机内。 所述PLC主机模拟量输入模块可以置于PLC可编程控制器主机内。 与现有技术相比本技术具有以下特点和有益效果 本技术可以通过计算机实时的精确的得到顶管机的的全部姿态数据，在得到顶管机的机头偏差的同时就可以实时得到机头的水平偏差，竖直偏差，俯仰角，水平方位角和回转角。既可以在控制室内进行人工监视激光的的位置，降低人员操作的劳动强度，降低其影响。 采用了本技术有效的解决了隧道工程中顶管机的机头姿态自动化测量的技术难题，根据测得的机头的姿态数据对纠偏千斤顶进行编组控制，可以有效的控制好整个推进过程中的机头姿态及隧道轴线。可提高机头姿态测量的精度，实现顶管机的自动纠偏。附图说明图1是本技术结构和各部件位置的示意图； 图2是本技术的结构组成框图。 附图标记l-激光光源，2-光靶，3-测量环，4-摄像机，5-计算机，6-倾斜仪，7-位移传感器，8-顶管机机头，9-PLC从机模拟量输入模块，IO-PLC可编程控制器从机，11-始发井，12-千斤顶主顶，13-PLC主机模拟量输入模块，14-PLC可编程控制器主机，15-图像采集卡。具体实施方式实施例参见图1、图2所示， 一种顶管机的机头姿态自动测量装置，主要包括激光光源1、光靶2、测量环3、摄像机4、计算机5、倾斜仪6、位移传感器7、 PLC从机模拟量输入模块9、 PLC可编程控制器从机10、 PLC主机模拟量输入模块13、 PLC可编程控制器主机14和图像采集卡15。光靶2、测量环3、摄像机4、倾斜仪6、PLC从机模拟量输入模块9和PLC可编程控制器从机10固定在顶管机的机头8内。摄像机朝光靶方向设置，位移传感器7安装在始发井11中的千斤顶主顶12上，图像采集卡15、 PLC主机模拟量输入模块13、 PLC可编程控制器主机14和计算机5位于地面上的控制室内。 所述图像采集卡15、 PLC可编程控制器主机14和计算机5位于地面上的控制室内； 所述激光光源1固定在始发井11中，光靶2和测量环3吊挂在顶管机机头8内的前部，并与激光光源1直线对应，摄像机4吊挂在光靶2的后上方，其数据线与地面上的图像采集卡15的输入端子连接； 所述倾斜仪6固定在顶管机机头11内的底部，倾斜仪6的数据线经PLC从机模拟量输入模块9与PLC可编程控制器从机10的信号输入端连接，PLC可编程控制器从机10的RS485通讯端子与地面上PLC可编程控制器主机14的RS485通讯端子连接； 始发井11中千斤顶主顶12的上安装有位移传感器7，位移传感器7的数据线经PLC主机模拟量输入模块13与地面上PLC可编程控制器主机14的信号输入端连接； 图像采集卡15的输出端子与计算机5连接，PLC可编程控制器主机14通过编程电缆与计算机5连接，摄像机4采集的光靶图像信号经过图像采集卡15输送到计算机中，倾斜仪6采集的顶管机俯仰角和滚动角的数据、位移传感器7采集的千斤顶主顶的行程信号经过PLC可编程控制器主机14输送到计算机5中。 顶管机工作时，位于始发井11内的激光光源1发出一束激光，打在吊挂在顶管机机头8前部的光靶2上呈现为一个光斑，摄像机4实时采集光靶2上呈现的图像，并将信号传送到地面并通过图像采集卡15送给计算机5，计算机5上同时以图像形式显示光斑的位置和以数字形式显示光斑相对于光靶坐标系的坐标，这个坐标就是顶管机机头的水平偏差和竖直偏差；固定在顶管机头8底部的倾斜仪6实时测得顶管机机头的俯仰角和滚动角，将数据依次经过PLC从机模拟量输入模块9、 PLC可编程控制器从机10、 PLC可编程控制器主机14送到计算机5中，固定在千斤顶主顶12上的位移传感器7实时测得千斤顶主顶的行程，将数据依次经过PLC主机模拟量输入模块13、 PLC可编程控制器主机14送到计算机5中。根据实时测得顶管机机头的水平偏差、竖直偏差、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶管机的机头姿态自动测量装置，包括激光光源（１）、光靶（２）、测量环（３）摄像机（４）、计算机（５）、ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）和倾斜仪（６），其特征在于：所述图像采集卡（１５）、ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）和计算机（５）位于地面上的控制室内；所述激光光源（１）固定在始发井（１１）中，光靶（２）和测量环（３）吊挂在顶管机机头（８）内的前部，并与激光光源（１）直线对应，摄像机（４）吊挂在光靶（２）的后上方，其数据线与地面上的图像采集卡（１５）的输入端子连接；所述倾斜仪（６）固定在顶管机机头（１１）内的底部，倾斜仪（６）的数据线经ＰＬＣ从机模拟量输入模块（９）与ＰＬＣ可编程控制器从机（１０）的信号输入端连接，ＰＬＣ可编程控制器从机（１０）的ＲＳ４８５通讯端子与地面上ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）的ＲＳ４８５通讯端子连接；始发井（１１）中千斤顶主顶（１２）的上安装有位移传感器（７），位移传感器（７）的数据线经ＰＬＣ主机模拟量输入模块（１３）与地面上ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）的信号输入端连接；图像采集卡（１５）的输出端子与计算机（５）连接，ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）通过编程电缆与计算机（５）连接，摄像机（４）采集的光靶图像信号经过图像采集卡（１５）输送到计算机中，倾斜仪（６）采集的顶管机俯仰角和滚动角的数据、位移传感器（７）采集的千斤顶主顶的行程信号经过ＰＬＣ可编程控制器主机（１４）输送到计算机（５）中。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董建，王世高，张国京，孙文龙，赵永，
申请(专利权)人：北京市市政工程研究院，北京市公路桥梁建设集团有限公司，北京筑基恒业市政工程有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]