專利名稱：一種隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位技術(shù)，尤其涉及一種隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隧道二次襯砌施工中，襯砌臺(tái)車的定位精度決定隧道竣工質(zhì)量，而定位速度是隧道二次襯砌施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素。目前，隧道襯砌臺(tái)車定位的主要控制手段是通過專業(yè)測(cè)量人員利用全站儀測(cè)量，配合臺(tái)車操作人員的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)定位。臺(tái)車定位自動(dòng)化程度低，更需要專業(yè)測(cè)量人員的幫助，定位誤差的人為因素不可避免。隧道襯砌施工有時(shí)為了趕工期，施工人員甚至通過簡單的放垂線的方式確定臺(tái)車模板位置，這種方式定位精度根本更差， 同時(shí)，臺(tái)車定位過程也影響了其下方工程車輛的通行。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，提供了隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)，包括點(diǎn)光源、工控機(jī)、定位測(cè)量控制終端、圖像傳感器以及位移控制模塊；工控機(jī)，用于根據(jù)圖像傳感器的信號(hào)計(jì)算隧道襯砌臺(tái)車偏離的位移并將該位移傳送到定位測(cè)量控制終端，及接收來自定位測(cè)量控制終端的控制命令；定位測(cè)量控制終端，用于發(fā)送控制命令至工控機(jī)，并根據(jù)該位移控制位移控制模塊以實(shí)現(xiàn)定位。在一個(gè)示例中，圖像傳感器包括工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀；工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀固定在已知位置，點(diǎn)光源固定在隧道襯砌臺(tái)車模板上。在一個(gè)示例中，隧道襯砌臺(tái)車固定有反光片。在一個(gè)示例中，工控機(jī)包括主機(jī)、顯示器和無線通信模塊；無線通信模塊，用于將所述位移發(fā)送到定位測(cè)量控制終端，及接收來自定位測(cè)量控制終端的控制命令。在一個(gè)示例中，位移控制模塊包括電磁閥、液壓油缸和位移傳感器。在一個(gè)示例中，定位測(cè)量控制終端包括主機(jī)、顯示屏、無線通信模塊和繼電器控制器；無線通信模塊，用于接收所述位移，及發(fā)送控制命令；電磁閥用于控制液壓油缸伸長；繼電控制器用于打開或關(guān)閉電磁閥；位移傳感器用于測(cè)量液壓油缸伸長量并反饋該液壓油缸伸長量至主機(jī)，主機(jī)經(jīng)過計(jì)算后控制繼電器控制器。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)隧道襯砌臺(tái)車的自動(dòng)化、高效率、高精度，避免人為因素的干擾，保證隧道二次襯砌施工質(zhì)量，提高施工進(jìn)度。
圖I為本發(fā)明提供的成像測(cè)量原理示意圖；圖2a和圖2b為本發(fā)明提供的定位原理示意圖；圖3為本發(fā)明提供的隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)示意圖4為本發(fā)明提供的工控機(jī)示意圖；圖5為本發(fā)明提供的定位測(cè)量控制終端示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明采用激光測(cè)距和基于圖像處理的平面定位相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)臺(tái)車模板的空間定位。在隧道內(nèi)已知點(diǎn)作為控制點(diǎn)，架設(shè)激光測(cè)距儀和高分辨率長焦數(shù)字相機(jī)，在臺(tái)車模板上固定點(diǎn)光源作為相機(jī)成像目標(biāo)，在臺(tái)車上固定反光片作為激光測(cè)距儀的激光反射靶，激光測(cè)距儀的測(cè)量數(shù)據(jù)和相機(jī)的成像信息傳入工控機(jī)進(jìn)行分析和處理，得到臺(tái)車模板 當(dāng)前位置相對(duì)于隧道設(shè)計(jì)位置的偏移量，該偏移數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送到定位測(cè)量控制終端上顯示并通過調(diào)節(jié)電磁液壓閥來實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的定位。該系統(tǒng)研發(fā)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)模板的自動(dòng)定位，即通過自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)將工控機(jī)發(fā)送來的偏移數(shù)據(jù)直接作為控制量，操作人員僅僅通過定位測(cè)量控制終端發(fā)送測(cè)量工作的啟動(dòng)命令，整個(gè)測(cè)量、分析、液控、定位、誤差校核等工作全部自動(dòng)完成。本發(fā)明為了保證測(cè)量分析的精度，其成像測(cè)量原理如圖I所示，在臺(tái)車上事先固定已知精確長度的參考點(diǎn)光源，標(biāo)記模板位置的點(diǎn)光源與參考點(diǎn)光源共同在相機(jī)中成像，圖像處理中通過濾波、邊緣提取、中心定位等圖像處理算法確定模板位置點(diǎn)光源距離相機(jī)光軸的像素值，根據(jù)參考點(diǎn)光源之間的像素值與實(shí)際距離的比例可以得到模板位置點(diǎn)光源距離相機(jī)光軸的實(shí)際空間距離。其定位原理如圖2a和圖2b所示，經(jīng)過已知校正點(diǎn)計(jì)算出成像設(shè)備和隧道理想軸線之間的上下偏差角和左右偏差角。由于相機(jī)的固定位置點(diǎn)的坐標(biāo)已知，相機(jī)鏡頭的左右偏角和上下偏角已知，激光測(cè)距儀測(cè)得相機(jī)位置點(diǎn)到模板的直線距離，以上已知參數(shù)通過設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)算法處理可以精確得到模板的實(shí)際空間位置，將該計(jì)算位置點(diǎn)與已知隧道設(shè)計(jì)參數(shù)比較，可以得到模板的位置偏差。本發(fā)明通過無線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制和計(jì)算分析結(jié)果的傳輸和顯示。臺(tái)車操作人員通過定位測(cè)量控制終端即可方便快捷地實(shí)現(xiàn)臺(tái)車位置測(cè)量控制和測(cè)量結(jié)果顯示輸出，整個(gè)過程不受隧道內(nèi)部空間位置和環(huán)境因素的影響，不需要專業(yè)測(cè)量人員的幫助即可順利完成。臺(tái)車模板的位置移動(dòng)通過液壓油缸的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明將測(cè)量分析得到的位置偏差數(shù)據(jù)作為控制參數(shù)，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸液壓閥的動(dòng)作控制，通過連續(xù)測(cè)量和分析實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸動(dòng)作的誤差調(diào)整，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的閉環(huán)控制對(duì)于減少人為因素的影響，提高施工效率和
施工質(zhì)量具有重要意義。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由電磁閥、液壓油缸、位移傳感器和定位測(cè)量控制終端組成。定位測(cè)量控制終端控制電磁閥開閉，位移傳感器測(cè)液壓油缸伸長量并實(shí)時(shí)的反饋給定位測(cè)量控制終端，組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)包括五部分，圖像傳感器部分、工控機(jī)部分、定位測(cè)量控制終端、點(diǎn)光源系統(tǒng)、位移控制部分，如圖3所示。圖像傳感器部分由工業(yè)相機(jī)、鏡頭、激光測(cè)距儀組成，主要負(fù)責(zé)抓取圖像和測(cè)量距離然后傳給工控機(jī)處理。工控機(jī)部分由主機(jī)、顯示器和無線通信模塊組成，如圖4所示。其主要工作是通過無線通信接收命令進(jìn)而控制傳感器工作，接收傳感器傳來的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算出臺(tái)車的偏離，最后經(jīng)過無線通信發(fā)送裝置傳到定位測(cè)量控制終端。定位測(cè)量控制終端由主機(jī)、顯示屏、無線通信模塊和繼電器控制器等組成，如圖5所示。其主要工作是通過無線通信模塊發(fā)送命令控制工控機(jī)和接收來自工控機(jī)的數(shù)據(jù)，繼電器控制器控制點(diǎn)光源和電磁閥。點(diǎn)光源系統(tǒng)是布置在襯砌臺(tái)車需要定位的地方，這樣成像時(shí)就可以計(jì)算出其位置來。點(diǎn)光源由定位測(cè)量控制終端的繼電器控制器控制，有序的點(diǎn)亮。例如，點(diǎn)亮10個(gè)點(diǎn)光源中的三個(gè)。位移控制部分由電磁閥、液壓油缸、位移傳感器組成。定位測(cè)量控制終端控制電磁閥，使液壓油缸伸長，位移傳感器采集到液壓油缸的伸長量后反饋給定位測(cè)量控制終端，經(jīng)過計(jì)算后判定是否要關(guān)閉電磁閥。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)，其特征在于，包括點(diǎn)光源、工控機(jī)、定位測(cè)量控制終端、圖像傳感器以及位移控制模塊； 工控機(jī)，用于根據(jù)圖像傳感器的信號(hào)計(jì)算隧道襯砌臺(tái)車偏離的位移并將該位移傳送到定位測(cè)量控制終端，及接收來自定位測(cè)量控制終端的控制命令； 定位測(cè)量控制終端，用于發(fā)送控制命令至工控機(jī)，并根據(jù)該位移控制位移控制模塊以實(shí)現(xiàn)定位。
2.如權(quán)利要求I所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，圖像傳感器包括工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀；工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距儀固定在已知位置，點(diǎn)光源固定在隧道襯砌臺(tái)車模板上。
3.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，隧道襯砌臺(tái)車固定有反光片。
4.如權(quán)利要求I所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，工控機(jī)包括主機(jī)、顯示器和無線通信模塊；無線通信模塊，用于將所述位移發(fā)送到定位測(cè)量控制終端，及接收來自定位測(cè)量控制終端的控制命令。
5.如權(quán)利要求I所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，位移控制模塊包括電磁閥、液壓油缸和位移傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，定位測(cè)量控制終端包括主機(jī)、顯示屏、無線通信模塊和繼電器控制器；無線通信模塊，用于接收所述位移和發(fā)送控制命令；電磁閥用于控制液壓油缸伸長；繼電控制器用于打開或關(guān)閉電磁閥；位移傳感器用于測(cè)量液壓油缸伸長量并反饋該液壓油缸伸長量至主機(jī)，由主機(jī)經(jīng)過計(jì)算分析后再控制繼電器控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隧道襯砌臺(tái)車定位系統(tǒng)，包括點(diǎn)光源、工控機(jī)、定位測(cè)量控制終端、圖像傳感器以及位移控制模塊；工控機(jī)，用于根據(jù)圖像傳感器的信號(hào)計(jì)算隧道襯砌臺(tái)車偏離的位移并將該位移傳送到定位測(cè)量控制終端，及接收來自定位測(cè)量控制終端的控制命令；定位測(cè)量控制終端，用于發(fā)送控制命令至工控機(jī)，并根據(jù)該位移控制位移控制模塊以實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)隧道襯砌臺(tái)車的自動(dòng)化，提高施工效率，并避免人為因素的干擾，保證隧道二次襯砌施工質(zhì)量，提高施工進(jìn)度。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102778222SQ201210232498
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者倪振利, 劉治寶, 周兵役, 孫敏筠, 龐前鳳, 徐冬青, 徐高山, 楊金友, 牛江川, 王盛印, 郝如江, 馬杰 申請(qǐng)人:中鐵二十二局集團(tuán)有限公司, 中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司