[发明专利]用于隧道掘进施工导向的激光光斑自动识别装置及其识别方法

说明书

技术领域

本发明属于直线顶管或盾构机施工技术领域，特别涉及一种用于隧道掘进施工导向的激光光斑自动识别装置及其识别方法。

背景技术

由于直线顶管、盾构机等装置的施工特性，要求其要沿着已经规划好的隧道轴线方向进行掘进。为了让设备沿着既定方向掘进并控制导向系统的成本，各直线顶管、盾构机厂家采用激光照射靶面，然后用摄像头把靶面图像传输到监视器上,并依靠人眼观察激光在激光靶上的位置间接判断掘进机当前姿态这一原始设计方案。虽然该设计方案安装成本不高，但可视信息化程度低、无法进行数据保存，存在人工误差，无法高质量的保证掘进的精确度。为了保证设备直线掘进的精确度，市面上的公司虽然也有相关的产品设计，但其价格往往比较昂贵，不利于低价位顶管、盾构机的配备。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种用于隧道掘进施工导向的激光光斑自动识别装置及其识别方法，可以快速识别、捕获、定位激光光斑位置，可靠性高，广泛适用于市场上绝大多数直线顶管、盾构机设备等，有效提高掘进设备工作效率，最大限度缩短设备掘进时间。

按照本发明所提供的设计方案，一种用于隧道掘进施工导向的激光光斑自动识别装置，包含：图像采集模块，及提供电能的电源模块；所述的图像采集模块包含箱体，及设于箱体内的滤光成像单元、导向光斑采集单元、及数据处理单元；所述的滤光成像单元包含由箱体外部依次向内设置的滤光玻璃及光斑成像屏幕，所述的滤光玻璃及光斑成像屏幕均通过活动压板组件与密封箱体铰接；所述的导向光斑采集单元包含用于采集光斑成像屏幕上光斑图像的摄像机，所述的摄像机通过固定支撑与箱体固定；所述的数据处理单元包含测量箱体角度数据的倾角仪及用于对摄像机的光斑信号进行坐标转换的控制盒，倾角仪、控制盒均与监控室上位机相连接；电源模块设于箱体内部，为摄像机、倾角仪及控制盒提供能量。

上述的，所述的箱体包含后板面、底板面、上板面、左板面和右板面。

优选的，所述的后板面、底板面两者为通过底板钢板弯折的一体结构；所述的上板面、左板面和右板面三者为通过壳体钢板弯折的一体结构；所述的底板钢板、壳体钢板通过紧固件铰接并通过密封条密封。

优选的，所述的紧固件为固定螺栓和锁紧螺母；所述的密封条为橡胶密封条。

上述的，所述的活动压板组件包含连接支架、活动压板一和活动压板二；所述的连接支架与箱体铰接，活动压板一通过锁紧螺钉将滤光玻璃与连接支架一面固定，活动压板二通过锁紧螺钉将光斑成像屏幕与连接支架一面相对面固定。

上述的，活动压板一、滤光玻璃、连接支架、光斑成像屏幕、活动压板二之间的连接处还设置有密封减震条。

上述的，所述的固定支撑包含支架、支架压板；所述的支架与箱体铰接，支架支撑面上设置有用于安置摄像机的安装槽；支架压板将摄像机限位固定于安装槽内，支架压板通过螺栓与支架紧固。

优选的，所述的摄像机为工业高清摄像机；所述的箱体上还设置有用于与其他设备安装固定的吊耳，及用于穿过箱体与监控室上位机连接的数据信号线的线孔。

一种隧道掘进施工导向的激光光斑自动识别方法，基于上述的激光光斑自动识别装置实现，包含如下步骤：

步骤1、预先设定导向光斑采集的时间周期；

步骤2、控制盒根据时间周期定期发送图片采集指令，摄像头根据图片采集指令采集光斑成像屏幕上的光斑图像，并将采集到的光斑图像传输至控制盒；

步骤3、控制盒根据接收到的光斑图像，计算激光亮斑坐标，并将计算结果发送至监控室上位机；

步骤4、上位机根据接收到的激光亮斑坐标及倾角仪传送的箱体角度数据进行存储显示。

上述的方法中，步骤3中的计算激光亮斑坐标，包含如下内容：

步骤31、根据接收到的光斑图像P1，获取光斑图像P1的长P_length、宽P_width像素值；

步骤32、将光斑图像P1灰度化，将图片中每一个像素点的像素值转化为0-255中的一个数值，得到灰度图片P2；

步骤33、将灰度图片P2二值化，将像素值低于像素阈值P_threshold的像素点的像素值置为0；将像素值大于或等于像素阈值P_threshold的像素点的像素值置为255，得到二值图片P3；