基于机器视觉的盾尾间隙测量系统研制

发布时间：2022-02-23 04:18

　　盾构机是集机、电、液、光及信息等多领域先进技术于一体的隧道施工装备,具有掘进速度快、综合效益高等特点。盾尾间隙指盾尾内壁与管片外边缘之间的空隙,是盾构机关键掘进参数之一。在盾构施工中,盾尾间隙不断变化,若间隙值超出设计范围,将增大推进阻力,降低掘进速度,加快盾尾刷磨损,造成盾尾密封失效,甚至发生隧道渗漏、地面坍塌等重大安全事故。因此,准确测量盾尾间隙具有十分重要的意义。以机器视觉技术为基础,提出基于预制标尺的盾尾间隙测量方法,结合测量、分析等功能需求及正确率、准确性等性能指标,研制了一套盾尾间隙非接触式测量系统。对数据采集设备和系统控制设备进行选型与设计,完成硬件系统搭建;以Visual Studio 2017为开发环境,采用C#编程语言,借助OpenCV和EmguCV图像处理技术开发系统软件,实现三层架构设计。为降低预制标尺刻画难度,提高系统标定精度,设计便携式盾尾间隙采集仪,并开发标定软件,用于连续、同步采集盾尾间隙、测量距离及管片端面图像等3类标定数据。利用工业相机和激光传感器分别采集管片端面图像及测量距离,对其进行数据处理,实现管片榫特征提取与测量距离限幅滤波,在此基础上将二者... 

【文章来源】：石家庄铁道大学河北省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 盾尾间隙测量研究现状
        1.2.1 接触式测量
        1.2.2 非接触式测量
    1.3 机器视觉测量研究现状
    1.4 研究思路
    1.5 研究内容
    1.6 论文组织结构
    1.7 本章小结
第二章 总体方案与测量方法
    2.1 总体方案
        2.1.1 系统功能需求
        2.1.2 技术性能指标
        2.1.3 系统总体结构
    2.2 测量方法
        2.2.1 盾尾间隙测量原理
        2.2.2 预制标尺概述
    2.3 本章小结
第三章 盾尾间隙测量系统
    3.1 系统硬件
        3.1.1 数据采集设备
        3.1.2 PC总线工业电脑
        3.1.3 系统控制设备
    3.2 系统软件
        3.2.1 系统软件开发环境与相关技术
        3.2.2 系统软件架构与工作流程
        3.2.3 软件主要界面
        3.2.4 数据采集模块
        3.2.5 数据处理模块
        3.2.6 计算分析模块
        3.2.7 存储上传模块
    3.3 标定系统
        3.3.1 便携式盾尾间隙采集仪
        3.3.2 标定软件
    3.4 本章小结
第四章 基于工业相机与激光传感器的数据处理及信息集成
    4.1 管片端面图像特征提取
        4.1.1 图像预处理
        4.1.2 特征提取
    4.2 测量距离限幅滤波
    4.3 异类传感器信息集成
        4.3.1 特征级信息集成
        4.3.2 异类传感器互补信息交互
        4.3.3 基于信息集成的盾尾间隙联合测量
    4.4 本章小结
第五章 盾尾间隙测量系统核心算法
    5.1 预制标尺
        5.1.1 概述
        5.1.2 预制标尺求解方法
    5.2 测量数据自检
    5.3 盾尾间隙分析
        5.3.1 基于最小二乘法的管片环椭圆拟合
        5.3.2 最小盾尾间隙求解方法
    5.4 推进液压缸行程差分析
    5.5 本章小结
第六章 盾尾间隙测量系统工程应用与精度分析
    6.1 工程应用概况
        6.1.1 工程简介
        6.1.2 盾构机基本参数
        6.1.3 盾尾间隙测量系统应用概况
    6.2 工程实测数据分析
        6.2.1 测量试验分析
        6.2.2 工程数据统计分析
    6.3 测量精度影响因素分析
        6.3.1 硬件设备
        6.3.2 软件算法
        6.3.3 现场安装
        6.3.4 外部环境
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于视觉的挖掘机工作装置位姿测量[J]. 马伟,宫乐,冯浩,殷晨波,周俊静,曹东辉.  机械设计与研究. 2018(05)
[2]盾构机分类与构造概述[J]. 任洁,高丙欢,刘国威.  现代制造技术与装备. 2018(09)
[3]基于机器视觉的橡胶输送带积水识别方法[J]. 孙计爽.  煤矿机械. 2018(05)
[4]激光辅助机器视觉测量两平面高度差的设计[J]. 潘奕创,傅惠南,彭赶,何金彬,黄辰阳.  机电工程技术. 2018(04)
[5]基于机器视觉检测印刷码的改进模板匹配算法研究[J]. 钱俞好,周军,田胜,李少辉.  机电工程. 2018(04)
[6]一种多视觉测量组网规划策略[J]. 乔玉晶,谭世征,姜金刚.  光学学报. 2018(05)
[7]数字工业相机中CMOS传感器的最新发展[J]. 雷晓峰,李烨.  传感器世界. 2017(10)
[8]重轨弧面缺陷图像光照不均校正方法研究[J]. 郑国,孔建益,刘源泂,何可.  机械设计与制造. 2017(S1)
[9]一种点对多点的无线数传系统设计[J]. 李俊,吴燕,王文娟.  科技视界. 2017(24)
[10]基于视觉的印刷品缺陷检测技术[J]. 徐足骋,周鑫,袁锁中,王从庆,张小正.  重庆理工大学学报(自然科学). 2017(08)

博士论文
[1]大型热态锻件视觉测量中图像处理关键技术研究[D]. 刘阳.大连理工大学 2018
[2]齿轮视觉测量系统与齿廓测量技术研究[D]. 王宁.沈阳工业大学 2017
[3]基于视觉特性的图形图像分割算法研究[D]. 焦雪.吉林大学 2016
[4]客运车辆危险行驶状态机器视觉辨识系统研究[D]. 杨炜.长安大学 2013
[5]基于视觉与触觉集成传感的多坐标组合测量系统的研究[D]. 朱嘉.天津大学 2010

硕士论文
[1]盾构机拼装模式下推进液压缸自动控制技术研究[D]. 郇利民.大连理工大学 2017
[2]基于盾构掘进参数的孤石地层预测方法研究[D]. 王旭东.石家庄铁道大学 2017
[3]基于机器视觉的小型工件尺寸测量系统研究[D]. 范娟.西南交通大学 2017
[4]智能盾构导向系统研究[D]. 赵文斌.解放军信息工程大学 2017
[5]一种基于图像的双目视觉伺服实验系统开发与研究[D]. 魏淼.东北大学 2015
[6]基于数字图像处理技术的盾构机盾尾间隙测量系统的研究[D]. 张立彬.石家庄铁道大学 2013



本文编号：3640858