基于平行线激光的盾尾间隙视觉测量算法研究_陈健.pdf
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1、电子技术 第 52 卷 第 5 期(总第 558 期)2023 年 5 月 49Computer Engineering计算机工程本文以提高测量精度为目的,提出一种基于平行线激光图像处理的盾尾间隙测量算法。该方法以平行线激光为基准,在测量时进行动态标定,充分利用盾尾间隙空间结构的特点,利用点线共面原理拟合盾尾模型,计算盾尾间隙。搭建测量实验平台进行验证,在进行多次测量后,实验结果验证了该测量算法的可行性,为盾构机掘进过程中的盾尾间隙测量提供参考。1 点线共面测量原理盾尾间隙测量算法以图像处理技术为基础,图片以两道平行线激光显示盾尾间隙特征,图像处理算法进行动态标定及特征提取,并且计算出测量点的
2、盾尾间隙大小,实现非接触式盾尾间隙测量。如图1,为盾尾间隙原始图,亮处为激光线。相机拍摄盾尾间隙模拟图如图2。如图2所示,激光线,激光线为两道平行线激光在管片上的投影,激光线与之间的实际距离l是在硬件安装时确定,同一设备l大小固定不变。再通过算法计算图像中激光线与像素距离lx。此时进行动态标定,建立此图像实际距离与像作者简介:陈健,广东工业大学机电工程学院,教授,博士;研究方向:物联网、机电液控制技术。收稿日期:2022-08-26;修回日期:2023-05-12。摘要:阐述一种基于平行线激光的盾构机盾尾间隙测量算法。对盾构机盾尾间隙空间结构进行分析,采用两道平行线激光显示间隙特征并进行动态标
3、定,利用数字图像处理技术、计算机视觉软件库OpenCV对盾尾间隙特征提取,通过模拟管片与盾尾的位置关系实现盾尾间隙的测量。关键词:数字图像处理技术,盾尾间隙,平行线激光,OpenCV软件,动态标定。中图分类号:TP399,H89文章编号:1000-0755(2023)05-0049-03文献引用格式:陈健,王恒岩,孙木.基于平行线激光的盾尾间隙视觉测量算法研究J.电子技术,2023,52(05):49-51.基于平行线激光的盾尾间隙视觉测量算法研究陈健,王恒岩,孙木(广东工业大学 机电工程学院,广东 510006)Abstract This paper expounds a shield ta
4、il clearance measurement algorithm based on parallel line laser.The spatial structure of tail clearance of shield machine is analyzed.Two parallel lines of laser are used to display clearance features and carry out dynamic calibration.Digital image processing technology and computer vision software
5、library OpenCV are used to extract clearance features of tail clearance.Index Terms digital image processing technology,shield tail clearance,parallel line laser,OpenCV software,dynamic calibration.Study on Visual Measurement Algorithm of Shield Tail Clearance Based on Parallel Line LaserCHEN Jian,W
6、ANG Henyan,SUN Mu(School of Electromechanical Engineering,Guangdong University of Technology,Guangdong 510006,China.)0 引言盾尾间隙指的是管片外壁与盾尾内壁之间的空间,盾尾间隙值是在盾构机工作过程中需要精确测量和实时监控的技术参数。若间隙值过小,会造成盾构机掘进过程中盾尾与管片发生碰撞,降低盾构掘进速度,甚至会导致盾构机盾尾密封系统的破坏而毁坏盾构机1-4。目前国内盾尾间隙测量依然使用人工手动测量为主。此种方法简单高效,但精度差,实时性差,数据滞后。国外现有较成熟的盾尾间隙测量
7、系统有德国VMT公司的SLuM自动盾尾间隙测量系统5,应用于大直径隧道掘进机。路亚缇6提出一种基于Labview平台的视觉间隙测量方法,该方法对盾尾图像进行边缘检测,使用二维卷积和傅立叶变换得到测量结果,准确性高,但是对环境要求较高,如遇到油脂等干扰会产生较大的误差。陈健7利用激光标记盾尾间隙并通过工业相机提取,使用传统图像方法实现盾尾间隙自动测量,该方法并未充分利用盾尾间隙空间结构且标定方法不够高效。50 电子技术 第 52 卷 第 5 期(总第 558 期)2023 年 5 月Computer Engineering计算机工程素距离的比例关系,即计算出此图像中1 pixel代表实际距离 k
8、 mm,设A(xA,yA),A(xA,yA),(1)根据线激光器的成像原理8,9与平面相交定,一字线激光器照射到两个相交平面上时,有且只有一个交点,该交点位于两平面的交线上,推出激光线与上必有交点CD位于管片平面上,那么ABCD四点共面,AB圆弧与CD圆弧之间的间隙为盾尾间隙。已知管片实际半径为m,盾尾半径为n,通过实际与图像的比例关系得到在此图像上管片半径像素距离mx,盾尾半径像素距离nx,将AB点坐标和mx代入圆的平面方程拟合出管片圆弧,同理拟合出盾尾圆弧,如式(2)所示。(2)此时将激光线,之间任意横坐标代入圆弧,得到纵坐标的差值即为此处的盾尾间隙测量值 dx,盾尾间隙实际大小,如式(3
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