[发明专利]掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机

权利要求书

1.一种掘进机截割控制装置，其特征在于，包含：

设于掘进机上的掘进机电控比例阀模块，用于控制掘进机截割升降和回转；

设于掘进机上的掘进机传感器模块，用于采集掘进机截割过程中油缸位移数据、掘进机俯仰角滚动角数据、截割部振动数据及掘进机液压系统和水冷却系统两者中的压力和流量数据；

设于掘进机上的扫描定位模块，用于获取隧道断面目标点云数据，及隧道断面与靶点之间空间距离；

设于隧道内的定位靶点模块，包含定位节点和校正节点；

设于隧道内的工业相机，用于依据全站仪模块定位数据采集掘进机多点光标图像；

设于隧道内的全站仪模块，用于测量标定定位靶点模块和工业相机的位置信息；

设于掘进机上的工控一体机，用于接收并处理掘进机电控比例阀模块、掘进机传感器模块、扫描定位模块及全站仪模块反馈数据，并依据工业相机多点光标图像动态显示掘进机断面与截割头的相对位置，并实时显示掘进机实时电气参数、扫描定位模块开挖隧道模型及定位操作指示界面。

2.根据权利要求1所述的掘进机截割控制装置，其特征在于，所述扫描定位模块包含扫描仪、测距激光器、旋转机构、编码器、变焦摄像头及红光指示点发射器，测距激光器内置与扫描仪内，变焦摄像头与测距激光器同向安装，编码器固定于旋转机构上；扫描仪设于旋转机构上，并通过旋转机构的驱动来调整扫描角度，通过编码器记录旋转角度。

3.根据权利要求2所述的掘进机截割控制装置，其特征在于，所述旋转机构为步进电机。

4.根据权利要求1所述的掘进机截割控制装置，其特征在于，掘进机传感器模块包含截割臂升降油缸、回转油缸、后支撑油缸及铲板油缸的内置磁致位移传感器，掘进机俯仰角左右滚动角检测传感器，安装于截割部的振动检测传感器，安装于液压系统中的压力传感器和流量传感器，及安装于水冷却除尘系统中的压力传感器和流量传感器。

5.根据权利要求1所述的掘进机截割控制装置，其特征在于，掘进机电控比例阀模块包含截割上升减压阀、截割下降减压阀、截割左回转减压阀、截割右回转减压阀、截割上升溢流阀、截割下降溢流阀、截割左回转溢流阀和截割右回转溢流阀。

6.根据权利要求1所述的掘进机截割控制装置，其特征在于，掘进机上还设置有用于扫描定位模块和工业相机模块定位校准的光靶。

7.一种掘进机截割控制方法，基于权利要求1所述的掘进机截割控制装置实现，实现过程包含如下内容：

准备阶段：获取待截割隧道的断面轮廓信息；将待截割隧道中线和隧道截面内轮廓线数据导入工控一体机；在隧道内布置全站仪、工业相机及定位靶点，利用全站仪标定测量工业相机、定位靶点位置信息，并反馈给工控一体机；掘进机就位，工业相机采集多点光标图像，并存储掘进机初始位置信息；扫描仪对靶点位置进行定位校正，并对掘进面区域进行扫描，获取目标点云数据；掘进机将传感器数据实时上传至工控一体机，工控一体机依据接收到的数据确定截割头位置；

施工阶段；依据实际截割情况及工控一体机显示界面中截割头实时位置信息进行截割作业操作，截割作业中工控一体机根据传感器数据反馈控制电控比例阀模块输出，直至完成隧道全部掘进，其中，截割隧道内利用扫描仪进行扫描测量、三维建模和超欠挖比对，并通过工控一体机进行可视化输出。

8.根据权利要求7所述的掘进机截割控制方法，其特征在于，准备阶段中，扫描仪测距红点指示指向至少两处定位靶点位置，完成自定位，并通过调节变焦摄像头获取红点对准图像信息；自定位后，通过旋转扫描仪指向任一校正节点，通过观察红点与校正节点的位置重合度，评估定位精度是否符合作业要求。

9.根据权利要求7所述的掘进机截割控制方法，其特征在于，施工阶段中，利用工业相机通过光标定位得到掘进机位置变化信息，当掘进机位置变化超过设定阈值时，工控一体机显示重新定位提示，若未进行重新定位操作，则通过工业相机对掘进机实时定位信息进行截割头位置显示；开掘作业完成后，再次操作扫描仪对准标靶进行自定位，修正开掘作业期间位姿变化信息。

10.一种悬臂掘进机，悬臂掘进机的运输机上设置有权利要求1所述的掘进机截割控制装置实现掘进机自适应截割控制。