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基于光电检测的盾构机管片自动拼装定位方法研究
| 论文题名： | 基于光电检测的盾构机管片自动拼装定位方法研究 |
| 关键词： | 盾构机管片;光电检测;动拼装定位;目标特征提取;温度传感器 |
| 摘要： | 盾构机是一种使用盾构法施工的隧道掘进设备，因其具有作业安全、掘进速度快和不影响周边设施等优点被广泛应用于交通隧道、市政管道、能源管道等基建工程。拼装机作为盾构机的重要子系统，用于隧道衬砌管片拼装，其工作性能直接关系到施工安全和隧道质量。人工拼装管片存在操作危险、拼装质量不高等问题，因此亟需对具有高性能的管片自动拼装技术进行研究。本文以实现盾构机管片的自动拼装为出发点，提升自动拼装定位性能为目标，以光电检测研究为核心，从定位轨迹规划、管片位姿检测和液压定位系统温度检测三方面开展了基于光电检测的盾构机管片自动拼装定位方法的研究。本文的主要研究内容包括： 1.为了实现安全精准的盾构机管片自动拼装定位，构建了基于光电检测的盾构机管片自动拼装定位运动模型。提出了基于光电检测管片位姿的关节空间和笛卡尔空间结合的定位轨迹规划方法，获得了平稳的自动拼装定位轨迹，满足了基于光电位姿检测的盾构机管片自动拼装定位的需求。 2.研究了基于视觉-激光管片位姿检测的盾构机管片自动拼装定位方法。构建了基于视觉-激光管片位姿检测的定位模型。针对检测环境照度低、图像对比度低以及管片定位目标易受污染等问题，提出了基于双阶段深度神经网络的目标特征提取算法。实验结果表明该算法相比于单阶段深度神经网络提取算法，定位检测距离平均误差降低了40.3%，识别率提高了28.4%。 3.针对自动拼装定位过程对液压定位系统温度监测的需求，提出了一种基于半导体芯光纤微腔的液压定位系统温度检测方法。建立了基于半导体芯光纤微腔的温度检测模型，对半导体在吸收边附近的热光特性进行了分析。实验结果表明温度传感器灵敏度达到~221pm/℃，检测误差和标准差分别为±0.184℃和0.016℃，满足自动拼装定位过程对液压定位系统温度监测的需求。 4.开展了盾构机管片自动拼装定位方法的实验与应用研究。设计并搭建了基于光电检测的管片自动拼装定位系统。利用由4个智能相机和7个激光位移传感器组成的视觉-激光位姿检测系统在施工现场进行了盾构机管片自动拼装定位测试，实现了盾构机管片自动拼装定位。现场测试结果表明：与人工拼装的10mm定位误差相比，管片自动拼装定位误差小于3mm，验证了基于光电检测的自动拼装定位方法的应用有效性和可靠性。 |
| 作者： | 吴志洋 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 刘铁根;王双 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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