CN100389301C - 路面施工平整度激光测控装置和方法 - Google Patents
路面施工平整度激光测控装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种路面施工平整度激光测控方法和装置，其装置主要包括旋转激光源、线阵图象传感器和相应的测量控制单元。本发明的方法采用旋转激光束在空间形成水平基准光平面，通过装在测量标杆上的线阵图象传感器接收。当施工机械在地面行走时，线阵图象传感器得到相对于水平激光平面的高度变化量，通过测量控制单元和摊铺机料斗油缸控制器控制摊铺机运行板的倾斜角度，达到控制沥青摊铺机、混凝土摊铺机的摊铺厚度，可大范围内提高路面的平直度和坡度质量。同时实现了自动化作业，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种大范围路面施工平整度的测控技术，尤其涉及对高速公路路面施工平整度进行连续测控的激光测控装置和方法。
背景技术
路面施工平整度，包括平直度和坡度，是公路路面施工的重要质量标准。尤其在目前高速公路迅速发展的情况下，控制好路面施工的平整度，确保施工完成后的路面具有优良的行车条件，是百年大计，关系到整个国民经济的高速平衡运行。目前，国内在控制路面施工平整度方面，主要采用打桩挂钢丝和刚性铝条垫块方法。打桩挂钢丝的方法是在施工现场的公路两旁每隔数米打一个桩，在桩上拉上钢丝使钢丝处于平直状态，在施工中把摊铺机上的传感器标杆靠在钢丝上，作为基准，从而控制摊铺机作业，以保证路面的平整度。这种方法的缺点是，在道路两旁打桩花费很大，另外，钢丝的刚性差，不容易保持平直，因而影响路面的施工质量。刚性铝条垫块方法是在施工现场的公路两旁放置平直的刚性铝条，铝条下面每隔0.5米加一垫块，工人通过目测铝条水平度，调整垫块的厚度，从而使铝条处于水平位置。在施工中把摊铺机上的传感器标杆靠在铝条上，通过标杆把铝条的水平度传递给摊铺机的控制单元，从而保证摊铺路面的平整度。这种方法在短距离内可保持较好的平直度，但在较长的距离内则很难保持。而且依靠目测，工作效率低，测量精度差，难以保证路面质量。
发明内容
本发明是为了克服现有路面施工平整度测控装置的缺点而提供的一种以非接触方式有效保证路面施工平整度的路面施工平整度激光测控装置和方法，该方法工作效率高，测量精度高，并可保证路面质量。
本发明所采取的技术措施是：一种路面施工平整度激光测控装置，主要包括旋转激光源和线阵激光接收控制器，线阵激光接收控制器包括线阵图象传感器和相应的测量控制单元，旋转激光源设置在施工道路上或其路旁，线阵图象传感器安装在摊铺机的测量标杆上，测量控制单元设置在摊铺机上并与摊铺机料斗油缸控制器相连，旋转激光源和线阵图象传感器之间以激光的收授非接触联系，线阵图象传感器与测量控制单元电信号相连。
上述路面施工平整度激光测控装置，其中，所述的旋转激光源安装在三角架支撑框架上，包括半导体激光源、旋转电机、45°旋转棱镜和水平度调整机构；半导体激光源垂直安装在框架平台中心，旋转电机主轴朝下安装在框架上板的底面，45°旋转棱镜安装在旋转电机的主轴前端，水平度调整机构固定在框架平台上。
上述路面施工平整度激光测控装置，其中，所述的水平度调整机构包括X轴倾角传感器、Y轴倾角传感器、X轴控制器、Y轴控制器、X轴电机和Y轴电机；X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器固定在框架平台的垂直两侧，X轴控制器与X轴倾角传感器信号相连并与X轴电机连接安装在X轴倾角传感器的旁侧，Y轴控制器与Y轴倾角传感器信号相连并与Y轴电机连接安装在Y轴倾角传感器的旁侧。
上述路面施工平整度激光测控装置，其中，所述的测量控制单元包括弱信号检测器、信号预处理器、微处理器、调宽脉冲控制器和键盘显示器；弱信号检测器连接在线阵图象传感器的信号输出端；信号预处理器连接在弱信号检测器的信号输出端，信号预处理器并与调宽脉冲控制器、微处理器双向连接；调宽脉冲控制器的输出端与摊铺机的油缸控制器的输入端连接；微处理器并与键盘显示器双向连接。
上述路面施工平整度激光测控装置，其中，所述的线阵图象传感器由多个光电二极管组成，形成长形光电线阵。
上述路面施工平整度激光测控装置，其中，所述的线阵图象传感器由1000只受光面为1mm的光电二极管组成，形成200mm长的光电线阵，输出200路有效信号。
一种路面施工平整度激光测控方法，其特点是：包括以下步骤：
a、在施工道路或其路旁的适当位置设置一旋转激光源；在施工摊铺机上固定一垂直测量标杆；在测量标杆的适当高度装设线阵图象传感器；在施工摊铺机上安装一与线阵图象传感器信号相连并与摊铺机料斗油缸控制器相连的测量控制单元，该测量控制单元包括电信号相连的弱信号检测器、信号预处理器、微处理器、调宽脉冲控制器和键盘显示器；
b、旋转激光源发射一旋转激光束，在其周围的空间形成一水平基准光平面；
c、测量控制单元的线阵图象传感器连续不断检测旋转激光平面在传感器上的高度位置信息，测出路面高度，将信号传递给测量控制单元的弱信号检测器；
d、测量控制单元中的弱信号检测器接收线阵图象传感器输出的信号，经过滤除日光等光干扰信号，检测出有用的激光信号，然后将多有效信号送入信号预处理器；
e、信号预处理器连续多次、每次多路信号将信号送给微处理器，经微处理器运算、处理后判定激光平面照射在线阵图象传感器的位置，测出路面高度，以判断出当前摊铺机摊铺的厚度，修正调宽脉冲宽度，向摊铺机料斗油缸控制器发出调整信号；
f、油缸控制器收到调整信号后控制油缸的动作以改变摊铺机运行板的倾斜角度，控制路面沥青或混凝土的摊铺厚度，保证路面的平直度和坡度。
上述路面施工平整度激光测控方法，其中：所述的旋转激光源所发射的旋转激光束的水平基准光平面的水平精度在15°以内。
上述路面施工平整度激光测控方法，其中：步骤e所述的信号预处理器送给微处理器的方法是：信号预处理器连续25次、每次8路将信号送给微处理器。
本发明路面施工平整度激光测控装置和方法采用旋转激光束在空间形成基准光平面，装有线阵图象传感器的测量标杆垂直固定在沥青摊铺机、混凝土摊铺机等路面施工机械上。当施工机械在地面行走时，线阵图象传感器得到相对于水平激光平面的高度变化量，通过测量控制单元和摊铺机料斗油缸控制器控制摊铺机运行板的倾斜角度，达到控制沥青摊铺机、混凝土摊铺机的摊铺厚度，可大范围内提高路面的平直度和坡度质量。同时实现了自动化作业，提高了工作效率。此外，使用激光束具有良好的直线性及单色性，不受环境影响，光平面平直度极好；其功耗极低，仅需数mw，就能建立大范围基准光平面；可用电池供电，便于野外作业；抗光干扰性强，易于检测等。这些都构成了本发明的巨大优越性。
附图说明
本发明的具体结构特征由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1是本发明路面施工平整度激光测控装置在使用中的状态示意图；
图2是本发明路面施工平整度激光测控装置中的旋转激光源的基本结构及水平激光束的产生原理示意图；
图3是本发明路面施工平整度激光测控装置中的线阵激光接收控制器的电方框图。
具体实施方式
请参见图1，图1是本发明路面施工平整度激光测控装置在使用中的状态示意图。本发明路面施工平整度激光测控装置主要包括旋转激光源1和线阵激光接收控制器2，线阵激光接收控制器包括线阵图象传感器21和相应的测量控制单元22，旋转激光源1设置在施工道路上或其路旁的三角支撑框架3上，线阵图象传感器22安装在摊铺机的测量标杆4上，测量控制单元22设置在摊铺机5上并与摊铺机料斗油缸控制器相连，旋转激光源1和线阵图象传感器21之间以激光的收授非接触联系，线阵图象传感器21与测量控制单元22电信号相连。
请参见图2，图2是本发明路面施工平整度激光测控装置中的旋转激光源的基本结构及激光源原理示意图。本发明中的旋转激光源1设置在三角架支撑框架3上。包括半导体激光源11、旋转电机12、45°旋转棱镜13和水平度调整机构14。水平度调整机构包括X轴倾角传感器141、Y轴倾角传感器142、X轴控制器143、Y轴控制器144、X轴电机145和Y轴电机146；三角架支撑框架3包括三角架(本图未图示，参见图1)、活动连接在三角架上的框架平台31和与框架平台平行并与框架平台固定连接的框架上板32。半导体激光源11垂直安装在框架平台31中心，旋转电机12主轴朝下安装在框架上板32的底面，45°旋转棱镜13安装在旋转电机的主轴前端，X轴倾角传感器141和Y轴倾角传感器142固定在框架平台的垂直两侧，X轴控制器143与X轴倾角传感器信号相连并与X轴电机145连接安装在X轴倾角传感器的旁侧，Y轴控制器144与Y轴倾角传感器信号相连并与Y轴电机146连接安装在Y轴倾角传感器的旁侧。在实用中，当框架平台不水平时，X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器有一电信号送出，分别通过与其相连的控制器驱动相应的旋转电机旋转，使框架平台及框架上板恢复水平位置，精度在±15”以内。因此，可保证45°旋转棱镜发出的旋转激光束形成的光平面始终处于水平位置，精度在±15”以内。
请参见图3，图3是本发明路面施工平整度激光测控装置中的线阵激光接收控制器的电方框图。本发明的线阵激光接收控制器2包括线阵图象传感器21和相应的测量控制单元22，测量控制单元22主要包括弱信号检测器221、信号预处理器222、微处理器223、调宽脉冲控制器224、键盘显示器225和相应的供电部件。线阵图象传感器21安装在摊铺机的垂直测量标杆4上，其激光入射端朝向旋转激光源1，测量控制单元22安装在摊铺机上。测量控制单元22中，弱信号检测器221连接在线阵图象传感器21的信号输出端，本实施例中该弱信号检测器221由运算放大器构成，其型号例如为LM339；信号预处理器222连接在弱信号检测器221的信号输出端，信号预处理器222并与调宽脉冲控制器224、微处理器223双向连接，该信号预处理器222由大规模可编程逻辑电路CPLD构成；微处理器223并与键盘显示器225双向连接，本实施例中该微处理器223采用型号为89LV55；调宽脉冲控制器224的输出端与摊铺机5的油缸控制器的输入端连接，本实施例中该调宽脉冲控制器224由微处理器223中的功能实现，在该微处理器223的PWM接口输出调宽脉冲到摊铺机5的油缸控制器。
本发明路面施工平整度激光测控方法可参照图1、图2、图3说明如下：预先将装设了旋转激光源1的三角架支撑框架3固定在施工道路或其路旁的某一位置，在施工摊铺机5上固定一垂直测量标杆4，在测量标杆4的适当高度装设一线阵图象传感器21，在施工摊铺机上安装一与线阵图象传感器21电信号相连并与摊铺机料斗油缸控制器相连的测量控制单元22。在摊铺机施工作业时，半导体激光源垂直发射出一束激光，照在45度旋转棱镜上，旋转电机以600转/分钟的速率带动棱镜水平旋转，产生一束在空间水平旋转的激光束，在其周围的空间形成一水平基准光平面。由于在三角架支撑框架3上设置了水平度调整机构，可保证水平基准光平面的水平精度在15°以内。装设在测量标杆上的线阵图象传感器21连续不断检测旋转激光平面在传感器上的高度位置信息，线阵图象传感器由1000只分辨率为1mm的光电二极管组成，可形成200mm长的光电线阵，输出200路有效信号。输出的信号经过弱信号检测器滤除日光等光干扰信号，检测出有用的激光信号，然后将200路有效信号送入信号预处理器，信号预处理器连续25次、每次8路信号将信号送给微处理器，微处理器经运算、处理后判定激光平面照射在线阵图象传感器的位置，测出路面高度，以判断出目前摊铺机摊铺的厚度，修正调宽脉冲宽度，向摊铺机料斗油缸控制器发出调整信号，油缸控制器控制油缸的动作以改变摊铺机运行板的倾斜角度，从而控制路面沥青或混凝土的摊铺厚度，保证路面的平直度和坡度。
本发明中的线阵图象传感器由1000只光电二极管组成，其分辨率为1mm，总长为200mm，只要旋转激光平面落入光电线阵范围，都能显示出光平面所处的高度位置。设光传感处理器距离激光源为100米，激光源旋转速度为600转/分，则在直径为1mm的光电二极管上，光脉冲的宽度为0.16μs，因此弱信号检测器必须能检测出极狭窄的光信号。但是在白天太阳光下，太阳光的强度足以使光电元件趋向饱和。本发明采用光电二极管反接方法，解决了强日光干扰的问题，提高了弱信号检测能力。
Claims (9)
1.一种路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：主要包括旋转激光源和线阵激光接收控制器，线阵激光接收控制器包括线阵图象传感器和相应的测量控制单元，旋转激光源设置在施工道路上或其路旁，线阵图象传感器安装在摊铺机的测量标杆上，测量控制单元设置在摊铺机上并与摊铺机料斗油缸控制器相连，旋转激光源和线阵图象传感器之间以激光的收授非接触联系，线阵图象传感器与测量控制单元电信号相连。
2.根据权利要求1所述的路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：所述的旋转激光源安装在三角架支撑框架上，包括半导体激光源、旋转电机、45°旋转棱镜和水平度调整机构；半导体激光源垂直安装在框架平台中心，旋转电机主轴朝下安装在框架上板的底面，45°旋转棱镜安装在旋转电机的主轴前端，水平度调整机构固定在框架平台上。
3.根据权利要求2所述的路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：所述的水平度调整机构包括X轴倾角传感器、Y轴倾角传感器、X轴控制器、Y轴控制器、X轴电机和Y轴电机；X轴倾角传感器和Y轴倾角传感器固定在框架平台的垂直两侧，X轴控制器与X轴倾角传感器信号相连并与X轴电机连接安装在X轴倾角传感器的旁侧，Y轴控制器与Y轴倾角传感器信号相连并与Y轴电机连接安装在Y轴倾角传感器的旁侧。
4.根据权利要求1所述的路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：所述的测量控制单元包括弱信号检测器、信号预处理器、微处理器、调宽脉冲控制器和键盘显示器；弱信号检测器连接在线阵图象传感器的信号输出端；信号预处理器连接在弱信号检测器的信号输出端，信号预处理器并与调宽脉冲控制器、微处理器双向连接；调宽脉冲控制器的输出端与摊铺机的油缸控制器的输入端连接；微处理器并与键盘显示器双向连接。
5.根据权利要求1所述的路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：所述的线阵图象传感器由多个光电二极管组成，形成长形光电线阵。
6.根据权利要求5所述的路面施工平整度激光测控装置，其特征在于：所述的线阵图象传感器由1000只受光面为1mm的光电二极管组成，形成200mm长的光电线阵，输出200路有效信号。
7.一种路面施工平整度激光测控方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、在施工道路或其路旁的适当位置设置一旋转激光源；在施工摊铺机上固定一垂直测量标杆；在测量标杆的适当高度装设线阵图象传感器；在施工摊铺机上安装一与线阵图象传感器信号相连并与摊铺机料斗油缸控制器相连的测量控制单元，该测量控制单元包括电信号相连的弱信号检测器、信号预处理器、微处理器、调宽脉冲控制器和键盘显示器；
b、旋转激光源发射一旋转激光束，在其周围的空间形成一水平基准光平面；
c、测量控制单元的线阵图象传感器连续不断检测旋转激光平面在传感器上的高度位置信息，测出路面高度，将信号传递给测量控制单元的弱信号检测器；
d、测量控制单元中的弱信号检测器接收线阵图象传感器输出的信号，经过滤除日光等光干扰信号，检测出一激光信号，然后将该激光信号送入信号预处理器；
e、信号预处理器连续多次、每次多路信号将信号送给微处理器，经微处理器运算、处理后判定激光平面照射在线阵图象传感器的位置，测出路面高度，以判断出当前摊铺机摊铺的厚度，修正调宽脉冲宽度，向摊铺机料斗油缸控制器发出调整信号；
f、油缸控制器收到调整信号后控制油缸的动作以改变摊铺机运行板的倾斜角度，控制路面沥青或混凝土的摊铺厚度，保证路面的平直度和坡度。
8.根据权利要求7所述的路面施工平整度激光测控方法，其特征在于：所述的旋转激光源所发射的旋转激光束的水平基准光平面的水平精度在15”以内。
9.根据权利要求7所述的路面施工平整度激光测控方法，其特征在于：步骤e所述的信号预处理器将信号送给微处理器的方法是：信号预处理器连续25次、每次8路将信号送给微处理器。
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