CN104131509A - 一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪，包括：一具有单横模结构并可调焦的平面激光发生器，一用于图像采集的面阵CCD，前述二者安装在垂直于待测路面的同一基板平面上，面阵CCD、平面激光发生器与待测路面构成三角测距关系；一微处理器，用于实现图像处理；一可充电电源；一带有车载安装口的外部封装壳体，该壳体用于封装所述平面激光发生器、面阵CCD、可充电电源和微处理器等并形成具有激光发射窗、采集探测窗、充电接口、控制信号接口及数据输出接口的探测器单元，还配备有一标准模板，该标准模板用于校正和标定探测器单元。利用本发明可全场瞬态采集路面的纹理断面曲线，形象且严格定量地表征路面纹理结构状况和构造深度。

Description

一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪

技术领域

本发明属于路面状况检测装置技术领域,尤其是一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪。

背景技术

各种工业平面，平台特别是道路表面，存在的细观—亚毫米--毫米级的高程起伏，需要形象显示其断面结构，精确测量构造深度，计算其粗糙度或不平度以评价其表面物理性能，国内外列入检测规程的路面纹理结构与构造深度测量设备有两种；1)，铺沙法测定路面构造深度。基于确定标准沙粒测量铺沙体积计算构造深度，长期用于道路工程验收，养护定点检测，其特点是价格低，但人工操作复杂，不确定因素多，智能化水平很低；2)用于车载快速自动智能检测的设备是用基于激光三角测距原理的高采集频率(16—64K)路面高程距离传感器，车行扫描逐点测量表面细观结构高程，按规程要求的采样长度统计计算构造深度。要求采样间隔必须远小于构造宽度(毫米级)，高速自动采集要求采集频率必须大于20K，取64K达到亚毫米级更好，但采集频率越高价格更高，达几十万，逐点采集高程数据统计计算构造深度，但不能显示细观断面构造状况，不能观察表面粗糙分布状况，抗干扰力差，。对高速公路的快速测量还要求高测频高精度，价格也高，仪器结构复杂不能独立便携使用，因此至今路面纹理构造测试还广泛采用原始而直观的用堆沙法测量沙量来测量纹理平均深度。因此要求研制一种性能更好，价格更低，既能车载快速检测，还能便携使用，并推广用于各种工业平面，平台的表面纹理结构物理状况测量。

发明内容

本发明目的在于提供一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪，全场瞬态采集路面的纹理断面曲线，可形象且严格定量地表征路面纹理结构状况和构造深度数据。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其包括：

一具有单横模结构并可调焦的平面激光发生器与一用于图像采集的面阵CCD，二者安装在垂直于待测路面的同一基板平面上；

所述平面激光发生器、面阵CCD与待测路面构成三角测距关系；

一微处理器，用于实现图像处理；

一可充电电源，分别与所述平面激光发生器、面阵CCD和微处理器连接并提供电源供应；以及

一带有车载安装口的外部封装壳体，该壳体用于封装所述平面激光发生器、面阵CCD、可充电电源和微处理器并形成一具有激光发射窗、采集探测窗、充电接口、控制信号接口及数据输出接口的探测器单元，探测器单元还配备有一标准模板，该标准模板用于现场校正和标定该探测器单元。

进一步的实施例中，所述外部封装壳体的外部还安装有用于便携测量安置的折叠支脚，。

进一步的实施例中，所述外部封装壳体上的车载安装口的邻近位置还设置有车载悬挂固定机构。

进一步的实施例中，所述平面激光发生器、面阵CCD与待测路面构成三角测距关系，其中，测量三角形的夹角范围在30度-50度。

进一步的实施例中，所述面阵CCD、平面激光发生器与待测路面之间的位置满足下述关系：

平面激光发生器向所述待测路面发射的激光线，其在待测路面上形成的激光标线在所述面阵CCD中形成的标线图像沿着其X轴并且处于面阵CCD的屏幕中部。

进一步的实施例中，所述标准模板为一表面平整度达0.01mm的铝板，该铝板的一面形成有两个区域，其中一个区域为标准平面，另一个区域加工成深度交替变化的等间隔矩形槽分布。

进一步的实施例中，所述等间隔矩形槽的变化深度从0.1mm渐变至1.5mm，精度可达0.1mm。

进一步的实施例中，所述平面激光发生器选用单横模可调焦连续激光发生器。

进一步的实施例中，所述面阵CCD选用分辨率大于等于1024的面阵CCD

由以上本发明的技术方案可知，本发明所提出的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，利用其可对表面纹理结构全场进行瞬态高精度高分辨高程距离测量，而且既可便携地对任何表面质量的微断面结构测量，特别是路面工程路面质量验收与监测中路面构造深度及断面结构(这是现有设备没有的)测量，还可搭载在测量车辆对路面上进行自动全线测量，而且还可以直接对采样段进行连续瞬时采集与实时的仪器标定校正，仪器的测量结果具有直观可信性质，而且车载动态与便携静态两用，实现成本低，制造工艺简单可靠。

目前，国内外列入检测规程的路面纹理结构与构造深度测量设备有两种：1)铺沙法测定路面构造深度：基于确定标准沙粒大小和测量铺沙体积计算构造深度，长期用于道路工程验收，养护定点检测，其特点是价格低，但人工操作复杂，不确定因素多，智能化水平很低；2)用于车载快速自动智能检测的设备是用基于激光三角测距原理的高采集频率(16—64K)路面高程距离传感器，车行扫描逐点测量表面细观结构高程，按规程要求的采样长度统计计算构造深度。该种方式要求采样间隔必须远小于构造宽度(毫米级)，高速自动采集要求采集频率必须大于20K，取64K达到亚毫米级更好，但采集频率越高价格更高，达几十万，逐点采集高程数据统计计算构造深度不能显示细观断面构造状况，不能观察表面粗糙分布状况，抗干扰力差。

本发明所提出的测量仪，采用现代激光纹理测量方法的单三角测距逐点扫描测量方法基本原理，但采用平面激光作光源形成连续化的点列激光线以及由大量线列CCD组成的面阵CCD，构成点阵列高程传感器，对采样区瞬时全场同步采集，不仅提高了数据采集密度(优于现产品最高测频64K的效果)，更消除了点扫描中振动与干扰的影响。

与现有技术相比，本发明的显著效果在于：

1)相对于现有技术采用的逐点分时测量，本发明的方案中采用对采样区全场瞬时测量的方式，彻底解决逐点分时的效率低、耗时长、误差大等缺陷；

2)全场断面曲线采集，信息更丰富，不仅有点深度，还有结构尺度形状等相关数据；

3)抗振动干扰力强；

4)仪器结构简单，可便携，车载两用；

5)可现场校正和标定探测器单元，提高测量准确性；

6)实现成本低，性能可靠，性价比高。

附图说明

图1为本发明一实施方式路面纹理结构与构造深度激光测量仪的原理示意图。

图2为图1实施例中外部封装壳体中各部件的分布示意图。

图3为图1实施例中外部封装壳体的立体结构图。

图4a、4b为标准模板的示例性结构示意图，其中4a为俯视图，4b为侧视图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1和图2所示，根据本发明的较佳实施例，一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪，包括：

一具有单横模结构并可调焦的平面激光发生器1与一用于图像采集的面阵CCD2，二者安装在垂直于待测路面的同一基板平面上；

所述平面激光发生器1、面阵CCD2与待测路面构成三角测距关系；

一微处理器4，用于实现图像处理；

一可充电电源3，分别与所述平面激光发生器1、面阵CCD2和微处理器4连接并提供电源供应；以及

一带有车载安装口的外部封装壳体5，该壳体用于封装所述平面激光发生器1、面阵CCD2、可充电电源3和微处理器4并形成一具有激光发射窗10、采集探测窗11、充电接口12(即图中的外接电源与充电口)、控制信号接口13(即图中的外同步信号口)及数据输出接口14(即图中的数据传输与外接计算机口)的探测器单元，探测器单元还配备有一标准模板7，该标准模板7用于现场校正和标定该探测器单元。

如图2所示，所述外部封装壳体5上还设置有一总开关控制口15，用于控制整个测量仪的启动和关闭，在启动后，可充电电源3向平面激光发生器1、面阵CCD2和微处理器4供电，平面激光发生器1、面阵CCD2和微处理器4开始工作。

如图1，结合图2和图3所示，平面激光发生器1透过激光发射窗10向待测路面基板上发射激光线，形成一路面激光标线A。

面阵CCD2在所述微处理器4的控制下，透过采集探测窗11采集在待测路面上形成的激光标线图像。

面阵CCD2、平面激光发生器1与待测路面基板构成三角测距关系，作为优选的实施方式，测量三角形夹角的范围在30度-50度。

作为更优选的实施方式，前述面阵CCD2、平面激光发生器1与待测路面基板之间的位置满足下述关系：

平面激光发生器1向所述待测路面基板发射的激光线，其在待测路面基板上形成的激光标线A在所述面阵CCD2中沿着其X轴并且处于面阵CCD的屏幕中部。

充电接口14用于通过一充电线缆与充电器连接，为所述可充电电源3充电，从而为整个测量仪提供电源供应。

所述控制信号接口12接收采集同步控制信号，所述数据输出接口13通过一数据线与外部计算机系统连接以发送采集的图像数据。

外部计算机系统优选地采用工业计算机系统，从而满足车载高速测量时的大数据存储和处理的要求和效率，而且可满足抗振动、抗干扰的性能要求。

优选地，面阵CCD2选用分辨率大于等于1024的面阵CCD。

优选地，平面激光发生器1选用单横模可调焦连续激光发生器。

如图3所示，作为可选的实施方式，外部封装壳体5的外部还安装有多个用于便携测量安置的折叠支脚6(图中所示为4个折叠支腿，显然，为了获得稳固的放置还可以设置其他数目的折叠支腿)，如此，整个测量仪可作为便携式测量设备，直接架设在待测公路的表面上，实现移动式测量。

当然，在可选的实施方式中，参考图3所示，还可以将折叠支腿6折叠收纳起来，然后使用外部封装壳体5上设置的车载悬挂固定机构16，将整个测量仪固定在测量车辆上，这样可实现高速的车载测量。

参考图4a和4b所示，本实施例中，前述标准模板7为一铝板，其表面平整度达0.01mm，该铝板的一面形成有两个区域，其中一个区域8为标准平面，另一个区域9加工成深度交替变化的等间隔矩形槽分布。

优选地，所述等间隔矩形槽的变化深度从0.1mm渐变至1.5mm。

标准模板可由薄坚铝板精密加工构成，表面平整度达0.01mm。

前述平面激光发生器可选用功率为100-300mw、波长为532nm的单横模可调焦连续绿激光发生器。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，包括： 

一具有单横模结构并可调焦的平面激光发生器与一用于图像采集的面阵CCD，二者安装在垂直于待测路面的同一基板平面上； 

所述平面激光发生器、面阵CCD与待测路面构成三角测距关系； 

一微处理器，用于实现图像处理； 

一可充电电源，分别与所述平面激光发生器、面阵CCD和微处理器连接并提供电源供应；以及 

一带有车载安装口的外部封装壳体，该壳体用于封装所述平面激光发生器、面阵CCD、可充电电源和微处理器并形成一具有激光发射窗、采集探测窗、充电接口、控制信号接口及数据输出接口的探测器单元，探测器单元还配备有一标准模板，该标准模板用于现场现场校正和标定该探测器单元。 

2.根据权利要求1所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述外部封装壳体的外部还安装有用于便携测量安置的折叠支脚。 

3.根据权利要求1或2所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述外部封装壳体上的车载安装口的邻近位置还设置有车载悬挂固定机构。 

4.根据权利要求1所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述平面激光发生器、面阵CCD与待测路面构成三角测距关系，其中，测量三角形的夹角范围在30度-50度。 

5.根据权利要求4所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述面阵CCD、平面激光发生器与待测路面之间的位置满足下述关系： 

平面激光发生器向所述待测路面发射的激光线，其在待测路面上形成的激光标线在所述面阵CCD中形成的标线图像沿着其X轴并且处于面阵CCD的屏幕中部。 

6.根据权利要求1所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述标准模板为一表面平整度达0.01mm的铝板，该铝板的一面形成有两个区域，其中一个区域为标准平面，另一个区域加工成深度交替变化的等间隔矩形槽分布。 

7.根据权利要求6所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述等间隔矩形槽的变化深度从0.1mm渐变至1.5mm。 

8.根据权利要求1所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述平面激光发生器选用单横模可调焦连续激光发生器。 

9.根据权利要求1所述的路面纹理结构与构造深度激光测量仪，其特征在于，所述面阵CCD选用分辨率大于等于1024的面阵CCD。