CN105625145A - 一种悬挂式摊铺机找平装置及其找平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式摊铺机找平装置及其方法，本发明的悬挂式摊铺机找平装置包括检测仪器固定架和控制检测仪器旋转速度的控制器或动力系统，以及摊铺机找平方法。找平方法为通过控制检测仪器架的高度或调节检测仪器的角度或检测仪器旋转的速度来控制检测路面的宽度及路面不同点到基准线的距离继而调整摊铺厚度从而提高路面的平整度。本发明主要采用控制检测仪器架的高度进而控制检测仪器检测的宽度，或直接控制检测仪器在检测仪器架上的角度，并将角度传感器测得的角度反馈给控制系统，让角度参与垂直高度的计算。采用单个非接触式检测装置，节约成本，便于安装，本发明由于测量点多而精度高。另外市场上主要采用超声波传感器，而多个超声波传感器同时工作时容易收环境影响而出现干扰，并且多个传感器不便于安装，本发明有效的克服了这些缺点。

Description

一种悬挂式摊铺机找平装置及其找平方法

技术领域

本发明涉及一种工程技术领域的找平装置，涉及一种用于高速公路、一级公路及一般道路、铁路、场地基层散装物摊铺的摊铺机械找平装置及其找平的方法。

背景技术

目前中国公路建设工程日益增多，主要以等级公路建设为主，如以及公路，高速公路或机场等，而这些公路宽度大，工程建设单位对质量要求很高，摊铺稳定层要求全幅或半幅一次摊铺成形，由于缺乏大型稳定专用摊铺机械，施工单位要么采用大型沥青摊铺机摊铺，或者采用两台普通摊铺机一起摊铺。当采用沥青摊铺机时，要求沥青摊铺机规格多在一百米以上，而常用的摊铺机械的摊铺宽度一般都在9米以上。这种摊铺机械的找平方法目前一般都采用一排安装多个超声波传感器的方法进行找平，其传感器间距一般为60cm,一台9米以上的摊铺机至少需要15个超声波传感器，其数量之多，不仅造成支点多，成本升高，而且易引起因安装误差带来测量误差，并且每个传感器是固定的，就相当于每个传感器只测量了一个点，不但浪费资金而且精度不高，从而使要求高的路面质量下降，并且多个超声波传感器同时工作易受环境的影响或干扰。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种悬挂式摊铺机找平装置及其方法，采用单个非接触式检测装置，节约成本，便于安装，可以使一个或两个摊铺机公用一个检测装置将信息同时反馈给两个摊铺机使整个摊铺路面的平整度好，并且他可以更换为其他装置如超声波传感器，激光传感器，激光扫描器电磁波测距仪等测距仪器，本发明由于测量点多，测量精确而精度高，并且不受环境影响，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

根据本发明实施案例提供的一种基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，包括下述步骤：

1)将超声波传感器检测仪器固定在检测仪器固定架上，检测仪器通过控制系统可以在类U型固定支架上旋转；

2)设定摊铺机摊铺时的基准高度，通过控制系统控制检测仪器的旋转角度及旋转速度。并将角度传感器记录的角度反馈给控制系统；

3)计算出摊铺机摊铺时在路面上对应的点随检测仪器旋转成的斜线线长，多条线在摊铺机速度的作用下成一个面，通过调节检测仪器的角度和旋转速度确定检测摊铺机相对于路面垂直高度次数的频率；

4)根据检测仪器的角度及计算出的斜线线长，通过正弦函数计算出某点到基准线的垂直高度；

5)将该垂直高度与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值K时，对摊铺机摊铺厚度进行调整，进而对各点进行比较，使摊铺机获得各点精准的摊铺平整度，进而完成高的平整度路面铺设。

2、根据权利要求1所述的基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤3)中，计算出摊铺机摊铺时在路面上对应的点随检测仪器旋转成的斜线线长L：

L＝1/2Vt

其中，t为传播时间，V为已知超声波在介质中的传播速度。

由于超声波速度也受温度、空气介质等环境因素的影响，这可以通过校准超声波探头来检测L₁间的超声波传播时间t₁进行校正，即由L₁＝1/2Vt₁可得V＝2L₁/t₁,于是有L＝tL₁/t₁,

3、根据权利要求1所述的基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据检测仪器的角度及计算出的斜线线长L，通过正弦函数计算出某点到基准线的垂直高度；通过下述方法实现：

4a)由L₁＝1/2Vt₁L＝tL₁/t₁

4b)由检测仪器旋转时记录的角度α,可得h＝(L+l)sinα，

其中，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线，l为检测仪器旋转轴到检测仪器下平面之间的距离，即测得某点到基准线的垂直高度h。

4、一种基于激光束发射器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将激光束发射器检测仪器固定在检测仪器固定架上，它既是激光发射器又是激光接收器，激光发射束L₂在粗糙的路基表面反射，反射激光束L₃由扫描器接收；

2)系统根据反射与发射的时间差以及激光束的倾斜角度计算反射点与激光扫描器的垂直距离；

3)由于激光在空气中的传播速度恒定不变，激光束与水平基准线之间的夹角由角度传感器自动识别或有检测仪器固定架的控制系统自动识别，所以反射点与激光扫描器的垂直距离是时间差的一次函数，只要保证时间差的测量精度即可保证垂直距离的计算精度，每条激光束相当于一个测距传感器；

4)由于激光扫描器在固定支架上旋转，只要控制旋转速度就可以控制测量点的数量密度，从而使激光束的测量是由一个一个密集的点组成一条条的密集的线组成的面。

5、根据权利要求4所述的基于激光束发射器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤2)中，反射点与水平基准线的垂直距离，由下式计算得到：

h＝(1/2V₁t₂+l)sinθ,

其中，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线，V₁为激光传播速度，t₂为反射与发射时间差，θ为激光束与水平基准线的夹角，θ由角度传感器直接测得。

进一步，检测仪器固定架为带有固定装置的类U型支架，U型支架上设有固定找平装置的螺纹孔。

进一步，所述检测仪器为超声波传感器或激光束发射器或电磁波测距仪等测距仪器。

本发明的内容为摊铺机找平装置及其检测方法，具体包括检测仪器固定支架，角度传感器，制动或控制检测仪器旋转速度的动力系统或控制机构。找平方法为通过调节检测仪器架的高度来控制检测路面的宽度，或通过调节检测仪器的旋转角度来控制检测路面的宽度，利用角度传感器来检测检测仪器的旋转角度，通过检测仪器计算斜线线长，运用函数运算出基准线到检测点的竖直高度，并与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值K时，对摊铺机摊铺厚度进行调整，进而对各点进行比较，使摊铺机获得各点精准的摊铺平整度，进而完成高的平整度路面铺设。与现有的采用超声波传感器找平的摊铺机相比，该法能减少检测仪器的数量，便于安装，便于更换，不受环境影响。该法还能通过调节检测仪器的旋转速度来增加检测点的数量，从而提高了精度。

本发明也可以采用让检测仪器360度旋转的方式工作，不过这时要达到同样的效果则需要加大检测仪器的旋转角度，因为旋转仪器不朝向路面时的工作时无效的，本法的优点是增强了对检测仪器旋转角度的使用效率。

本发明的有益效果是：

本发明装置具有结构简单成本低，可换性强，精度高，测量宽度大，旋转较小角度或提升较小高度就可以测量更宽的宽度，当两台摊铺机同时摊铺时也可由一个检测仪器检测并把检测结果同时传送给两台摊铺机(需增加输送设备)，这种旋转式方法能比固定式检测更多的点使检测结果更为精确且节约检测仪器进而节约摊铺机成本等优点。

附图说明

图1是检测原理图；

图2是检测仪器固定架结构示意图；

图3是垂直高度计算方法图；

图4是检测仪器工作状态示意图。

图2中：1、固定架安装孔；2、检测仪器固定架；3、角度旋转控制装置；4、检测仪器固定退；5、检测仪器；6、角度传感器；图4(b)、检测仪器旋转轨迹。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如附图1所示，本发明悬挂式摊铺机找平装置，包括检测仪器固定架2，以及设在检测仪器固定架2上的检测仪器5，检测仪器5与检测仪器角度旋转控制装置系统相连。

如图2(a)、2(b)所示，其中，检测仪器固定架2为带有固定架安装孔1的类U型支架2，U型支架2上设有检测仪器角度旋转控制装置3。

本发明当采用固定在摊铺机上的超声波传感器检测平面度，具体方法如下：

检测仪器固定架2固定在摊铺机固定超声波传感器检测平面度的其中一个位置或其他不影响找平装置工作的位置保证检测仪器竖直向下即可，检测仪器5固定在固定架上，仪器可以在U型固定支架上旋转，保证检测仪器工作时下方无障碍物阻挡，设定摊铺机摊铺时的基准高度，通过角度传感器记录的检测仪器工作时的角度，可计算出摊铺机摊铺时在路面上对应的点随检测仪器旋转成的斜线线长L，这些线长在路面上对应的点随检测仪器的旋转成一条线，一条条线在摊铺机速度的作用下成一个面，由于摊铺机摊铺速度较慢，可以通过调节检测仪器的角度旋转速度确定检测垂直高度次数的频率。已知角度及计算出的斜线长度可有正弦函数计算出某点到基准线的垂直高度，从而与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值K时，使摊铺机摊铺厚度进行调整，进而使各点进行比较使摊铺机获得更准确的摊铺平整度，进而调整摊铺机的铺设厚度，使铺设路面有更高的平整度。

当检测仪器固定架上的检测仪器5是超声波传感器时，该传感器可以通过多点探测可以精确地检测到面或线的细微变化，其探测的原理可以用公式表示，以图3中A点为例，图3中角度α由角度传感器自动记录下来并反馈给系统，斜线线长L可以计算出来。

由L＝1/2Vt,其中t为传播时间，V为已知超声波在介质中的传播速度。

由于超声波速度也受温度、空气介质等环境因素的影响，这可以通过校准超声波探头来检测L₁间的超声波传播时间t₁进行校正，即由L₁＝1/2Vt₁可得V＝2L₁/t₁,于是有L＝tL₁/t₁,

由检测仪器旋转时记录的角度α,可得h＝(L+l)sinα，为减少误差，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线为基准线，即测得A点到基准线的垂直高度，从而与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值时，使摊铺机摊铺厚度进行调整，进而使各点进行比较使摊铺机获得更准确的摊铺平整度。

本发明当采用固定在摊铺机上的激光束发射器检测平面度，具体方法如下：

当采用激光束找平时，则检测仪器固定架上固定的是激光束发射器，它既是激光发射器又是激光接受器，如图3的激光发射束L₂在粗糙的路基表面反射，反射激光束L₃由扫描器接受，系统根据反射与发射的时间差以及激光束的倾斜角度计算反射点与激光扫描器的垂直距离。

为减少误差，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线，

即L₃＝1/2V₁t₂

其中，基准线取为检测仪器的下平面所在的水平线，V₁为激光传播速度，t₂为反射与发射时间差，θ为激光束与水平基准线的夹角，θ可由角度传感器直接测得。

其方向如图3，由于激光在空气中的传播速度恒定不变，激光束与水平基准线之间的夹角由角度传感器自动识别，所以仅仅是时间差的一次函数，只要保证时间差的测量精度即可保证垂直距离的计算精度，每条激光束相当于一个测距传感器，由于激光扫描器在固定支架上旋转，只要控制旋转速度就可以控制测量点的数量密度，从而使激光束的测量是有一条条线密集组成的面，有提高了测量密度与精度，从而使整个摊铺精度即平整度提高。

如图4所示，检测仪器工作时，检测仪器5固定在检测仪器固定架上，图4(b)显示了检测仪器运动轨迹。其具体的工作过程为：检测仪器在角度旋转控制装置下旋转，角度传感器记录检测仪器中心线与水平基准线之间的夹角a,由已知的时间t,已知速度v，系统自动计算出斜线线长L，由正弦函数可得监测点到水平基准线的垂直距离h＝(L+l)sinα，其中l为检测仪器旋转轴到检测仪器下底面的垂直距离，因为检测仪器的运动轨迹为弧形，把检测仪器旋转轴所在的水平线选作水平基准线使计算更精确。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将超声波传感器检测仪器固定在检测仪器固定架上，检测仪器通过控制系统可以在类U型固定支架上旋转；

2)设定摊铺机摊铺时的基准高度，通过控制系统控制检测仪器的旋转角度及旋转速度。并将角度传感器记录的角度反馈给控制系统；

3)计算出摊铺机摊铺时在路面上对应的点随检测仪器旋转成的斜线线长，多条线在摊铺机速度的作用下成一个面，通过调节检测仪器的角度和旋转速度确定检测摊铺机相对于路面垂直高度次数的频率；

4)根据检测仪器的角度及计算出的斜线线长，通过正弦函数计算出某点到基准线的垂直高度；

5)将该垂直高度与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值K时，对摊铺机摊铺厚度进行调整，进而对各点进行比较，使摊铺机获得各点精准的摊铺平整度，进而完成高的平整度路面铺设。

2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤3)中，计算出摊铺机摊铺时在路面上对应的点随检测仪器旋转成的斜线线长L：

L＝1/2Vt

其中，t为传播时间，V为已知超声波在介质中的传播速度。

由于超声波速度也受温度、空气介质等环境因素的影响，这可以通过校准超声波探头来检测L₁间的超声波传播时间t₁进行校正，即由L₁＝1/2Vt₁可得V＝2L₁/t₁,于是有L＝tL₁/t₁,

3.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据检测仪器的角度及计算出的斜线线长L，通过正弦函数计算出某点到基准线的垂直高度；通过下述方法实现：

4a)由L₁＝1/2Vt₁由于超声波速度也受温度、空气介质等环境因素的影响，这可以通过校准超声波探头来检测L₁间的超声波传播时间t₁进行校正，即由L₁＝1/2Vt₁可得V＝2L₁/t₁,于是有L＝tL₁/t₁,

4b)由检测仪器旋转时记录的角度α,可得h＝(L+l)sinα，

其中，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线，l为检测仪器旋转轴到检测仪器下平面之间的距离，即测得某点到基准线的垂直高度h。

4.一种基于激光束发射器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将激光束发射器检测仪器固定在检测仪器固定架上，它既是激光发射器又是激光接收器，激光发射束L₂在粗糙的路基表面反射，反射激光束L₃由扫描器接收；

2)系统根据反射与发射的时间差以及激光束的倾斜角度计算反射点与激光扫描器的垂直距离；

3)由于激光在空气中的传播速度恒定不变，激光束与水平基准线之间的夹角由角度传感器自动识别或有检测仪器固定架的控制系统自动识别，所以反射点与激光扫描器的垂直距离是时间差的一次函数，只要保证时间差的测量精度即可保证垂直距离的计算精度，每条激光束相当于一个测距传感器；

4)由于激光扫描器在固定支架上旋转，只要控制旋转速度就可以控制测量点的数量密度，从而使激光束的测量是由一个一个密集的点组成一条条的密集的线组成的面。

5.根据权利要求4所述的基于激光束发射器的悬挂式摊铺机找平方法，其特征在于，所述步骤2)中，反射点与水平基准线的垂直距离，由下式计算得到：

h＝(1/2V₁t₂+l)sinθ,

其中，基准线取为检测仪器的旋转轴所在的水平线，V₁为激光传播速度，t₂为反射与发射时间差，θ为激光束与水平基准线的夹角，θ由角度传感器直接测得。

6.一种悬挂式摊铺机找平装置，其特征在于，包括检测仪器固定架，控制检测仪器旋转速度的控制器或动力系统以及设在检测仪器固定架上的检测仪器，检测仪器与水平基准线之间的角度由角度传感器直接测得。

7.根据权利要求6所述的一种悬挂式摊铺机找平装置，其特征在于，检测仪器固定架为带有固定装置的类U型支架，U型支架上设有固定找平装置的螺纹孔。

8.根据权利要求6所述的一种悬挂式摊铺机找平装置，其特征在于，所述检测仪器为超声波传感器或激光束发射器或电磁波测距仪等测距仪器。

本发明的内容为摊铺机找平装置及其检测方法，具体包括检测仪器固定支架，角度传感器，制动或控制检测仪器旋转速度的动力系统或控制机构。找平方法为通过调节检测仪器架的高度来控制检测路面的宽度，或通过调节检测仪器的旋转角度来控制检测路面的宽度，利用角度传感器来检测检测仪器的旋转角度，通过检测仪器计算斜线线长，运用函数运算出基准线到检测点的竖直高度，并与标准高度进行比较，当偏差达到一定差值K时，对摊铺机摊铺厚度进行调整，进而对各点进行比较，使摊铺机获得各点精准的摊铺平整度，进而完成高的平整度路面铺设。与现有的采用超声波传感器找平的摊铺机相比，该法能减少检测仪器的数量，便于安装，便于更换，不受环境影响。该法还能通过调节检测仪器的旋转速度来增加检测点的数量，从而提高了精度。

找平方法通过控制检测仪器架的角度或高度来控制检测路面的宽度及路面不同点到基准线的距离继而调整摊铺厚度从而提高路面的平整度。本发明主要采用控制检测仪器架的角度进而控制检测仪器检测的宽度，或直接控制检测仪器在检测架上的角度，并将角度反馈给控制系统，让角度参与垂直高度的计算。