CN110514115A - 用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置及其应用方法，涉及桥梁施工仪器电子测量技术领域。包括控制面板、人机交互系统、下位机控制机构、前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、蓄电池、测量移动装置、移动底座、滑轮、升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ以及左拉绳、右拉绳，本发明通过前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置一次性测量出波纹管的三维坐标，无需分次测量，提升了测量速率；下位机控制机构对传感器数据进行处理运算，人机交互系统对数据进行储存分析，并将数据无线发送至云服务器管理系统进行存储分析，避免了人工记录和分析数据的误差。本发明有助于提升桥梁预应力施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工仪器电子测量技术领域，特别是涉及一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置及其应用方法。
背景技术
预应力混凝土结构具有刚度大、耐久性好、抗裂性优等优点，在建筑领域特别是桥梁建设中得到了广泛的应用。据统计，我国新建桥梁95％以上都采用预应力混凝土梁。预应力箱梁在预制过程中，需要在钢筋混凝土预制件内设置多根预应力筋，并在预应力筋的外侧套装波纹管，波纹管与预应力筋之间需要留有一定的孔隙量，用于张拉后的压浆封锚。波纹管布设位置的不准确会导致预应力筋弯角增加，进而无法满足预应力设计需求，影响桥梁刚度、耐久性等。
箱梁在预制过程中预应力构件以波纹管作为孔道，在浇筑混凝土之前，需将波纹管按预应力筋束的设计位置绑扎于梁体钢筋中。波纹管布设完毕后，为了保证钢绞线孔道位置定位准确，必须严格检查波纹管的坐标位置。而在钢绞线下料施工前，还须再次检查波纹管定位情况，防止在后期振捣过程中波纹管位置出现移位导致弯角增加，使张拉时的摩擦阻力增大。因此，预应力束施工质量的好坏，除了钢绞线位置的精确控制外，波纹管位置是否准确也同样关键。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置及其应用方法，具体技术方案如下：
一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,包括控制面板、人机交互系统、下位机控制机构、前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、蓄电池、测量移动装置、滑轮、升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ、左拉绳、右拉绳以及支架；
所述支架包括支撑轴、限定横轴、移动底座,所述支撑轴竖直安装在移动底座上,所述限定横轴安装在支撑轴上端,所述支撑轴用于支撑限定横轴,所述限定横轴用于限定测量移动装置的滑动位置,所述移动底座用于支撑整个三维定位装置；
所述控制面板、人机交互系统、下位机控制机构分别安装在支撑轴上,所述控制面板、所述人机交互系统分别与下位机控制机构连接,所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置、蓄电池与下位机控制机构连接，所述蓄电池设置在移动底座上，所述前X轴激光传感器安装在支架前方,所述后X轴激光传感器安装在支架后方,所述测量移动装置安装在支架的中心,所述滑轮安装在移动底座的下方，所述升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ分别安装在支架上，所述左拉绳缠绕在升降滑轮组Ⅰ上,所述右拉绳缠绕在升降滑轮组Ⅱ上；
所述控制面板用于控制整个三维定位装置的启停，并控制前X轴激光传感器、后X轴激光传感器和测量移动装置将测量得到的波纹管的X轴、Y轴、Z轴坐标清零，同时，显示蓄电池的电量；所述下位机控制机构用于控制前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置进行测量数据，并采集前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置测量得到数据,并将采集得到的测量数据进行处理,然后传输至人机交互系统；所述人机交互系统用于存储显示经过下位机控制机构处理的数据；所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器用于测量波纹管的X轴的坐标；所述测量移动装置用于测量波纹管的Y轴、Z轴坐标；所述蓄电池用于给电池状态显示模块、人机交互系统、下位机控制机构、前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置供电,并可充电，所述滑轮用于带动整个装置运动到测量位置；所述升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ以及左拉绳、右拉绳用于带动测量移动装置在Y轴方向滑动。
进一步地，所述控制面板包括X轴复位按钮、Y轴复位按钮、Z轴复位按钮、电池状态显示模块、电源开关按钮、测量启停按钮；
所述X轴复位按钮、Y轴复位按钮、Z轴复位按钮、电池状态显示模块、电源开关按钮、测量启停按钮安装在控制面板上,所述X轴复位按钮、Y轴复位按钮、Z轴复位按钮、测量启停按钮分别与下位机控制机构连接，所述电池状态显示模块与蓄电池连接；
所述X轴复位按钮用于控制下位机控制机构把前X轴激光传感器和后X轴激光传感器测量得到的波纹管的X轴坐标清零；所述Y轴复位按钮用于控制下位机控制机构把测量移动装置测量得到的波纹管的Y轴坐标清零；所述Z轴复位按钮用于控制下位机控制机构把测量移动装置测量得到波纹管的Z轴坐标清零；所述电池状态显示模块用于显示蓄电池的电量；所述电源开关按钮用于控制整个三维定位装置的启停；所述测量启停按钮用于控制下位机控制机构的启停。
进一步地，所述电池状态显示模块包括数模转换电路、微处理器Ⅰ、液晶显示屏，所述数模数模转换电路的输出端与微处理器Ⅰ的输入端连接，所述微处理器Ⅰ的输出端与液晶显示屏连接，所述数模转换电路用于将蓄电池的电压值模拟量转换成数字量，并将数字量传输给微处理器Ⅰ，所述微处理器Ⅰ对接收到的数模转换电路传输的数字量进行计算处理转换，最终将数字量转换成数值电量显示在液晶显示屏上。
进一步地，所述人机交互系统为触摸工控一体机，包括ARM处理器和电容触摸屏。
进一步地，所述下位机控制机构包括数据采集模块、数据传输模块、微处理器Ⅱ、机箱外壳、数据传输总线接口,前后X轴激光传感器接口、磁栅传感器总线接口、电源线接口；
所述数据采集模块、数据传输模块和微处理器Ⅱ设置在机箱外壳内部,所述前后X轴激光传感器接口、磁栅传感器总线接口、电源线接口、数据传输总线接口和数据传输总线接口设置在机箱外壳顶部,所述前后X轴激光传感器总线接口分别与前X轴激光传感器、后X轴激光传感器连接,所述磁栅传感器总线接口与测量移动装置连接,所述电源线接口与蓄电池连接, 所述数据传输总线接口与数据传输模块和人机交互系统连接；
所述数据采集模块用于采集所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、测量移动装置测量得到的波纹管的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标,所述微处理器Ⅱ用于对前X轴激光传感器、后X轴激光传感器和测量移动装置测量得到的数据进行处理,并对前X轴激光传感器、后X轴激光传感器和测量移动装置进行复位清零控制；
所述数据传输模块用于对所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器和测量移动装置测量得到的波纹管的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标传输至人机交互系统,所述机箱外壳用于保护下位机控制机构,所述前后X轴激光传感器总线接口用于下位机控制机构与前X轴激光传感器、后X轴激光传感器之间的信号传递,所述磁栅传感器总线接口用于下位机控制机构与测量移动装置之间的信号传递。
进一步地，所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器采用相位式激光测距仪。
进一步地，所述蓄电池为V锂电池。
进一步地，所述测量移动装置包括Y轴磁栅尺、光滑轴Ⅰ、光滑轴Ⅱ、Z轴磁栅尺、Z轴探针、滑块、Z轴磁栅传感器、Y轴磁栅传感器；
所述Y轴磁栅尺、光滑轴Ⅰ固定在支架中心,所述光滑轴Ⅱ、Z轴磁栅尺设置在测量移动装置的表面,所述滑块设置在光滑轴Ⅱ上,所述Z轴探针固定在滑块上,所述Z轴磁栅传感器安装在滑块的内部,所述Y轴磁栅传感器安装在测量移动装置背面上，所述Z轴磁栅传感器、所述Y轴磁栅传感器分别与下位机控制机构连接；
所述光滑轴Ⅱ用于滑块在Z轴方向上的滑动,所述Z轴磁栅尺用于配合Z轴磁栅传感器测量波纹管的Z轴的坐标,所述Z轴探针用于延长测量移动装置的接触点,更好地让测量移动装置与波纹管进行接触测量,所述Z轴磁栅传感器用于测量波纹管Z轴的坐标,所述Y轴磁栅传感器用于测量波纹管Y轴的坐标。
一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置的应用方法,包括如下步骤:
步骤S1,确定三维定位装置基准位置；
步骤S2,按下所述电源开关按钮,给整个系统供电；
步骤S3,按下所述控制面板中的X轴复位按钮、Y轴复位按钮、Z轴复位按钮进行复位, 对所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器、Z轴磁栅传感器、Y轴磁栅传感器测量得到的数据进行清零；
步骤S4,将所述测量移动装置移动到测量位置的高度；
步骤S5,滑动所述Z轴探针延长测量移动装置的接触点；
步骤S6,按下所述测量启停控制按钮控制前X轴激光传感器、后X轴激光传感器和测量移动装置进行数据测量；
步骤S7,根据步骤S6测量得到的数据,所述下位机控制机构对数据进行处理,并将处理后数据传输到人机交互系统；
步骤S8,所述人机交互系统对下位机控制机构传输的数据显示在电容触摸屏上；
步骤S9,工作人员读取数据,获取波纹管的位置信息。
进一步地，所述步骤S6的具体步骤包括：
S61,所述前X轴激光传感器、后X轴激光传感器采用相位式激光测距仪,所述相位式激光测距仪包括激光发射装置、激光反射装置、接收管,所述相位式激光测距仪用周期高频信号对激光光强进行幅度调制,然后测定调制光往返目标距离所产生的相位延迟,通过测量相位间接测量调制光的传播时间,计算出待测目标距离；测量时,在箱梁跨端放置激光反射装置,通过滑轮移动三维定位装置至待测波纹管位置,相位式激光测距仪发射激光经激光反射装置反射回接收管,测量波纹管位置X轴的坐标，箱梁跨端至三维定位装置基准位置的距离长度表示波纹管的长度；
S62,所述Y轴磁栅传感器测量波纹管Y轴的坐标,箱梁底至波纹管中心的距离表示波纹管的高度；
S63,所述Z轴磁栅传感器测量波纹管Z轴的坐标,箱梁测量点垂直基面至波纹管的距离表示波纹管的位置偏移量。
本发明的有益效果为：
本发明通过激光传感器和磁栅传感器，分别测量出波纹管X轴、Y轴和Z轴的坐标，通过下位机控制机构对传感器数据进行处理运算，然后传输到人机交互机构显示出测量结果，施工人员可以通过人机交互机构显示的测量结果读数与施工图纸进行对比，以此来校正波纹管安装位置，以达到施工标准。本发明能够一次性测量出三维坐标，无需分次测量，提升了测量速率，电子记录，避免了人工记录的误差。本发明有助于提升桥梁预应力施工质量。
附图说明
图1为本发明三维定位装置的正面视图；
其中，1：控制面板；2：X轴复位按钮；3：Y轴复位按钮；4：Z轴复位按钮；5：电池状态显示模块；6：电源开关按钮；7：测量启停按钮；8：人机交互系统；9：X轴激光传感器接口；10：磁栅传感器总线接口；11：电源线接口；12：机箱外壳；13：控制总线接口；14：数据传输总线接口；15：下位机控制机构；16：滑轮；17：前X轴激光传感器；18：蓄电池； 19：移动底座；40：支架；41：支撑轴；42：限定横轴。
图2为本发明三维定位装置的背面视图；
其中，20：升降滑轮Ⅰ；21：升降滑轮Ⅱ；22：左拉绳；23：右拉绳；24：升降滑轮Ⅲ；25：升降滑轮Ⅳ；26：Y轴磁栅尺；27：光滑轴Ⅰ；28：光滑轴Ⅱ；29：Z轴磁栅尺；30：Z轴探针；31：滑块；32：测量移动装置；33：Z轴磁栅传感器；34：Y轴磁栅传感器；35：后X轴激光传感器；36：升降滑轮Ⅴ；37：升降滑轮Ⅵ；38：升降滑轮Ⅶ；39：升降滑轮Ⅷ。
图3为本发明的测量移动装置的支架示意图。
图4为本发明支架上端的滑轮安装位置示意图。
图5为本发明支架下端的滑轮安装位置示意图。
图6为本发明中测量移动装置的正面视图。
图7：本发明中测量移动装置的背面视图。
图8为本发明三维定位装置的三维定位装置的电气结构图。
图9为本发明三维定位装置的下位机控制机构芯片结构示意图。
图10为本发明三维定位装置的磁栅传感器结构示意图；
其中，a：磁栅；b：尺基；c：磁极；d：磁头。
图11为本发明的服务器架构图。
图12为本发明的最终测量结果示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2所示为一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置的正面视图和背面视图，一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置，包括控制面板1、人机交互系统8、下位机控制机构15、前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35、蓄电池18、测量移动装置32、滑轮16、升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ、左拉绳22、右拉绳23以及支架40；
支架40包括支撑轴41、限定横轴42、移动底座19,支撑轴41竖直安装在移动底座上, 限定横轴42安装在支撑轴41上端,支撑轴41用于支撑限定横轴42,限定横轴42用于限定测量移动装置32的滑动位置,移动底座19用于支撑整个三维定位装置；
控制面板1、人机交互系统8、下位机控制机构15分别安装在支撑轴41上,控制面板1、人机交互系统8分别与下位机控制机构15连接,前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35、测量移动装置32、蓄电池18与下位机控制机构15连接，蓄电池18设置在移动底座19上，前X轴激光传感器17安装在支架40前方,后X轴激光传感器35安装在支架40后方,测量移动装置32安装在支架40的中心,滑轮16安装在移动底座19的下方，升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ分别安装在支架40上，左拉绳22缠绕在升降滑轮组Ⅰ上,右拉绳23缠绕在升降滑轮组Ⅱ上；
控制面板1用于控制整个三维定位装置的启停，并控制前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32将测量得到的波纹管的X轴、Y轴、Z轴坐标清零，同时，显示蓄电池18的电量；下位机控制机构15用于控制前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器 35、测量移动装置32进行测量数据，并采集前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35、测量移动装置32测量得到数据,并将采集得到的测量数据进行处理,然后传输至人机交互系统8；人机交互系统8用于存储显示经过下位机控制机构15处理的数据；前X轴激光传感器 17、后X轴激光传感器35用于测量波纹管的X轴的坐标；测量移动装置32用于测量波纹管的Y轴、Z轴坐标；蓄电池18用于给电池状态显示模块5、人机交互系统8、下位机控制机构15、前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35、测量移动装置32供电,并可充电，滑轮16用于带动整个装置运动到测量位置；升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ以及左拉绳22、右拉绳23用于带动测量移动装置32在Y轴方向滑动。
如图4、图5所示，本发明升降滑轮组Ⅰ包括升降滑轮Ⅰ20、升降滑轮Ⅱ21、升降滑轮Ⅴ36、升降滑轮Ⅵ37升降滑轮组Ⅱ包括升降滑轮Ⅲ24、升降滑轮Ⅳ25、升降滑轮Ⅶ38、升降滑轮Ⅷ39，升降滑轮Ⅰ20、升降滑轮Ⅱ21、升降滑轮Ⅴ36、升降滑轮Ⅵ37两两上下对应安装在支架40上，升降滑轮Ⅲ24、升降滑轮Ⅳ25、升降滑轮Ⅶ38、升降滑轮Ⅷ39两两上下对应安装在支架40上。
本发明滑轮16固定安装在移动底座19下方四角。
本发明三维定位装置的控制面板1包括X轴复位按钮2、Y轴复位按钮3、Z轴复位按钮 4、电池状态显示模块5、电源开关按钮6、测量启停按钮7；X轴复位按钮2、Y轴复位按钮3、Z轴复位按钮4、电池状态显示模块5、电源开关按钮6、测量启停按钮7安装在控制面板1 上,X轴复位按钮2、Y轴复位按钮3、Z轴复位按钮4、测量启停按钮7分别与下位机控制机构15连接，电池状态显示模块5与蓄电池18连接；
X轴复位按钮2用于控制下位机控制机构15把前X轴激光传感器17和后X轴激光传感器35测量得到的波纹管的X轴坐标清零；Y轴复位按钮3用于控制下位机控制机构15把测量移动装置32测量得到的波纹管的Y轴坐标清零；Z轴复位按钮4用于控制下位机控制机构15把测量移动装置32测量得到波纹管的Z轴坐标清零，提高测量精度，避免积累误差；电池状态显示模块5用于显示蓄电池18的电量，便于用户更好地观察电池电量，以便及时给蓄电池18充电；电源开关按钮6控制整个三维定位装置的启停；测量启停按钮7用于控制下位机控制机构15的启停，每次测量前都必须按下测量启停按钮7，每按一次，三维定位装置开始测量一次波纹管的X轴、Y轴、Z轴的坐标值。
本发明三维定位装置的人机交互系统8为触摸工控一体机，包含ARM9处理器和电容触摸屏，人机交互系统8的ARM9处理器用于对前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的数据进行存储，并显示在电容触摸屏上。
本发明三维定位装置的下位机控制机构15包括数据采集模块、数据传输模块、微处理器Ⅱ、机箱外壳12、数据传输总线接口10,前后X轴激光传感器接口11、磁栅传感器总线接口 13、电源线接口14；数据采集模块、数据传输模块和微处理器Ⅱ设置在机箱外壳12内部,前后X轴激光传感器接口11、磁栅传感器总线接口13、电源线接口14、数据传输总线接口10 和数据传输总线接口14设置在机箱外壳12顶部,前后X轴激光传感器总线接口11与前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35连接,磁栅传感器总线接口13与测量移动装置32连接, 电源线接口14与蓄电池18连接,数据传输总线接口14与数据传输模块和人机交互系统8连接；
数据采集模块用于采集前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32 测量得到的波纹管的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标,微处理器Ⅱ用于对前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的数据进行处理,并控制前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32进行复位清零，数据传输模块用于对前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的波纹管的X轴坐标、Y 轴坐标、Z轴坐标传输至人机交互系统8,机箱外壳12用于保护下位机控制机构15,前后X轴激光传感器总线接口11用于下位机控制机构15与前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器 35之间的信号传递,磁栅传感器总线接口13用于下位机控制机构15与测量移动装置32之间的信号传递。
如图9所示，本发明的下位机控制机构15选用Si5351芯片来产生两路频率信号，分别作为激光二极管的调制信号和本振信号，调制信号经过带通滤波器和放大器传输至激光二极管，雪崩光电二极管作为光电探测器接收反射回来的激光信号，得到的回波信号与本振信号混频，经低通滤波器后放大得到低频测量信号，本振信号与调制信号混频得到低频参考信号，两个低频信号由微控制器处理并计算相位差，微控制器通过计算两个低频信号之间的相位差信息实现对被测目标距离的测量,测量距离可表示为：
2L＝φ·c·T/2π
式中L为测量距离，с为光在空气中传播的速度，T为调制信号的周期时间，φ为发射与接收波形的相位差，通过前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35测量目标距离，可得出波纹管的X轴坐标。
本发明的数据采集模块用于采集前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的数据，数据传输模块用于对前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的数据通过RS485总线传输至人机交互系统8，微处理器Ⅱ用于对前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35和测量移动装置32测量得到的数据进行处理，各模块各自独立、相互合作，共同完成波纹管布设位置的智能检测，下位机控制机构15以微处理器Ⅱ为核心，基于RT-thread实时操作系统以多任务并行运行，实时、高效、稳定的完成各传感器的数据采集及处理。
如图11所示，本发明的人机交互系统8与下位机控制机构15通过RS485总线通讯，自定义了现场总线Modbus-RTU协议的数据域，实现人机交互系统8与下位机控制机构15的数据传输；现场总线Modbus-RTU协议是工业控制领域的较为通用的主从通讯协议，基于现场总线Modbus-RTU协议，人机交互系统8与下位机控制机构15可以相互独立的工作，一方出现故障，并不影响另一方的工作，提高系统的可靠性；现场总线Modbus-RTU协议提供了人机交互系统8与下位机控制机构15独立工作的环境，保证两者之间稳定可靠的数据传输。
本发明在三维定位装置的支架40的前方和后方分别安装了前X轴激光传感器17、后X 轴激光传感器35，用于在实际应用过程中，测量完成一根波纹管后，便可进行下一根波纹管的测量，无需更换机器的方向，提高测量效率。
本发明三维定位装置的前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35采用相位式激光测距仪，相位激光测距用周期高频信号对激光光强进行幅度调制，然后测定调制光往返目标距离所产生的相位延迟，通过测量相位间接测量调制光的传播时间，计算出待测目标距离，测量时，在箱梁跨端放置激光测距反射装置，保证测距精度，移动三维定位装置至待测波纹管位置，激光测距仪发射激光经反射装置反射回接收管，测量得到波纹管的X轴坐标位置。
本发明三维定位装置的蓄电池18为输出12V电压的12V锂电池。
本发明三维定位装置的测量移动装置32包括Y轴磁栅尺26、光滑轴Ⅰ27、光滑轴Ⅱ28、 Z轴磁栅尺29、Z轴探针30、滑块31、Z轴磁栅传感器33、Y轴磁栅传感器34；
Y轴磁栅尺26、光滑轴Ⅰ27固定在支架40中心，光滑轴Ⅱ28、Z轴磁栅尺29贴在测量移动装置32的面板表面，Z轴探针30固定在滑块31上，Z轴磁栅传感器33安装在滑块31 的内部，滑块31安装在光滑轴Ⅱ28上，Y轴磁栅尺34安装在测量移动装置32背面上,Z轴磁栅传感器33、Y轴磁栅尺34分别与下位机控制机构15连接；
光滑轴Ⅱ28用于滑块31在Z轴方向上的滑动，Z轴磁栅尺29用于配合Z轴磁栅传感器 33测量波纹管的Z轴的坐标，Z轴探针30用于延长测量移动装置32的接触点，更好地让测量移动装置32与波纹管进行接触测量，Z轴磁栅传感器测量33用于测量波纹管Z轴的坐标，Y轴磁栅传感器34用于测量波纹管Y轴的坐标。
本发明还提供了一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置的应用方法，包括如下步骤：
步骤S1,确定三维定位装置基准位置；
步骤S2,按下所述电源开关按钮6,给整个系统供电；
步骤S3,按下所述控制面板1中的X轴复位按钮2、Y轴复位按钮3、Z轴复位按钮4进行复位,对所述前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35、Z轴磁栅传感器33、Y轴磁栅传感器34测量得到的数据进行清零；
步骤S4,将所述测量移动装置32移动到测量位置的高度；
步骤S5,滑动所述Z轴探针30延长测量移动装置32的接触点；
步骤S6,按下所述测量启停控制按钮7控制前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35 和测量移动装置32进行数据测量的具体步骤包括：
S61,前X轴激光传感器17、后X轴激光传感器35采用相位式激光测距仪,相位式激光测距仪包含激光发射装置、激光反射装置、接收管,相位式激光测距仪用周期高频信号对激光光强进行幅度调制,然后测定调制光往返目标距离所产生的相位延迟,通过测量相位间接测量调制光的传播时间,计算出待测目标距离；测量时,在箱梁跨端放置激光反射装置,通过滑轮16 移动三维定位装置至待测波纹管位置,相位式激光测距仪发射激光经激光反射装置反射回接收管,测量波纹管位置X的坐标，箱梁跨端至三维定位装置基准位置的距离长度表示波纹管的长度。
S62,所述Y轴磁栅传感器(34)测量波纹管Y轴的坐标,箱梁底至波纹管中心的距离表示波纹管的高度；
S63,所述Z轴磁栅传感器(34)测量波纹管Z轴的坐标,箱梁测量点垂直基面至波纹管的距离表示波纹管的位置偏移量。
步骤S7,根据步骤S6测量得到的数据,所述下位机控制机构15对数据进行处理,并将处理后数据传输到人机交互系统8。
步骤S8,所述人机交互系统8对下位机控制机构15传输的数据显示在电容触摸屏上。
步骤S9,工作人员读取数据,获取波纹管的位置信息。
进一步地，人机交互控制系统与服务器连接，服务器基于LAMP架构实现了用户管理、数据管理、数据导出等功能，系统管理员可通过任何平台浏览器登陆服务器进行用户创建、用户删除、用户权限管理、待测梁信息设置、查看数据、数据导出及保存。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于,包括控制面板(1)、人机交互系统(8)、下位机控制机构(15)、前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、蓄电池(18)、测量移动装置(32)、滑轮(16)、升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ、左拉绳(22)、右拉绳(23)以及支架（40）；
所述支架（40）包括支撑轴（41）、限定横轴（42）、移动底座(19),所述支撑轴（41）竖直安装在移动底座上，所述限定横轴（42）安装在支撑轴（41）上端，所述支撑轴（41）用于支撑限定横轴（42），所述限定横轴（42）用于限定测量移动装置(32)的滑动位置,所述移动底座（19）用于支撑整个三维定位装置；
所述控制面板(1)、人机交互系统(8)、下位机控制机构(15)分别安装在支撑轴（41）上,所述控制面板(1)、所述人机交互系统(8)分别与下位机控制机构(15)连接,所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、测量移动装置(32)、蓄电池(18) 与下位机控制机构(15)连接，所述蓄电池(18)设置在移动底座(19)上，所述前X轴激光传感器(17)安装在支架(40)前方，所述后X轴激光传感器(35)安装在支架(40)后方，所述测量移动装置(32)安装在支架（40）的中心, 所述滑轮（16）安装在移动底座(19)的下方，所述升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ分别安装在支架（40）上，所述左拉绳(22)缠绕在升降滑轮组Ⅰ上,所述右拉绳(23)缠绕在升降滑轮组Ⅱ上；
所述控制面板(1)用于控制整个三维定位装置的启停，并控制前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)和测量移动装置(32)将测量得到的波纹管的X轴、Y轴、Z轴坐标清零，同时，显示蓄电池（18）的电量；所述下位机控制机构(15)用于控制前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、测量移动装置(32)进行测量数据，并采集前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、测量移动装置(32)测量得到数据,并将采集得到的测量数据进行处理,然后传输至人机交互系统(8)；所述人机交互系统(8)用于存储显示经过下位机控制机构(15)处理的数据；所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)用于测量波纹管的X轴的坐标；所述测量移动装置(32)用于测量波纹管的Y轴、Z轴坐标；所述蓄电池(18)用于给电池状态显示模块(5)、人机交互系统(8)、下位机控制机构(15)、前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、测量移动装置(32)供电,并可充电，所述滑轮(16)用于带动整个装置运动到测量位置；所述升降滑轮组Ⅰ、升降滑轮组Ⅱ以及左拉绳(22)、右拉绳(23)用于带动测量移动装置(32)在Y轴方向滑动。
2.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述控制面板(1)包括X轴复位按钮(2)、Y轴复位按钮 (3)、Z轴复位按钮(4)、电池状态显示模块(5)、电源开关按钮(6)、测量启停按钮(7)；
所述X轴复位按钮(2)、Y轴复位按钮 (3)、Z轴复位按钮(4)、电池状态显示模块(5)、电源开关按钮(6)、测量启停按钮(7)安装在控制面板(1)上,所述X轴复位按钮(2)、Y轴复位按钮 (3)、Z轴复位按钮(4) 、测量启停按钮(7)分别与下位机控制机构（15）连接，所述电池状态显示模块(5)与蓄电池(18)连接；
所述X轴复位按钮(2)用于控制下位机控制机构（15）把前X轴激光传感器(17)和后X轴激光传感器(35)测量得到的波纹管的X轴坐标清零；所述Y轴复位按钮(3)用于控制下位机控制机构（15）把测量移动装置(32)测量得到的波纹管的Y轴坐标清零；所述Z轴复位按钮(4)用于控制下位机控制机构（15）把测量移动装置(32)测量得到波纹管的Z轴坐标清零；所述电池状态显示模块(5)用于显示蓄电池(18)的电量；所述电源开关按钮(6)用于控制整个三维定位装置的启停；所述测量启停按钮(7)用于控制下位机控制机构（15）的启停。
3.根据权利要求２所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述电池状态显示模块(5)包括数模转换电路、微处理器Ⅰ、液晶显示屏，所述数模数模转换电路的输出端与微处理器Ⅰ的输入端连接，所述微处理器Ⅰ的输出端与液晶显示屏连接，所述数模转换电路用于将蓄电池(18)的电压值模拟量转换成数字量，并将数字量传输给微处理器Ⅰ，所述微处理器Ⅰ对接收到的数模转换电路传输的数字量进行计算处理转换，最终将数字量转换成数值电量显示在液晶显示屏上。
4.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述人机交互系统(8)为触摸工控一体机，包括ARM9处理器和电容触摸屏。
5.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述下位机控制机构(15)包括数据采集模块、数据传输模块、微处理器Ⅱ、机箱外壳(12)、数据传输总线接口(10),前后X轴激光传感器接口(11)、磁栅传感器总线接口(13)、电源线接口(14)；
所述数据采集模块、数据传输模块和微处理器Ⅱ设置在机箱外壳(12)内部,所述前后X轴激光传感器接口(11)、磁栅传感器总线接口(13)、电源线接口(14)、数据传输总线接口(10)和数据传输总线接口(14)设置在机箱外壳(12)顶部,所述前后X轴激光传感器总线接口(11)分别与前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)连接,所述磁栅传感器总线接口(13)与测量移动装置(32)连接,所述电源线接口(14)与蓄电池(18)连接,所述数据传输总线接口(14)与数据传输模块和人机交互系统(8)连接；
所述数据采集模块用于采集所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、测量移动装置(32)测量得到的波纹管的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标,所述微处理器Ⅱ用于对前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)和测量移动装置(32)测量得到的数据进行处理,并对前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)和测量移动装置(32)进行复位清零控制；
所述数据传输模块用于对所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)和测量移动装置(32)测量得到的波纹管的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标传输至人机交互系统(8),所述机箱外壳(12)用于保护下位机控制机构(15),所述前后X轴激光传感器总线接口(11)用于下位机控制机构(15)与前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)之间的信号传递,所述磁栅传感器总线接口(13)用于下位机控制机构(15)与测量移动装置(32)之间的信号传递。
6.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置，其特征在于，所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)采用相位式激光测距仪。
7.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述蓄电池(18)为12V锂电池。
8.根据权利要求1所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置,其特征在于，所述测量移动装置(32)包括Y轴磁栅尺(26)、光滑轴Ⅰ(27)、光滑轴Ⅱ(28)、Z轴磁栅尺(29)、Z轴探针(30)、滑块(31)、Z轴磁栅传感器(33)、Y轴磁栅传感器(34)；
所述Y轴磁栅尺(26)、光滑轴Ⅰ(27)固定在支架（40）中心,所述光滑轴Ⅱ(28)、Z轴磁栅尺(29)设置在测量移动装置(32)的表面, 所述滑块(31)设置在光滑轴Ⅱ(28)上,所述Z轴探针(30)固定在滑块(31)上,所述Z轴磁栅传感器(33)安装在滑块(31)的内部, 所述Y轴磁栅传感器(34)安装在测量移动装置(32)背面上，所述Z轴磁栅传感器(33)、所述Y轴磁栅传感器(34)分别与下位机控制机构(15)连接；
所述光滑轴Ⅱ(28)用于滑块(31)在Z轴方向上的滑动,所述Z轴磁栅尺(29)用于配合Z轴磁栅传感器(33)测量波纹管的Z轴的坐标,所述Z轴探针(30)用于延长测量移动装置(32)的接触点,更好地让测量移动装置(32)与波纹管进行接触测量,所述Z轴磁栅传感器 (33)用于测量波纹管Z轴的坐标,所述Y轴磁栅传感器(34)用于测量波纹管Y轴的坐标。
9.一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置的应用方法,其特征在于，包括如下步骤:
步骤S1,确定三维定位装置基准位置；
步骤S2,按下所述电源开关按钮(6),给整个系统供电；
步骤S3,按下所述控制面板(1)中的X轴复位按钮 (2)、Y轴复位按钮(3)、Z轴复位按钮(4)进行复位,对所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)、Z轴磁栅传感器(33)、Y轴磁栅传感器(34)测量得到的数据进行清零；
步骤S4,将所述测量移动装置(32)移动到测量位置的高度；
步骤S5,滑动所述Z轴探针(30)延长测量移动装置(32)的接触点；
步骤S6,按下所述测量启停控制按钮(7)控制前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)和测量移动装置(32)进行数据测量；
步骤S7,根据步骤S6测量得到的数据,所述下位机控制机构(15)对数据进行处理,并将处理后数据传输到人机交互系统(8)；
步骤S8,所述人机交互系统(8)对下位机控制机构(15)传输的数据显示在电容触摸屏上；
步骤S9,工作人员读取数据,获取波纹管的位置信息。
10.根据权利要求8所述的一种用于桥梁波纹管位置测量的三维定位装置的应用方法,其特征在于，所述步骤S6的具体步骤包括：
S61,所述前X轴激光传感器(17)、后X轴激光传感器(35)采用相位式激光测距仪,所述相位式激光测距仪包括激光发射装置、激光反射装置、接收管,所述相位式激光测距仪用周期高频信号对激光光强进行幅度调制,然后测定调制光往返目标距离所产生的相位延迟,通过测量相位间接测量调制光的传播时间,计算出待测目标距离；测量时,在箱梁跨端放置激光反射装置,通过滑轮(16)移动三维定位装置至待测波纹管位置,相位式激光测距仪发射激光经激光反射装置反射回接收管,测量波纹管位置X轴的坐标，箱梁跨端至三维定位装置基准位置的距离长度表示波纹管的长度；
S62,所述Y轴磁栅传感器(34)测量波纹管Y轴的坐标, 箱梁底至波纹管中心的距离表示波纹管的高度；
S63,所述Z轴磁栅传感器(34)测量波纹管Z轴的坐标, 箱梁测量点垂直基面至波纹管的距离表示波纹管的位置偏移量。
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-
2019
- 2019-08-12 CN CN201910739021.8A patent/CN110514115A/zh active Pending
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