CN110987009B - 一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统及方法，该系统包括待标定的激光器、标定件、升降装置、为升降装置提供动力的动力系统、测定标定件水平度的水平仪、相机、用于触发激光器和动力系统工作的控制器和工控机；标定件设置在水平面上，通过升降装置带动标定件沿竖直方向移动；水平仪设置在标定件的底面上，相机能够拍摄到水平仪的位置形态；采用本发明的自动标定系统和方法，操作人员通过控制工控主机来操控步进电机就可完成点激光车辙的标定过程，通过相机拍摄水准泡结合工控主机控制步进电机的方式进行水平校准，更为精准。实现了操作人员少、调整速度快、调整精度高，易于实现自动化调整等优势。

Description

一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统及方法
技术领域
本发明属于道路路面检测技术领域，具体涉及一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统及方法。
背景技术
我国已从道路建设的高峰期快速进入以养护和维修为主的管养期，道路管理部门将长期面临艰巨的养护管理任务。全面准确、快速可靠地掌握路面病害数据是科学养护管理决策的关键。车辙作为沥青路面主要病害形式之一，不仅直接影响行车安全性和舒适性，还严重危害道路结构整体性和稳定性。因此获取准确、可靠的车辙检测数据是路面状况评价与养护决策的重要任务。
道路检测车在检测路面车辙前，由于道路检测车当前的胎压和自身的重量等因素的影响，垂直距离会发生改变，因此，在检测路面车辙之前，需要对自身的车辙参数进行标定，以便反映出正确的车辙深度。目前所采用的传统的用于多功能道路检测车的点激光车辙标定系统包括：激光器、固定激光器的激光器横梁、测试横梁、多个支撑测试横梁的高度为1cm的试块以及接受激光器反馈信号的控制器。在标定时，人为地在测试横梁底部的两端加装试块，同时还需要人员在控制器旁记录每次加装试块后的激光器的反馈信号。整个标定过程需要多人参与费时、费力，影响标定精度。专利号CN203007792U一种车辙标定系统及其所应用的道路检测车，对传统标定方式进行改进，一定程度上提高了效率，但仍需一名操作人员人为操控举升装置移动20次，耗时较长，且未进行水平校准，影响标定精度。
因此，市场迫切需要一种操作简单、标定的效率和精度高的用于对道路检测车的点激光车辙参数进行标定的系统和方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明给出了一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统及方法，解决现有的标定方法和系统存在标定精度、耗时长的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统，该标定系统包括待标定的激光器、标定件、升降装置、为升降装置提供动力的动力系统、测定标定件水平度的水平仪、相机、用于触发激光器和动力系统工作的控制器和工控机；所述的标定件设置在水平面上，标定件连接在升降装置上，通过升降装置带动标定件沿竖直方向移动；所述的水平仪设置在标定件的底面上，所述的相机设置水平仪的正下方，相机能够拍摄到水平仪的位置形态；
所述的工控机分别与动力系统和相机连接，用于控制动力系统的转动和相机的采集，通过反馈的动力系统的转过角度反算出标定件上升的距离；并对采集的图片进行分析。
具体的，所述的标定件为板件，板件的底面上连接有用于放置相机的相机支架。
具体的，所述的升降装置包括底座、第一滑轨、齿条和齿轮，所述的第一滑轨固定在底座上，齿条连接在滑轨中，齿条的一端与标定件铰接，齿条另一端为自由端；所述的齿轮与齿条能够啮合，动力系统输出端与齿轮连接，动力系统带动齿条沿着竖直方向移动。
具体的，所述的升降装置有两个，分别设置在标定件的两端；其中一个升降装置的齿条通过第一铰接轴与标定件铰接；另一个升降装置的齿条通过连接件与标定件可活动连接。
具体的，所述的连接件包括第二铰接轴、滑块和第二滑轨，所述的齿条通过第二铰接轴与滑块铰接，所述的第二滑轨设置在标定件的底面上，第二滑轨沿标定件长度方向设置，滑块设置在第二滑轨中。
进一步的，所述的第一滑轨内设置有防坠装置，所述的防坠装置包括永久磁体和线圈。
本发明还公开了一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定方法，该方法采用本发明所述的道路检测车的点激光车辙自动标定系统进行标定，该方法包括以下步骤：
步骤1：标定数据的采集：
步骤1.1：控制动力系统带动标定件移动一定距离后，工控机控制相机对水平仪中水泡位置形态的采集，将采集的图片与工控机中预先储存的位于水平位置的水准泡形态图进行匹配，若匹配成功执行步骤1.3；若匹配不成功，执行步骤1.2；
步骤1.2：分析工控机所采集图片，确定标定件倾斜方向，通过控制动力系统的正反转对标定件进行反复调整，在调整过程中实时采集水泡位置形态图，直至采集的图片中水泡位置形态图与工控机中预先储存的位于水平位置的水准泡形态匹配，固定标定件位置，执行步骤1.3；；
步骤1.3：工控机给控制器发送信号，控制器触发激光器工作，激光器发射光束照射在标定件上；记录带激光器照射在标定件之后反馈的标定件与激光器之间的距离及标定次数，利用工控机将动力系统转过的角度换算为标定件的移动距离；
得到此次移动后标定件与激光器之间的距离、标定次数以及标定件的移动距离；
步骤1.4：重复步骤1.1至步骤1.3，将标定件移动到下一位置；如此反复多次，完成标定数据的采集；
步骤2：对步骤1采集的标定数据进行拟合，得到激光器到标定件之间距离y与标定件高度x的关系式(1)，
y＝a0+a1x+a2x2+...+akxk (1)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明的自动标定系统和方法，操作人员通过控制工控主机来操控步进电机就可完成点激光车辙的标定过程，通过相机拍摄水准泡结合工控主机控制步进电机的方式进行水平校准，更为精准。实现了操作人员少、调整速度快、调整精度高，易于实现自动化调整等优势。
附图说明
图1为本发明实施例记载的标定系统的示意图。
图2为本发明实施例记载的升降装置和标定件的连接示意图。
图3为本发明实施例记载的标定件与其中一个齿条连接局部图。
图4为本发明实施例记载的标定件与另一个齿条连接局部图。
图5为本发明实施例记载的相机支架结构图。
图6为本发明实施例记载的道路检测车激光标定示意图。
图7是本发明实施例记载的标定方法的流程图。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
附图中各标号的含义：1-道路检测车，2-标定件，3-升降装置，4-动力系统，5-水平仪，6-相机，7-控制器，8-工控机，9-相机支架；
301-底座，302-第一滑轨，303-齿条，304-齿轮，305-第一铰接轴，306-连接件，307-第二铰接轴，308-滑块，309-第二滑轨；
901-底板，902-连杆。
具体实施方式
本发明的道路检测车的点激光车辙自动标定方法和系统用于对车辙检测车上的点激光进行标定。
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例中公开的一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统包括待标定的激光器、标定件2、升降装置3、为升降装置3提供动力的动力系统4、测定标定件2水平度的水平仪5、相机6、用于触发激光器和动力系统4工作的控制器7和工控机8；一般激光器安装在道路检测车1的尾部，本实施例中动力系统4为步进电机，相机6为近焦相机。
标定件2为板件，沿水平面设置，标定件2连接在升降装置3上，通过升降装置3带动标定件2沿竖直方向移动。水平仪5设置在标定件2的底面上，相机6设置水平仪5的正下方，相机6与水平仪5之间的距离应在相机6镜头聚焦范围内，相机6能够拍摄到水平仪5的位置形态。
标定件的底面上连接有用于放置相机6的相机支架9，相机支架9由底板901和四个连杆902组成，四个连杆902一端分别与底板901的四个角连接，另一端固定在板件的下表面。
工控机8分别与动力系统4和相机6连接，用于控制动力系统4的转动和相机6采集图片，通过反馈的动力系统4的转过角度反算出标定件2上升的距离；并对采集的图片进行匹配分析。
升降装置3包括底座301、第一滑轨302、齿条303和齿轮304，所述的第一滑轨302固定在底座301上，齿条303连接在第一滑轨302中，齿条303的一端与标定件2铰接，齿条303另一端为自由端；所述的齿轮304与齿条303能够啮合，动力系统4的输出端与齿轮304连接，动力系统4带动齿条303沿着竖直方向移动，进而带动标定件2上升或下降。
在本发明的优选实施例中，升降装置3有两个，分别设置在标定件2的两端；其中一个升降装置的齿条303通过第一铰接轴305与标定件2铰接；另一升降装置的齿条303通过连接件306与标定件2可活动连接。具体的，连接件306包括第二铰接轴307、滑块308和第二滑轨309，所述的齿条303通过第二铰接轴307与滑块308铰接，所述的第二滑轨309设置在标定件2的底面上，第二滑轨309沿标定件2长度方向设置，滑块308设置在第二滑轨309中，使得滑块308能够沿标定件2长度方向滑动。本发明通过一端铰接，另一端铰接加滑动的方式，避免标定件2调整水平度过程中的运动干涉，最小精度可达1mm。
作为本发明的优选实施例，在齿条303移动结束后固定时，在第一滑轨302内设置有防坠装置。具体的，防坠装置包括永久磁体和线圈，本发明实施例中永久磁体材料为矫顽磁力较强的钕铁硼材料。当步进电机停止转动时，齿条303在重力的作用下会下坠，因此在第一滑轨302内部设置该防坠装置在整个设计中至关重要，利用通电线圈产生磁场力的原理：通过控制电流方向使通电线圈产生的磁场方向与永久磁体磁场方向相反，当线圈处于断电状态时，线圈无磁力，仅永久磁体存在磁力，吸附齿条303，防止其下滑达到固定作用。当线圈通电时，通过控制线圈匝数等使线圈产生的磁力与永久磁体固有磁力相抵消，齿条303在第一滑轨302内可自由移动。另外，此开关的有益之处是当车辙标定装置处于断电状态，闲置不用时，齿条303被固定在第一滑轨302内部，便于放置储存。
实施例2
本实施例公开了一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定方法，该方法采用实施例的道路检测车的点激光车辙自动标定系统进行标定，该方法包括以下步骤：
步骤1：标定数据的采集：
步骤1.1：工控机8通过串口指令来控制步进电机(即动力系统4)运动，从而控制标定件2上升的距离。在控制动力系统4带动标定件2移动一定距离后，工控机8控制相机6对水平仪5中水泡位置形态的采集，将采集的图片与工控机8中预先储存的位于水平位置的水准泡形态图片进行匹配，若匹配成功执行步骤1.3；若匹配不成功，执行步骤1.2；
步骤1.2：分析工控机8所采集图片，确定标定件2倾斜方向，通过控制动力系统4的正反转对标定件2进行反复调整，具体是：通过控制较高一侧的步进电机反转一定角度或着通过控制较低一侧的步进电机正转一定角度，来对标定件2进行调整。在调整过程中实时采集水泡位置形态图，直至采集的图片中水泡位置形态图与工控机中预先储存的位于水平位置的水准泡形态图匹配，固定标定件位置，执行步骤1.3；
优选的，在固定标定件2固定时，通过实施例1中记载的防坠装置将其固定，提高了稳定性。
步骤1.3：工控机8给控制器7发送信号，控制器7触发激光器工作，激光器发射光束照射在标定件2上，记录反馈的标定件2与激光器之间的距离及标定次数，利用工控机8将动力系统4转过的角度换算为标定件2的移动距离；
得到此次移动后标定件2与激光器之间的距离、标定次数以及标定件2的移动距离；
步骤1.4：重复步骤1.1至步骤1.3，将标定件移动到下一位置；如此反复多次，完成标定数据的采集；
步骤2：对步骤1采集的标定数据进行拟合，得到激光器到标定件之间距离y与标定件高度x的关系式(1)，即得到系数a0、a1、…、ak；
y＝a0+a1x+a2x2+...+akxk (1)。
在实际检路时采用标定后的激光器测量得到的值相当于公式(1)中的y，在已知上述系数后利用插值可以得到各个激光器对应的x，进而可以模拟绘制该横断面的曲线图，即可进一步求取该横断面的车辙深度。

Claims (4)

1.一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统，其特征在于，该标定系统包括待标定的激光器、标定件(2)、升降装置(3)、为升降装置(3)提供动力的动力系统(4)、测定标定件(2)水平度的水平仪(5)、相机(6)、用于触发激光器和动力系统(4)工作的控制器(7)和工控机(8)；
所述的标定件(2)沿水平面设置，标定件(2)连接在升降装置(3)上，通过升降装置(3)带动标定件(2)沿竖直方向移动；
所述的升降装置(3)包括底座(301)、第一滑轨(302)、齿条(303)和齿轮(304)，所述的第一滑轨(302)固定在底座(301)上，齿条(303)连接在第一滑轨(302)中，齿条(303)的一端与标定件(2)铰接，齿条(303)另一端为自由端；所述的齿轮(304)与齿条(303)能够啮合，动力系统(4)的输出端与齿轮(304)连接，动力系统(4)带动齿条(303)沿着竖直方向移动；
所述的升降装置(3)有两个，分别设置在标定件(2)的两端；其中一个升降装置的齿条(303)通过第一铰接轴(305)与标定件(2)铰接；另一升降装置的齿条(303)通过连接件(306)与标定件(2)可活动连接；所述的连接件(306)包括第二铰接轴(307)、滑块(308)和第二滑轨(309)，所述的齿条(303)通过第二铰接轴(307)与滑块(308)铰接，所述的第二滑轨(309)设置在标定件(2)的底面上，第二滑轨(309)沿标定件(2)长度方向设置，滑块(308)设置在第二滑轨(309)中；
所述的动力系统(4)为步进电机；
所述的水平仪(5)设置在标定件(2)的底面上，所述的相机(6)设置水平仪(5)的正下方，相机(6)能够拍摄到水平仪(5)的位置形态；
所述的工控机(8)分别与动力系统(4)和相机(6)连接，用于控制动力系统(4)的转动和相机(6)采集图片，通过反馈的动力系统(4)的转过角度反算出标定件(2)上升的距离；工控机(8)控制相机(6)对水平仪(5)中水泡位置形态进行采集，并对采集的水泡位置形态图与预先储存的位于水平位置的水准泡形态图进行匹配分析。
2.如权利要求1所述的用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统，其特征在于，所述的标定件(2)为板件，板件的底面上连接有用于放置相机(6)的相机支架(9)。
3.如权利要求1所述的用于道路检测车的点激光车辙自动标定系统，其特征在于，所述的第一滑轨(302)内设置有防坠装置，所述的防坠装置包括永久磁体和线圈。
4.一种用于道路检测车的点激光车辙自动标定方法，其特征在于，该方法采用权利要求1至3任一项所述的道路检测车的点激光车辙自动标定系统进行标定，该方法包括以下步骤：
步骤1：标定数据的采集：
步骤1.1：控制动力系统(4)带动标定件(2)移动一定距离后，工控机(8)控制相机(6)对水平仪(5)中水泡位置形态的采集，将采集的图片与工控机(8)中预先储存的位于水平位置的水准泡形态图片进行匹配，若匹配成功执行步骤1.3；若匹配不成功，执行步骤1.2；
步骤1.2：分析工控机(8)所采集图片，确定标定件(2)倾斜方向，通过控制动力系统(4)的正反转对标定件(2)进行反复调整，在调整过程中实时采集水泡位置形态图，直至采集的图片中水泡位置形态图与工控机中预先储存的位于水平位置的水准泡形态图匹配，固定标定件位置，执行步骤1.3；
步骤1.3：工控机(8)给控制器(7)发送信号，控制器(7)触发激光器工作，激光器发射光束照射在标定件(2)上，记录反馈的标定件(2)与激光器之间的距离及标定次数，利用工控机(8)将动力系统(4)转过的角度换算为标定件(2)的移动距离；
得到此次移动后标定件(2)与激光器之间的距离、标定次数以及标定件(2)的移动距离；
步骤1.4：重复步骤1.1至步骤1.3，将标定件移动到下一位置；如此反复多次，完成标定数据的采集；
步骤2：对步骤1采集的标定数据进行拟合，得到激光器到标定件之间距离y与标定件高度x的关系式(1)，
y＝a0+a1x+a2x2+...+akxk (1)。
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