CN111102941B - 使用激光形状确定声波传感器角度 - Google Patents

Abstract

一种用于在表面上分配材料的系统，包括传感器，该传感器被配置为将声波信号从系统上的位置传输到一定量材料的表面。该系统还包括将图像投影到一定量材料的表面上的装置。该装置相对于传感器是可调节的，以便当声波信号以指定角度撞击一定量材料的表面时，使图像具有指定形状，而当声波信号以不同角度撞击一定量材料的表面时，使图像具有不同形状。

Description

使用激光形状确定声波传感器角度

技术领域

本发明总体涉及但不限于机器传感器，更具体地，涉及确定声波传感器相对于目标表面的取向。

背景技术

铺路机，例如沥青铺路机或沥青滚平机，包括用于将铺路材料(例如沥青)的特定分布沉积在基础表面(例如道路或桥梁)上的一类施工仪器。在操作中，铺路机可以在铺路材料从卡车卸出时接收铺路材料，并且使用传送带将铺路材料引导到螺旋输送器的接收侧。螺旋输送器可以可控地旋转，以在整平器前面沉积调节量的铺路材料。可以通过压实沉积的铺路材料在铺路机后面拖动整平器以形成基本光滑的表面。

由整平器压实的铺路材料的光滑度和稠度可以通过调节由螺旋输送器沉积在整平器前面的铺路材料的量等来控制。用于调节沉积在整平器前面的铺路材料的量的控制系统可以包括反馈部件，例如声波传感器，用于测量沉积在整平器前面的铺路材料的高度，还包括控制器或致动部件，例如用于基于测量的高度调节螺旋输送器的旋转速度，从而控制铺路材料的沉积速率。例如，当输送到整平器前面的材料量不足时，可以提高螺旋输送器的转速，而当输送到整平器前面的材料量过量时，可以降低螺旋输送器的转速。

用于测量沉积在整平器前面的铺路材料的高度的声波传感器需要相对于被测量的铺路材料的表面具有特定的取向，以提供精确的距离或高度测量。当这些传感器被不正确地定位时，由传感器发射的超声波信号(例如用于测量距离)不能返回到传感器以便以直角进行检测，从而导致从这些信号得到的结果测量中存在误差。由于铺路材料表面的不规则性，以及由于由这种传感器发射的超声波信号通常对于铺路机操作者是不可见的，因此确保声波传感器正确取向可能很困难。

发明内容

本发明的实施例包括用于在表面上分配材料的系统。该系统可以包括传感器，其被配置为将声波信号从系统上的位置传输到一定量材料的表面。该系统还可以包括将图像投影到一定量材料的表面上的装置，其中该装置相对于传感器是可调节的，以便当声波信号以指定角度撞击一定量材料的表面时使图像具有指定形状，并且当声波信号以不同角度撞击一定量材料的表面时使图像具有不同形状。

本发明的实施例包括一种用于操作机器的方法，所述机器用于使用螺旋输送器和整平器在表面上沉积铺路材料。该方法可以包括提供传感器，该传感器被配置成使用声波信号测量到表面的距离。所述方法还可以包括提供发光装置，所述发光装置被配置为将声波信号与表面相交的角度的视觉指示器/视觉指示投影到表面上，其中当所述角度在指定角度的阈值角度范围内时，视觉指示器包括所述表面上的指定形状，并且当所述角度不在指定角度的阈值角度范围内时，视觉指示器包括表面上的不同形状。

本发明的实施例可以包括用于测量通过螺旋输送器沉积在整平器前面的铺路材料的高度的装置。该装置可包括向铺路材料的表面传输声波信号的传感器。该装置还可以包括联接到声波传感器的发光装置，以基本上平行于声波信号的发射方向投影图像。发光装置可配置成当声波信号以基本上垂直于铺路材料表面的角度撞击铺路材料表面时使图像在铺路材料表面上具有指定形状，并且当声波信号以基本上不垂直于铺路材料表面的角度冲击材料表面时图像在铺路材料表面上具有不同形状。

附图说明

图1示出根据各种实施例经配置以将图像投影到表面上以确定传感器的取向的系统的示例的图。

图2示出根据各种实施例用于使用投影图像来确定传感器和表面之间的角度的系统的示例的框图。

图3A示出根据各种实施例经配置以将图像投影到表面上以确定传感器的取向的系统的示例的图。

图3B示出根据各种实施例的投影图像的示例，该投影图像具有诸如等边三角形的形状，以指示传感器和表面之间的角度。

图4A示出根据各种实施例经配置以将图像投影到表面上以确定传感器的取向的系统的示例的图。

图4B示出根据各种实施例的投影图像的示例，该投影图像具有指示传感器与表面之间的角度的形状。

图5A示出根据各种实施例的投影图像的示例，该投影图像具有指示传感器和表面之间的角度的形状。

图5B示出根据各种实施例的投影图像的示例，该投影图像具有诸如椭圆形的椭圆的形状，以指示传感器和表面之间的角度。

图6示出根据各种实施例用于使用投影图像来确定传感器与沉积材料的表面之间的角度的过程的图

具体实施方式

图1示出根据各种实施例的系统100的示例的图，所述系统100经配置将图像投影到表面125上以确定传感器110的取向。系统100可以包括机器105和整平器145。机器105可以是施工机器，例如铺路机，其被配置为在整平器145前面的区域120中沉积一定量的铺路材料140。整平器145可以是压实铺路材料140的压实装置。在一些实施例中，整平器145可以在机器105后面被拖曳，而在其他实施例中，整平器可以是机器的部件。机器105可包括传感器110、发光装置115、螺旋输送器135和控制器150。

传感器110可以是经配置以基于从表面反射且由与传感器相关联的检测装置检测的信号而产生指示物理测量(例如距离)的数据的任何传感器，使得此类传感器的精确度可受到反射信号的角度的影响。在一些实施例中，传感器110可以是配置成使用诸如超声脉冲或信号的声波信号来测量从传感器到诸如铺路材料沉积140的表面125的表面的距离的声波传感器。

发光装置115可以是被配置成将具有指示形状的图像投影到诸如表面125的表面上的任何装置。在一些实施例中，发光装置115可以包括激光器或一个或多个成组的激光器，其被配置为发射指示波长的光，例如可见光。激光器可以联接到致动器，例如电动机或其它可旋转或线性致动的硬件部件。可以例如通过控制器150或集成在发光装置115中的控制器来控制致动器，以使得由激光器发射的光在表面上形成图案或形状。在一些实施例中，致动器可以使激光器在具有指定半径的小圆中旋转，以便使激光器发射的光形成或投影具有圆形形状的图像到表面上。具有其它形状的图像可以通过使用激光器或其它光源以及配置成根据其它图案致动激光器的致动器来投影。在一些实施例中，发光装置115可以包括成组的三个或更多激光器，激光器被布置为在表面上投影具有特定形状或图案的图像，所述特定形状或图案例如由三个或更多激光器的配置确定。这种图像可以包括任何二维形状或图案，例如三角形或具有由三个或更多激光器产生的激光点指示的顶点的其它多边形。

在一些实施例中，传感器110和发光装置115可以集成在单个装置、衬底或硬件模块中。这种集成装置可以包括联接到衬底或其它支撑结构的传感器110。这种集成装置还可以包括发光装置115，发光装置115联接到衬底或其它支撑结构，并且被配置(例如取向)为沿着基本上平行于由传感器110传输的声波信号所穿过的路径的路径投影图像。

在一些实施例中，传感器110或发光装置115可以是独立可调的。调节传感器110或发光装置115可以包括改变传感器110的位置或发光装置115相对于机器105或相对于系统100的另一个部件的位置。调节传感器110或发光装置115还可以包括改变传感器110的取向或发光装置115相对于机器105或相对于系统100的另一个部件的取向。当表面125和由传感器110传输的信号(例如声波信号)之间的角度在指定角度的阈值角度值之内时，可以调节传感器110或发光装置115以使得由发光装置投影到表面125上的图像具有指定形状。在示例中，当表面125和由传感器110传输的声波信号之间的角度基本上为90度(例如，该角度在指定90度角的5度之内)时，可以调整传感器110或发光装置115以使得由发光装置投影到表面125上的图像具有基本上等边三角形的形状。当表面125和由传感器110发射的声波信号之间的角度在其它指定角度的阈值角度值内时，可以调整传感器110的取向或发光装置115的取向，以使得由发光装置投影到表面125上的图像具有指定形状。

回到机器105的部件的讨论，螺旋输送器135可以是配置成控制从区域130接收并沉积在区域120中的整平器145前面的铺路材料140的量的分布的任何合适的螺旋输送器。

控制器150可以是电子控制单元，例如嵌入式微控制器或其他计算装置，例如通过特别编程的软件或特别配置的硬件电路来配置，以使用从传感器110接收的数据来确定区域120中铺路材料140的高度，并且基于这样确定的高度来调节螺旋输送器135的旋转速度。

在操作中，机器105可以例如通过使用传送带305(图3)在区域130中的螺旋输送器135的接收侧沉积铺路材料140。螺旋输送器可以可控地旋转，例如在控制器150的控制下，以在区域120中将铺路材料140分配在整平器145的前面。区域120中铺路材料140的高度可以由控制器150，或者由机器105的操作者，使用传感器110监测，从而使得控制器或操作者能够调节螺旋输送器135的旋转速度以将区域120中的铺路材料的量保持在期望的高度。在一些实施例中，发光装置115可以例如由操作者或控制器150用来校准传感器110的取向。校准传感器110可以包括设置由传感器发射的声波信号撞击或到达表面125的角度。例如，操作者可以手动调节传感器110的取向和发光装置115的取向，直到由发光装置投影到表面125上的图像具有指定的形状，指示传感器具有指定的取向。

图2示出了根据各种实施例用于使用投影图像来确定传感器110和表面之间的角度的系统200的示例的框图。系统200可以是系统100的示例。系统200可以包括控制器150、致动器205、传感器110和发光装置115。传感器110、发光装置115和控制器150可以基本上如图1的讨论中所述。致动器205可以是被配置成致动传感器110或发光装置115的任何机械或机电装置。这种致动可以包括调节传感器110或发光装置115的位置或取向。这种致动可以包括致动发光装置的部件，例如激光器，以投影具有指定形状或图案的图像，如本文所述。在一些实施例中，致动器205可以例如由操作者手动控制，而在其他实施例中，致动器可以例如由控制器150电子控制。

尽管系统200的部件被示为单独的部件，但是这些部件中的一个或多个可以集成在单个装置中。在某些实施例中，传感器110、发光装置115或控制器150中的一个或多个可以集成或联接在单个装置中。在一些实施例中，发光装置115可以包括控制器150或致动器205.S。

图3A示出根据各种实施例的经配置以将图像投影到表面上以确定传感器110的取向的系统300的示例的图。系统300可以是系统100(图1)或系统200(图2)的实施例或视图。系统300可包括传感器110、发光装置115、螺旋输送器135和整平器145。系统300还可以包括传送带305，例如用于在螺旋输送器135的接收侧沉积铺路材料140。如图3A所示，可能需要的是使传感器110相对于表面125取向成90度角，从而使从传感器传送的声波信号310以90度角冲击铺路材料140的表面。通过以固定关系调节发光装置115的取向和传感器的取向(例如，将发光装置和传感器调节为单个固定联接的单元)，直到发光装置将具有指定形状的图像(例如，图像315(图3B))投影到表面125上，传感器110可以被配置为具有该取向。通常，操作者或电子控制器可以随着发光装置115的取向来调整传感器110的取向，直到投影图像在表面125上具有指定形状，以便提供传感器相对于表面的取向将导致由传感器传输的声波信号310以指定角度撞击表面的视觉指示。在一些实施例中，当发光装置和传感器都具有相同的角取向，例如相对于表面125的90度取向时，可以选择发光装置115的取向以使得投影图像具有指定的形状。当发光装置115投影的光的角度与传感器110相对于表面125的指定角度一致时，获得指定形状。

图3B示出了根据各种实施例的投影图像315的示例，该投影图像315具有诸如等边三角形的形状，以指示传感器110和表面125之间的角度。图像315可以是当传感器110具有使发射的声波信号310以期望角度(例如基本上90度角)撞击表面125的取向时由发光装置115投影的图像的示例。如图3B所示，图像315可以具有由三个激光器或其它发光装置形成的形状，例如通过发光来指示形状的顶点。在图3B中，发光装置115被配置成当传感器110被取向在指定角度时形成等边三角形。

图4A示出根据各种实施例经配置以将图像投影到表面上以确定或指示传感器110的取向的系统400的示例的图。系统400可以是系统300的示例，其被修改以示出具有被选择为使得由传感器发射的声波信号410以大于指定角度(例如，大于90度角)的角度撞击铺路材料140的表面125的取向的传感器110。如图所示，发光装置115的取向也随着传感器110的取向而调节，从而使得由发光装置投影到表面125上的图像被拉伸或压缩以具有与被选择为指示传感器110相对于表面125处于期望角度的指定形状不同的形状。拉伸或压缩的图像可以是来自发光装置115的光撞击表面125的角度的伪像/伪影(artifact)。

图4B示出了根据各种实施例的投影图像415的示例，该投影图像415具有诸如非等边三角形的形状，以指示传感器110和表面125之间的角度。图像415可以是当传感器110被取向成使所传输的声波信号410以大于或小于指定角度(例如90度角)的角度撞击表面125时由发光装置115投影的图像的示例。这里，当传感器110没有以指定角度取向时，发光装置115被配置成形成非等边或伸展的三角形。

图5A示出了根据各种实施例的投影图像505的示例，该投影图像505具有诸如圆形的形状，以指示传感器110和表面125之间的角度。图像505可以是当传感器110被取向成使传输的声波信号以指定角度或在指定角度的阈值角度范围内冲击表面125时由发光装置115投影的替代图像的示例。图像505可以具有由单个激光器或其它发光装置形成的形状，装置被致动以将投影图案跟踪到表面125上。这里，当传感器110被取向在指定的90度角并被致动器旋转时，发光装置115被配置为形成圆。

图5B示出了根据各种实施例的投影图像510的示例，该投影图像510具有诸如椭圆或椭圆形的形状，以指示传感器110和表面125之间的角度。图像510可以是当传感器110被取向成使传输的声波信号以大于或小于指定90度角的角度撞击表面125时由发光装置115投影的图像的示例。这里，发光装置115被配置为使用单个激光器或其他发光部件，以在传感器110没有取向成指定的90度角时形成椭圆或椭圆形。

图6示出根据各种实施例用于使用投影图像来确定传感器与表面之间的角度的过程600的图。过程600可以由实体执行以提供或实现本文描述的系统、技术、装置和操作。过程600的一个或多个操作可以由具有非暂时性计算机可读存储介质的计算装置来实现，该计算装置被配置有专门编程的计算机可执行代码以执行这些操作。

在605，可以提供传感器。传感器可以是传感器110的示例。这样的传感器可以被配置为使用声波信号来测量到表面的距离，如本文所描述的。这种测量可以包括生成指示距离的数据并处理该数据以确定所测量的距离。在610，可以提供发光装置。发光装置可以是发光装置115的示例。这种发光装置可以被配置为投影目标表面和由传感器传输的声波信号之间的角度的图像(例如视觉指示器)。当目标表面和声波信号之间的角度在阈值角度范围内时，图像可具有指定形状，而当由传感器传输的声波信号和目标表面之间的角度不在阈值角度范围内时，图像可具有另一形状。形状之间的差异可以是由发光装置发射的光撞击目标表面的角度的伪像/伪影。在615，当投影图像在表面上具有指定形状时，图像可用于确定声波信号和表面之间的角度在指示角度的阈值角度范围内。

工业实用性

本发明的技术将发光装置与铺路机上的声波传感器联接，例如使得操作者能够确定声波传感器相对于铺路材料沉积在整平器前面的量的表面的角度。发光装置将图像投影到铺路材料的表面上。当声波传感器和铺路材料表面之间的角度处于目标角度，例如90度时，在表面上所示的投影图像具有第一形状，这样的正方形。当声波传感器和铺路材料表面之间的角度偏离指定角度时，投影图像偏斜、拉伸或压缩，以形成不同的形状，例如拉伸的矩形。

本发明的技术可用于铺路机中，以提高用于测量沉积在整平器前面的铺路材料的高度的声波传感器的精度。这可以使得能够更好地控制用于将铺路材料分布在整平器前面的螺旋输送器的旋转速度，这可以通过整平器得到更一致或均匀的铺路压实或形成。

Claims (8)

1.一种用于在表面上分配材料的系统，所述系统包括：

传感器，所述传感器被配置成将声波信号从所述系统上的位置传输到一定量的所述材料的表面上；以及

将图像投影到所述一定量材料的所述表面上的装置，所述装置能够相对于所述传感器调节，以使所述图像具有：

当所述声波信号在指定角度的阈值角度范围内冲击所述一定量材料的所述表面时的指定形状，以及

当所述声波信号不在所述指定角度的所述阈值角度范围内撞击所述一定量材料的所述表面时的不同的形状；

并且，当表面和由传感器发射的声波信号之间的角度在其它指定角度的阈值角度值内时，能够调整传感器的取向或所述装置的取向，以使得由所述装置投影到表面上的图像具有指定形状。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述装置包括用于投影所述图像的三个或更多激光器，所述三个或更多激光器能够被配置为将所述图像投影为激光点的二维图案。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置包括投影所述图像的激光器，所述激光器联接到致动器，所述致动器能够控制成使所述激光器将所述图像投影成具有至少二维的形状。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述指定形状是正多边形，并且所述不同形状不是正多边形。

5.一种用于操作机器的方法，所述机器用于使用螺旋输送器和整平器在表面上沉积铺路材料，所述方法包括：

提供传感器，所述传感器被配置为使用声波信号测量到表面的距离；以及

提供发光装置，所述发光装置被配置成将所述声波信号与表面相交的角度的视觉指示投影到所述表面上，所述视觉指示包括：

当所述角度在指定角度的阈值角度范围内时在所述表面上的指定形状，以及

当所述角度不在所述指定角度的所述阈值角度范围内时在所述表面上的不同形状；

并且，当表面和由传感器发射的声波信号之间的角度在其它指定角度的阈值角度值内时，能够调整传感器的取向或发光装置的取向，以使得由发光装置投影到表面上的图像具有指定形状。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

使用所述距离来确定通过螺旋输送器沉积在整平器前面的材料的高度。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

当所述视觉指示器具有所述指定形状时，使用从所传输的声波信号接收的数据确定由螺旋输送器沉积在所述整平器前面的所述材料的所述高度。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括：

当所述视觉指示器不具有所述指定形状时，调整所述传感器的取向。