CN204059165U - 一种激光构造深度量测及其验证设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光构造深度量测及其验证设备，其包括：采集测试件的实时转速的转速采集装置；根据激光测距采样间隔、被测点与旋转中心的距离及实时转速获得激光测距采样实时频率的第一计算装置；根据激光测距采样实时频率激发出采样触发信号的信号产生装置；根据采样触发信号对测试件进行高程采集的激光测距传感器；根据采集位置及对应的高程信息获得测试件的断面高程数据序列并记录的记录装置；采用构造深度计算模型对测试件的多个断面高程数据序列获得构造深度测量值的第二计算装置。本申请的实施例可保存和复现路面激光构造深度量值，可为车载式路面激光构造深度仪的计量溯源提供稳定可靠的校准方案。

Description

一种激光构造深度量测及其验证设备

技术领域

本实用新型涉及测量道路构造深度的技术领域，尤其涉及一种激光构造深度量测及其验证设备。

背景技术

路面构造深度是指一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度，主要用于评定路面表面的宏观粗糙度、排水性能及抗滑性，与行车安全息息相关。

我国目前虽有《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)、《多功能路况快速检测设备》(GB/T 26764-2011)等对路面构造深度的检测和技术方法有所涉及，但还达不到统一量值、规范仪器设备生产的目。

现行试验规程的标准试验方法是将已知体积的标准砂摊铺在所要测试路表的被测区域上，量取摊平覆盖的面积，然后用砂的体积与所覆盖面积的比值，即为路面构造深度。但是这种手工铺砂法在实际检测工作中存在诸多不足，主要原因是铺砂法测量路面构造深度测得的是铺砂区域内的平均构造深度，与车载式路面激光构造深度仪计算激光测量法构造深度(Laser Measured Texture Depth，简称LMTD)的定义不同，两个量值不存在理论上的固有关系，缺乏理论依据，不具有可比性。激光测量法构造深度(LaserMeasured Texture Depth，简称LMTD)主要是采用精密激光测距仪沿一个方向采集断面曲线，再按一定的计算模型计算得到。与采用铺砂法测量的构造深度并不相同。而且，采用铺砂法测量路面构造深度只能抽样检测，抽样位置与采用车载式路面激光构造深度仪测量的位置难以对应，抽样数据与测量数据之间也不具有可比性。并且，采用铺砂法测量路面构造深度时，因铺砂区域的形状不规则，面积计算存在较大误差，且受测试过程人为影响因素多，重复性差，测量结果有较大的不确定度。用不确定度较大的技术方案验证测量不确定度较小的技术方案不合常理。在通车公路上采用这种方法进行检测时，还需阻断交通，操作人员的安全也面临着较大威胁。

随着科技进步和激光测距技术的快速发展，业内已经开始采用激光构造深度仪等非接触式测距设备进行路面构造深度的检测。激光构造深度仪作为目前公路行业路面构造深度的主要工作计量器具之一，其直接输出参数即为路面构造深度。现有路面激光构造深度仪所采用的计算模型有很多，即便引用同一个标准体系，也存在因选用的具体技术方法和采用的特种参数不同导致计算结果存在较大差异的不足。正是为存在着计算模型等差异，极有可能出现相同的断面数据会得出不同的构造深度值，这就造成路面构造深度检测数据可信度低、可比性差，已经严重影响我国路面抗滑性能的评价。

因此，有必要建立科学、完善的路用激光构造深度仪计量标准以及配套的装置及验证方法，以尽快实现我国路面激光构造深度仪的量值溯源。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光构造深度量测设备，该设备包括：采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速的转速采集装置；根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率的第一计算装置；根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号的信号产生装置；根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集的激光测距传感器；根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录的记录装置；采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值的第二计算装置。

优选地，该设备还包括：承载所述激光测距传感器并可以将所述激光测距传感器调节到所述构造深度测试件的上方的调节装置。

优选地，所述调节装置调节所述激光测距传感器的采样点与所述旋转中心的距离。

优选地，该设备还包括：以预设速度带动所述构造深度测试件绕所述旋转中心进行转动的传动装置。

本申请的实施例还提供了一种激光构造深度量测的验证设备，该设备包括：采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速的转速采集装置；根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率的第一计算装置；根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号的信号产生装置；根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集的激光测距传感器；根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录的记录装置；采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值的第二计算装置；采用加工所述构造深度测试件的被测表面的设计值对所述构造深度测量值进行验证的验证装置。

优选地，该设备还包括：承载所述激光测距传感器并可以将所述激光测距传感器调节到所述构造深度测试件的上方的调节装置。

优选地，所述调节装置调节所述激光测距传感器的采样点与所述旋转中心的距离。

优选地，该设备还包括：以预设速度带动所述构造深度测试件绕所述旋转中心进行转动的传动装置。

与现有技术相比，本申请的实施例可以保存和复现路面激光构造深度量值，在此基础上还可进行实时验证，可以为车载式路面激光构造深度仪的计量溯源提供稳定的、可靠的校准方案。本申请的实施例可以从根本上解决目前激光构造深度仪无法实现量值统一和计量溯源的问题。本申请的实施例改变了目前采用手工铺砂法进行量值比对时效率低、可靠性差的现状，且测试过程可不受场地限制，无需阻断交通，工作更加便利和安全可靠。

附图说明

图1是根据本申请的一个实施例的激光构造深度量测设备的构造示意图。

图2是根据本申请的一个实施例的激光构造深度量测的验证设备的构造示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

如图1所示，本申请实施例的激光构造深度量测设备，其主要包括转速采集装置110、第一计算装置120、信号产生装置130、激光测距传感器340、记录装置150以及第二计算装置160等。

转速采集装置110，采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速。

第一计算装置120，与转速采集装置110相连，根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率。

信号产生装置130，与第一计算装置120相连，根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号。

激光测距传感器140，与信号产生装置130相连，根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集。

记录装置150，与激光测距传感器140相连，根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录。

第二计算装置160，与记录装置150相连，采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值。

本申请的实施例中，构造深度测试件的被测表面分布有多个环状的周期性纹理，且纹理的延伸方向与构造深度测试件的旋转方向相一致，使得构造深度测试件通过旋转运动来保证被测表面上周期性纹理的各高程点能够得到有序的采样。

本申请实施例的激光构造深度量测设备，还包括承载激光测距传感器140并可以将激光测距传感器140调节到构造深度测试件的上方的调节装置。调节装置可以调节激光测距传感器140的采样点与旋转中心的距离，以对构造深度测试件被测表面上不同被测区域进行高程采集。

本申请实施例的激光构造深度量测设备，还包括以预设速度带动构造深度测试件绕旋转中心进行转动的传动装置。

传动装置带动构造深度测试件以预设转速绕旋转中心进行转动，可以保证构造深度测试件的实时转速在一个以预设转速为基准的较小的一个变化范围内进行转动，避免构造深度测试件的实时转速变化较大而增加激光测距采样实时频率的计算难度和复杂度，可以提高激光测距采样实时频率的准确性。

构造深度的计算模型包括有LMTD、平均断面深度(MPD)、断面深度(PD)、RMST等等。本申请的实施例，可以采用任何一种计算模型来进行计算。需要注意的是，设计加工构造深度测试件被测表面所采用的计算模型，需要与对断面高程数据序列进行计算所采用的计算模型需要相同，否则设计值与测量值之间无法具备可比性。

本申请的实施例中，构造深度测试件的被测表面是采用数控精密机加工技术并根据设计值来加工制作的。采用数控精密机加工技术以尽量高的加工精度来加工制作构造深度测试件，可以保证所加工出来的构造深度测试件的被测试面的形状和尺寸能更加接近理想状态，使得测量出来的结果可以采用加工时的设计值来进行验证等处理，以评价测量设备、测量过程等的准确性和精确度等测量技术。

本申请的实施例可以采用轻质金属材料来加工制作出具有周期性结构的标准介质，比如构造深度标准件等，据此可以用来评价激光构造深度仪等非接触式测距设备的精度和准确性。采用轻质金属材料制作的构造深度标准件等因尺寸、规格的统一性等，可以实现路面构造深度量值的稳定保存，受环境因素比如温度、湿度等影响非常小，非常符合计量溯源传递的技术要求。

采用构造深度测试件设计加工时的设计值，还可以对构造深度测量值进行验证，并采用显示设备来显示构造深度测量值与设计加工构造深度测试件所采用的设计值之间的偏差结果。

如图2所示，本申请实施例的激光构造深度量测设备，其主要包括转速采集装置210、第一计算装置220、信号产生装置230、激光测距传感器440、记录装置250、第二计算装置260以及验证装置270等。

转速采集装置210，采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速。

第一计算装置220，与转速采集装置210相连，根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率。

信号产生装置230，与第一计算装置220相连，根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号。

激光测距传感器240，与信号产生装置230相连，根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集。

记录装置250，与激光测距传感器240相连，根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录。

第二计算装置260，与记录装置250相连，采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值。

验证装置270，与第二计算装置260相连，采用加工所述构造深度测试件的被测表面的设计值对所述构造深度测量值进行验证。

本申请的实施例中，构造深度测试件的被测表面分布有多个环状的周期性纹理，且纹理的延伸方向与构造深度测试件的旋转方向相一致，使得构造深度测试件通过旋转运动来保证被测表面上周期性纹理的各高程点能够得到有序的采样。

本申请实施例的激光构造深度量测设备，还包括承载激光测距传感器240并可以将激光测距传感器240调节到构造深度测试件的上方的调节装置。调节装置可以调节激光测距传感器的采样点与旋转中心的距离，以对构造深度测试件被测表面上不同被测区域进行高程采集。

本申请实施例的激光构造深度量测设备，还包括以预设速度带动构造深度测试件绕旋转中心进行转动的传动装置。

传动装置带动构造深度测试件以预设转速绕旋转中心进行转动，可以保证构造深度测试件的实时转速在一个以预设转速为基准的较小的一个变化范围内进行转动，避免构造深度测试件的实时转速变化较大而增加激光测距采样实时频率的计算难度和复杂度，可以提高激光测距采样实时频率的准确性。

构造深度的计算模型包括有LMTD、平均断面深度(MPD)、断面深度(PD)、RMST等等。本申请的实施例，可以采用任何一种计算模型来进行计算。需要注意的是，设计加工构造深度测试件被测表面所采用的计算模型，需要与对断面高程数据序列进行计算所采用的计算模型需要相同，否则设计值与测量值之间无法具备可比性。

本申请的实施例可以采用位移触发式静态短程激光测距设备与具有速度控制反馈机制的转动装置相组合，来实现路面构造深度量值复现。本申请的实施例可以采用高采样频率的激光测距传感器来进行高程采集，可以降低对周期结构介质采样的失真率，提高路面构造深度测量结果重复性。本申请的实施例通过采用微小光斑的激光测距传感器来进行高程采集，可以提升纹理高程的测量精度，从而提高路面构造深度量值的准确性。本申请的实施例可以采用调频电路实现传动装置的控制，确保传动装置输出速度与构造深度测量装置采样频率的自动匹配，确保周期结构纹理试件采样间隔的准确、稳定。

本申请的实施例可以采用位移触发式静态短程激光测距设备与具有速度控制反馈机制的转动装置的组合，实现路面构造深度量值复现。本申请的实施例通过采用轻质金属材料及数控精密加工工艺研制多分区的周期结构标准介质实现路面构造深度量值的稳定保存。本申请的实施例采用刚体周期结构工件可稳定保存激光构造深度(LMTD)量值，具有较高的测量能力，更符合计量溯源传递的技术要求。本申请的实施例通过采用高采样实时频率的激光测距传感器，降低对周期结构介质采样的失真率，提高路面构造深度测量结果重复性。本申请的实施例通过采用微小光斑的激光测距传感器，提升了纹理高程测量精度，从而提高路面构造深度量值的准确性。本申请的实施例采用调频电路实现传动机构控制，确保传动装置输出速度与构造深度测量装置采样实时频率的自动匹配，确保周期结构纹理试件采样间隔的准确、稳定。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型技术方案而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种激光构造深度量测设备，其特征在于，该设备包括：

采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速的转速采集装置；

根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率的第一计算装置；

根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号的信号产生装置；

根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集的激光测距传感器；

根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录的记录装置；

采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值的第二计算装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

承载所述激光测距传感器并可以将所述激光测距传感器调节到所述构造深度测试件的上方的调节装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：

所述调节装置调节所述激光测距传感器的采样点与所述旋转中心的距离。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

以预设速度带动所述构造深度测试件绕所述旋转中心进行转动的传动装置。

5.一种激光构造深度量测的验证设备，其特征在于，该设备包括：

采集获得绕旋转中心进行转动的构造深度测试件的实时转速的转速采集装置；

根据预设的激光测距采样间隔、被测点与所述旋转中心的距离以及所述实时转速计算获得激光测距采样实时频率的第一计算装置；

根据所述激光测距采样实时频率激发出采样触发信号的信号产生装置；

根据所述采样触发信号对所述构造深度测试件的被测表面进行高程采集的激光测距传感器；

根据所述高程采集的采集位置以及与所述采集位置对应的高程信息获得所述构造深度测试件的断面高程数据序列并进行记录的记录装置；

采用构造深度计算模型对所述构造深度测试件的多个断面高程数据序列进行计算并获得构造深度测量值的第二计算装置；

采用加工所述构造深度测试件的被测表面的设计值对所述构造深度测量值进行验证的验证装置。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

承载所述激光测距传感器并可以将所述激光测距传感器调节到所述构造深度测试件的上方的调节装置。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：

所述调节装置调节所述激光测距传感器的采样点与所述旋转中心的距离。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，该设备还包括：

以预设速度带动所述构造深度测试件绕所述旋转中心进行转动的传动装置。