CN2453388Y

CN2453388Y - 激光断面高程仪

Info

Publication number: CN2453388Y
Application number: CN 00240679
Authority: CN
Inventors: 贺安之; 贺斌; 徐友仁; 贺宁
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2010-10-20

Abstract

本实用新型公开了一种激光断面高程仪,它是由红外半导体激光发射器、光学接收透镜、高速CCD接收器构成三组结构和性能均相同的光电测距探头,分别设置于检测车体的前后端,其中探头I它可对前方路面进行大范围摆动扫描。另两个探头对垂直路面扫描,它们可在同步驱动下,实现对路面平整度和车辙的高速、实时测量,结果精确、可靠、直观,可广泛用于公路验收年检等安全检验上,还可用于其它工件、物体轮廓等识别和测量上。

Description

激光断面高程仪

本实用新型涉及一种检测断面高程的设备，特别是一种能同时完成高速公路路面车辙和平整度检测的高速、实时激光断面高程仪。

公路、特别是高速公路的路面，平整度和路面高程起伏，是公路系统对新建公路验收和安全检验的关键参数，而公路在运行一定时间后所形成的车辙更是公路例行检验和年检的重要项目，平整度影响行车的平稳和舒适，而车辙现象严重时将直接影响行车的安全。现有的平整度测试仪如较早的3m直尺，绘图式路面平整仪等，它们都只能给出短程的高程起伏，由于是人工操作，故检测速度很慢。国外目前已研制出一种基于半导体激光器和光电池组成的三角光路高程传感器，使用时是置于车体上。地面高程不同，就会影响反射光的方向，从而影响光电池接收电流的大小，即它是根据接收光通量的多少来判断路面高低平整度的，这种设计虽结构简单，可实现高速采样，但由于电流变化是模拟量，精度和分辩率都较难提高，对路面特性如反射率不同，将会对光电流变化影响很大，易造成较大误差。这种仪器在使用中还会存在车身振动影响，为消除这种影响，日本、丹麦、美国等有的是采用车体前后各置一个传感器，用其差值解平整度，也有采用加速度传感器，经二次积分得到车的振动量，但实际上由于和主探测器存在位相差，它们均难以有效消除车体振动影响。车辙作为高速公路例行检验的必测量，现有的实时、有效方法很少，在静态验收中多采用和平整度测量相同的3米尺或横梁划线式路面车辙测定仪，动态高速检验国外主要采用多个半导体激光光电池高程传感器，按一定距离分布于车体下一可折叠的3米多长的横梁上，测量时将两边折叠杆打开，它可同时测平整度和车辙，但存在的问题是该方法在高速行驶的路面上既影响公路行车又很不安全，而且因长梁的挠度和形变会对测量精度造成很大影响。1998年由盛安连编著、人民交通出版社出版的“路基路面检测技术”一书中曾提出远程非接触脉冲扫描的测量方法，用激光脉冲对路面进行扫描测距，其原理是利用脉冲扫描时，对有车辙路面出现的时间异常座标，由时间差得到车辙深度，这种方案虽较上述方法好，但难以实现，原因在于目前脉冲激光测距精度远达不到1mm以下的精度要求，故至今未见任何实施与样机报道。

本实用新型的目的在于提供一种能在不影响高速公路正常运行情况下，对路面不平整度和路面车辙进行同时检测，且精确、可靠、直观的激光断面高程仪。

为实现上述目的，本实用新型所述的激光断面高程仪是根据激光三角测距原理设计而成，它采用了三组由红外半导体激光发射器，光学接收透镜和高速CCD接收器组成的光电三角测距探头，分别设置在车体的前后端，各探头的光轴均处于同一平面内，其中光电三角测距探头Ⅰ和探头Ⅱ分别通过一块摆动平台和固定板的一端置于基座上，基座固定在车体的一端，光电三角测距探头Ⅰ中的红外半导体激光发射器是固定在摆动平台的旋转轴上方，探头Ⅰ可挠垂直于地面的旋转轴做大角范围的摆动扫描，探头Ⅰ的光轴与垂直于地面的旋转轴之间有一夹角α，它为锐角；光电三角测距探头Ⅱ的光轴垂直于地面；光电三角测距探头Ⅲ通过一固定板置于车体的另一端，其光轴设置也是垂直于地面；三组光电三角测距探头的探测信号分别通过数据处理接口与中心计算机连接；在车体的车轮处，还设置有与中心计算机相连的转数传感器，它主要是用来确定所测数据的地理位置，给出行车正确的行程和座标位置。根据光电三角测距的原理，由发射光轴和接收光轴以及基线构成测距三角形，当路面高程变化时，激光光斑就会经接收透镜到达成像面，使CCD处得到位置偏离量△X，另外，由于基线D和透镜的焦距f为确定量，则由△X、D和f即可通过中心计算机高速实时给出高程的变化。

本实用新型中的激光三角测距探头Ⅰ主要是用来测量车辙量，它可以在摆动平台上以红外半导体激光发射器为中心，随旋转轴对路面进行高速摆动扫描，直接给出精确的全车道断面等高图，其精度可达0.1毫米，同时还给出路面高程的斜距离值，由计算机快速运算得出高程值。为了消除运载车行进中振动的影响，在车体的同一端设置了一个光轴垂直于地面的激光三角测距探头Ⅱ，它与探头Ⅰ同步驱动，由这两个探头所测的高程值相减即可得到消除了车体影响后的精确的车辙数据。另外还为了能同时得到路面平整度值，本实用新型采取在车体另一端加置一个与探头Ⅱ结构、性能完全相同的激光三角测距探头Ⅲ，其光轴同样垂直地面且其它探头相步驱动，以探头Ⅲ和探头Ⅱ测量的高程差作统计处理，进行空间滤波，即可得到路面的平整度值。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点，由于采用了高速CCD接收器采样，克服了脉冲测距高重频采样和高精度测频可达1000次/秒以上的困难，使其在扫描后给出的测量值精度达0.1毫米；另外CCD的输出为数值量，无需再转换，可对平整度和车辙实现全车道3.75米以上大范围的扫描和行车速度100公里/小时的高速、实时数值化检测，还能给出车辙等高形貌图，是一台直观、精确、可靠的激光断面高程仪。它还可用于工件、物体轮廓测量和识别以及汽车安全防撞中。

本实用新型的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是根据本实用新型所述激光断面高程仪在车体上的位置示意图。

图2是CCD线阵光电三角测距原理图。

图3是激光断面高程仪探头Ⅰ和探头Ⅱ在基座上的连接示意图。

下面根据附图对本实用新型做进一步详细说明。

参见图1、图2，激光断面高程仪主要是依据激光三角测距原理，采用了三组结构和性能相同的测距探头分别置于车体前后端，其中探头Ⅰ和探头Ⅱ在一端，分别设置在基座的上端面和侧面，探头Ⅰ为摆动扫描探头，它与垂直转轴有一α锐角，并可挠转轴对前方路面做小于180度摆动扫描。探头Ⅱ为垂直探头，探头垂直于地面扫描，探头Ⅲ在车体另一端，与探头Ⅱ一样垂直于地面扫描，三个探头均由中心计算机7控制同步驱动，摆动扫描探头Ⅰ的摆动是由基座5内设置的驱动装置驱动。其摆动速度为1次/秒。另外在车体车轮处设置的转数传感器8，采用可逆条纹计数器，它可防止逆行误差，达到正确测出绝对行程和座标位置，它同样由计算机控制。中心计算机7内带数据处理接口，用于连接各探头。

Claims

1、一种激光路面断面高程仪，它是根据三角测距原理设计而成，其特征是采用了三组由红外半导体激光发射器[1]，光学接收透镜[2-1]以及高速CCD接收器[2-2]组成的光电三角测距探头Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别设置在车体的前后端，各探头的光轴均处于同一平面内，其中光电三角测距探头Ⅰ和光电三角测距探头Ⅱ分别通过一块摆动平台[3]的转轴和固定板[4]的一端置于基座[5]上，基座[5]固定在车体的一端，光电三角测距探头Ⅰ中的红外半导体激光发射器[1]位于摆动平台[3]的旋转轴上方，光轴与垂直于地面的旋转轴之间的夹角为锐角；光电三角测距探头Ⅱ的光轴垂直于地面；光电三角测距探头Ⅲ通过固定板[6]置于车体的另一端，其光轴也垂直于地面；三组光电三角测距探头的探测信号分别通过数据处理接口与中心计算机[7]连接；在车体的车轮处还设置有转数传感器[8]，其输出与中心与计算机[7]连接。

2、根据权利要求1所述激光断面高程仪，其特征是光电三角测距探头Ⅰ在摆动平台[3]上绕垂直轴旋转摆动的角度为0～180°。