專利名稱：路面施工平整度激光測控裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大范圍路面施工平整度的測控技術(shù)，尤其涉及對高速公路路面施工平整度進行連續(xù)測控的激光測控裝置和方法。
背景技術(shù)：
路面施工平整度，包括平直度和坡度，是公路路面施工的重要質(zhì)量標準。尤其在目前高速公路迅速發(fā)展的情況下，控制好路面施工的平整度，確保施工完成后的路面具有優(yōu)良的行車條件，是百年大計，關(guān)系到整個國民經(jīng)濟的高速平衡運行。目前，國內(nèi)在控制路面施工平整度方面，主要采用打樁掛鋼絲和剛性鋁條墊塊方法。打樁掛鋼絲的方法是在施工現(xiàn)場的公路兩旁每隔數(shù)米打一個樁，在樁上拉上鋼絲使鋼絲處于平直狀態(tài)，在施工中把攤鋪機上的傳感器標桿靠在鋼絲上，作為基準，從而控制攤鋪機作業(yè)，以保證路面的平整度。這種方法的缺點是，在道路兩旁打樁花費很大，另外，鋼絲的剛性差，不容易保持平直，因而影響路面的施工質(zhì)量。剛性鋁條墊塊方法是在施工現(xiàn)場的公路兩旁放置平直的剛性鋁條，鋁條下面每隔0.5米加一墊塊，工人通過目測鋁條水平度，調(diào)整墊塊的厚度，從而使鋁條處于水平位置。在施工中把攤鋪機上的傳感器標桿靠在鋁條上，通過標桿把鋁條的水平度傳遞給攤鋪機的控制單元，從而保證攤鋪路面的平整度。這種方法在短距離內(nèi)可保持較好的平直度，但在較長的距離內(nèi)則很難保持。而且依靠目測，工作效率低，測量精度差，難以保證路面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有路面施工平整度測控裝置的缺點而提供的一種以非接觸方式有效保證路面施工平整度的路面施工平整度激光測控裝置和方法，該方法工作效率高，測量精度高，并可保證路面質(zhì)量。
本發(fā)明所采取的技術(shù)措施是一種路面施工平整度激光測控裝置，主要包括旋轉(zhuǎn)激光源和線陣激光接收控制器，線陣激光接收控制器包括線陣圖象傳感器和相應的測量控制單元，旋轉(zhuǎn)激光源設(shè)置在施工道路上或其路旁，線陣圖象傳感器安裝在攤鋪機的測量標桿上，測量控制單元設(shè)置在攤鋪機上并與攤鋪機料斗油缸控制器相連，旋轉(zhuǎn)激光源和線陣圖象傳感器之間以激光的收授非接觸聯(lián)系，線陣圖象傳感器與測量控制單元電信號相連。
上述路面施工平整度激光測控裝置，其中，所述的旋轉(zhuǎn)激光源安裝在三角架支撐框架上，包括半導體激光源、旋轉(zhuǎn)電機、45°旋轉(zhuǎn)棱鏡和水平度調(diào)整機構(gòu)；半導體激光源垂直安裝在框架平臺中心，旋轉(zhuǎn)電機主軸朝下安裝在框架上板的底面，45°旋轉(zhuǎn)棱鏡安裝在旋轉(zhuǎn)電機的主軸前端，水平度調(diào)整機構(gòu)固定在框架平臺上。
上述路面施工平整度激光測控裝置，其中，所述的水平度調(diào)整機構(gòu)包括X軸傾角傳感器、Y軸傾角傳感器、X軸控制器、Y軸控制器、X軸電機和Y軸電機；X軸傾角傳感器和Y軸傾角傳感器固定在框架平臺的垂直兩側(cè)，X軸控制器與X軸傾角傳感器信號相連并與X軸電機連接安裝在X軸傾角傳感器的旁側(cè)，Y軸控制器與Y軸傾角傳感器信號相連并與Y軸電機連接安裝在Y軸傾角傳感器的旁側(cè)。
上述路面施工平整度激光測控裝置，其中，所述的測量控制單元包括弱信號檢測器、信號預處理器、微處理器、調(diào)寬脈沖控制器和鍵盤顯示器；弱信號檢測器連接在線陣圖象傳感器的信號輸出端；信號預處理器連接在弱信號檢測器的信號輸出端，信號預處理器并與調(diào)寬脈沖控制器、微處理器雙向連接；調(diào)寬脈沖控制器的輸出端與攤鋪機的油缸控制器的輸入端連接；微處理器并與鍵盤顯示器雙向連接。
上述路面施工平整度激光測控裝置，其中，所述的線陣圖象傳感器由多個光電二極管組成，形成長形光電線陣。
上述路面施工平整度激光測控裝置，其中，所述的線陣圖象傳感器由1000只受光面為1mm的光電二極管組成，形成200mm長的光電線陣，輸出200路有效信號。
一種路面施工平整度激光測控方法，其特點是包括以下步驟
a、在施工道路或其路旁的適當位置設(shè)置一旋轉(zhuǎn)激光源；在施工攤鋪機上固定一垂直測量標桿；在測量標桿的適當高度裝設(shè)線陣圖象傳感器；在施工攤鋪機上安裝一與線陣圖象傳感器信號相連并與攤鋪機料斗油缸控制器相連的測量控制單元，該測量控制單元包括電信號相連的弱信號檢測器、信號預處理器、微處理器、調(diào)寬脈沖控制器和鍵盤顯示器；b、旋轉(zhuǎn)激光源發(fā)射一旋轉(zhuǎn)激光束，在其周圍的空間形成一水平基準光平面；c、測量控制單元的線陣圖象傳感器連續(xù)不斷檢測旋轉(zhuǎn)激光平面在傳感器上的高度位置信息，測出路面高度，將信號傳遞給測量控制單元的弱信號檢測器；d、測量控制單元中的弱信號檢測器接收線陣圖象傳感器輸出的信號，經(jīng)過濾除目光等光干擾信號，檢測出有用的激光信號，然后將多有效信號送入信號預處理器；e、信號預處理器連續(xù)多次、每次多路信號將信號送給微處理器，經(jīng)微處理器運算、處理后判定激光平面照射在線陣圖象傳感器的位置，測出路面高度，以判斷出當前攤鋪機攤鋪的厚度，修正調(diào)寬脈沖寬度，向攤鋪機料斗油缸控制器發(fā)出調(diào)整信號；f、油缸控制器收到調(diào)整信號后控制油缸的動作以改變攤鋪機運行板的傾斜角度，控制路面瀝青或混凝土的攤鋪厚度，保證路面的平直度和坡度。
上述路面施工平整度激光測控方法，其中所述的旋轉(zhuǎn)激光源所發(fā)射的旋轉(zhuǎn)激光束的水平基準光平面的水平精度在15”以內(nèi)。
上述路面施工平整度激光測控方法，其中步驟e所述的信號預處理器送給微處理器的方法是信號預處理器連續(xù)25次、每次8路將信號送給微處理器。
本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置和方法采用旋轉(zhuǎn)激光束在空間形成基準光平面，裝有線陣圖象傳感器的測量標桿垂直固定在瀝青攤鋪機、混凝土攤鋪機等路面施工機械上。當施工機械在地面行走時，線陣圖象傳感器得到相對于水平激光平面的高度變化量，通過測量控制單元和攤鋪機料斗油缸控制器控制攤鋪機運行板的傾斜角度，達到控制瀝青攤鋪機、混凝土攤鋪機的攤鋪厚度，可大范圍內(nèi)提高路面的平直度和坡度質(zhì)量。同時實現(xiàn)了自動化作業(yè)，提高了工作效率。此外，使用激光束具有良好的直線性及單色性，不受環(huán)境影響，光平面平直度極好；其功耗極低，僅需數(shù)mw，就能建立大范圍基準光平面；可用電池供電，便于野外作業(yè)；抗光干擾性強，易于檢測等。這些都構(gòu)成了本發(fā)明的巨大優(yōu)越性。


本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征由以下的實施例及其附圖進一步描述。
圖1是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置在使用中的狀態(tài)示意圖；圖2是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置中的旋轉(zhuǎn)激光源的基本結(jié)構(gòu)及水平激光束的產(chǎn)生原理示意圖；圖3是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置中的線陣激光接收控制器的電方框圖。
具體實施例方式
請參見圖1，圖1是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置在使用中的狀態(tài)示意圖。本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置主要包括旋轉(zhuǎn)激光源1和線陣激光接收控制器2，線陣激光接收控制器包括線陣圖象傳感器21和相應的測量控制單元22，旋轉(zhuǎn)激光源1設(shè)置在施工道路上或其路旁的三角支撐框架3上，線陣圖象傳感器22安裝在攤鋪機的測量標桿4上，測量控制單元22設(shè)置在攤鋪機5上并與攤鋪機料斗油缸控制器相連，旋轉(zhuǎn)激光源1和線陣圖象傳感器21之間以激光的收授非接觸聯(lián)系，線陣圖象傳感器21與測量控制單元22電信號相連。
請參見圖2，圖2是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置中的旋轉(zhuǎn)激光源的基本結(jié)構(gòu)及激光源原理示意圖。本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)激光源1設(shè)置在三角架支撐框架3上。包括半導體激光源11、旋轉(zhuǎn)電機12、45°旋轉(zhuǎn)棱鏡13和水平度調(diào)整機構(gòu)14。水平度調(diào)整機構(gòu)包括X軸傾角傳感器141、Y軸傾角傳感器142、X軸控制器143、Y軸控制器144、X軸電機145和Y軸電機146；三角架支撐框架3包括三角架(本圖未圖示，參見圖1)、活動連接在三角架上的框架平臺31和與框架平臺平行并與框架平臺固定連接的框架上板32。半導體激光源11垂直安裝在框架平臺31中心，旋轉(zhuǎn)電機12主軸朝下安裝在框架上板32的底面，45°旋轉(zhuǎn)棱鏡13安裝在旋轉(zhuǎn)電機的主軸前端，X軸傾角傳感器141和Y軸傾角傳感器142固定在框架平臺的垂直兩側(cè)，X軸控制器143與X軸傾角傳感器信號相連并與X軸電機145連接安裝在X軸傾角傳感器的旁側(cè)，Y軸控制器144與Y軸傾角傳感器信號相連并與Y軸電機146連接安裝在Y軸傾角傳感器的旁側(cè)。在實用中，當框架平臺不水平時，X軸傾角傳感器和Y軸傾角傳感器有一電信號送出，分別通過與其相連的控制器驅(qū)動相應的旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)，使框架平臺及框架上板恢復水平位置，精度在±15”以內(nèi)。因此，可保證45°旋轉(zhuǎn)棱鏡發(fā)出的旋轉(zhuǎn)激光束形成的光平面始終處于水平位置，精度在±15”以內(nèi)。
請參見圖3，圖3是本發(fā)明路面施工平整度激光測控裝置中的線陣激光接收控制器的電方框圖。本發(fā)明的線陣激光接收控制器2包括線陣圖象傳感器21和相應的測量控制單元22，測量控制單元22主要包括弱信號檢測器221、信號預處理器222、微處理器223、調(diào)寬脈沖控制器224、鍵盤顯示器225和相應的供電部件。線陣圖象傳感器21安裝在攤鋪機的垂直測量標桿4上，其激光入射端朝向旋轉(zhuǎn)激光源1，測量控制單元22安裝在攤鋪機上。測量控制單元22中，弱信號檢測器221連接在線陣圖象傳感器21的信號輸出端，本實施例中該弱信號檢測器221由運算放大器構(gòu)成，其型號例如為LM339；信號預處理器222連接在弱信號檢測器221的信號輸出端，信號預處理器222并與調(diào)寬脈沖控制器224、微處理器223雙向連接，該信號預處理器222由大規(guī)模可編程邏輯電路CPLD構(gòu)成；微處理器223并與鍵盤顯示器225雙向連接，本實施例中該微處理器223采用型號為89LV55；調(diào)寬脈沖控制器224的輸出端與攤鋪機5的油缸控制器的輸入端連接，本實施例中該調(diào)寬脈沖控制器224由微處理器223中的功能實現(xiàn)，在該微處理器223的PWM接口輸出調(diào)寬脈沖到攤鋪機5的油缸控制器。
本發(fā)明路面施工平整度激光測控方法可參照圖1、圖2、圖3說明如下預先將裝設(shè)了旋轉(zhuǎn)激光源1的三角架支撐框架3固定在施工道路或其路旁的某一位置，在施工攤鋪機5上固定一垂直測量標桿4，在測量標桿4的適當高度裝設(shè)一線陣圖象傳感器21，在施工攤鋪機上安裝一與線陣圖象傳感器21電信號相連并與攤鋪機料斗油缸控制器相連的測量控制單元22。在攤鋪機施工作業(yè)時，半導體激光源垂直發(fā)射出一束激光，照在45度旋轉(zhuǎn)棱鏡上，旋轉(zhuǎn)電機以600轉(zhuǎn)/分鐘的速率帶動棱鏡水平旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一束在空間水平旋轉(zhuǎn)的激光束，在其周圍的空間形成一水平基準光平面。由于在三角架支撐框架3上設(shè)置了水平度調(diào)整機構(gòu)，可保證水平基準光平面的水平精度在15”以內(nèi)。裝設(shè)在測量標桿上的線陣圖象傳感器21連續(xù)不斷檢測旋轉(zhuǎn)激光平面在傳感器上的高度位置信息，線陣圖象傳感器由1000只分辨率為1mm的光電二極管組成，可形成200mm長的光電線陣，輸出200路有效信號。輸出的信號經(jīng)過弱信號檢測器濾除日光等光干擾信號，檢測出有用的激光信號，然后將200路有效信號送入信號預處理器，信號預處理器連續(xù)25次、每次8路信號將信號送給微處理器，微處理器經(jīng)運算、處理后判定激光平面照射在線陣圖象傳感器的位置，測出路面高度，以判斷出目前攤鋪機攤鋪的厚度，修正調(diào)寬脈沖寬度，向攤鋪機料斗油缸控制器發(fā)出調(diào)整信號，油缸控制器控制油缸的動作以改變攤鋪機運行板的傾斜角度，從而控制路面瀝青或混凝土的攤鋪厚度，保證路面的平直度和坡度。
本發(fā)明中的線陣圖象傳感器由1000只光電二極管組成，其分辨率為1mm，總長為200mm，只要旋轉(zhuǎn)激光平面落入光電線陣范圍，都能顯示出光平面所處的高度位置。設(shè)光傳感處理器距離激光源為100米，激光源旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/分，則在直徑為1mm的光電二極管上，光脈沖的寬度為0.16μs，因此弱信號檢測器必須能檢測出極狹窄的光信號。但是在白天太陽光下，太陽光的強度足以使光電元件趨向飽和。本發(fā)明采用光電二極管反接方法，解決了強日光干擾的問題，提高了弱信號檢測能力。
權(quán)利要求
1.一種路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于主要包括旋轉(zhuǎn)激光源和線陣激光接收控制器，線陣激光接收控制器包括線陣圖象傳感器和相應的測量控制單元，旋轉(zhuǎn)激光源設(shè)置在施工道路上或其路旁，線陣圖象傳感器安裝在攤鋪機的測量標桿上，測量控制單元設(shè)置在攤鋪機上并與攤鋪機料斗油缸控制器相連，旋轉(zhuǎn)激光源和線陣圖象傳感器之間以激光的收授非接觸聯(lián)系，線陣圖象傳感器與測量控制單元電信號相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)激光源安裝在三角架支撐框架上，包括半導體激光源、旋轉(zhuǎn)電機、45°旋轉(zhuǎn)棱鏡和水平度調(diào)整機構(gòu)；半導體激光源垂直安裝在框架平臺中心，旋轉(zhuǎn)電機主軸朝下安裝在框架上板的底面，45°旋轉(zhuǎn)棱鏡安裝在旋轉(zhuǎn)電機的主軸前端，水平度調(diào)整機構(gòu)固定在框架平臺上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于所述的水平度調(diào)整機構(gòu)包括X軸傾角傳感器、Y軸傾角傳感器、X軸控制器、Y軸控制器、X軸電機和Y軸電機；X軸傾角傳感器和Y軸傾角傳感器固定在框架平臺的垂直兩側(cè)，X軸控制器與X軸傾角傳感器信號相連并與X軸電機連接安裝在X軸傾角傳感器的旁側(cè)，Y軸控制器與Y軸傾角傳感器信號相連并與Y軸電機連接安裝在Y軸傾角傳感器的旁側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于所述的測量控制單元包括弱信號檢測器、信號預處理器、微處理器、調(diào)寬脈沖控制器和鍵盤顯示器；弱信號檢測器連接在線陣圖象傳感器的信號輸出端；信號預處理器連接在弱信號檢測器的信號輸出端，信號預處理器并與調(diào)寬脈沖控制器、微處理器雙向連接；調(diào)寬脈沖控制器的輸出端與攤鋪機的油缸控制器的輸入端連接；微處理器并與鍵盤顯示器雙向連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于所述的線陣圖象傳感器由多個光電二極管組成，形成長形光電線陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路面施工平整度激光測控裝置，其特征在于所述的線陣圖象傳感器由1000只受光面為1mm的光電二極管組成，形成200mm長的光電線陣，輸出200路有效信號。
7.一種路面施工平整度激光測控方法，其特征在于包括以下步驟a、在施工道路或其路旁的適當位置設(shè)置一旋轉(zhuǎn)激光源；在施工攤鋪機上固定一垂直測量標桿；在測量標桿的適當高度裝設(shè)線陣圖象傳感器；在施工攤鋪機上安裝一與線陣圖象傳感器信號相連并與攤鋪機料斗油缸控制器相連的測量控制單元，該測量控制單元包括電信號相連的弱信號檢測器、信號預處理器、微處理器、調(diào)寬脈沖控制器和鍵盤顯示器；b、旋轉(zhuǎn)激光源發(fā)射一旋轉(zhuǎn)激光束，在其周圍的空間形成一水平基準光平面；c、測量控制單元的線陣圖象傳感器連續(xù)不斷檢測旋轉(zhuǎn)激光平面在傳感器上的高度位置信息，測出路面高度，將信號傳遞給測量控制單元的弱信號檢測器；d、測量控制單元中的弱信號檢測器接收線陣圖象傳感器輸出的信號，經(jīng)過濾除日光等光干擾信號，檢測出有用的激光信號，然后將多有效信號送入信號預處理器；e、信號預處理器連續(xù)多次、每次多路信號將信號送給微處理器，經(jīng)微處理器運算、處理后判定激光平面照射在線陣圖象傳感器的位置，測出路面高度，以判斷出當前攤鋪機攤鋪的厚度，修正調(diào)寬脈沖寬度，向攤鋪機料斗油缸控制器發(fā)出調(diào)整信號；f、油缸控制器收到調(diào)整信號后控制油缸的動作以改變攤鋪機運行板的傾斜角度，控制路面瀝青或混凝土的攤鋪厚度，保證路面的平直度和坡度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的路面施工平整度激光測控方法，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)激光源所發(fā)射的旋轉(zhuǎn)激光束的水平基準光平面的水平精度在15°以內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的路面施工平整度激光測控方法，其特征在于步驟e所述的信號預處理器送給微處理器的方法是信號預處理器連續(xù)25次、每次8路將信號送給微處理器。
全文摘要
一種路面施工平整度激光測控方法和裝置，其裝置主要包括旋轉(zhuǎn)激光源、線陣圖象傳感器和相應的測量控制單元。本發(fā)明的方法采用旋轉(zhuǎn)激光束在空間形成水平基準光平面，通過裝在測量標桿上的線陣圖象傳感器接收。當施工機械在地面行走時，線陣圖象傳感器得到相對于水平激光平面的高度變化量，通過測量控制單元和攤鋪機料斗油缸控制器控制攤鋪機運行板的傾斜角度，達到控制瀝青攤鋪機、混凝土攤鋪機的攤鋪厚度，可大范圍內(nèi)提高路面的平直度和坡度質(zhì)量。同時實現(xiàn)了自動化作業(yè)，提高了工作效率。
文檔編號G01B21/20GK1629601SQ20031010939
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者陳均章, 史淑娟, 宋曉嬰, 余子健 申請人:上海浩順科技有限公司