專(zhuān)利名稱(chēng)：鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)。
在高速公路施工過(guò)程中，為保證施工路面的平直度，須采用各種手段來(lái)保證施工機(jī)械即鋪路機(jī)投放瀝青厚度的均勻一致，以及鋪路機(jī)上的趟平板對(duì)瀝青的趟平。一般的做法是在施工時(shí)，工人根據(jù)圖紙要求，在路兩側(cè)放置準(zhǔn)直鋼絲繩，邊施工邊放置，施工機(jī)械上有專(zhuān)門(mén)探測(cè)鋼絲繩高度的傳感器，用傳感器感測(cè)鋼絲繩的高度，并將高度值送鋪路機(jī)，以控制趟平板高度。這種將鋼絲繩(或同類(lèi)基準(zhǔn)設(shè)施)敷設(shè)在趟鋪機(jī)兩側(cè)，一般要求這個(gè)基準(zhǔn)有足夠的長(zhǎng)度以消減原來(lái)基層路面的不平度，并且通過(guò)趟平板離地面的高度的測(cè)量、控制而保證施工的路面平直度，其不僅使用不便、設(shè)備龐大、精度差和效率低，并容易受到環(huán)境干擾而產(chǎn)生誤差。
本發(fā)明的目的在于提供一種能極大提高施工效率和測(cè)量精度的鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明，即鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)，該鋪路機(jī)包括鋪路機(jī)本體、連接在鋪路機(jī)本體上的趟平板和安置在趟平板上趟平板高度控制單元，其特征在于，該鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)包括測(cè)頭，它包括光源和與該光源相對(duì)設(shè)置的CCD攝像機(jī)，其中光源的光軸與CCD攝像機(jī)的光軸共面，光源以其光軸與地面成一角度地斜射在地面上，在地面上形成光斑，并且該光斑在所述CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍中，由CCD攝像機(jī)攝取光源投射在地面的光斑；圖像處理電路，與CCD攝像機(jī)相連，將CCD攝像機(jī)獲得的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)字圖像進(jìn)行二值化處理，計(jì)算圖像輪廓位置平均值，存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果；橫向掃描裝置，固定外接在趟平板上，并與所述測(cè)頭連接，使該測(cè)頭與該趟平板能作相對(duì)橫向掃描移動(dòng)；計(jì)算機(jī)，與圖像處理電路相連，從圖像處理電路獲取單幀光斑中心位置平均值、掃描次數(shù)以及其它的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)單次掃描或數(shù)次掃描的總平均值和光斑中心偏移量計(jì)算來(lái)求取高度實(shí)測(cè)值，根據(jù)實(shí)測(cè)值發(fā)出控制信號(hào)到鋪路機(jī)趟平板高度控制單元。
上述的鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)，其中，光斑可以是圓形，或矩形，或線(xiàn)形。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，即使光源照射在地面產(chǎn)生特定幾何形狀光斑，利用CCD攝象機(jī)攝取圖象，在光源、CCD攝像機(jī)與地面有相對(duì)高度變化時(shí)，光斑在攝像機(jī)視場(chǎng)中的位置隨之產(chǎn)生偏移，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理圖象偏移來(lái)?yè)Q算待測(cè)高度變化，從而確定高度實(shí)測(cè)值。為了去處地面微觀(guān)不平、小波度、機(jī)械震動(dòng)等影響，系統(tǒng)采用掃描測(cè)量、多次取值求平均的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量準(zhǔn)確。本系統(tǒng)應(yīng)用到鋪路機(jī)上，在路基成型之后，可以大大提高施工效率和測(cè)量精度。


圖1是本發(fā)明鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的原理圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程框圖。
圖1為本發(fā)明鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)。鋪路機(jī)包括鋪路機(jī)本體、連接在鋪路機(jī)本體上的趟平板和安置在趟平板上趟平板高度控制單元。
該鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)包括測(cè)頭，它包括光源和與該光源相對(duì)設(shè)置的CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)與光源之間保持無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中光源的光軸與CCD攝像機(jī)的光軸共面，光源以其光軸為中線(xiàn)形成適當(dāng)發(fā)散角的光帶，并與地面成一角度地斜射在地面上，在地面上形成光斑，可以是圓形、矩形、或線(xiàn)形，并且該光斑在所述CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍中，CCD攝像機(jī)的光軸與地面垂直，由CCD攝像機(jī)攝取光源投射在地面的光斑；圖像處理電路，與CCD攝像機(jī)相連，將CCD攝像機(jī)獲得的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)字圖像進(jìn)行二值化處理，計(jì)算圖像輪廓位置平均值，存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果；橫向掃描裝置，固定外接在趟平板上，并與所述測(cè)頭連接，使該測(cè)頭與該趟平板能作相對(duì)橫向掃描移動(dòng)，它可采用常見(jiàn)裝置，如將測(cè)頭固定在滑塊上，滑塊在導(dǎo)軌上并可通過(guò)一對(duì)絲杠螺母或皮帶，在電機(jī)的帶動(dòng)下，沿導(dǎo)軌移動(dòng)，使測(cè)頭沿導(dǎo)軌掃描測(cè)量，以獲得一定面積內(nèi)的對(duì)地距離平均值；計(jì)算機(jī)，與圖像處理電路相連，從圖像處理電路獲取單幀光斑中心位置平均值、掃描次數(shù)以及其它的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)單次掃描或數(shù)次掃描的總平均值和光斑中心偏移量計(jì)算來(lái)求取高度實(shí)測(cè)值，根據(jù)實(shí)測(cè)值發(fā)出控制信號(hào)到鋪路機(jī)趟平板高度控制單元，鋪路機(jī)根據(jù)測(cè)量的結(jié)果抬高或放低趟平板，調(diào)整所鋪路面的厚度，最終鋪出合格路面。
另外，應(yīng)在鋪路機(jī)趟平板兩側(cè)各裝一套上述鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)。以適應(yīng)轉(zhuǎn)彎路面，這一點(diǎn)與現(xiàn)有的鋪路機(jī)測(cè)高裝置一致。
當(dāng)上述光源采用20mW半導(dǎo)體激光器，CCD攝像機(jī)使用臺(tái)灣敏通1881攝像機(jī)，加圖像采集卡，16mm標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，α角45°，單次掃描圖像數(shù)為8次，H取300mm。測(cè)得的結(jié)果表明，按照上述配置，測(cè)量精度優(yōu)于0.1mm。
圖2為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的原理圖，以產(chǎn)生直線(xiàn)的光源為例，光源從D2處發(fā)出的光經(jīng)整形成為一條光帶，以與地面成(90°-α)傾角照射在地面P0上形成一條直線(xiàn)段。CCD攝象機(jī)的光軸與地面垂直，且與光源的光軸在一個(gè)平面內(nèi)，其攝像鏡頭半視場(chǎng)角為β。現(xiàn)假設(shè)初始狀態(tài)為兩光軸在地面交于O點(diǎn)(光源、攝像機(jī)與地面距離減小、變大時(shí)，光源光軸分別交地面于O1、O2點(diǎn))，CCD攝像機(jī)和光源兩者間距離D1D2固定為X，攝象機(jī)、激光器到地面P0的垂直距離為H，如果這兩者間距離有變化，即H有一個(gè)變化量Δh(對(duì)應(yīng)于D1D2到P1或P2)，則相應(yīng)地，不僅圖象中光線(xiàn)長(zhǎng)度會(huì)有變化，而且光線(xiàn)在攝像機(jī)視場(chǎng)中(因而在所得到的圖象中)的相對(duì)位置也會(huì)有變化Δx，且H＝X×ctgαΔx＝Δh×tgα如此，若攝象機(jī)、激光器保持為一個(gè)無(wú)相對(duì)移動(dòng)的系統(tǒng)，且CCD攝象機(jī)鏡頭光軸與地面垂直，光源以固定角度在地面照射出一條線(xiàn)段，那么，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)和標(biāo)定好的參數(shù)α、X，通過(guò)計(jì)算攝象機(jī)所獲得的直線(xiàn)圖象在整個(gè)視場(chǎng)中的相對(duì)位移Δx，就可以計(jì)算出攝象機(jī)、激光器組成的系統(tǒng)到地面的高度H及高度變化Δh。當(dāng)然，攝像機(jī)的鏡頭設(shè)計(jì)要根據(jù)H的取值范圍而定，合理選用鏡頭參數(shù)，使得圖像在物距為H時(shí)圖像最清晰；同時(shí)，攝像機(jī)的半視場(chǎng)角β的選擇要根據(jù)測(cè)量范圍而定，使得地面上的圖像在測(cè)量中始終在攝像機(jī)視場(chǎng)內(nèi)。
α的選擇不僅關(guān)系到測(cè)頭結(jié)構(gòu)、圖像清晰度等問(wèn)題，同時(shí)還直接影響測(cè)量系統(tǒng)的分辨率如，在攝像機(jī)參數(shù)固定的情況下，α取45°，則H與X的關(guān)系為1∶1，而當(dāng)α取為60°時(shí)，這個(gè)比例約為1∶1.732，即測(cè)量精度可以獲得提高，但代價(jià)是X變大，測(cè)頭結(jié)構(gòu)變大。
上述是以產(chǎn)生直線(xiàn)的光源為例，僅是為說(shuō)明問(wèn)題，實(shí)際使用中，光源產(chǎn)生的光投射到地面上可以是任何規(guī)則幾何形狀，只要計(jì)算該幾何圖像中心偏移即可，本質(zhì)上沒(méi)有差別。
實(shí)際測(cè)量中，由于在各層施工中形成的路面都不可能是理想平面，會(huì)有小的沙礫、凹坑等，所以攝象機(jī)攝取的圖象以及由此傳入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)不可能是標(biāo)準(zhǔn)的直線(xiàn)、圓等，須經(jīng)計(jì)算機(jī)處理圖象，將所得數(shù)據(jù)擬合成直線(xiàn)、圓等相應(yīng)形狀，再計(jì)算相對(duì)位移。實(shí)際系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，要根據(jù)應(yīng)用的對(duì)象、被測(cè)表面的特性和測(cè)量所要求的精度來(lái)確定。一般而言，在攝象機(jī)像素?cái)?shù)目一定的前提下，被測(cè)對(duì)象表面粗糙或波度較大時(shí)，要求一次測(cè)量的面積較大，這時(shí)測(cè)量的精度就低些；反之，被測(cè)對(duì)象表面平滑或波度較小時(shí)要求測(cè)量的面積較小，這時(shí)測(cè)量的解析度就高些。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)將測(cè)頭(光學(xué)測(cè)量系統(tǒng))的測(cè)量對(duì)象定為已經(jīng)鋪好的路面，即先假設(shè)鋪路機(jī)鋪出一小段較理想路面，在后續(xù)鋪設(shè)中，檢測(cè)系統(tǒng)將以前段為基準(zhǔn)，與趟平板、液壓油缸、侍服電機(jī)、控制電路形成反饋回路，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)趟平板高度，使之保持高度值穩(wěn)定，就可以保持所鋪設(shè)路面的平直度。上述原理相當(dāng)于將路面長(zhǎng)度劃分為M個(gè)小段(M＞n+1)，鋪第n+1小段時(shí)，以第n小段高度為基準(zhǔn)控制趟平板。
測(cè)量的另一個(gè)要素是掃描。由于被測(cè)對(duì)象表面有一定的隨機(jī)性，需要測(cè)出的是對(duì)象表面到鋪路機(jī)趟平板的高度的平均值，由于震動(dòng)等干擾的存在，一個(gè)測(cè)量和數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果往往不是符合測(cè)量要求的理想值，需要掃描被測(cè)表面的一定面積范圍，對(duì)所得的結(jié)果求平均，才能最接近我們要得到的結(jié)果。
由圖3所示，本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程框圖。
權(quán)利要求
1.一種鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)，該鋪路機(jī)包括鋪路機(jī)本體、連接在鋪路機(jī)本體上的趟平板和安置在趟平板上趟平板高度控制單元，其特征在于，該鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)包括測(cè)頭，它包括光源和與該光源相對(duì)設(shè)置的CCD攝像機(jī)，其中光源的光軸與CCD攝像機(jī)的光軸共面，光源以其光軸與地面成一角度地斜射在地面上，在地面上形成光斑，并且該光斑在所述CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍中，由CCD攝像機(jī)攝取光源投射在地面的光斑；圖像處理電路，與CCD攝像機(jī)相連，將CCD攝像機(jī)獲得的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)字圖像進(jìn)行二值化處理，計(jì)算圖像輪廓位置平均值，存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果；橫向掃描裝置，固定外接在趟平板上，并與所述測(cè)頭連接，使該測(cè)頭與該趟平板能作相對(duì)橫向掃描移動(dòng)；計(jì)算機(jī)，與圖像處理電路相連，從圖像處理電路獲取單幀光斑中心位置平均值、掃描次數(shù)以及其它的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)單次掃描或數(shù)次掃描的總平均值和光斑中心偏移量計(jì)算來(lái)求取高度實(shí)測(cè)值，根據(jù)實(shí)測(cè)值發(fā)出控制信號(hào)到鋪路機(jī)趟平板高度控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光斑可以是圓形，或矩形，或線(xiàn)形。
全文摘要
一種鋪路機(jī)路面平直度測(cè)量控制系統(tǒng),它包括:測(cè)頭,它包括光源和CCD攝像機(jī),光源的光軸與地面成一角度地斜射在地面上,在地面上形成光斑,由CCD攝像機(jī)攝取該光斑;圖像處理電路,將CCD攝像機(jī)獲得的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ);橫向掃描裝置,并與所述測(cè)頭連接,使該測(cè)頭與外部的趟平板能作相對(duì)橫向掃描移動(dòng);計(jì)算機(jī),從圖像處理電路獲取計(jì)算結(jié)果,求取平均值,作為高度實(shí)測(cè)值,并發(fā)出控制信號(hào)到趟平板高度控制單元。
文檔編號(hào)E01C23/00GK1255572SQ9912420
公開(kāi)日2000年6月7日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者何永輝, 譚祖仁, 徐永紀(jì) 申請(qǐng)人:何永輝