一种激光路面构造深度仪校准装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光路面构造深度仪校准装置，克服目前激光构造深度仪还没有严密的量值朔源链的不足。该装置包括：带测试件进行转动、根据测试件的转动产生转速控制信号并发送、接收处理器反馈的构造深度测量值、采用测试件被测表面的构造深度参考值对构造深度测量值进行校准并获得校准结果的转动控制部；接收转速控制信号并根据转速控制信号带动距离编码器进行转动以触发激光测距传感器对测试件的被测表面进行数据采集的运动模拟部；其中，处理器根据数据采集所获得的采集结果计算并反馈构造深度测量值。本申请的实施例可以用来保存和传递路面激光构造深度测量值，以计算被校准的激光构造深度仪测量值与参考值之间的误差。
【专利说明】一种激光路面构造深度仪校准装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光路面构造深度仪的校准技术，尤其涉及一种激光路面构造深度仪校准装置。
【背景技术】
[0002]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，与路面耐久性和行车安全息息相关。
[0003]目前，路面构造深度试验方法主要有两种:铺砂法和激光构造深度仪测量法。
[0004]铺砂法通过将已知体积的标准砂摊铺在所要测试路表的被测区域上，然后将标准砂的体积除以摊铺在测试路面上的面积，求得平均值深度作为路面构造深度。这种试验方法得到的是摊铺区域内的平均深度值。
[0005]激光构造深度仪测量法采用微小光斑的激光测距仪沿行车方向密集采样，得到纵剖面曲线。然后按照构造深度计算模型，求取构造深度值。我国所采用的构造深度值通常用激光测量法路面构造深度(Laser Measured Texture Depth,简称LMTD)表示。
[0006]铺砂法只能进行抽样检测，而且受因铺砂区域的形状的影响较大，测量结果有较大的不确定性，误差较大。而且因为其速度慢、效率低、人为因素影响大等不利条件，在通车公路上检测时，需阻断交通，且对操作人员的安全造成较大威胁，因此目前已较少使用。
[0007]采用激光构造深度仪测量法进行构造深度的测量，具有测试速度快、效率高、无需阻断交通等优点。目前，这种方法在我国已得到大量普及。在《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/T26764-2011)等标准规范中已有明确要求。
[0008]目前，激光构造深度仪作为交通行业专用计量器具，其量值溯源工作还没能全面展开。业内对此类仪器设备的量值溯源一般采用计量检定的管理体制，仪器设备必须具有严密的量值溯源链。因此，建立科学、完善的路用激光构造深度仪计量标准，尽快实现路面激光构造深度仪的量值溯源，十分必要。
实用新型内容
[0009]本申请所要解决的技术问题是克服目前激光构造深度仪还没有严密的量值朔源链的不足。
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光路面构造深度仪校准装置，所述激光路面构造深度仪包括距离编码器、激光测距传感器以及处理器；该装置包括:带动模拟路面的构造深度的测试件进行转动、根据所述测试件的转动产生转速控制信号并发送、接收所述处理器反馈的构造深度测量值、采用所述测试件被测表面的构造深度参考值对所述构造深度测量值进行校准并获得校准结果的转动控制部；接收所述转速控制信号并根据所述转速控制信号带动所述距离编码器进行转动以触发所述激光测距传感器对所述测试件的被测表面进行数据采集的运动模拟部；其中，所述处理器根据所述数据采集所获得的采集结果计算并反馈所述构造深度测量值。
[0011]优选地，所述转动控制部包括:根据预设转速生成控制脉冲序列并发送、接收所述处理器反馈的所述构造深度测量值、采用所述测试件被测表面的构造深度参考值对所述构造深度测量值进行校准并获得所述校准结果的控制器；接收所述控制脉冲序列进行驱动的驱动器；在所述驱动器的驱动下带动所述测试件进行转动的电机；以及根据激光测距采样间隔、所述测试件被测表面上测点的转动半径、所述运动模拟部所模拟的车轮的半径以及所述测试件的实时转速产生所述转速控制信号并发送给所述运动模拟部的控制信号生成器。
[0012]优选地，所述转动控制部进一步包括:所述电机包括伺服电机。
[0013]优选地,所述转动控制部进一步包括:在所述电机的带动下进行转动并承载所述测试件的测试件安装盘。
[0014]优选地,所述转动控制部进一步包括:在所述电机的带动下进行转动的主动轮；以及与所述主动轮相配合并带动所述测试件安装盘进行转动的从动轮。
[0015]优选地，所述运动模拟部包括:接收所述转速控制信号并根据所述转速控制信号进行驱动的驱动器；以及在所述驱动器的驱动下带动所述距离编码器进行转动的电机。
[0016]优选地，所述电机包括步进电机。
[0017]优选地，所述运动模拟部进一步包括:在所述电机的带动下进行转动并承载所述距离编码器的编码器安装盘。
[0018]优选地，所述转动控制部与所述运动模拟部通过传输线缆连接。
[0019]与现有技术相比，本申请的实施例可以用来保存和传递路面激光构造深度测量值，以计算被校准的激光构造深度仪测量值与参考值之间的误差。本申请的实施例可在静止状态下模拟出运动采集环境，因而使设备校准工作可以不受环境条件的制约，使用更为方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置的构造示意图。
[0021]图2是本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置中转动控制部的构造示意图。
[0022]图3是本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置中运动模拟部的构造示意图。
【具体实施方式】
[0023]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。
[0024]本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置，主要用来对激光路面构造深度仪进行校准，可以用来保存和传递激光路面构造深度量值，便于开展激光路面构造深度仪的量值朔源，建立科学、完善的路用激光构造深度仪计量标准。
[0025]如图1所示，激光路面构造深度仪10主要包括有距离编码器11、激光测距传感器12以及处理器13等，本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置20主要包括转动控制部21以及运动模拟部22。
[0026]转动控制部21与运动模拟部22以及激光路面构造深度仪10中的处理器13相连，带动模拟路面的构造深度的测试件进行转动，根据测试件的转动产生转速控制信号并发送给运动模拟部22，接收激光路面构造深度仪10中的处理器13进行计算并反馈的构造深度测量值，采用该测试件被测表面的构造深度参考值对该构造深度测量值进行校准并获得校准结果。
[0027]运动模拟部22，与激光路面构造深度仪10中的距离编码器11相连，接收转动控制部21发送的转速控制信号，根据所接收的该转速控制信号带动激光路面构造深度仪10中的距离编码器11进行转动，通过距离编码器11的转动来触发激光路面构造深度仪10中的激光测距传感器12对该测试件的被测表面进行数据采集并获得相应的采集结果。
[0028]激光路面构造深度仪10中的处理器13根据激光测距传感器12对该测试件的被测表面所进行的数据采集所获得的采集结果进行计算，获得该构造深度测量值并发聩给转动控制部21。
[0029]本申请的实施例中，可以直接选取加工该测试件的构造深度设计值作为该测试件被测表面的构造深度参考值。构造深度测试件的被测表面可以采用数控精密机加工技术并根据设计值来加工制作。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，使得对测试件进行测量所获得的结果可以采用加工时的设计值来进行验证和比对，以评价激光路面构造深度仪设备本身以及激光路面构造深度仪的作业过程等的准确性和精确度。
[0030]本申请的实施例，通过测试件来模拟路面，并通过将测试件保持在运动状态，可以模拟出车辆的车轮在路面上行驶的效果。根据运动的相对性，测试件的运动，相当于运动的车辆在路面上的运动；测试件上某一个测点的运动速度，就相当于车轮轮周上与该测点所模拟的路面相接触的对应点的线速度。因此，测试件上测点的线速度，可以视为模拟出运动状态的车辆在静止的路面上的模拟车速。
[0031]如图2所示，本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置中，该转动控制部21主要包括:控制器211、第一驱动器212、第一电机213以及控制信号生成器214。
[0032]控制器211，与第一驱动器212以及激光路面构造深度仪10中的处理器13相连，根据预设转速生成与该预设转速相应频率的控制脉冲序列，并将该控制脉冲序列发送给第一驱动器212，还接收激光路面构造深度仪10中的处理器13进行计算并反馈的构造深度测量值，采用该测试件被测表面的构造深度参考值对该构造深度测量值进行校准并获得校准结果。
[0033]第一驱动器212，与控制器211及第一电机213相连，接收控制器211所发送的该控制脉冲序列，利用该控制脉冲序列驱动第一电机213。
[0034]第一电机213，与该第一驱动器212相连，在该第一驱动器212的驱动下带动该测试件进行转动。第一电机213可以是伺服电机。
[0035]控制信号生成器214，与第一电机213及运动模拟部22相连，根据预设的激光测距采样间隔、该测试件的被测表面上某个测点的转动半径、运动模拟部22所模拟的车轮的半径以及该测试件的实时转速等，产生转速控制信号并发送给运动模拟部22。
[0036]第一电机213带动该测试件进行转动，可以为该测试件预先设置一旋转中心，第一电机213可以带动该测试件绕预设的旋转中心进行转动。可以将测试件加工制作成圆盘状。这样，就可以方便地将圆盘状的测试件的圆心作为该旋转中心。测试件上的测点与测试件的旋转中心之间的距离，就是测点的旋转半径。根据测试件上测点的旋转半径以及测试件的实时转速，可以获得测试件上的测点的线速度。
[0037]本申请的实施例可以根据计量校准的需要，预先设置多种转动速度，然后根据需要选择合适的转动速度来驱动测试件进行转动。可以通过控制脉冲序列的频率来区分不同的转动速度。
[0038]转动控制部21可以进一步包括承载该测试件的测试件安装盘。测试件安装盘在第一电机213的带动下进行转动。
[0039]转动控制部21还可以进一步包括主动轮和从动轮。主动轮与第一电机213相连，在第一电机213的带动下进行转动。从动轮通过皮带等与主动轮相连，或者直接与主动轮啮合，与主动轮相配合，带动该测试件安装盘进行转动。
[0040]如图3所示，本申请实施例的本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置中，该运动模拟部22包括第二驱动器221以及第二电机222等。
[0041]第二驱动器221，与转动控制部21中的控制信号生成器214及第二电机222相连，接收转动控制部21中的控制信号生成器214发送的转速控制信号，并根据该转速控制信号驱动第二电机222进行转动。
[0042]第二电机222，与第二驱动器221及激光路面构造深度仪10中的距离编码器11相连，在第二驱动器221的驱动下，带动激光路面构造深度仪10中的距离编码器11进行转动。距离编码器11转动时，激发出测距触发信号并发送给激光路面构造深度仪10中的激光测距传感器12。第二电机222可以是步进电机。
[0043]激光测距传感器12根据该测距触发信号就可以对测试件的被测表面进行数据采集。激光路面构造深度仪10中的处理器13根据激光测距传感器12进行该数据采集所获得的采集结果，计算出构造深度测量值并反馈给转动控制部21的控制器211。
[0044]本申请实施例的本申请实施例的激光路面构造深度仪校准装置中，该运动模拟部22还可以包括承载激光路面构造深度仪10中的距离编码器11的编码器安装盘。编码器安装盘在第二电机222的带动下进行转动，以带动所承载的距离编码器11进行转动。
[0045]本申请的实施例中，被测表面上测点的运动速度，与模拟出运动状态的车辆的模拟车速相等。距离编码器在跟踪车辆的运动状态时，需要与车辆的运动速度相匹配。因此，可以根据该测点的运动速度来计算距离编码器的实时转速，并驱动距离编码器以该实时转速进行转动。
[0046]测试件上测点的运动速度(测试件旋转时测点的线速度)与模拟旋转的车轮轮周处的线速度相等，以获得车轮压在路面上不会打滑的效果，这样当激光照射到测试件上测点的时候，可以准确测量测点的高程信息。
[0047]本申请的实施例中，转动控制部21与运动模拟部22通过传输线缆连接，从而二者可以进行分体设计并进行分布式设置。
[0048]本申请的实施例中，驱动测试件进行转动的电机以一定速度旋转，同时电机输出一组与其转速成正比的脉冲信号。可以根据驱动测试件进行转动的主动轮与从动轮的传动比k、旋转的测点距旋转中心的距离A、驱动测试件进行转动的电机每周脉冲数P1、驱动距离编码器进行转动的电机的每周脉冲数P2以及所模拟出的车轮的半径1"2等，计算出信号频率倍数fT。相应的脉冲信号经过频率变化后，用来控制驱动距离编码器进行转动的电机带动距离编码器进行转动。
[0049]其中，计算信号频率倍数fT可以根据如下表达式来进行。
r — ft,.P,, _ k./,.P-,
[0050]Λ=^Γ=^ΤΓ式⑴
[0051]本申请实施例的校准方法中，测试件可以采用真实路面制模铸造工艺进行设计加工，可以真实再现路面结构的构造深度，保证了激光构造深度仪的校准更加直观和准确。
[0052]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。
【权利要求】
1.一种激光路面构造深度仪校准装置，所述激光路面构造深度仪包括距离编码器、激光测距传感器以及处理器；其特征在于，该装置包括: 带动模拟路面的构造深度的测试件进行转动、根据所述测试件的转动产生转速控制信号并发送、接收所述处理器反馈的构造深度测量值、采用所述测试件被测表面的构造深度参考值对所述构造深度测量值进行校准并获得校准结果的转动控制部； 接收所述转速控制信号并根据所述转速控制信号带动所述距离编码器进行转动以触发所述激光测距传感器对所述测试件的被测表面进行数据采集的运动模拟部； 其中，所述处理器根据所述数据采集所获得的采集结果计算并反馈所述构造深度测量值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转动控制部包括: 根据预设转速生成控制脉冲序列并发送、接收所述处理器反馈的所述构造深度测量值、采用所述测试件被测表面的构造深度参考值对所述构造深度测量值进行校准并获得所述校准结果的控制器； 接收所述控制脉冲序列进行驱动的驱动器； 在所述驱动器的驱动下带动所述测试件进行转动的电机；以及根据激光测距采样间隔、所述测试件被测表面上测点的转动半径、所述运动模拟部所模拟的车轮的半径以及所述测试件的实时转速产生所述转速控制信号并发送给所述运动模拟部的控制信号生成器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于: 所述电机包括伺服电机。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述转动控制部进一步包括: 在所述电机的带动下进行转动并承载所述测试件的测试件安装盘。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转动控制部进一步包括: 在所述电机的带动下进行转动的主动轮；以及 与所述主动轮相配合并带动所述测试件安装盘进行转动的从动轮。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动模拟部包括: 接收所述转速控制信号并根据所述转速控制信号进行驱动的驱动器；以及 在所述驱动器的驱动下带动所述距离编码器进行转动的电机。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于: 所述电机包括步进电机。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动模拟部进一步包括: 在所述电机的带动下进行转动并承载所述距离编码器的编码器安装盘。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于: 所述转动控制部与所述运动模拟部通过传输线缆连接。
【文档编号】E01C23/01GK204059166SQ201420283324
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】荆根强, 郭鸿博, 刘璐, 苗娜, 周毅姝, 林志丹 申请人:交通运输部公路科学研究所