专利名称：摊铺机的实时动态测量式数控自动找平系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种公路施工中摊铺机自动找平系统，特别是一-种摊铺机的实时动态测量式数控,动找平系统。 背景技术：
为满足高等级公路施工的要求，摊铺机必须具备两个功能首先 能均匀的铺开和熨平所有类型的路面混合料，提供一个修整好的路 型；同时还应当能补偿基层纵坡上--些小的不规则的起伏，铺筑成满 足使用要求的高标准路面。因此，为消除因摊铺速度，路基起伏波动， 物料供应，牵引装置振动等无规律性的外界因素干扰，必须对摊铺机 的熨平装置设置必要的调节机构，即自动控制找平装置。自动控制我 平装置能对摊铺机的自动调平功能提供理想补偿。
自动控制装置是根据参数基准，使摊铺机的熨平板在排除外界千 扰条件下进行自动调平的一种控制装置。目前采用的控制装置由纵询 高程控制器，横向坡度控制器和纵向参照基准组成。当出现外界干扰 或进行人工调整时，控制器的传感器发出脉冲信号，经中心控制器分 辨出偏差后发出修正信号给调平油缸的电磁控制阀，从而驱动调平油 缸改变熨平板的倾角，达到调整控制的目的。
摊铺机在进行摊铺作业是可采用多种控制方式，这些方法是依据 不同的纵向参照基准而确定的。不管使用什么基准，褽平板自动控制 装置都忠实的仿行所用基准。因而，路面质量就取决于基准的准确程 度。
目前广泛采用的设置纵向坡度基准现有四种，它们各有优缺点， 下面一一介绍
l.拉线放样坡度基准(钢丝基准) 拉线放样坡度基准是以测量人员拉线放样达到规定纵坡面坡度 所用的基准，是一种纵向控制器使用的绝对基准。在所有铺筑的道路
旁，距熨平板端部约2 0 0 6 0 0 MM处敷设一条平行于路面设计 标高的钢丝直线，这种基准精确度最高，但是费时费力，必须在施工 前敷设好。人为的测量精度决定着基准的精度，测设的基准有误，将 会使基准达不到预定的要求。对于高填堤，人工測暈时要经过多次转 点，测量误差多次积累后被放大，影响基准的精度。在地球引力的作 用下，钢丝总会有一定程度的松垂，这样也会影响到基准的精度。一 般用来铺筑下面层。
2 .接缝配小滑靴
对于接缝操作或以相邻已铺好的路面或路缘石作为坡度基准线 使用时，可用一个配接滑靴来感知路面坡度的信息，并将它传到控制 机构。熨平板的另一侧，需用拉线或使用横坡仪来控制樊平板的倾角， 使铺层达到预定要求的倾斜度和厚度。所以小滑靴不能独立使用。在 公路的单幅施工或多幅摊铺中的初幅摊铺施工中没有条件使用。
3 .接触式平衡梁
接触式平衡梁是一种纵向控制器使用的相对基准。当遇到路基不 平时，平衡梁的许多脚轮就会l:下移动。因控制器的搭杆是在平衡梁 的中部，所以大大降低了搭杆在基准上的上下移动量。它的精确度次 于钢丝基准。适用于上面层或面层的摊铺。但是它是- 种相对基准， 在施工时需要配合拉线放样基准才能使用，不能单独使用。
4 .非接触式平衡梁
非接触式平衡梁是一种相对基准，它是采用声纳技术或激光 (红外线)测距技术追踪路边缘现成路面或基准线，利用高频声波测 量到基准面的距离，并将距离变化的反馈信号及时修正传送到找平控 制仪。非接触式平衡梁安装调整方便，从控制器上看到标高的偏差和 摊铺过程的实时坡度，增加了控制的灵活性。但是，非接触式平衡梁 作为一种相对基准，在施工时需要配合拉线放样基准才能使用，不能 单独使用。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能提高路面的控制精 度的摊铺机的实时动态测量式数控自动找平系统，使其能維立使用、
无霈拉线放样基准配合即能实现自动找平。
为了解决上述技术问题，本实用新型包括具有实现自动找平功能
的系统和软件的微电脑、用于测量摊铺机樊平板位置的RTK实时动态 测量装置、用于调整摊铺机慰平板倾角的数控系统横向控制装置和数 控系统纵向控制装置，RTK实时动态测量装置、数控系统横向控制 装置和数控系统纵向控制装置分别与微电脑连接。
为了做到"所测即所铺"、实现"测量与摊铺的同歩"，所述RTK 实时动态测量装置包括一台GPS基准站和一台GPS流动站，(3PS 基准站的接收机设在道路控制点，GPS流动站的接收机设置在摊铺机 熨平板侧面的套管内。
为了使测量结果有更好的控制意义，所述RTK实时动态测量装置 包括一台GPS基准站和两台GPS流动站,GPS基准站的接收机设在 道路控制点，两台GSP流动站的接收机分别设置在摊铺机的两側。
为了提高控制精度，包括有设置在所述GPS流动站测点的测振 仪，测振仪与微电脑连接。
为了方便驾驶员操作，所述微电脑连接有设置在摊铺机驾驶台上
的显不屏O
本实用新型的有益效果是，本实用新型创造性的将测量设备与施 工设备对接，同时用徼电脑建立的数字基准代替传统的实物基准，实 现摊铺机找平装置的数字化。实现了测量工序与摊铺作业的同歩，而 且路面的控制精度显著提高。
(四)
图l是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
如图l所示的一种具体实施例，它包括微电脑、RTK实时动态测 量装置、测振仪、数控系统横向控制装置、数控系统纵向控制装置， RTK实时动态测量装置、数控系统横向控制装置和数控系统纵向控制 装置分别与微电脑连接。
RTK实时动态测量装置包括一台GPS基准站和一台GPS流动 站，GPS基准站的接收机设在道路控制点，GPS流动站的接收机设 置在摊铺机熨平板侧面的套管内。RTK实时动态测量装置也可采用-- 台GPS基准站和两台GPS流动站，GPS基准站的接收机设在道il控 制点，两台GSP流动站的接收机分别设置在摊铺机的两侧。测振仪 设置在GPS流动站的测点，测振仪与微电脑连接。显示屏用以显示 微电脑的处理结果，它设置在摊铺机的驾驶台上。
结构分析
1 .技术说明
该装置是将测量设备与摊铺设备的直接对接，把测量结果作为摊 铺机的自动找平装置微电脑控制的参数，从而实现测量与摊铺的同 步。
2 .基本结构
包括RTK实时动态测量装置、微电脑和数控执行系统。 2.1 RTK实时动态测量装置 RTK实时动态测量装置是在基准站上安置一台GPS接收fl,对 所有可见卫星进行连续观测，并将其观测数据通过发射台实肘地发送 给流动站，在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时通过接 收电台接收基准站传送的数据，然后由GPS控制器根据相对定位的 原理实时地计算出流动站的三维坐标。
(1 ) GPS基准站包括G P S接收机、发射台等。
将基准站安置在施工现场就近的道路控制点上，控制点为控制 道路施工的坐标信息和水准点信息的载体，即已知控制点的三維坐 标。基准站对所有可见卫星进行连续观测，并把观测数据和控制点的 数据通过发射台实时地发送给流动站。
(2) GPS基准站包括接收电台和GPS接收机。 流动站GPS接收机安置在摊铺机上，其设置位置对自动调平的 效果影响很大。需要将其安装在熨平板侧面的套管内，其测点为熨平 板下缘(与铺筑的路面平齐)—点。该点的位置在樊平板的前方，且 距熨平板后沿距离以牵引前铰点至熨平板后沿的l / 3。这个位置作 为测点的效果可以做到w所测即所铺"实现"测量与摊铺的同歩"。
因为每一时刻摊铺机熨平板倾角的控制只受测点测量结果的影响，而 与此刻主机与路基变化情况无关，使摊铺出来的路面符合设计。
由于发动机等的机械振动必然会引起熨平板侧面板的搌动，从而
带动测点的振动就会影响到测量的结果。为r排除机械振动对测量结 果的影响，需要使用测振仪对测点的机械振动进行测量并将数据实时 的传送给微电脑系统，对测量结果进行校正。
为了使测量结果具有更好的控制意义，需要在摊铺机两侧各设究
一个测点，实现两纵一横的控制方式，这需要两个GPS流动站。 2.2 微电脑
微电脑为微型数控微电脑，具有类似数控机床的人机对话界面。 具有强大的硬件支持，具有实现自动找平功能数字控制的系统和软 件。
微电脑系统的功能 (1.)将道路施工控制数据(包括设计标高，纵坡度，横坡度等) 输入徼电脑，微电脑运用自动编程软件进行CAD / CAM工作，直 接生成道路施工控制的二维(路线的横断面，纵断面)程序文件并储 存起来。同时微电脑用自带的道路模型面板生成施工路面的二維模 型。这个模型中纵向高程线就是摊铺机熨平板自动控制装置所要仿行 的基准。
(2) 安装在摊铺机上侧点的G P S接收机和测振仪实时的将测 量结果传送给微电脑，微电脑通过专门的分析软件将G P S测量结果 由于机械振动引起的偏差排除掉，从而得到准确的测点三维坐标。同 时把三维坐标分解成两组二维坐标数据，即该点的平面位置坐标和高 程数据。微电脑将这些数据与储存的道路二维模型上的数据相比较， 计算出两者的偏差大小和符号(方向)。
(3) 对于路线纵向高程偏差，微电脑根据两侧偏差的大小，分 别作出更正偏差的措令，通过电缆线传送给数控执行系统中的纵向控 制机构，将数字信号处理成变幅宽的脉冲电信号，进入电磁转换阀， 控制其开关时间长短，在液压系统的作用下变成牵引臂的机械运作， 改变并保持熨平板的倾角，从而消除偏差。
(4 )微电脑综合两侧点的数据，计算出此刻爽平板御横坡度，
并将其与储存的该处设计路面的横坡度数据想比较，得到鵜差数据， 同时生成更正偏差的措令，通过电缆线传送给数控执行系统中的横向
控制机构，将数字信号处理成变幅宽的脉冲电信号，进入电磁转换阀， 控制其开关时间长短，在液压系统的作用下变成牵引臂的机械运作， 改变并保持熨平板的横坡度，从而消除偏差。
(5) 两恻测点的位置同时是摊铺边界的位置，微电脑由两测点 的平面坐标计算出摊铺宽度和摊铺轨迹，将其与道路模型的轨迹相比 较，得到摊铺机轨迹的偏差数据。并把数据在操作台的显示屏上显示 出改正的数值和方向，用于指导摊铺机的驾驶，防止路面超铺或缺铺。
(6) 为了使该装置适应不同的使用条件，需要编制专门程序对 微电脑不发出偏差更正信号的变化范围进行分档，使其具有不同的灵 敏度。如将纵、横向控制范围各分l. 0个档位，l档灵敏度最低，1 0档灵敏度最高。根据具体的施工条件，用微电脑设置相应的灵敏度 档位。例如路面下层摊铺时，由于基层平整度较差，如果控制灵敏 度过高，检测的偏差信号太敏感，横向控制器跟随太频繁，反而影响 路面的平整度，不宜选择高档位。横向控制灵敏度的选用还受摊铺宽 度的影响，摊铺的路面越宽，选择的灵敏度越高。
2 . 3数控执行系统
数控执行系统就是把现有的摊铺机调平执行机构的液压系统，机 械部分实现徼电脑控制的改造，形成数控系统横向控制装置和数控系 统纵向控制装置。
原理分析
本发明以路线设计数据的计算机模型为基准，以实时动态测量数 据为数控参数变量，以两者的偏差数据为数控参数。
路面质量就取决于基准的准确程度，而路面施工控制的最高境界 就是铺筑出的路面完全符合路面设计标高，为了达到这一境界，我们 就必须使用路面设计标高，作为施工的绝对基准。
在理想状态下，即路基完全平整且符合其设计标高。没有任何外
界因素的影响，我们就可以直接把路面设计标高作为摊铺机熨平板自 动控制的绝对基准，在技术上通过对摊铺机采用专用微电脑实现数字
程序控制来达到的，即CNC技术。其原理是把要铺筑的道路的信 息(包括铺筑的设计标高，纵坡度，横坡度等)输入微电脑，微电脑 通过专门的编程软件，编出相应的控制程序来控制熨平板的倾角，达 到调整整平的目的。这个过程中，微电脑根据道路数据建立出了铺筑 道路的模型，起二維的纵断面线形就是施工控制的基准。
在这种理想状态下，摊铺机熨平板下缘--点在摊铺作业过程中在 空间所经过的轨迹完全符合路线设计线形，定义这条轨迹为理想轨
迹o
实际上路基的起伏不平以及其他外界因素的影响是客观存在的， 即摊铺机在作业中会有出现颠簸，停顿等现象，这就导致了熨平板下 缘的那一点在空间经过的轨迹围绕理想轨迹上下(在竖直平面上)波 动。定义这条轨迹为实际轨迹。
因此，我们不可能直接用理想轨迹的数据来控制摊铺机的熨平板 的倾角起到正平的目的。
实际轨迹与理想轨迹之间存在偏差，即实际轨迹上一点与理想轨 迹上相应的点存在位置上的偏差。如果能计算出这偏差并更正，就能 使实际轨迹与理想诡计相符合。要计算偏差的大小，我们只需要对实 际轨迹的数据进行测量，因为理想轨迹的数据是已知的。
为了对实际轨迹进行测量，我们需要使用实时动态(RTK)测 量技术。其原理在道路的控制点上设置一台GPS基准站，对所有 卫星进行连续观测，并将其数据通过发射台实时的发送给G P S流动 站(安置在摊铺机上)。在GPS流动站上，GPS接受机在接受卫 星信号的同时通过接受电台接受基准站传送的数据，然后由GPS控 制器根据相对定位的原理，实时的计算出流动站的三维坐标。
我们需要的是摊铺机熨平板下缘一定点的三维坐标，所以流动站 的GPS接收机的测点为熨平板下缘，但是现有技术的限制(未来可 能只需要安装一块高精度GP S模块)，该点无法安置仪器直接测出， 只能通过仪器测头到测点的相对位置间接求出测点的三維坐标。将此
三维坐标的数据传送给微电脑，微电脑将其与理想轨迹上该点的坐标 (道路上该点的设计坐标)相比较，得到偏差数据。
微电脑得到的偏差数据被分解成两组二維偏差数据--組为水平 位置偏差，即摊铺机在水平面上运行的轨迹的偏差，将其在驾驶台的 显示屏上以具体数字(带方向)形式显示出来，用来指导操作手的驾 驶，甚至可以通过数控驾驶系统实现摊铺机自动转向。二组为纵向高 程偏差，微电脑自动生成改正此偏差的指令信号，传送给数控系统横 向控制装置和数控系统纵向控制装置，使其控制缀平板的倾角，使测 点的轨迹符合理想轨迹，从而消除偏差，使摊铺机的作业顺利进行。
以上从测量到控制消除偏差的过程在极短的时间完成，实现铡量 与摊铺作业的同步。为了使摊铺机适应不同条件的基层要求，霈要对 偏差调整的范围划分为多个灵敏度不同的档位。对于不同的施工条件 选用相适合的档位。
权利要求1.一种摊铺机的实时动态测量式数控自动找平系统，其特征在于包括具有实现自动找平功能的系统和软件的微电脑、用于测量摊铺机熨平板位置的RTK实时动态测量装置、用于调整摊铺机慰平板倾角的数控系统横向控制装置和数控系统纵向控制装置，RTK实时动态测量装置、数控系统横向控制装置和数控系统纵向控制装置分别与微电脑连接。
2. 根据权利要求1所述的摊铺机的实时动态测量式数控自动找平 系统，其特征在于所述RTK实时动态测量装置包括--台GPS 基准站和一台GPS流动站，GPS基准站的接收机设在道路控制 点，GPS流动站的接收机设置在摊铺机熨平板侧面的套管内。
3. 根据权利要求1所述的摊铺机的实时动态测量式数控自动找平 系统，其特征在于所述RTK实时动态测量装置包括一台(3PS 基准站和两台GPS流动站，GPS基准站的接收机设在道路控制 点，两台GSP流动站的接收机分别设置在摊铺机的两侧。
4. 根据权利要求2或3所述的摊铺机的实时动态测量式数控自动找 平系统，其特征在于包括有设置在所述GPS流动站测点的测 振仪，测振仪与微电脑连接。
5. 根据权利要求4所述的摊铺机的实时动态测量式数控自动找平 系统，其特征在于所述微电脑连接有设置在摊铺机驾驶台上的 显示屏。
专利摘要本实用新型公开了一种摊铺机的实时动态测量式数控自动找平系统，包括具有实现自动找平功能的系统和软件的微电脑、用于测量摊铺机熨平板位置的RTK实时动态测量装置、用于调整摊铺机慰平板倾角的数控系统横向控制装置和数控系统纵向控制装置，RTK实时动态测量装置、数控系统横向控制装置和数控系统纵向控制装置分别与微电脑连接。本实用新型的有益效果是，本实用新型创造性的将测量设备与施工设备对接，同时用微电脑建立的数字基准代替传统的实物基准，实现摊铺机找平装置的数字化。实现了测量工序与摊铺作业的同步，而且路面的控制精度显著提高。
文档编号E01C19/00GK201065510SQ200720023198
公开日2008年5月28日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者王培革 申请人:王培革