一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统及其方法
【专利摘要】本发明涉及路面弯沉测量领域，尤其涉及一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统及其方法。所述系统包括：激光测试共梁，其设置于移动式钢梁架上，所述移动式钢梁架设置于直线导轨平台上，所述激光测试共梁上安装有3台以上的激光测速仪，每台所述激光测速仪分别通过一个速度信号采集装置和控制器相连；伺服控制装置，其用于控制激光测试共梁做垂直匀速运动。该系统可判定各激光测速仪的激光束是否平行。由于系统还包括激光束夹角调节装置，所以可利用激光束夹角调节装置调节激光测速仪与垂直方向的夹角。该系统还可以在弯沉测试车以正常行驶速度时，快速精确获得参考激光测速仪的实际安装角度值。
【专利说明】一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及路面弯沉测量领域，尤其涉及一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统及其方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，多数公路行业中道路弯沉快速检测设备均基于贝克曼梁测量方法，其直接测量道路在标准荷载(IOt)作用下路面发生下沉的位移量来计算路面的弯沉值指标，检测设备的测试速度一般为4?5km/h。因此，制约了路面弯沉检测设备的测试效率的提高。随着现代科学技术的不断发展，特别是多普勒激光测速技术的不断完善，使得这项技术被引入到道路弯沉的检测上来。国外将普勒激光测速仪安装在特制的测试车辆上(如TSD设备)，在激光传感器发射激光射线到路面上，同时测量激光光线方向的速度。行驶的测试车辆，其轴载荷压在路面上形成路面变形，由多普勒激光传感器测量变形速率。
[0003]多普勒激光测速仪只能测量在其激光发射方向上的运动速度，当激光器发射激光射线与路面垂直时，在激光束方向上没有车辆水平方向的速度分量。但在实际的安装过程中，安装在测试车辆上的多普勒激光测速仪不需要激光射线与路面垂直，一般需要将若干个多普勒激光测速仪发出的激光束相对路面垂直方向上同侧偏离一个α角度，且α角度为2°?5°。而车辆的测试速度一般为30?80km/h，车速在测量激光光线方向上就有一个很大的速度分量。安装角度的偏差会对结果的运算造成较大的影响并直接影响到最终的测量结果。当安装角度α的误差达到0.005°，测量值可以产生25%的错误，这样大大降低了对路面弯沉变形速率(lOmm/s)的影响。因此，多普勒激光测速仪的安装角度α的精度尤其突出，是保证路面弯沉变形速率精确测量的前提。
[0004]激光器发射的激光束相对路面垂直方向上偏离角度的测量方法，目前有二种测量方法。一种标定方法称为预埋加速度传感器对比标定法，是属于一种传递性质的标定方法。主要通过加速度传感器获得的测量值与多普勒激光测速仪输出的速度值比较达到标定角度的目的，但是这种方法也需要一条专门的试验路，并需要在试验路上埋置加速度传感器，使用和后期的维护成本较高。一般难于在现场实现标定。
[0005]另外一种方法，是装有激光测速仪的测试共梁不动，通过移动刻度板，采用摄像机拍摄多个激光点的位置信息，判定激光测速仪的激光束是否平行。以及通过平移激光测速仪下面的标定平台，来实现与激光测速仪的相对运动，计算出激光测速仪之间的正弦值的差，获得激光测速仪的相对夹角值。此种方法虽然理论上可行，但在实际的标定过程中，为了保证4000mm长的标定平台的刚度，其结构必定很笨重，而且还要用到高精度的光学摄像机和速度测量系统，在实际的使用过程中实用性较差，成本高。
[0006]如上所述，第一种标定方法是通过传递性质的标定，需要修建一条试验路，并且需要在路上埋置加速度传感器，这样对后续的标定使用及维护都存在诸多不便。
[0007]另外一种通过移动激光测速仪底部的标定平台的方法虽然理论上可行，但在实际的标定过程中，为了判定激光测速仪的激光束是否平行，需要专用的刻度板和与激光测速仪数量相同的摄像机，成本费用高，操作复杂。另外，标定平台是模拟车辆行驶速度，难以保证标定平台的运动速度方向与测试车的速度方向平行，实际实施起来必定非常困难。而且为了保证4000mm长的标定平台的刚度，其结构必定较笨重，实用性较差。
[0008]针对以上问题，亟需要一种新的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统及其方法。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供了一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，该系统通过一套伺服控制装置，带动装有若干个激光测速仪的激光测试共梁做垂直运动，通过比较激光测试共梁垂直运动速度值与各激光测速仪的速度值，即可判定各激光测速仪的激光束是否平行，还可以调节激光测速仪与垂直方向的夹角。
[0010]该系统还可以在弯沉测试车以正常行驶速度时，快速精确获得参考激光测速仪的实际安装角度值。
[0011]本发明的另一个目的还在于提供一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节方法，该方法通过比较激光测试共梁垂直运动速度值与各激光测速仪的速度值，即可判定各激光测速仪的激光束是否平行，还可以调节激光测速仪与垂直方向的夹角。
[0012]该方法还可以快速精确获得参考激光测速仪的实际安装角度值。
[0013]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0014]一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，包括:
[0015]激光测试共梁，其设置于移动式钢梁架上，所述移动式钢梁架设置于直线导轨平台上，所述激光测试共梁可以随直线导轨平台做水平运动，并且所述激光测试共梁上安装有3台以上的激光测速仪，所述激光测速仪中安装位置距离所述直线导轨平台下方的载荷轮的中心最远的一台作为参考激光测试仪，每台所述激光测速仪分别通过一个速度信号采集装置和控制器相连；
[0016]伺服控制装置，其用于控制激光测试共梁做垂直匀速运动；
[0017]激光束夹角调节装置，其用于调节激光测速仪与垂直方向的夹角。
[0018]作为优选，所述伺服控制装置设置于移动式钢梁架上，包括两台电动推杆以及控制两台电动推杆的两台伺服电机，所述两台电动推杆分别悬挂着激光测试共梁。
[0019]作为优选，所述激光测速仪的个数为5，其安装位置距离所述直线导轨平台下方的载荷轮的中心分别为 100mm、200mm、300mm、750mm、3600mm。
[0020]作为优选，所述激光束夹角调节装置包括上侧板、下侧板以及角度调节板，所述角度调节板的上端、下端分别通过螺丝和上侧板、下侧板相连，所述激光测速仪固定在角度调节板上，可以通过调节螺丝调整激光测速仪的激光束与垂直方向的夹角。
[0021]作为优选，所述移动式钢梁架的底梁上安装有减震气弹簧，所述减震气弹簧用于支撑激光测试共梁，并且其数量为5对。
[0022]作为优选，所述移动式钢梁架底部设置有滚轮，其可以通过滚轮在直线导轨平台上移动。
[0023]作为优选，所述移动式钢梁架采用矩形钢质材料焊接而成。
[0024]一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节方法，包括步骤:[0025]S101、伺服控制装置控制激光测试共梁沿垂直方向以速度Vz做匀速运动，并将速度Vz值传送给控制器，同时每个速度信号采集装置分别采集各自所对应的激光测速仪的速度，并传送给控制器；
[0026]S102、控制器根据接收到的激光测试共梁垂直运动速度Vz以及每台激光测速仪的速度，计算每台参考激光测速仪在垂直方向的偏转角Cii与参考激光测速仪在垂直方向的偏转角aKS之间的差值Λ α ；
[0027]S103、判断Λ α的值是否大于预设值，如果是，则执行步骤S104 ;否则，结束此次循环；
[0028]S104、激光束夹角调节装置调节激光测速仪在垂直方向的偏转角。
[0029]作为优选，在步骤S104之后，包括步骤:
[0030]S105、控制器根据公式
【权利要求】
1.一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，包括: 激光测试共梁(3)，其设置于移动式钢梁架(6)上，所述移动式钢梁架(6)设置于直线导轨平台(8)上，所述激光测试共梁(3)可以随直线导轨平台(8)做水平运动，并且所述激光测试共梁(3 )上安装有3台以上的激光测速仪(9 )，所述激光测速仪(9 )中安装位置距离所述直线导轨平台(8)下方的载荷轮(I)的中心最远的一台作为参考激光测试仪，每台所述激光测速仪(9)分别通过一个速度信号采集装置和控制器相连； 伺服控制装置(5)，其用于控制激光测试共梁(3)做垂直匀速运动； 激光束夹角调节装置，其用于调节激光测速仪(9 )与垂直方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述伺服控制装置(5)设置于移动式钢梁架(6)上，包括两台电动推杆以及控制两台电动推杆的两台伺服电机，所述两台电动推杆分别悬挂着激光测试共梁(3)。
3.根据权利要求1所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述激光测速仪(9 )的个数为5，其安装位置距离所述直线导轨平台(8 )下方的载荷轮(I)的中心分别为 100mm、200mm、300mm、750mm、3600mm。
4.根据权利要求1所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述激光束夹角调节装置包括上侧板、下侧板以及角度调节板(13)，所述角度调节板的上端、下端分别通过螺丝(12)和上侧板、下侧板相连，所述激光测速仪(9)固定在角度调节板上，可以通过调节螺丝(12)调整激光测速仪(9)的激光束与垂直方向的夹角。
5.根据权利要求3所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述移动式钢梁架(6 )的底梁上安装有减震气弹簧(4 )，所述减震气弹簧(4 )用于支撑激光测试共梁(3)，并且其数量为5对。
6.根据权利要求1所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述移动式钢梁架(6)底部设置有滚轮(7)，其可以通过滚轮(7)在直线导轨平台(8)上移动。
7.根据权利要求1所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节系统，其特征在于，所述移动式钢梁架(6)采用矩形钢质材料焊接而成。
8.一种用于路面弯沉测量的激光束平行度调节方法，其特征在于，包括步骤: 5101、伺服控制装置控制激光测试共梁沿垂直方向以速度Vz做匀速运动，并将速度Vz值传送给控制器，同时每个速度信号采集装置分别采集各自所对应的激光测速仪的速度，并传送给控制器； 5102、控制器根据接收到的激光测试共梁垂直运动速度Vz以及每台激光测速仪的速度，计算每台参考激光测速仪在垂直方向的偏转角Cii与参考激光测速仪在垂直方向的偏转角a RS之间的差值Λ α ； 5103、判断Λα的值是否大于预设值，如果是，则执行步骤S104;否则，结束此次循环； 5104、激光束夹角调节装置调节激光测速仪在垂直方向的偏转角。
9.根据权利要求7所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节方法，其特征在于，在步骤S104之后，包括步骤:S105、控制器根据公式
10.根据权利要求7所述的用于路面弯沉测量的激光束平行度调节方法，其特征在于，在步骤S102中，Λ α根据公式
【文档编号】E01C23/01GK103643620SQ201310697914
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】吴智山, 侯君辉, 李孝兵, 孙成来, 呼六福 申请人:北京市路兴公路新技术有限公司