一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，包括：一具有單橫模結(jié)構(gòu)并可調(diào)焦的平面激光發(fā)生器，一用于圖像采集的面陣CCD，前述二者安裝在垂直于待測(cè)路面的同一基板平面上，面陣CCD、平面激光發(fā)生器與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系；一微處理器，用于實(shí)現(xiàn)圖像處理；一可充電電源；一帶有車載安裝口的外部封裝殼體，該殼體用于封裝所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD、可充電電源和微處理器等并形成具有激光發(fā)射窗、采集探測(cè)窗、充電接口、控制信號(hào)接口及數(shù)據(jù)輸出接口的探測(cè)器單元，還配備有一標(biāo)準(zhǔn)模板，該標(biāo)準(zhǔn)模板用于校正和標(biāo)定探測(cè)器單元。利用本發(fā)明可全場(chǎng)瞬態(tài)采集路面的紋理斷面曲線，形象且嚴(yán)格定量地表征路面紋理結(jié)構(gòu)狀況和構(gòu)造深度。
【專利說明】一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于路面狀況檢測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀。

【背景技術(shù)】
[0002]各種工業(yè)平面，平臺(tái)特別是道路表面，存在的細(xì)觀一亞毫米一毫米級(jí)的高程起伏，需要形象顯示其斷面結(jié)構(gòu)，精確測(cè)量構(gòu)造深度，計(jì)算其粗糙度或不平度以評(píng)價(jià)其表面物理性能，國內(nèi)外列入檢測(cè)規(guī)程的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度測(cè)量設(shè)備有兩種；I)，鋪沙法測(cè)定路面構(gòu)造深度?；诖_定標(biāo)準(zhǔn)沙粒測(cè)量鋪沙體積計(jì)算構(gòu)造深度，長期用于道路工程驗(yàn)收，養(yǎng)護(hù)定點(diǎn)檢測(cè)，其特點(diǎn)是價(jià)格低，但人工操作復(fù)雜，不確定因素多，智能化水平很低；2)用于車載快速自動(dòng)智能檢測(cè)的設(shè)備是用基于激光三角測(cè)距原理的高采集頻率(16 — 64K)路面高程距離傳感器，車行掃描逐點(diǎn)測(cè)量表面細(xì)觀結(jié)構(gòu)高程，按規(guī)程要求的采樣長度統(tǒng)計(jì)計(jì)算構(gòu)造深度。要求采樣間隔必須遠(yuǎn)小于構(gòu)造寬度(毫米級(jí))，高速自動(dòng)采集要求采集頻率必須大于20K，取64K達(dá)到亞毫米級(jí)更好，但采集頻率越高價(jià)格更高，達(dá)幾十萬，逐點(diǎn)采集高程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算構(gòu)造深度，但不能顯示細(xì)觀斷面構(gòu)造狀況，不能觀察表面粗糙分布狀況，抗干擾力差，。對(duì)高速公路的快速測(cè)量還要求高測(cè)頻高精度，價(jià)格也高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜不能獨(dú)立便攜使用，因此至今路面紋理構(gòu)造測(cè)試還廣泛采用原始而直觀的用堆沙法測(cè)量沙量來測(cè)量紋理平均深度。因此要求研制一種性能更好，價(jià)格更低，既能車載快速檢測(cè)，還能便攜使用，并推廣用于各種工業(yè)平面，平臺(tái)的表面紋理結(jié)構(gòu)物理狀況測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，全場(chǎng)瞬態(tài)采集路面的紋理斷面曲線，可形象且嚴(yán)格定量地表征路面紋理結(jié)構(gòu)狀況和構(gòu)造深度數(shù)據(jù)。
[0004]本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0005]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其包括:
[0007]—具有單橫模結(jié)構(gòu)并可調(diào)焦的平面激光發(fā)生器與一用于圖像采集的面陣(XD，二者安裝在垂直于待測(cè)路面的同一基板平面上；
[0008]所述平面激光發(fā)生器、面陣CXD與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系；
[0009]一微處理器，用于實(shí)現(xiàn)圖像處理；
[0010]一可充電電源，分別與所述平面激光發(fā)生器、面陣C⑶和微處理器連接并提供電源供應(yīng)；以及
[0011]一帶有車載安裝口的外部封裝殼體，該殼體用于封裝所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD、可充電電源和微處理器并形成一具有激光發(fā)射窗、采集探測(cè)窗、充電接口、控制信號(hào)接口及數(shù)據(jù)輸出接口的探測(cè)器單元，探測(cè)器單元還配備有一標(biāo)準(zhǔn)模板，該標(biāo)準(zhǔn)模板用于現(xiàn)場(chǎng)校正和標(biāo)定該探測(cè)器單元。
[0012]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述外部封裝殼體的外部還安裝有用于便攜測(cè)量安置的折疊支腳，。
[0013]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述外部封裝殼體上的車載安裝口的鄰近位置還設(shè)置有車載懸掛固定機(jī)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系，其中，測(cè)量三角形的夾角范圍在30度-50度。
[0015]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述面陣CCD、平面激光發(fā)生器與待測(cè)路面之間的位置滿足下述關(guān)系:
[0016]平面激光發(fā)生器向所述待測(cè)路面發(fā)射的激光線，其在待測(cè)路面上形成的激光標(biāo)線在所述面陣CCD中形成的標(biāo)線圖像沿著其X軸并且處于面陣CCD的屏幕中部。
[0017]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述標(biāo)準(zhǔn)模板為一表面平整度達(dá)0.0lmm的鋁板，該鋁板的一面形成有兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)平面，另一個(gè)區(qū)域加工成深度交替變化的等間隔矩形槽分布。
[0018]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述等間隔矩形槽的變化深度從0.1mm漸變至1.5mm，精度可達(dá) 0.1mnin
[0019]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述平面激光發(fā)生器選用單橫?？烧{(diào)焦連續(xù)激光發(fā)生器。
[0020]進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述面陣CXD選用分辨率大于等于1024的面陣CXD
[0021]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提出的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，利用其可對(duì)表面紋理結(jié)構(gòu)全場(chǎng)進(jìn)行瞬態(tài)高精度高分辨高程距離測(cè)量，而且既可便攜地對(duì)任何表面質(zhì)量的微斷面結(jié)構(gòu)測(cè)量，特別是路面工程路面質(zhì)量驗(yàn)收與監(jiān)測(cè)中路面構(gòu)造深度及斷面結(jié)構(gòu)(這是現(xiàn)有設(shè)備沒有的)測(cè)量，還可搭載在測(cè)量車輛對(duì)路面上進(jìn)行自動(dòng)全線測(cè)量，而且還可以直接對(duì)采樣段進(jìn)行連續(xù)瞬時(shí)采集與實(shí)時(shí)的儀器標(biāo)定校正，儀器的測(cè)量結(jié)果具有直觀可信性質(zhì)，而且車載動(dòng)態(tài)與便攜靜態(tài)兩用，實(shí)現(xiàn)成本低，制造工藝簡(jiǎn)單可靠。
[0022]目前，國內(nèi)外列入檢測(cè)規(guī)程的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度測(cè)量設(shè)備有兩種:1)鋪沙法測(cè)定路面構(gòu)造深度:基于確定標(biāo)準(zhǔn)沙粒大小和測(cè)量鋪沙體積計(jì)算構(gòu)造深度，長期用于道路工程驗(yàn)收，養(yǎng)護(hù)定點(diǎn)檢測(cè)，其特點(diǎn)是價(jià)格低，但人工操作復(fù)雜，不確定因素多，智能化水平很低；2)用于車載快速自動(dòng)智能檢測(cè)的設(shè)備是用基于激光三角測(cè)距原理的高采集頻率(16-64K)路面高程距離傳感器，車行掃描逐點(diǎn)測(cè)量表面細(xì)觀結(jié)構(gòu)高程，按規(guī)程要求的采樣長度統(tǒng)計(jì)計(jì)算構(gòu)造深度。該種方式要求采樣間隔必須遠(yuǎn)小于構(gòu)造寬度(毫米級(jí))，高速自動(dòng)采集要求采集頻率必須大于20K，取64K達(dá)到亞毫米級(jí)更好，但采集頻率越高價(jià)格更高,達(dá)幾十萬，逐點(diǎn)采集高程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算構(gòu)造深度不能顯示細(xì)觀斷面構(gòu)造狀況，不能觀察表面粗糙分布狀況，抗干擾力差。
[0023]本發(fā)明所提出的測(cè)量儀，采用現(xiàn)代激光紋理測(cè)量方法的單三角測(cè)距逐點(diǎn)掃描測(cè)量方法基本原理，但采用平面激光作光源形成連續(xù)化的點(diǎn)列激光線以及由大量線列CCD組成的面陣CCD，構(gòu)成點(diǎn)陣列高程傳感器，對(duì)采樣區(qū)瞬時(shí)全場(chǎng)同步采集，不僅提高了數(shù)據(jù)采集密度(優(yōu)于現(xiàn)產(chǎn)品最高測(cè)頻64K的效果)，更消除了點(diǎn)掃描中振動(dòng)與干擾的影響。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效果在于:
[0025]I)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)采用的逐點(diǎn)分時(shí)測(cè)量，本發(fā)明的方案中采用對(duì)采樣區(qū)全場(chǎng)瞬時(shí)測(cè)量的方式，徹底解決逐點(diǎn)分時(shí)的效率低、耗時(shí)長、誤差大等缺陷；
[0026]2)全場(chǎng)斷面曲線采集，信息更豐富，不僅有點(diǎn)深度，還有結(jié)構(gòu)尺度形狀等相關(guān)數(shù)據(jù)；
[0027]3)抗振動(dòng)干擾力強(qiáng)；
[0028]4)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可便攜，車載兩用；
[0029]5)可現(xiàn)場(chǎng)校正和標(biāo)定探測(cè)器單元，提高測(cè)量準(zhǔn)確性；
[0030]6)實(shí)現(xiàn)成本低，性能可靠，性價(jià)比高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀的原理示意圖。
[0032]圖2為圖1實(shí)施例中外部封裝殼體中各部件的分布示意圖。
[0033]圖3為圖1實(shí)施例中外部封裝殼體的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖4a、4b為標(biāo)準(zhǔn)模板的示例性結(jié)構(gòu)示意圖，其中4a為俯視圖，4b為側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。
[0036]如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，包括:
[0037]—具有單橫模結(jié)構(gòu)并可調(diào)焦的平面激光發(fā)生器I與一用于圖像采集的面陣(XD2，二者安裝在垂直于待測(cè)路面的同一基板平面上；
[0038]所述平面激光發(fā)生器1、面陣(XD2與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系；
[0039]一微處理器4，用于實(shí)現(xiàn)圖像處理；
[0040]一可充電電源3，分別與所述平面激光發(fā)生器1、面陣(XD2和微處理器4連接并提供電源供應(yīng)；以及
[0041 ] 一帶有車載安裝口的外部封裝殼體5，該殼體用于封裝所述平面激光發(fā)生器1、面陣CCD2、可充電電源3和微處理器4并形成一具有激光發(fā)射窗10、采集探測(cè)窗11、充電接口12(即圖中的外接電源與充電口)、控制信號(hào)接口 13(即圖中的外同步信號(hào)口)及數(shù)據(jù)輸出接口 14(即圖中的數(shù)據(jù)傳輸與外接計(jì)算機(jī)口)的探測(cè)器單元，探測(cè)器單元還配備有一標(biāo)準(zhǔn)模板7，該標(biāo)準(zhǔn)模板7用于現(xiàn)場(chǎng)校正和標(biāo)定該探測(cè)器單元。
[0042]如圖2所示，所述外部封裝殼體5上還設(shè)置有一總開關(guān)控制口 15，用于控制整個(gè)測(cè)量儀的啟動(dòng)和關(guān)閉，在啟動(dòng)后，可充電電源3向平面激光發(fā)生器1、面陣CCD2和微處理器4供電，平面激光發(fā)生器1、面陣(XD2和微處理器4開始工作。
[0043]如圖1，結(jié)合圖2和圖3所示，平面激光發(fā)生器I透過激光發(fā)射窗10向待測(cè)路面基板上發(fā)射激光線，形成一路面激光標(biāo)線A。
[0044]面陣(XD2在所述微處理器4的控制下，透過采集探測(cè)窗11采集在待測(cè)路面上形成的激光標(biāo)線圖像。
[0045]面陣CCD2、平面激光發(fā)生器I與待測(cè)路面基板構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，測(cè)量三角形夾角的范圍在30度-50度。
[0046]作為更優(yōu)選的實(shí)施方式，前述面陣CCD2、平面激光發(fā)生器I與待測(cè)路面基板之間的位置滿足下述關(guān)系:
[0047]平面激光發(fā)生器I向所述待測(cè)路面基板發(fā)射的激光線，其在待測(cè)路面基板上形成的激光標(biāo)線A在所述面陣CCD2中沿著其X軸并且處于面陣CCD的屏幕中部。
[0048]充電接口 14用于通過一充電線纜與充電器連接，為所述可充電電源3充電，從而為整個(gè)測(cè)量儀提供電源供應(yīng)。
[0049]所述控制信號(hào)接口 12接收采集同步控制信號(hào)，所述數(shù)據(jù)輸出接口 13通過一數(shù)據(jù)線與外部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接以發(fā)送采集的圖像數(shù)據(jù)。
[0050]外部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)選地采用工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而滿足車載高速測(cè)量時(shí)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的要求和效率，而且可滿足抗振動(dòng)、抗干擾的性能要求。
[0051]優(yōu)選地，面陣(XD2選用分辨率大于等于1024的面陣(XD。
[0052]優(yōu)選地，平面激光發(fā)生器I選用單橫?？烧{(diào)焦連續(xù)激光發(fā)生器。
[0053]如圖3所示，作為可選的實(shí)施方式，外部封裝殼體5的外部還安裝有多個(gè)用于便攜測(cè)量安置的折疊支腳6(圖中所示為4個(gè)折疊支腿，顯然，為了獲得穩(wěn)固的放置還可以設(shè)置其他數(shù)目的折疊支腿)，如此，整個(gè)測(cè)量儀可作為便攜式測(cè)量設(shè)備，直接架設(shè)在待測(cè)公路的表面上，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式測(cè)量。
[0054]當(dāng)然，在可選的實(shí)施方式中，參考圖3所示，還可以將折疊支腿6折疊收納起來，然后使用外部封裝殼體5上設(shè)置的車載懸掛固定機(jī)構(gòu)16，將整個(gè)測(cè)量儀固定在測(cè)量車輛上，這樣可實(shí)現(xiàn)高速的車載測(cè)量。
[0055]參考圖4a和4b所示，本實(shí)施例中，前述標(biāo)準(zhǔn)模板7為一鋁板，其表面平整度達(dá)
0.0lmm,該鋁板的一面形成有兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域8為標(biāo)準(zhǔn)平面，另一個(gè)區(qū)域9加工成深度交替變化的等間隔矩形槽分布。
[0056]優(yōu)選地，所述等間隔矩形槽的變化深度從0.1mm漸變至1.5mm。
[0057]標(biāo)準(zhǔn)模板可由薄堅(jiān)鋁板精密加工構(gòu)成，表面平整度達(dá)0.01_。
[0058]前述平面激光發(fā)生器可選用功率為100-300mw、波長為532nm的單橫?？烧{(diào)焦連續(xù)綠激光發(fā)生器。
[0059]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，包括: 一具有單橫模結(jié)構(gòu)并可調(diào)焦的平面激光發(fā)生器與一用于圖像采集的面陣CCD，二者安裝在垂直于待測(cè)路面的同一基板平面上； 所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系； 一微處理器，用于實(shí)現(xiàn)圖像處理； 一可充電電源，分別與所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD和微處理器連接并提供電源供應(yīng)；以及 一帶有車載安裝口的外部封裝殼體，該殼體用于封裝所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD、可充電電源和微處理器并形成一具有激光發(fā)射窗、采集探測(cè)窗、充電接口、控制信號(hào)接口及數(shù)據(jù)輸出接口的探測(cè)器單元，探測(cè)器單元還配備有一標(biāo)準(zhǔn)模板，該標(biāo)準(zhǔn)模板用于現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)校正和標(biāo)定該探測(cè)器單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述外部封裝殼體的外部還安裝有用于便攜測(cè)量安置的折疊支腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述外部封裝殼體上的車載安裝口的鄰近位置還設(shè)置有車載懸掛固定機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述平面激光發(fā)生器、面陣CCD與待測(cè)路面構(gòu)成三角測(cè)距關(guān)系，其中，測(cè)量三角形的夾角范圍在30度-50度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述面陣CCD、平面激光發(fā)生器與待測(cè)路面之間的位置滿足下述關(guān)系: 平面激光發(fā)生器向所述待測(cè)路面發(fā)射的激光線，其在待測(cè)路面上形成的激光標(biāo)線在所述面陣CCD中形成的標(biāo)線圖像沿著其X軸并且處于面陣CCD的屏幕中部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)模板為一表面平整度達(dá)0.0lmm的鋁板，該鋁板的一面形成有兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)平面，另一個(gè)區(qū)域加工成深度交替變化的等間隔矩形槽分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述等間隔矩形槽的變化深度從0.1mm漸變至1.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述平面激光發(fā)生器選用單橫?？烧{(diào)焦連續(xù)激光發(fā)生器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面紋理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造深度激光測(cè)量儀，其特征在于，所述面陣CXD選用分辨率大于等于1024的面陣(XD。
【文檔編號(hào)】E01C23/01GK104131509SQ201410281694
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】賀安之, 賀寧, 賀斌 申請(qǐng)人:南京理工技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司