三维激光断面数据采集系统技术方案

一种三维激光断面数据采集系统，组成包括ＸＹ平面运动载体机构、测距传感器、ＰＬＣ控制装置、上位机和手推车；ＸＹ平面运动载体机构由横向导轨、纵向导轨、纵向定位滑块、横向定位滑块组成，纵向定位滑块和横向定位滑块分别由伺服电机和步进电机驱动，测距传感器安装于所述横向定位滑块上，ＰＬＣ控制装置控制两个电机使所述测距传感器沿横向Ｘ轴和纵向Ｙ轴按设定的步长移动，同步采集相应位置的高程数据，并通过无线数传电台传至上位机处理得到所测路面的三维信息。本系统在路面横断面方向上可实现间隔为１ｍｍ的连续采集，极大地提高路面横断面采集信息，反映路面宏观上的基本信息的同时还能实现对路面构造深度等指标的测量，满足设计及相关科研人员的需求。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及道路工程路面检测仪器领域，特别是一种三维激光断面数据采集系统。
技术介绍
路面的三维信息，不仅包括路面车辙、坑槽、损坏等宏观的信息，另外还包含路面 构造深度、裂缝等微观性能指标。目前，公路行业三维路面信息采集的设备，主要有多点式 激光设备和激光图像式设备两大类。 第一类多点式激光设备，依靠在路面横断面上若干个(13个)激光点拟合出一个 横断面曲线，通过纵向的连续采集得到整个路面的三维信息；由于在路面横断面上的点数 固定，并且总宽度要分布到一条车道的宽度(标准3.75m)内，各激光点横向之间的相对间 距为20 30cm不等，在横断面上，只能通过曲线拟合的方式，将横断面上十多个点拟合成 一条近似的曲线，通过在纵向上的连续采集以及激光测得的高程信息得到路面的三维信 息。这种方法由于在路面横断面上的激光点数有限，也就不能很好的测得路面实际的横断 面曲线，因此，只能大致反映路面的三维信息。 第二类激光图像式设备，主要是通过图像采集技术对投射到路面上的激光线的变形进行分析来获得路面的信息。这类设备能通过激光源在路面宽度内生成1000 2000个点组成的线式激光，该类型的设备在路面横断面上的点数较多，能较好的得到路面横断面的信息，但是此类型设备有一个严重不足之处就是其检测精度受车辆振动颠簸造成车辆俯仰变化情况的影响比较大，且路面上诸如构造深度等信息尚不能进行有效测量。 以上两种设备在工程应用领域，可满足相应的测试要求，但对于公路路面设计和研究部门人员来说，上述两类设备得到的路面的三维信息精度较差，只能给出路面宏观上的起伏变化情况，得到的路面三维信息还不能满足科学研究的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种能够对试验路的路面信息进行高精度、自动化的 检测的三维激光断面数据采集系统，可解决试验路路表功能的细微变形测量要求，系统测 量精度可达到±0. 3mm，定位精度可达到±0. lmm，能满足设计及相关科研人员的需求。 本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为 —种三维激光断面数据采集系统，其组成包括XY平面运动载体机构、测距传感 器、PLC控制装置和上位机；所述XY平面运动载体机构是由横向导轨、纵向导轨、纵向定位 滑块、横向定位滑块组成的，所述纵向定位滑块和横向定位滑块分别由伺服电机和步进电 机驱动驱动，所述测距传感器安装于所述横向定位滑块上；所述PLC控制装置控制XY平面 运动载体机构及测距传感器采集数据；所述上位机接受所述测距传感器的位置和高程测量 值，获得所测路面的三维信息。 优选的，所述横向导轨采用旋转式悬臂梁结构，通过转盘枢接于所述纵向定位滑块上，不工作时可旋转90度折回，能够有效减少设备所占用的空间，满足设备的使用和运 输要求。 优选的，所述测距传感器采用激光传感器，可满足试验路面高精度的测量要求。优选的，所述PLC控制装置采用ADAM5510控制器作为主控制器，其主要功能是存 储控制程序，检测外设信号，向外部设备发送控制指令，可方便的通过其相应接口实现扩 展，方便实现人机交互，控制定位机构、实现数据的采集、上传。 优选的，所述PLC控制装置和上位机分别与数传电台连接，系统采集到的数据通 过无线传输的方式上传至上位机处理；可实现远程无线操作控制和数据的外理，方便快捷。 优选的，所述XY平面运动载体机构、测距传感器、PLC控制装置安装于手推车之 上，实现现场灵活的移动和定位。 优选的，所述手推车两侧安装有用以调节整个设备水平的电动升降器，可以方便 快捷的将整个设备调整至水平状态，以及基准平面的现场标定。 优选的，所述手推车前后两侧分别安装有行走脚轮，后部安装扶手，机架材料为铝 合金型材，质量更轻，使用更方便。 同现有技术相比，本技术提供的技术方案具有以下优点和特点 首先，安装在手推车上的XY平面运动载体机构，通过两个电机分别使测距传感器沿横向X轴和沿纵向Y轴按设定的步长移动，结合测距传感器的高程信息，得到所测路面的三维信息。通过基准面标定和计算来修正和补偿机架变形，计算得到真实的路面高程，因此能够准确反映路面三维空间参数。 除此之外，本技术在路面横断面方向上可以实现间隔为lmm的连续采集，极 大的提高路面横断面采集信息，不仅能反映路面宏观上的基本信息，还能实现对路面构造 深度等指标的测量。本技术自动化程度高，在设定完成后，即可自动进行全程的测量， 自动完成对整个路面的三维信息的测量及重现，另外，系统采用无线电台技术，实现远程收 发控制。附图说明图1是本技术一种三维激光断面数据采集系统实施例的结构主视图； 图2是本技术一种三维激光断面数据采集系统实施例的结构俯视图； 图3是本技术所述具体实施例的控制原理示意图。图1中标记为 11、行走脚轮；12、电动升降器；13、下转盘；14、操作面板；15、手推车扶手；16、横 向同步齿型带；17、横向定位滑块；18、测距传感器；19、上位机；20、数传电台；21、横向限位开关；22、悬臂梁。 图2中标记为 1、纵向伺服电机；2、减速机；3、纵向导轨；4、横向步进电机；5、横向导轨；6、纵向定位滑块；7、上转盘；8、纵向电缆托链；9、 PLC控制装置；10、纵向同步齿型带；23、纵向限 位开关；24、横向电缆托链；25、同步传动轴；26、手推车。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。 其次，本技术结合示意图进行详细描述，在详述本技术实施例时，为便于说明，表示设备结构的主视图和俯视图及控制原理图是示例，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的外形尺寸。 本技术提供了一种三维激光断面数据采集系统实施例，参考图1、图2，以方 便在做路面结构试验时，能够精确测得路表功能的细微变形量，真实反映路面的三维几何 变形和路面构造深度等指标。所述三维激光断面数据采集系统具体包括XY平面运动载体 机构、测距传感器18、 PLC控制装置9、上位机19和手推车26。 所述XY平面运动载体机构由纵向导轨3、纵向定位滑块6与横向导轨5、横向定位 滑块17组成的，所述纵向定位滑块6由纵向伺服电机l驱动；所述横向定位滑块17由横向 步进电机4驱动；所述测距传感器安装于所述横向定位滑块上。 所述PLC控制装置9和上位机19分别与数传电台20连接，用于控制XY平面运动 载体机构及测距传感器18采集数据并及时上传数据。 所述上位机19通过无线数传电台20接受所述测距传感器18的位置和高程测量 值，用于获得所测路面的三维信息并实时显示图形。 所述XY平面运动载体机构、测距传感器18、 PLC控制装置安装在手推车19上，用于现场操作人员通过手推车26扶手15可实现现场灵活的移动和定位。 本技术在路面横断面方向上采用测距传感器18可以实现间隔为lmm的连续自动采集，通过基准面标定和计算来修正和补偿机架变形，获得路面的高程值并输出三维图形，适用于试验路路表功能的细微变形测量和路面构造深度指标的测量。 为使本技术的上述目的、特征和优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维激光断面数据采集系统，其特征在于，其组成包括：ＸＹ平面运动载体机构、测距传感器、ＰＬＣ控制装置和上位机；所述ＸＹ平面运动载体机构是由横向导轨、纵向导轨、纵向定位滑块、横向定位滑块组成的，所述纵向定位滑块和横向定位滑块分别由伺服电机和步进电机驱动驱动，所述测距传感器安装于所述横向定位滑块上，所述ＰＬＣ控制装置控制ＸＹ平面运动载体机构及测距传感器采集数据；所述上位机接受所述测距传感器的位置和高程测量值，获得所测路面的三维信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智山，
申请(专利权)人：北京市路兴公路新技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]