專利名稱：確定路面外形輪廓的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相對于地面的實際外形輪廓來確定地面如路面所需外形輪廓的裝置，該裝置至少包括沿地面一確定距離產(chǎn)生該地面許多點相對于確定參考點的實際高度和位置值的測量裝置。
確定路面外形輪廓的這種裝置對于形成一個新的頂層來說(例如鋪設(shè)瀝青和瀝青混凝土)是已知的，其中所使用的是所謂的多腳滑板。多腳滑板包括許多平板或腳，其中兩只腳在各種情況下均可樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在一個細(xì)長的第一臂上，利用一個第二細(xì)長臂在中間一點樞軸轉(zhuǎn)動地連接與第一細(xì)長臂成對的另一個第一細(xì)長臂上，該另一個第一臂的下面兩只腳也是樞軸轉(zhuǎn)動地安裝。利用一個細(xì)長的第三臂，在中間一點所述第二細(xì)長臂樞軸轉(zhuǎn)動地和另一個第二臂連接，其中，所有臂沿相同方向延伸。在攤鋪瀝青操作中，一個多腳滑板由一瀝青攤鋪機拖動，該滑板橫靠在該機器旁擱在一條路面上，鄰接所述路面這部分的地面要鋪瀝青。相對于瀝青攤鋪機上一個測量點，多腳滑板第一臂的中間高度通過在該第一臂下面的相應(yīng)腳的平均高度來確定。相對于瀝青攤鋪機上的所述測量點，多腳滑板第二臂的中間高度通過在該第二臂下面的相應(yīng)第一臂中間的平均高度來確定。相對于瀝青攤鋪機上的所述測量點，多腳滑板第三臂的中間高度通過在該第三臂下面的相應(yīng)第二臂中間的平均高度來確定。位于所述瀝青攤鋪機測量點上的是一個高度傳感器，例如是超聲波發(fā)射器/接收器的組合，該傳感器測量所述第三臂的中間高度并由此測量多腳滑板所有腳的平均高度。以這種方式，獲得沿路面長度方向前進的平均值作為該路面的高度，其中例如由于路面的損壞而造成的高度上的突然轉(zhuǎn)變就取其平均值。將該平均值輸入表面修整橫梁的一個控制電路，所述橫梁沿新鋪設(shè)的瀝青層上拖動，以便使得所述瀝青層具有所需的厚度，其中路面下層中斷造成的影響由于取平均而被減少。
這種已知的多腳滑板的外形輪廓確定裝置具有許多缺點。由于所述腳的機械懸掛，為了更好地看清路面外形輪廓，實際上能夠?qū)崿F(xiàn)的測量裝置的測量范圍比想象的要小。多腳滑板的運輸和組裝是花費時間的，拆卸過程中就運輸組件來說實際上經(jīng)常發(fā)生丟失情況。由于需要與地面機械接觸，外形輪廓測量裝置上的多腳滑板局限于具有堅固結(jié)構(gòu)的地面，所以，這種多腳滑板不適合于測量例如沙灘地面的外形輪廓。在瀝青攤鋪機上，多腳滑板必須總是被放置在正好臨近攤鋪瀝青的路面的位置，以致可僅僅獲得攤鋪瀝青的路面的外形輪廓近似值。然而實際上發(fā)現(xiàn)多腳滑板的腳在攤鋪瀝青過程中與新鋪設(shè)的粘層接觸并且由其污染，這會導(dǎo)致不好的效果，且在任何場合都需要額外的保養(yǎng)。
本發(fā)明的目的是提供一種外形輪廓測量裝置，以克服上述的這些缺點。
這一目的和其它優(yōu)點是由前面敘述的本發(fā)明的裝置實現(xiàn)的，該測量裝置包括一個激光源，傳感器裝置，時間測量裝置和處理裝置，所述激光源放置在路面上方的一個測量點處，并且適合于產(chǎn)生在距地面測定的距離上移動的激光束，所述傳感器裝置用于檢測由地面反射到測量點的激光束，所述時間測量裝置用于確定在所述激光源和傳感器裝置之間的所述激光束的傳輸時間，所述處理裝置用于利用來自激光源、傳感器裝置和時間測量裝置的信號產(chǎn)生該地面上的許多點相對于該測量點的實際位置和高度值，并由這些實際值計算出所述地面所需外形輪廓上許多點的高度和位置值。
所述激光源產(chǎn)生例如掃描確定的角度范圍的脈沖激光束，該激光束撞擊地面，并且由所述傳感器反射和檢測，其中傳輸時間直接與光源和所述地面點之間的距離成正比。在地面上該點(測量點)相對于所述激光源的位置可由激光束被傳輸?shù)慕嵌群退_定的距離精確確定。
利用本發(fā)明的外形輪廓測量裝置，能夠以不接觸的方式測量地面的外形輪廓，并且確定該路面每一點的所需高度，這一高度是由該點和地面上該點附近的許多點的實際高度來確定的，其中處理裝置糾正這些點的實際高度的不連續(xù)值。
利用本發(fā)明的測量裝置能夠根據(jù)地面上相對大范圍的大量連續(xù)點的實際高度來確定所需的輪廓，而利用知的多腳測量裝置確定點平均高度的點的數(shù)量取決于滑板下方的腳的數(shù)量，此外滑板的總長度限定了測量范圍。
在本發(fā)明的外形輪廓測量裝置中，如果實際值超過預(yù)定的臨界值，處理裝置最好適合于用一個替代值取代點高度的實際值。
利用這一優(yōu)選實施例，在攤鋪機的寬度范圍內(nèi)能夠確定鋪瀝青的路面的外形輪廓，這是由于有關(guān)路面實際輪廓的不正確信息被識別并且被刪除，這種不正確信息例如可能是由掃描激光束在瀝青攤鋪機組件上的反射引起的。
在優(yōu)選實施例中，處理裝置適合于分別計算地面所需輪廓上每一點的高度值和這些點的位置。有可能相對于對應(yīng)的實際點計算所需輪廓上許多不連續(xù)點的每一點高度(這與利用多腳滑板確定外形輪廓不同)，使得在考慮實際短距離輪廓相對于長距離測量的平均輪廓變化的情況下，能夠獲得所需的外形輪廓。特別地能夠在路面的實際凹陷輪廓部分上設(shè)計一種所需的凸起輪廓部分。在實際位置，這種凹陷的輪廓部分是由于地面在該位置的下陷引起的。在攤鋪瀝青時，這種地面的下陷通過按照所設(shè)計的凸起輪廓堆積瀝青層而得到考慮，之后，通過壓輥作用對瀝青進行所謂的壓實。
在又一個實施例中，本發(fā)明的外形輪廓測量裝置包括存儲裝置，所述存儲裝置用于儲存地面上的許多預(yù)定點的實際位置值和這些點的所需高度的預(yù)定值，所述處理裝置適合于計算位于這些預(yù)定點之間的點的所需高度值，所述預(yù)定點與這些點的所需高度的預(yù)定值是一致的。
下面將結(jié)合附圖根據(jù)本發(fā)明的實施例描述本發(fā)明。
在附圖中

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的多腳滑板的簡化透視圖；圖2是帶有瀝青攤鋪機的圖1中多腳滑板的圖解側(cè)視圖；圖3是圖2的頂視圖；圖4是按照本發(fā)明在路面上結(jié)合攤鋪瀝青的瀝青攤鋪機幾部分在第一種應(yīng)用場合的外形測量裝置實施例的圖解立體圖；圖5表示圖4所述裝置的簡化方框圖；圖6表示由圖4所述激光掃描器發(fā)射的一系列激光束的曲線圖，該掃描器結(jié)合實際外形輪廓和若干采用所述測量裝置確定的外形輪廓；圖7是按照本發(fā)明在路面上結(jié)合攤鋪瀝青的瀝青攤鋪機幾部分在第二種應(yīng)用場合的外形測量裝置實施例的圖解側(cè)視圖。
相應(yīng)的元件在圖中由相同的參考標(biāo)記表示。
圖1表示帶有8只腳2的一個多腳滑板1，其中每種情況下兩只腳樞軸地安裝在第一臂3上。第一臂3相互結(jié)合以在中間一點利用第二臂4繞樞軸轉(zhuǎn)動。兩個最外部的第二臂4相互連接，以在中間一點利用第三臂5(或者線材連接)繞樞軸轉(zhuǎn)動。固定到最外部的第二臂4上的是拖動臂6，利用該臂多腳滑板1可沿整個地面拖動。如果在選定坐標(biāo)系中8只腳2的高度被相應(yīng)地給定為Z1,Z2,…Z8，則容易理解第三臂5中間的高度(恒定不變的例外)大約為每個腳2的高度的平均值(Z1+Z2+…+Z8)1/8。多腳滑板的長度在實際場合被限定為約12m。
圖2表示圖1所示的多腳滑板1在確定路面7的外形輪廓時的應(yīng)用，在所述路面上用瀝青攤鋪機8(圖解示出)鋪上瀝青，圖中示出在攤鋪機上的履帶拖拉機鏈軌9，固定在可繞樞軸轉(zhuǎn)動的拉臂11上的表面修正橫梁10，液壓氣缸12帶有活塞桿13，所述活塞桿13連接到拉桿11和水平測量儀14上，該水平測量儀用于測量由瀝青攤鋪機8拖動的多腳滑板1的第三臂5的中間高度。在瀝青攤鋪機8中，瀝青被存放在機器的整個寬度上(由箭頭15表示)，正好在表面修正橫梁10的前面，由此瀝青被均勻地分布在下方的路面7上。在采用所示組合攤鋪瀝青操作中，腳2的平均高度采用水平測量儀(例如超聲波追蹤裝置)14通過確定多腳滑板1的第3臂5的中間高度來確定。對應(yīng)于第3臂中間高度的水平測量儀14的輸出信號被輸入到一個控制電路中(未示出)，其中水平測儀信號的變化導(dǎo)致控制信號被傳送到液壓油缸13的驅(qū)動系統(tǒng)中，以便活塞桿14產(chǎn)生一個相應(yīng)的位移。結(jié)果，拉桿11和攤鋪機8移動方向X之間的夾角α，與表面修正橫梁10相對于路面7的高度相應(yīng)地變化。
圖3表示圖2的頂部視圖。
上面列出的現(xiàn)有技術(shù)中外形輪廓測量裝置的缺點從圖1-3中就能很快清楚。
圖4是按照本發(fā)明在路面上結(jié)合攤鋪瀝青的瀝青攤鋪機幾部分的外形測量裝置的應(yīng)用簡化視圖。所示的是瀝青攤鋪機(沒有進一步示出)的表面修正橫梁10，該橫梁沿路面7上方移動，通過拉桿11、用于拉桿11的帶有活塞桿13的液壓油缸12和激光燈源17來鋪瀝青，所述激光燈源安裝在表面修正橫梁10的寬度范圍內(nèi)的支柱16上。激光燈源17是一種激光測量系統(tǒng)(例如市場有售的從生產(chǎn)商Sick買到的LMS200系統(tǒng))，其發(fā)射脈沖紅外線激光光束18，采用旋轉(zhuǎn)鏡以例如0.25°的角度差通過100°-180°的角度在整個路面7上反射所述激光束。安裝到激光掃描器17上的傳感器檢測由路面7反射的這部分激光束18，掃描器17與路面上相應(yīng)點(i)之間的距離可從運行時間計算出，由該距離和掃描角度可以計算出點i的相對距離Xi和相對高度Zi?？梢匀菀桌斫?，例如在路面7上方2.5m高度，并且沿150度掃描角度(向后75度向前75度)的掃描器17可覆蓋整個路面約18.6m的長度距離。
圖5是處理由圖4的激光測量系統(tǒng)17收集的數(shù)據(jù)的電路方框圖。所述電路順次包括激光掃描器17、中央處理器(CPU)19和控制電路20，該控制電路用來驅(qū)動液壓油缸12。采用激光測量系統(tǒng)，在掃描激光束覆蓋的路面上的大量點i的實際高度值Zia在坐標(biāo)系中作為實際位置Xia的函數(shù)而確定，該函數(shù)與掃描器17和支柱16共同移動。CPU19中的值Zic由所需的路面輪廓的實際值Zia計算，其中，i’點的計算值由周圍選定的數(shù)目點(n+m)的實際值來確定。在公式中Zi’c+Zi’c(Zia(Xia))，其中i’-m＜i＜i’+n(Ⅰ)利用CPU和本發(fā)明的輪廓測量裝置，如果實際值超出預(yù)定的臨界值時，能夠用一個替代值取代一點的實際高度值。如果激光束從瀝青攤鋪機的組件上(例如在表面修正橫梁10上)反射，則超出臨界值。由于能夠識別不正確測量值，在瀝青攤鋪機寬度范圍內(nèi)可以沒有任何問題地采用所述激光掃描器，由此比較利用多腳滑板的情況能夠獲得攤鋪瀝青的路面外部輪廓更加逼真的圖象。
由于可以選擇計算這些值的算法，與采用多腳滑板確定外形輪廓的情形不同，在點i的計算高度內(nèi)所需的輪廓不僅局限于一個輪廓，其中點i’的計算高度僅僅通過周圍點的實際高度或替代高度來確定，但是所計算出的高度可被糾正，例如，在路面結(jié)構(gòu)下陷位置必須通過鋪設(shè)瀝青來補償?shù)那闆r。被計算出的高度值在這種情況下增加一個預(yù)定的位置決定項。公式為Zi’c=Zi’c(Zia(Xia))+ΔZi’a(Xia)，其中i’-m＜i＜i’+n(Ⅱ)作為位置Xi函數(shù)的點i的高度的所需計算值Zic被輸入到控制電路20中，其中可產(chǎn)生控制信號來驅(qū)動油缸12。
圖6表示由圖4所述激光掃描器17發(fā)射的一系列激光束的曲線圖，該掃描器結(jié)合實際外形輪廓21(……)由激光掃描器17(.-.-.-)測量的輪廓22，并且給出路面實際輪廓的圖象，所述路面由于修正橫梁10的反射被干擾，實際輪廓23采用CPU19(---)糾正，所需輪廓24由CPU19(-)計算且作為控制電路20的輸入信號。
圖7是按照本發(fā)明在路面上結(jié)合攤鋪瀝青的瀝青攤鋪機幾部分的外形輪廓測量裝置在第二種應(yīng)用場合的簡化視圖。從側(cè)視圖中看到的是瀝青攤鋪機(未進一步示出)的表面修整橫梁10，其由拉桿11拉動在路面7上向前移動以攤鋪瀝青，和安裝在立柱16上的激光掃描器17。對于路面來說，參考點Xj相對于實際高度Yj的所需提升量ΔYj是預(yù)定的，而位于兩個參考點之間的路面的所需提升量通過連接提升后的該兩點的光滑線25來確定。在現(xiàn)有技術(shù)中，實際是在表面修整橫梁的控制電路中通過手工插入進行插補的。在CPU19的存儲器中輸入預(yù)定值ΔYj(Xj)，隨后編程設(shè)計，在連續(xù)參考點Xj、Xj+1之間的所需點高度的插補可由所述CPU提供。如果激光掃描器的范圍覆蓋兩個連續(xù)參考點Xj、Xj+1之間的距離，則一個參考點的實際高度hj+1相對于在前的參考點的高度hj在每一種情況下均可被確定，可適時將所計算出的值輸入到瀝青攤鋪機表面修整橫梁10的控制電路20中，因此，控制表面修整橫梁過程中的人工插補就不需要了，從而瀝青26沿著所需的外形輪廓25以完全自動化的方式堆積攤鋪。
應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明的應(yīng)用不局限于與瀝青攤鋪機的結(jié)合，所發(fā)明的外形輪廓確定裝置同樣可被應(yīng)用到結(jié)合其它修路機器，如分級機和路面破壞機的場合，或者可被單獨用于確定不靠近交通的路面橫向輪廓，由于借助臨界值能夠限制測量信號，其中穿過交通的激光束的分裂反射不起作用。
權(quán)利要求
1．一種相對于地面實際輪廓確定該地面，例如路面所需外形輪廓的裝置，至少包括測量裝置，該測量裝置距地面的確定距離產(chǎn)生地面上許多點相對于被確定的參考點的實際高度值和位置值，其特征在于，所述測量裝置包括激光源，該激光源可被放置在所述地面上方的一個測量點上，并且適合于產(chǎn)生距地面確定的距離上移動的激光束；傳感器裝置，該裝置用于檢測由地面反射到所述測量點的激光束；時間測量裝置，該裝置用于確定在激光源和傳感器之間的所述激光束的傳輸時間；以及處理裝置，該裝置用于根據(jù)來自所述激光源、傳感器裝置和時間測量裝置的信號產(chǎn)生該地面上的許多點相對于所述測量點的高度和位置實際值，并且用于由這些實際值來計算該路面的所需輪廓上的許多點的高度值和位置值。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，如果實際高度值超過預(yù)定的臨界值時，所述的處理裝置適合于用一個替代值取代點的該實際高度值。
3．如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的處理裝置適合于單獨計算所述地面的所需輪廓上許多點中每一點的高度值和位置值。
4．如權(quán)利要求1-3任一所述的裝置，其特征在于，該裝置包括存儲裝置，用來存儲地面上許多預(yù)定點的實際位置值和這些點所需高度的預(yù)定值，并且所述處理裝置適合于計算位于與這些點所需高度的預(yù)定值一致的預(yù)定點之間點的所需高度值。
全文摘要
一種相對于地面實際輪廓確定該地面所需外形輪廓的裝置,至少包括測量裝置,該測量裝置沿著地面的確定距離產(chǎn)生該地面的許多點相對于一個被確定參考點的實際高度值和位置值,其中,所述測量裝置包括:激光源(17),其適合于產(chǎn)生距地面的確定距離上移動的激光束(18);傳感器裝置,該裝置用于檢測反射的激光束;時間測量裝置,該裝置用于確定所述激光束的傳輸時間;以及處理裝置,該裝置用于根據(jù)來自所述激光源(17)、傳感器裝置和時間測量裝置的信號產(chǎn)生地面上的許多點相對于所述測量點的高度和位置實際值。
文檔編號E01C19/00GK1305554SQ99807223
公開日2001年7月25日 申請日期1999年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月10日
發(fā)明者揚·門尼克 申請人:威爾公路有限公司