我是一只不吃鱼的猫
范文一：激光测路面平整度
第26卷 第2期2006年3月
长安大学学报(自然科学版)
o u r n a l o fC h a n ' a nU n i v e r s i t N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ) J g y (
V o l . 26 N o . 2
M a r . 2006
文章编号:() 1671-8879200602-0038-04
激光路面平整度检测系统
马荣贵1, 宋宏勋1, 来旭光2
(长安大学信息工程学院, 陕西西安7) 1. 10064; 2. 河南省公路管理局, 河南郑州450001
摘 要:为提高路面平整度检测水平, 提出了基于基准传递原理的路面平整度检测方法, 给出了采用5个激光位移传感器检测路面纵断面相对标高的计算公式, 在不同等级路面上与精密水准仪测量方法进行了对比试验。结果表明, 依据基准传递原理的路面平整度激光检测系统不受检测速度限制, 可给出被测道路的纵断面曲线和国际平整度指数() 。I R I
关键词:道路工程; 路面; 平整度; 国际平整度指数() ; 纵断面; 激光位移传感器I R I 中图分类号:U 416. 06 文献标识码:A
P a v e m e n tR o u h n e s sM e a s u r e m e n t S s t e m g y
B a s e do nL a s e rD i s l a c e m e n t S e n s o r s p
112
, , MA R o n -u i S O N G H o n -x u n L A IX u -u a n g g g g g
(, ’, ’, ; 1. S c h o o l o f I n f o r m a t i o nE n i n e e r i n C h a n a nU n i v e r s i t X i a n710064, S h a a n x i C h i n a g g g y
, H , , ) 2. D e a r t m e n t o fH i h w a d m i n i s t r a t i o n e n a nP r o v i n c eG o v e r n m e n t Z h e n z h o u450001, H e n a n C h i n a p g y A
:, A b s t r a c t T o i m r o v e t h e l e v e l o f r o a d r o u h n e s sm e a s u r e m e n t am e t h o db a s e do n t h e p r i n c i l e p g p o f d a t u mt r a n s f e rw i t h l a s e r d i s l a c e m e n t s e n s o r s i s p r e s e n t e d . T h e c o m u t a t i o n f o r m u l a e o f r o -p p p
, t h e r e s u l t s a r e f i l ea r ed e r i v e d . T e s t so nd i f f e r e n t r o a ds u r f a c e sb h i sm e t h o da r e c a r r i e do u t y t c o m a r e dw i t h t h e o n e o f r i i d s u r v e . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h ed e v e l o e ds s t e mo nd a t u m p g y p y t r a n s f e rc a n g i v et h er o a d p r o f i l i n n di n t e r n a t i o n a l r o u h n e e s i n d e x w i t h o u ta n e l o c i t e -g a g y v y r
, s t r a i n t . 4f i s 6r e f s . g :; ; ; ) ; K e o r d s r o a de n i n e e r i n r o u h n e s s i n t e r n a t i o n a l r o u h n e s s i n d e x (I R I r o a d a v e m e n t g g g g p y w ; r o f i l i n l a s e r d i s l a c e m e n t s e n s o r p g p
给出的是国际平整度指数() 。为研究各项指标I R I
4]
之间的关系, 交通部和各省交通部门都曾立项[, 以
0 引 言
路面平整度无论是在道路施工过程中, 还是在质量验收和养护管理中都是一项必检的重要指标,
]它直接影响到行车的舒适性和安全性[。目前, 规
期实现各种评价指标的统一。早在20世纪80年代, 世界银行组织就为确立平整度评价指标的唯一
5]
性提出了国际平整度指数() 指标[。国际平整I R I
范中规定的平整度评定方法有多种:3m 直尺给出的是最大间隙值; 连续式平整度仪给出的是均方差;
3]
颠簸累积仪使用的是颠簸累积值[; 激光平整度仪
度指数仅与路面的纵断面标高有关, 具有客观性和唯一性, 它已经在国外实施了多年。
目前中国的规范中已经引进了国际平整度指数
收稿日期:2005-01-10
基金项目:国家科技部科研院所专项资金项目() 2003e 124134g 作者简介:马荣贵() , 男, 河南荥阳人, 副教授, 工学博士研究生. 1967-
第2期 马荣贵, 等:
激光路面平整度检测系统指标, 同时很多单位也引进了能够测量路面纵断面、
6]输出国际平整度指数的激光平整度仪[。路面纵断
39
由图1中的几何关系可以得出
((((1) 1) 1)
) ) ) =H 3) 132H 1+H 5+Y (+Y (+Y (
2
() 1((((2) 2) 2)
) ) ) =H 3) 243H 1+H 5+Y (+Y (+Y (
2
() 2由式() 、() 得12
111
) =2) ) 321Y (H 3Y (-Y (-H 1-H 5+2
() 3()
()
()
面的测量可分为惯性原理和非惯性原理。国外的激光检测仪一般采用惯性原理, 即在检测系统中利用惯性元件(加速度计) 校正车辆本身的振动。该方法的不足之处是由于频率响应的原因, 行驶车速不能, 并对车辆的质量有严格的要低于30(k m ·h -1) 求。为了克服惯性基准中的缺点, 本文在光学检测技术的基础上, 提出了基于双对称结构的非惯性基准传递原理, 该原理的最大特点是不受行车速度的影响, 甚至可以采用人力推动行车来进行施工过程平整度的控制。
检测原理
如图1所示, 在一标准刚性梁上, 分别安装了5个激光位移传感器1、2、3、4、5(为了分析方便, 传感器2、4用虚线表示) , 其中传感器2和4以3为中点, 间隔2δ, 传感器1和5以3为中点, 间隔2N δ(N >2) , 由此形成了步长分别为δ和N δ的小步长
和大步长双对称系统。
X 轴是测量过程中的标高基准线,
在整个行驶测量过程中, 该坐标系一直保持不变。. 1 大步长(1、3、5
) 检测纵断面原理图1中, 传感器1、3、5组成了步长为N δ的大
步长测量系统。H (1) ((1、H 31) 、H 5
1)
为车行驶到位置1时传感器1、3、5输出的各传感器到路面的距离。
H (12) 、H (2) (3、H 52)
为车行驶一个步长N δ到位置2时, 传感器1、3、5输出的各传感器到路面的距离。
(1) 、Y (2) 、Y (3) 、Y (4) 为路面纵断面上各点(间距N δ)
到相对标高基准线的高度值(消除振动后) 。从图1中可以看出, 由于车辆振动, 检测梁的位置向上移动了一个距离。每当检测梁向前移动一个步长N δ时, 新位置(2) 中传感器1和3都重复测量移动前3和5测量过的测点Y (2) 、Y (3) 。根据两点决定一条直线原理, 不但可以计算出检测梁向上的振动位移, 还可以计算出新测点5相对于基准线的标高Y (4
) 。图1 平整度基准传递检测原理图
Y (4) =2H ()
()
()
32-H 12-H 52
+2
Y (3) -Y (2) (4
) 式中:下标对应传感器序号; 上标对应检测梁移动的
次数; Y 对应间隔为N δ的道路纵断面相对于标高基准线的相对标高。
由式(3) 、(4) 可知, 路面纵断面标高的计算是一个递推公式, 任意点的标高可表示为
Y (n ) =2H (
)
(
)
(
)
3n -2-H 1n -2-H 5n -2+
2Y (n -1) -Y (n -2) (
n ≥3) (5) 以Y (n ) 为Y 轴, 以n N δ为X 轴,
即可描绘出由大步长传感器1、3、5测得的被测路面纵断面形状。. 2 小步长(2、3、4
) 检测纵断面原理图1中, 传感器2、3、4同样组成了一个步长为的小对称系统,
根据以上分析, 小步长系统的相对标高计算公式可表示为
y (m ) =2h (
m -2)
-h (
m -2)
-(
m -2)
32h 4
+ 2y (m -1) -y (m -2) (m ≥3) (6) 式中:h (2m -2) 、h (3m -2) 、h (4
m -2)
为车行驶m -2个步长δ时, 传感器2、3、4输出的各传感器到路面的距离;
(
m ) 为消除振动后计算出的纵断面上间隔δ的各点距标高基准线的相对高度。
同样, 每当检测梁向前移动一个步长δ时, 新位置中传感器2、3都重复测量移动前3、4测量过的测点。根据两点决定一条直线原理, 不但可以计算出测梁向上的振动位移, 还可以计算出新测点4相对于基准线的标高。
以y (m ) 为Y 轴, 以m δ为X 轴, 同样可以描绘出由小步长传感器2、3、4测得的被测路面纵断面形状。
. 3 相对纵断面
大步长对称系统和小步长对称系统分别以不同的步长给出了同一个纵断面的标高曲线, 但是大步长对称系统只能给出波长大于2N δ的路面波长,
无法给出纵断面局部更准确的标高信息; 而小步长对
111δY y 1
40
长安大学学报(自然科学版) 006
年 2
经回归分析可知, 激光检测结果[和精密I R I c ]水准检测[之间存在以下关系I R I s ]
[() [97I R I 097I R I =0. +0. s ]c ]
两者之间的相关系数为0. 相对误差不超过4%, 99, 测试结果达到了世界银行组织规定的一类平整度检测仪器标准。
图4为激光路面平整度检测系统和精密水准仪对同一段路面检测得到的路面相对纵断面曲线。从图4中可以看出, 两种检测仪器的测量结果比较吻合, 坑洼和凸起一一对应。图4() 、(曲线局部的a b ) 称系统却可以给出波长大于2δ的路面纵断面信息。由于测量误差的存在, 随着测量里程的增加, 误差累计将呈幂级数递增, 因此最终相对纵断面应由大步长和小步长叠加而成, 测量间隔由小步长δ决定。
由式() 、() 可以看出, 基于双对称结构的基准56传递系统消除了车辆颠簸振动的影响, 同时, 由于没有惯性元件, 测量结果与测量时的行车速度无关。
通过式() 、() 叠加, 可计算出被检测路面的纵56断面相对高程, 再按照1/4车辆数学模型振动方程的求解方法, 就可以得出被测路面的国际平整度指数。
系统结构
根据以上的理论分析及其相关技术, 我们研制开发了拖挂式的激光路面平整度检测系统(图2) 及配套的计算机采集、分析软件。该系统主要包括激光位移传感器、接口控制器、系统电源、刚性检测梁、专用检测车架、牵引架、行走轮、防尘遮光板、警示灯牌等。该系统采用5个激光探头, 激光探头安装固定在刚性检测梁上, 彼此间隔距离成比例。激光探头采集的数据由系统接口控制器预处理后传输到牵引车上的计算机中, 完成数据的存储仪检测和处理。系统开发的处理软件可直接计算国际平整度指数, 也可进行路面相对纵断面的分析和功率谱分析。为减小检测梁在运输及行驶检测过程中由于路面颠簸、振动、冲击引起的变形, 检测梁用弹簧悬浮在车架中间。
图2 激光路面平整度检测系统
应用与检测结果
为了对激光平整度检测系统进行标定, 我们通过目视法在河南许昌确定了8个路段。先用精密水准仪在300m 的路段上每隔250m m 测出纵断面高程, 然后运用程序计算路面的国际平整度指数, 再用激光平整度检测系统在选取路段进行测试, 取先后次测试的平均值作为测试结果。试验结果见图3。
差别, 主要是由于两种检测方法的采样间隔不一致(精密水准仪每间隔250m m 采1个点, 激光平整度检测系统每间隔247m m 采5个点取平均值) 、检测行走路线不重合等因素引起的, 因而也造成两种检测方法计算的国际平整度指数有差别, 精密水准仪的检测结果[I R I s ]=4. 72, 激光平整度检测系统检测结果[I R I c ]
=4. 65。 图3 激光平整度检测 图4 路面相对纵断 和水准仪检测结果对比 面检测结果
4 结 语
通过对比试验, 并经过西安-潼关、潼关-三门峡、安阳-鹤壁、武威-高台等上千公里高速公路的检测试验, 可以得出以下结论:
(1
) 基于双对称基准传递原理的激光平整度检测系统可以准确给出被测路面的局部纵断面曲线, 测量间隔为247m m 。
(2
) 检测系统克服了惯性基准的缺点, 检测结果不受检测速度、路面颠簸的影响。检测速度可快可慢, 比较适合中国的道路实际情况。参考文献:R e f e r e n c e s
:[1] 严志刚,
盛洪飞, 陈彦江. 桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥车辆振动的影响[J ]. 中国公路学报, 2004, 17(4
) :4144. 233
第2期 马荣贵, 等:激光路面平整度检测系统
, , Y A NZ h i -a n S H E N G H o n -f e i C H E N Y a n -i a n . g g g j g E f f e c t so f B r i d e D e c k R o u h n e s s o n V i b r a t i o n o f g g L o n -s a nC o n c r e t eF i l l e dS t e e lT u b eA r c hB r i d e d u e g p g []t oV e h i c l e s J . C h i n aJ o u r n a l o fH i h w a n dT r a n s -g y a , () :o r t 2004, 1744144. p
[]王秉纲. 高速公路路面功率谱[]交通运输2J . 王新明,
工程学报, () :2003, 325356.
, W A N G X i n -m i n W A N G B i n -a n . E x r e s s w a a v e -g g g g p y P ]m e n t P o w e rS e c t r a lD e n s i t J . J o u r n a lo fT r a f f i ca n d p y [, , () :T r a n s o r t a t i o nE n i n e e r i n 2003325356. p g g []朱先祥, 孙 文. 车载式颠簸累积仪在路面平3 周 波,
]合肥工业大学学报:自然科学整度检测中的应用[J . 版, () :2004, 27910951098.
, , Z H O U B o Z HU X i a n -x i a n S U N W e n . A l i c a t i o n g p p o fV e h i c u l a rB u m -i n t e r a t o r i nt h eP a v e m e n tR e u -p g g l a r i t n s e c t i o n [J ]. J o u r n a lo f H e f e i U n i v e r s i t f y I p y o :, 2:T e c h n o l o N a t u r a lS c i e n c e E d i t i o n 004, 27(9) g y 10951098.
41
[]国际平整度指数I 4R I 作为路面平整度评价指 蔚晓丹.
标的研究[]公路交通科技, (增1) :J . 1999, 16913. W E IX i a o -d a n .R e s e a r c ho nt h eI n t e r n a t i o n a lR o u h -g ) n e s sI n d e x (I R I a st h eP a v e m e n tR o u h n e s sI n d e x g []J . J o u r n a l o fH i h w a n dT r a n s o r t a t i o nR e s e a r c h g y a p , () :a n dD e v e l o m e n t 1999, 16S u . 1913. p p
[, , W 5]i c h e l W S a e r s T h o m a sD G i l l e s i e i l l i a m D O M y p
P a t e r s o n . G u i d e l i n e sf o r C o n d u c t i n n d C a l i b r a t i n g a g R o a d R o u h n e s s M e a s u r e m e n t s [R ].W o r l d B a n k g , T e c h n i c a l P a e rN u m b e r 46. T h eW o r l dB a n k W a s h -p , i n t o nD C , J a n u a r P B 86-165263, 1986. g y
[]王选仓, 王秉纲, 等. 6D Y N A T E S T5051R S P 马 " ,
道路激光平整度测试车[]长安大学学报:自然科学J . 版, () :2003, 2312326.
, , WA N G B , WA N G X u a n -c a n i n -a n e t MA B i a o g g g g a l .D Y N A T E S T 5051R S P R o a d L a s e r R o u h n e s s g ]:T e s t i n e h i c l e [J . J o u r n a l o fC h a n a n U n i v e r s i t g V g ’y , () :N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n 2003, 2312326.
0000000000000000000000000000000000000000000000000(上接33页)
等特征没有进行深入分析和定量评价, 只是对公路类型及其区域差进行了简化处理。
() 通过对433个调查点的调查资料和公路分布认为陕西北部山丘区公路开挖侵特征的定量分析,
蚀数量较大, 该区年均边坡侵蚀量为510710(t ·
-1
) , 而且区域差异明显, 对公路边坡稳定性和生态a
环境均有较大影响。
() :12429.
[]水土3 水利部国际合作与科技司. 水利技术标准汇编(
保持卷) [中国水利水电出版社, G ]. 北京:2002. D e a r t m e n to fI n t e r n a t i o n a lC o o e r a t i o n a n d S c i e n c e p p , M a n dT e c h n o l o i n i s t r f W a t e rR e s o u r c e s . C o m -g y y o i l a t i o n o f C r i t e r i o n o f T e c h n o l o f W a t e r (R e -p g y o [:G ].B e i i n s o u r c e sS o i la n d W a t e r C o n s e r v a t i o n ) j g , C h i n aW a t e rP o w e rP r e s s 2002.
[]4 王 飞. 人类活动对区域水土流失影响的定量评价
[西北农林科技大学, D ]. 陕西杨凌:2004.
WA N GF e i .R e i o n a l I m a c to f H u m a n A c t i v i t i e so n g p [:N S o i l L o s s D ]. S h a a n x iY a n l i n o r t h w e s tS c i -T e c h g g , U n i v e r s i t fA r i c a l t u r e a n dF o r e s t r 2004. y o g y []]5J . 宁波大学学 杨晓平. 现代地貌过程中的人类作用[
报:理工版, () :1998, 112100104.
Y A N G X i a o -i n . O nt h eH u m a nA c t i o nt o t h eP r e s -p g []e n tG e o m o r h i cP r o c e s s e s J . J o u r n a l o fN i n b oU n i -p g :, v e r s i t E d i t i o no fS c i e n c ea n dT e c h n o l o 1998, 11y g y () :2100104.
[]田伟平. 黄土路堤坡顶及土路肩暴雨冲蚀破6 李家春,
坏机理试验[]自然科学版, J . 长安大学学报:2004, 24() :22729.
, T L I J i a -c h u n I A N W e i -i n .R a i n f a l lE r o d e M e c h a -p g n i s mo nL o e s sR o a dS h o n l d e ra n d T o eo fS i d e -s l o e p p []’:N J . J o u r n a l o fC h a n a n U n i v e r s i t a t u r a lS c i e n c e g y , () :E d i t i o n 2004, 2422729.
() 建议相关部门, 在对道路建设引起的水土流4
失进行综合治理的同时, 应该加强道路边坡侵蚀观测, 以提高公路边坡稳定性, 预防和减轻其道路安全引起的危害。参考文献::R e f e r e n c e s
[]李 锐, 杨勤科. 公路建设水土流失过程研究1 王 飞,
[]() :J . 公路, 20038148152.
, , Y A N G Q WA N GF e i L IR u i i n -k e . A S t u d nS o i l y o E r o s i o na n dS o i lW a t e rC o n s e r v a t i o no fH i h w a o n -g y C [], () :J . H i h w a 20038148152. s t r u c t i o n g y
[]王秉纲. 公路土质路基边坡坡面冲刷稳定性的2 汪益敏,
模糊综合评价[], () :J . 中国公路学报, 20051812429. , WA N G B WA N G Y i -m i n i n -a n . F u z z v a l u a t i o n g g g y E M e t h o do fS c o u r i n t a b i l i t n S o i lS u b r a d eS l o e g S y o g p [], J . C h i n a J o u r n a l o fH i h w a n dT r a n s o r t 2005, 18g y a p
范文二：ZLDS100测屋瓦轮廓即平整度
ZLDS100测屋瓦轮廓及平整度
应用背景
屋顶瓦片的生产需确保其高质量，那么对它测量方式就有很高的要求。需要测量产品的平整度，传统在实验室中测量需要耗费大量的时间。
解决方案
半自动测量系统用的是激光三角位移传感器，用于三维检测和地表评估。激光传感器该
装在一个旋转的、可动的夹具上。沿着瓦片的方向定义X轴和Y轴，夹具沿着X轴和Y轴方向移动以满足复杂的三维测量。粗糙度的测量是通过调整Z轴，使其相对与屋瓦成一个最佳的光学距离位置。通过从大量的实验数据，精确的值会被合适的算法提取(每mm40个点)，从而确定粗糙度。因为激光安全等级为2，所以不需要针对激光的特别的防护措施。新的、显然不可测量的参数比如表面平整度客观上可以获得和可直接包括在产品的生产过程中。单个瓦片在实验室检测的漫长检测等待结果的时间可忽略。检测频率大幅度上升。可在最快时间发现测量的错误值。
该测量系统传感器所需具备的调件:大的量程(> 40 mm)从而在测量过程中不需要更换传感器，高采样频率(5K)，高精度(线性度需大于60um)，高分辨率，颜色对其无影响。
测量设备 图示测量结果 ZLDS100激光位移传感器
激光位移传感器ZLDS100的测量原理如下图所示:
基
本原理是光学三角法:
半导体激光器?被镜片?聚焦到被测物体?。反射光被镜片?收集，投射到CMOS阵列?上;信号处理器?通过三角函数计算阵列?上的光点位置得到距物体的距离。实物图如下所示:
范文三：混凝土结构工程表面平整度要求
混凝土结构工程表面平整度要求
1、指标说明：反映层高范围内剪力墙、砼柱表面平整程度。
2、合格标准：[0，8]mm
3、测量工具：2米靠尺、楔形塞尺
4、测量方法和数据记录：
（1）剪力墙/暗柱：选取长边墙，任选长边墙两面中的一面作为1个实测区。累计实测实量20个实测区。
（2）当所选墙长度小于3米时，同一面墙4个角（顶部及根部）中取左上及右下2个角。按45度角斜放靠尺，累计测2次表面平整度。跨洞口部位必测。这2个实测值分别作为该指标合格率的2个计算点。
（3）当所选墙长度大于3米时，除按45度角斜放靠尺测量两次表面平整度外，还需在墙长度中间水平放靠尺测量1次表面平整度。跨洞口部位必测。这3个实测值分别作为判断该指标合格率的3个计算点。
（4）当取消抹灰层时，取样、测量和记录参照抹灰墙面平整度相关要求（第6.2节）。
（5）砼柱：可以不测表面平整度。
5、示例：
范文四：测量铝型材表面平整度方案
铝型材表面平整度测量
一、ZLDS113激光位移传感器测量方案
激光位移传感器利用激光三角发原理，测量物体到传感器的距离。
工作原理
基本原理是光学三角法：
半导体激光器①被镜片②
聚焦到被测物体⑥。反射光
被镜片③收集，投射到CMOS
阵列④上；信号处理器⑤通
过三角函数计算阵列④上
的光点位置得到距物体的
距离。
测量方案：
使用丝杆带动ZLDS113激光位移传感器来回扫描移动，即可测量出一个横截面的表面轮廓。通过传感器的测量值之间的偏差，就可计算出铝型材表面的平整度。
二、ZLDS200和ZLDS210激光二维扫描传感器
工作原理
传感器的工作是基于光学三角测量原理。半导体激光
发生器①发出的光，经透镜②形成X平面光幕，并在
物体⑦上形成一条轮廓线③，镜片④收集被物体反射
回来的光并将其投影到一个二维CMOS阵列⑤,这样形
成的目标物体剖面图形被信号处理器⑥分析处理，轮
廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量。
测量方案
二维传感器可以在固定的情况下直接测量一个横截面的表面轮廓，可通过软件，直接读出该轮廓线上的高度差，从而得到平整度。
范文五：瓷砖表面平整度检测系统设计
瓷砖表面平整度检测系统设计
?
48?陶瓷2007.No.1
瓷砖表面平整度检测系统设计
刘平向学军
(三峡大学电气信息学院宜昌443002) 摘要研究了瓷砖表面平整度检测的原理和方法.以非接触式光纤位移传感器,数据
采集卡,Pc机作为硬件配置,以
图形化编程语言(LabVIEW)为开发平台,设计了瓷砖表面平整度检测系统.该系统
可以自动地检测瓷砖表面平整度,并对
产品进行分级,适合于实际生产过程的质量控制. 关键词瓷砖LabVIEW平整度检测
陶瓷墙地砖是建筑行业广泛使用的装饰材料.由 于工艺的原因,瓷砖在烧结过程中会产生弯曲,翘曲, 扭曲等变形而造成平整度误差,从而影响产品质量. 目前,国内陶瓷企业对瓷砖平整度误差的检测和质量 分级一般采用人工抽样以及手工检测的方法,测量误 差大,漏检率高,难以保证产品的整体质量,生产效率 也很低.因此,如何以较低的成本实现瓷砖平整度的 计算机自动检测,具有重要的现实意义.
LabVIEW是NI(NationalInstruments)公司的虚拟仪 器开发平台,它以G(Graph,图形化)语言编程,十分灵 活方便,具有强大的数据采集,数据处理,图形显示功 能,是开发基于PC机平台的计算机测控系统的有力 工具.笔者基于LabVIEW平台设计开发的瓷砖平整 度检测系统,在瓷砖质量控制中有很大的实用价值. 1方案设计
1.1检测原理
根据GB/T3810.2一l999(陶瓷砖试验方法,第二 部分,尺寸和表面质量的检验)的规定,瓷砖平整度误 差主要决定于以下3个指标:中心弯曲度,边弯曲度和 翘曲度.为检测这3个指标,布置瓷砖检测点如图l 所示.以B点为基准点,其坐标为B(0,0,0),分别测 得其他各点相对于B点的位置,以三维坐标表示.中 心弯曲度指的是瓷砖中心点偏离由砖4个角中的3个
.到平面ABD, 角所决定的平面距离,即图l中E点
ABC,ACD,BCD距离的最大值.边弯曲度指的是瓷砖 一
条边的中点到该边两端点所连直线的距离,也就是 F,G,H,1分别到直线AB,BD,DC,CA的距离的最大 值.例如,求F点到直线AB的距离,可先由A,B两点 坐标得到三维空间的直线方程,再根据点到直线的距 离公式计算得到.翘曲度指瓷砖的3个角决定一个平 面,其第4个角偏离该平面的距离,即图l中A,B,c,D 点到平面BCD,ACD,ABD,ABC距离的最大值.得到 中心弯曲度,边弯曲度,翘曲度这3个指标后,便可以 依据GB/T4100.1—1999的规定对瓷砖进行产品分级 (即优,合格,不合格).
据此,设计检测系统如图2所示.在一支座上以 一
定的间隔固定安装多个非接触式光纤位移传感器探 头,探头端部平齐.瓷砖通过辊轴带动其向前移动,以 保证运动平稳,提高检测精度.一般辊轴运动速度保 持恒定,以此由数据采集的时间问隔得到检测点X方 向坐标;v方向坐标由传感器探头所接数据采集卡通 道号决定;z方向坐标则由光纤位移传感器测得各检
测点对基准点的相对位移获得.根据光纤位移传感器 的输出特性,当探头正下方无瓷砖时,采集到的位移量 为零.因此,如果采集到的位移量进入E常范围,则意
2007.No.1陶瓷?49?
味着一块待检测瓷砖的到来,此时开始记录采集数据; 当达到x方向采集点数(由瓷砖规格决定)以后,一块 瓷砖数据采集结束,进行数据处理.在下一块瓷砖到 来之前,数据采集动作继续,但所得数据丢弃. 1一支座2一传感器探头3一瓷砖4一辊轴 图2检测系统示意图
1.2系统构成
检测系统由非接触式光纤位移传感器,数据采集 卡,蜂呜器,Pc机构成(如图3所示).传感器选用美 国Phihec公司的RC190型(反射补偿型)非接触式光 纤位移传感器,基本配置为:传感器探头,光缆,光电放 大器;其最佳线性度测量范围为l1.5—15.0mm,对应 的模拟输出电压为1.53.5v,分辨率为7gm.数据 采集卡使用NI公司的PCI一6024E数据采集卡,该采 集卡能够提供16路单端,8路差分模拟输入,2路模拟 输出,8路数字I/O口;A/D转换精度12位,200KB/s采 样率,电压输人范围的误差分为?2.5V,?5V,?10V 等多档,可由用户根据需要自行调节.
非接触式光纤位移传感器探头和光电放大器将位 移量转变为模拟电压信号,PC机通过数据采集卡采集 该电压信号后,经过运算处理得到各检测点相对基准 点的Z方向坐标,或"凸"或"凹".系统软件通过数据 采集周期及辊轴运动速度计算出检测点X方向坐标. 光纤位移传感器探头按安装位置接数据采集卡的模拟
输入通道,在Pc机通过模拟输入通道号决定检测点Y 方向坐标.当检测到不合格瓷砖时,软件控制蜂呜器 接通,发出报警信号.
图3系统结构框图
厂—]IPC机l
I.................
2软件设计
检测系统软件利用NI公司的虚拟仪器开发平台 LabVIEW来实现,LabVIEW图形化的编程语言具有简 单,直观的特点.它独具特色的前面板设计可以为用 户设计系统界面提供很大的灵活性,同时LabVIEW支 持对多达几千种硬件设备进行的数据采集,还可以利 用网络,SQL语言,交互式通讯与其他应用程序或数据 源进行通讯,并具有强大的数据处理功能和图形显示 功能.
2.1软件结构
软件结构如图4所示.瓷砖表面平整度检测系统 软件包含4个主要部分:?主程序负责系统界面管理, 程序流程控制及各个模块之间的协调和通讯;?数据 采集模块是采集瓷砖表面与光纤传感器探头间的位移 信号;?数据处理与显示模块对采集的位移信号进行 处理并将结果显示在前面板;?数据库管理模块完成 数据存储和回放,报表生成等功能.
-
数据采集
?
主硬重?程I数据处理与显示喜?—件
耋序善驱动
数据库管理
图4软件结构图
由于本系统采用NI公司的PCI一6024E数据采集 卡,其硬件驱动程序已经随LabVIEW安装光盘附带, 因此只需按照操作提示进行安装,便可在编程中进行
?
5O?陶瓷
配置和使用.
2.2主程序
主程序控制检测系统的流程,并以事先驱动的方 式调用其他模块.当主程序运行时,首先选择瓷砖规 格,当点击"开始检测"按钮时,数据采集模块多通道采 集瓷砖表面相对位移值.达到X方向检测点数则对一 块瓷砖的采集过程完成,由数据处理模块对所采集的 数据进行处理,得出所需结果,将其显示在前面板上并 自动存人数据库.当点击"历史数据"按钮时,可以调 出以前的俭测数据查看;点击"统计报表"按钮时,则将 某段时间内的检测数据生成统计报表.
2.3前面板
瓷砖平整度检测系统的前面板如图5所示,包括 显示部分和控制部分.显示部分以数值形式显示瓷砖 平整度的3个指标(中心弯曲度,边弯曲度和翘曲度); 以文字的形式显示产品等级;以三维曲面图形的形式 显示被检测瓷砖表面,从三维曲面可以直观地看出瓷 砖的"凸"和"凹";如果俭测的瓷砖为不合格产品,则 图5瓷砖平整度检测系统前面板
LED指示灯会闪烁,并发出语音报警提示工人做相应 的处理.控制部分可以选择待检测瓷砖规格,并执行 检测,历史数据回放,报表生成,停止等功能.
综上所述,用虚拟仪器平台LabVIEW设计开发计 算机测控系统,具有灵活方便,可扩展性强,便于测甙 维护等特点.笔者将虚拟仪器技术应用于瓷砖表面平 整度的检测,基于LabVIEW平台,结合非接触式光纤 位移传感器,数据采集卡等设备,完成了瓷砖表面平整 度检测系统的开发,以较少的软硬件投入,实现_,瓷砖 表面平整度检测的自动化.目前,该系统已经投入实 际运行,达到了提高检测精度,降低劳动强度的目的. 参考文献
I聂陶荪,王庆松.胡鸿豪.等.墙地砖表面平整度自动连 续检测技术.中国陶瓷工业,2004(4):9一I2 2赵胜会.刘乎,施保华.等.基于虚拟仪器的汁算机控制 实验系统.敞汁算机信息.2006.7(1):78,8O 3张明德.郭晓东.梨勇.锥齿轮安装而平面度捡测系统 研究与歼发.四川兵工,2005(5):24,26
