1 / 63

道路 檢測車複合檢測模組整合開發之研究

道路 檢測車複合檢測模組整合開發之研究. 簡報者：梁世賓 指導教授：林志棟 簡報日期： 2010 年 7 月 31 日. 目錄. 笫一章 背景概述. 笫二章 文獻回顧. 道路 檢測車複合檢測模組整合開發. 笫三章 研究方法. 笫四章 檢測系統與設備. 笫五章 複合檢測模組整合開發. 笫六章 檢測車結構安全性評估. 笫七章 結論與建議. 道路之養護與延壽. 「道路」是聯絡地方間主要之通道，也是最重要的國家基礎建設，更是 民眾接觸最為頻繁公共設施之一 。

thi
Download Presentation

道路 檢測車複合檢測模組整合開發之研究

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 道路檢測車複合檢測模組整合開發之研究 簡報者：梁世賓 指導教授：林志棟 簡報日期：2010年7月31日

  2. 目錄 笫一章 背景概述 笫二章 文獻回顧 道路檢測車複合檢測模組整合開發 笫三章 研究方法 笫四章 檢測系統與設備 笫五章 複合檢測模組整合開發 笫六章 檢測車結構安全性評估 笫七章 結論與建議

  3. 道路之養護與延壽 「道路」是聯絡地方間主要之通道，也是最重要的國家基礎建設，更是民眾接觸最為頻繁公共設施之一。 為有效的維持道路品質，相關單位必須針對各項道路績效指標進行追蹤與評查，藉由量化的數據比對、評鑑道路之品質與效能，以維持道路之基本服務功能並延長其使用年限。

  4. 道路檢測及道路履歷 • 隨著路網的日趨完整，台灣地區道路工程亦從新建工程為主的型態，逐漸轉變為養護管理的層面；然而，面對龐大的路網資訊，唯有透過鋪面檢測車之自動化檢測，方能快速並完整的（道路履歷）建置。 • 鋪面檢測車具備多功能的鋪面檢測能力，其能迅速且有效的擷取鋪面資訊，並分析路面各種指標之趨勢，故各國皆投入相關之研發工作，希冀藉由檢測車取代傳統以人力進行之鋪面檢測作業。

  5. 論文架構

  6. 文獻回顧 本研究依據研究內容與範圍，茲將文獻回顧概分為鋪面績效評估指標與自動化鋪面檢測技術兩個部分。

  7. 鋪面績效指標介紹 鋪面的目的在於提供車輛快速、安全、舒適及經濟的交通網路。為衡量鋪面所能提供之績效，建構各種績效指標是進行科學化管理之初步要件，因此美國於1970年代起發展一系列鋪面績效指標，最著名的有PSR、PSI…，隨著鋪面工程的逐漸進步，愈來愈多的績效指標出現被全世界各地所發展，我國對於鋪面績效的檢測項目主要包含平坦度、表面破壞、結構承載力及抗滑能力等四個項目。

  8. 自動化鋪面檢測技術 • 目前全世界所研發之 「鋪面檢測車」，其型式約有十幾種，且大多集中於歐美國家，如美國、澳洲、瑞典、加拿大、法國、英國、日本、中國與德國等國，其中以美國所生產的產品為最多。現有鋪面檢測車主要測定項目約可分為路面狀況、道路幾何及路面結構三大類。 • 路面狀況—損壞、摩擦力、車轍深度、縱斷面、粗糙度、巨觀組織。 • 道路幾何—幾何特性包括超高、曲率半徑、停車視距、加寬、超車視距、緩和曲線、垂直淨空。 • 路面結構—結構強度評估通常主要在探討路面撓度。

  9. 國內鋪面檢測車之發展現況 國內鋪面檢測車已陸續在研發當中，但檢測功能尚未完善，目前大多以平坦度為主要檢測項目。

  10. 模組化 • 將複雜的系統層次分割或區塊分割而使其簡單化的方法稱為模組化。

  11. 檢測車鋪面檢測系統 • 依據鋪面檢測系統之功能特性，可將鋪面檢測系統分為鋪面平坦度 量測模組及鋪面影像擷取模組兩個部分。 • 鋪面平坦度檢測模組：透過鋪面高程檢測設備所擷取之鋪面高程數據與訊號，搭配距離量測設備量測之距離資料，間接求得國際糙度指標，以用來表達鋪面之平坦度。 • 鋪面影像擷取模組：透過線掃描相機與輔助光源進行對焦，可擷取有效之鋪面影像，所擷取之鋪面影像搭配距離量測設備量測之距離資料，可間接求得鋪面狀況指標，以用來判斷鋪面之破壞形式。

  12. 檢測設備選擇 • 高程檢測設備 • 高程測距儀： • LMI Selcom - SLS 5000s雷射測距儀 • 加速度規： • KITSLER 8330A3 • 影像擷取設備 • 線掃描相機： • Delsa P2 2x-04k40相機 • 輔助光源： • 採用壓克力聚光柱與3瓦LED燈具進行組裝 • 距離量測設備 • 里程計： • Kuebler 5802 Encoder

  13. 雷射高程測距儀 測量車體與道路表面距離的裝置係使用單點雷射測距儀，其藉由雷射反彈之時間轉換，可計算出車體與路面的垂直距離。

  14. 加速度規 加速度規之選用需考慮以下三點訴求： 1.加速度本身取樣頻率是否能符合檢測過程？ 2.加速度量測範圍是否在適合所有的檢測道路狀況？ 3.加速度規解析度是否足夠將路面狀況忠實呈現？ 平坦度檢測設備中，係使用加速度規建立慣性參考平面，進行相對高程的量測；其原理為將檢測車車身的垂直加速度將以積分兩次以獲得高程距離值。

  15. 線掃描相機 鋪面影像擷取設備主要是透過線掃描相機對鋪面進行影像之拍攝（掃描）；然而，對於所擷取之鋪面影像，需搭配輔助光源對其影像進行光源補強，方可獲得較佳的影像效果；也就是說鋪面影像擷取設備係包含線掃描相機與輔助光源兩個部分；其透過線掃描相機與輔助光源進行對焦，可擷取有效之鋪面影像。

  16. 輔助光源 為了使影像擷取設備能於各種日照狀況下進行拍攝，必須使用人工輔助光源進行光源補強以消除陰影造成之影響。 參考德州檢測車之人工光源設計方式，採用壓克力棒設計之聚光柱與3瓦LED燈具進行組裝，作為影像擷取之輔助人工照明設備。

  17. 里程計 裝置於輪軸上，藉由計數輪軸之轉數進而獲得車子行駛之水平精確距離。

  18. 複合檢測模組整合開發 複合檢測模組整合開發 複合檢測模組之整合開發流程大致上可分為設計、製造、驗收及測試四個階段。

  19. 概念設計 檢測模組之描述 1. 名稱：鋪面平坦度暨影像擷取複合檢測模組 2. 架構： 依照複合檢測模組之組成架構，可以分成下述三個部分。 (1)鋪面高程檢測設備 (2)鋪面影像擷取設備 (3)距離量測設備 3. 功能： 檢測設備架置於鋪面檢測車上，透過設備的搭配可同時檢測鋪面平坦度及鋪面破壞狀況。

  20. 概念設計 複合檢測模組必須穩固與車體結合。 複合檢測模組必須具備防水能力。 複合檢測模組之結構需具備良好的穩定度。 複合檢測模組必須具備收納功能。 複合檢測模組必須具備堅固的外殼。 複合檢測模組之必須具備相關協同作動機構以驅動檢測設備之設定位置，繼而進行鋪面檢測。 設計線擷取相機之外殼。 設計做動相機之軸進伸縮機構。 設計軸進伸縮機構外殼。 整合高程檢測設備。 設計輔助光源之轉動、定位機構。 設計下部放置箱，用以裝置整合後之高程檢測設備、輔助光源等儀器。 下部放置箱需具備電器箱之功能，配合相關檢測設備之電路配置。 設計距離量測設備之架設方式。 轉換 檢測系統之需求轉換成設計任務

  21. 概念設計 在考量鋪面檢測系統之功能性後，我們將鋪面複合檢測模組設定為下部鋪面高程量測暨輔助光源模組、上部影像擷取模組及距離量測模組三個部分。

  22. 具體化設計 在進行具體化設計之前，我們必須先建構檢測車模型，以利於後續具體化設計的呈現。

  23. 此模組主要由螺桿與線性滑軌、滑塊組成 軸進伸縮滑台 L = 1200 ㎜ ∮ = 30 ㎜

  24. 馬達與馬達座 線性滑塊與滑軌 導桿與相機座 軸進伸縮滑台配置

  25. 藉由馬達轉動帶動滑塊推進 滑塊與滑軌配合推進導桿 軸進伸縮滑台作動

  26. 線路預留孔 外裝輔助肋臂 相機座 32

  27. 曲線設計 降低風阻 導桿中空設計 輕量化並預留線路 防雨設計 影像擷取模組 長度約 150公分 寬度約 30公分 高度約 20公分 導程約 120公分 重量約 40公斤

  28. 可同時調整主、副燈座照射之角度 與車體貼合的曲線設計 雷射測距儀與加速度規 可依需求外裝副燈座 下部平坦度與光源模組設計說明 長度約 200公分 寬度約 30公分 高度約 20公分 重量約 40公斤

  29. 下部平坦度與光源模組設計說明 LED副燈座 角度固定機構 LED副燈座調整 LED燈座同軸定位裝置 電路配置與LED燈座收納

  30. 里程計 圓盤 輪胎 鐵桿 覆蓋盒 連軸器 里程計之架置

  31. 於上置滑台機構的相機座部位裝置輔助肋臂，聯接到車體固定，主要功能是避免檢測時車體的搖晃造成相機的震盪。於上置滑台機構的相機座部位裝置輔助肋臂，聯接到車體固定，主要功能是避免檢測時車體的搖晃造成相機的震盪。 影像擷取模組外裝輔助肋臂

  32. 複合檢測模組

  33. 複合檢測模組做動程序 1.起始（收納時）狀態 2.影像擷取相機 伸長至待量測位置

  34. 複合檢測模組做動程序 3.調整下部光源模組 之光架 4.相機鏡頭與LED對焦，並架上輔助肋臂

  35. 工程出圖

  36. 採購及委外製造 進行複合檢測模組之設計後，接著進行相關配件的採購及委外加工作業。

  37. 驗收測試 下部模組驗收(1)

  38. 驗收測試 下部模組驗收(2)

  39. 驗收測試 上部模組驗收

  40. 驗收測試 組立及測試

  41. 鋪面指標產生架構 • 檢測模組 • 高程量測裝置 • 影像擷取裝置 整合控制 LED光源模組 資料處理 (工業電腦) 軸向伸縮裝置 距離量測裝置 判斷資料 (IRI、PCI)

  42. 警示設備 鋪面檢測車之警示設備主要係車後警示燈（組）與LED字幕機所組成。 中央大學土木工程研究所

  43. LED光源模組 軸向伸縮裝置 • 檢測單元 • 平坦度檢測 • 影像擷取 整合控制模組 人機介面控制盒 警示裝置 中央大學土木工程研究所

  44. 控制系統架構

  45. B A C 人機介面 整合控制 D E 人機介面整合控制 軸向伸縮裝置 影像擷取裝置 LED光源模組 高程測裝置 警示裝置 中央大學土木工程研究所

  46. 檢測車設備 • 多功能鋪面檢測車示意圖 軸向伸縮裝置 影像擷取裝置 字幕機 警示燈 人機介面控制平台 輔助光源 處理裝置（工業電腦） 平坦度量測裝置 距離量測裝置

  47. 檢測車結構安全性分析 檢測車之結構安全性分析主要係分為車體結構與支架結構兩個部分探討；在車體結構的考量，係以原本車款之設計參數對照相關人力、設備的承載，藉以評估檢測車之承載能力；而在支撐架的結構評估則是採用電腦輔助模擬（有限元素）分析，並深入探討其分析結果。

  48. 檢測車承載能力探討 • 檢測車共搭載約370㎏之重量，尚未達設計之最高載重。 • 上部最大載重量為150㎏，而所承載之上部檢測模組重量約為40㎏，可知上部設備模組的承載對於車體的影響不大。 • 本檢測車是採用MITSUBISHI  Space Gear 2.4車款為載體，依據設計規格表所設定，其設計之最高載重量為725㎏；計算附加於車體之檢測設備模組及相關人員重量如下： • 複合檢測模組之重量計約80㎏ （上部模組與下部模組皆40㎏）。 • 檢測車內之相關儀器設備（如LED光源控制盒、UPS不斷電裝置、工業電腦、手工具放置箱、人機介面控制盒及字幕機…等）計約50㎏。 • 基本檢測作業的人力配置通常為一位駕駛及兩位檢測人員，其重量計約為240㎏（一個人的重量以80㎏計）。

  49. 模組支撐架有限元素分析 幾何模型 材料性質 邊界條件 受力條件 界面條件 網格設定 分析處理 繪圖軟體 SolidWorks 2009 分析軟體 SolidWorks Simulation 2009

  50. 幾何模型 –上支撐架 材料性質 邊界條件 受力條件 網格設定 不鏽鋼 (SUS-304) 楊式係數：190 Gpa 浦松比：0.29 降伏強度：206 MPa 整體網格大小：10 mm 公差：0.5 mm 對稱 固定 100N

More Related