CN104838234B - 测定工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测定工具(30)，其安装于作为被安装部的铲尖(P)，并与全站仪(TS)一起用于计测点(MP)的位置计测，所述测定工具(30)具备：棱镜反射镜(40)，其反射来自全站仪(TS)的投射光；安装部件(60)，其将棱镜反射镜(40)安装于铲尖(P)；棱镜反射镜(40)的反射镜中心(MC)与计测点(MP)一致。

Description

测定工具
技术领域
本发明涉及一种测定工具。
背景技术
近年来，正在向使用工程机械的土木作业等导入信息化施工。信息化施工以如下作为目的：在使用液压挖掘机、推土机或机动平地机这样的工程机械进行土木工程等施工作业时，运用信息化通信技术(ICT；Information andCommunication Technology信息和通信技术)以及RTK－GNSS(Real TimeKinematic-Global Navigation Satellite Systems，实时动态控制系统-全球卫星导航系统)，进行设于这些工程机械的工作装置的作业点的位置检测，基于检测出的作业点自动控制工作装置，或将施工作业现场的地形和针对该地形的作业点这样的信息显示于驾驶室内的显示装置上，从而高效地进行该施工作业(以下，简称为作业)，获取高精度的施工结果。
在信息化施工中，作为工作装置的作业点，在工程机械是例如液压挖掘机的情况下是铲斗的铲尖的位置。该铲尖的位置是基于GNS天线和大臂底销之间的位置关系、大臂、小臂、铲斗各自的长度、大臂缸、小臂缸、铲斗缸各自的冲程长度等参数作为设计上的位置坐标而进行运算。
另一方面，在运算所使用的大臂、小臂、铲斗、以及各缸的长度是设计值的情况下，由于它们的实际长度包含因制造上及组装上的尺寸公差带来的误差，所以运算出的位置坐标与实际的铲尖的位置坐标不一定一致，导致铲尖的位置检测的精度降低。因此，为了使铲尖的位置检测的精度提高，必须基于通过实际的位置计测获得的位置坐标、以规定的校准值来校准运算所使用的参数，需要进行位置计测这样的校准作业。
作为这样的校准作业，已知有在从大臂底销向侧方离开几米的位置设置全站仪，使用该全站仪对设定于铲斗的铲尖附近的计测点进行位置计测(例如，参照专利文献1)。在专利文献1的校准作业中，使铲斗的铲尖位于地上面位置以及距地上面向上方离开规定高度的位置等多个测量位置，并在各个测量位置实施计测点的位置计测。然后，基于测量的多个计测点的位置坐标运算参数的校准值。
另外，在铲尖的位置计测中，将棱镜反射镜(以下，简称为棱镜)安装于铲尖附近而实施位置计测。即，从全站仪朝向棱镜投射激光，测量来自棱镜的反射光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－202061号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，以往的棱镜是在测量作业中安装于一般的针孔的类型，通过全站仪瞄准的反射镜中心(棱镜的顶点部分)和想要实际进行位置计测的计测点不一致，计测点相对于反射镜中心偏移。因此，为了准确地进行校准值的运算，需要使通过全站仪瞄准的情况下的反射镜中心与计测点之间的位置关系、换句话说是偏移量在各测量位置保持一定。
然而，若想要在各测量位置将偏移量保持一定，则在任一个测量位置进行测量时，都需要使来自全站仪的投射光从棱镜的正面入射，因此必须在每个测量位置都使棱镜严格地正对于全站仪，存在棱镜的位置调整费事这一问题。特别是，在使铲斗的铲尖位于上方、在作业者够不到的测量位置具有棱镜的情况下，利用梯子等而成为高处作业，更加麻烦。
本发明的目的在于，提供一种能够容易地进行全站仪的位置计测的测定工具。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的测定工具是一种安装于被安装部并与全站仪一起用于计测点的位置计测的测定工具，所述测定工具具备：棱镜反射镜，其反射来自所述全站仪的投射光；安装部件，其用于将所述棱镜反射镜安装于所述被安装部；所述棱镜反射镜的反射镜中心与所述计测点一致。
这里，“将棱镜反射镜安装于所述被安装部”是指，以不利用作业者等的人手支承棱镜反射镜、安装部件为前提将该棱镜反射镜安装于被安装部。
根据本发明，由于棱镜反射镜的反射镜中心与计测点一致，所以不存在以往那种的偏移量，即使测量位置不同，计测点也不会相对于反射镜中心产生位置偏移。因此，只要能够通过全站仪瞄准反射镜中心，就无需刻意使棱镜反射镜正对于全站仪这样的、针对每个测量位置的棱镜反射镜的位置调整，能够使位置计测变得容易。如果能够瞄准反射镜中心，即使在测量位置位于上方的情况下，也无需在高处使棱镜反射镜正对于全站仪，能够大幅度改善作业性。
在本发明的测定工具中，优选的是，所述棱镜反射镜经由支承机构安装于所述安装部件，并且被支承为相对于所述支承机构向规定方向自如转动，所述棱镜反射镜的转动点与所述反射镜中心一致。
根据本发明，由于棱镜反射镜的转动点与反射镜中心一致，所以也与计测点一致，因此即使使棱镜反射镜转动，全站仪、反射镜中心以及计测点之间相互的位置关系也不会变化。因此，在不能乍一看而从全站仪瞄准反射镜中心的情况下，只要使棱镜反射镜向规定方向转动，并且调整为能够瞄准反射镜中心即可。此时，由于只要能够最低限度地瞄准反射镜中心即可，所以并非必须使棱镜反射镜严格地正对于全站仪，能够容易地进行位置调整。因此，即使测量位置存在于较宽的范围，也能够通过使棱镜反射镜转动，可靠地测量计测点。
在本发明的测定工具中，优选的是，所述棱镜反射镜被设置为相对于所述支承机构装卸自如，在所述支承机构设有开口部，所述开口部在所述棱镜反射镜被拆卸了的状态下能够目视确认所述安装部件与所述被安装部彼此的抵接位置。
根据本发明，能够通过开口部简单地确认安装部件与被安装部可靠地抵接、或在想要计测点与被安装部一致的情况下的一致状态的确认。
在本发明的测定工具中，优选的是，在所述安装部件设有磁吸附于所述被安装部的磁铁。
根据本发明，能够使用磁铁将安装部件进而测定工具全体容易地安装于被安装部，能够迅速地进行设置作业。
本发明的测定工具是一种安装于被安装部并与全站仪一起用于计测点的位置计测的测定工具，所述测定工具具备：棱镜反射镜，其反射来自所述全站仪的投射光；支承机构，其支承所述棱镜反射镜；安装部件，其用于将所述支承机构安装于所述被安装部；所述棱镜反射镜被支承为相对于所述支承机构向规定方向自如转动，所述棱镜反射镜的反射镜中心与所述计测点一致，所述棱镜反射镜的转动点与所述反射镜中心一致，在所述支承机构设有在所述棱镜反射镜被拆卸了的状态下能够目视确认所述安装部件与所述被安装部彼此的抵接位置的开口部、以及沿铅垂方向长的长孔，利用插入所述长孔的螺栓将所述支承机构安装于所述安装部件。
根据本发明，除了起到上述各作用效果之外，利用长孔能够与通过开口部进行的目视确认结果相应地对支承机构相对于安装部件进行位置调整。
附图说明
图1是表示利用安装有本发明的一实施方式的测定工具的液压挖掘机实施校准作业的情况的立体图。
图2是表示安装于液压挖掘机的铲斗的铲尖的测定工具的分解立体图。
图3是测定工具的主视图。
图4是测定工具的俯视图。
图5是测定工具的侧视图，并且是从图4的箭头V侧观察的向视图。
图6是表示从测定工具拆卸了棱镜反射镜的状态的主视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的一实施方式。
图1表示在液压挖掘机100安装本实施方式的测定工具30、并使用该测定工具30以及全站仪TS来实施校准作业的情况。
[液压挖掘机]
在图1中，首先，作为工程机械的液压挖掘机100具有车身1和工作装置2。车身1具有旋转体3、驾驶室4以及行驶装置5。旋转体3以能够旋转的方式安装于行驶装置5。旋转体3收纳未图示的发动机、液压泵等装置。在旋转体3的后部侧设有RTK－GNSS(Real Time Kinematic-GlobalNavigation Satellite Systems，GNSS实时动态控制系统-全球卫星导航系统)用的两个天线21、22。驾驶室4载置于旋转体3的前部。行驶装置5具有左右的履带5A、5B，通过履带5A、5B转动而液压挖掘机100行驶。
工作装置2安装于车身1的前部，并具有大臂6、小臂7、铲斗8、大臂缸10、小臂缸11以及铲斗缸12。
大臂6的基端部经由大臂底销13以能够转动的方式安装于车身1的前部。即，大臂底销13相当于大臂6相对于旋转体3的转动中心。
小臂7的基端部经由小臂底销14以能够转动的方式安装于大臂6的前端部。即，小臂底销14相当于小臂7相对于大臂6的转动中心。
在小臂7的前端部，经由铲斗底销15以能够转动的方式安装有铲斗8。即，铲斗底销15相当于铲斗8相对于小臂7的转动中心。
大臂缸10、小臂缸11、铲斗缸12分别是被液压驱动的液压缸。大臂缸10的基端部经由大臂缸底销(フートピン)10A以能够转动的方式安装于旋转体3。另外，大臂缸10的前端部经由大臂缸顶销(トップピン)10B以能够转动的方式安装于大臂6。大臂缸10通过液压而伸缩，从而驱动大臂6。
小臂缸11的基端部经由小臂缸底销11A以能够转动的方式安装于大臂6。另外，小臂缸11的前端部经由小臂缸顶销11B以能够转动的方式安装于小臂7。小臂缸11通过液压而伸缩，从而驱动小臂7。
铲斗缸12的基端部经由铲斗缸底销12A以能够转动的方式安装于小臂7。另外，铲斗缸12的前端部经由铲斗缸顶销12B以能够转动的方式安装于第一连杆部件16的一端以及第二连杆部件17的一端。第一连杆部件16的另一端经由第一连杆销16A以能够转动的方式安装于小臂7的前端部。第二连杆部件17的另一端经由第二连杆销17A以能够转动的方式安装于铲斗8。铲斗缸12通过液压而伸缩，从而驱动铲斗8。
在大臂缸10、小臂缸11以及铲斗缸12等液压缸与未图示的液压泵之间配置有比例控制阀。比例控制阀被工作装置控制器控制，从而控制向液压缸10～12供给的工作油的流量，控制液压缸10～12的动作。
[校准作业与坐标系]
这里，为了实施信息化施工，需要通过依次运算来检测液压挖掘机100的铲斗8的铲尖中央Q的位置坐标。铲尖中央Q的位置是被定义为沿着大臂6和小臂7的长度方向的中心线与通过设于铲斗8的铲齿8A的前端且平行于铲斗8的转动轴的线之间的交点的位置。液压挖掘机100的大臂6的长度即从大臂底销13至小臂底销14的长度、小臂7的长度即从小臂底销14至铲斗底销15的长度、铲斗8的长度即从铲斗底销15至铲斗8的铲尖中央Q的长度被用作运算方面所需的参数。另外，对于大臂缸10的冲程长度、小臂缸11的冲程长度、以及铲斗缸12的冲程长度，也用作运算方面所需的参数。
这些长度是设计值，因制造误差、组装误差的关系而不与实际的长度一致。因此，实际在使工作装置2的姿态不同的多个测量位置进行设定于铲尖P的附近的计测点MP的测量作业，根据实测的计测点MP的位置坐标与基于参数运算的计测点MP的位置坐标计算校准值，利用该校准值校准参数。这是校准作业。在该校准作业中的计测点MP的实测中，使用了全站仪TS以及测定工具30。
此外，通过信息化施工确定施工位置的位置坐标的坐标系是通过GNSS测量的全球坐标系，并且是以固定于地球的原点为基准的坐标系。另一方面，使用工作装置2中的长度的参数而运算的计测点MP(铲尖P)的坐标系是车身坐标系，并且是以固定于车身1(具体而言是旋转体3)的原点为基准的坐标系。另外，校准作业中的计测点MP的实测所使用的坐标系是全站仪坐标系，如图1所示，是以设定于全站仪TS的正下方的地上面的原点为基准的坐标系。
在全站仪坐标系中，将车身1的前方侧设定为X轴(正侧)，朝向车身前方将右手外侧设定为Y轴(正侧)，将上方侧设定为Z轴(正侧)。全站仪TS设置于距大臂底销13沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向离开了规定距离的位置。
因此，在进行校准作业中的校准值的运算时，为了统一坐标系，将实测的全站仪坐标系的计测点MP的位置坐标转换为车身坐标系，并与作为相同的车身坐标系的运算所得的计测点MP的位置坐标进行比较。另外，在实施信息化施工时，在依次运算的车身坐标系的铲尖中央Q的位置坐标与用于确定施工位置的全球坐标系的位置坐标之间进行坐标系转换，基于相同坐标系的位置坐标来控制工作装置2。
以下，详细说明校准作业的实测所使用的测定工具30。
[测定工具]
图2表示安装于铲斗8的铲尖P的测定工具30的分解立体图。图3表示从全站仪TS侧观察测定工具30的情况下的主视图。图4表示测定工具30的俯视图。图5是测定工具30的侧视图，并且表示从图4的箭头V侧观察的向视图。
在图2至图5中，测定工具30安装在铲斗8所具有的多个铲齿8A中的、最靠近全站仪TS的一侧(Y轴方向正侧)的铲齿8A的铲尖(被安装部)P。这是为了使从全站仪TS投射的投射光无任何遮挡地入射到测定工具30的后述的棱镜反射镜40。因此，铲尖P处于相对于铲尖中央Q沿Y轴方向离开规定距离的位置关系，另一方面，铲尖P与铲尖中央Q的X轴上以及Z轴上的位置相同。
具体地说，测定工具30具备反射来自全站仪TS的投射光的棱镜反射镜(以下，简称为棱镜)40、以及作为支承棱镜40的支承机构的角度调整机构50、以及经由角度调整机构50将棱镜40安装于铲尖P的安装部件60。
[棱镜]
棱镜40具备将三个棱镜组合成三角锥状而作为反射面的棱镜主体41、以及覆盖棱镜主体41的外装部件42。
棱镜主体41的三角锥状部分的顶点成为通过全站仪TS瞄准的反射镜中心MC。另外，反射镜中心MC与本实施方式中的计测点MP一致。反射镜中心MC是在校准作业时的实测中通过全站仪TS而瞄准的点，计测点MP是使用全站仪TS而测量的点。
因此，通过使棱镜40的反射镜中心MC与计测点MP一致，从而在两者之间不存在以往那种偏移量，即使使测量位置不同，计测点MP也不会相对于反射镜中心MC产生位置偏移。
外装部件42的圆形的正面被设为透明的玻璃面42A。从全站仪TS投射的投射光通过玻璃面42A而入射到内部的棱镜主体41，在被棱镜主体41的反射面反射之后，作为反射光通过玻璃面42A向全站仪TS射出。在外装部件42的与玻璃面42A相反的一侧刻设有外螺纹部42B(图4、图5)。
[角度调整机构]
角度调整机构50具备支承棱镜40的第一转动托架51、支承第一转动托架51的第二转动托架52、支承第二转动托架52的支承托架53，且整体形成万向接头的构造。
第一转动托架51在俯视下形成为向全站仪TS侧开口的通道形状，并在其内侧部分设有块状的支承部51A。在支承部51A设有沿表背方向(Y轴方向)贯穿的支承开口51B，在支承开口51B的内周面刻设有内螺纹部51C。通过使外螺纹部42B螺合于内螺纹部51C，将棱镜40以装卸自如的方式支承于第一转动托架51。
在第一转动托架51的两侧部51D、51D插入有贯穿第二转动托架52的第一轴部件54、54。棱镜40利用第一轴部件54以第一转动轴R1为转动中心，与第一转动托架51一起以转动自如的方式支承于第二转动托架52。此外，在本实施方式中，第一轴部件54的前端为圆锥，并形成为铆钉状，但第一轴部件54的形状并不局限于此，而是任意。
第二转动托架52在主视下形成为向下方开口的通道形状，在其两侧部52A、52A内侧支承有第一转动托架51的两侧部51D、51D。
在第二转动托架52的上侧部52B插入有贯穿支承托架53的第二轴部件55。棱镜40利用第二轴部件55以第二转动轴R2为转动中心，与第一、第二转动托架51、52一起以转动自如的方式支承于支承托架53。
在这些第一、第二转动托架51、52中，在图3至图5中，第一转动轴R1被平行于图1所示的坐标轴的X轴地描绘，第二转动轴R2被平行于Z轴地描绘。因此，棱镜40以第一转动轴R1为转动中心向上下方向转动，并以第二转动轴R2为转动中心向左右方向转动。但是，第一、第二转动轴R1、R2与X、Y轴之间的关系因工作装置2的姿态而不同，因此并不限定于此。
另外，第一、第二转动轴R1、R2在反射镜中心MC的位置交叉。因此，棱镜40以反射镜中心MC即计测点MP为转动点RP而转动。其结果是，即使使棱镜40转动，全站仪TS、反射镜中心MC以及计测点MP之间相互的位置关系不会改变。
支承托架53在侧视下形成为倒L形，在其上面部53A支承有第二转动托架52的上侧部52B。
在支承托架53的铅垂部53B设有沿铅垂方向(Z轴方向)呈长条形状的一对长孔53C。棱镜40利用插入这些长孔53C的螺栓56，与第一、第二转动托架51、52以及支承托架53一起以能够调整上下位置的方式安装于安装部件60。
在铅垂部53B还设有沿表背方向(Y轴方向)贯穿的开口部53D。开口部53D的中心、计测点MP以及铲尖P位于沿Y轴的位置。
如图6所示，在以从测定工具30拆卸了棱镜40的状态观察开口部53D时，能够在开口部53D的中心确认安装部件60与铲齿8A的前端之间的实际的抵接部分。两者在开口部53D的中心抵接的意思即为铲尖P相对于计测点MP未沿X轴方向、Z轴方向产生位置偏移。此外，由于计测点MP仅仅相对于铲尖P沿Y轴产生了位置偏移(参照图4)，所以仅通过改变计测点MP的位置坐标的Y坐标的值，就能够计算任意的铲齿8A中的铲尖P甚至铲尖中央Q的位置坐标。
[安装部件]
安装部件60在主视时形成为L形，并具有底面部61与铅垂面部62。在安装部件60的角度调整机构50侧的端面设有用于螺栓固定角度调整机构50的支承托架53的螺栓孔63。在安装部件60的底面部61，利用螺栓66将多个磁铁64安装于与铲齿8A的下表面相对的上表面侧。利用这些磁铁64的磁吸附力(磁着力)，能够容易地将安装部件60进而测定工具30整体安装于铁制的铲齿8A。
安装部件60的铅垂面部62的一个铅垂面是与铲齿8A的铲尖P抵接的抵接面65。通过开口部53D目视确认抵接面65的抵接状态。
[计测点的实测顺序]
以下，简单说明使用了全站仪TS以及本发明的测定工具30的计测点MP的测量顺序。
首先，将全站仪TS设置在相对于液压挖掘机100仅偏离规定距离的位置，并且将拆除了棱镜40的状态的测定工具30安装于铲尖P。作为此时的规定距离，并非严密的距离，而是大约的距离即可。另外，在测定工具30中，观察开口部53D并确认铲齿8A的铲尖P是否在开口部53D的中心抵接于安装部件60。在不位于此的情况下，利用长孔53C，调整支承托架53相对于安装部件60的上下位置，或使其可靠地抵接于安装部件60的抵接面65，能够可靠地确保抵接状态。
接着，驱动工作装置2，将铲尖P移动到预先确定的多个测量位置，在各测量位置，通过全站仪TS进行计测点MP的位置计测。这里，在测定工具30中，棱镜40的反射镜中心MC与计测点MP一致，即使使铲尖P移动到各测量位置，彼此的位置关系也不会偏移，因此如果能够通过全站仪TS目视确认反射镜中心MC，将能够直接无需调整测定工具30的位置就能够继续测量。使铲尖P移动到各测量位置的结果是，仅在不能瞄准反射镜中心MC的情况下，将铲尖P暂时移动到作业者能够进行作业的位置，适当地使棱镜40转动而调整到能够瞄准反射镜中心MC的位置，之后，使铲尖P再次返回到测量位置并进行测量即可。
通过实测获得的各测量位置下的计测点MP的位置坐标的数据被输出到未图示的控制装置，利用控制装置基于该数据自动地运算校准值。
根据以上说明的本实施方式，反射镜中心MC与计测点MP一致，即使测量位置不同，计测点MP也不会相对于反射镜中心MC产生位置偏移，因此只要能够通过全站仪TS瞄准反射镜中心MC，就无需刻意将棱镜40严格地正对于全站仪TS。因此，无需在每次改变测量位置时调整棱镜40的位置，具有能够容易地进行位置计测这一效果。
[变形例]
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够实现本发明的目的范围中的变形、改良等也包含于本发明。
例如，在上述实施方式中，计测点MP和铲尖P沿Y轴产生位置偏移，除此之外，也可以沿X轴、Z轴产生位置偏移。这是因为，即使测量位置不同，两者的位置关系也不会变化，因此不会在运算校准值方面产生任何不便。此外，即使计测点MP与铲尖P一致，也当然是可以的。
在上述实施方式中，角度调整机构50构成为具备第一、第二转动托架51、52以及支承托架53，但本发明并不局限于，例如也可以是球面接头那样的构造。
另外，也可以不使棱镜40支承于角度调整机构50那种机构，而是固定于安装部件60，以便不会例如从沿Y轴方向朝向正面(玻璃面42A)的状态转动。在这种情况下，由于反射镜中心MC与计测点MP一致，所以能够实现本发明的目的。但是，通过使棱镜40支承于任意的角度调整机构，使转动点RP、反射镜中心MC以及计测点MP一致，从而能够像上述实施方式说明的那样，即使使测量位置在较宽的范围内移动也能够可靠地对应，故为优选。
本发明除了能够利用于像实施方式说明的那样的通常的安装有铲斗的液压挖掘机，也能够利用于安装有按压坡面而固定的坡面铲斗的液压挖掘机、或除了安装有铲斗的液压挖掘机之外，也能够利用于安装有推土铲的推土机、机动平地机等工程机械。
附图标记说明
30…测定工具；
40…棱镜反射镜；
50…支承机构即角度调整机构；
53D…开口部；
60…安装部件；
64…磁铁；
MC…反射镜中心；
MP…计测点；
P…被安装部即铲尖；
RP…转动点；
TS…全站仪。

Claims (3)

1.一种测定工具，其特征在于，安装于被安装部，并与全站仪一起用于计测点的位置计测，所述测定工具具备：
棱镜反射镜，其反射来自所述全站仪的投射光；
安装部件，其用于将所述棱镜反射镜安装于所述被安装部；
所述棱镜反射镜的反射镜中心与所述计测点一致，
所述棱镜反射镜经由支承机构安装于所述安装部件，并且被支承为相对于所述支承机构向规定方向自如转动，并且所述棱镜反射镜被设置为相对于所述支承机构装卸自如，
所述棱镜反射镜的转动点与所述反射镜中心一致，
在所述支承机构设有开口部，所述开口部在所述棱镜反射镜被拆卸了的状态下能够目视确认所述安装部件与所述被安装部彼此的抵接位置。
2.根据权利要求1所述的测定工具，其特征在于，
在所述安装部件设有磁吸附于所述被安装部的磁铁。
3.一种测定工具，其特征在于，安装于被安装部，并与全站仪一起用于计测点的位置计测，所述测定工具具备：
棱镜反射镜，其反射来自所述全站仪的投射光；
支承机构，其支承所述棱镜反射镜；
安装部件，其用于将所述支承机构安装于所述被安装部；
所述棱镜反射镜被支承为相对于所述支承机构向规定方向自如转动，
所述棱镜反射镜的反射镜中心与所述计测点一致，
所述棱镜反射镜的转动点与所述反射镜中心一致，
在所述支承机构设有：在所述棱镜反射镜被拆卸了的状态下能够目视确认所述安装部件与所述被安装部彼此的抵接位置的开口部、以及沿铅垂方向长的长孔，
利用插入所述长孔的螺栓将所述支承机构安装于所述安装部件。
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