JP2000028358A - 超音波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 道路工事のような厳しい環境の中でも精度良
く測定できるとともに、検波しきい値の調整を不要にで
きるようにする。 【解決手段】 本発明の超音波距離計１０は、被測定物
１２に向けて超音波Ｕを送信するとともにその反射波Ｒ
を受信することにより、超音波Ｕを送信してから反射波
Ｒを受信するまでの超音波伝搬時間Ｔを測定する超音波
振動子１４、送信回路１６及び受信回路１８と、超音波
振動子１４から被測定物１２までの距離Ｌを超音波伝搬
時間Ｔに基づき算出する演算回路２０と、受信回路１８
で受信された受信ノイズＮに基づき、受信ノイズＮと反
射波Ｒに対応する受信信号Ｒ’とを分ける検波しきい値
ｔｈを設定する制御回路２２と、を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、距離計測に用い
られる超音波距離計に関し、詳しくはアスファルトフィ
ニッシャ用として好適な超音波距離計に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波距離計が用いられる例としてアス
ファルトフィニッシャがある。図４は、アスファルト舗
装工事に用いられる「アスファルトフィニッシャ」と呼
ばれる建設機械を示す斜視図である。アスファルト舗装
工事は、アスファルトフィニッシャを用いて次のように
進められる。

【０００３】予め平らに修正された砂利から成る路盤５
０上を、ダンプカー５２が先行し、ダンプカー５２をア
スファルトフィニッシャ５４が追走する。アスファルト
フィニッシャ５４は、ダンプカー５２からアスファルト
合材５６を供給されながら、アスファルト舗装５８を形
成していく。すなわち、アスファルト合材５６は、受入
れホッパ６０に供給されトラクタユニット６２内を貫通
するフィーダ機構（図示せず）により後方へ搬送及び排
出される。排出されたアスファルト合材５６は、オーガ
機構６４の左ネジ及び右ネジが回転することにより左右
に拡げられ、スクリードプレート６６により平らに成形
仕上げされる。スクリードプレート６６の両端はそれぞ
れ、軸６８を介して角度調節可能に、レベリングアーム
７０に取り付けられている。二本のレベリングアーム７
０のそれぞれの他端は、ピポット７２により回転自由度
を与えられてトラクタユニット６２に取り付けられると
ともに、シリンダロッド７４に係合されている。レベリ
ングシリンダ７６はトラクタユニット６２に取り付けら
れている。アスファルト合材５６を敷きならすとき、レ
ベリングアーム７０はスクリードプレート６６にフロー
ティング作用を与え、スクリードプレート６６は上下し
ながらアスファルト舗装５８を所要の舗装厚ｔにする。

【０００４】図５は図４のアスファルトフィニッシャ５
４の動作を示す要部側面図であり、図５（Ａ）は平坦地
における動作を示し、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は段差
における動作を示す。

【０００５】例えば、図５（Ａ）に示すように、トラク
タユニット６２が車輪６２１を介して路面８２を走行中
に低い段差Ｈ_- に差しかかったとする。すると、図４
（Ｂ）に示すようにレベリングアーム７０及びスクリー
ドプレート６６が傾斜し、スクリードプレート６６は矢
印イの方向へ向かい段差Ｈ_- に対応して舗装厚ｔを維持
する。また、同様に、高い段差Ｈ₊ に差しかかった場合
も、図４（Ｃ）に示すようにレベリングアーム７０及び
スクリードプレート６６が傾斜し、スクリードプレート
６６は矢印ロの方向へ向かい段差Ｈ₊ に対応して舗装厚
ｔを維持する。

【０００６】舗装厚ｔは、図５（Ａ）に示すレベリング
アーム７０が水平となる路面８２からの距離Ｈで決定さ
れる。距離Ｈは、レベリングシリンダ７６のシリンダロ
ッド７４を駆動してピポット７２の高さ方向位置を調整
することにより設定される。しかしながら、舗装厚ｔを
一定に保つには、ピポット７２の高さ方向位置の調整だ
けではなく、トラクタユニット６２の走行速度に比例さ
せて、スクリードプレート６６へのアスファルト合材５
６の供給量を制御する必要がある。すなわち、トラクタ
ユニット６２の走行が高速であるほどアスファルト合材
５６の供給量を多く、逆にトラクタユニット６２の走行
が低速であるほどアスファルト合材５６の供給量を少な
くする必要がある。

【０００７】この問題に対処するため、図６に示すよう
に、トラクタユニット６２に固設した超音波距離計８０
Ａ，８０Ｂを用いることにより、オーガ機構６４で搬送
されるアスファルト合材５６の量を制御するようにした
技術が知られている。図６は、図４のアスファルトフィ
ニッシャ５４に用いられる超音波距離計８０Ａ，８０Ｂ
の周辺を示す要部斜視図である。以下、この図面に基づ
き説明する。

【０００８】超音波距離計８０Ａ，８０Ｂによる測定点
８４Ａ，８４Ｂは、オーガ機構６４の左ネジ６４Ａ及び
右ネジ６４Ｂ端部付近のアスファルト合材５６である。
左ネジ６４Ａは油圧モータ６５Ａに固設され、右ネジ６
４Ｂは油圧モータ６５Ｂに固設されている。アスファル
ト合材５６の供給量の制御は、測定点８４Ａ，８４Ｂの
高さを制御することにより行っている。具体的には、超
音波距離計８０Ａ，８０Ｂから測定点８４Ａ，８４Ｂま
での距離Ｈａ，Ｈｂを逐次測定し、距離Ｈａ，Ｈｂの増
減に対応させてオーガ機構６４の油圧モータ６５Ａ，６
５Ｂの回転数Ｎａ，Ｎｂを増減することによって、測定
点８４Ａ，８４Ｂにおけるアスファルト合材５６の高さ
すなわちアスファルト合材５６の供給量の制御を行う。

【０００９】例えば測定点８４Ａにおいて、距離Ｈａが
設定値よりも大きければアスファルト合材５６の供給量
が少ないので、油圧モータ６５Ａの回転数Ｎａを増やし
て、アスファルト合材５６の供給量を増やす。逆に、距
離Ｈａが設定値よりも小さければアスファルト合材５６
の供給量が多いので、油圧モータ６５Ａの回転数Ｎａを
減らして、アスファルト合材５６の供給量を減らす。

【００１０】図７は、図６に示されるアスファルト合材
５６の供給量を制御する手段を示すブロック図である。
以下、この図面に基づき説明する。

【００１１】超音波距離計８０Ａ，８０Ｂからは、距離
Ｈａ，Ｈｂに対応する検出信号がコントローラ４０へ送
られる。コントローラ４０では、距離Ｈａ，Ｈｂと設定
値とを比較し、油圧サーボユニット４４を介して油圧モ
ータ６５ａ，６５ｂの回転数Ｎａ，Ｎｂを制御する。こ
の一連の制御は閉ループとして処理される。油圧源は油
圧パワーユニット４２である。

【００１２】図８は、超音波距離計８０Ａ，８０Ｂの動
作を示す波形図である。以下、図６及び図８に基づき説
明する。ただし、超音波距離計８０Ａ，８０Ｂのどちら
も同じ動作をするので、ここでは超音波距離計８０Ａの
みについて説明する。

【００１３】超音波を送信した時の励振信号Ｕ’の立ち
上がりから、測定点８４Ａでの反射波による受信信号
Ｒ’の立ち上がりまでの超音波伝搬時間Ｔと、既知の超
音波伝搬速度ｖとにより、超音波距離計８０Ａから測定
点８４Ａまでの距離Ｈａは、Ｈａ＝Ｔ・ｖ／２で算出さ
れる。

【００１４】しかし、超音波距離計８０Ａで得られる受
信信号Ｓには、距離Ｈａに対応する受信信号Ｒ’の他
に、超音波距離計８０Ａの内外で発生するさまざまな受
信ノイズＮ（Ｎ１〜Ｎ６）が含まれている。そこで、受
信ノイズＮは受信信号Ｒ’よりもレベルが低いことを利
用して、受信ノイズＮと受信信号Ｒ’とを分けるための
検波しきい値ｔｈが設定されている。ただし、検波しき
い値ｔｈをあまり低く設定すると、受信ノイズＮを受信
信号Ｒ’として判断してしまい、検波しきい値ｔｈをあ
まり高くすると、受信信号Ｒ’を受信ノイズＮとして判
断してしまうことになる。

【００１５】例えば、低めの検波しきい値ｔｈ１に設定
した場合は、受信ノイズＮ３を受信信号Ｒ’として判断
するため、誤った超音波伝搬時間Ｔ’に基づき距離Ｈａ
を算出してしまう。この場合は、高めの検波しきい値ｔ
ｈ２に手動で再設定することにより、正しい超音波伝搬
時間Ｔを得ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受信ノ
イズＮは、超音波距離計８０Ａの使用環境等によって、
そのレベルが変動する。そのため、検波しきい値ｔｈ
は、超音波距離計８０Ａの製造時に設定した後、使用環
境に合わせて手動で何度も再設定する必要があった。

【００１７】例えば、アスファルトフィニッシャ５４に
おいては、搭載している走行用エンジンや油圧バルブ等
の各種機器から電気ノイズが発生する。また、道路舗装
工事現場ではエンジン駆動機器が多く用いられているた
め、それらからも電気ノイズが発生する。すなわち、こ
れらの電気ノイズが、超音波距離計８０Ａの検波しきい
値設定の煩雑さをもたらしていた。

【００１８】このように、従来の超音波距離計８０Ａ
は、検波しきい値ｔｈの調整に手間がかかるという問題
があった。

【００１９】

【発明の目的】そこで、本発明は、道路工事のような厳
しい環境の中でも精度良く測定できるとともに、検波し
きい値の調整を不要にできる、超音波距離計を提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の超音波距
離計は、被測定物に向けて超音波を送信するとともにそ
の反射波を受信することにより、当該超音波を送信して
から受信するまでの超音波伝搬時間を測定する超音波振
動子、送信回路及び受信回路と、前記超音波振動子から
前記被測定物までの距離を前記超音波伝搬時間に基づき
算出する演算回路と、前記受信回路で受信された受信ノ
イズに基づき、この受信ノイズと前記反射波に対応する
受信信号とを分ける検波しきい値を設定する制御回路
と、を備えたものである。

【００２１】超音波振動子が送信回路によって励振周波
数で励振されると、被測定物に向けて超音波が送信され
る。すると、被測定物からの反射波が超音波振動子に戻
ってくる。この反射波は超音波振動子によって電気信号
に変換され、超音波を送信してからその反射波を受信す
るまでの時間すなわち超音波振動子から被測定物までの
往復の超音波伝搬時間が、受信回路で測定される。演算
回路では、測定された超音波伝搬時間と既知の超音波伝
搬速度と所定の数式とにより、超音波振動子から被測定
物までの距離が算出される。

【００２２】受信回路で得られる受信信号には、被測定
物からの反射波に対応する受信信号（以下「真の受信信
号」という。）の他に、超音波距離計の内外で発生する
さまざまな受信ノイズが含まれている。そこで、制御回
路は、受信回路で受信された受信ノイズに基づき、この
受信ノイズと真の受信信号とを分ける検波しきい値を設
定する。したがって、受信ノイズのレベルが変動すれ
ば、これに合うように自動的に検波しきい値が再設定さ
れるので、検波しきい値の調整に要する手間が省ける。

【００２３】請求項２記載の超音波距離計は、請求項１
記載の超音波距離計において、前記制御回路が、前記超
音波を送信しないときに、前記受信回路で受信された受
信ノイズに基づき前記検波しきい値を設定するものであ
る。ここで、「超音波を送信しないときに」とは、換言
すると「送信した超音波に起因する受信ノイズを、受信
する時間外に」という意味である。

【００２４】超音波振動子には、例えば、被測定物以外
の物を経た超音波や、超音波振動子と被測定物との間を
二回以上往復した超音波も戻ってくる。これらが、送信
した超音波に起因する受信ノイズとなる。これらの受信
ノイズは、本質的に他の受信ノイズよりもレベルが高
い。そのため、送信した超音波に起因する受信ノイズを
他の受信ノイズと同等に扱って検波しきい値を設定する
と、検波しきい値が高く設定されるため、真の受信信号
がノイズとして判断される確率が高くなる。そこで、請
求項２記載の超音波距離計では、超音波を送信しないと
きに検波しきい値を設定することにより、送信した超音
波に起因する受信ノイズの影響を排除している。

【００２５】図６を用いて説明すると、超音波距離計８
０Ａは、アスファルトフィニッシャ５４に用いているの
で、オーガ機構６４、トラクタユニット６２、図示しな
い建設用具及び建設機械から多くの反射波を受けてしま
う。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る超音波距離
計の一実施形態を示すブロック図である。以下、この図
面に基づき詳しく説明する。

【００２７】本実施形態の超音波距離計１０は、被測定
物１２に向けて超音波Ｕを送信するとともにその反射波
Ｒを受信することにより、超音波Ｕを送信してから反射
波Ｒを受信するまでの超音波伝搬時間Ｔを測定する超音
波振動子１４、送信回路１６及び受信回路１８と、超音
波振動子１４から被測定物１２までの距離Ｌを超音波伝
搬時間Ｔに基づき算出する演算回路２０と、受信回路１
８で受信された受信ノイズＮに基づき、受信ノイズＮと
反射波Ｒに対応する受信信号Ｒ’とを分ける検波しきい
値ｔｈを設定する制御回路２２と、を備えたものであ
る。制御回路２２は、超音波Ｕを送信しないときに、受
信回路１８で受信された受信ノイズＮに基づき、検波し
きい値ｔｈを設定するものである。

【００２８】超音波振動子１４は、電気信号を超音波に
変換するとともに、その逆に超音波を電気信号に変換す
る機能を有している。超音波振動子１４は、送信用と受
信用とを別個にしてもよい。

【００２９】送信回路１６は、励振信号Ｕ’を出力する
ための発振器等によって構成されている。また、発振器
は、外部信号によって、励振信号Ｕ’の出力が停止され
るものである。

【００３０】受信回路１８は、検波器、Ａ／Ｄ変換器、
カウンタ等によって構成され、送信回路１６から励振信
号Ｕ’が出力されてから受信信号Ｒ’を入力するまでの
時間（超音波伝搬時間Ｔ）を測定する機能を有してい
る。また、検波器は、外部信号によって検波しきい値ｔ
ｈを変えられる、検波しきい値可変型である。

【００３１】演算回路２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ等から構成されるとともに予め計算式を記憶して
おり、受信回路１８で測定された超音波伝搬時間Ｔを用
いて距離Ｌを算出する。

【００３２】制御回路２２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ等から構成され、一定時間Ｍごとに、送信回路１
６に対して送信停止信号ＳＰを出力するとともに、受信
回路１８を介して受信ノイズＮを検出することにより、
受信ノイズＮに応じて検波しきい値ｔｈを制御する機能
を有している。送信停止信号ＳＰとは、送信回路１６に
よる励振信号Ｕ’の出力を停止させる信号である。

【００３３】なお、演算回路２０又は制御回路２２は、
論理ゲートを組み合わせたデジタル回路として構成して
もよく、又は、オペアンプを組み合わせたアナログ回路
として構成してもよい。

【００３４】次に、超音波距離計１０の動作について説
明する。

【００３５】超音波振動子１４が送信回路１６によって
励振周波数ｆで励振されると、被測定物１２に向けて超
音波Ｕが送信される。すると、被測定物１２からの反射
波Ｒが超音波振動子１４に戻ってくる。この反射波Ｒは
超音波振動子１４によって電気信号に変換され、超音波
Ｕを送信してからその反射波Ｒを受信するまでの時間す
なわち超音波振動子１４から被測定物１２までの往復の
超音波伝搬時間Ｔが、受信回路１８で測定される。演算
回路２０では、超音波伝搬時間Ｔと既知の超音波伝搬速
度ｖとにより、超音波振動子１４から被測定物１２まで
の距離ＬがＬ＝Ｔ・ｖ／２で算出される。

【００３６】また、制御回路２２は、一定時間Ｍごとに
送信回路１６に対して励振信号Ｕ’の出力を停止させる
とともに、受信回路１８を介して受信ノイズＮを検出す
ることにより、受信ノイズＮに応じて検波しきい値ｔｈ
を制御している。したがって、受信ノイズＮのレベルが
変動しても、これに合うように自動的に検波しきい値ｔ
ｈが再設定されるので、検波しきい値ｔｈの調整に要す
る手間が省ける。

【００３７】図２は、制御回路２２の動作の一例を示す
波形図である。図３は、制御回路２２の動作の一例を示
すフローチャートである。以下、図１乃至図３に基づ
き、制御回路２２の動作についてさらに詳しく説明す
る。

【００３８】超音波距離計１０の電源を投入することに
より、制御回路２２の動作が始まる。まず、送信回路１
６に対して発信停止信号ＳＰを出力する（ステップ１０
１）。続いて、ｎを１とし（ステップ１０２）、受信回
路１８から受信信号Ｓを取り込み、ゲートｎにおいて検
波しきい値ｔｈｎと受信ノイズＮとを比較する（ステッ
プ１０３）。このとき、受信ノイズＮが検波しきい値ｔ
ｈｎよりも小さければ、検波しきい値ｔｈｎに余裕分α
を加えて、使用する検波しきい値ｔｈを設定する（ステ
ップ１０４）。一方、受信ノイズＮが検波しきい値ｔｈ
ｎよりも大きければ、ｎに１を加えて新たなｎとし、検
波しきい値ｔｈｎに一定値Δｔｈを加えて新たな検波し
きい値ｔｈｎとし（ステップ１０５）、再びステップ１
０３へ戻る。

【００３９】使用する検波しきい値ｔｈを設定したら、
距離測定を実行する（ステップ１０６）。距離測定を実
行する一定時間Ｍが経過したら（ステップ１０７）、ス
テップ１０１へ戻り、再びしきい値ｔｈを設定する。

【００４０】なお、本発明は、いうまでもないが、上記
実施形態に限定されるものではない。例えば、超音波伝
搬速度は温度によって変化するので、超音波振動子又は
その超音波伝搬経路における温度に基づき距離を補正し
てもよい。

【００４１】

【発明の効果】請求項１又は２記載の超音波距離計によ
れば、受信ノイズと真の受信信号とを分ける検波しきい
値を設定する制御回路を設けたことにより、受信ノイズ
のレベルが変動しても、これに合わせて自動的に検波し
きい値を再設定できるので、検波しきい値の調整に要す
る手間を省くことができる。したがって、製造時及び測
定時の省力化を達成できる。しかも、受信ノイズのレベ
ルの変動に合うように頻繁に検波しきい値が再設定され
るので、測定精度も向上できる。特に、道路工事のよう
な厳しい環境の中では受信ノイズのレベルが著しく変動
するので、アスファルトフィニッシャ等に好適に用いる
ことができる。

【００４２】請求項２記載の超音波距離計によれば、超
音波を送信しないときに検波しきい値を設定することに
より、送信した超音波に起因する受信ノイズの影響を排
除できる。したがって、正確な検波しきい値を設定でき
るので、測定精度をより向上できる。特に、アスファル
トフィニッシャに用いた場合は、オーガ機構やトラクタ
ユニット等からの反射波が多いので、顕著な効果が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波距離計の一実施形態を示す
ブロック図である。

【図２】図１の超音波距離計における制御回路の動作の
一例を示す波形図である。

【図３】図１の超音波距離計における制御回路の動作の
一例を示すフローチャートである。

【図４】一般的なアスファルトフィニッシャを示す斜視
図である。

【図５】図４に示すアスファルトフィニッシャの動作を
示す要部側面図であり、図５（（Ａ）は平坦地における
動作を示し、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）が段差における
動作を示す。

【図６】図４のアスファルトフィニッシャに用いられる
従来の超音波距離計の周辺を示す要部斜視図である。

【図７】図６に示されるアスファルト合材の供給量を制
御する手段を示すブロック図である。

【図８】従来の超音波距離計における受信信号及びノイ
ズ信号を示す波形図である。

【符号の説明】

１０ 超音波距離計 １２ 被測定物 １４ 超音波振動子 １６ 送信回路 １８ 受信回路 ２０ 演算回路 ２２ 制御回路 Ｕ 超音波 Ｒ 被測定物からの反射波 Ｔ 超音波振動子から被測定物までの往復の超音波伝搬
時間 Ｌ 超音波振動子から被測定物までの距離 Ｓ 受信信号 Ｎ 受信ノイズ ｔｈ 検波しきい値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D052 AA03 BD00 CA05 2F068 AA06 AA28 BB01 BB24 BB29 CC12 DD03 FF03 FF12 FF14 FF25 JJ12 KK13 KK17 KK18 QQ42

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に向けて超音波を送信するとと
   もにその反射波を受信することにより、当該超音波を送
   信してから受信するまでの超音波伝搬時間を測定する超
   音波振動子、送信回路及び受信回路と、 前記超音波振動子から前記被測定物までの距離を前記超
   音波伝搬時間に基づき算出する演算回路と、 前記受信回路で受信された受信ノイズに基づき、この受
   信ノイズと前記反射波に対応する受信信号とを分ける検
   波しきい値を設定する制御回路と、 を備えた超音波距離計。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、前記超音波を送信しな
   いときに、前記受信回路で受信された受信ノイズに基づ
   き前記検波しきい値を設定する、 請求項１記載の超音波距離計。